În ce mediu nu se observă dispersia? Dispersia luminii este un fenomen natural uimitor. Instituție de învățământ municipală școala secundară Alekseevskaya

Fiecare vânător vrea să știe unde stă fazanul. După cum ne amintim, această expresie înseamnă succesiunea de culori a spectrului: roșu, portocaliu, galben, verde, albastru, indigo și violet. Cine a arătat asta alb aceasta este totalitatea tuturor culorilor, ce are de-a face cu asta un curcubeu, apusuri și răsărituri frumoase, strălucirea pietrelor prețioase? La toate aceste întrebări se răspunde lecția noastră, al cărei subiect este: „Dispersia luminii”.

Până la a doua jumătatea XVII secole nu a existat o claritate completă despre ce este culoarea. Unii oameni de știință au spus că aceasta este o proprietate a corpului în sine, unii au afirmat că acestea sunt combinații diferite de lumină și întuneric, confundând astfel conceptele de culoare și iluminare. Un astfel de haos de culoare a domnit până când Isaac Newton a efectuat un experiment privind transmiterea luminii printr-o prismă (Fig. 1).

Orez. 1. Calea razelor într-o prismă ()

Să ne amintim că o rază care trece printr-o prismă suferă refracție atunci când trece din aer în sticlă și apoi o altă refracție - din sticlă în aer. Traiectoria razei este descrisă de legea refracției, iar gradul de abatere este caracterizat de indicele de refracție. Formule care descriu aceste fenomene:

Orez. 2. Experimentul lui Newton ()

Într-o cameră întunecată, un fascicul îngust de lumină solară pătrunde prin obloane, Newton a plasat o prismă triunghiulară de sticlă în cale. Un fascicul de lumină care trecea printr-o prismă a fost refractat în el, iar pe ecranul din spatele prismei a apărut o bandă multicoloră, pe care Newton a numit-o spectru (din latinescul „spectru” - „viziune”). Culoarea albă transformată în toate culorile simultan (Fig. 2). Ce concluzii a tras Newton?

1. Lumina are o structură complexă (vorbind limbaj modern- lumina alba contine unde electromagnetice de diferite frecvente).

2. Lumina de diferite culori diferă în gradul de refracție (caracterizată prin indici diferiți de refracție într-un mediu dat).

3. Viteza luminii depinde de mediu.

Newton a subliniat aceste concluzii în faimosul său tratat „Optică”. Care este motivul acestei descompunere a luminii într-un spectru?

După cum a arătat experimentul lui Newton, roșul a fost cea mai slabă culoare refractată, iar violetul a fost cea mai refractată. Amintim că gradul de refracție al razelor de lumină este caracterizat de indicele de refracție n. Culoarea roșie diferă de violet ca frecvență; Deoarece indicele de refracție crește pe măsură ce trecem de la capătul roșu al spectrului la capătul violet, putem concluziona că indicele de refracție al sticlei crește pe măsură ce crește frecvența luminii. Aceasta este esența fenomenului de dispersie.

Să ne amintim cum este legat de indicele de refracție viteza luminii:

n ~ ν; V ~ => ν =

n - indicele de refracție

C - viteza luminii în vid

V - viteza luminii în mediu

ν - frecvența luminii

Aceasta înseamnă că, cu cât frecvența luminii este mai mare, cu atât viteza luminii de propagare în sticlă este mai mică, astfel, cea mai mare viteză în interiorul unei prisme de sticlă este roșie, iar cea mai mică viteză este violetă.

Diferența de viteză a luminii pentru diferite culori apare numai în prezența unui mediu în mod natural, în vid, orice rază de lumină de orice culoare se propagă cu aceeași viteză m/s. Astfel, am aflat că motivul descompunerii culorii albe într-un spectru este fenomenul de dispersie.

Dispersia- dependenţa vitezei de propagare a luminii într-un mediu de frecvenţa acestuia.

Fenomenul dispersiei, descoperit și studiat de Newton, a așteptat explicația lui de mai bine de 200 de ani abia în secolul al XIX-lea, omul de știință olandez Lawrence a propus teoria clasică a dispersiei;

Motivul acestui fenomen este interacțiunea radiației electromagnetice externe, adică lumina cu mediul: cu cât frecvența acestei radiații este mai mare, cu atât interacțiunea este mai puternică, ceea ce înseamnă cu atât fasciculul se va devia mai mult.

