Sir Isaac Newton dopustio je da bijelo svjetlo sa sunca uđe u mračnu prostoriju kroz mali otvor na prozoru i postavi staklenu prizmu na put svjetlosnih zraka. Svjetlost koja je izlazila iz prizme primala se na bijelom ekranu. Primijetio je da se na ekranu formira obojena mrlja poput duge. Ovaj dio je nazvan spektrom. Počevši od strane baze prizme, boje u spektru na ekranu su sljedećim redoslijedom:
ljubičasta, indigo, plava, zelena, žuta, narančasta i crvena.
Spektar je traka u boji koja se dobiva na ekranu kada bijela svjetlost prolazi kroz prizmu. Za ovaj eksperiment Newton je zaključio da je bijela svjetlost mješavina sedam boja. Prizma ne proizvodi boje, već jednostavno odvaja boje koje već postoje u bijeloj svjetlosti. Dakle, kada bijelo svjetlo prođe kroz prizmu, ono se razdvoji u različite boje. Rastavljanje bijele svjetlosti u različite boje naziva se disperzija svjetlosti.
1. Disperzija svjetlosti događa se samo na prvoj površini prizme. 2. Lom svjetlosnih zraka događa se na objema površinama prizme. 3. Prizma ne proizvodi boje, ona samo razdvaja različite boje prisutne u svjetlosti koja pada na nju. 4. U spektru je svaka boja pomiješana s drugom bojom, tj. nema oštre granične linije koja razdvaja boje. Na dijagramu su boje prikazane široko odvojene radi jasnoće. Ukupni raspon boja mnogo je manji od prikazanog na dijagramu. Različite boje imaju različite širine na ekranu. 5. U spektru bijele svjetlosti crvena boja ima najveću valnu duljinu od 8000 Å( ili 8 × 10 -7 m ) ili najnižu frekvenciju od 3,74 × 10 14 Hz, a ljubičasta boja ima najkraću valnu duljinu od 4000 Å. (ili 4 X 10 -7 m ) ili najviša frekvencija 7,5 X 10 14 Hz. Od ljubičastog kraja spektra do crvenog kraja spektra valna duljina se povećava dok se frekvencija smanjuje. |
Bijelo svjetlo sunca sastoji se od sedam istaknutih boja, naime ljubičaste, indigo, plave, zelene, žute, narančaste i crvene. Brzina svjetlosti svih boja u zraku ili vakuumu je ista, ali se razlikuje u prozirnom mediju poput stakla ili vode. Brzina ljubičaste svjetlosti je minimalna, a crvene svjetlosti najveća, stoga je indeks loma prozirnog medija različit za različite boje.
Budući da je µ = (brzina svjetlosti u zraku) ∕ (brzina svjetlosti u mediju)
Dakle, indeks loma medija je maksimalan za ljubičastu svjetlost, a minimalan za crvenu svjetlost. Stoga, kada bijela svjetlost uđe u prizmu, ona se lomi u svoje sastavne boje s lomom na prvoj površini prizme. Kada te zrake udare u drugu površinu prizme, one se dalje lome i te se boje još više odvajaju jedna od druge.
Kada sunčeva svjetlost uđe u zemljinu atmosferu, ona se raspršuje (tj. svjetlost se širi u svim smjerovima) česticama prašine i molekulama zraka prisutnim u zemljinoj atmosferi. Raspršenje svjetlosti prvi je proučavao znanstvenik Rayleigh.
Raspršivanje je proces apsorpcije, a zatim ponovnog emitiranja svjetlosne energije od strane čestica prašine i molekula zraka prisutnih u atmosferi.
Molekule zraka veličine manje od valne duljine upadne svjetlosti apsorbiraju energiju upadne svjetlosti i zatim je ponovno emitiraju bez promjene valne duljine. Raspršenje svjetlosti nije isto za sve valne duljine upadne svjetlosti. Intenzitet raspršene svjetlosti obrnuto je proporcionalan četvrtoj potenciji valne duljine svjetlosti \(I \propto 1/_{\lambda^4}\) .
Kako je valna duljina ljubičaste svjetlosti najmanja, a crvene svjetlosti najveća, ljubičasta svjetlost se raspršuje najviše, a crvena svjetlost se raspršuje najmanje ( ljubičasta svjetlost se raspršuje gotovo 16 puta više od crvene svjetlosti) . To znači da sunčeva svjetlost kada dospije na površinu zemlje ima manji intenzitet svjetlosti ljubičastog kraja i veći intenzitet svjetlosti crvenog kraja. Molekula zraka veličine veće od valne duljine upadne svjetlosti raspršuje svjetlost svih valnih duljina bijele svjetlosti u istoj mjeri.
Sunčeva svjetlost mora prijeći veliku udaljenost od Zemljine atmosfere prije nego što stigne do Zemljine površine. Dok svjetlost putuje kroz atmosferu, molekule zraka je raspršuju u različitim smjerovima. Plava ili ljubičasta svjetlost zbog svoje kraće valne duljine se više raspršuje u usporedbi s drugim svjetlosnim bojama. Svjetlost koja dopire do našeg oka izravno od sunca bogata je crvenom bojom, dok je svjetlost koja dopire do našeg oka iz svih drugih smjerova uglavnom plava svjetlost. Stoga se nebo u smjeru različitom od smjera sunca vidi kao plavo.
Nastanak duge prirodni je primjer disperzije bijele svjetlosti. Nakon pljuska kiše, veliki broj kapljica vode ostaje lebdjeti u zraku. Svaka kapljica djeluje kao prizma. Kako sunčeva svjetlost pada na ove kapljice, one se cijepaju u sedam boja. Raspršena svjetlost velikog broja kapljica tvori dugu
Upotreba crvenog svjetla za znak opasnosti
Kako je valna duljina crvene svjetlosti najveća, svjetlost se najmanje raspršuje molekulama zraka u atmosferi. Stoga svjetlo crvene boje u usporedbi sa svjetlom drugih boja može prodrijeti na veće udaljenosti, a da ne oslabi. Stoga se crveno svjetlo koristi za signale opasnosti tako da signal može biti vidljiv s velike udaljenosti čak i po magli itd.
Uzmite okrugli disk od kartona i podijelite ga na sedam sektora. Zatim obojite sektore sa sedam boja, ljubičastom, indigo, plavom, zelenom, žutom, narančastom i crvenom.
Brzo okrećite disk, primijetit ćete da je disk bijel!
Ovo pokazuje da su ljubičasta, indigo, plava, zelena, žuta, narančasta i crvena sedam sastavnih boja bijelog svjetla i kada se kombiniraju stvaraju bijeli učinak.
