§ 23. дисперсия света

И. Ньютон в 1666 году обнаружил, что узкий солнечный луч при прохождении через стеклянную призму разлагается на отдельные цветные лучи, в результате чего на экране, помещенном позади призмы, получается цветная радужная полоска с постепенным переходом цветов от красного до фиолетового цвета (рис. 23а). Выделив в этой полосе семь цветов: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий и фиолетовый, Ньютон назвал её спектром (от латинского spectrum – видимое). Последовательность цветов в спектре помогает запомнить фраза «Каждый охотник желает знать, где сидит фазан», в которой первые буквы слов совпадают с первыми буквами названий цветов.

Чтобы найти причину появления спектра, Ньютон поставил опыт, в котором солнечный луч сначала проходил через красное стекло, а потом через призму. В этом случае на экране за призмой появлялось только красное  пятно, расположенное в том же месте, где в спектре была красная полоса. Аналогичные результаты Ньютон получил, пропуская солнечный свет через стёкла различного цвета, что привело его к следующим двум важным выводам, которые в современной интерпретации можно сформулировать как: (1) белый солнечный свет состоит из лучей различных цветов, и только определённое соотношение между ними создаёт у нас впечатление белого цвета, и (2) стекло для лучей, отличающихся по цвету, имеет разные показатели преломления. Зависимость показателя преломления от цвета лучей была названа Ньютоном дисперсией света. Слово «дисперсия» в переводе с латыни означает разложение или рассеяние.

Во времена Ньютона ещё не было известно, что свет – это электромагнитные волны, а различные цвета световых лучей соответствуют электромагнитным волнам разной длины волны. В настоящее время установлено, что диапазон волн с длиной волны от 630 до 760 нм воспринимается нами как красный, от 590 до 620 нм – как оранжевый, от 565 до 590 нм – как жёлтый; от 500 до 565 нм – как зелёный, от 485 до 500 нм – как голубой, от 440 до 485 нм – как синий и от 380 до 440 нм – как фиолетовый. Следует отметить, что границы между перечисленными диапазонами довольно условны, так как оттенки соседних цветов трудно различимы.

Считая свет электромагнитными волнами с длиной волны, лежащей в диапазоне между 380 и 760 нм, можно дать современную интерпретацию дисперсии, открытой Ньютоном. Дисперсия – это зависимость показателя преломления света от его длины волны.

Самые различные цвета можно получить, сложив лучи трёх разных цветов, например, красного, зелёного и синего, перекрещивая их на каком-либо экране (см. рис. 23б). Если интенсивность лучей изменять независимо друг от друга то в месте их пересечения образуются области, окрашенные в любые оттенки всевозможных цветов.    

Наша способность различать цвета объясняется тем, что в сетчатке глаза человека находятся три типа клеток (колбочек), обладающих избирательной чувствительностью к электромагнитным волнам различной длины волны. Одни из них особо чувствительны к красному цвету, другие – к зелёному, а третьи – к синему цвету. В результате, наш глаз способен различать самые различные оттенки всех цветов.

Цвета предметов зависят от того, электромагнитные волны какой длины волны они отражают. Например, кожура помидора отражает только свет с длиной волны, соответствующей красному цвету, а листья – только лучи зелёного цвета. Поэтому, если осветить помидор только синими лучами света, то он станет чёрным.   

Вопросы для повторения:

·        Что называют дисперсией света и спектром?

·        Что такое белый свет?

·        От чего зависит цвет светового луча и предмета?

 

Рис. 23. (а) – спектр белого света, возникающий на экране, помещённом за призмой, из-за дисперсии света; (б) – возникновение различных цветов в местах пересечения красного, зелёного и синего лучей света.