Что принято называть дисперсией света

Введение

Мы живем в мире разнообразных световых явлений – радуга, полярные сияния, голубое небо. Тем, кто не знаком с причинами их возникновения, эти световые явления кажутся необыкновенными и загадочными.

В повседневной жизни мы встречаемся со многими световыми явлениями, но обычно не задумываемся над ними – насколько они привычны для нас, а вот объяснить их часто затрудняемся. Например, чайная ложка, опущенная в стакан с водой, кажется нам надломленной или сломанной, в зависимости от того, с какой стороны мы смотрим на ложку. Мы видим окружающие нас предметы многоцветными при освещении Солнцем или яркой лампой, но с наступлением сумерек или при ослаблении света цветность предметов блекнет.

Все эти явления связаны с понятием «свет»
. В обыденной речи «свет» мы используем в самых разных значениях: ученье – свет, а неученье – тьма, свет мой, солнышко, скажи … В физике термин «свет» имеет гораздо более определенное значение. Опытным путем было установлено, что свет нагревает тела, на которое падает. Следовательно, он передает этим телам энергию. Мы также знаем, что одним из видов теплопередачи является излучение, следовательно, Свет
– это электромагнитное излучение, воспринимаемое человеческим глазом и вызывающее зрительные ощущения. Свет обладает множественными свойствами, одним таким свойством света является – дисперсия
. Мы всегда сталкиваемся с этим явлением в жизни, но не всегда замечаем этого. Но если быть внимательным, то явление дисперсии всегда нас окружает. Одно из таких явлений это обычная радуга. На первый взгляд радуга это что-то простое, на самом деле при возникновении радуги происходят сложные физические процессы. Поэтому мы выбрали тему дисперсия света для того, чтобы глубже понять физические процессы и явления, происходящие в природе. Это очень интересная тема и мы постараемся в своем проекте представить все моменты, происходящие в истории развития науки о свете и показать опыты по демонстрации дисперсии света, а так же свою экспериментальную установку, разработанную специально для наблюдения дисперсии света, которая впоследствии может быть использована на уроках физики при изучении данной темы.

Цель проекта
– изучение понятия «Дисперсия света» и изготовление экспериментальной установки «Цветовой диск Ньютона».

Задачи:

1. Изучить историю открытия И. Ньютоном явления Дисперсия света.
2. Рассмотреть спектральный состав света.
3. Дать понятие о дисперсии света.
4. Подготовить эксперименты по наблюдению дисперсии света.
5. Рассмотреть природное явление радуга.
6. Изготовить экспериментальную установку «Цветовой диск Ньютона».

Исследования предшественников Ньютона

Аристотелевскую теорию взаимодействия темноты и света не опровергли и ученые 16-17 веков. И чешский исследователь Марци, и английский физик Хариот независимо друг от друга проводили опыты с призмой и были твердо уверены в том, что причиной появления разных оттенков спектра является именно смешивание светового потока с темнотой при прохождении его через призму. На первый взгляд, выводы ученых можно было назвать логичными. Но их эксперименты были достаточно поверхностными, и они не смогли подкрепить их дополнительными исследованиями. Так было, пока за дело не взялся Исаак Ньютон.

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

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.

Изучение явления

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.

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.

Дисперсия света

При распространении света происходит ряд интересных явлений, одним из которых является дисперсия при преломлении. Рассмотрим это понятие более подробно.

Опыт И. Ньютона

То, что свет при прохождении прозрачных сред (воды или стекла) преломляется, и может давать радужные лучи, было известно еще в древности. Однако, систематическое научное изучение этого явления началось лишь в эпоху Возрождения. Ведущая роль в этом принадлежит И.Ньютону.

Опыт Ньютона состоял в том, чтобы направить узкий пучок белого света, попадающий в затемненную комнату сквозь маленькое отверстие в ставне на трехгранную призму, и наблюдать картину лучей, прошедших, сквозь нее.

Рис. 1. Опыт Ньютона по дисперсии света.

До Ньютона многие считали, что белый свет при преломлении окрашивается самой призмой. Однако, данный опыт показал, что это не так. Если перекрывать падающий белый пучок света цветным стеклом, то радужная картина, имевшаяся после преломления, гаснет, оставляя лишь тот цвет, который пропускает цветное стекло.

Более того, если направить радужный свет на вторую такую же призму, но, расположенную иначе, можно добиться того, чтобы свет вновь собрался бы в одно маленькое пятнышко, которое будет белым.

