Дисперсия и поляризация света
Свет играет очень важную роль в окружающем нас мире. Исследование световых волн и их основных свойств позволяет нам глубже увидеть природу света и наблюдать связанные с ним явления.
В физике важную роль играют такие явления, как дисперсия и поляризация света. Прежде чем приступить к их изучению, важно понять природу света.
Природа света
Определение 1
Свет с физической точки зрения – это совокупность электромагнитных волн и различных значений частоты и длины.
Человеческому глазу доступны для восприятия исключительно те цвета, длина волн которых будет колебаться в пределах 380 — 760 нм. Остальные цветовые разновидности остаются невидимыми для наших глаз. К таковым, например, можно отнести ультрафиолетовые и инфракрасные излучения.
И. Ньютон представил свет в качестве направленного потока мельчайших частиц. Позднее физики доказали, что по своей природе свет на самом деле – это есть волна. При этом версия Ньютона оказалась частично правильной. Все дело – в обладании света не просто волновыми, но также и корпускулярными характеристиками, что подтверждается таким общеизвестным явлением, как фотоэффект. Таким образом, световой поток обладает двойственной природой.
Ничего непонятно?
Попробуй обратиться за помощью к преподавателям
Доступный зрению человека белый цвет представляет собой сочетание определенных волн, абсолютная любая из них характеризуется при этом собственной частотой и энергией фотонов. Это позволяет разложить его на разноцветные волны, каждая из них будет называться монохроматической, а определенному цвету при этом будет соответствовать собственный диапазон частоты и длины волн, а также — энергии фотонов.
Таким образом, излучаемая веществом энергия (или поглощаемая им) распределяется согласно вышеуказанным характеристикам, что объясняет существование в природе светового спектра.
Дисперсия света в природе
Такое наблюдаемое нами в природе явление, как переливание лучей на граненых стеклянных изделиях происходит благодаря дисперсии света.
Замечание 1
Дисперсия представляет собой эффект отражения зависимости показателя преломления предмета (среды, вещества) от длины (частоты) световой волны, проходящей сквозь рассматриваемый предмет.
Рисунок 1. Дисперсия света. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Показатель преломления растет с повышением частоты и уменьшением длины волн. Дисперсия нередко встречается в природе. Самым ярким и завораживающим ее проявлением считается радуга, создаваемая рассеянием солнечных лучей в момент их прохождения сквозь многочисленные дождевые капли.
Световой поток, проходя сквозь призму, разлагается на цветовой спектр, достаточно детально рассмотренный в свое время Ньютоном. Результатом проведенных им исследований стало открытие явления в физике — дисперсии (1672 г.)
Интересно, что интерес науки к свойствам света проявился еще до нашей эры. Знаменитый ученый Аристотель уже тогда обнаружил свойство света проявлять себя в различных оттенках. Так, он говорил о зависимости характера цвета от «количества темноты», которая присутствует в белом свете. При этом белый цвет может считаться основным для световых лучей.
Ньютон, в свою очередь, опроверг такую теорию, доказав, что белый свет является по своей структуре составным и формируется всеми цветами светового спектра (монохроматическими). Ученый ставил опыты, до сих пор применяемые в физике. К примеру, проводятся эксперименты:
- со скрещенными призмами;
- с применением двух призм и зеркала;
- пропускания света через призмы и перфорированный экран.
Разложение света на цветовой спектр осуществляется посредством разной скорости прохождения волн (разной длины и частоты) через прозрачное вещество. Следствием этого становится тот факт, что одни волны выходят из призмы раньше, а другие — позднее. Таким способом осуществляется разложение светового потока.
Дальнейшие исследования ученых позволили сделать новые открытия на тему дисперсии. Так, француз Леру установил нарушение в некоторых средах (например, в парах йода) зависимости, выражающей явление дисперсии. За более детальное изучение этого вопроса взялся немецкий физик Кундт.
В своем исследовании он основывался на один из методов Ньютона (опыт с задействованием двух скрещенных призм). Разница заключалась только в том, что одну из них ученый заменил призматическим сосудом с раствором цианида.
