Розкладання світла в спектр внаслідок дисперсії при проходженні через призму (досвід Ньютона).

Дисперсія світла (розкладання світла) - це явище, обумовлене залежністю абсолютного показника заломлення речовини від частоти (або довжини хвилі) світла (частотна дисперсія), або, те ж саме, залежність фазової швидкості світла в речовині від довжини хвилі (або частоти). Експериментально відкрита Ньютоном близько 1672, хоча теоретично досить добре пояснена значно пізніше.

Один з найбільш наочних прикладів дисперсії - розкладання білого світла при проходженні його через призму (досвід Ньютона). Сутністю явища дисперсії є неоднакова швидкість поширення променів світла c різної довжиною хвилі в прозорому речовині - оптичному середовищі (тоді як у вакуумі швидкість світла завжди однакова, незалежно від довжини хвилі і отже кольору). Звичайно чим більше частота хвилі, тим більше показник заломлення середовища і менше її швидкість світла в ній:

  • у червоного кольору максимальна швидкість в середовищі і мінімальна ступінь заломлення,
  • у фіолетового кольору мінімальна швидкість світла в середовищі і максимальна ступінь заломлення.

Однак у деяких речовинах (наприклад в парах йоду) спостерігається ефект аномальної дисперсії, при якому сині промені заломлюються менше, ніж червоні, а інші промені поглинаються речовиною і від спостереження вислизають. Говорячи суворіше, аномальна дисперсія широко поширена, наприклад, вона спостерігається практично у всіх газів на частотах поблизу ліній поглинання, однак у парів йоду вона достатньо зручна для спостереження в оптичному діапазоні, де вони дуже сильно поглинають світло.

Дисперсія світла дозволила вперше цілком переконливо показати складову природу білого світла.

  • Білий світло розкладається на спектр і в результаті проходження через дифракційні грати або відбиття від неї (це не пов'язано з явищем дисперсії, а пояснюється природою дифракції). Дифракційний і призматичний спектри дещо відрізняються: призматичний спектр стиснутий в червоній частині і розтягнутий у фіолетовій і розташовується в порядку убування довжини хвилі: від червоного до фіолетового; нормальний (дифракційний) спектр - рівномірний у всіх областях і розташовується в порядку зростання довжин хвиль: від фіолетового до червоного.

За аналогією з дисперсією світла, також дисперсією називаються і подібні явища залежно поширення хвиль будь-якої іншої природи від довжини хвилі (або частоти). З цієї причини, наприклад, термін закон дисперсії, застосовуваний як назву кількісного співвідношення, що зв'язує частоту і хвильове число, застосовується не тільки до електромагнітної хвилі, але до будь хвильовому процесу.

Дисперсією пояснюється факт появи веселки після дощу (точніше той факт, що веселка різнобарвна, а не біла).

Дисперсія є причиною хроматичної аберації - одних з аберації оптичних систем, в тому числі фотографічних і відео-об'єктивів.

Коші прийшов до формули, що виражає залежність показника заломлення середовища від довжини хвилі:

n = a + b / \ lambda ^ 2 + c / \ lambda ^ 4 + ...,

де:

  • \ Lambda - Довжина хвилі у вакуумі;
  • a, b, c, ... - постійні, значення яких для кожного речовини повинні бути визначені в досвіді. У більшості випадків можна обмежитися двома першими членами формули Коші.

Дисперсія світла в природі і мистецтві

Через дисперсії можна спостерігати різні кольори.
  • Веселка, чиї кольори обумовлені дисперсією, - один з ключових образів культури і мистецтва.
  • Завдяки дисперсії світла, можна спостерігати кольорову "гру світла" на гранях діаманта та інших прозорих гранованих предметах або матеріалах.
  • В тій чи іншій мірі райдужні ефекти виявляються досить часто при проходженні світла через майже будь прозорі предмети. У мистецтві вони можуть спеціально посилюватися, підкреслюватися.
  • Розкладання світла в спектр (внаслідок дисперсії) при ламанні в призмі - досить поширена тема в образотворчому мистецтві. Наприклад, на обкладинці альбому Dark Side Of The Moon групи Pink Floyd зображено заломлення світла у призмі з розкладанням в спектр.

Література

  • Яштолд-Говорков В. А. Фотозйомка і обробка. Зйомка, формули, терміни, рецепти. - Вид. 4-е, скор. - М .: Мистецтво, 1977.