سمح السير إسحاق نيوتن بدخول الضوء الأبيض من الشمس إلى غرفة مظلمة من خلال فتحة صغيرة في النافذة ووضع منشور زجاجي في مسار أشعة الضوء. تم استقبال الضوء الخارج من المنشور على شاشة بيضاء. لاحظ أنه على الشاشة تشكلت رقعة ملونة مثل قوس قزح. هذا التصحيح كان يسمى الطيف. بدءًا من جانب قاعدة المنشور ، تكون ألوان الطيف على الشاشة بالترتيب التالي:
البنفسجي والنيلي والأزرق والأخضر والأصفر والبرتقالي والأحمر.
الطيف هو الشريط الملون الذي يتم الحصول عليه على الشاشة عندما يمر الضوء الأبيض عبر المنشور. في هذه التجربة ، استنتج نيوتن أن الضوء الأبيض هو مزيج من سبعة ألوان. لا ينتج المنشور الألوان ولكنه ببساطة يفصل الألوان الموجودة بالفعل في الضوء الأبيض. لذلك ، عندما يمر الضوء الأبيض عبر منشور ، فإنه ينقسم إلى ألوان مختلفة. يسمى تقسيم الضوء الأبيض إلى ألوان مختلفة تشتت الضوء.
1. يحدث تشتت الضوء فقط عند السطح الأول للمنشور. 2. يحدث انكسار أشعة الضوء على كلا سطح المنشور. 3. لا ينتج المنشور ألوانًا ، بل يقوم فقط بتقسيم الألوان المختلفة الموجودة في الضوء الساقط عليه. 4. في الطيف ، يتم خلط كل لون مع اللون الآخر ، أي لا يوجد خط حد حاد يفصل بين الألوان. في الرسم التخطيطي ، تظهر الألوان منفصلة على نطاق واسع من أجل الوضوح فقط. إجمالي انتشار الألوان أقل بكثير مما هو موضح في الرسم التخطيطي. الألوان المختلفة لها عروض مختلفة على الشاشة. 5. في طيف الضوء الأبيض ، يكون للون الأحمر أطول طول موجي 8000 Å (أو 8 × 10 -7 م) أو أقل تردد قدره 3.74 × 10 14 هرتز ، واللون البنفسجي له أقصر طول موجي 4000 Å (أو 4 × 10-7 م) أو أعلى تردد 7.5 × 10 14 هرتز. من الطرف البنفسجي إلى النهاية الحمراء للطيف ، يزداد الطول الموجي بينما يقل التردد. |
يتكون الضوء الأبيض للشمس من سبعة ألوان بارزة هي البنفسجي والنيلي والأزرق والأخضر والأصفر والبرتقالي والأحمر. سرعة الضوء لجميع الألوان في الهواء أو الفراغ هي نفسها ولكنها تختلف في وسط شفاف مثل الزجاج أو الماء. سرعة الضوء البنفسجي هي الحد الأدنى والضوء الأحمر هو الحد الأقصى وبالتالي فإن معامل الانكسار للوسط الشفاف يختلف باختلاف الألوان.
منذ µ = (سرعة الضوء في الهواء) ∕ (سرعة الضوء في المتوسط)
لذلك ، فإن معامل الانكسار لوسط ما هو الحد الأقصى للضوء البنفسجي والحد الأدنى للضوء الأحمر. لذلك عندما يدخل الضوء الأبيض إلى المنشور ، فإنه ينقسم إلى الألوان المكونة له مع الانكسار على السطح الأول للمنشور. عندما تصطدم هذه الأشعة بسطح المنشور الثاني فإنها تنكسر أكثر وتتباعد هذه الألوان عن بعضها البعض.
عندما يدخل ضوء الشمس إلى الغلاف الجوي للأرض ، فإنه يتشتت (أي ينتشر الضوء في جميع الاتجاهات) بواسطة جزيئات الغبار وجزيئات الهواء الموجودة في الغلاف الجوي للأرض. تمت دراسة تشتت الضوء لأول مرة من قبل العالم رايلي.