Оказалось в итоге, что показатель преломления в момент прохождения света через такие призмы растет, а не уменьшается, как это демонстрируют эксперименты Ньютона с простыми призмами. Физик выяснил, что данный парадокс объясняется таким явлением, как поглощение света веществом. В его опыте в качестве поглощающей среды выступил раствор цианида, а дисперсия света для подобных случаев была названа аномальной.
В современной физике данный термин практически не используется. На сегодняшний день такие виды дисперсии как нормальная и аномальная рассматриваются в формате двух явлений, относящихся к одному учению и обладающих общей природой.
Рисунок 2. Явление дисперсии света. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Поляризация света в природе
Электромагнитная волна может как в практическом, так и в теоретическом смысле быть разложена на две поляризованные составляющие:
- поляризованные горизонтально волны;
- волны, поляризованные вертикально.
При этом не исключаются и другие виды разложений (например, на две составляющие с правой и левой круговыми поляризациями).
При этом попытка разложить линейно поляризованную волну на основании круговых поляризаций спровоцирует появление двух составляющих половинной интенсивности.
Рисунок 3. Поляризация света. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Замечание 2
Солнечный свет, являясь тепловым излучением, не имеет поляризации, но при этом рассеянный свет неба приобретает в природе частичную линейную поляризацию. Поляризация света изменяется также в момент отражения (на этом факте основывается использование в фотографии поляризующих фильтров). Излучение антенн обычно имеет линейную поляризацию.
Исходя из изменения поляризации света в условиях отражения от поверхности, можно судить о разновидности структуры поверхности и оптических постоянных. Если поляризовать рассеянный свет, то, благодаря применению поляризационного фильтра, можно ограничивать прохождение светового потока. Интенсивность прошедшего через поляризаторы света контролируется законом Малюса. На подобном принципе основана работа жидкокристаллических экранов.
Пример 1
Некоторые насекомые (в частности, пчелы) обладают способностью различать линейную поляризацию света, что позволяет им прекрасно ориентироваться в пространстве. Также некоторые животные (например, рак-богомол) различают свет с круговой поляризацией.
В 1808 году французский ученый-физик Э. Малюс, при взгляде через кусок исландского шпата на блестевшие от лучей заходящего солнца окна Люксембургского дворца (в Париже), заметил такой факт: при определенном положении кристалла, заметным становится только одно изображение.
Основываясь на этот и некоторые другие опыты, и опираясь на положения из корпускулярной теории света Ньютона, физик предположил изначально беспорядочную ориентированность корпускулов в солнечном свете. При этом, при отражении от поверхности (прохождении через анизотропный кристалл) они получают определенную ориентацию. Такой упорядоченный свет был назван поляризованным.
Источник: https://spravochnick.ru/fizika/dispersiya_i_polyarizaciya_sveta/
Дифракция и дисперсия света. Не путать!
Дифракция и дисперсия — такие красивые и похожие слова, которые звучат как музыка для ушей физика! Как все уже догадались, сегодня мы говорим уже не о геометрической оптике, а о явлениях, обусловленных именно волновой природой света.
Дисперсия света
Итак, в чем заключается явление дисперсии света? В прошлой статье мы рассмотрели закон преломления света. Тогда мы не задумывались, а точнее — не вспоминали о том, что свет (электромагнитная волна) имеет определенную длину. Давайте вспомним:
Свет – электромагнитная волна. Видимый свет – это волны, имеющие длину в интервале от 380 до 770 нанометров.
Так вот, еще старина Ньютон заметил, что показатель преломления зависит от длины волны. Другими словами, красный свет, падая на поверхность и преломляясь, отклонится на другой угол, нежели желтый, зеленый и так далее. Эта зависимость и называется дисперсией.
Радуга — результат дисперсии
Пропуская белый свет через призму, можно получить спектр, состоящий из всех цветов радуги. Это явление напрямую объясняется дисперсией света. Раз показатель преломления зависит от длины волны, значит, он зависит и от частоты. Соответственно, скорость света для разных длин волн в веществе также будет различна
Дисперсия света – зависимость скорости света в веществе от частоты.
Где применяется дисперсия света? Да повсюду! Это не только красивое слово, но и красивое явление. Дисперсия света в быту, природе, технике и искусстве. Вот, например, дисперсия красуется на обложке альбома группы Pink Floyd.
Дисперсия и Пинк Флойд
Дифракция света
Перед дифракцией нужно сказать про ее «подругу» — интерференцию. Ведь интерференция и дифракция света — это явления, которые наблюдаются одновременно.
