Цвет и свет. Цвет и свет Занимаясь усовершенствованием телескопов
 Скачать 408.5 Kb.
|
|
Цвет и свет Занимаясь усовершенствованием телескопов. Ньютон обратил внимание на то, что изображение, даваемое объективом, по краям окрашено. Он заинтересовался этим и первый «исследовал разнообразие световых лучей и проистекающие отсюда особенности цветов, каких до того никто даже не подозревал» (слова из надписи на надгробном памятнике Ньютону). Радужную окраску изображения, даваемого линзой, наблюдали, конечно, и до него. Было замечено также, что радужные края имеют предметы, рассматриваемые через призму. Пучок световых лучей, прошедший через призму, окрашивается по краям. Основной опыт Ньютона был гениально прост. Ньютон догадался направить на призму световой пучок малого поперечного сечения. Пучок солнечного света проходил в затемненную комнату через маленькое отверстие в ставне. Падая на стеклянную призму, он преломлялся и давал на противоположной стене удлиненное изображение с радужным чередованием цветов. Стилизованное изображение опыта Ньютона показано на рисунке 01. Следуя многовековой традиции, согласно которой радуга считалась состоящей из семи основных цветов. Ньютон тоже выделил семь цветов: фиолетовый, синий, голубой, зеленый, желтый, оранжевый и красный. Саму радужную полоску Ньютон назвал спектром (от лат. Spectrum – видение). В количестве цветов Ньютон определился не сразу. Сначала он увидел 5 цветов, затем только 4, потом аж 10, но увидев гармонию между 7 нотами в октаве,7 днями недели, 7 (на то время) известными планетами (Меркурий, Венера, Земля, Луна, Марс, Сатурн, Юпитер), и как человек глубоко верующий, 7 смертных грехов человека, 7 кругов в аду, 7небо, он остановился на семи основных цветах.  Рис. 01 Закрыв отверстие красным стеклом. Ньютон наблюдал на стене только красное пятно, закрыв синим стеклом, наблюдал синее пятно и т. д. Отсюда следовало, что не призма окрашивает белый свет, как предполагалось раньше. Призма не изменяет свет, а лишь разлагает его на составные части (см. рис. I).   Рис. I. Схема разложения белого света с помощью призмы. Различным цветам соответствуют волны различной длины. Никакой определенной длины волны белому свету не соответствует. Белый свет имеет сложную структуру. Из него можно выделить пучки различных цветов, и лишь совместное их действие вызывает у нас впечатление белого цвета. В самом деле, если с помощью второй призмы, повернутой на 180 градусов относительно первой, собрать все пучки спектра, то опять получится белый свет (см. рис. II). Выделив же какую-либо часть спектра, например зеленую, и заставив свет пройти еще через одну призму, мы уже не получим дальнейшего изменения окраски.  Рис. II. Разложение и синтез белого света с помощью призм. 4.Физическое истолкование и объяснение явления дисперсии Другой важный вывод, к которому пришел Ньютон, был сформулирован им в трактате по «Оптике» следующим образом: «Световые пучки, отличающиеся по цвету, отличаются по степени преломляемости» (для них стекло имеет различные показатели преломления). Наиболее сильно преломляются фиолетовые лучи, меньше других – красные. Зависимость показателя преломления света от его цвета Ньютон назвал дисперсией Луч красного цвета преломляется меньше из-за того, что красный свет имеет в веществе наибольшую скорость, а луч фиолетового цвета больше, так как скорость фиолетового света наименьшая. Именно поэтому призма и разлагает свет. В пустоте скорости света разного цвета одинаковы. Если было бы не так, то, к примеру, спутник Юпитера Ио, который наблюдал Ремер, казался бы красным в момент его выхода из тени. Но этого не наблюдается. Впоследствии была выяснена зависимость цвета от физических характеристик световой волны: частоты колебаний или длины волны. Поэтому можно дать более глубокое определение дисперсии, чем то, к которому пришел Ньютон. Дисперсией называется зависимость показателя преломления света от частоты колебаний (или длины волны). Явление дисперсии, открытое Ньютоном, - первый шаг к пониманию природы цвета. Глубина понимания дисперсии пришла после того, как была выяснена зависимость цвета от частоты (или длины) световой волны. Поскольку абсолютный показатель преломления среды определяется отношение скорости света в вакууме к скорости света в среде. Показатель преломления зависит от скорости