Zjawisko rozszczepienia światła. Światło białe jako mieszanina barw
Zapewne obserwowałeś zjawisko powstawania na niebie wielobarwnego łuku – tęczy, czy piękne barwy kropelek rosy w słoneczny poranek. Jeśli nie lubisz deszczu i nie jesteś zwolennikiem porannego wstawania, możesz postawić szklankę gazowanej wody mineralnej tak, aby oświetlały ją promienie słoneczne. Zaobserwujesz wówczas, że pęcherzyki gazu w szklance zmieniają swoją barwę i połysk. Wszystkie te zjawiska są efektem rozszczepienia (dyspersji) światła. Aby dowiedzieć się więcej o tym zjawisku, czytaj dalej.
R1G5JaAoNmM3P
Przed przystąpieniem do zapoznania się z tematem, należy znać poniższe zagadnienia
Przed przystąpieniem do zapoznania się z tematem, należy znać poniższe zagadnienia
treść prawa odbicia światła,
przyczyny, dla których światło na granicy dwóch ośrodków ulega załamaniu.
Nauczysz się
że światło białe jest mieszaniną barw,
że światło białe ulega rozszczepieniu podczas przejścia przez pryzmat,
podawać przyczyny, dla których światło białe ulega rozszczepieniu.
Rozszczepienie światła białego
Fizykiem, który jako pierwszy udowodnił, że światło białe jest mieszaniną różnych barw, był znany nam już odkrywca prawa powszechnego ciążenia Isaac Newton. Właśnie Newton w swoim eksperymencie wykorzystał pryzmat.
R41K1xgtSjNRq
Pryzmat to bryła z materiału optycznie przezroczystego (zwykle ze szkła), będąca graniastosłupem o podstawie trójkąta. Światło przechodząc przez pryzmat, ulega podwójnemu załamaniu, po raz pierwszy na granicy ośrodków powietrze–szkło (przy wejściu do pryzmatu), po raz drugi na granicy szkło–powietrze (przy wyjściu z pryzmatu). Bieg promienia światła w pryzmacie przedstawia poniższa ilustracja.
Rge4L2BviioxI
Doświadczenie 1
Problem badawczy
Jak i dlaczego światło ulega rozszczepieniu?
Hipoteza
Światło białe ulega rozszczepieniu, ponieważ jest mieszaniną podstawowych, prostych barw.
Co będzie potrzebne
źródło światła białego (latarka LED, rzutnik),
szczelina,
pryzmat z podstawką,
ekran.
Instrukcja
Szczelinę ustaw pionowo bezpośrednio za źródłem światła.
Skieruj źródło światła na jedną ze ścian pryzmatu.
Ustaw ekran tak, aby padało na niego światło po przejściu przez pryzmat.
Podsumowanie
Na ekranie obserwujemy tzw. widmo światła białego, czyli zestaw kolorów od fioletowego do czerwonego powstały skutkiem rozszczepienia wiązki światła białego. Światło białe jest zatem mieszaniną barw.
Zapamiętaj!
Światło białe jest mieszaniną barw.
Jaki jest mechanizm powstawania widma światła białego?
Promień światła białego, który jest mieszaniną barw, ulega podwójnemu załamaniu podczas przejścia przez pryzmat. Każda ze składowych załamuje się pod innym kątem, ponieważ podczas przejścia z jednego ośrodka do drugiego zmienia się jej prędkość rozchodzenia.
RhPi8KGmdnhLo
Zapamiętaj!
Podczas przejścia przez pryzmat największemu odchyleniu od pierwotnego kierunku ulega światło fioletowe, a najmniejszemu czerwone.
Rozszczepienie odbywa się już przy wejściu światła białego do pryzmatupryzmatpryzmatu. Podczas wyjścia kąty załamania, pod którymi składowe barwy światła białego opuszczają pryzmat, rosną, dzięki czemu zjawisko staje się lepiej widoczne.
Rozszczepianie światła pozwala wytłumaczyć wiele zjawisk obserwowanych w przyrodzie, np. powstawanie tęczy.
RL49SzNn5TYp31
Ćwiczenie 1
Problemy wynikające z rozszczepienia światła
Rozszczepienie światła jest pięknym i widowiskowym zjawiskiem, ale może być także kłopotliwe. Pierwsze obserwacje nieba prowadzone były przy użyciu lunet, które posiadały pojedyncze szklane soczewki.