Интерференция света – это когда две когерентные световые волны при наложении усиливают друг друга или наоборот ослабляют.
Волны является когерентными, если разность их фаз постоянна во времени, а при сложении получается волна той же частоты. Будет результирующая волна усилена (интерференционный максимум) или наоборот ослаблена (интерференционный минимум) — зависит от разности фаз колебаний. Максимумы и минимумы при интерференции чередуются, образуя интерференционную картину.
Интерференция волн
Дифракция света – еще одно проявления волновых свойств. Казалось бы, луч света всегда должен распространяться по прямой. Но нет! Встречая препятствие, свет отклоняется от первоначального направления как бы огибая преграду.
Какие условия необходимы для наблюдения дифракции света? Собственно, это явление наблюдается на предметах любых размеров, но на больших предметах его наблюдать трудно и почти невозможно. Лучше всего это удается сделать на препятствиях, сопоставимых по размерам с длиной волны.
В случае со светом — это очень маленькие препятствия.
Дифракцией света называется явление отклонения света от прямолинейного направления при прохождении вблизи преграды.
Дифракция проявляется не только для света, но и для других волн. Например, для звуковых. Или для волн на море. Отличный пример дифракции – это то, как мы слышим песню группы Пинк Флойд из проезжающей мимо машины, когда сами стоим за углом. Если бы звуковая волна распространялась прямо, она бы просто не достигла наших ушей, и мы бы стояли в полной тишине. Согласитесь, скучно. Зато с дифракцией гораздо веселее.
Дифракция в природе. Паутина работает, как дифракционная решетка
Для наблюдения явления дифракции используется специальный прибор – дифракционная решетка. Дифракционная решетка представляет собой систему препятствий, которые по размеру сопоставимы с длиной волны. Это специальные параллельные штрихи, выгравированные на поверхности металлической или стеклянной пластины. Расстояние между краями соседних щелей решетки называется периодом решетки или ее постоянной.
Что происходит со светом при прохождении дифракционной решетки? Попадая на решетку и встречая препятствие, световая волна проходит через систему прозрачных и непрозрачных областей, в результате чего разбивается на отдельные пучки когерентного света, которые после дифракции интерферируют друг с другом. Каждая длина волны отклоняется при этом на определенный угол, и происходит разложение света в спектр. В результате мы наблюдаем дифракцию света на решетке
Работа дифракционной решетки
Формула дифракционной решетки:
Здесь d – период решетки, фи – угол отклонения света после прохождения решетки, k – порядок дифракционного максимума, лямбда – длина волны.
Сегодня мы узнали, в чем чем заключается явления дифракции и дисперсии света. В курсе оптики очень сильно распространены задачи по теме интерференция, дисперсия и дифракция света. Авторы учебников очень любят подобные задачи. Чего нельзя сказать о тех, кому приходится их решать. Если Вы хотите легко справиться с заданиями, разобраться в теме, а заодно и сэкономить время, обратитесь к нашим авторам. Они помогут Вам справиться с любой задачей!
Источник: https://zaochnik-com.ru/blog/difrakciya-i-dispersiya-ne-putat/
Дисперсия света – удивительное явление природы
Дисперсия света представляет собой явление разложения луча белого света на цветные лучи. Это происходит при прохождении света через трёхгранную призму.
История открытия
Опыты Ньютона
Явление дисперсии света было открыто в 1672 году известным учёным Ньютоном, который путём серии экспериментов доказал прямую зависимость между цветом световой волны и её частотой.
Самым наглядным природным подтверждением проделанного учёным опыта является появление радуги после дождя. В этом случае белый свет преломляется через множество капель, образуя целый спектр света, от красного к фиолетовому цвету.
Во многом именно благодаря открытию явления дисперсии света удалось доказать волновую природу света.
Спектральный прибор
Спектральный прибор
Видимый белый свет включает монохроматические волны, обладающие разной длиной. Совокупность таких волн называют световым спектром, а прибор, при помощи которого изучают дисперсию света, именуется спектральным. Так, простейшим спектральным прибором, при помощи которого можно произвести разложение света в спектр, является стеклянная призма. Математически явление дисперсии света определяется как зависимость преломления того или иного вещества от длины световой волны.