света в веществе. Абсолютный показатель преломления  то дисперсию света можно также определить как зависимость скорости распространения электромагнитной волны в среде от ее частоты Световые волны разной частоты по-разному преломляются оптически прозрачными веществами. Дисперсия света приводит к разложению сложного света, например, белого, на волны отдельных частот, которым соответствуют различные цвета. Таким образом, дисперсия света приводит к разложению белого немонохроматического света на монохроматические (одноцветные) составляющие, имеющие каждая свою определенную длину волны (частоту), доказывая, что белый свет имеет сложную структуру. Длины волн видимой части спектра приведены на рис 4.2.  Рис. 4.2 Диапазон длин волн видимой части спектра ( т.е. воспринимаемых глазом) Электромагнитное излучение оптического диапазона с длиной волны больше 7,8 нм не воспринимается глазом, но может быть обнаружено с помощью, например, термометра. Эти волны называются инфракрасными лучами. Инфракрасные лучи преломляются слабее красных лучей видимого света. Инфракрасные лучи - это тепловые лучи. Они переносят энергию нагретого тела. Именно инфракрасное излучение Солнца доставляет его энергию на Землю. За видимой границей фиолетового излучения, то есть при длинах волн короче 3.8 нм, обнаруживается невидимое излучение, называемое ультрафиолетовыми лучами. Ультрафиолетовые лучи преломляются сильнее, чем фиолетовые лучи видимого света. 6.Влияние атмосферы на восприятие человеком окружающей среды в цвете. Почему цвет неба голубой? Почему солнечные лучи золотисто-желтые? Солнце посылает на землю свои лучи, но им приходится пробиваться через толстый слой воздуха, который окутывает Землю. А солнечный лучик многоцветный, он состоит: из красного, оранжевого, жёлтого, зелёного, голубого, синего, фиолетового цветов. Многоцветный луч проходит через толстый слой атмосферы, который “разбрызгивает” все цвета солнечного спектра, но сильнее всего фиолетовую, синюю и голубую составляющие солнечного света в зависимости от скорости распространения (показатель преломления). Поэтому небо окрашивается голубоватым оттенком. Оставшаяся часть доходит до наблюдателя в виде золотисто - желтого оттенка. Почему цвет зари красный? На заре солнечные лучи проходят в атмосфере большее расстояние, из-за этого успевают рассеяться все короткие волны, средние зеленые и даже наиболее длинные волны желтые, оранжевые и даже красные. Поэтому небо окрашивается в красный цвет. 7. Свет и цвета тел Зная, что белый свет имеет сложную структуру, можно объяснить удивительное многообразие красок в природе. Если предмет, например лист бумаги, отражает все падающие на него лучи различных цветов, то он будет казаться белым. Покрывая бумагу слоем красной краски, мы не создаем при этом света нового цвета, но задерживаем на листе некоторую часть имеющегося. Отражаться теперь будут только красные лучи, остальные же поглотятся слоем краски. Трава и листья деревьев кажутся нам зелеными потому, что из всех падающих на них солнечных лучей они отражают лишь зеленые, поглощая остальные. Если посмотреть на траву через красное стекло, пропускающее лишь красные лучи, то она будет казаться почти черной. ? 1. На тетради написано красным карандашом «отлично» и зеленым — «хорошо». Имеются два стекла – зеленое и красное. Через какое стекло надо смотреть, чтобы увидеть слово «отлично»? Теперь мы знаем, почему небо голубое. Что белый цвет представляет собой смесь цветов. А почему трава зеленая, а яблоко красное? В солнечном цвете мы видим траву зеленой, потому что она отражает зеленый цвет и он попадает в наши глаза, а остальные цвета поглощает. Яблоко красное, потому что оно отражает красный цвет, а остальные поглощает.  Все объекты видимы для нас потому, что они сами являются источником света, либо светят отраженным светом. Разнообразие окрасок различных предметов , освещенных одним светом объясняется тем, что: 1.свет частично отражается (рассеивается), обладая коэффициентом отражения – r; 2.частично пропускается с коэффициентом пропускания –t; 3.частично поглощается с коэффициентом поглощения – а. Например: раствор бриллиантовой зелени в отраженном свете кажется зеленым, а в проходящем - красноватым, следовательно для зеленых лучей велик коэффициент отражения, а для красных – коэффициент пропускания. |