Рис. 2. Свет, прошедший через две призмы.

Картину разложения белого света в цветные составляющие И.Ньютон назвал спектром. Хотя, цвета в спектре плавно переходят один в другой, согласно традиции, берущей начало еще у античных авторов, радуга имеет семь цветов, и Ньютон не стал отходить от этого правила.

Таким образом, были доказаны две важных особенности света:

• Белый свет имеет сложную структуру, и состоит из многих цветов.
• Разные цвета по-разному преломляются в призме.

Последнему свойству Ньютон дал специальное определение. В своем трактате «Оптика» он назвал его дисперсией света (от латинского dispersio – рассеяние).

Данное явление достаточно широко распространено в природе. Наиболее яркий пример дисперсии света – появление радуги. В меньшем масштабе радужную картину дисперсии можно наблюдать в мелких брызгах фонтанов.

Рис. 3. Радуга в фонтане.

Объяснение дисперсии света

Во времена И. Ньютона объяснить дисперсию света было нельзя. Для этого было необходимо понимание природы световых волн, которое тогда только начинало формироваться. Более того, даже электромагнитная теория Дж. Максвелла не объясняла причины дисперсии. Эти причины стали ясны в дальнейшем, с развитием представления о природе света в рамках классической электронной теории Х. Лоренца.

Кратко можно сказать, что электроны внешних оболочек атомов вещества получают энергию падающего излучения, под действием которой совершают вынужденные колебания, и, в свою очередь также излучают. Это вторичное излучение смешивается (и интерферирует) с падающим, и в веществе распространяется результирующая волна в том же направлении, как и падающая. Ее скорость, как следовало из теории Х. Лоренца, зависит от частоты. А скорость распространения света в веществе как раз и определяет коэффициент преломления вещества:

Поскольку скорость красных световых волн в веществе оказалась самой большой, то и коэффициент преломления у красного света получается минимальный. Скорость фиолетовой волны самая маленькая, и преломляется фиолетовый свет наиболее сильно.

Таким образом, коэффициент преломления зависит от частоты излучения, а значит, белый свет, состоящий из излучения различных длин волн, будет преломляться в разной степени, в зависимости от длины волны. В этом и состоит сущность дисперсии.

Что мы узнали?

Дисперсия света была открыта И. Ньютоном. Она состоит в различном преломлении в веществе световых волн разных длин волн. Дисперсия света была объяснена в рамках классической электронной теории Х. Лоренца, которая предсказывала зависимость скорости распространения электромагнитных волн в веществе (а значит, и коэффициента преломления) от длины волны.

Дисперсия света и оптическая плотность среды

Теперь, когда вы знаете о преломлении лучей, попробуйте объяснить возникновение радуги. Верно! Солнечные лучи распространяются в воздухе и встречают на своем пути мельчайшие капельки воды. Когда лучи проходят через них, они преломляются. Помимо этого, преломляясь, белый луч света будто расщепляется на радужный спектр от красного до фиолетового цветов, рождая при этом радугу.

Явление разложения света на спектральные цвета при прохождении через оптически плотное вещество называется дисперсия.

Теперь вам может стать интересно, реально ли получить радугу самим, в условиях эксперимента. Если да, то нам нравится ваше научное любопытство! Самостоятельно получить радугу возможно, и впервые этот опыт проделал ученый Исаак Ньютон. Он направил световой луч через прозрачную стеклянную призму и получил радужный спектр.

Это интересно Свет может давать разные цвета, которые зависят от длины его волны. Например, самые длинные волны красного цвета, а самые короткие — фиолетового.

Внимательно посмотрите на картинку. Световой луч, если бы не разница в оптической плотности между воздухом и стеклом, не изменил бы свое направление. Он продолжил бы двигаться, как ни в чем не бывало. Но по законам геометрической оптики, он был вынужден исказиться дважды: при переходе из воздуха в стекло и еще раз, при переходе из стекла в воздух. Этот излом луча происходит благодаря такому показателю, как оптическая плотность среды.

Запомните! Среда, в которой скорость распространения света меньше, — это оптически более плотная среда, и наоборот.

Этот показатель можно сравнить с обыкновенной плотностью. Только представьте: луч света распространяется в воздухе. Воздух — это газ, он состоит из бесконечного множества молекул. Расстояние между ними достаточно велико, что позволяет свету распространяться без каких-либо помех. При переходе из воздуха в воду (или стекло, кристалл), луч «замечает»: вещество также состоит из мельчайших частиц, но они расположены друг к другу ближе. «Проталкиваясь» среди молекул, луч теряет свою скорость. Это можно сравнить с тем, как вы бы проходили через толпу на танцполе к сцене, где выступает ваша любимая группа. Быстро это сделать точно бы не получилось.