Дифракционная решетка
Дифракционная решетка на лазер
Для более детального изучения явления дисперсии света были изобретены дифракционные решётки. Эти приборы состоят из большого количества щелей и выступов, которые в периодической последовательности наносятся на специальные (стеклянные или металлические) поверхности.
Благодаря применению высоких технологий, удалось создать такие дифракционные решётки, которые на каждом миллиметре своей структуры содержат около 2000 штрихов. Существуют также более грубые дифракционные решётки, содержащие всего лишь 100 штрихов на 1 миллиметр.
Однако следует отметить, что функцию этого прибора могут выполнять такие обыденные предметы, как граммофонная пластинка или компакт-диск.
Радуга
Двойная радуга
В том случае, если свет внутри дождевой капли преломляется только один раз, появляется так называемая первичная радуга. Однако при двух отражениях на небе появляется двойная радуга, которая представляет собой более редкое природное явление.
Та радуга, диаметр которой меньше, более яркая и обладает стандартным порядком цветов. Вторая радуга, напротив, менее заметна и обладает обратным порядком цветов спектра.
Таким образом, необычно красивое явление радуги после дождя можно объяснить простыми физическими законами.
Источник: https://spacegid.com/dispersiya-sveta.html
Дисперсия света
Автор — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев
Темы кодификатора ЕГЭ: дисперсия света.
Пусть солнечный луч переходит из воздуха в прозрачную среду (например, воду или стекло). Если угол падения не равен нулю, то, как вы помните, угол преломления определяется из закона преломления:
.
Величина , называемая показателем преломления, характеризует среду и от угла падения не зависит.
Оказывается, однако, что среда по-разному реагирует на прохождение электромагнитных волн различных частот. Имеет место дисперсия — зависимость показателя преломления среды от частоты света.
Опыт Ньютона
Классический опыт по наблюдению дисперсии был поставлен Ньютоном. Узкий луч солнечного света направлялся на треугольную стеклянную призму (рис. 1).
| Рис. 1. Разложение белого света в спектр |
На экране за призмой появлялся спектр — радужная полоса. Один край спектра оказался красным, другой — фиолетовым, а цвета внутри спектра непрерывно переходили друг в друга.
Выделяя луч какого-либо цвета (например, красного или синего) и запуская его в другую призму, мы уже не увидим изменения цвета преломлённого луча. Стало быть, компоненты радуги являются простейшими цветами, не разложимыми далее. Их можно собрать обратно с помощью второй призмы, и тогда снова получится белый свет. Следовательно, белый свет является смесью световых пучков различных цветов, непрерывно заполняющих диапазон видимого света от красного до фиолетового.
Мы видим, таким образом, что стеклянная призма является простейшим спектральным прибором — она позволяет исследовать спектральный состав белого света. С действием более сложного спектрального прибора — дифракционной решётки — мы познакомились в предыдущей теме.
Как показывает опыт Ньютона, слабее всего преломляется красный свет, а сильнее всего — фиолетовый. В видимом диапазоне красный свет имеет наименьшую частоту, а фиолетовый — наибольшую. Коль скоро показатель преломления становится всё больше по мере движения от красного конца спектра к фиолетовому, мы делаем вывод, что показатель преломления стекла увеличивается с возрастанием частоты света.
Но показатель преломления есть отношение скорости света в воздухе к скорости света в среде: . Значит,чем больше частота света, тем с меньшей скоростью свет распространяется в стекле. Наибольшую скорость внутри стеклянной призмы имеет красный свет, наименьшую — фиолетовый.
Различие в скоростях света для разных частот проявляется только при наличии среды. В вакууме скорость распространения электромагнитных волн не зависит от частоты и равна .
Открытая и исследованная Ньютоном, дисперсия света больше двухсот лет ждала своего объяснения — нужны были соответствующие сведения о строении вещества. Классическая теория дисперсии была предложена Лоренцем лишь в конце XIX века. Более точная квантовая теория дисперсии появилась в первой половине прошлого столетия.
Хроматическая аберрация
]Предположим, что на собирающую линзу параллельно главной оптической оси падает пучок белого света. Преломляясь в линзе, он, казалось бы, должен собраться в её фокусе. Однако вследствие дисперсии возникает хроматическая аберрация — некоторая расфокусировка пучка, вызванная различной преломляемостью разных компонент белого света.
