7.4. Волновая оптика
7.4.1. Дисперсия света
Если луч света пропустить через трёхгранную стеклянную призму, то на белом плоском экране вместо ожидаемой светлой точки увидим полоску, окрашенную в радужные цвета и известную как спектр (лат. spectrum – видимый).
Словом «спектр» часто называют набор ЭМВ разных частот (как в видимой области, так и вне её).
Ньютон изучил это явление, выделил в спектре семь основных цветов (красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий, фиолетовый) и отметил, что наименьшее преломление в призме испытал красный луч, наибольшее – фиолетовый. Происхождение цветных лучей оставалось неизвестным.
Поочерёдно помещая между падающим лучом и призмой светофильтры всех семи цветов, Ньютон вместо спектра видел на экране светлую точку, цвет которой совпадал с цветом светофильтра. Значит, призма не окрашивает белый луч, а преобразует его. Из опыта Ньютон сделал выводы:
1) луч белого цвета есть сложная совокупность цветных лучей;
2) относительный показатель преломления n21 зависит не только от граничащих сред, но и от цвета преломляемого луча.
Зависимость показателя преломления вещества от цвета луча известна как дисперсия (лат. dispersio – рассеяние).
В опыте с призмой наименьший относительный показатель преломления стекла относительно воздуха соответствует красному лучу, наибольший - фиолетовому. Из
следует, что фиолетовый луч распространяется
в стекле с наименьшей скоростью, красный
– с наибольшей.
Справедливость выводов Ньютона подтверждает опыт с двумя призмами. В первой белый свет разделяется на цветные лучи, во второй из них вновь получается белый световой луч.
7.4.2. Цвета тел
Одну из особенностей световых ощущений принято называть цветом. Цвет – понятие относительное. Один и тот же предмет может вызывать у разных наблюдателей разные ощущения, т. е. цветовое ощущение зависит от восприятия зрительных органов.
У одного и того же наблюдателя один и тот же предмет при солнечном свете может вызывать одни ощущения (например, синего цвета), а в свете красного фонаря – другие (например, чёрного цвета), т. е. цветовые ощущения зависят от освещения.
Как правило, о цветах предметов говорят при их наблюдении в лучах дневного солнечного света.
Можно выделить три группы тел:
1. Светящиеся – являются источниками света и их цвет определяется цветом испускаемых лучей.
2. Прозрачные – преломляют свет и их цвет зависит от цвета падающих лучей и от их избирательности в пропускании этих лучей.
Например, прозрачное стекло красного цвета в лучах синего цвета выглядит чёрным.
3. Несветящиеся непрозрачные – частично поглощают световые лучи, частично отражают их.
Соотношение между поглощением и отражением зависит от свойств тела и от цвета освещения. Если тело при дневном освещении поглощает все цветовые составляющие белого цвета кроме синей, то синяя отражается, и тело вызывает цветовые ощущения синего.
Тела, отражающие все цветовые составляющие, при дневном освещении, выглядят белыми, поглощающие – чёрными.
Таким образом, многоцветность природы объясняется не «окрашенностью» тел, а их способностью к избирательному испусканию, отражению, преломлению и поглощению цветных световых лучей.