Фізика. 9 клас. Бар’яхтар

§ 13. Дисперсія світла. Спектральний склад природного світла. Кольори

Згадайте: сонячний літній день — і раптом на небі з'явилася хмаринка, пішов дощик, який начебто «не помічає», що сонце продовжує світити. Такий дощ у народі називають сліпим. Дощик іще не встиг закінчитись, а на небі вже засяяла різнокольорова веселка (рис. 13.1). Чому вона з'явилася?

Рис. 13.1. Веселку можна спостерігати, зокрема, в бризках фонтана або водоспаду

1. Розкладаємо сонячне світло у спектр

Ще в давнину було помічено, що пучок сонячного світла, пройшовши крізь скляну призму, стає різнокольоровим. Вважалося, що причина цього явища криється у властивості призми забарвлювати світло. Чи так це насправді, з’ясував у 1665 р. видатний англійський учений Ісаак Ньютон (1643-1727), провівши серію цікавих дослідів.

Для отримання вузького пучка сонячного світла Ньютон зробив у віконниці невеликий круглий отвір. Коли перед отвором він установлював скляну призму, на протилежній стіні з’являлася різнокольорова смужка, яку вчений назвав спектром. На смужці (як і у веселці) Ньютон виділив сім кольорів: червоний, оранжевий, жовтий, зелений, блакитний, синій, фіолетовий (рис. 13.2, а).

Потім учений за допомогою екрана з отвором виділяв із широкого різнокольорового пучка світла вузькі одноколірні (монохроматичні) пучки та знову спрямовував їх на призму. Такі пучки відхилялися призмою, але вже не розкладались у спектр (рис. 13.2, б). При цьому найбільше відхилявся фіолетовий пучок світла, а найменше — червоний.

Рис. 13.2. Схема дослідів І. Ньютона із з'ясування спектрального складу світла

Результати дослідів дозволили Ньютону дійти таких висновків:

  • 1) пучок білого (сонячного) світла складається зі світла різних кольорів;
  • 2) призма не «фарбує» біле світло, а розділяє його (розкладає в спектр) через різне заломлення світла різного кольору.

2. Дізнаємось про дисперсію світла

Досліди Ньютона продемонстрували, зокрема, що, заломлюючись у скляній призмі, пучки фіолетового світла завжди відхиляються більше, ніж пучки червоного. Це означає, що для світла різного кольору показник заломлення скла є різним. Саме тому пучок білого світла й розкладається у спектр.

Зіставте рис. 13.1 і 13.2: кольори веселки — то і є кольори спектра. І це не є дивним, бо насправді веселка — це величезний спектр сонячного світла. Одна із причин виникнення веселки полягає в тому, що безліч маленьких краплинок води заломлюють біле сонячне світло.

Явище розкладання світла у спектр, зумовлене залежністю показника заломлення середовища від кольору світла, називають дисперсією світла.

Для більшості прозорих середовищ найбільший показник заломлення має світло фіолетового кольору, найменший — червоного.

Світло якого кольору — фіолетового чи червоного — поширюється в склі швидше? Підказка: згадайте, як показник заломлення середовища залежить від швидкості поширення світла в цьому середовищі.

3. Характеризуємо кольори

У спектрі сонячного світла традиційно виділяють сім кольорів, можна виділити й більше. Але ви ніколи не зможете виділити, наприклад, коричневий або бузковий колір. Ці кольори є складними — вони утворюються внаслідок накладання (змішування) спектральних (чистих) кольорів у різних пропорціях. Деякі спектральні кольори в разі накладання один на одного утворюють білий колір. Такі пари спектральних кольорів називають додатковими (рис. 13.3).

Рис. 13.3. Деякі додаткові кольори

Для зору людини особливе значення мають три основні спектральні кольори: червоний, зелений і синій: накладаючись, ці кольори дають відчуття найрізноманітніших кольорів і відтінків.

На накладанні трьох основних спектральних кольорів у різних пропорціях ґрунтується кольорове зображення на екрані комп’ютера, телевізора, телефону (рис. 13.4).

Рис. 13.4. Якщо подивитися через лупу на екран комп'ютера, побачимо безліч дрібних кругів червоного, зеленого та синього кольорів

4. З'ясовуємо, чому світ є різнокольоровим

Знаючи, що біле світло є складеним, можна пояснити, чому навколишній світ, освітлений лише одним джерелом білого світла — Сонцем, ми бачимо різнокольоровим (рис. 13.5).