Dispersia despre care am vorbit se numește normală, adică indicatorul de frecvență crește dacă crește frecvența radiațiilor electromagnetice.

În unele medii rare, este posibilă dispersia anormală, adică indicele de refracție al mediului crește pe măsură ce frecvența scade.

Am văzut că fiecare culoare corespunde unei anumite lungimi de undă și frecvență. O undă care corespunde aceleiași culori în medii diferite are aceeași frecvență, dar lungimi de undă diferite. Cel mai adesea, când se vorbește despre lungimea de undă corespunzătoare unei anumite culori, se referă la lungimea de undă în vid sau în aer. Lumina corespunzătoare fiecărei culori este monocromatică. „Mono” înseamnă unul, „chromos” înseamnă culoare.

Orez. 3. Aranjarea culorilor în spectru în funcție de lungimile de undă din aer ()

Cea mai mare lungime de undă este roșie (lungime de undă - de la 620 la 760 nm), cea mai scurtă lungime de undă este violetă (de la 380 la 450 nm) și frecvențele corespunzătoare (Fig. 3). După cum puteți vedea, nu există o culoare albă în tabel, culoarea albă este suma tuturor culorilor, această culoare nu corespunde cu nicio lungime de undă strict definită.

Ce explică culorile corpurilor care ne înconjoară? Ele sunt explicate prin capacitatea corpului de a reflecta, adică de a împrăștia radiația incidentă asupra acestuia. De exemplu, o culoare albă, care este suma tuturor culorilor, cade pe un corp, dar acest corp reflectă cel mai bine culoarea roșie și absoarbe alte culori, apoi ne va apărea ca roșu. Corpul care reflectă cel mai bine albastrul va apărea albastru și așa mai departe. Dacă corpul reflectă toate culorile, va ajunge să pară alb.

Este dispersia luminii, adică dependența indicelui de refracție de frecvența undei, care explică fenomenul frumos al naturii - curcubeul (Fig. 4).

Orez. 4. Fenomenul curcubeului ()

Curcubeele apar atunci când lumina soarelui este refractată și reflectată de picăturile de apă, ploaie sau ceață care plutesc în atmosferă. Aceste picături deviază lumina de diferite culori în moduri diferite, ca urmare, culoarea albă este descompusă într-un spectru, adică are loc dispersia un observator care stă cu spatele la sursa de lumină vede o strălucire multicoloră care emană din spațiu de-a lungul arcurilor concentrice.

Dispersia explică, de asemenea, jocul remarcabil de culoare pe fațetele pietrelor prețioase.

1. Fenomenul de dispersie este descompunerea luminii într-un spectru, datorită dependenței indicelui de refracție de frecvența radiației electromagnetice, adică de frecvența luminii. 2. Culoarea corpului este determinată de capacitatea corpului de a reflecta sau împrăștia o anumită frecvență a radiațiilor electromagnetice.

Referințe

Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Fizica ( nivel de bază) - M.: Mnemosyne, 2012.
Gendenshtein L.E., Dick Yu.I. Fizica clasa a X-a. - M.: Mnemosyne, 2014.
Kikoin I.K., Kikoin A.K. Fizica - 9, Moscova, Educație, 1990.

Teme pentru acasă

Ce concluzii a tras Newton după experimentul cu o prismă?
Definiți dispersia.
Ce determină culoarea corpului?

Portalul de internet B -i-o-n.ru ().
Portalul de internet Sfiz.ru ().
Portalul de internet Femto.com.ua ().

DifracţieŞi dispersie- cuvinte atât de frumoase și asemănătoare care sună ca muzică pentru urechile unui fizician! După cum toată lumea a ghicit deja, astăzi nu mai vorbim optică geometrică, ci despre fenomene cauzate în mod specific natura ondulatorie a luminii.

Dispersia luminii

Deci, care este fenomenul de dispersie a luminii? În am examinat legea refracției luminii. Atunci nu ne-am gândit, sau mai degrabă, nu ne-am amintit că lumina (o undă electromagnetică) are o anumită lungime. Să ne amintim:

Aprinde– unde electromagnetice. Lumină vizibilă- Acestea sunt unde cu o lungime în intervalul de la 380 la 770 nanometri.

