Varför har ljus med olika frekvens olika hastigheter i samma medium?

Hur tänker du nu?

Brytningsindex varierar.

Nu är det ju inte så lätt att förklara varför brytningsindex är olika i olika material, men om man kan acceptera det, så är det kanske lättare att acceptera att brytningsindex även varierar i samma material, när våglängden ändras.

Tydligast märks det kanske i en regnbåge. Ljus av olika frekvens, olika färg, bryts lite olika eftersom vattnet har lite olika brytningsindex för olika färger.

Ljushastigheten är samma för alla frekvenser i samma medium.
Ljushastigheten ($v$) är olika i olika medium.
Ljushastigheten ($c$) i vacuum =...

Brytningsindex:

$n=\frac{c}{v}$

Brytningsindex däremot, varierar med frekvensen hos ljuset. Vitt ljus delas därför upp i sina frekvenskomponenter vid brytning mellan två olika medier med olika brytningsindex.

Affe Jkpg skrev :

Ljushastigheten är samma för alla frekvenser i samma medium.
Ljushastigheten ($v$) är olika i olika medium.
Ljushastigheten ($c$) i vacuum =...

Brytningsindex:

$n=\frac{c}{v}$

Brytningsindex däremot, varierar med frekvensen hos ljuset. Vitt ljus delas därför upp i sina frekvenskomponenter vid brytning mellan två olika medier med olika brytningsindex.

Jag inser att Johanspeed kan se en motsägelse i resonemanget -:)

Ljus är elektromagnetiska vågor. Dessa interagerar med laddade partiklar i materialet i fråga.

Om man tänker på det så är det rätt fantastiskt att ljus kan propagera genom så många material (fulla av laddningar) utan att till synes påverkas av dem. (jag vet inte om detta är mer eller mindre uppseendeväckande än att ljus kan propagera genom vakuum!)

De laddade partiklarna i materialet i fråga har olika energinivåer. Om fotonens energi är i närheten av skillnaden mellan två energinivåer kan den absorberas. Absorptionen i sin tur påverkar brytningsindex (eller tvärtom om man vill), då absorption och brytningsindex är två sidor av samma mynt (real- och imaginärdelar av elektriska susceptibilieten sammanlänkade via s.k kramers-krönigs relation). Detta gör att brytningsindex ändras snabbast kring absorptionstoppar och ganska långsamt långt från absorption. 

Ljushastigheten är en fundamental konstant som är samma för alla frekvenser i alla medier. I medier som har tjockare densitet än vakuum, färdas ljuset dock inte kortaste vägen, utan kan sägas studsa mot mediets byggstenar på sin väg framåt. Räknat på kortaste vägen tycks därför ljuset färdas långsammare.