Разложение белого света на цвета и образование цветов в физике с примерами

Разложение белого света на цвета и образование цветов:

Вам не раз приходилось видеть, как после дождя в солнечный день на небе возникает разноцветная полоса - радуга. А если вы наблюдательны, то могли заметить такие радужные цвета не только на небе. Посмотрите, например, на водяной фонтан, освещенный Солнцем, и вы увидите, как радуга, подобная небесной, играет в каплях воды.

Опыт 1. Возьмите линзу и посмотрите сквозь нее на пламя свечи. Вы увидите, что вокруг пламя свечи наблюдаются цветные кольца.

Предупреждаем! В любом случае нельзя смотреть сквозь линзу на Солнце. Так вы можете испортить себе зрение.

Откуда же появляются на небе, в каплях воды или линзах такие разноцветные полосы?

То, что солнечный свет состоит из цветных лучей, установил Исаак Ньютон. Совершенствуя телескопы, он обратил внимание на то, что изображение объектов, которое дает объектив, по краям окрашено.

В 1754 г. Ньютон выполнил гениально простой опыт. Он пропустил солнечный (белый) свет через маленькое отверстие в ставне в затемненную комнату, а на пути луча поместил стеклянную призму (рис. 151). Призма преломила солнечные лучи и направила их на стену, на которой появилась многоцветная полоса.

Эту многоцветную полосу разложенного белого света Ньютон назвал спектром (лат. spectrum - «видимый»).

Он пришел к заключению, что:

1. Солнечный (белый) свет — это свет, состоящий из семи цветов.
2. Разложение солнечного света трехгранной призмой объясняется тем, что отдельные цветные лучи преломляются в ней неодинаково. Менее всего преломляются лучи красного цвета, а больше всего — фиолетового.
3. Порядок цветов в спектре всегда одинаков (рис. 152).

Опыт 2. Возьмем диск Ньютона - круг, на котором нанесены цвета спектра, - (рис. 153) и будем вращать его с определенной скоростью. В результате опыта мы увидим, что диск имеет белый цвет. Если на пути солнечных лучей поставить две призмы, то на выходе получим белый свет (рис. 154).

В 1807 г. английский ученый Томас Юнг сделал еще одно важное открытие: белый свет можно получить путем смешивания только трех цветов — красного, зеленого и синего.

Оказывается, остальные цвета спектра, а также их оттенки можно получить, смешивая красный, зеленый и синий цвета. Но ни одним смешиванием других цветов нельзя получить красный, зеленый и синий цвета.

Опыт 3. Направим от трех одинаковых источников света на экран свет красного, синего и зеленого цветов так, чтобы они накладывались друг на друга (рис. 155, а). Там, где накладываются все три цвета, мы увидим белый цвет (рис. 155, б).

Красный, зеленый и синий цвета — это основные, или первичные, цвета спектра.

Почему предметы имеют разные цвета

Цвет любого непрозрачного тела зависит от света, который оно отражает (рис. 156). Предмет имеет красный цвет, потому что он отражает красный свет и поглощает все другие цвета. Другой предмет имеет синий цвет, потому что он отражает синий свет и поглощает все другие цвета. Предмет белого цвета отражает свет всех цветов, а предмет черного цвета, напротив, вообще не отражает свет, а полностью его поглощает.

Тело может поглощать и отражать одновременно несколько цветов.

Отраженные цветные лучи смешиваются между собой, и цвет тела зависит от того, в каком соотношении они от него отражаются. Благодаря этому и возникает разноцветная гамма красок, которую мы наблюдаем в природе.

Цвет прозрачных тел зависит от того, какие лучи света проходят сквозь них. Например, красное стекло пропускает только красные лучи, а зеленое - только зеленые, что и предопределяет их цвет. С помощью таких стеклышек можно получить однородный по цвету пучок лучей. Прозрачные пластинки, применяемые для получения однородного по цвету светового пучка, называют светофильтрами. Их широко применяют в оптических приборах.

Предметы могут изменять свой цвет, если на них падает свет какого-либо другого цвета. Например, красное платье будет иметь вид черного в лучах синего или зеленого цвета.

• Заказать решение задач по физике

Тремя основными цветами, которые используют в живописи, являются красный, желтый и синий. Они не совпадают с основными цветами света. Смешивая эти цвета, можно получить практически любой цвет, кроме белого. Если смешать все три основных цвета в равных пропорциях, то получим черный цвет (рис. 157).

Интересным природным явлением является радуга. Как же она возникает?

Радуга возникает в результате преломления и отражения света, например в каплях дождя (рис. 158). В капле воды свет раскладывается на цвета.

Капля воды словно маленькая призма, а ее внутренняя поверхность выполняет роль зеркала, направляя лучи, которые проникают в каплю, в обратную сторону - к наблюдателю. При этом наибольшее количество света выходит под углом 42° к начальному направлению солнечных лучей. Как раз этот свет мы и видим.

Цвета радуги расположены в таком порядке: фиолетовый, синий, голубой, зеленый, желтый, оранжевый, красный. Дальше идет полоса, в которой глаз не различает цветов, иногда она даже кажется темнее, чем вся остальная часть неба, на фоне которого видна радуга. За этой полосой начинается верхняя радуга: в ней порядок цветов обратный - от красного к фиолетовому.

Но почему вы иногда видите радугу ярких цветов, а иногда - неярких?

Оказывается, яркость цветов в радуге зависит от размеров дождевых капель. Если они большие (1-2 мм), фиолетовая и зеленая полосы очень яркие, красная тоже хорошо заметна, а голубую видно слабо. С уменьшением размеров капель радуга расширяется и бледнеет, а когда капли совсем маленькие (0,05 мм), она исчезает.

Кстати:

Из рассказа первого космонавта Юрия Гагарина о пребывании в космосе: «...Небо имеет совершенно черный цвет. Звезды на этом небе выглядят несколько ярче и четче видны на фоне этого черного неба. Земля имеет очень характерный, очень красивый голубой ореол. Этот ореол хорошо просматривается, когда наблюдаешь горизонт, плавный переход от нежно-голубого цвета через голубой, синий, фиолетовый и совершенно черный цвет неба. Очень красивый переход! При выходе из тени попало Солнце, и оно просвечивало земную атмосферу. И здесь этот ореол принял немного другой цвет. У самой поверхности, у самого горизонта земной поверхности можно было наблюдать ярко-оранжевый цвет, который затем переходил во все цвета радуги: к голубому, синему, фиолетовому и черному цвету неба.

Вход в тень Земли осуществляется очень быстро. Сразу наступает темнота и ничего не видно...».

Первый космонавт Украины Леонид Каденюк так описал свое впечатление от вида Земли из космоса: «...Нет таких слов, с помощью которых можно описать увиденное. Чрезвычайно большое количество самых разнообразных цветов, но основной оттенок - голубой».
 

Пример №1

После дождя в солнечную погоду иногда можно наблюдать радугу. Почему именно после дождя? Почему в солнечную погоду?

Ответ: в воздухе содержатся дождевые капли, которые являются своеобразными призмами и в которых преломляются солнечные лучи.

Пример №2

Почему для запрещающих сигналов на транспорте (в светофорах, семафорах, стоп-сигналах и т. п.) используют именно красный, а не какой-либо другой цвет?

Ответ: красные лучи меньше рассеиваются в воздухе и хорошо видны при любой погоде.