Așadar, bătrânul Newton a observat că indicele de refracție depinde de lungimea de undă. Cu alte cuvinte, lumina roșie, care cade pe o suprafață și se refractă, se va abate la un unghi diferit de galben, verde și așa mai departe. Această dependență se numește dispersie.

Trecând lumina albă printr-o prismă, puteți crea un spectru format din toate culorile curcubeului. Acest fenomen este explicat direct prin dispersia luminii. Deoarece indicele de refracție depinde de lungimea de undă, înseamnă că depinde și de frecvență. În consecință, viteza luminii pentru diferite lungimi de undă în materie va fi, de asemenea, diferită

Dispersia luminii– dependența vitezei luminii în materie de frecvență.

Unde se folosește dispersia luminii? Da peste tot! Nu este numai cuvânt frumos, dar și un fenomen frumos. Dispersia luminii în viața de zi cu zi, natură, tehnologie și artă. De exemplu, dispersia este prezentată pe coperta albumului Pink Floyd.

Difracția luminii

Înainte de difracție, trebuie să spuneți despre „prietenul” ei - interferență. La urma urmei, interferența și difracția luminii sunt fenomene care se observă simultan.

Interferența luminii- acesta este momentul în care două unde luminoase coerente, atunci când sunt suprapuse, se îmbunătățesc reciproc sau, dimpotrivă, se slăbesc reciproc.

Valurile este coerent, dacă diferența lor de fază este constantă în timp, iar la adunare se obține o undă de aceeași frecvență. Dacă unda rezultată va fi amplificată (interferență maximă) sau invers slăbită (interferență minimă) depinde de diferența dintre fazele oscilațiilor. Maximele și minimele în timpul interferenței alternează, formând un model de interferență.

Difracția luminii– o altă manifestare a proprietăților undei. S-ar părea că un fascicul de lumină ar trebui să călătorească întotdeauna în linie dreaptă. Dar nu! Când întâlnește un obstacol, lumina se abate de la direcția inițială, ca și cum ar ocoli obstacolul. Ce condiții sunt necesare pentru a observa difracția luminii? De fapt, acest fenomen se observă pe obiecte de orice dimensiune, dar pe obiecte mari este dificil și aproape imposibil de observat. Acest lucru se poate face cel mai bine pe obstacole comparabile ca mărime cu lungimea de undă. În cazul luminii, acestea sunt obstacole foarte mici.

Difracția luminii este fenomenul de abatere a luminii de la direcția rectilinie la trecerea în apropierea unui obstacol.

Difracția are loc nu numai pentru lumină, ci și pentru alte unde. De exemplu, pentru sunet. Sau pentru valurile de pe mare. Un exemplu grozav de difracție este modul în care auzim un cântec Pink Floyd dintr-o mașină care trece în timp ce stăm după colț. Dacă undă sonoră răspândit direct, pur și simplu nu ar ajunge la urechile noastre și am sta în tăcere deplină. De acord, e plictisitor. Dar difracția este mult mai distractivă.

Pentru a observa fenomenul de difracție, se folosește un dispozitiv special - rețeaua de difracție. Un rețele de difracție este un sistem de obstacole care sunt comparabile ca mărime cu lungimea de undă. Acestea sunt linii paralele speciale gravate pe suprafața unei plăci de metal sau de sticlă. Distanța dintre marginile fantelor adiacente ale grătarului se numește perioadă de grătare sau constanta acesteia.

Ce se întâmplă cu lumina când trece printr-un rețele de difracție? Urcând pe grătar și întâmpinând un obstacol, undă luminoasă trece printr-un sistem de regiuni transparente și opace, ca urmare a căruia este împărțit în fascicule separate de lumină coerentă, care, după difracție, interferează unele cu altele. Fiecare lungime de undă este deviată de un anumit unghi, iar lumina este descompusă într-un spectru. Ca rezultat, observăm difracția luminii pe rețea

Formula rețelei de difracție:

Aici d– perioada de zăbrele, fi– unghiul de deviere a luminii după trecerea prin grătar, k– ordinea maximului de difracție, lambda– lungimea de undă.

