Сер Ісаак Ньютон дозволив білому сонячному світлу потрапити в темну кімнату через невеликий отвір у вікні та поставив скляну призму на шляху світлових променів. Світло, що виходило з призми, сприймалося на білому екрані. Він помітив, що на екрані утворилася кольорова пляма, схожа на веселку. Цей патч був названий спектром. Починаючи з боку основи призми, кольори в спектрі на екрані розташовані в такому порядку:
фіолетовий, індиго, синій, зелений, жовтий, оранжевий і червоний.
Спектр — це кольорова смуга, яка утворюється на екрані, коли біле світло проходить через призму. Для цього експерименту Ньютон дійшов висновку, що біле світло є сумішшю семи кольорів. Призма не створює кольори, а просто розділяє кольори, які вже існують у білому світлі. Отже, коли біле світло пропускають через призму, воно розщеплюється на різні кольори. Розщеплення білого світла на різні кольори називається дисперсією світла.
1. Розсіювання світла відбувається лише на першій поверхні призми. 2. Заломлення променів світла відбувається на обох поверхнях призми. 3. Призма не виробляє кольори, вона лише розділяє різні кольори, присутні в світлі, що падає на неї. 4. У спектрі кожен колір змішується з іншим кольором, тобто немає різкої межі, що розділяє кольори. На діаграмі для наочності кольори показані на великій відстані. Загальний розкид кольорів набагато менший, ніж показано на діаграмі. Різні кольори мають різну ширину на екрані. 5. У спектрі білого світла червоний колір має найдовшу довжину хвилі 8000 Å (або 8 × 10 -7 м ) або найменшу частоту 3,74 × 10 14 Гц, а фіолетовий колір має найкоротшу довжину хвилі 4000 Å. (або 4 X 10 -7 м ) або найвища частота 7,5 X 10 14 Гц. Від фіолетового до червоного кінця спектру довжина хвилі збільшується, а частота зменшується. |
Біле світло сонця складається з семи яскравих кольорів, а саме фіолетового, індиго, синього, зеленого, жовтого, оранжевого та червоного. Швидкість світла всіх кольорів у повітрі чи вакуумі однакова, але вона відрізняється в прозорому середовищі, такому як скло чи вода. Швидкість фіолетового світла мінімальна, а червоного – максимальна, тому показник заломлення прозорого середовища різний для різних кольорів.
Оскільки µ = (швидкість світла в повітрі) ∕ (швидкість світла в середовищі)
Отже, показник заломлення середовища максимальний для фіолетового світла і мінімальний для червоного. Тому, коли біле світло потрапляє в призму, воно розщеплюється на складові кольори із заломленням на першій поверхні призми. Коли ці промені потрапляють на поверхню другої призми, вони ще більше заломлюються, і ці кольори стають далі один від одного.
Коли світло від Сонця потрапляє в земну атмосферу, воно розсіюється (тобто світло поширюється в усіх напрямках) частинками пилу та молекулами повітря, присутніми в земній атмосфері. Розсіювання світла вперше дослідив вчений Релей.
Розсіювання – це процес поглинання та повторного випромінювання світлової енергії частинками пилу та молекулами повітря, присутніми в атмосфері.
Молекули повітря, розмір яких менший за довжину хвилі падаючого світла, поглинають енергію падаючого світла, а потім повторно випромінюють її без зміни довжини хвилі. Розсіювання світла неоднакове для всіх довжин хвиль падаючого світла. Інтенсивність розсіяного світла обернено пропорційна четвертому степеню довжини світлової хвилі \(I \propto 1/_{\lambda^4}\) .
Оскільки довжина хвилі фіолетового світла є найменшою, а червоного світла найбільшою, фіолетове світло розсіюється найбільше, а червоне світло розсіюється найменше ( фіолетове світло розсіюється майже в 16 разів більше, ніж червоне світло) . Це означає, що світло від сонця, досягаючи земної поверхні, має меншу інтенсивність світла фіолетового кінця та більшу інтенсивність світла червоного кінця. Молекула повітря, розмір якої перевищує довжину хвилі падаючого світла, однаково розсіює світло всіх довжин хвиль білого світла.
Світло від Сонця має подолати велику відстань від земної атмосфери, перш ніж досягти поверхні землі. Коли світло проходить через атмосферу, воно розсіюється в різних напрямках молекулами повітря. Синє або фіолетове світло через свою коротшу довжину хвилі розсіюється сильніше порівняно з іншими світловими кольорами. Світло, що потрапляє на наше око безпосередньо від сонця, має насичений червоний колір, тоді як світло, яке досягає нашого ока з усіх інших напрямків, є переважно синім. Тому небо в іншому напрямку, ніж у напрямку сонця, виглядає блакитним.
Утворення веселки є природним прикладом дисперсії білого світла. Після зливи у повітрі залишається велика кількість крапель води. Кожна крапелька діє як призма. Коли сонячне світло падає на ці краплі, воно розпадається на сім кольорів. Розсіяне світло великої кількості крапельок утворює веселку
Використання червоного світла для сигналу небезпеки
Оскільки довжина хвилі червоного світла є найдовшою, отже, світло найменше розсіюється молекулами повітря в атмосфері. Отже, світло червоного кольору порівняно зі світлом інших кольорів може проникати на більшу відстань, не стаючи слабким. Тому червоне світло використовується для сигналів небезпеки, щоб сигнал було видно з великої відстані навіть у тумані тощо.
Візьміть круглий картонний диск і розділіть його на сім секторів. Потім розфарбуйте сектори сімома кольорами: фіолетовим, індиго, синім, зеленим, жовтим, оранжевим і червоним.
Швидко обертайте диск, ви помітите, що диск виглядає білим!
Це показує, що фіолетовий, індиго, синій, зелений, жовтий, помаранчевий і червоний є семи складовими кольорами білого світла, і в поєднанні вони створюють ефект білого.
