Цветность световых волн зависит. Длина волны

Электромагнитный спектр представляет диапазон всех частот или длин волн электромагнитного излучения от очень низких энергетических частот как радиоволны до очень высоких частот, таких как гамма-лучи. Свет это часть электромагнитного излучения, которая является видимой для человеческого глаза и называется видимый свет.

Солнечные лучи гораздо шире видимого спектра света и описываются как полный спектр, включающий диапазон длин волн, необходимых для поддержания жизни на земле и : инфракрасный, видимый и ультрафиолетовый (УФ).

Человеческий глаз реагирует только на видимый свет, который лежит между инфракрасным и ультрафиолетовым излучением имеющий крошечные длины волн. Длина волны видимого света составляет всего от 400 до 700 Нм (нанометр миллиардная метра).

Видимый спектр света включает семь цветных полос, когда солнечные лучи преломляются через призму: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый.

Первым человеком, открывшим что белый состоит из цветов радуги был Исаак Ньютон который в 1666 году направил солнечный луч через узкую щель и затем через призму на стену – получив все видимые цвета.

Видимый свет применение

За годы светотехническая промышленность стремительно развивала электрические и искусственные источники, которые копировали свойства солнечного излучения.

В 1960-х годов ученые придумали термин «полный спектр освещения» для описания источников, испускающих подобие полного естественного освещения, который включал ультрафиолетовый и видимый спектр необходимый для здоровья организма человека, животных и растений.

Искусственное освещение для дома или офиса подразумевает естественное освещение в непрерывном распределении спектральной мощности который представляет мощность источника в зависимости от длины волны с равномерным уровнем лучистой энергии связанный с и галогенновыми лампами.

Видимый свет — это часть электромагнитного излучения (ЭМ), как радиоволны, инфракрасное излучение, ультрафиолетовое излучение, рентгеновские лучи и микроволны. Как правило, видимый свет определяется как визуально определяемый для большинства человеческих глаз

ЭМ излучение передает волны или частицы на различных величинах волн и частотах. Такой широкий диапазон длин волн называется электромагнитным спектром .

Спектр, как правило, делится на семь диапазонов в порядке уменьшения длины волны и увеличения энергии и частоты. Общее обозначение представляет радиоволны, микроволны, инфракрасное (ИК), видимый свет, ультрафиолетовое (УФ), рентгеновские лучи и гамма-лучи.

Длина волны видимого света находится в диапазоне электромагнитного спектра между инфракрасным (ИК) и ультрафиолетовым (УФ).

Она имеет частоту от 4 × 10 14 до 8 × 10 14 циклов в секунду, или герц (Гц) и длина колебаний от 740 нанометров (нм) или 7,4 × 10 -5 см до 380 нм или 3,8 × 10 -5 см.

Что такое цвет

Пожалуй, наиболее важной характеристикой видимого света является пояснение что такое цвет . Цвет является неотъемлемым свойством и артефактом человеческого глаза. Как ни странно, но объекты «не имеют» цвета – он существует только в голове смотрящего. Наши глаза содержат специализированные клетки, образующие сетчатку глаза, которая действует как приемники, настроенные на длины волн в этой узкой полосе частот.

Излучение в нижней части видимого спектра, имеющей большую длину волны (около 740 нм) воспринимается как красный, в середине, как зеленый, и на верхнем конце спектра, с длиной волны около 380 нм, считается синий. Все остальные цвета, которые мы воспринимаем, являются смесью этих цветов.

Например, желтый цвет содержит красный и зеленый; голубой — смесь зеленого и синего, пурпурный — смесь красного и синего . Белый содержит все цвета в сочетании. Черный — это полное отсутствие видимого излучения.

Цвет и температура

Излучение энергии воспринимается как изменение цвета. Например, пламя паяльной лампы меняется от красноватого до синего и можно отрегулировать, чтобы жарче горела. Этот процесс превращения тепловой энергии в видимую энергию называется накаливание.

Лампа накаливания высвобождает часть своей тепловой энергии в виде фотонов. Около 800 градусов по Цельсию энергия, излучаемая объектом, достигает инфракрасного излучения. При увеличении температуры, энергия переходит в видимый спектр и у объекта появляется красноватое свечение. Когда объект становится жарче, цвет меняется до «белого каления» и в итоге превращается в синий.

Видимое излучение в астрономии

Видимый свет горячих объектов, таких как звезды, может быть использован для оценки их температуры.

Например, температура поверхности Солнца составляет примерно 5800 0 по Кельвину или 5527 0 по Цельсию.

Излучаемая энергия имеет пиковую длину колебаний около 550 нм, которые мы воспринимаем как видимый белый (или слегка желтоватый).

Если бы температура поверхности Солнца была прохладнее, около 3000 0 С, это бы выглядело как красноватый цвет, как звезда Бетельгейзе. Если бы это было жарче, около 12000 0 С, это будет выглядеть голубым, как звезда Ригель.

Звезда Бетельгейзе

Звезда Ригель

Астрономы также могут определить, какие объекты из чего состоят, так как каждый элемент поглощает свет в определенных длинах волн, называемых спектром поглощения. Зная спектры поглощения элементов, астрономы могут использовать спектроскопы для определения химического состава звезд, газопылевых облаков и других удаленных объектов.

