Sir Isaac Newton wpuścił białe światło słoneczne do ciemnego pokoju przez mały otwór w oknie i umieścił szklany pryzmat na drodze promieni świetlnych. Światło wychodzące z pryzmatu zostało odebrane na białym ekranie. Zauważył, że na ekranie utworzyła się kolorowa plama przypominająca tęczę. Ta łatka została nazwana widmem. Poczynając od strony podstawy pryzmatu kolory w widmie na ekranie układają się w następującej kolejności:
fioletowy, indygo, niebieski, zielony, żółty, pomarańczowy i czerwony.
Widmo to kolorowe pasmo uzyskiwane na ekranie, gdy białe światło przechodzi przez pryzmat. W tym eksperymencie Newton doszedł do wniosku, że białe światło jest mieszaniną siedmiu kolorów. Pryzmat nie wytwarza kolorów, ale po prostu oddziela kolory, które już istnieją w świetle białym. Tak więc, kiedy białe światło przechodzi przez pryzmat, rozszczepia się na różne kolory. Rozszczepienie światła białego na różne barwy nazywa się rozproszeniem światła.
1. Rozproszenie światła zachodzi tylko na pierwszej powierzchni pryzmatu. 2. Załamanie promieni świetlnych zachodzi na obu powierzchniach pryzmatu. 3. Pryzmat nie wytwarza kolorów, a jedynie rozdziela różne kolory obecne w padającym na niego świetle. 4. W widmie każdy kolor jest zmieszany z innym kolorem, tzn. nie ma ostrej linii granicznej oddzielającej kolory. Na diagramie kolory są pokazane w dużej odległości od siebie tylko dla przejrzystości. Całkowity rozkład kolorów jest znacznie mniejszy niż pokazany na diagramie. Różne kolory mają różne szerokości na ekranie. 5. W widmie światła białego kolor czerwony ma najdłuższą długość fali 8000 Å (lub 8 × 10-7 m ) lub najniższą częstotliwość 3,74 × 10 14 Hz, a kolor fioletowy ma najkrótszą długość fali 4000 Å (lub 4 X 10 -7 m) lub najwyższa częstotliwość 7,5 X 10 14 Hz. Od fioletowego do czerwonego końca widma długość fali wzrasta, a częstotliwość maleje. |
Białe światło słoneczne składa się z siedmiu głównych kolorów, a mianowicie fioletu, indygo, niebieskiego, zielonego, żółtego, pomarańczowego i czerwonego. Prędkość światła wszystkich kolorów w powietrzu lub próżni jest taka sama, ale różni się w przezroczystym ośrodku, takim jak szkło lub woda. Prędkość światła fioletowego jest minimalna, a światła czerwonego maksymalna, dlatego współczynnik załamania światła przezroczystego jest różny dla różnych kolorów.
Ponieważ µ = (prędkość światła w powietrzu) ∕ (prędkość światła w ośrodku)
Tak więc współczynnik załamania światła ośrodka jest maksymalny dla światła fioletowego i minimalny dla światła czerwonego. Dlatego też, gdy białe światło wpada do pryzmatu, rozszczepia się na składowe kolory z załamaniem na pierwszej powierzchni pryzmatu. Kiedy te promienie uderzają w drugą powierzchnię pryzmatu, załamują się dalej i kolory te oddalają się od siebie.
Kiedy światło słoneczne wchodzi do atmosfery ziemskiej, zostaje rozproszone (tj. światło rozchodzi się we wszystkich kierunkach) przez cząsteczki pyłu i cząsteczki powietrza obecne w atmosferze ziemskiej. Rozpraszanie światła zostało po raz pierwszy zbadane przez naukowca Rayleigha.
Rozpraszanie to proces pochłaniania, a następnie ponownej emisji energii świetlnej przez cząsteczki pyłu i cząsteczki powietrza obecne w atmosferze.
Cząsteczki powietrza o wielkości mniejszej niż długość fali padającego światła pochłaniają energię padającego światła, a następnie emitują ją ponownie bez zmiany długości fali. Rozpraszanie światła nie jest takie samo dla wszystkich długości fal padającego światła. Intensywność rozproszonego światła jest odwrotnie proporcjonalna do czwartej potęgi długości fali światła \(I \propto 1/_{\lambda^4}\) .
Ponieważ długość fali światła fioletowego jest najmniejsza, a najbardziej czerwona, światło fioletowe jest rozpraszane najbardziej, a najmniej światło czerwone ( światło fioletowe jest rozpraszane prawie 16 razy bardziej niż światło czerwone) . Oznacza to, że światło słoneczne docierając do powierzchni ziemi ma mniejszą intensywność światła fioletowego końca i większą intensywność światła czerwonego końca. Cząsteczka powietrza o rozmiarze większym niż długość fali padającego światła rozprasza światło o wszystkich długościach fali światła białego w takim samym stopniu.
Światło słoneczne musi pokonać dużą odległość od atmosfery ziemskiej, zanim dotrze do powierzchni Ziemi. Gdy światło przemieszcza się przez atmosferę, jest rozpraszane w różnych kierunkach przez cząsteczki powietrza. Światło niebieskie lub fioletowe ze względu na krótszą długość fali jest bardziej rozpraszane niż światło o innych barwach. Światło docierające do naszego oka bezpośrednio ze słońca jest bogate w kolor czerwony, podczas gdy światło docierające do naszego oka ze wszystkich innych kierunków to głównie światło niebieskie. Dlatego niebo w kierunku innym niż kierunek słońca jest postrzegane jako niebieskie.
Powstawanie tęczy jest naturalnym przykładem rozproszenia światła białego. Po deszczu duża liczba kropelek wody pozostaje zawieszona w powietrzu. Każda kropla działa jak pryzmat. Kiedy światło słoneczne pada na te kropelki, dzieli się na siedem kolorów. Rozproszone światło z dużej liczby kropelek tworzy tęczę
Używanie czerwonego światła do sygnalizowania niebezpieczeństwa
Ponieważ długość fali światła czerwonego jest najdłuższa, światło jest najmniej rozpraszane przez cząsteczki powietrza w atmosferze. Stąd światło koloru czerwonego w porównaniu ze światłem innych kolorów może przenikać na większą odległość bez osłabienia. Dlatego czerwone światło jest używane do sygnałów ostrzegawczych, aby sygnał był widoczny z dużej odległości, nawet we mgle itp.
Weź okrągły krążek z tektury i podziel go na siedem sektorów. Następnie pomaluj sektory siedmioma kolorami: fioletowym, indygo, niebieskim, zielonym, żółtym, pomarańczowym i czerwonym.
Szybko obróć dysk, zauważysz, że dysk wydaje się biały!
Pokazuje to, że fiolet, indygo, niebieski, zielony, żółty, pomarańczowy i czerwony to siedem kolorów składowych białego światła, które po połączeniu dają efekt bieli.
