Меню

Радуга это дисперсия белого света



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.

Читайте также:  Пропал свет габариты газ 3110

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.

Радуга

Самым ярким и занятным проявлением разложения спектра в природе является радуга. После дождя в насыщенной водными каплями атмосфере солнечные лучи проходит через эти капли. Преломляясь в водных порах поток раскладывается на спектральную полосу.

Солнечный поток может преломляться дважды. Тогда мы видим двойную радугу. При чем, во второй радуге цвета расположены в обратно порядке от фиолетового к красному. Это явление редкое, но объяснимое с точки зрения физики.

Чем выше радуга, там она бледнее и наоборот.

В заключение

Очень часто мы сталкиваемся с явлениями обыденными, объяснить которые мы по-прежнему не всегда можем. Но появление радуги теперь для нас вполне объяснимо. Попробуйте провести ньютоновский опыт с детьми и делитесь своими результатами в комментариях и социальных сетях.

Источник

Свет и цвет/Радуга

Ра́дуга — изумительное по красоте атмосферное оптическое и метеорологическое явление, особенно часто наблюдаемое после дождя. Радуга выглядит как дуга или окружность, составленная из цветов спектра — глядя снаружи — внутрь дуги мы видим красный, оранжевый, жёлтый, ярко коричневый, голубой, синий, фиолетовый цвета. Физическая причина появления радуги — преломление и дисперсия света в водяных каплях (дождь, туман).

Содержание

Причина радуги — преломление и дисперсия света [ править ]

Радуга возникает, когда солнечный свет испытывает преломление в капельках воды, медленно падающих в воздухе. Эти капельки по-разному отклоняют свет разных цветов, в результате чего белый свет разлагается в спектр. Нам кажется, что из пространства по концентрическим кругам (дугам) исходит разноцветное свечение. При этом источник яркого света всегда находится за спиной наблюдателя. Позже измерили, что красный свет отклоняется на 137 градусов 30 минут, а фиолетовый на 139°20’)

В яркую лунную ночь можно увидеть бледную радугу от Луны. Однако человеческое зрение устроено так, что при слабом освещении мы не может различать цвета (наиболее чувствительные рецепторы глаза — «палочки» — не воспринимает цвет). Поэтому лунная радуга выглядит белесой; но чем ярче свет, тем «цветнее» будет радуга, т.к. у человека яркий свет включает восприятие цветовых рецепторов — «колбочек».

Центр окружности, которую описывает радуга, всегда лежит на прямой, проходящей через Солнце (Луну) и глаз наблюдателя, то есть одновременно видеть солнце и радугу без использования зеркал невозможно. Для наблюдателя на земле она обычно выглядит, как часть окружности, чем выше точка зрения, тем радуга полнее — с горы или самолёта можно увидеть и целую окружность.

Физика радуги [ править ]

Радуга представляет собой каустику, возникающую из-за преломления и отражения плоскопараллельного пучка света на сферической капле. Как показано на рисунке (для монохромного пучка), отражённый свет имеет максимальную интенсивность для некоторого угла между источником, каплей и наблюдателем.

Показатель преломления воды для более длинноволнового (красного) света меньше, чем для коротковолнового (фиолетового), поэтому красный свет меньше отклоняется при преломлении.

Чаще всего наблюдается первичная радуга, при которой свет претерпевает одно внутреннее отражение. Ход лучей показан на рисунке справа вверху. В первичной радуге красный цвет находится снаружи дуги, её угловой радиус составляет 40—42°.

Иногда можно увидеть ещё одну, менее яркую радугу вокруг первой. Это вторичная радуга, в которой свет отражается в капле два раза. Во вторичной радуге «перевёрнутый» порядок цветов — снаружи находится фиолетовый, а внутри красный. Угловой радиус вторичной радуги 50—53°. Небо между двумя радугами обычно имеет заметно более темный оттенок.

В горах и других местах, где очень чистый воздух, можно наблюдать третью радугу (угловой радиус порядка 60°).