Учитель физики г. Бахчисарай

Гапеенко Нина Александровна

Урок 2.78 по теме «Дисперсия света»

Цель: изучить понятия: волновая оптика, спектр, монохроматический свет, дисперсия; объяснять окраски предметов.

Метод: объяснительно-иллюстративный, исследование.

Ход урока:

Слайд 2-3.

На слайдах мы видим проявление законов отражения и законов преломления в цвете. Может ли геометрическая оптика ответить на вопрос: откуда появляются те или иные цвета и что такое цвет?

Нет. Для этого необходимо изучить строение световых волн. А эти вопросы рассматриваются в разделе «Волновая оптика».

Слайд 4.

(«Волновая оптика» и её основные вопросы)

Слайд 5.

Сегодня на уроке мы рассмотрим свойство «дисперсия».

Запишите тему урока:

Объяснение нового материала:

Обратимся к экспериментальным данным. Ещё в 1605г . английский учёный Томас Харриот , изучая преломление света в жидкостях, обнаружил, что показатель преломления одного и того же вещества для красных лучей один, а для зелёных лучей другой. Это означает, что скорость световых волн разного цвета в веществе различна.

В настоящее время известно, что цвет , видимый глазом, определяется частотой световой волны. Поэтому открытие Харриота можно рассматривать как обнаружение зависимости показателя преломления вещества от частоты света.

Сам Харриот о своём открытии умолчал, и о его исследовании узнали значительно позже. В 1611г. Аналогичное явление, только не в жидкостях, а в стекле, обнаружил итальянский учёный Марк Антоний Доминис. И хотя его результаты были опубликованы, широкого распространения они не получили, а сам Доминис через 13 лет умер в тюрьме инквизиции.

В 1648г. дисперсия света была переоткрыта чешским учёным Я.М.Марци . Однако и на этот раз никто не обратил на это внимания.

И лишь когда соответствующие опыты были проведены Исааком Ньютоном в 1666г. , мир наконец узнал о новом явлении.

В начале 1666г. Ньютон был занят шлифовкой оптических стёкол несферической формы и решил испытать с помощью треугольной стеклянной призмы прославленное явление цветов.

Слайд 6-8.

«Сначала вид ярких и живых красок, получавшихся при этом, приятно развлёк меня. – вспоминал впоследствии Ньютон. – Но через некоторое время, заставив себя присмотреться к ним более внимательно, я был удивлён их продолговатой формой…»

Наблюдаемая картина получила название призматического или дисперсионного спектра.

До Ньютона белый (солнечный) свет считался простым, а различные цвета – его изменениями, появляющимися в результате взаимодействия света с «темнотой» или каким-либо веществом. Ньютон же, по словам современников, высказал «странную и необычную» гипотезу: «Мы должны различать два рода цветов: одни первоначальные и простые, другие же сложённые из них». Некоторые из простых лучей, по Ньютону, «способны производить красный цвет и никакого другого, другие – жёлтый и никакого другого и т.д.

Свои окончательные выводы Ньютон сформулировал в виде нескольких теорем. Первые из них гласят:

«Теорема I . Лучи, отличающиеся по цвету, отличаются и по степени преломляемости»

«Теорема II . Солнечный свет состоит из лучей различной преломляемости»

Итак, белый свет, по Ньютону, не является простым. Он имеет сложный состав и может быть разложен в спектр с помощью стеклянной призмы.

Рецензию на работу Ньютона было поручено сделать Роберту Гуку. Просидев над отзывам несколько часов подряд, Гук в своей рецензии выдвинул столь сильное возражение против ньютоновской теории, что Ньютону для обдумывания своего ответа потребовалось полгода. (По мнению Гука, утверждение о том, что в белом свете содержатся лучи всех цветов, равносильно утверждению о том, что в воздухе, заключённом в органных мехах, содержатся сразу все звуковые тона. Иными словами, это то же самое, что говорить о том, что шум есть совокупность правильных музыкальных звуков.)

В своём ответе на рецензию Гука Ньютон ушёл от рассматриваемой проблемы и сосредоточил внимание на слабых местах теории самого Гука.

Однако вслед за возражениями Гука последовала критика со стороны Гюйгенса. «Если бы то, что лучи света в их первоначальном состоянии были некоторые красными, некоторые синими и так далее, было правдой, - писал он, - то было бы очень трудно объяснить на механических принципах, в чём же состоит это различие цветов».

Гюйгенс оказался очень прозорлив – объяснение этого излучения появилось лишь в XIX в., когда было установлено, что излучения различных цветов отличаются частотой колебаний.

Слайд 9.

В самом деле, если с помощью второй призмы, перевернутой на 180 градусов относительно первой, собрать все пучки спектра , то опять получится белый цвет.

Слайд 10-12

Электромагнитное излучение одной определённой и строго постоянной частоты называется монохроматическим.

(На практике содержит узкий участок спектра)

-Дайте определение понятий «видимое излучение», «спектр», «цвет», «дисперсия».

Цвет – свойство тела вызывать определённое зрительное ощущение в соответствии со спектральным составом отражаемого или испускаемого излучения.

Спектр – совокупность гармонических колебаний (или волн), создаваемых каким-либо источником.

Видимое излучение – электромагнитное излучение с длиной волны от 380 до 780 нм.

Дисперсия – это разложение белого света на семь цветов.

