Question

por que motivo un prisma puede descomponer la luz blanca en distintos colores

Answer 1

Mira, no toda la luz se descompone en colores al pasar por un prisma, hay muchas posibilidades, voy a explicarte la más simple, que es la que te interesa, fenómeno que se llama DISPERSIÓN POR REFRACCIÓN. La luz es una onda electromagnética (teoría ondulatoria) que tiene cierta longitud de onda y frecuencia. Puedes imaginar la frecuencia como la rapidez con la que oscila la onda.

Ahora, se dice que un haz de luz es monocromático si esta solo posee una frecuencia. A cada frecuencia le corresponde un color (rojo, verde, azul, naranja, etc). Esto es en la región óptica, para la cual nuestros ojos están adaptados para percibir estos colores. Si la frecuencia es muy alta no vemos ningún color (rayos X, ultravioleta, rayos gama,etc), si es muy baja tampoco (ondas de radio o infrarrojas, etc).

Ahora si la luz está compuesta de muchas frecuencias, "porta muchos colores", que nuestros ojos aprecian como luz blanca. Puedes imaginar la luz blanca como una superposición de ondas de muchos colores.

Cuando la luz blanca que vez propagarse en el aire entra en el prisma (de cristal o de un material diferente) es dividida en sus componentes. Esto ocurre porque la velocidad con la que la luz se propaga dentro del prisma c_i es diferente de la velocidad con que se propaga en el aire c_0. De hecho cada componente (cada color) i, se propaga con una velocidad diferente dentro del prisma (recuerda que a cada color corresponde una frecuencia diferente).

El material del cual está hecho el prisma retrasa de manera diferente cada frecuencia (como un camino fangoso retrasa diferentemente a un auto compacto que a una 4x4 o a un tanque). La luz con más energía (violeta) es retrasada más que la luz con menos energía (rojo), debido a la interacción con el material, además el violeta es desviado más que el rojo, por eso siempre salen en el mismo orden (ordenados por energía), del violeta al rojo.

Formalmente, el fenómeno es descrito por la ley de Snell:

n_aire sin(a_i) = n_prisma(f) sin(a_r)

Entonces

a_r = arcsin ( [ n_(aire) sin(a_i)/n_prisma(f) ] )

donde n_aire y n_prisma son los indíces de refracción en el aire y el prisma. En general n=(velocidad de la luz en el medio)/(velocidad de la luz en el vacío). a_i es el ángulo de incidencia (con el que la luz entra en el prisma), que es el mismo para todas las frecuencias. El índice de refracción del aire en condiciones normales es muy similar al del vacío, por eso es (casi) el mismo para todas las frecuencias y las vemos viajar juntas como luz blanca.

El ángulo de refracción, (el ángulo con el que la luz sale del prisma) depende del índice de refracción del prisma. Resulta que este no es constante, sino que depende de la frecuencia (n_prisma(f)). Entonces, componentes con frecuencia distinta salen con distintos ángulos. A cada frecuencia le corresponde un ángulo específico, por eso salen siempre en el mismo orden.

Claro, si tienes un haz monocrómatico (un color, una frecuencia, digamos...mmmm... verde), al pasarlo por el prisma no vas a ver que salga otro color más que el color original. Claro, si el material del que está hecho el prisma es lineal. Como te dije, hay muchas posibilidades. :)