Astăzi am aflat care sunt fenomenele de difracție și dispersie a luminii. La cursul de optică, problemele pe tema interferenței, dispersiei și difracției luminii sunt foarte frecvente. Autorii de manuale sunt foarte pasionați de astfel de probleme. Nu același lucru se poate spune despre cei care trebuie să le rezolve. Dacă doriți să faceți față cu ușurință sarcinilor, să înțelegeți subiectul și, în același timp, să economisiți timp, contactați. Te vor ajuta să faci față oricărei sarcini!

Uneori, când soarele iese din nou după o ploaie puternică, poți vedea un curcubeu. Acest lucru se întâmplă deoarece aerul este saturat cu praf mic de apă. Fiecare picătură de apă din aer acționează ca o prismă minusculă, împărțind lumina în diferite culori.

Cu aproximativ 300 de ani în urmă, I. Newton a trecut razele soarelui printr-o prismă. El a descoperit că lumina albă este un „amestec minunat de culori”.

Asta este interesant… De ce există doar 7 culori în spectrul luminii albe?

De exemplu, Aristotel a indicat doar trei culori ale curcubeului: roșu, verde, violet. Newton a identificat mai întâi cinci culori în curcubeu, iar mai târziu zece. Cu toate acestea, mai târziu s-a hotărât pe șapte culori. Alegerea se explică cel mai probabil prin faptul că numărul șapte era considerat „magic” (șapte minuni ale lumii, șapte săptămâni etc.).

Dispersia luminii a fost descoperită pentru prima dată experimental de Newton în 1666, când trecea un fascicul îngust de lumină solară printr-o prismă de sticlă. În spectrul luminii albe pe care l-a obținut, el a identificat șapte culori: Din acest experiment, Newton a concluzionat că „razele de lumină care diferă ca culoare diferă în gradul de refracție”. Razele violete sunt refractate cel mai mult, cele roșii cel mai puțin.

Lumina albă este o lumină complexă formată din diferite lungimi de undă (frecvențe). Fiecare culoare are propria lungime de undă și frecvență: roșu, portocaliu, verde, albastru, indigo, violet - această descompunere a luminii se numește spectru.

Undele de culori diferite sunt refractate diferit într-o prismă: mai puțin roșu, mai mult violet. Prisma deviază undele de culori diferite în unghiuri diferite. Acest comportament se explică prin faptul că, atunci când undele luminoase trec din aer într-o prismă de sticlă, viteza undelor „roșii” se schimbă mai puțin decât cea a „violetului”. Astfel, cu cât lungimea de undă este mai mică (cu cât frecvența este mai mare), cu atât este mai mare indicele de refracție al mediului pentru astfel de unde.

Dispersia este dependența indicelui de refracție al luminii de frecvența de vibrație (sau lungimea de undă).

Pentru undele de culori diferite, indicii de refracție ai unei substanțe date sunt diferiți; Ca rezultat, atunci când este deviat de o prismă, lumina albă este descompusă în spectru.

Când o undă de lumină monocromatică trece din aer în materie, lungimea de undă a luminii scade, frecvența de oscilație rămâne neschimbată. Culoarea rămâne neschimbată.

Când toate culorile spectrului sunt suprapuse, se formează lumină albă.

De ce vedem obiecte colorate? Vopseaua nu creează culoare, absoarbe sau reflectă selectiv lumina.

Rezumat de bază:

Întrebări pentru autocontrol pe tema „Dispersia luminii”

Cum se numește dispersia luminii?
Desenați diagrame pentru obținerea spectrului luminii albe folosind o prismă de sticlă.
De ce lumina albă trece printr-o prismă produce un spectru?
Comparați indicii de refracție pentru lumina roșie și violetă.
Ce lumină călătorește mai repede într-o prismă - roșu sau violet?
Cum se explică varietatea culorilor din natură din punctul de vedere al opticii undelor?
Ce culoare vor fi vizibile obiectele din jur printr-un filtru roșu? De ce?