Явление хроматической аберрации показано на рис. 2.
| Рис. 2. Хроматическая аберрация |
Показатель преломления материала линзы принимает наименьшее значение для красного света, и потому красный свет преломляется слабее всего. Красные лучи собираются на главной оптической оси в наиболее удалённой от линзы точке. Жёлтые лучи собираются ближе к линзе, зелёные — ещё ближе, и, наконец, в ближайшей к линзе точке сойдутся фиолетовые лучи.
Хроматическая аберрация ухудшает качество изображений — снижает чёткость, даёт лишние цветные полосы. Но с хроматической аберрацией можно бороться. Для этого в оптической технике применяют так называемые ахроматические линзы, получаемые накладыванием на собирающую линзу дополнительной рассеивающей линзы. Догадайтесь — зачем нужна рассеивающая линза?
Источник: https://ege-study.ru/ru/ege/materialy/fizika/dispersiya-sveta/
Что такое дисперсия света – открытие Ньютона, что нужно знать
Пока ученые не объяснили видимые природные явления, когда все цвета выстраиваются в определенном порядке или мигрируют один в другой (радуга, северное сияние), людям казалось это чем-то волшебным. Сейчас мы понимаем, что это происходит из-за преломления солнечного потока. Но давайте разберемся в этом явлении чуть глубже. Что представляет собой дисперсия света?
Определение дисперсии света
Солнце проходит через прозрачные или условно прозрачные вещества, такие как вода, стекло, хрусталь. При этом белый луч, который мы считаем бесцветным, раскладывается на составляющие его радужные цвета.
Это происходит из-за того, что волны, попадая из одного вещества в другое, частично или полностью меняют свое направление. Такое изменение направления называется преломлением.
Но почему поток из белого, превращается в разноцветный? Это объясняется тем, что он не монохромный, а как раз содержит в себе весь цветовой ряд. Когда диапазоны всех цветов сливаются, мы видим белое излучение. При этом каждый цвет имеет разную длину волны. И в зависимости от нее по-своему меняет угол преломления.
Например, для зеленого диапазона угол отклонения будет больше, чем для оранжевого, а для синего больше, чем для зеленого. При этом скорость распространения изменяется при прохождении через другую среду, а вот частота остается прежней.
Объяснив эти наблюдения, можно дать определение такому понятию, как разложение белого света на составляющие.
Дисперсия — это зависимость показателя преломления от длины волны, или зависимость скорости света в веществе от длины волны. Это определение можно представить в виде формулы: n = f(v) или n = f(v), где
n — показатель приломления, λ — длина, а ν — частота.
Где встречается в природе
Разложение волнового потока в природе мы наблюдаем часто, но порой даже не догадываемся, что это дисперсия.
- Солнце на заходе, окрашивает все в красный или оранжевый цвет. Это происходит из-за разложения освещения в среде газа, который составляет нашу атмосферу.
- На дне аквариума или водоема с достаточно прозрачной водой мы можем видеть радужные блики. Это солнечный диапазон, преломленный в воде, раскладывается на цветовой спектр.
- Бриллианты, огранённый хрусталь, фиониты переливаются всеми гранями при ярком освещении.
Первые шаги на пути к открытию дисперсии
Еще задолго до того, как явление разложение спектра было описано и объяснено с точки зрения современной физики и представлений о волновой природе облучения, люди наблюдали и пытались понять суть этого явления.
Древнегреческий ученый Аристотель еще в 3 веке до н.э. активно изучал и пытался дать объяснение некоторым свойствам светового потока. Он наблюдал дисперсию света в природе и даже пытался экспериментально выяснить, как устроено солнечное излучение.
Так он выяснил, что солнечные лучи могут иметь разный цвет. И попытался описать суть этого явления. Ученый объяснил это тем, что разный оттенок свет приобретает из-за разного «количества темноты» в нем. Если темноты много, тогда освещение становится фиолетовым, если мало, то красным.
Уже тогда ученый сделал предположение, что белый спектр является основным и состоит из множества оттенков.