Рис. 13.5. Завдяки тому що різні тіла по-різному відбивають, заломлюють і поглинають сонячне світло, ми бачимо навколишній світ різнокольоровим

Так, поверхня аркуша офісного паперу однаково добре відбиває промені всіх кольорів, тому аркуш, освітлений білим світлом, здається нам білим. Синій наплічник, освітлений тим самим білим світлом, переважно відбиває промені синього кольору, а решту поглинає.

Як ви вважаєте, який колір переважно відбивають пелюстки соняшників? листя рослин?

Синє світло, спрямоване на червоні пелюстки троянди, майже цілком поглинеться ними, бо пелюстки відбивають переважно червоні промені, а решту — поглинають. Тому троянда, освітлена синім світлом, здаватиметься нам практично чорною. Якщо ж синім світлом освітити білий сніг, то він здаватиметься нам синім, адже білий сніг відбиває промені всіх кольорів (у тому числі й сині). А от чорна шерсть кота добре поглинає всі промені, тому, хоч яким світлом ми його освітимо, кіт однаково здаватиметься чорним (рис. 13.6).

Рис. 13.6. Колір тіла залежить як від оптичних властивостей його поверхні, так і від характеристик падаючого світла

Зверніть увагу! Оскільки колір тіла залежить від характеристики падаючого світла, в темряві поняття кольору позбавлене будь-якого сенсу.

Підбиваємо підсумки

Пучок білого світла складається зі світла різних кольорів. Виділяють сім основних спектральних кольорів: червоний, оранжевий, жовтий, зелений, блакитний, синій, фіолетовий. Показник заломлення світла, а отже, швидкість поширення світла в середовищі залежать від кольору світла.

* Залежність показника заломлення середовища від кольору світла називають дисперсією світла. Ми бачимо навколишній світ різнокольоровим завдяки тому, що різні тіла по-різному відбивають, заломлюють і поглинають світло.

Контрольні запитання

1. Опишіть досліди І. Ньютона щодо встановлення спектрального складу світла. 2. Назвіть сім спектральних кольорів. 3. Світло якого кольору найбільше заломлюється в речовині? найменше заломлюється? *4. Дайте означення дисперсії світла. Яке природне явище пов’язане з дисперсію? 5. Які кольори називають додатковими? 6. Назвіть три основні кольори спектра. Чому їх так називають? 7. Чому навколишній світ ми бачимо різнокольоровим?

Вправа № 13

1. Якими здаватимуться чорні літери на білому папері, якщо дивитися на них крізь зелене скло? Яким при цьому здаватиметься колір паперу?

2. Світло яких кольорів проходить крізь синє скло? поглинається ним?

3. Через скло якого кольору не можна побачити текст, написаний фіолетовим чорнилом на білому папері?

4. У воді поширюються пучки світла червоного, оранжевого та блакитного кольорів. Швидкість поширення якого з пучків є найбільшою?

5. Скористайтеся додатковими джерелами інформації та дізнайтеся, чому небо блакитне; чому Сонце на заході часто буває червоним.

Експериментальне завдання

«Творці райдуги». Наповніть неглибоку посудину водою та поставте її біля світлої стіни. На дно посудини помістіть плоске дзеркало (див. рисунок). Спрямуйте на дзеркало пучок світла — на стіні з’явиться «сонячний зайчик». Розгляньте його та поясніть спостережуване явище.

Фізика і техніка в Україні

Київський національний університет ім. Тараса Шевченка (КНУ) заснований 8 листопада 1833 р. як Імператорський університет Святого Володимира. Перший ректор університету — видатний учений-енциклопедист Михайло Олександрович Максимович.

Із КНУ пов'язані імена відомих учених — математиків, фізиків, кібернетиків, астрономів: Д. О. Граве, Μ. П. Кравчука, Г. В. Пфейффера, Μ. М. Боголюбова, В. М. Глушкова, А. В. Скорохода, Й. І. Гіхмана, Б. В. Гнєденка, В. С. Михалевича, Μ. П. Авенаріуса, Μ. М. Шіллера, Й. Й. Косоногова, О. Г. Ситенка, В. Є. Лашкарьова, Р. П. Фогеля, Μ. Ф. Хандрикова, С. К. Всехсвятського.

У світі відомі наукові школи Київського університету — алгебраїчна, теорії ймовірностей та математичної статистики, механіки, фізики напівпровідників, фізичної електроніки та фізики поверхні, металогенічна, оптики нових матеріалів та ін. Із 2008 р. ректор КНУ — академік НАНУ і НАПНУ, Герой України Леонід Васильович Губерський.

ГДЗ до підручника можна знайти тут.