Sir Isaac Newton ha permesso alla luce bianca del sole di entrare in una stanza buia attraverso una piccola apertura in una finestra e pone un prisma di vetro sul percorso dei raggi di luce. La luce che usciva dal prisma veniva ricevuta su uno schermo bianco. Osservò che sullo schermo si formava una macchia colorata come un arcobaleno. Questa patch è stata definita uno spettro. Partendo dal lato della base del prisma i colori nello spettro sullo schermo sono nel seguente ordine:
viola, indaco, blu, verde, giallo, arancione e rosso.
Lo spettro è la banda colorata che si ottiene su uno schermo quando la luce bianca attraversa un prisma. Per questo esperimento, Newton ha concluso che la luce bianca è una miscela di sette colori. Prism non produce i colori ma semplicemente separa i colori che già esistono nella luce bianca. Quindi, quando la luce bianca passa attraverso un prisma, si divide in diversi colori. La scissione della luce bianca in diversi colori è chiamata dispersione della luce.
1. La dispersione della luce avviene solo sulla prima superficie del prisma. 2. La rifrazione dei raggi luminosi avviene su entrambe le superfici del prisma. 3. Il prisma non produce colori, si limita a scindere i vari colori presenti nella luce incidente su di esso. 4. Nello spettro, ogni colore è mescolato con l'altro colore, cioè non c'è una linea netta di confine che separa i colori. Nel diagramma, i colori sono mostrati ampiamente separati solo per chiarezza. La diffusione totale dei colori è molto inferiore a quella mostrata nel diagramma. Diversi colori hanno diverse larghezze sullo schermo. 5. Nello spettro della luce bianca, il colore rosso ha la lunghezza d'onda più lunga di 8000 Å (o 8 × 10 -7 m) o la frequenza più bassa di 3,74 × 10 14 Hz, e il colore viola ha la lunghezza d'onda più corta di 4000 Å ( o 4 X 10 -7 m ) o frequenza massima 7,5 X 10 14 Hz. Dall'estremità viola all'estremità rossa dello spettro, la lunghezza d'onda aumenta mentre la frequenza diminuisce. |
La luce bianca del sole è composta da sette colori prominenti: viola, indaco, blu, verde, giallo, arancione e rosso. La velocità della luce di tutti i colori nell'aria o nel vuoto è la stessa ma differisce in un mezzo trasparente come il vetro o l'acqua. La velocità della luce viola è minima e della luce rossa è massima quindi l'indice di rifrazione del mezzo trasparente è diverso per i diversi colori.
Poiché µ = (velocità della luce nell'aria) ∕ (velocità della luce nel mezzo)
Quindi, l'indice di rifrazione di un mezzo è massimo per la luce viola e minimo per la luce rossa. Pertanto quando la luce bianca entra in un prisma, si scinde nei suoi colori costituenti con rifrazione sulla prima superficie del prisma. Quando questi raggi colpiscono la superficie del secondo prisma, si rifrangono ulteriormente e questi colori si separano maggiormente l'uno dall'altro.
Quando la luce del sole entra nell'atmosfera terrestre, viene diffusa (cioè la luce si diffonde in tutte le direzioni) dalle particelle di polvere e dalle molecole d'aria presenti nell'atmosfera terrestre. La diffusione della luce è stata studiata per la prima volta dallo scienziato Rayleigh.
Lo scattering è il processo di assorbimento e quindi di riemissione dell'energia luminosa da parte delle particelle di polvere e delle molecole d'aria presenti nell'atmosfera.
Le molecole d'aria di dimensioni inferiori alla lunghezza d'onda della luce incidente assorbono l'energia della luce incidente e poi la riemettono senza un cambiamento nella sua lunghezza d'onda. La diffusione della luce non è la stessa per tutte le lunghezze d'onda della luce incidente. L'intensità della luce diffusa è inversamente proporzionale alla quarta potenza della lunghezza d'onda della luce \(I \propto 1/_{\lambda^4}\) .
Poiché la lunghezza d'onda della luce viola è la minima e la luce rossa la maggiore, la luce viola viene diffusa maggiormente e la luce rossa viene diffusa meno ( la luce viola è diffusa quasi 16 volte di più della luce rossa) . Ciò significa che la luce del sole quando raggiunge la superficie terrestre ha meno intensità della luce dell'estremità viola e più intensità della luce dell'estremità rossa. La molecola d'aria di dimensioni maggiori della lunghezza d'onda della luce incidente disperde la luce di tutte le lunghezze d'onda della luce bianca nella stessa misura.
La luce del sole deve percorrere una lunga distanza dall'atmosfera terrestre prima di raggiungere la superficie terrestre. Quando la luce viaggia attraverso l'atmosfera, viene diffusa in diverse direzioni dalle molecole d'aria. La luce blu o viola a causa della sua lunghezza d'onda più corta viene diffusa maggiormente rispetto ad altri colori chiari. La luce che arriva al nostro occhio direttamente dal sole è ricca di colore rosso mentre la luce che arriva al nostro occhio da tutte le altre direzioni è principalmente luce blu. Pertanto il cielo in una direzione diversa dalla direzione del sole è visto come blu.
La formazione di un arcobaleno è un esempio naturale della dispersione della luce bianca. Dopo un acquazzone, un gran numero di gocce d'acqua rimangono sospese nell'aria. Ogni gocciolina funge da prisma. Quando la luce del sole cade su queste goccioline, si divide in sette colori. La luce dispersa da un gran numero di goccioline forma un arcobaleno
Uso della luce rossa per il segnale di pericolo
Poiché la lunghezza d'onda della luce rossa è la più lunga, quindi, la luce viene diffusa meno dalle molecole d'aria dell'atmosfera. Quindi la luce di colore rosso rispetto alla luce di altri colori può penetrare a una distanza maggiore senza indebolirsi. Quindi la luce rossa viene utilizzata per i segnali di pericolo in modo che il segnale possa essere visibile da una grande distanza anche in caso di nebbia, ecc.
Prendete un disco circolare di cartone e dividetelo in sette settori. Quindi dipingi i settori con i sette colori, viola, indaco, blu, verde, giallo, arancione e rosso.
Ruota rapidamente il disco, noterai che il disco appare bianco!
Ciò dimostra che viola, indaco, blu, verde, giallo, arancione e rosso sono i sette colori costitutivi della luce bianca e quando combinati producono l'effetto bianco.