Introducere

Capitolul I. Dispersia luminii

1.1. Refracția unui fascicul de lumină într-o prismă

1.2. Descoperirea fenomenului de dispersie

1.3. Primele experimente cu prisme. Idei despre cauzele culorilor înainte de Newton.

1.4. Experimentele lui Newton cu prisme. Teoria lui Newton despre originea culorilor

1.5. Descoperirea dispersiei anormale a luminii. experimentele lui Kundt

G lavă II. Dispersia în natură

2.1. Curcubeu

Capitolul III. Configurație experimentală pentru observarea amestecării culorilor

3.1. Descrierea instalatiei

3.2. Configurare experimentală

Concluzie

Literatură

Introducere.

Dispersia luminii. Întotdeauna întâlnim acest fenomen în viață, dar nu îl observăm întotdeauna. Dar dacă ești atent, fenomenul de dispersie ne înconjoară mereu. Un astfel de fenomen este un curcubeu obișnuit. Probabil că nu există persoană care să nu admire curcubeul. Există o veche credință engleză că un vas de aur poate fi găsit la poalele curcubeului. La prima vedere, un curcubeu este ceva simplu, de fapt, când apare un curcubeu, se întâmplă lucruri complexe. procese fizice. Acesta este probabil motivul pentru care am ales tema dispersiei luminii pentru a înțelege mai bine procesele și fenomenele fizice care au loc în natură. Acest lucru este foarte subiect interesantși voi încerca tot posibilul munca de curs prezintă toate momentele care au loc în istoria dezvoltării științei luminii și arată experimente pe tine configurație experimentală, conceput special pentru observarea dispersiei luminii. Când am construit această instalație, m-am bazat pe așa-numitul cerc Newton, de care aveam nevoie să mă pregătesc pentru un seminar de fizică și să înțeleg „principiul de funcționare” al acestui dispozitiv. Era de asemenea necesar

1. studiază literatura de specialitate pe această temă, studiază diverse instalații demonstrative utilizate în lecțiile de fizică și ținând cont de condițiile bazei teoretice și materiale,

2. S-a realizat o instalație demonstrativă pentru observarea adăugării culorilor, care ulterior poate fi folosită la lecțiile de fizică când se studiază dispersia luminii.

Dispersia luminii

1.1. Refracția unui fascicul de lumină într-o prismă

Trecând printr-o prismă, o rază de soare nu este doar refractată, ci și descompusă în diferite culori. Să luăm în considerare refracția unei raze într-o prismă. Strict vorbind, aceasta înseamnă că fasciculul de lumină este considerat aici a fi monocolor sau, așa cum se numește în mod obișnuit în fizică, monocromatic.

o rază care trece printr-o prismă cu unghi de refracție q și indice de refracție n; indicele de refracție mediu(aerul) va fi luat egal cu unitate. Fasciculul prezentat în figură cade pe partea stângă a prismei la un unghi a 1 .

1.2. Descoperirea fenomenului de dispersie

Dispersia luminii. Într-o zi însorită, închideți fereastra din cameră cu o perdea groasă, în care facem o mică gaură. Prin această gaură o rază îngustă de soare va pătrunde în cameră, formând un punct luminos pe peretele opus. Dacă pui în calea grinzii

prismă de sticlă, apoi pata de pe perete se va transforma într-o bandă multicoloră, în care vor fi reprezentate toate culorile curcubeului - de la violet la roșu (Fig. 2: F - violet, C - albastru, G - albastru , 3 - verde, F - galben, O - portocaliu, K - roșu).

Dispersia luminii – dependența de indicele de refracție n substanțe pe frecvența f (lungimea de undă l) a luminii sau dependența vitezei de fază a undelor luminoase de frecvență. Consecința dispersării luminii este descompunerea într-un spectru al unui fascicul de lumină albă atunci când trece printr-o prismă. Studiul acestui spectru l-a condus pe I. Newton (1672) la descoperirea dispersiei luminii. Pentru substanțele care sunt transparente într-o anumită regiune a spectrului, n crește cu creșterea f (scădere l), ceea ce corespunde distribuției culorilor în spectru, o astfel de dependență n din f se numește dispersia normală a luminii. Dună multicoloră din fig. 2 există un spectru solar.