Где встречается

Дисперсию можно увидеть намного чаще, чем кажется на первый взгляд

Нужно просто обращать внимание:

1. Радуга – самый известный пример дисперсии. Свет преломляется в капельках воды, в результате возникает радуга, которую специалисты называют первичной. Но иногда свет преломляется дважды и появляется редкое природное явление – двойная радуга. В этом случае внутри дуга более яркая и со стандартным порядком цветов, а снаружи – размытая и оттенки идут в обратном порядке.
2. Закаты солнца, которые могут быть красными, оранжевыми или даже многоцветными. В этом случае объектом, преломляющим лучи, является атмосфера Земли. Ввиду того, что воздух состоит из определенной смеси газов, эффект отличается и может быть разным.
3. Если внимательно посмотреть на дно аквариума или большого водоема с чистой прозрачной водой, то можно явно различить радужные блики. Это происходит из-за того, что солнечный диапазон вследствие диффузии раскладывается на весь цветовой спектр.
4. Драгоценные камни с ювелирной огранкой тоже переливаются. Если аккуратно вращать их, можно заметить, как каждая грань дает свой оттенок. Это явление заметно на бриллиантах, хрустале, фианитах и даже на изделиях из стекла с хорошим качеством огранки.
5. Стеклянные призмы и любые другие прозрачные элементы при прохождении через них света также дают эффект. Особенно, если есть перепад освещения.

Буйство красок на закате солнца – один из самых известных примеров преломления света.

Разложение света в спектр несложно сделать и с помощью фонарика смартфона. В этом случае понадобится стеклянная призма и лист белой бумаги. Призму нужно поставить на стол в темном помещении, с одной стороны направить на нее луч света, а с другой поставить листок бумаги, на нем будут цветные полосы. Такой простой опыт очень нравится детям.

Явление интерференции. Пример сложения двух световых волн

Яв­ле­ние ин­тер­фе­рен­ции за­клю­ча­ет­ся в сле­ду­ю­щем: при на­ло­же­нии друг на друга в про­стран­стве двух или более волн воз­ни­ка­ет устой­чи­вая кар­ти­на рас­пре­де­ле­ния ам­пли­туд, при этом в неко­то­рых точ­ках про­стран­ства ре­зуль­ти­ру­ю­щая ам­пли­ту­да яв­ля­ет­ся сум­мой ам­пли­туд ис­ход­ных волн, в дру­гих точ­ках про­стран­ства ре­зуль­ти­ру­ю­щая ам­пли­ту­да ста­но­вит­ся рав­ной нулю. При этом на ча­сто­ты и фазы ис­ход­но скла­ды­ва­ю­щих­ся волн долж­ны быть на­ло­же­ны опре­де­лен­ные огра­ни­че­ния.

При­мер сло­же­ния двух све­то­вых волн

Уве­ли­че­ние или умень­ше­ние ам­пли­ту­ды за­ви­сит от того, с какой раз­но­стью фаз две скла­ды­ва­ю­щи­е­ся волны при­хо­дят в дан­ную точку.

На ри­сун­ке 3 по­ка­зан слу­чай сло­же­ния двух волн от то­чеч­ных ис­точ­ни­ков  и , на­хо­дя­щих­ся на рас­сто­я­нии  и  от точки M, в ко­то­рой про­из­во­дят из­ме­ре­ния ам­пли­ту­ды. Обе волны имеют в точке M в общем слу­чае раз­лич­ные ам­пли­ту­ды, так как до по­па­да­ния в эту точку они про­хо­дят раз­ные пути и их фазы от­ли­ча­ют­ся.

Рис. 3. Сло­же­ние двух волн

На ри­сун­ке 4 по­ка­за­но, как за­ви­сит ре­зуль­ти­ру­ю­щая ко­ле­ба­ния в точке M от того, в каких фазах при­хо­дят ее две си­ну­со­и­даль­ные волны. Когда греб­ни сов­па­да­ют, то ре­зуль­ти­ру­ю­щая ам­пли­ту­да мак­си­маль­но уве­ли­чи­ва­ет­ся (см. Рис. 4.1). Когда гре­бень сов­па­да­ет со впа­ди­ной, то ре­зуль­ти­ру­ю­щая ам­пли­ту­да об­ну­ля­ет­ся (см. Рис. 4.2). В про­ме­жу­точ­ных слу­ча­ях ре­зуль­ти­ру­ю­щая ам­пли­ту­да имеет зна­че­ние между нулем и сум­мой ам­пли­туд скла­ды­ва­ю­щих­ся волн (см. Рис. 4.3).