Открытие Ньютона
Конечно, первым, кто экспериментально доказал и описал зависимость преломления светового потока от длины волны, был Исаак Ньютон. С 1666 года он активно занимался изучением явления преобразования бесцветного диапазона.
В солнечный день ученый затемнил комнату и оставил только небольшой просвет в окне, через который проходила тонкая полоска солнца. Ньютон поставил треугольную хрустальную призму, чтобы на нее попадал луч. Пройдя через прозрачный хрусталь, белый свет превратился в ряд разноцветных полос.
Цвета были расположены строго по порядку от красного до фиолетового. Ученый выделил семь полос разного оттенка и назвал этот ряд спектром (от латинского видимый).
Сегодня для опытного наблюдения разложения диапазона применяют дифракционные решетки. Это стеклянные пластины с нанесенными бороздками и тонкими отверстиями. С помощью них можно наблюдать разложение не только цветового спектра, но и расщепление самого луча.
Советуем посмотреть видео:
Аномальная дисперсия
Нормальная дисперсия характеризуется тем, что чем выше частота излучения, тем больше угол преломления.
Аномальная же — это разновидность обычного расщипления видимого диапазона, когда при распространении света в веществе показатель преломления уменьшается с увеличением частоты светового потока. То есть обратная зависимость.
На практике отличия между двумя видами явлений можно увидеть в парах некоторых газов. При разложении луча красные волны преломляются больше чем синие, а некоторый диапазон поглощается веществом.
Источник: https://lampasveta.com/teoriya/dispersiya-sveta
Что от чего зависит.?
Разным скоростям распространения волн соответствуют разные абсолютные показатели преломления среды
.
То есть
Значит, луч красного цвета преломляется меньше из-за того, что он имеет в веществе наибольшую скорость, а луч фиолетового цвета — наименьшую.
Частота и длина волны связаны между собой
Из формулы видно, что длина волны прямо пропорциональна скорости света и обратно пропорциональна частоте. Отсюда следует то, что длина волны больше в той среде, где скорость волны больше (при заданной частоте).
Из формул видно, что
Поэтому можно утверждать, что абсолютный показатель преломления уменьшается соответственно к увеличению длины световой волны и увеличивается соответсвенно к уменьшению длины световой волны.
Следовательно, во время перехода из одной среды в другуюскорость распространения световой волны, а значит и длина волны, изменяется, а частота, а значит и цвет света, остаётся неизменной.
Как глаз различает цвета?
На сетчатке глаза расположены светочувствительные элементы – нервные окончания, которые называют «палочками» и «колбочками». Палочки отличают только светлое от тёмного. Колбочки есть трёх типов – их условно называют «красные», «зелёные» и «синие». Потому что «красные» колбочки наиболее чувствительны к красному цвету, «зелёные» — к зелёному, а «синие» — к синему. И всё многообразие видимых нами цветов обусловлено «сигналами», посылаемыми в мозг всего тремя типами колбочек.
Сложение цветов
Вычитание цветов
Источник: https://www.easyphysics.in.ua/category/11class/optics/wave_optics/dispersion/
Дисперсия света. Спектр
Подробности Категория: Фотометрия 14.01.2015 11:20 8764
После грозы и дождя, когда из-за туч выглядывает солнышко, мы часто наблюдаем на небе очень красивое явление — радугу.
Она состоит из разноцветных дуг. Причём цвета в ней всегда чередуются в определённой последовательности: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий, фиолетовый. Оказывается, на такие цвета разлагается обыкновенный солнечный свет.
Что такое дисперсия света
Разложение белого света на цвета называют дисперсией света.
Для знакомства с этим явлением проведём простой опыт. Направим узкий луч белого света на прозрачную трёхгранную призму из стекла, расположенную в тёмной комнате. Пройдя сквозь грани призмы, луч преломится дважды и отклонится.
Кроме того за призмой вместо одного белого луча мы увидим семь разноцветных, окрашенных в те же цвета, что и радуга, лучей, расположенных в той же последовательности. Причём окажется, что сильнее всего преломился фиолетовый луч, а меньше всего красный.
То есть, угол преломления зависит от цвета луча.
Если на пути цветового спектра поместить другую призму, повёрнутую на 180° относительно первой, то пройдя через неё, все цветовые лучи снова соберутся в луч белого света.
