Αυτό που συνήθως αναφέρεται ως διασπορά φωτός

Το φαινόμενο αυτό ανακαλύφθηκε το 1672 από τον Ισαάκ Νεύτωνα. Μέχρι τότε, οι άνθρωποι δεν μπορούσαν να εξηγήσουν γιατί τα χρώματα έχουν μια συγκεκριμένη σειρά όταν διαθλώνται. Η διασπορά του φωτός βοήθησε στην απόδειξη της κυματικής φύσης του φωτός, αλλά για να κατανοήσει κανείς καλύτερα το ζήτημα πρέπει να κατανοήσει όλες τις πτυχές του.

Αυτό το διάγραμμα διευκολύνει την κατανόηση της διασποράς του φωτός.

Ορισμός

Το φαινόμενο της διασποράς του φωτός (ή της διασποράς) οφείλεται στο γεγονός ότι ο δείκτης διάθλασης σχετίζεται άμεσα με το μήκος κύματος. Η διασπορά ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά από τον Νεύτωνα, αλλά μεγάλο μέρος της θεωρητικής βάσης αναπτύχθηκε από επιστήμονες σε μεταγενέστερη περίοδο.

Χάρη στη διασπορά, κατέστη δυνατό να αποδειχθεί ότι το λευκό φως αποτελείται από πολλά συστατικά. Για να το εξηγήσουμε με απλά λόγια, μια άχρωμη ακτίνα ηλιακού φωτός όταν διέρχεται από διαφανείς ουσίες (κρύσταλλο, νερό, γυαλί κ.λπ.) διασπάται στα χρώματα του ουράνιου τόξου από τα οποία αποτελείται.

Ο μεγάλος αριθμός όψεων στα διαμάντια τα κάνει να λάμπουν σε ένα πλήθος χρωμάτων.

Καθώς το φως περνάει από μια ουσία σε μια άλλη, αλλάζει κατεύθυνση, κάτι που ονομάζεται διάθλαση. Το λευκό περιέχει μια ολόκληρη γκάμα χρωμάτων, αλλά αυτό είναι ανεπαίσθητο μέχρι να υποστεί διασπορά. Κάθε ένα από τα σύνθετα χρώματα έχει διαφορετικό μήκος κύματος, οπότε η γωνία διάθλασης είναι διαφορετική.

Παρεμπιπτόντως! Το μήκος κύματος καθενός από τα χρώματα του φάσματος είναι σταθερό, οπότε οι αποχρώσεις παρατάσσονται πάντα με την ίδια σειρά όταν περνούν μέσα από μια διαφανή ουσία.

Η ιστορία της ανακάλυψης και των συμπερασμάτων του Νεύτωνα

Η ιστορία μας λέει ότι ο επιστήμονας παρατήρησε για πρώτη φορά ότι τα άκρα της εικόνας στο φακό είναι χρωματισμένα την περίοδο που ασχολήθηκε με τη βελτίωση του σχεδιασμού των τηλεσκοπίων. Αυτό τον ενδιέφερε πολύ και ξεκίνησε να ανακαλύψει τη φύση της εμφάνισης των έγχρωμων λωρίδων.

Εκείνη την εποχή υπήρχε επιδημία πανούκλας στη Βρετανία, οπότε ο Νεύτων αποφάσισε να αποσυρθεί στο χωριό του, το Woolsthorpe, προκειμένου να περιορίσει τον κοινωνικό του κύκλο. Και ταυτόχρονα να διεξάγει πειράματα για να ανακαλύψει από πού προέρχονται οι διαφορετικές αποχρώσεις. Για να το κάνει αυτό, άρπαξε μερικά γυάλινα πρίσματα.

Κάπως έτσι έμοιαζε το πείραμα του Νεύτωνα για να εξηγήσει το φαινόμενο της διασποράς του φωτός.

Κατά τη διάρκεια της έρευνάς του, διεξήγαγε πολλά πειράματα, μερικά από τα οποία διεξάγονται ακόμη και σήμερα σε αμετάβλητη μορφή. Η κυριότερη ήταν η εξής: ο επιστήμονας άνοιξε μια μικρή τρύπα στο κλείστρο ενός σκοτεινού δωματίου και τοποθέτησε ένα γυάλινο πρίσμα στην πορεία της δέσμης φωτός. Το αποτέλεσμα ήταν μια αντανάκλαση με τη μορφή χρωματιστών λωρίδων στον απέναντι τοίχο.

Αυτό το πείραμα μπορείτε να το επαναλάβετε μόνοι σας.

Ο Νεύτωνας εξήγαγε από την αντανάκλαση το κόκκινο, το πορτοκαλί, το κίτρινο, το πράσινο, το μπλε, το μπλε και το βιολετί. Δηλαδή, το φάσμα με την κλασική του έννοια. Αν όμως ρίξετε μια πιο προσεκτική ματιά και απομονώσετε το φάσμα με σύγχρονο εξοπλισμό, θα δείτε τρεις κύριες ζώνες: το κόκκινο, το κίτρινο-πράσινο και το μπλε-βιολετί. Οι υπόλοιποι καταλαμβάνουν τις ασήμαντες ενδιάμεσες περιοχές.

Έτσι μοιάζει η διάσπαση του λευκού φωτός σε φάσμα.

Πού εμφανίζεται

Η διασπορά μπορεί να παρατηρηθεί πολύ πιο συχνά από ό,τι φαίνεται αρχικά. Απλά πρέπει να δώσετε προσοχή:

1. Ουράνιο τόξο - είναι το πιο γνωστό παράδειγμα διασποράς. Το φως διαθλάται από τα σταγονίδια του νερού, με αποτέλεσμα ένα ουράνιο τόξο, το οποίο οι ειδικοί αποκαλούν πρωτογενές ουράνιο τόξο. Αλλά μερικές φορές το φως διαθλάται δύο φορές και εμφανίζεται ένα σπάνιο φυσικό φαινόμενο - ένα διπλό ουράνιο τόξο. Σε αυτή την περίπτωση το εσωτερικό του τόξου είναι πιο φωτεινό και με μια τυπική σειρά χρωμάτων, ενώ το εξωτερικό είναι θολό και οι αποχρώσεις ακολουθούν αντίστροφη σειρά.
2. Ηλιοβασιλέματατα οποία μπορεί να είναι κόκκινα, πορτοκαλί ή ακόμη και πολύχρωμα. Στην περίπτωση αυτή το αντικείμενο που διαθλά τις ακτίνες είναι η ατμόσφαιρα της Γης. Επειδή ο αέρας αποτελείται από ένα συγκεκριμένο μείγμα αερίων, το αποτέλεσμα είναι διαφορετικό και μπορεί να είναι διαφορετικό.
3. Αν κοιτάξετε προσεκτικά το στον πυθμένα ενός ενυδρείου ή ενός μεγάλου υδάτινου όγκου με καθαρό καθαρό νερό, μπορείτε να δείτε καθαρά την ιριδίζουσα λάμψη. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι το ηλιακό φάσμα εξαπλώνεται σε ολόκληρο το χρωματικό φάσμα με διάχυση.
4. Πολύτιμοι λίθοι με διαμάντια κοπής κοσμήματος επίσης λάμπουν. Αν τα περιστρέψετε απαλά, θα παρατηρήσετε πώς κάθε όψη εκπέμπει διαφορετική απόχρωση. Το φαινόμενο αυτό μπορεί να παρατηρηθεί σε διαμάντια, κρύσταλλα, ζιρκόνια και ακόμη και σε γυαλί με καλή ποιότητα κοπής.
5. Γυάλινα πρίσματα και οποιαδήποτε άλλα διαφανή στοιχεία θα παράγουν επίσης ένα εφέ όταν το φως περνά μέσα από αυτά. Ειδικά αν υπάρχει διαφορά στο φως.

Η πανδαισία των χρωμάτων στο ηλιοβασίλεμα είναι ένα από τα πιο γνωστά παραδείγματα διάθλασης του φωτός.

Για να δείξετε στα παιδιά το φαινόμενο της διασποράς, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε συνηθισμένες σαπουνόφουσκες. Ρίξτε το διάλυμα σαπουνιού σε ένα δοχείο και στη συνέχεια ρίξτε μέσα οποιοδήποτε συρμάτινο πλαίσιο κατάλληλου μεγέθους. Μόλις αφαιρεθεί, μπορούν να παρατηρηθούν ιριδίζουσες υπερχειλίσεις.

Η φασματική διάσπαση του φωτός είναι επίσης εύκολο να γίνει με έναν φακό smartphone. Στην περίπτωση αυτή, χρειάζονται ένα γυάλινο πρίσμα και ένα φύλλο λευκού χαρτιού. Το πρίσμα θα πρέπει να τοποθετηθεί σε ένα τραπέζι σε ένα σκοτεινό δωμάτιο, με μια δέσμη φωτός από τη μια πλευρά και ένα κομμάτι χαρτί από την άλλη, με χρωματιστές λωρίδες πάνω του. Τα παιδιά λατρεύουν αυτή την απλή εμπειρία.

Πώς το μάτι γνωρίζει τα χρώματα

Η ανθρώπινη όραση είναι ένα πολύ σύνθετο σύστημα ικανό να διακρίνει τμήματα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Το ανθρώπινο μάτι αναγνωρίζει μήκη κύματος μεταξύ 390 και 700 nm. Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία στην ορατή περιοχή ονομάζεται ορατό φως ή απλώς φως.

Η εικόνα δείχνει πόσο μικρό μέρος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος μπορεί να γίνει αντιληπτό από το ανθρώπινο μάτι.

Τα χρώματα διαφοροποιούνται χάρη στα ραβδωτά κύτταρα και τα βολβοκύτταρα του αμφιβληστροειδούς. Ο πρώτος τύπος είναι πολύ ευαίσθητος αλλά μπορεί να διακρίνει μόνο την ένταση του φωτός. Η δεύτερη διακρίνει καλά τα χρώματα, αλλά αποδίδει καλύτερα κάτω από έντονο φως.

Τα κωνικά κύτταρα διακρίνονται σε τρεις τύπους, ανάλογα με το αν είναι πιο ευαίσθητα στα μικρά, μεσαία ή μεγάλα μήκη κύματος. Μέσω του συνδυασμού των σημάτων από όλους τους τύπους κωνικών κυττάρων, το μάτι είναι σε θέση να διακρίνει τη διαθέσιμη γκάμα χρωμάτων.

Κάθε τύπος κυττάρου στο μάτι μπορεί να αντιληφθεί όχι ένα μόνο χρώμα, αλλά διαφορετικές αποχρώσεις σε ένα ευρύ φάσμα μηκών κύματος. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η όραση είναι σε θέση να διακρίνει τις πιο μικρές λεπτομέρειες και να βλέπει την ποικιλομορφία του κόσμου γύρω μας.

Η διασπορά του φωτός έδειξε κάποτε ότι το λευκό είναι ένας συνδυασμός του φάσματος. Αλλά αυτό μπορεί να γίνει αντιληπτό μόνο μετά την αντανάκλασή του μέσα από ορισμένες επιφάνειες και υλικά.

Μάθημα βίντεο: Η διασπορά του φωτός