Рис. 4. Ре­зуль­ти­ру­ю­щее ко­ле­ба­ние в точке M

Ам­пли­ту­да ко­ле­ба­ний в дан­ной точке мак­си­маль­на, если раз­ность хода двух волн, воз­буж­да­ю­щих ко­ле­ба­ние в этой точке, равна це­ло­му числу длин волн или чет­но­му числу по­лу­волн (см. Рис. 5).

Рис. 5. Мак­си­маль­ная ам­пли­ту­да ко­ле­ба­ний в точке M

,

где  

Ам­пли­ту­да ко­ле­ба­ний в дан­ной точке ми­ни­маль­на, если раз­ность хода двух волн, воз­буж­да­ю­щих ко­ле­ба­ние в этой точке, равна нечет­но­му числу по­лу­волн или по­лу­це­ло­му числу длин волн (см. Рис. 6).

Рис. 6. Ми­ни­маль­ная ам­пли­ту­да ко­ле­ба­ний в точке M

,

где

Ин­тер­фе­рен­цию можно на­блю­дать толь­ко в слу­чае сло­же­ния ко­ге­рент­ных волн. Если волны не ко­ге­рент­ны, то в любую точку на­блю­де­ния две волны при­хо­дят со слу­чай­ной раз­но­стью фаз. Таким об­ра­зом, ам­пли­ту­да после сло­же­ния двух волн также будет слу­чай­ной ве­ли­чи­ной, ко­то­рая из­ме­ня­ет­ся с те­че­ни­ем вре­ме­ни, и экс­пе­ри­мент будет по­ка­зы­вать от­сут­ствие ин­тер­фе­рен­ци­он­ной кар­ти­ны.

Дисперсия света

Значение абсолютного показателя преломления среды определяется в основном свойствами этой среды; однако оно зависит еще от длины волны (частоты) света.

Поочередно пропуская через трехгранную призму пучки монохроматического света разной цветности, направленные на грань призмы под одним и тем же углом падения (рис. 17.30, где Щ — щель, Ф — фильтр, Э — экран), можно обнаружить, что фиолетовые лучи отклоняются от первоначального на-правления сильнее, чем красные. Следовательно, угол преломления красных лучей \(~\beta_k\) больше, чем фиолетовых \(~\beta_f(\beta_k > \beta_f).\) Из закона преломления

Рис. 17.30

\(\frac{\sin \alpha}{\sin \beta} = n\)

следует, что \(~n_f > n_k.\) А так как абсолютный показатель преломления \(n = \frac{c}{\upsilon},\) где \(~c\) и \(~\upsilon\) — скорости света соответственно в вакууме и среде то отсюда вытекает, что красный свет распространяется в среде быстрее, чем фиолетовый:

\(~\upsilon_k > \upsilon_f\)

Поскольку цвет, воспринимаемый глазом, определяется только частотой световой волны, то цвет при переходе из вакуума в вещество или из одного вещества в другое не изменяется.

Зависимость скорости распространения световых волн в среде (показателя преломления среды) от частоты (длины волны) света называется дисперсией света.

Дисперсия света представляется в виде зависимости \(~n = f(v).\) Опыт показывает, что для большинства веществ показатель преломления уменьшается с уменьшением частоты (с увеличением \(~\lambda\)). Дисперсию такого рода называют нормальной. Кривая зависимости \(~n = f(\lambda).\) для стекла (рис. 17.31) — кривая дисперсии — показывает, что эта зависимость нелинейная. Показатель преломления стекла в области коротких длин волн изменяется быстрее, чем в области длинных.

Рис. 17.31

В парах йода и в некоторых жидкостях наблюдали аномальную дисперсию: показатель преломления увеличивается с увеличением \(~\lambda\), т.е. в них скорость распространения \(~\upsilon_k < \upsilon_f.\)

Дисперсию можно объяснить с точки зрения электромагнитной теории. Так как скорость света в вакууме не зависит от частоты, а дисперсия наблюдается только в веществе, то она связана со строением вещества (для объяснения используем электронную теорию строения вещества, разработанную X. Лоренцом в 1880 г.).

