Фізика. З поглибленим вивченням фізики. Повторне видання. 9 клас. Засєкіна

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

Ви дізнаєтесь

• Чим зумовлене різноманіття кольорів у природі

Пригадайте

• Що таке абсолютний показник заломлення

Спектральний склад природного світла. Навколишні предмети ми бачимо завдяки світлу від одного джерела. Сонце освітлює все навколо однаковим білим світлом, але довкола — різнокольоровий світ! Що ж таке колір? Чим зумовлене забарвлення предметів? Як око розрізняє кольори?

Перший крок до розгадки природи кольорів зробив Ісаак Ньютон. Удосконалюючи телескопи, він звернув увагу на те, що зображення, яке дає об’єктив, по краях забарвлене. Зацікавившись цим явищем, він перший «дослідив різноманітність світлових променів і зумовлені цим особливості кольорів, про які до того часу ніхто й гадки не мав» (ці слова написані на могилі Ньютона).

Ньютон зробив маленький отвір у шторі й підставив під вузький пучок світла трикутну скляну призму. На протилежній стіні з’явилася красива кольорова смуга. Цю смугу Ньютон назвав спектром (від лат. spectrum — марево) (мал. 134, а).

Мал. 134. Розкладання білого світла на спектр: а — проходження білого світла крізь скляну призму; б — одержання спектра в домашніх умовах

Пропускаючи пучок сонячного світла через червоне скло, Ньютон отримав на стіні червону пляму, через синє — синю. Отже, біле світло містить в собі всі інші кольори, і лише їхня спільна дія дозволяє отримати білий колір.

Отримати веселку можете самостійно. Для цього вам потрібні ванночка з водою, дзеркало, білий картон та ліхтарик. Спрямуйте пучок світла ліхтарика на край дзеркала, що занурений у воду. Спостерігайте веселку на білому картоні (мал. 134, б)

Дисперсія світла. Поява кольорового спектра внаслідок проходження білого світла через скляну призму спричинена тим, що світлові пучки різних кольорів заломлюються в склі по-різному: найбільше заломлюється світловий пучок фіолетового кольору, а найменше — червоного. Це означає, що світлові пучки різних кольорів в одному й тому самому середовищі поширюються з різною швидкістю. Світло червоного кольору поширюється з найбільшою швидкістю, а фіолетове світло — з найменшою.

Оптичні явища, обумовлені залежністю швидкості поширення світла в певному середовищі від його кольору називають дисперсією світла.

Саме дисперсією світла пояснюється утворення веселки внаслідок потрапляння сонячного світла на завісу дощу. Краплини води, діючи разом подібно до безлічі «призм», заломлюють біле світло і створюють різнокольорове коло (мал. 135, а). Спостерігачу/спостерігачці, як правило, видно лише дугу веселки за умови, що він/вона стоїть спиною до Сонця (мал. 135, б).

Мал. 135. Утворення веселки

Особливості кольорів. У спектрі виділяють сім кольорів: червоний, оранжевий, жовтий, зелений, блакитний, синій, фіолетовий.

Світлові пучки двох різних спектральних кольорів у разі накладання один на одного утворюють інші кольори. Так, спрямувавши в одну точку на екрані оранжеве і зелене світло, дістанемо пляму жовтого кольору.

Особливе значення для нашого зору мають три основні кольори: червоний, зелений і синій (мал. 136, а). Змішуючи ці кольори в різних пропорціях, можна отримати всі відтінки, які може розрізняти око людини. При цьому зелений, червоний і синій кольори не можна одержати комбінацією інших кольорів спектра.

На змішуванні трьох основних кольорів ґрунтується принцип дії кольорових телевізорів і моніторів, а обернений процес розкладання світлового потоку на три основні кольори лежить в основі принципу дії цифрових кольорових фото- та відеокамер.

Деякі пари кольорів у разі накладання один на один утворюють білий колір. Такі пари кольорів називають доповняльними. Так, доповняльними є червоний і зелений кольори, жовтий і фіолетовий, синій та оранжевий (мал. 136, б).

Мал. 136. Утворення кольорів: а — накладання трьох основних кольорів; б — доповняльні пари

Знаючи, що біле світло містить у собі всі інші кольори, можна пояснити різноманітність кольорів у природі.

Як ви вже знаєте, світло частково відбивається від фізичних тіл, частково заломлюється й частково поглинається ними. Тіла білого кольору однаково відбивають світло всіх кольорів. Чорна поверхня поглинає весь світловий потік. Зелена трава відбиває світло зеленого кольору, а решту поглинає. Червоні пелюстки троянд відбивають світло червоного кольору. Якщо, наприклад, на зелене листя спрямувати світло синього кольору, то воно здаватиметься майже чорним. Якщо цей самий світловий потік спрямувати на білий папір, то він стане синім. А от чорна шерсть кота буде чорною незалежно від кольору світлового потоку, що спрямований на нього.

ФОРМУЄМО КОМПЕТЕНТНІСТЬ

Я поміркую й зможу пояснити

• 1. Який висновок зробив Ньютон з дослідів із призмою?
• 2. Які пучки світла — червоні чи фіолетові — мають більший кут заломлення при переході з повітря у скло?
• 3. Що називається дисперсією?
• 4. Які кольори називають основними? Назвіть властивості основних кольорів спектра.
• 5. Чому предмети мають різне забарвлення?

Я вмію досліджувати й експериментувати

1. Спостереження змішування трьох основних кольорів. Для цього потрібно мати три однакові ліхтарики і прозорі пластикові папки для документів (синього, червоного та зеленого кольорів). Вирізати з папок кружальця, що мають форму й розмір скла ліхтариків. За допомогою клейкої стрічки закріпити їх на склі ліхтариків. Вимкнути світло в кімнаті. Спрямувати з перехресним перекриттям на білу стіну (чи стелю) світло від ліхтариків спочатку попарно, а потім від усіх трьох. Спостерігати за утвореними кольорами.

2. Проробити дослід, подібний до досліду Ньютона, можна й самому. Для цього потрібно взяти склянку з водою і ліхтарик. Розташувати ліхтарик під склянкою. Спрямувати світло від ліхтарика через склянку на стелю. Спостерігати на стелі кольоровий спектр.