안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
프리즘이 백색광을 무지개색으로 나누어 지는 이유는 빛의 파장에 따라 매질 속에서의 진행 속도와 굴절률이 달라지는 분산 현상 때문입니다. 좀 더 자세히 설명해 드릴게요.
햇빛이나 백색광은 단일한 빛이 아니라, 파장이 서로 다른 다양한 색상의 가시광선이 섞여 있는 상태로 진공이나 공기 중에서는 모든 파장의 빛이 거의 동일한 속도로 진행하므로 하나의 흰색 빛으로 보입니다. 빛이 공기 중에서 밀도가 높은 유리 프리즘 내부로 진입하면 속도가 줄어들면서 진행 방향이 꺾이는 굴절 현상이 일어나는데, 이때 유리가 빛을 꺾는 정도인 굴절률은 빛의 파장에 따라 달라집니다. 파장이 짧은 빛은 유리 내부 분자들과 더 강하게 상호작용하여 속도가 가장 많이 느려져, 굴절률이 크게 작용하여 가장 크게 꺾입니다. 반대로, 파장이 긴 빛은 유리 내부에서 속도 감소 폭이 상대적으로 작아 굴절률이 작게 작용하므로 가장 적게 꺾입니다.
빛은 프리즘에 들어갈 때 1차로 꺾이고, 프리즘을 나올 때 다시 한번 꺾입니다. 프리즘 특유의 삼각형 입체 구조 덕분에 이 두 번의 굴절 과정에서 파장별 갈라짐 각도가 점점 더 넓어지게 되며, 결과적으로 반대편 스크린에 빨간색부터 보라색까지 차례대로 나열된 가시광선 스펙트럼이 펼쳐지게 됩니다.