Поскольку атомы и молекулы сами могут являться источниками электромагнитных колебаний, они не остаются безучастными, когда на них воздействует внешняя электромагнитная волна (свет). В веществе возникают вынужденные электромагнитные колебания электронов в атомах. Атомы начинают излучать электромагнитные волны, которые накладываются на внешнюю волну. Частоты вынужденных колебаний совпадают с частотой внешней волны, но их фазы могут отличаться от фазы внешней волны (в зависимости от структуры частиц вещества, их ориентации и т.д.). Это приводит к тому, что скорости прохождения результирующей электромагнитной волны через данное вещество при разных частотах будут неодинаковыми. Различие между скоростями тем больше, чем сильнее вынужденные колебания электронов, т.е. чем ближе частота световой волны к собственной частоте колебаний электронов. Поэтому скорость света в веществе зависит от частоты световой волны. Дж. Максвелл показал, что

\(\upsilon = \frac{c}{\sqrt{\varepsilon \mu} },\)

где \(~\varepsilon\) и \(~\mu\) — диэлектрическая и магнитная проницаемости вещества. В результате вынужденных колебаний молекул среды изменяется поляризуемость молекул и, соответственно, \(~\varepsilon\).

Дисперсия

Луч белого света, входящий в стеклянную призму, разлагается на свои составляющие цвета: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый. Эти цвета объединяются общим названием — спектр белого света (рис. 2).

Обычно говорят, что спектр белого света состоит из семи цветов, хотя и очень трудно различить синий и фиолетовый цвета. Следует подчеркнуть, что разложение света происходит немедленно при вхождении света в призму, дальнейшее расхождение пучков происходит после выхода света из призмы. Цвета в белом свете разделяются призмой потому, что стекло имеет несколько различные значения коэффициента преломления для каждого из цветов белого света, имеющих различную длину волны.

Отклонение красных лучей, имеющих наибольшую длину волны, наименьшее, в то время как фиолетовые лучи, которые имеют самую короткую длину волны, отклоняются больше всех. Образуемый спектр не очень чист, поскольку лучи частично перекрываются, и лишь края красного и фиолетового цветов — внешних цветов — четко очерчены. Все «цветовые» эксперименты лучше всего проводить в затемненной комнате, чтобы исключить свет, который повлияет на результат.

Менее чистый спектр может быть получен при использовании только одной линзы. Этот спектр лучше полученного без линзы, но и, очевидно, не столь хорош, как тот, что образован в проведенном исследовании. Белый свет из прорези фокусируется собирающей линзой в точке X (рис. 4).

Затем на пути сходящегося пучка помещается призма, а белый экран ориентируется таким образом, чтобы цвета были на нем «в фокусе». И в этом случае наилучший эффект достигается при демонстрации в затемненной комнате.

Цвета спектра могут быть соединены в белый свет при помощи второй призмы, как показано на рисунке 5, а. Лучи всех цветов выходят из второй призмы параллельно друг другу, и, поскольку присутствуют все длины волн, глаз видит белый свет. Этим также объясняется то, почему кажется, что стеклянный блок с параллельными сторонами не разлагает белый свет (рис. 5, б).

Белый свет, падающий на прямоугольный стеклянный блок, в действительности подвергается разложению внутри блока, но каждый цветовой луч выходит из блока параллельно другим и исходному лучу. Линза в глазу фокусирует все параллельные цветовые лучи в одну точку сетчатки глаза, и поэтому виден белый свет.

Исследование. Получить чистый спектр

Установите прибор. Узкая прорезь, помещенная в фокусе первой ахроматической линзы, освещается белым светом, так что из нее выходит параллельный пучок белого света (ахроматическая линза не разлагает белый свет на его цвета так, как это происходит с обычной линзой). Параллельный пучок белого света разлагается при входе в призму. Для того чтобы проиллюстрировать, что происходит с пучком, мы будем использовать два из семи цветов — красный и синий.

Параллельный пучок красного цвета образуется внутри призмы. Он выходит из призмы как параллельный пучок и фокусируется второй ахроматической линзой на белом экране, помещенном в фокальной плоскости второй линзы. Параллельный пучок синего цвета появляется из призмы под некоторым углом к красному пучку, и поэтому он фокусируется в другом месте экрана, расположенного в фокальной плоскости. Точно так же каждый цветной параллельный пучок будет сфокусирован в различных точках белого экрана, давая спектр четко определенных цветов.