Читайте также:  Свет как экологический фактор фотопериодизм

История исследования [ править ]

Персидский астроном Qutb al-Din al-Shirazi (1236—1311), а возможно, его ученик Kamal al-din al-Farisi (1260—1320), видимо, был первым, кто дал достаточно точное объяснение феномена [1].

Общая физическая картина радуги была описана в 1611 году Марком Антонием де Доминисом в книге «De radiis visus et lucis in vitris perspectivis et iride». На основании опытных наблюдений он пришел к заключению, что радуга получается в результате отражения от внутренней поверхности капли дождя и двукратного преломления — при входе в каплю и при выходе из нее.

Рене Декарт дал более полное объяснение радуги в 1635 году в своем труде «Метеоры» в главе «О радуге».

Хотя многоцветный спектр радуги непрерывен, по традиции в нем выделяют 7 цветов. Считают, что первым выбрал число 7 Исаак Ньютон, для которого число 7 имело специальное символическое значение (по пифагорейским, богословским или нумерологическим соображениям). Причём первоначально он различал только пять цветов — красный, желтый, зеленый, голубой и фиолетовый, о чём и написал в своей «Оптике».Но вспоследствии, стремясь создать соответствие между числом цветов спектра и числом основных тонов музыкальной гаммы, Ньютон добавил к пяти перечисленным цветам спектра еще два.

Для запоминания их последовательности есть мнемонические фразы, первые буквы каждого слова в которых соответствуют первым буквам названия цвета (глядя сверху-вниз по радуге, снаружи-внутрь дуги: Красный, Оранжевый, Желтый, Зеленый, Голубой, Синий, Фиолетовый).

  • Как однажды Жак-звонарь головой сломал фонарь.
  • Каждый охотник желает знать где сидит фазан.

Источник

Дисперсия: радуги и призмы

Читайте, что такое дисперсия света – создание полного спектра длин волн. Изучите явление дисперсии света, создание радуги в дисперсии и отражении, преломление.

Дисперсия – разделение белого света на полный спектр длин волн.

Задача обучения

  • Охарактеризовать создание радуг при помощи рефракции и отражения.

Основные пункты

  • Дисперсия возникает каждый раз, когда меняется направление света. Может появляться для любого типа волны.
  • Для конкретной среды (n) возрастает с сокращением длины волны и будет наибольшим для фиолетового света.
  • В радуге свет попадает в каплю воды и отражается от ее задней части. Преломление происходит по мере вхождения.

Термин

  • Преломление – перемена направленности светового луча, когда он проходит сквозь измененную материю.

В радуге проявляется 6 цветов: красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий и фиолетовый. Иногда также указывают индиго. Все они основываются на разных длинах волн света. Белый – однородная смесь всех видимых нами цветов. Солнечный свет можно воспринимать как белый, хотя и кажется желтоватым из-за перемешивания длин волн.

Последовательность цветов в радуге соответствует последовательности в длине волн. То есть, белый распространяется по длине волны в радуге. Дисперсия – процесс, в котором белый свет разбивается на полный спектр длин волн. Это явление дисперсии возникает для любого типа волны.

Радуга связана с семью цветами, но представляет собою непрерывное распределение цветов по длинам волн

За процесс дисперсии отвечает преломление. Угол основывается на показателе преломления, который зависит от среды (в данном случае и от длины волны). Стоит отметить, что здесь показатель увеличивается при сокращении длины волны и выступает наибольшим для фиолетового.

(а) – Чистая длина волны света падает на призму и преломляется на обеих поверхностях. (b) – Призма рассеивает белый свет. Показатель преломления меняется вместе с длиной волны. Отсюда и последовательность от красного к фиолетовому

Явление радуги формируется из-за рефракции и отражения. Просто отметьте, что видите радугу только, если смотрите от стороны Солнца. Свет попадает в каплю воды и отражается от ее задней части. Преломление осуществляется по мере вхождения. Показатель меняется с длиной волны, так что свет рассеивается, создавая радугу. Фактические цвета зависят от преломления множества лучей и отражения от глаз огромного числа водных капель. Дуга формируется из-за необходимости наблюдать за определенным углом по отношению к направлению Солнца.