1.3. Primele experimente cu prisme. Idei despre cauzele florilor înainte de Newton

Experiența descrisă este, de fapt, veche. Deja în secolul I. n. e. Se știa că monocristalele mari (prisme hexagonale făcute de natură) au proprietatea de a descompune lumina în culori. Primele studii despre dispersia luminii în experimente cu o prismă triunghiulară de sticlă au fost efectuate de englezul Hariot (1560-1621). Independent de el, experimente similare au fost efectuate de celebrul naturalist ceh Marzi (1595 - 1667), care a stabilit că fiecare culoare are propriul unghi de refracție. Cu toate acestea, înainte de Newton, astfel de observații nu au fost supuse unei analize suficient de serioase, iar concluziile trase pe baza lor nu au fost verificate prin experimente suplimentare. Drept urmare, știința acelor vremuri a fost dominată multă vreme de idei care explicau incorect aspectul florilor.

Vorbind despre aceste idei, ar trebui să începem cu teoria culorilor a lui Aristotel (secolul IV î.Hr.). Aristotel a susținut că diferența de culoare este determinată de diferența în cantitatea de întuneric „amestecat” cu lumina soarelui (albă). Culoarea violetă, conform lui Aristotel, apare atunci când întunericul este adăugat la cea mai mare cantitate de lumină, iar roșu - când întunericul este adăugat la cea mai mică cantitate. Astfel, culorile curcubeului sunt culori complexe, iar cea principală este lumina albă. Este interesant că apariția prismelor de sticlă și primele experimente de observare a descompunerii luminii prin prisme nu au dat naștere la îndoieli cu privire la corectitudinea teoriei aristotelice a apariției culorilor. Atât Hariot, cât și Marzi au rămas adepți ai acestei teorii. Acest lucru nu ar trebui să fie surprinzător, deoarece la prima vedere descompunerea luminii de către o prismă în diferite culori părea să confirme ideea că culoarea apare ca urmare a amestecării luminii și întunericului. Dunga curcubeu apare tocmai la trecerea de la dunga de umbră la dunga iluminată, adică la granița întunericului și a luminii albe. Din faptul că raza violetă parcurge cea mai lungă cale în interiorul prismei în comparație cu alte raze colorate, nu este surprinzător să concluzionăm că culoarea violetă apare atunci când lumina albă își pierde cel mai mult „albul” la trecerea prin prismă. Cu alte cuvinte, pe calea cea mai lungă are loc cea mai mare amestecare a întunericului cu lumina albă.

Nu a fost greu de demonstrat falsitatea unor astfel de concluzii prin efectuarea experimentelor corespunzătoare cu aceleași prisme. Cu toate acestea, nimeni nu făcuse asta înainte de Newton.

1.4. Experimentele lui Newton cu prisme . Teoria lui Newton despre originea culorilor

Marele om de știință englez Isaac Newton a efectuat o întreagă gamă de experimente optice cu prisme, descriindu-le în detaliu în „Optică”, „Noua teorie a luminii și a culorilor”, precum și în „Prelegeri despre optică”. Newton a dovedit în mod convingător falsitatea ideii că culorile apar dintr-un amestec de întuneric și lumină albă. Pe baza experimentelor sale, a reușit să afirme: „Nici o culoare nu apare din alb și negru amestecat împreună, cu excepția celor întunecate dintre ele; cantitatea de lumină nu schimbă aspectul culorii.” Newton a arătat că lumina albă nu este fundamentală, ea trebuie considerată ca un compozit (după Newton, „neomogen”; în terminologia modernă, „nemonocromatic”); principalele sunt culori diferite (raze „uniforme” sau, în caz contrar, raze „monocromatice”). Apariția culorilor în experimentele cu prisme este rezultatul descompunerii luminii compuse (albe) în componentele sale principale (diferite culori). Această descompunere are loc pentru că fiecare culoare are propriul grad de refracție. Acestea sunt principalele concluzii trase de Newton; sunt în perfect acord cu ideile științifice moderne.

Studiile optice efectuate de Newton prezinta un mare interes nu numai din punct de vedere al rezultatelor obtinute, ci si din punct de vedere metodologic. Metoda de cercetare cu prisme dezvoltată de Newton (în special metoda prismelor încrucișate) a supraviețuit secolelor și a intrat în arsenalul fizicii moderne.