Слайд 13.

Вывод:

Призма не изменяет свет, а лишь раскладывает его на составные части.

Белый свет состоит из цветных лучей.

Фиолетовые лучи преломляются сильнее красных.

Почему?

Классическая электромагнитная теория дисперсии была создана в конце XIX в Х.А.Лоренцом. Согласно электромагнитной теории дисперсия света является результатом взаимодействия световой волны с молекулами вещества. Когда световая волна проникает в вещество, под действием электрического поля этой волны электроны молекул начинают совершать вынужденные колебания. Частота этих колебаний совпадает с частотой волны, а амплитуда зависит от соотношения между данной частотой и собственной частотой колебаний электрона. При разной частоте света амплитуда вынужденных колебаний электронов, а также степень поляризации вещества также различны. Различной при этом оказывается и диэлектрическая проницаемость вещества . Но скорость света
, а показатель преломления

Поэтому если зависит от частоты света, то зависимостью от частоты будут обладать и с .

Скорость света в вакууме равна с=3·10 8 м/с. Но свет бывает разным: жёлтым, красным, зелёным и т.д. В вакууме лучи всех цветов распространяются с одной и той же скоростью. Заключение о том, что и в веществе лучи разного цвета распространяются с разной скоростью докажем на практике.

Обратим внимание на формулу:
.

Следовательно,
(опираемся на формулу из лабораторной работы по определению показателя преломления стекла).

Слайд 14.

Вывод :

Красный свет, который меньше преломляется, имеет наибольшую скорость, а фиолетовый – наименьшую, поэтому призма и раскладывает свет.

Почему?

Рассуждения выносятся на доску:

Значит показатель преломления зависит от длины волны (от частоты).

Слайд 15.

Вывод: Показатель преломления зависит от длины волны электромагнитного излучения. → Зависимость показателя преломления света от его длины волны называется дисперсией.

Определение: Зависимость скорости света в веществе (или показателя преломления) от частоты волны (или цвета) называется дисперсией света.

Слайд 16

Первичная проверка понимания:

Что называют дисперсией света?

Какой свет называют монохроматическим?

Какой свет будет распространяться в веществе призмы (из стекла) с большей скоростью?

Что произойдет при соединении световых лучей спектра?

Чем объяснить белый цвет снега, черный цвет сажи, зеленый цвет листьев, красный цвет флага?

От чего зависит цветность световых волн? От частоты (только частота не изменяется при переходе из одной прозрачной среды в другую и цвет тоже не изменяется)

Объяснение цветности:

Особенно значительной становится амплитуда колебаний элект ронов в веществе при v ≈ v 0 . В этом случае наблюдается резонансное поглощение энергии и излучения соответствующих частот из падаю щего света «выпадают» (поглощаются).

У молекул бесцветного прозрачного вещества, например стекла, наиболее существенные резонансные частоты лежат в ультрафиолетовой области. Поэтому обычное стекло хорошо пропускает видимый свет и поглощает ультрафиолетовый.

У цветных стекол резонансы имеются и в видимом диапазоне частот. Из-за этого часть проходящего света поглощается и остается лишь тот, который и придает цвет стеклу. Например, глядя на лампу накаливания через синий светофильтр, мы увидим ее синей потому, что синий светофильтр из всей совокупности излучений лампы пропускает только синие, фиолетовые и голубые лучи, а остальные поглощает.

Цвет непрозрачных предметов определяется тем светом, который они диффузно (рассеянно) отражают. Так, например, предмет, поглощающий все лучи, кроме зеленых, отражая последние, приобретает зеленый цвет. Если же поверхность какого-то предмета одинаково хорошо отражает лучи всех цветов спектра, то она будет казаться белой. Белые поверхности характеризуются значительным коэффициентом отражения. Причем, чем больший коэффициент отражения имеет белая поверхность, тем более светлой она кажется. Очень светлым поэтому выглядит белый порошок оксида магния (коэффициент отражения 96%). Свежевыпавший снег отражает 85% падающего светового потока, белая бумага - 75%.

«Черных лучей» в природе не существует. Предмет нам кажется черным в том случае, когда он поглощает почти весь падающий на него свет, одинаково плохо отражая лучи всех цветов. Например, коэффициент отражения черного бархата составляет всего лишь 0,3%.

Вообще все цвета, встречающиеся в природе, делят на ахрома тические и хроматические. К ахроматическим цветам относятся белый, черный и серый цвета.

К хроматическим относятся спектральные цвета (от красного до фиолетового), пурпурные (малиновый, вишнёвый и сиреневый) и все остальные (коричневый, салатный и т.д.), получившиеся в результате смешения различных цветов между собой. Пурпурные цвета возникают при смешении в разной пропорции красных и фиолетовых или синих цветов.

Красный, зеленый и синий цвета являются взаимно независи мыми. Это означает, что каждый из них не может быть получен в результате смешения двух других. Направив на белый экран три пучка света, пропущенные соответственно через красный, зеленый и синий светофильтры, в месте их пересечения можно получить белый цвет. Правда, он получится лишь при одном совершенно определенном соотношении яркостей складывающихся световых пучков. Изменяя это соотношение, в результате смешения красного, зеленого и синего цветов можно получить практически любой другой хроматический цвет.

