Що таке дисперсія світла

Згідно з хвильовою теорією світла колір світла визначається частотою електромагнітної хвилі, якою є світло. Найменшу частоту має червоне світло, найбільшу — фіолетове (див. таблицю). Аналізуючи досліди Ньютона та спираючись на хвильовутеорію світла, доходимо висновку: показник заломлення світла залежить від частоти світлової хвилі. Для більшості середовищ абсолютний показник заломлення зростає зі збільшенням частоти світла.  

Явище розкладання світла у спектр, зумовлене залежністю абсолютного показника заломлення середовища від частоти світлової хвилі, називають дисперсією світла.

Зверніть увагу: при переході з одного середовища в інше швидкість v поширення світла змінюється, але частота ν світлової хвилі, а отже, і колір світла залишаються незмінними. Тому згідно з формулою хвилі (v = λν) змінюється довжина λ світлової хвилі. При переході в середовище з більшою оптичною густиною довжина хвилі, як і її швидкість, зменшується:  

Для чого потрібні спектральні апарати і як вони побудовані

Випромінюване будь-яким джерелом світло, як правило, має складну будову. Сукупність частот світлових хвиль, що містяться у випромінюванні будь-якої речовини, називають спектром випромінювання цієї речовини. Для кожної речовини в газоподібному атомарному стані спектр випромінювання є унікальною характеристикою — він не збігається зі спектром випромінювання жодної іншої речовини. Саме на цій унікальності ґрунтується спектральний аналіаз — метод визнчення хімічного складу речовини за її спектром.

Спектральний склад світла вивчають за допомогою спектральних апаратів. Розглянемо будову одного з них, принцип дії якого заснований на дисперсії світла. Такий апарат складається з трьох основних частин: коліматора, призми, лінзи.

Коліматор (1) являє собою вузьку трубку, на одному кінці якої розташована ширма зі щілиною (2); щілина перебуває у фокальній площині збиральної лінзи (3). Вузький паралельний пучок світла від коліматора спрямовується на призму (4). Оскільки кожній частоті світла (кожному кольору) відповідає власний показник заломлення, після заломлення з призми виходять монохроматичні паралельні пучки, кожний з яких відхиляється на власний кут. Ці пучки потрапляють на іншу збиральну лінзу (5) і фокусуються на її фокальній площині.

 Якщо у фокальній площині лінзи (5) розташовано фотопластину, екран тощо, такий прилад називають спектрографом; якщо замість лінзи (4) та екрана використовують зорову трубу, маємо справу зі спектроскопом (від латин. spectrum — уява, видіння, грец. grapho — пишу, зображую, грец. skopeo — спостерігаю).

Зрозуміло, що сучасні спектральні апарати є набагато складнішими: досліджувану речовину піддають випромінюванню, застосовують більш складні оптичні системи, для спостереження використовують вбудовані екрани із CCD-матрицею і різноманітні датчики; дані можуть передаватися мережею комунікацій і опрацьовуватися комп’ютером.  

Чому навколишній світ є різнокольоровим

Колір того чи іншого тіла, яке ми спостерігаємо, визначається частотою хвиль, що потрапляють в око після взаємодії світла з матеріалом, із якого складається тіло, а саме після часткового поглинання і розсіювання світла.

Розсіювання світла — це явище перетворення світла матеріальним середовищем, яке супроводжується зміною напрямку поширення світла і  виявляється як невласне світіння середовища.

Поглинання світла — зменшення інтенсивності світла, яке проходить через матеріальне середовище.

Колір тіла визначається його властивістю відбивати (розсіювати) світлові хвилі тієї чи іншої частоти (довжини). Якщо тіло освітлюється білим світлом і відбиває всі падаючі світлові хвилі, то тіло здаватиметьсянам білим; якщо тіло відбиває хвилі переважно синього кольору, а інші поглинає, тіло здаватиметься синім. Якщо тіло майже повністю поглинає падаюче світло, тіло здаватиметься чорним. До того ж колір тіла залежить від характеристики світлової хвилі, що його освітлює. Наприклад, якщо тіло, яке має властивість відбивати переважно синє світло, освітлюється монохроматичним червоним світлом, тіло практично не відбиватиме світло і здаватиметься чорним. Таким чином, колір тіла залежить також від складу падаючого світла, а отже, поняття кольору в темряві позбавлене будь­якого сенсу.


Використані джерела: Фізика (рівень стандарту, за навчальною програмою авторського колективу під керівництвом Локтєва В. М.) : підруч. для 11 кл. закл. загал. серед. освіти / [Бар’яхтар В. Г., Довгий С. О., Божинова Ф. Я., Кірюхіна О. О.] ; за ред. Бар’яхтара В. Г., Довгого С. О. — Харків : Вид-во «Ранок», 2019. —  С.167-170