§ 57. Дисперсія світла

Заломлення світла на межі розділення двох середовищ пояснюється різницею у швидкостях поширення світла в цих середовищах- Показник заломлення показує, у скіль­ки разів швидкість світла в одному середовищі більша чи менша від швидкості світла у другому середовищі. З дру­гого боку, явища інтерференції і дифракції свідчать про те, що кожному кольору світлових променів відповідає

певна довжина хвилі. Тоді з відомої формули >.= — випли­ває, що швидкість поширення світла в речовині повинна залежати від частоти світла v. Спробуємо з'ясувати цю залежність на досліді.

Спрямуємо вузький пучок білого світла на одну з гра­ней тригранної призми. Заломившись у призмі, пучок дає на екрані видовжене зображення щілини з яскравим рай­дужним чергуванням кольорів — спектр. Крайніми з бо­ку заломлюючого ребра призми розташовуються промені червоного світла. Поряд з ними будуть промені оранжеві, потім жозті, далі зелені, сині, і, нарешті, фіолетові (з боку основи призми).

Поставимо на шляху променів, які пройшли через пер­шу призму, другу таку саму призму, розміщену паралельно першій, але повернуту її заломлюючим кутом у проти­лежний бік. Ми дістанемо знову пучок білого світла. Такі досліди були проведені у свій час Ісааком Ньютоном, який прийшов до висновку, що біле світло має складну структу­ру і складається із світла різних кольорів. Ньютон умовно поділив суцільний спектр на сім ділянок різних кольорів: червоний, оранжевий, жовтий, зелений, голубий, синій і фіолетовий. Другий важливий висновок, до якого при­йшов Ньютон, полягає в тому, що світло різного кольору характеризується різними показниками заломлення в да-

ному середовищі. Найбільший показник заломлення в склі мають фіолетові промені, найменший — червоні. Але ми знаємо, що різні показники заломлення обумовлені різни­ми швидкостями поширення хвиль. Тому можна сказати, що світло різного кольору має різну швидкість поширення в даному середовищі.

Залежність показника заломлення (а, отже, і швидкості світла) від його кольору називають дисперсією світла. Як показали дослідження, дисперсія або залежність показ­ника заломлення від частоти світла характерна для всіх речовин, крім вакууму.

Що ж є причиною дисперсії світла в різних речовинах? Елементарне пояснення дисперсії світла можна дати на основі електромагнітної теорії світла і електронної теорії будови речовини. Для цього треба розглянути процес взаємодії світла з речовиною. Під час проходження елек­тромагнітної хвилі через діелектрик на кожен електрон діє електрична сила, яка змінюється за законом

. Під дією цієї сили електрони в атомам здійс­нюватимутьвимушені коливання. Коливання електронів є джерелом вторинних хвиль, які накладаються на пер­винні хвилі. Вторинні хвилі внаслідок інерції електронів дещо запізнюються в часі і, накладаючись на первинні хвилі, дають результуючі хвилі з відставанням за фазою порівняно з первинними. Зсув фаз між первинною і ре­зультуючою хвилями залежить від частоти коливань напруженості електромагнітного поля Е, тобто світло різних довжин хвиль матиме різні швидкості поширення v в речовині, а отже, і різні значення показника залом­лення, оскільки показник заломлення

Дисперсія, при якій показник заломлення зростає з підвищенням частоти світла, називають нормальною. Спектр, який дістають у результаті дисперсії, називають

дисперсійним.

Нормальна дисперсія видимих променів спостеріі-аь-ться у всіх прозорих безбарвних діелектриках: пва-лд, склі, воді тощо. Мірою дисперсії, тобто величиною, що

ПОКазуе, ЯКОЮ МІРОЮ рОЗХОДЛТЬСЯ ПРИ ЗаЛОМЛеННІ ГірО*£ЄйІ

в спектрі, служить так азана середня дисперсія, яка є різ­ницею показників заломлекнл для двох довжин хвиль, що відповідають голубій і і червоній

лініям водневого спектра:

Розкладанням білого світла на кольори внаслідок за­ломлення пояснюється виникнення райдуги. HejL&.^v« на

завислу у повітрі водяну краплю падає сонячний промінь (мал. 127). На межі повітря — вода відбувається залом­лення променів. При певному куті падіння на внутрішній поверхні краплі відбувається повне відбивання променів всередину краплі. Відбиті промені, заломлюючись повтор­но на межі вода — повітря, виходять з краплі. Оскільки фіолетові промені заломлюються більше, ніж червоні, то після виходу з краплі вони розходяться: червоні промені утворюють з падаючим променем кут близько 43°, а фіо­летові — 41°.

Сонячні промені можна вважати паралельними. Тоді виходить, що від краплинок, які знаходяться на по­верхні конуса з кутом при вершині , в око спостерігача потраплятимуть червоні промені, а від кра­пель з поверхні конуса з кутом при вершині— фіолетові промені. Решта кольорів райдуги розміщуються між ними.

Знаючи складну структуру білого світла, можна пояс­нити походження різноманітних барв у природі, кольори різних тіл. Колір непрозорого тіла визначається сумішшю променів тих кольорів, які воно відбиває. Якщо тіло рівно­мірно відбиває промені всіх кольорів, то при освітленні білим світлом воно здається білим. Червоне тіло з падаю­чого на нього білого світла відбиває, головним чином, червоні промені, а решту поглинає; голубе тіло відбиває голубі і т. д.

Колір прозорих тіл визначається складом того світла, яке проходить через це тіло. Якщо, наприклад, трава й листя дерев здаються нам зеленими тому, що з усіх падаючих на них сонячних променів вони відбивають лише

зелені* то зелений колір скла обумовлений тим, що воно пропускає промені лише зеленого кольору, а решту поглинає.

1 1. Чим пояснюється розкладання білого світла на кольорові про­мені? 2. Що називають дисперсією світла? 3. Якщо на скляну призму спрямувати промінь червоного чи зеленого світла, то чи буде спостеріга­тися розкладання цього світла на якісь кольорові промені?