Слайд 17

Объяснение на основе свойства дисперсии света природного явления «Радуга»

Закрепление:

Слайд 18

Закрепление полученных на уроке знаний:

Тест по теме «Дисперсия света»

Вариант 1

Сравните скорость распространения красного и фиолетового излучений в вакууме.

А. υ к › υ ф

Б. υ к = υ ф

В. υ к ‹ υ ф

Как изменится частота зеленого излучения при переходе света из воздуха в воду?

А. Уменьшается

Б. Не изменяется

В.Увеличивается

Показатель преломления воды при температуре 20 0 С для различных монохроматических лучей видимого излучения находится в интервале от n 1 =1,3308 до n 2 =1,3428. Каков из этих показателей является показателем преломления фиолетовых лучей?

А. n 2

Б. n 1

В.n 1 и n 2

Почему для транспорта световым сигналом опасности является красный свет?

А. Ассоциируется с цветом крови

Б. Бросается в глаза

В.Имеет самый малый показатель преломления

Г. Менее всего рассеивается в воздухе и тумане.

На белой бумаге написан текст красными буквами. Через стекло какого цвета буквы будут казаться черными?

А.Белого

Б.Красного

В.Зеленого

Вариант 2

Сравните скорость распространения красного и фиолетового излучений в стекле.

А. υ к › υ ф

Б. υ к = υ ф

В. υ к ‹ υ ф

Как изменится длина волны красного излучения при переходе света из воздуха в воду?

А. Уменьшается

Б. Не изменяется

В.Увеличивается

От чего зависит цветность световых волн?

А. От их частоты

Б. От скорости их распространения

В.От длины волны

Почему рабочие на стройке носят каски оранжевого цвета?

А. Оранжевый цвет хорошо заметен на расстоянии

Б. Мало изменяется во время непогоды

В. Менее всего рассеивается в воздухе и тумане.

Г. Согласно требованиям безопасности труда.

В бутылку из зеленого стекла налиты красные чернила. Какого цвета кажутся чернила?

А.Черного

Б.Красного

В.Зеленого

Слайд 19

Самопроверка

Самоанализ (рефлексия)

Домашнее задание:

Слайд 20.

Домашнее задание:

Параграф 53 (учебник под редакцией проф. Н.А. Парфентьевой)

Рымкевич №1081,1083,1084

Творческое задание: «Применение дисперсии света.»

Список используемой литературы:

Рымкевич А.П., « Задачник» для 10 – 11 классов, Москва, издательство «Дрофа», 2006

Громов С.В., «Физика – 11», Москва, издательство «Просвещение», 2009

Мякишев Г.Я., «Физика – 11», Москва, издательство «Просвещение», 2014

Пинский А.А., «Физика – 11», Москва, издательство «Просвещение», 2009

> Видимый свет

Определение

Задача обучения

Термины

Основные пункты

Определение

Видимый свет – часть электромагнитного спектра, доступная для восприятия человеческому глазу (390-750 нм).

Задача обучения

Научиться отличать 6 диапазонов видимого спектра.

Оптическое окно – видимый участок в электромагнитном спектре, проходящая сквозь атмосферный слой.
Спектральный цвет – создается одной длиной волны света в видимом спектре или относительно узкой полосой длин волн.
Видимый свет – часть электромагнитного спектра (между ИК и УФ), доступная человеческому глазу.

Основные пункты

Видимый свет формируется из-за вибраций и вращений атомов и молекул, а также электронных транспортировок внутри них.
Цвета отвечают за конкретные чистые длины волн. Красный – наиболее низкие частоты и самые длинные волны, а фиолетовый – самые высокие частоты и кратчайшие длины.
Цвета, созданные в видимом свете узкой полосы длин волн, именуют чистыми спектральными цветами: фиолетовый (380-450 нм), синий (450-495 нм), зеленый (495-570 нм), желтый (570-590 нм), оранжевый (590-620 нм) и красный (620-750 нм).
Видимый свет прорывается сквозь оптическое стекло, поэтому атмосферный слой не оказывает значительного сопротивления.
Часть электромагнитного спектра, используемая в фотосинтезирующих организмах, именуется фотосинтетически активной областью (400-700 нм).

Узнайте определение и характеристику видимого света : длина волны, диапазон электромагнитного излучения, частота, диаграмма спектров цвета, восприятие цвета.

Видимый свет

Видимый свет – часть электромагнитного спектра, доступная человеческому глазу. Электромагнитное излучение этого диапазона просто именуют светом. Глаза реагируют на длины волн видимого света 390-750 нм. По частоте это соответствует полосе в 400-790 ТГц. Адаптированный глаз обычно достигает максимальной чувствительности в 555 нм (540 ТГц) при зеленой области оптического спектра. Но сам спектр не вмещает все цвета, улавливаемые глазами и мозгом. Например, такие красочные, как розовый и пурпурный, создаются при сочетании нескольких длин волн.

Перед вами главные категории электромагнитных волн. Разделительные линии в некоторых местах отличается, а другие категории могут перекрываться. Микроволны занимают высокочастотный участок радиосекции электромагнитного спектра

Видимый свет формирует вибрации и вращения атомов и молекул, а также электронные транспортировки внутри них. Этими транспортировками пользуются приемники и детекторы.

Небольшая часть электромагнитного спектра вместе с видимым светом. Разделение между инфракрасным, видимым и ультрафиолетовым не выступает на 100% отличительным

На верхнем рисунке отображена часть спектра с цветами, которые отвечают за конкретные чистые длины волн. Красный – наиболее низкие частоты и самые длинные волны, а фиолетовый – наибольшие частоты и кратчайшие длины волн. Излучение солнечного черного тела достигает максимума в видимой части спектра, но наиболее интенсивно в красном, чем в фиолетовом, поэтому звезда кажется нам желтой.

Цвета, добытые светом узкой полосы длин волн, именуют чистыми спектральными. Не забывайте, что у каждого много оттенков, потому что спектр непрерывный. Любые снимки, предоставляющие данные с длин волн, отличаются от тех, что присутствуют в видимой части спектра.

Видимый свет и земная атмосфера

Видимый свет пробивается сквозь оптическое окно. Это «место» в электромагнитном спектре, пропускающее волны без сопротивления. В качестве примера можно вспомнить, что воздушный слой рассеивает голубой лучше красного, поэтому небеса кажутся нам синими.

Оптическое окно также именуют видимым, потому что оно перекрывает спектр, доступный человеку. Это не случайно. Наши предки развили видение, способное использовать огромное многообразие длин волн.

Благодаря наличию оптического окна мы можем наслаждаться относительно мягкими температурными условиями. Функция солнечной яркости достигает максимума в видимом диапазоне, который перемещается, не завися от оптического окна. Именно поэтому поверхность нагревается.

Фотосинтез

Эволюция сказалась не только на людях и животных, но и на растениях, которые приучились правильно реагировать на части электромагнитного спектра. Так, растительность трансформирует световую энергию в химическую. Фотосинтез использует газ и воду, создавая кислород. Это важный процесс для всей аэробной жизни на планете.

Эту часть спектра именуют фотосинтетически активной областью (400-700 нм), перекрывающейся с диапазоном человеческого зрения.

Назад Вперёд

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Цель: закрепить знания учащихся по теме: "Волновые свойства света", развивать познавательный интерес к предмету, показать использование волновых свойств света на практике, закрепить навыки работы с лабораторным оборудованием L-микро, использовать в работе информационные технологии, виртуальные лабораторные работы.

Оборудование: компьютер, интерактивная доска SMART, мультимедийное устройство, диск "ЕГЭ по физике,100 баллов", "Живая физика", оборудование L-микро для проведения лабораторных работ.

I. Организация класса. Разделить класс на 4группы и дать им названия:

"Интерференция",
"Дифракция",
"Поляризация",
"Дисперсия".

II. Слово учителя. С давних времён на нашей планете

Много легенд слагалось о свете,
Много тогда было в нём неподвластного,
Но свет всех манил загадкой прекрасною.

Вот первый вопрос:

Что же такое свет?

1 группа.

Много учёных искали ответ,
Много открытий они совершили...
Давайте посмотрим, что они нам открыли?
Прежде всего свет - это волна,
Электромагнитной зовется она.
Со скоростью света ничто не сравнится
Триста тыщ километров в секунду промчится.

2 группа

Свет переменчив и вовсе не прост,
Ведь у него двойственность свойств:
Свойства частиц, конечно, прекрасны,
Но свойства волны, ему тоже подвластны.
Взглянем в характер его мы поглубже-
И здесь свойств немало для нас таких нужных!
Дисперсия, преломленье, дифракция-
Во многих явлениях дают разобраться нам,
Много понять и точно ответить,
Зачем нужен свет и взрослым, и детям!

3 группа

Давайте посмотрим на реальных примерах:
Вот почему лист бумаги белый?
Ответ очень прост, проще не бывает:
Просто бумага весь свет отражает.
А взглянем на черный - противоположно,
Летом в нем ходить невозможно.
И снова вопрос: почему так бывает?
Просто черный цвет все поглощает.

4 группа

Мир так прекрасен, прекрасна планета,
И тут не обошлось без помощи света.
Ведь радугу, листья, деревья, цветы,
Все что в прекрасных тонах видим мы,
Все что для глаза красивым бывает,
Все это свет для нас открывает!

Ньютон, Гюйгенс и свет. Рождение оптики в XVII веке.

Именно И. Ньютон с великой изобретательностью и терпением проделал сотни опытов, каждый из которых должен был ответить на конкретные вопросы:

цвет - это характеристика степени преломления;
белый цвет - есть смесь разноцветных лучей;
при разделении белого цвета угол преломления возрастает от красного к фиолетовому;
при смешивании всех цветов вновь образуется белый цвет?

Он проверял свою гипотезу двумя способами:

через комбинацию двух призм, поставленных подряд с поворотом на 180°, вторая призма смешивала цвета разложенные первой;
известный диск Ньютона, при быстром вращении которого возникает иллюзия белого цвета.

(Способность сетчатки глаза хранить изображения в течении некоторого времени, примерно 0,1 сек.)

Но самой замечательной демонстрацией явлений волновой оптики стали кольца Ньютона. Гюйгенс наблюдал их раньше, но именно Ньютон смог первым объяснить это явление, хотя и склонялся к корпускулярной модели света. Он предположил, что лучи света периодически принимают два состояния: " состояние проходимости" и "состояние отражаемости".

О волновых свойствах света сегодня мы и поговорим.

"Интерференция"

Мы, считаем, что именно интерференция наиболее убедительное доказательство волновых свойств света.

Опыт: включим одну лампочку, потом еще одну - стало светлее, но картины интерференции мы не видим. А теперь попробуем сделать так, как Т. Юнг. В его опыте фронт волны делится на два

близко расположенных источника. На экране интерференционная картина. Он также определил длину волны для фиолетовой части спектра - 0,42 мкм., для красного спектра - 0,7 мкм.Интерференция сопровождалась спектральным разложением на монохроматические составляющие. Но картину интерференции нельзя получить, если источники не когерентны. Когерентными называются две световые волны одинаковой частоты, у которой разность фаз равна нулю. Как показывает опыт, именно при сложении когерентных волн возникает интерференционная картина максимумов и минимумов освещенности.

Опыты на компьютере.

Интерференция нашла широкое применение:

интерферометр Майкельсона - прибор, который служит для прецизионных измерений. С помощью этого прибора в 1881 А. Майкельсон и Э. Морли пытались определить, существует ли разница в значении скорости света при его распространении вдоль и поперек направления орбитального движения Земли.
просветление оптики. Свет проходя через линзы фотоаппаратов, биноклей отражается от передней и задней поверхностей. При отражении теряется 8-10 % энергии света, а если объектив состоит из нескольких линз, то теряется до 50% энергии. Чтобы этого избежать на поверхность линз химическим методом наносят тонкую пленку, толщина которой и показатель преломления выбираются с таким расчетом, чтобы в отраженном свете возник интерференционный минимум.

Интерференционные методы нашли широкое применение и в ряде других областей науки техники. С помощью интерферометра можно исследовать качество шлифовки поверхностей, можно измерить коэффициенты расширения твердых тел, малое изменение размеров ферромагнетиков в магнитном поле и сегнетоэлектриков в электрическом поле, а также измерить коэффициенты преломления веществ, малые концентрации примесей в газах и жидкости.

В астрономии интерференционные методы позволяют оценить угловой диаметр звезд.

"Дифракция"

Тот факт, что свет заходит за края препятствий, известен людям очень давно. Первое научное описание этого явления принадлежит Ф. Гримальди, который не только описал размытость тени от предмета, но и цветную полосу в области размытости. Он впервые это явление назвал дифракцией. Дифракция света - это огибание светом непрозрачных предметов и, как следствие этого проникновение света в область геометрической тени. Х. Гюйгенс первым попытался объяснить это явление, выдвинув для этого принцип построения волновых фронтов. Но надо отдать дань и другому ученому, О. Френелю, который много сделал для развития волновой теории света. В 1818 году он представил конкурсную работу под названием " Записка о теории дифракции", в которой доказал, что только волновая теория света объясняет дифракционную картину.

Использование дифракции света на одной щели в практических целях весьма затруднено и неудобно из-за слабой видимости дифракционной картины. Дифракционная решетка - спектральный прибор, служащий для разложения света в спектр и измерения длины волны. Они бывают металлическими и стеклянными. На эти решётки наносятся большое число параллельных штрихов: 2000 штрихов на один миллиметр поверхности. Главной характеристикой решётки является постоянная решётки d=а + в, d sinf =mj (m=0,1,2....), там где углы f удовлетворяют условию, наблюдаются главные максимумы дифракционной картины. Среди разнообразных практических применений волновых свойств света в последние десятилетия одно из более интересных - голография. Сущность голографии состоит в фиксации полной информации о предмете, причём информации не только об амплитуде световой волны, но и о её фазе. В 1960 году с появлением лазеров голографический метод стал использоваться чаще. Идеи и принципы голографии сформулировал Д. Габор в 1948 году.Голограммы бывают: оптические, объёмные, акустические. Голографические записи позволяют фиксировать вибрации и деформации, возникающие в различных узлах и деталях работающих машин, а также количественные исследования воздушных потоков в аэродинамических трубах.

"Поляризация"

Упругие волны бывают продольными и поперечными. В продольных волнах колебания частиц происходят вдоль направления распространения волн, а поперечных - перпендикулярно этому направлению. Свет, у которого световой вектор колеблется беспорядочно одновременно во всех направлениях, перпендикулярных лучу, называется естественным или не поляризованным. Типичный пример такого света - солнечное излучение, излучение ламп накаливания, ламп дневного света. А свет, у которого направление колебаний светового вектора строго фиксировано, называется линейно поляризованным или плоско поляризованным. Под поляризацией света понимают выделение из естественного света световых колебаний с определённым направлением электрического вектора. Зависимость показателя поглощения вещества от направления колебаний светового вектора называется дихроизмом. В практическом использовании турмалин не очень удобен: он дорог и из него нельзя вырезать пластины больших размеров. Поэтому более распространены в качестве поляроидов специальные дихроические плёнки, помещённые между стеклянными пластинками, например плёнки из кристалликов герапатита.

В мире давно обсуждается вопрос об установке поляроидов на фары и ветровые стекла автомобилей при устранении слепящего действия фар встречных машин. Для этого поляроид на фарах и ветровом стекле должен пропускать колебания под углом 45° к горизонту. Тогда направление световых колебаний встречной машины будет перпендикулярно плоскости, в которой поляроид пропускает колебания и свет фар будет гаситься. Собственный же поляризованный свет данного автомобиля после отражения от дороги будет проходить сквозь ветровое стекло. Установка поляроидов имеет смысл. Если снабдить ими все автомобили.

"Дисперсия"

Разложение белого света в спектр с помощью стеклянной призмы впервые было получено И. Ньютоном. Белый свет раскладывается в спектр, но монохроматические цвета (красный, синий, фиолетовый) далее на спектральные составляющие не раскладываются.

Будучи сторонником корпускулярной теории света, И. Ньютон объяснял этот факт следующим образом: фиолетовый цвет состоит из маленьких частиц, красный - из более массивных. Изучение явлений интерференции и дифракции света показало, что цвет связан с длиной волны, следовательно, и с её частотой. Это свойство волн можно наблюдать в природе.

В русских летописях радуга называлась райская дуга. В Древней Греции радугу олицетворяла богиня Ирида, она соединяла небо и землю, была посредником между людьми и богами. Радугу "делают" водяные капли: в небе -капли дождя, на земле- брызги водяной струи водопада, фонтана. Именно в водяной капле происходят оптические явления, из -за которых возникает радуга. Преломление на границе воздух - вода по закону "отношение синуса угла падения к синусу угла преломления равно относительному показателю преломления"; отражение света на границе воздух - вода по закону " угол отражения равен углу падения луча". Дисперсия света - это разложение света в спектр. Условия возникновения радуги: наличие капель воды диаметром 0,08 - 0,2 мм; особое положение наблюдателя - спиной к солнцу, вне дождевой зоны при высоте солнца над горизонтом не более 42?. Верхняя часть радуги всегда красного цвета, нижняя - фиолетового. Красивое природное явление не оставит никого равнодушным.

Вопрос: А правда, что существуют белые радуги?

Да, их называют туманными. Они возникают при освещении солнечными лучами слабого тумана, состоящего из капелек радиусом 0,025мм и менее. Даже уличный фонарь может создать белую радугу видимую на темном фоне ночного неба.

Радугу и гало имеет одну и ту же физическую природу. Гало происходит от древнегреческого слова "халос" - круглая площадка. Они могут выглядеть весьма разнообразно - светящиеся кольца вокруг Солнца или Луны, кресты, столбы, ложные светила. Наблюдается гало, если светило просвечивает через тонкие перисто-слоистые облака. Эти облака состоят из ледяных кристалликов в форме правильной шестиугольной призмы. гало бывают белыми и с цветными оттенками и объясняются тем, что возникает свечение в результате преломления света в кристалликах и отражения от их граней. Часто на небе можно фиксировать несколько гало. Например: очень сложное гало наблюдалось в Петербурге 18 июня 1794году: одновременно на небе было 12 кругов и дуг, из них 9 цветных. Его так и называют - Петербургский феномен.

Вопрос: Интересно, а на других планетах может быть такое явление?

Учёные зафиксировали гало и на других планетах Солнечной системы - в атмосфере Венеры, а также в атмосфере Ио, спутнике Юпитера.

Мираж - французского происхождения и имеет два значения: отражение и обманчивое явление. Миражи -это явления, описание которых довольно часто встречается в художественной литературе. Вот отрывок из французской сказки "Принцесса Дангобер":

"Матросы забрались на реи, а капитан взял подзорную трубу и увидел замок, висящий на золотых цепях между небом и землёй". Догадайтесь, о каком явлении идёт речь?

Мираж представляет собой изображение реально существующего на земле предмета, часто увеличенное и сильно искажённое. Они бывают верхние, нижние и сложные.

Нижние (озёрные) возникают над сильно нагретой пове6рхностью. Наблюдают их в пустынях и знойных степях. Воздух около земли сильно нагрет, и его показатель преломления меньше, чем у лежащего более высоко холодного воздуха. Отражение в этом слое аналогично отражению в воде. Верхние возникают, наоборот, над сильно охлажденной поверхностью, например, над холодной водой. Они наблюдаются в северных широтах. В этом случае показатель преломления воздуха выше у поверхности воды и уменьшается с высотой. Сложные миражи называются фата - моргана, возникают одновременно, то есть когда есть условия и для верхнего миража и для нижнего. Сложные миражи имеют вид призрачных дворцов, замков, лугов и садов, при этом вся картина быстро исчезает.

Вопрос: Легенда о "летучем голландце" - это тоже мираж?

Да, безусловно, это верхний мираж.

Закат солнца.

Искривление хода световых лучей в атмосфере объясняет не только мираж, но и удивительно красивое оптическое явление - закат солнца. Действительно, один закат солнца совсем не похож на другой. Но всегда заходящее солнце становится красным.

Синий цвет неба объясняется молекулярным рассеиванием света на флуктуациях плотности. Коэффициент рассеивания обратно пропорционален длине волны в четвёртой степени. В результате сине- фиолетовые лучи рассеиваются в 16 раз сильнее, чем красные. Отсюда голубой цвет дневного неба. Когда солнце низко, путь лучей через атмосферу значительно длиннее, чем днём, когда солнце стоит высоко. Учитывая, что синие лучи сильнее рассеиваются атмосферой, понятно, что от солнца доходят до глаза преимущественно оранжевые и красно - желтые лучи. Поэтому солнце на закате и на восходе кажется оранжево- красным.

Вопрос: Против солнца видна сверкающая дорожка. Как она образуется? Почему дорожка всегда ориентирована на наблюдателя?

Ответ: Дорожка возникает на поверхности воды вследствие отражения света от мелких волн, которые ориентированы в различных направлениях. Поэтому отраженные лучи попадают в глаз и каждый наблюдатель видит свою дорожку.

Спасибо. Мы повторили и обобщили знания

В природе не существует цветов как таковых. Каждый оттенок, который мы видим, задает та или иная длина волны. образуется под воздействием самых длинных волн и представляет собой одну из двух граней видимого спектра.

О природе цвета

Возникновение того или иного цвета можно объяснить благодаря законам физики. Все цвета и оттенки являются результатами обработки мозгом информации, поступающей через глаза в форме световых волн различной длины. При отсутствии волн люди видят а при единовременном воздействии всего спектра - белый.

Цвета предметов определяются способностью их поверхностей поглощать волны определенной длины и отталкивать все остальные. Также имеет значение освещенность: чем ярче свет, тем интенсивнее отражаются волны, и тем ярче выглядит объект.

Люди способны различать более ста тысяч цветов. Любимые многими алые, бордовые и вишневые оттенки образуются самыми длинными волнами. Однако чтобы человеческий глаз мог увидеть красный цвет, не должна превышать 700 нанометров. За этим порогом начинается невидимый для людей инфракрасный спектр. Противоположная граница, отделяющая фиолетовые оттенки от ультрафиолетового спектра, находится на уровне около 400 нм.

Цветовой спектр

Спектр цветов как некоторая их совокупность, распределенная в порядке возрастания длины волны, был открыт Ньютоном в ходе проведения его знаменитых экспериментов с призмой. Именно он выделил 7 явно различимых цветов, а среди них - 3 основных. Красный цвет относится и к различимым, и к основным. Все оттенки, которые различают люди - это видимая область обширного электромагнитного спектра. Таким образом, цвет - это электромагнитная волна определенной длины, не короче 400, но не длиннее 700 нм.

Ньютон заметил, что пучки света разных цветов имели разные степени преломления. Если выражаться более корректно, то стекло преломляло их по-разному. Максимальной скорости прохождения лучей через вещество и, как следствие, наименьшей преломляемости способствовала наибольшая длина волны. Красный цвет является видимым отображением наименее преломляемых лучей.

Волны, образующие красный цвет

Электромагнитная волна характеризуется такими параметрами, как длина, частота и Под длиной волны (λ) принято понимать наименьшее расстояние между ее точками, которые колеблются в одинаковых фазах. Основные единицы измерения длины волн:

микрон (1/1000000 метра);
миллимикрон, или нанометр (1/1000 микрона);
ангстрем (1/10 миллимикрона).

Максимально возможная длина волны красного цвета равна 780 ммк (7800 ангстрем) при прохождении через вакуум. Минимальная длина волны этого спектра - 625 ммк (6250 ангстрем).

Другой существенный показатель - частота колебаний. Она взаимосвязана с длиной, поэтому волна может быть задана любой из этих величин. Частота волн красного цвета находится в пределах от 400 до 480 Гц. Энергия фотонов при этом образует диапазон от 1,68 до 1,98 эВ.

Температура красного цвета

Оттенки, которые человек подсознательно воспринимает как теплые либо холодные, с научной точки зрения, как правило, имеют противоположный температурный режим. Цвета, ассоциируемые с солнечным светом - красный, оранжевый, желтый - принято рассматривать как теплые, а противоположные им - как холодные.

Однако теория излучения доказывает обратное: у красных оттенков намного ниже, чем у синих. На деле это легко подтвердить: горячие молодые звезды имеют а угасающие - красный; металл при раскаливании сначала становится красным, затем желтым, а после - белым.

Согласно закону Вина, существует обратная взаимосвязь между степенью нагрева волны и ее длиной. Чем сильнее нагревается объект, тем большая мощность приходится на излучения из области коротких волн, и наоборот. Остается лишь вспомнить, где в видимом спектре существует наибольшая длина волны: красный цвет занимает позицию, контрастную синим тонам, и является наименее теплым.

Оттенки красного

В зависимости от конкретного значения, которое имеет длина волны, красный цвет приобретает различные оттенки: алый, малиновый, бордовый, кирпичный, вишневый и т. д.

Оттенок характеризуется 4 параметрами. Это такие, как:

Тон - место, которое цвет занимает в спектре среди 7 видимых цветов. Длина электромагнитной волны задает именно тон.
Яркость - определяется силой излучения энергии определенного цветового тона. Предельное снижение яркости приводит к тому, что человек увидит черный цвет. При постепенном повышении яркости появится за ним - бордовый, после - алый, а при максимальном повышении энергии - ярко-красный.
Светлость - характеризует близость оттенка к белому. Белый цвет - это результат смешивания волн различных спектров. При последовательном наращивании этого эффекта красный цвет превратится в малиновый, после - в розовый, затем - в светло-розовый и, наконец, в белый.
Насыщенность - определяет удаленность цвета от серого. Серый цвет по своей природе - это три основных цвета, смешанные в разных количествах при понижении яркости излучения света до 50%.

Предыдущая статья: Чему равна скорость света Следующая статья: Углерод — характеристика элемента и химические свойства