Când a început cercetarea optică, Newton și-a propus „să nu explice proprietățile luminii cu ipoteze, ci să le prezinte și să le dovedească prin raționament și experimentare”. Când verifica cutare sau cutare poziție, omul de știință de obicei a venit cu și a pus mai multe diverse experiențe. El a subliniat că este necesar să folosim moduri diferite „pentru a verifica același lucru, pentru că abundența nu îl împiedică pe cel care testează”.

Să ne uităm la câteva dintre cele mai interesante experimente ale lui Newton cu prisme și la concluziile la care a ajuns omul de știință pe baza rezultatelor obținute. Un grup mare de experimente a fost dedicat verificării corespondenței dintre culoarea razelor și gradul de refracție a acestora (cu alte cuvinte, între culoare și valoarea indicelui de refracție). Să evidențiem trei astfel de experiențe.

Experimentul 1. Trecerea luminii prin prisme încrucișate. În fața găurii A, care transmite un fascicul îngust de lumină solară într-o încăpere întunecată, este plasată o prismă cu o nervură de refracție orientată orizontal (Fig. 4.3a).

Pe ecran apare o bandă CF colorată alungită vertical, a cărei parte cea mai inferioară este colorată în roșu, iar partea superioară este colorată în violet. Să urmărim contururile benzii pe ecran cu un creion. Apoi plasăm o altă prismă similară între prismă și ecran luat în considerare, dar marginea de refracție a celei de-a doua prisme ar trebui să fie orientată vertical, adică perpendicular pe marginea de refracție a primei prisme. Fasciculul de lumină care iese din gaura A trece succesiv prin două prisme încrucișate. Pe ecran apare o bandă a spectrului KF, deplasată în raport cu conturul KF de-a lungul axei X. În acest caz, capătul violet al benzii se dovedește a fi deplasat într-o măsură mai mare decât cea roșie, astfel încât spectrul. bandă apare înclinată spre verticală. Newton ajunge la concluzia: dacă experimentul cu o singură prismă ne permite să afirmăm că razele cu în diferite grade Deoarece culori diferite corespund refrangibilității, atunci experimentul cu prisme încrucișate demonstrează și poziția opusă - razele de culori diferite au grade diferite de refracție. Într-adevăr, raza cea mai refractată în prima prismă este o rază violetă; Trecând apoi prin a doua prismă, această rază violetă experimentează cea mai mare refracție. Discutând rezultatele experimentului cu prisme încrucișate, Newton a remarcat: „Din acest experiment rezultă, de asemenea, că refracțiile razelor individuale se desfășoară după aceleași legi, fie că sunt amestecate cu raze de alte tipuri, ca în lumina albă, fie că sunt refractată separat sau prin conversia preliminară a luminii în culori.”

Dispersia luminii este dependența indicelui de refracție n al unei substanțe de frecvența f (lungimea de undă ) a luminii sau dependența vitezei de fază a undelor luminoase de frecvență. Consecința dispersării luminii este descompunerea într-un spectru al unui fascicul de lumină albă atunci când trece printr-o prismă. Studiul acestui spectru l-a condus pe I. Newton (1672) la descoperirea dispersiei luminii. Pentru substanțele care sunt transparente într-o anumită regiune a spectrului, n crește odată cu creșterea f (descrescătoare ), ceea ce corespunde distribuției culorilor în spectru, această dependență a lui n de f se numește dispersie normală a luminii. Experiment despre descompunerea luminii albe într-un spectru: Newton a direcționat un fascicul de lumină solară printr-o gaură mică pe o prismă de sticlă.

La lovirea prismei, fasciculul a fost refractat și pe peretele opus a dat o imagine alungită cu o alternanță de culori curcubeu - un spectru.

Un experiment privind trecerea luminii monocromatice printr-o prismă: Newton a plasat sticlă roșie în calea unei raze solare, în spatele căreia a primit lumină monocromatică (roșie), apoi o prismă și a observat pe ecran doar o pată roșie din raza de lumină .

Experiență în sinteza (producția) luminii albe:

În primul rând, Newton a direcționat o rază de lumină asupra unei prisme. Apoi, după ce a colectat razele colorate care ies din prismă folosind o lentilă de colectare, Newton a primit o imagine albă a unei găuri pe un perete alb în loc de o dungă colorată.

