Дисперсия света

При распространении света происходит ряд интересных явлений, одним из которых является дисперсия при преломлении. Рассмотрим это понятие более подробно.

Опыт И. Ньютона

То, что свет при прохождении прозрачных сред (воды или стекла) преломляется, и может давать радужные лучи, было известно еще в древности. Однако, систематическое научное изучение этого явления началось лишь в эпоху Возрождения. Ведущая роль в этом принадлежит И.Ньютону.

Опыт Ньютона состоял в том, чтобы направить узкий пучок белого света, попадающий в затемненную комнату сквозь маленькое отверстие в ставне на трехгранную призму, и наблюдать картину лучей, прошедших, сквозь нее.

Опыт Ньютона по дисперсии света

Рис. 1. Опыт Ньютона по дисперсии света.

До Ньютона многие считали, что белый свет при преломлении окрашивается самой призмой. Однако, данный опыт показал, что это не так. Если перекрывать падающий белый пучок света цветным стеклом, то радужная картина, имевшаяся после преломления, гаснет, оставляя лишь тот цвет, который пропускает цветное стекло.

Более того, если направить радужный свет на вторую такую же призму, но, расположенную иначе, можно добиться того, чтобы свет вновь собрался бы в одно маленькое пятнышко, которое будет белым.

Рис. 2. Свет, прошедший через две призмы.

Картину разложения белого света в цветные составляющие И.Ньютон назвал спектром. Хотя, цвета в спектре плавно переходят один в другой, согласно традиции, берущей начало еще у античных авторов, радуга имеет семь цветов, и Ньютон не стал отходить от этого правила.

Таким образом, были доказаны две важных особенности света:

  • Белый свет имеет сложную структуру, и состоит из многих цветов.
  • Разные цвета по-разному преломляются в призме.

Последнему свойству Ньютон дал специальное определение. В своем трактате «Оптика» он назвал его дисперсией света (от латинского dispersio – рассеяние).

Данное явление достаточно широко распространено в природе. Наиболее яркий пример дисперсии света – появление радуги. В меньшем масштабе радужную картину дисперсии можно наблюдать в мелких брызгах фонтанов.

Радуга в фонтане

Рис. 3. Радуга в фонтане.

Объяснение дисперсии света

Во времена И. Ньютона объяснить дисперсию света было нельзя. Для этого было необходимо понимание природы световых волн, которое тогда только начинало формироваться. Более того, даже электромагнитная теория Дж. Максвелла не объясняла причины дисперсии. Эти причины стали ясны в дальнейшем, с развитием представления о природе света в рамках классической электронной теории Х. Лоренца.

Кратко можно сказать, что электроны внешних оболочек атомов вещества получают энергию падающего излучения, под действием которой совершают вынужденные колебания, и, в свою очередь также излучают. Это вторичное излучение смешивается (и интерферирует) с падающим, и в веществе распространяется результирующая волна в том же направлении, как и падающая. Ее скорость, как следовало из теории Х. Лоренца, зависит от частоты. А скорость распространения света в веществе как раз и определяет коэффициент преломления вещества:

$$n={c\over v}$$

Поскольку скорость красных световых волн в веществе оказалась самой большой, то и коэффициент преломления у красного света получается минимальный. Скорость фиолетовой волны самая маленькая, и преломляется фиолетовый свет наиболее сильно.

Таким образом, коэффициент преломления зависит от частоты излучения, а значит, белый свет, состоящий из излучения различных длин волн, будет преломляться в разной степени, в зависимости от длины волны. В этом и состоит сущность дисперсии.

Что мы узнали?

Дисперсия света была открыта И. Ньютоном. Она состоит в различном преломлении в веществе световых волн разных длин волн. Дисперсия света была объяснена в рамках классической электронной теории Х. Лоренца, которая предсказывала зависимость скорости распространения электромагнитных волн в веществе (а значит, и коэффициента преломления) от длины волны.

Тест по теме

  1. Вопрос 1 из 10

    Дисперсию света открыл …

Начать тест(новая вкладка)
Доска почёта
Чтобы попасть сюда - пройдите тест.
    
  • Егор Князев
    10/10
  • Екатерина Милованова
    10/10

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.3. Всего получено оценок: 182.

Предметы