الانتثار هو عملية امتصاص ومن ثم إعادة انبعاث الطاقة الضوئية بواسطة جزيئات الغبار وجزيئات الهواء الموجودة في الغلاف الجوي.
تمتص جزيئات الهواء ذات الحجم الأصغر من الطول الموجي للضوء الساقط طاقة الضوء الساقط ثم تعيد إرساله دون تغيير في الطول الموجي. تشتت الضوء ليس هو نفسه بالنسبة لجميع الأطوال الموجية للضوء الساقط. تتناسب شدة الضوء المبعثر عكسياً مع الأس الرابع من الطول الموجي للضوء \(I \propto 1/_{\lambda^4}\) .
نظرًا لأن الطول الموجي للضوء البنفسجي هو الأقل والأكثر من الضوء الأحمر ، فإن الضوء البنفسجي يتشتت أكثر ، والضوء الأحمر يتشتت على أقل تقدير ( الضوء البنفسجي يتشتت حوالي 16 مرة أكثر من الضوء الأحمر) . هذا يعني أن ضوء الشمس عند الوصول إلى سطح الأرض يكون أقل شدة من ضوء النهاية البنفسجي وأكثر كثافة لضوء الطرف الأحمر. جزيء الهواء بحجم أكبر من الطول الموجي للضوء الساقط ينثر الضوء من جميع الأطوال الموجية للضوء الأبيض إلى نفس المدى.
يجب أن يقطع ضوء الشمس مسافة طويلة من الغلاف الجوي للأرض قبل أن يصل إلى سطح الأرض. عندما ينتقل الضوء عبر الغلاف الجوي ، فإنه يتشتت في اتجاهات مختلفة بواسطة جزيئات الهواء. الضوء الأزرق أو البنفسجي بسبب طول موجته الأقصر مبعثر أكثر مقارنة بألوان الضوء الأخرى. الضوء الذي يصل إلى أعيننا مباشرة من الشمس غني باللون الأحمر بينما الضوء الذي يصل إلى أعيننا من جميع الاتجاهات هو الضوء الأزرق بشكل أساسي. لذلك يُنظر إلى السماء في اتجاه آخر غير الشمس على أنها زرقاء.
يعتبر تشكيل قوس قزح مثالًا طبيعيًا على تشتت الضوء الأبيض. بعد هطول أمطار ، يبقى عدد كبير من قطرات الماء معلقة في الهواء. تعمل كل قطرة كمنشور. عندما يسقط ضوء الشمس على هذه القطرات ، تنقسم إلى سبعة ألوان. يشكل الضوء المشتت من عدد كبير من القطرات قوس قزح
استخدام الضوء الأحمر لإشارة الخطر
نظرًا لأن الطول الموجي للضوء الأحمر هو الأطول ، فإن الضوء يتشتت على أقل تقدير بواسطة جزيئات الهواء في الغلاف الجوي. ومن ثم فإن الضوء الأحمر مقارنة بضوء الألوان الأخرى يمكن أن يخترق مسافة أطول دون أن يصبح ضعيفًا. ومن ثم يتم استخدام الضوء الأحمر لإشارات الخطر بحيث يمكن رؤية الإشارة من مسافة كبيرة حتى في حالة الضباب وما إلى ذلك.
خذ قرصًا دائريًا من الورق المقوى وقسمه إلى سبعة أقسام. ثم قم بطلاء القطاعات السبعة ، البنفسجي ، النيلي ، الأزرق ، الأخضر ، الأصفر ، البرتقالي ، والأحمر.
قم بتدوير القرص بسرعة ، ستلاحظ أن القرص يظهر باللون الأبيض!
يوضح هذا أن اللون البنفسجي والنيلي والأزرق والأخضر والأصفر والبرتقالي والأحمر هي الألوان السبعة المكونة للضوء الأبيض وعند دمجها ينتج عنها التأثير الأبيض.
