アイザック・ニュートン卿は、太陽からの白色光が窓の小さな開口部を通して暗い部屋に入るようにし、光線の経路にガラスのプリズムを置きました。プリズムから出た光を白いスクリーンで受けました。彼は、画面上に虹のような色の斑点が形成されるのを観察しました。このパッチはスペクトルと呼ばれました。 プリズムの底面から始めて、画面上のスペクトルの色は次の順序で表示されます。
紫、藍、青、緑、黄、オレンジ、赤。
スペクトルは、白色光がプリズムを通過するときに画面上に得られる色の帯です。この実験において、ニュートンは白色光は 7 色の混合物であると結論付けました。プリズムは色を生成しているのではなく、単に白色光の中にすでに存在する色を分離しているだけです。したがって、白色光がプリズムを通過すると、さまざまな色に分解されます。白色光がさまざまな色に分解されることを光の分散といいます。
1. 光の分散はプリズムの第 1 面でのみ発生します。 2. 光線の屈折はプリズムの両面で起こります。 3. プリズムは色を生成せず、入射する光に含まれるさまざまな色を分割するだけです。 4. スペクトルでは、各色が他の色と混合されています。つまり、色を分離する明確な境界線はありません。この図では、わかりやすくするために色が大きく分けて示されています。色の合計の広がりは、図に示されているものよりもはるかに少なくなります。色が異なれば、画面上の幅も異なります。 5. 白色光のスペクトルでは、赤色は 8000 Å (または 8 × 10 -7 m ) の最長波長または最低周波数 3.74 × 10 14 Hz を持ち、紫色は 4000 Å の最短波長を持ちます。 (または 4 X 10 -7 m) または最高周波数 7.5 X 10 14 Hz。 スペクトルの紫端から赤端まで、波長は増加し、周波数は減少します。 |
太陽の白色光は、紫、藍、青、緑、黄、オレンジ、赤の 7 つの著名な色で構成されています。空気中や真空中ではすべての色の光の速度は同じですが、ガラスや水などの透明な媒体中では異なります。紫色の光の速度は最小で、赤色の光の速度は最大であるため、透明媒体の屈折率は色ごとに異なります。
μ = (空気中の光の速度) ∕ (媒体中の光の速度)であるため、
したがって、媒質の屈折率は紫色の光で最大となり、赤色の光で最小になります。したがって、白色光がプリズムに入射すると、プリズムの第 1 面での屈折により構成色に分割されます。これらの光線が 2 番目のプリズム表面に当たると、さらに屈折し、これらの色は互いにさらに離れます。
太陽からの光が地球の大気中に入ると、地球の大気中に存在する塵粒子や空気分子によって散乱されます（つまり、光は全方向に広がります）。光の散乱は科学者レイリーによって初めて研究されました。
散乱は、大気中に存在する塵粒子や空気分子による光エネルギーの吸収と再放出のプロセスです。
入射光の波長より小さいサイズの空気分子は、入射光のエネルギーを吸収し、波長を変えずに再放出します。光の散乱は、入射光のすべての波長で同じではありません。散乱光の強度は、光の波長\(I \propto 1/_{\lambda^4}\) 4 乗に反比例します。
紫色の光の波長が最も短く、赤色の光が最も多いため、紫色の光が最も散乱され、赤色の光が最も散乱されません（紫色の光は赤色光の約16倍散乱します） 。これは、地表に到達する太陽からの光は、紫色の端の光の強度が低く、赤い端の光の強度が強いことを意味します。入射光の波長よりも大きいサイズの空気分子は、白色光のすべての波長の光を同じ程度に散乱します。
太陽からの光は、地表に到達する前に、地球の大気から長い距離を移動する必要があります。光が大気中を伝わると、空気分子によってさまざまな方向に散乱されます。青や紫の光は波長が短いため、他の光の色と比べて散乱が多くなります。太陽から直接私たちの目に届く光は赤色が豊富ですが、他のあらゆる方向から目に届く光は主に青色の光です。そのため、太陽の方向以外の空は青く見えます。
虹の形成は、白色光の分散の自然な例です。にわか雨が降った後、大量の水滴が空気中に浮遊したままになります。すべての液滴がプリズムとして機能します。この液滴に太陽光が当たると、7色に分かれます。多数の水滴から分散された光が虹を形成します
危険信号として赤色灯を使用する
したがって、赤色光の波長は最も長いため、大気中の空気分子による散乱が最も少なくなります。したがって、赤色の光は他の色の光と比較して、弱くなることなくより長い距離まで到達することができます。そこで霧などでも遠くからでも信号が見えるように危険信号には赤色光が使われています。
円形のボール紙を 7 つのセクターに分割します。次に、紫、藍、青、緑、黄、オレンジ、赤の 7 色でセクターをペイントします。
ディスクを素早く回転させると、ディスクが白く見えることがわかります。
これは、紫、藍、青、緑、黄、オレンジ、赤が白色光の 7 つの構成色であり、組み合わせると白色効果が生じることを示しています。