Читайте также:  Отраженный свет от диска

Попадающая на каплю часть света входит и отражается от задней ее части. Свет преломляется и рассеивается

Источник

Дисперсия – это радуга?

В жизни мы постоянно сталкиваемся с дисперсией, но далеко не всегда замечаем это или даже порой не знаем, что это такое. Сейчас мы постараемся более подробно рассмотреть, что представляет собой дисперсия. Первым ярким ее примером является обычная радуга. Вряд ли найдется человек, который бы никогда не восхищался этим красивым явлением. По старинному поверью, у подножия радуги можно отыскать горшочек, полный золота. Мы настолько привыкли видеть радугу, что нам она кажется обыденной, и мы не вникаем в ее природу. На самом деле каждое ее появление сопровождается сложными физическими процессами, с которыми мы и постараемся разобраться в этой статье.

В самом общем смысле дисперсия – это преломление света. Проходя сквозь призму, луч света преломляется и распадается на разные цвета. Это можно легко проверить в домашних условиях. Проведем небольшой опыт. В солнечный день необходимо закрыть окно плотной занавеской и сделать в ней небольшое отверстие, через которое в комнату будет проникать узкий лучик. На противоположной от окна стене от этого луча будет образовываться светлое пятно. Поставим на пути луча стеклянную призму. Теперь мы можем убедиться, что дисперсия – это условие появления радуги, ведь пятно на стене стало разноцветным. В нем можно увидеть все цвета радуги, от красного до фиолетового.

Таким образом, дисперсия – это оптические явления, обусловленные зависимостью показателя преломления вещества от частоты света (длины волны) либо зависимостью фазовой скорости волн света от его частоты или длины волны. Следствием дисперсии является разложение пучка света в спектр при прохождении через стеклянную призму. Дисперсия света была открыта в 1672 году Ньютоном, который занимался активным изучением спектра.

Ньютон не первым проводил подобные опыты. Уже в начале нашей эры было известно о разложении света на спектр при прохождении его через крупные монокристаллы. Первыми исследователями преломления света были английский ученый Т. Хариот и чешский естествоиспытатель Й. Марци, однако именно Ньютон начал серьезно анализировать данный процесс.

Ньютон провел целый комплекс опытов и экспериментов с призмами. Результаты его исследований было подробно описаны в «Лекциях по оптике», «Оптике» и «Теории света и цветов». Ньютон смог доказать, что белый свет вовсе не основной для всех других, а напротив – он является неоднородным. Различные виды дисперсии, то есть разложения белого света на его составные части, появляются при прохождении луча сквозь различные призмы и группы призм. Разложение света происходит потому, что каждому цвету свойственна определенная степень преломляемости. У каждого цвета имеются свои определенные свойства. Дисперсии наглядно показывают их различие. Выполненные ученым исследования представляют для современных физиков огромный интерес с точки зрения не только результатов, но и методологии. Начиная свои исследования, Ньютон ставил задачу не выдвигать гипотезы, а объяснять свойства света фактами и рассуждениями. Ученый ставил множество экспериментов, отмечая, что «обилие опытов не мешает».

Направив луч света на стеклянную призму, Ньютон смог увидеть на экране своего рода радугу. Ученый выделили семь основных цветов, которые мы все сейчас хорошо знаем. Почему именно семь? Именно семь цветов были наиболее яркими. Кроме того, в музыке тоже всего семь нот, зато их вариации позволяют создавать настоящие произведения искусства, непохожие друг на друга. Затем он провел обратный опыт, направив спектр на грань другой стеклянной призмы. При этом снова получился белый свет. В результате Ньютону пришла идея создать круг с семью секторами разных цветов, в ходе вращения которого снова будет получаться белый свет.

Таким образом, дисперсия – это сложный физический процесс, обусловленный свойствами света и цвета. И именно благодаря этому процессу мы можем наблюдать после грозы радугу. Теперь вы имеете представление с научной точки зрения о причинах появления радуги.

Источник

Adblock
detector