§ 13. Розкладання білого світла на кольори. Утворення кольорів

Вам, звичайно, не раз доводилося бачити, як після дощу в сонячний день на небі виникає різноколірна смуга - веселка. А якщо ви спостережливі, то могли бачити такі веселкові кольори не тільки на небі. Подивіться, наприклад, на водяний фонтан, освітлений Сонцем, і ви побачите, як веселка, подібна до небесної, грає у краплях води.

Дослід 1. Візьміть лінзу і подивіться крізь неї на полум’я свічки. Ви побачите, що полум’я свічки оточене кольоровими кільцями.

Попереджаємо! У жодному разі не можна дивитися крізь лінзу на Сонце. Так ви можете зіпсувати собі зір.

Звідки ж з’являються на небі, у краплях води або лінзах такі різноколірні смуги?

Те, що сонячне світло складається з кольорових променів, установив Ісаак Ньютон. Удосконалюючи телескопи, він звернув увагу, що зображення об’єктів, яке дає об’єктив, по краях забарвлене.

У 1754 р. Ньютон виконав геніально простий дослід. Він пропустив сонячне (біле) світло через маленький отвір у віконниці в затемнену кімнату, а на шляху променя помістив скляну призму (мал. 151). Призма заломила сонячні промені й спрямувала їх на стінку, на якій з’явилася багатоколірна смуга.

Мал. 151

Цю багатоколірну смугу розкладеного білого світла Ньютон назвав спектром (лат. spectrum - «видимий»).

Він дійшов висновку, що:

1. Сонячне (біле) світло — це світло, яке складається із семи кольорів.

2. Розкладання сонячного світла тригранною призмою пояснюється тим, що окремі кольорові промені заломлюються в ній неоднаково. Найменше заломлюються промені червоного кольору, а найбільше — фіолетового.

3. Порядок кольорів у спектрі завжди є однаковим (мал. 152).

Мал. 152

Ньютон довів, що біле світло виникає в результаті складання 7 кольорів спектра. Переконаємося в цьому.

Дослід 2. Візьмемо диск Ньютона (круг, на якому нанесено кольори спектра, мал. 153) і обертатимемо його з певною швидкістю. У результаті досліду ми побачимо, що диск має білий колір. Якщо на шляху сонячних променів поставити дві призми, то на виході отримаємо біле світло (мал. 154).

Мал. 153

Мал. 154

У 1807 р. англійський учений Томас Юнг зробив ще одне важливе відкриття: біле світло можна отримати шляхом змішування тільки трьох кольорів — червоного, зеленого і синього.

Виявляється, решту кольорів спектра, а також їх відтінки можна отримати, змішуючи червоний, зелений і синій кольори. Але жодним змішуванням інших кольорів не можна отримати червоний, зелений і синій кольори.

Дослід 3. Направимо від трьох однакових джерел світла на екран світло червоного, синього і зеленого кольорів так, щоб вони накладалися один на одного (мал. 155, а). Там, де накладаються всі три кольори, ми побачимо білий колір (мал. 155, б).

Мал. 155

Червоний, зелений і синій кольори — це основні, або первинні, кольори спектра.

Чому предмети мають різні кольори?

Колір будь-якого непрозорого тіла залежить від світла, яке воно відбиває (мал. 156). Предмет має червоний колір, тому що він відбиває червоне світло і поглинає всі інші кольори. Інший предмет має синій колір, тому що він відбиває синє світло і поглинає всі інші кольори. Предмет білого кольору відбиває світло всіх кольорів, а предмет чорного кольору, навпаки, взагалі не відбиває світла, а повністю його поглинає.

Тіло може поглинати і відбивати одночасно кілька кольорів.

Відбиті кольорові промені змішуються між собою, і колір тіла залежить від того, у якому співвідношенні вони від нього відбиваються. Завдяки цьому і виникає різноколірна гама фарб, яку ми спостерігаємо у природі.

Колір прозорих тіл залежить від того, які промені світла проходять крізь них. Наприклад, червоне скло пропускає тільки червоні промені, а зелене - тільки зелені, що і зумовлює їх колір. За допомогою таких скелець можна отримати однорідний за кольором пучок променів. Прозорі пластинки, які застосовують для отримання однорідного за кольором світлового пучка, називають світлофільтрами. Їх широко застосовують в оптичних приладах.

Мал. 156

Мал. 157

Предмети можуть змінювати свій колір, якщо на них падає світло якого-небудь іншого кольору. Наприклад, червоне плаття матиме вигляд чорного у променях синього або зеленого кольору.

Трьома основними кольорами, які використовують для живопису, є червоний, жовтий і синій. Вони не збігаються з основними кольорами світла. Змішуючи ці кольори, можна отримати практично будь-який колір, окрім білого. Якщо змішати всі три основні кольори в рівних пропорціях, то отримаємо чорний колір (мал. 157).

Цікавим природним явищем є веселка. Як же вона виникає?

Веселка виникає в результаті заломлення і відбивання світла, наприклад у краплях дощу (мал. 158). У краплі води світло розкладається на кольори.

Мал. 158

Крапля води подібна до маленької призми, а її внутрішня поверхня виконує роль дзеркала, направляючи промені, що проникли у краплю, у зворотний бік - до спостерігача. При цьому найбільша кількість світла виходить під кутом 42° до початкового напрямку сонячних променів. Якраз це світло ми і бачимо.

Барви веселки розташовані в такому порядку: фіолетовий, синій, блакитний, зелений, жовтий, оранжевий, червоний. Далі йде смуга, у якій око не розрізняє кольорів, іноді вона навіть здається темнішою, ніж решта всієї частини неба, на тлі якого видно веселку. За цією смугою починається верхня веселка: у ній порядок кольорів зворотний - від червоного до фіолетового.

Але чому ви іноді бачите веселку яскравих кольорів, а іноді - неяскравих?

Виявляється, яскравість кольорів у веселці залежить від розмірів дощових крапель. Якщо вони великі (1-2 мм), фіолетова і зелена смуги дуже яскраві, червона також добре помітна, а блакитну видно слабо. Зі зменшенням розмірів крапель веселка розширюється і блідне, а коли краплі зовсім маленькі (0,05 мм), вона зникає.

ЦЕ ЦІКАВО ЗНАТИ

З розповіді першого космонавта Юрія Гагаріна про перебування в космосі: «...Небо має чорний колір. Зірки набагато яскравіші, і їх краще видно на тлі цього чорного неба. Земля має дуже красивий блакитний ореол. Цей ореол добре видно, спостерігаючи горизонт - плавний перехід від ніжно-блакитного кольору через блакитний, синій, фіолетовий і зовсім чорний колір неба. Дуже красивий перехід! Коли виходиш з тіні, бачиш, як Сонце просвічує земну атмосферу. І тут цей ореол трохи іншого відтінку. Біля самої земної поверхні колір яскраво-оранжевий, далі він переходить у всі барви веселки, до блакитного, синього, фіолетового і чорного кольору неба.

Входження в тінь Землі відбувається дуже швидко, відразу настає темрява і нічого не видно...».

Перший космонавт України Леонід Каденюк так описав своє враження від вигляду Землі з космосу: «...Нема таких слів, за допомогою яких можна описати побачене. Надзвичайно велика кількість найрізноманітніших кольорів, але основний відтінок - голубий».

Своє враження від космосу легендарний українець описав у книжці «Місія - Космос».

ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО