Co jest powszechnie określane jako rozproszenie światła

Zjawisko to zostało odkryte w 1672 roku przez Isaaca Newtona. Do tego czasu nie potrafiono wyjaśnić, dlaczego kolory w załamaniu światła mają określoną kolejność. Rozproszenie światła pomogło udowodnić falową naturę światła, ale aby lepiej zrozumieć to zagadnienie, trzeba poznać wszystkie jego aspekty.

Ten diagram ułatwia zrozumienie zjawiska rozproszenia światła.

Definicja

Zjawisko rozproszenia światła (lub dyspersji) jest spowodowane tym, że współczynnik załamania światła jest bezpośrednio związany z długością fali. Dyspersja została po raz pierwszy odkryta przez Newtona, ale znaczna część podstaw teoretycznych została opracowana przez naukowców w późniejszym okresie.

Dzięki dyspersji udało się udowodnić, że światło białe składa się z wielu składników. W uproszczeniu można powiedzieć, że bezbarwny promień słońca przechodzi przez przezroczystą substancję (kryształ, wodę, szkło itp.) i zostaje rozbity na kolory tęczy, z których się składa.

Duża liczba fasetek w diamentach sprawia, że mienią się one wieloma kolorami.

Gdy światło przechodzi z jednej substancji do drugiej, zmienia kierunek, co nazywamy załamaniem. Biel zawiera w sobie całą gamę kolorów, ale jest to niezauważalne, dopóki nie zostanie poddana dyspersji. Każdy z kolorów złożonych ma inną długość fali, dlatego kąt załamania światła jest inny.

Przy okazji! Długość fali każdego z kolorów widma jest stała, więc odcienie zawsze układają się w tej samej kolejności, gdy przechodzą przez substancję przezroczystą.

Historia odkryć i wniosków Newtona

Historia mówi nam, że uczony po raz pierwszy zauważył, że krawędzie obrazu w soczewce są kolorowe w okresie, gdy zajmował się udoskonalaniem konstrukcji teleskopów. Bardzo go to zainteresowało i postanowił odkryć naturę pojawiania się kolorowych pasków.

W tym czasie w Wielkiej Brytanii panowała epidemia dżumy, więc Newton postanowił przenieść się na emeryturę do swojej wioski Woolsthorpe, aby ograniczyć krąg towarzyski. A jednocześnie przeprowadzać eksperymenty, aby dowiedzieć się, skąd się biorą różne odcienie. W tym celu wziął kilka szklanych pryzmatów.

Tak mniej więcej wyglądał eksperyment Newtona, który miał wyjaśnić zjawisko rozproszenia światła.

W trakcie swoich badań przeprowadził wiele eksperymentów, z których część w niezmienionej formie jest wykonywana do dziś. Główna z nich wyglądała następująco: naukowiec wykonał mały otwór w okiennicy ciemnego pokoju i umieścił szklany pryzmat na drodze wiązki światła. W rezultacie na przeciwległej ścianie pojawiło się odbicie w postaci kolorowych pasów.

Ten eksperyment można powtórzyć samodzielnie.

Newton wyodrębnił z odbicia czerwień, pomarańcz, żółć, zieleń, błękit, niebieski i fiolet. Jest to spektrum w jego klasycznym rozumieniu. Jeśli jednak przyjrzymy się bliżej i wyizolujemy widmo za pomocą nowoczesnego sprzętu, otrzymamy trzy główne strefy: czerwoną, żółto-zieloną i niebiesko-fioletową. Pozostali zajmują mało znaczące obszary pomiędzy nimi.

Tak wygląda rozkład światła białego na widmo.

Gdzie występuje

Rozproszenie można zaobserwować znacznie częściej, niż się to na pierwszy rzut oka wydaje. Trzeba tylko zwrócić na to uwagę:

1. Rainbow - jest najbardziej znanym przykładem dyspersji. Światło jest załamywane przez kropelki wody, w wyniku czego powstaje tęcza, którą specjaliści nazywają tęczą pierwotną. Czasami jednak światło ulega podwójnemu załamaniu i pojawia się rzadkie zjawisko naturalne - podwójna tęcza. W takim przypadku łuk jest jaśniejszy i ma standardową kolejność kolorów w środku, a na zewnątrz jest rozmazany i odcienie są odwrócone.
2. Zachody słońcaktóre mogą być czerwone, pomarańczowe, a nawet wielokolorowe. W tym przypadku obiektem załamującym promienie jest atmosfera ziemska. Ponieważ powietrze składa się z określonej mieszaniny gazów, efekt jest różny i może być różny.
3. Jeśli uważnie przyjrzeć się na dnie akwarium lub dużego zbiornika wodnego W czystej wodzie wyraźnie widać opalizujące odblaski. Wynika to z faktu, że widmo słoneczne rozprzestrzenia się na całe spektrum barw poprzez dyfuzję.
4. Kamienie szlachetne mienią się również diamenty o szlifie klejnotowym. Obracając je delikatnie, można zauważyć, że każda faseta ma inny odcień. Zjawisko to można zaobserwować w diamentach, krysztale, cyrkoniach sześciennych, a nawet w szkle o dobrej jakości szlifu.
5. Pryzmaty szklane i inne przezroczyste elementy również dają efekt, gdy przechodzi przez nie światło. Zwłaszcza jeśli występuje różnica w oświetleniu.

Bogactwo kolorów o zachodzie słońca jest jednym z najbardziej znanych przykładów załamania światła.

Do pokazania dzieciom zjawiska dyspersji można wykorzystać zwykłe bańki mydlane. Wlej roztwór mydła do pojemnika, a następnie włóż do niego drucianą ramkę o odpowiedniej wielkości. Po usunięciu można zaobserwować opalizujące przelewy.

Rozkład widmowy światła jest również łatwy do wykonania za pomocą latarki w smartfonie. W tym przypadku potrzebny jest szklany pryzmat i kartka białego papieru. Pryzmat należy położyć na stole w ciemnym pomieszczeniu, z jednej strony mając wiązkę światła, a z drugiej kartkę papieru z kolorowymi paskami. Dzieci uwielbiają to proste doświadczenie.

Jak oko poznaje kolory

Ludzki wzrok jest bardzo złożonym systemem zdolnym do rozróżniania części widma elektromagnetycznego. Oko ludzkie rozpoznaje fale o długości od 390 do 700 nm. Promieniowanie elektromagnetyczne w zakresie widzialnym nazywane jest światłem widzialnym lub po prostu światłem.

Rysunek pokazuje, jak niewielka część widma elektromagnetycznego może być postrzegana przez ludzkie oko.

Kolory są rozróżniane przez komórki pręcikowe i komórki cebulkowe w siatkówce. Pierwszy typ jest bardzo czuły, ale może rozróżniać tylko natężenie światła. Drugi dobrze rozróżnia kolory, ale najlepiej sprawdza się w jasnym świetle.

Komórki czopkowe dzielą się na trzy typy, w zależności od tego, czy są bardziej wrażliwe na fale krótkie, średnie czy długie. Dzięki połączeniu sygnałów ze wszystkich typów komórek stożkowych oko jest w stanie rozróżnić dostępną gamę kolorów.

Każdy typ komórek w oku może odbierać nie jeden kolor, ale różne odcienie w szerokim zakresie długości fal. To dlatego wzrok jest w stanie rozróżniać najmniejsze szczegóły i dostrzegać różnorodność otaczającego nas świata.

Rozproszenie światła wykazało kiedyś, że kolor biały jest kombinacją widma. Można to jednak dostrzec dopiero po odbiciu przez pewne powierzchnie i materiały.

Lekcja wideo: Rozproszenie światła