Опыт с прохождение белого света через призму первые провёл Исаак Ньютон. Он же объяснил, что цвет — это собственное свойство света.
Из своего опыта Нютон сделал 2 вывода:
- Белый свет имеет сложную структуру. Он состоит из потока частиц разного цвета.
- Все эти частицы движутся с разной скоростью, поэтому лучи разного цвета и преломляются на разный угол. Самая высокая скорость у частиц красного цвета. Он преломляется через призму меньше всех других цветов. Чем меньше скорость, тем больше показатель преломления.
Именно Ньютон разделил цветовой спектр на 7 цветов, потому что считал, что существует связь между цветами и музыкальными нотами, которых тоже 7, семью днями недели и семью объектами Солнечной системы (во времена Ньютона были известны только 7 планет: Меркурий, Венера, Земля, Луна, Марс, Сатурн, Юпитер), семью чудесами света. Правда, в спектре Ньютона синий цвет назывался индиго.
Чтобы легче было представить последовательность цветов в спектре, достаточно запомнить фразу, в которой заглавные буквы совпадают с первыми буквами наименований цветов: «Каждый Охотник Желает Знать, Где Сидит Фазан».
В общем смысле спектром в физике называют распределение значений физической величины (энергии, массы или частоты).
Спектр видимого излучения
Свет, представляющий собой волны одинаковой длины и соответствующий одному цвету, называется монохроматичным. Белый свет представляет собой набор электромагнитных волн различной длины. Поэтому он является полихроматичным.
Почему же белый свет разлагается на другие цвета, проходя через призму? Причина в том, что каждый цвет, входящий в состав белого света, имеет свою длину световой волны и распространяется в прозрачной оптической среде со своей фазовой скоростью, отличной от скоростей волн других цветов. У красного цвета эта скорость в среде максимальна, а у фиолетового минимальна. Кстати, скорости эти различны только в оптической среде. В вакууме скорость лучей разного цвета остаётся постоянной и равной скорости света.
Лучи разного цвета (разной длины волны) имеют разные показатели преломления, поэтому по-разному отклоняются при переходе из одной среды в другую. В зависимости показателя преломления света от длины волны заключается суть явления дисперсии света. По этой причине и возникает спектр.
Отношение скорости света в вакууме к его скорости в данной среде называют абсолютным показателем преломлениясреды.
n = c/v,
где с — скорость света; v — скорость света в оптической среде.
Зная длину волны, можно вычислить показатель преломления среды для каждого цвета видимого спектра.
Итак, белый свет разлагается на разные цвета, потому что каждый цвет имеет свой показатель преломления.
Дисперсией объясняется появление радуги. Капельки воды сферической формы, парящие в атмосфере, преломляют, а затем и отражают солнечный свет от своей внутренней поверхности. В результате он разлагается в спектр, и мы видим разноцветное свечение. Грани бриллианта «играют» цветами также благодаря дисперсии.
Цвета, входящие в спектр, называются спектральными цветами. Но спектр содержит не все цвета, которые воспринимает мозг человека. Например, в нём нет розового цвета. Он получается при смешении других цветов.
В спектре не существует резкой границы между цветами. Все цвета плавно переходят друг в друга.
Длины волн, соответствующих каждому цвету, были определены одним из создателей волновой теории света английским физиком, механиком, врачом, астрономом и востоковедом Томасом Юнгом.
Свет и цвет
Сложной структурой белого света объясняется многообразие красок в окружающем нас мире. Из-за того что световые лучи разного цвета по-разному отражаются от предметов или поглощаются ими, мы и видим мир цветным.
Помните выражение: «Все кошки ночью серые»? А ведь это действительно так. В темноте цвет различить невозможно. Там, где нет света, все предметы кажутся нам чёрными. Но стоит только направить на кошку луч света, как она сразу же приобретёт цвет.
Цвет предмета — это цвет отражённой волны спектра. Белые предметы отражают все цвета, поэтому мы и видим их белыми. Чёрные, наоборот, все цвета поглощают и не отражают ничего. Траву мы видим зелёной, потому при солнечном свете она отражает зелёный цвет, а все остальные поглощает. Банан жёлтый, потому что отражает жёлтый цвет и т.д.
Источник: http://ency.info/materiya-i-dvigenie/fotometriya/379-dispersiya-sveta-spektr