Дисперсия и рассеяние света

Подробности

Категория: Оптика

https://vk.com/video_ext.php

Показатель преломления не зависит от угла падения светового пучка, но он зависит от его цвета

Это было открыто Ньютоном.Занимаясь усовершенствованием телескопов, Ньютон обратил внимание на то, что изображение, даваемое объективом, по краям окрашено. Он заинтересовался этим и первый «исследовал разнообразие световых лучей и проистекающие отсюда особенности цветов, каких до того никто даже не подозревал» (слова из надписи на могиле Ньютона)

Радужную окраску изображения, даваемого линзой, наблюдали, конечно, и до него. Было замечено также что радужные края имеют предметы, рассматриваемые через призму. Пучок световых лучей прошедших через призму, окрашивается по краям.

Основной опыт Ньютона был гениально прост. Ньютон догадался направить на призму световой пучок малого поперечного сечения. Пучок солнечного света проходил в затемненную комнату через маленькое отверстие в ставне. Падая на стеклянную призму, он преломлялся и давал на противоположной стене удлиненное изображение с радужным чередованием цветов Следуя многовековой традиции, согласно которой радуга считалась состоящей из семи основных цветов, Ньютон, тоже выделил семь цветов: фиолетовый, синий, голубой, зеленый, желтый, оранжевый и красный. Саму радужную полоску Ньютон назвал спектром.Закрывая отверстие красным стеклом, Ньютон наблюдал на стене только красное пятно, закрывая синим — синее и т. д. Отсюда следовало, что не призма окрашивает белый свет, как предполагалось раньше. Призма не изменяет света, а лишь разлагает его на составные части. Белый свет имеет сложную структуру. Из него можно выделить пучки различных цветов, и лишь совместное их действие вызывает у нас впечатление белого цвета. В самом деле, если с помощью второй призмы, повернутой на 180° относительно первой, собрать все пучки спектра, то опять получится белый свет . Выделив же какую-либо часть спектра, например зеленую, и заставив свет пройти еще через одну призму, мы уже не получим дальнейшего изменения окраски.

Другой важный вывод, к которому пришел Ньютон, был сформулирован им в трактате по «Оптике» следующим образом: «Световые пучки, отличающиеся по цвету, отличаются по степени преломляемости» (для них стекло имеет различные показатели преломления). Наиболее сильно преломляются фиолетовые лучи, меньше других — красные. Зависимость показателя преломления света от его цвета носит название дисперсии (от латинского слова dispergo — разбрасываю).

В дальнейшем Ньютон усовершенствовал свои наблюдения спектра, чтобы получить более чистые цвета. Ведь круглые цветные пятна светового пучка, прошедшего через призму, частично перекрывали друг друга . Вместо круглого отверстия использовалась узкая щель, освещенная ярким источником. За щелью располагалась линза, дающая на экране изображение в виде узкой белой полоски. Если на пути лучей поместить призму (рис. 197), то изображение щели растянется в спектр.

Так как показатель преломления зависит от скорости света в веществе, то, очевидно, красный свет, который меньше преломляется, имеет наибольшую скорость, а фиолетовый — наименьшую. Именно поэтому призма и разлагает свет. В пустоте скорости лучей разного цвета одинаковы. Если бы это было не так, то, к примеру, спутник Юпитера Ио, который наблюдал Ремер, казался бы красным в момент его выхода из тени, а перед погружением в тень — фиолетовым. Но этого не наблюдается.

Зная, что белый свет имеет сложную структуру, можно объяснить удивительное многообразие красок в природе. Если предмет, например лист бумаги, отражает все падающие на него лучи различных цветов, то он будет казаться белым. Покрывая бумагу слоем красной краски, мы не создаем при этом света нового цвета, но задерживаем на листе некоторую часть имеющегося. Отражаться теперь будут только красные лучи, остальные же поглотятся слоем краски. Трава и листья деревьев кажутся нам зелеными потому, что из всех падающих на них солнечных лучей они отражают лишь зеленые, поглощая остальные. Если посмотреть на траву через красное стекло, пропускающее лишь красные лучи, то она будет казаться почти черной.

Явление дисперсии, открыто Ньютоном,— первый шаг к пониманию природы цвета. Глубина понимания дисперсии пришла после того как была выяснена зависимость цвета от частоты (или длины) световой волны.

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:

1. Белый свет имеет сложную структуру. Он состоит из потока частиц разного цвета.
2. 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).