¿Por qué la luz roja viaja más rápido que la azul?

Question

Sé que la luz de todas las frecuencias viaja a la misma velocidad en el vacío.

Pero me pregunto por qué su velocidad difiere en cualquier otro medio, ¿por qué la luz roja viaja más rápido si tiene menos energía que la azul?

Answer 1

Jon Custer insinuó algo, que creo que se explica mejor a través de una analogía.

Imagina que puedes caminar por una acera a 4 mph. Cuando la acera está vacía, tardas una hora en recorrer 6 kilómetros. Pero cuando la acera está abarrotada, tienes que esquivar a la gente y chocar con ella. Sigues caminando a 6 km/h, pero tardas una hora y media en recorrer los 6 km. Y si eres una ancianita con pasitos cortos que camina a 6 km/h, te retrasas más que si eres un tipo grande con zancadas largas que camina a 6 km/h. Ahora veamos de nuevo tus preguntas:

Pero me pregunto por qué sus velocidades difieren en cualquier otro medio.

Porque la luz interactúa con el material, y esas interacciones dependen de la longitud de onda.

¿Y por qué la luz roja viaja más rápido mientras tiene menos energía que la luz azul?

Porque la luz interactúa con el material, y esas interacciones dependen de la longitud de onda.

Answer 2

Feynman:

La imagen correcta de un átomo, que viene dada por la teoría de la mecánica ondulatoria, dice que, en lo que respecta a los problemas relacionados con la luz, los electrones se comportan como si estuvieran sujetos por muelles. Así que supondremos que los electrones tienen una fuerza lineal de restauración que, junto con su masa $m$ hace que se comporten como pequeños osciladores, con una frecuencia de resonancia $\omega_0$ . ...........El campo eléctrico de la onda luminosa polariza las moléculas del gas,produciendo momentos dipolares oscilantes.La aceleración de las cargas oscilantes irradia nuevas ondas del campo.El nuevo campo,interfiriendo con el antiguo,produce un cambio de campo que equivale a un desplazamiento de fase de la onda original.Dado que este desplazamiento de fase es proporcional a la finura del material,el efecto es equivalente a tener una velocidad de fase diferente en el material''.

Considerando el modelo anterior se puede derivar la expresión para el índice de refracción que muestra que el índice de refracción depende de la frecuencia de la luz y dado que la velocidad de la onda a través del metro depende del índice de refracción, las ondas de diferente frecuencia se mueven con diferentes velocidades.

Aquí está la derivación de Feynman

http://www.feynmanlectures.caltech.edu/I_31.html

Answer 3

La mayoría de las respuestas fueron muy útiles, pero lo pensé de una manera diferente para decir que La luz roja viaja más rápido que la azul.

Piénsalo como el ejemplo de un prisma.

Podemos ver que la luz roja es la que menos se dispersa, mientras que la violeta es la que más se dispersa.

Ahora pregúntense: ¿Cómo se relaciona la desviación con la velocidad de un objeto? Es una relación inversamente proporcional. A partir del prisma, podemos concluir que la luz roja debe viajar a mayor velocidad que la azul, ya que es la que menos se desvía.

Answer 4

$c_0^2 = \frac{1}{ε_0μ_0}$ en el vacío. La permitividad y la permeabilidad (en los materiales) dependen de la frecuencia, en general.

+

En material tienes $\epsilon=\epsilon_r \epsilon_0$ , $v^2 = \frac{1}{εμ}$ , donde $v$ es la velocidad de fase de la luz. - ver http://en.wikipedia.org/wiki/Permittivity donde también es una imagen de la dependencia de la frecuencia de $\epsilon$ .