Ещё великий сэр Исаак Ньютон обнаружил, что если пропустить самый обычный белый свет через призму определенной формы, то на выходе можно наблюдать настоящую радугу!
Это открытие стало базой для последующего развития всей теории света и является очень значимым для физик в целом. Оказалось, что самый обычный белый свет состоит из всех цветов сразу, а при прохождении через призму раскладывается на спектр, где луч каждого цвета преломляется по-своему, так как имеет свой показатель преломления.
Обозначенные факторы отвечают на самый главный вопрос "зачем мне всё это знать" любого школьника. Явление дисперсии базовое для понимания множеств дальнейших физических процессов. Например, электронные спектрометры используют принцип дисперсии света для того, чтобы понимать какое именно вещество исследуется. Говоря по-русски, для определения химического состава вещества. Ну а если этим пользоваться никогда не доведется, то неплохо бы знать, откуда в небе появляется радуга и прочие повседневные интересные штуки. Или же можно жить как неандерталец и бояться удара молнии.
Ну а проделанный Ньютоном эксперимент подтверждал качественно предположения. Он продемонстрировал, что свет - это действительно поток группы лучей, подтвердив свои догадки. В дальнейшем будет определена и волновая природа света, исходя из которой станет понятно, как увязать демонстрируемые волновые свойства у, казалось бы, потока частиц.
Схема процесса, происходящего в призме, в общем-то, понятная. Пучок, состоящий из группы излучений с разной длиной волны (в сумме дающей белый) попадает на границу раздела сред и поскольку каждый из цветов (а именно цвет и определяет длина волны) имеет свой показатель преломления, на выходе мы видим радугу или спектр. В общем-то, радуга в небе появляется по тем же причинам.
Обнаруженный Ньютоном эффект называли словом, похожим на депрессию, но к счастью ничего общего с ней не имеющим. Явление получило название дисперсия света (что в переводе означает разложение).
Википедия даёт очень неплохое определение этого явления:
Дисперсия света — это совокупность явлений, обусловленных зависимостью абсолютного показателя преломления вещества от частоты (или длины волны) света (частотная дисперсия), или, то же самое, зависимостью фазовой скорости света в веществе от частоты (или длины волны).
По идее, после прочтения определения вопросов быть не должно. Все слова знакомые и ясные.
Простой эксперимент по наблюдению дисперсии света
Для того, чтобы лучше пощупать изучаемое явление, полезно провести нехитрый эксперимент самостоятельно. Когда покрутишь в руках все необходимые элементы и сделаешь всё от и до восприятие процесса станет совсем другим и понятие дисперсия менее пугающим.
Нам потребуются лампочка, батарейка, пластинка с прямоугольной прорезью, прямоугольная прозрачная емкость с прозрачной водой и экран. Всё это можно сделать из подручных средств, а можно взять готовый набор для экспериментов, что гораздо удобнее.
Мне попался набор Юный физик от компании "Научные развлечения". В наборе есть всё, что нужно для такого занимательного и полезного опыта.
Возьмем перечисленное ранее и организуем простую установку, как показано на фотографии ниже.
Слева направо мы видим все перечисленные ранее элементы - лампочка белого цвета, пластинка с прорезью, кювета с водой прямоугольной формы и экран для наблюдения. Кстати, при проведении эксперимента можно его модифицировать, и использовать лампочку не белого цвета, а скажем красную и посмотреть, что получится или пропускать луч света не через прямоугольную кювету, а через круглый прозрачный стакан. Эти моменты позволят выявить интересные зависимости одного от другого.
Роль каждого элемента в этой схемке понятна, но давайте добавим уточнения для наиболее значимых устройств.
Прямоугольная щель в непрозрачном экране нужна для того, чтобы выделить луч в общем потоке света и работать с этим лучом. Ведь такой источник света, как лампочка светит во все стороны и лучи света от него будут выглядеть как одуванчик. Нам нужно как-то отделить удобный для работы пучок, а это проще всего сделать с помощью такой щели.
Кювета с прозрачной водой выполняет роль призмы, которая использовалась Ньютоном. Прямоугольная она потому, что так гораздо проще попасть в нужный угол преломления для получения спектра на экране. Ведь если мы вспомним картинку в самом начале статьи, то луч должен упереться в прямую грань, а только потом он преломится. Преломление произойдет один раз на входе и один раз на выходе, или на всех границах раздела.
Для того, чтобы эксперимент получился, нужно попасть в удачное взаимное расположение каждого из элементов. В противном случае на экране вы увидите просто полосочку света, которая стала чуть мутнее от прохождения через воду. Нам же нужно так подобрать расстояние от каждого участка схемы до другого участка схемы и так выбрать угол ориентации, чтобы увидеть на экране радугу. Отмечу, что весьма неплохо, если у вас сначала ничего не получится! Так проще выявить все факторы, влияющие на процесс. И не забудьте погасить основной источник освещения.
Ну а если делать всё "по уму", то нужно это конечно рассчитывать математически. Каждую точку, каждый угол, каждое расстояние на реальной схеме. Но это довольно объемная работа, которая уже выходит за рамки качественного определения дисперсии света.
При успешном проведении опыта по обнаружению дисперсии света результат получится примерно такой, а может быть даже красивее. Задача получить радугу на вашем экране!
Полезная книга от меня по основам физики (механики)
------------
Обязательно оцените статью лайком, напишите комментарий и подпишитесь на проект! Это очень важно для развития канала.
-------------
Советую также прочитать на нашем канале:
-----