Concluziile lui Newton:

O prismă nu schimbă lumina, ci doar o descompune în componente

Razele de lumină care diferă ca culoare diferă prin gradul de refracție; Razele violete sunt refractate cel mai puternic, cele roșii mai puțin puternic

Lumina roșie, care este mai puțin refractată, are cea mai mare viteză, iar lumina violetă are cea mai mică viteză, motiv pentru care prisma descompune lumina.

Dependența indicelui de refracție al luminii de culoarea sa se numește dispersie.

Prisma descompune lumina

Lumina albă este complexă

Razele violete sunt refractate mai puternic decât cele roșii.

Culoarea unui fascicul de lumină este determinată de frecvența sa de vibrație.

La trecerea de la un mediu la altul, viteza luminii și lungimea de undă se schimbă, dar frecvența care determină culoarea rămâne constantă.

Spectre continue - dau corpuri în stare solidă sau lichidă, precum și gaze puternic comprimate. (Acestea includ spectrul solar sau spectrul lămpii cu arc).

Spectre de linii– dați toate substanțele în stare gazoasă atomică (dar nu moleculară). (De obicei, pentru a observa aceste spectre, se folosește strălucirea vaporilor unei substanțe într-o flacără sau strălucirea unei descărcări de gaz într-un tub umplut cu gazul studiat).

Spectre cu benzi - constau din benzi individuale separate de spații întunecate. Creat nu de atomi, ci de molecule, nelegat sau slab prieten legat cu un prieten. (Pentru observare, utilizați strălucirea vaporilor într-o flacără sau strălucirea unei descărcări de gaz).

Spectrele de absorbție – formează colectiv linii întunecate (linii de absorbție) pe fundalul unui spectru continuu. Absorbția luminii de către o substanță depinde de lungimea de undă.

Refracția luminii în lentile

O lentilă este un corp transparent delimitat de două suprafețe curbe sau curbe și plane.

În cele mai multe cazuri, se folosesc lentile ale căror suprafețe sunt sferice. O lentilă se numește subțire dacă grosimea sa d este mică în comparație cu razele de curbură ale suprafețelor sale R1 și R2. În caz contrar, lentila se numește groasă. Axa optică principală a unei lentile este o linie dreaptă care trece prin centrele de curbură ale suprafețelor sale. Putem presupune că într-o lentilă subțire punctele de intersecție ale axei optice principale cu ambele suprafețe ale lentilei se contopesc într-un punct O, numit centrul optic al lentilei. Lentila subțire are una planul principal, comună ambelor suprafețe ale lentilei și care trece prin centrul optic al lentilei perpendicular pe axa sa optică principală. Toate liniile drepte care trec prin centrul optic al lentilei și care nu coincid cu axa sa optică principală sunt numite axe optice secundare ale lentilei. Razele care călătoresc de-a lungul axelor optice ale lentilei (principal și secundar) nu experimentează refracție.

Formula lentilelor subțiri:

unde n21 = n2/n1, n2 și n1 sunt indicii de refracție absoluti pentru materialul lentilei și pentru mediu, R1 și R2 sunt razele de curbură ale suprafețelor din față și din spate (față de obiect) ale lentilei, a1 și a2 sunt distanțele până la obiect și imaginea acestuia, măsurate de la centrul optic al lentilei de-a lungul axei sale optice principale.

Valoarea se numește distanța focală a lentilei. Punctele situate pe axa optică principală a lentilei de ambele părți ale centrului optic la distanțe egale egale cu f sunt numite focare principale ale liniei. Planurile care trec prin focarele principale F1 și F2 ale lentilei perpendiculare pe axa sa optică principală se numesc planuri focale ale lentilei. Punctele de intersecție a axelor optice secundare cu planurile focale ale lentilei se numesc focare secundare ale lentilei.

O lentilă se numește convergentă (pozitivă) dacă distanța sa focală f >0. O lentilă se numește divergentă (negativă) dacă distanța sa focală f<0.

Pentru n2 >n1, lentilele colectoare sunt biconvexe, plano-convexe si concave-convexe (lentile de menisc pozitive), devenind mai subtiri de la centru spre margini; lentilele divergente sunt lentile biconcave, plat-concave și convex-concave (meniscurile negative), îngroșându-se de la centru spre margini. Pentru p2 n1.