Luneta astronomiczna Keplera to układ dwóch soczewek skupiających, tak dobranych, aby ognisko obiektywu (soczewki dalszej od oka) pokrywało się z ogniskiem okularu (soczewki bliższej oku).
RPuw6g3C50zjo
W przypadku gdy przez soczewkę przebiega wiązka światła i ulega załamaniu, to podobnie jak w pryzmacie, zwłaszcza w przypadku „grubych” soczewek, może dojść do rozszczepienia światła na barwy podstawowe. Każda z barw ma inne ognisko – nie ma zatem jednego punktu, w którym zbiegają się wszystkie promienie świetlne. W rezultacie możemy zauważyć kolorową obwódkę wokół obserwowanych przedmiotów oraz odczuć utratę ostrości widzenia ich obrazu.
R1UM4BGn9a7KP
Zjawisko, o którym mowa powyżej, nazywamy aberracją chromatycznąaberracja chromatycznaaberracją chromatyczną. Wpływa ona na jakość obrazu zarówno przy obserwacjach astronomicznych wykonywanych przy zastosowaniu prostych teleskopów, jak i na proces powstawania zwykłych zdjęć, gdyż aparaty fotograficzne wyposażone są w plastikowe lub szklane obiektywy. Efekt ten można skorygować, używając układu odpowiednio dobranych soczewek (układu achromatycznego) zamiast pojedynczych soczewek.
Ćwiczenie 2
Gdy zachodzi aberracja chromatyczna, które z ognisk znajduje się bliżej soczewki – światła czerwonego czy światła fioletowego? Uzasadnij odpowiedź.
RxcR0qtZBCzf9
Spójrz jeszcze raz na grafikę ilustrującą aberrację chromatyczną. Które barwy załamują się pod mniejszym, a które pod większym kątem?
Światło czerwone przy przejściu przez pryzmat załamuje się pod mniejszym kątem niż światło fioletowe, zatem promienie światła fioletowego zbiegają się w ognisku bliżej soczewki niż promienie światła czerwonego.
Podsumowanie
Pryzmat to bryła z materiału optycznie przezroczystego (zwykle ze szkła), będąca graniastosłupem o podstawie trójkąta.
Światło przechodząc przez pryzmat ulega podwójnemu załamaniu, po raz pierwszy na granicy ośrodków powietrze – szkło (przy wejściu do pryzmatu), po raz drugi na granicy szkło – powietrze (przy wyjściu z pryzmatu).
Widmo światła białego jest to zestaw kolorów od fioletowego do czerwonego, płynnie przechodzących jeden w drugi, będący wynikiem rozszczepienia wiązki światła białego.
Światło białe jest mieszaniną barw.
Podczas przejścia przez pryzmat największemu załamaniu ulega światło fioletowe, a najmniejszemu – czerwone.
Aberracja chromatyczna to wada soczewki spowodowana rozszczepieniem światła białego na barwy składowe, przez co każda z barw posiada własne ognisko, leżące w różnej odległości od soczewki.
Ćwiczenie 3
Dlaczego odbicie światła białego od zwierciadła (bez warstwy szkła) nie powoduje jego rozszczepienia? Odpowiedź zapisz w poniższym polu.
RsD04r0CaAFpr
Przypomnij sobie, w jakich warunkach występuje rozszczepienie promieni światła białego.
RCG4R83DgdW4w
Podczas odbicia od zwierciadła światło nie zmienia ośrodka – cały czas znajduje się w powietrzu, co oznacza brak załamania, i w konsekwencji brak rozszczepienia. Zasada ta nie dotyczy luster z warstwą szkła, gdyż tam promień światła rozszczepia się na skutek przejścia przez granicę szkło – powietrze. Niewielkie przesunięcie promieni oraz fakt, że z lustra zwykle korzystamy patrząc na wprost, powodują jednak, że tego nie zauważamy.
R10eMcwd6MuJS1
Ćwiczenie 4
Słownik
aberracja chromatyczna
aberracja chromatyczna
wada soczewki spowodowana rozszczepieniem światła białego na barwy składowe, przez co każda z barw posiada ognisko leżące w różnej odległości od soczewki
pryzmat
pryzmat
bryła z materiału optycznie przezroczystego (zwykle ze szkła), będąca graniastosłupem o podstawie trójkąta