На прости експерименти, които обясняват много сложен феномен, а дори дъга и 1963 Steinhaus

На прости експерименти, които обясняват много сложен феномен, а дори и дъга

Учените са известни за това и преди, много преди Нютон. Но никой преди него не е дори да си представим, че белите лъчи светлина, светлината на Слънцето, са, така да се каже, смес от цветни лъчи - червено, оранжево, жълто, зелено, синьо-зелено, синьо, виолетово и всички междинни цветове. Освен това е известно, че призмата се поставя на пътя на слънчевата светлина, светло преливащи лята лента. Но никой не е в състояние да обясни този феномен.

Ето какво пише за него самия Нютон:

"В началото на 1666 (по това време аз бях ангажиран в полиране очила други форми, отколкото сферична) Имам триъгълно стъкло призма към нея, за да експериментите на известния цвете явление. За тази цел потъмняване стаята си и да направи малка дупка в щори на прозорците за пропускливост на точното количество на слънчева светлина, сложих призмата където влиза светлина, така че тя да може да бъде пречупена до отсрещната стена. Спектакълът на живи и ярки цветове, са получени в същото време ми даде хубава удоволствие. "

Всеки от нас може да гледате ярко оцветени ивица, подадени от призма на бяла стена или парче бяла хартия. Цветовете в тази банда е толкова красива, светли и чисти, че можете да буквално с часове да ги гледат и да се насладите, разграничаваща повече и по-красиви нюанси. Такъв опит е много лесно да се направи: просто трябва призма дори от корумпирани бинокъл. Вие не можете да дори особено затъмни стаята, обаче, чистота, интензивността и броя на различими цветове е значително намален.

Нютон прави експерименти със слънчева светлина не за обикновен удоволствие. Нейната основна цел е да се разбере защо призма, разположен на пътя на слънчева светлина, превръща бялата слънчева светлина в спектър - номера на цвят, на групата, в която всички цветове следват един на друг в постоянно, винаги повтаря процедурата.

Той е направил страхотна работа. И като се има предвид, че то е извършено преди почти триста години, само с няколко призми, лещи и най-непретенциозни устройства, изглежда доста поразителен фантастика и умения на експериментатор-Нютон.

Въз основа на тези експерименти, Нютон открива неизвестни досега закони, които управляват света, а първите, които се опитват научно обяснение на неговия характер.

Среща по пътя две среди различни оптични свойства (например, стъклени или въздух и въздух и вода), светлинните лъчи посоката на промяна в прехода от едното към другото - се пречупва. Това разкъсване на по-повече, толкова по-различни свойства на средата, през която преминава светлината. Ние често виждаме това явление в ежедневието. Достатъчно е да си припомним лъжица в чаша вода. Изглежда, че тя има остър пробив само в интерфейса на вода и въздух.

За пречупване на светлината е била известна на Нютон. Но никой не знаеше как да се пречупват лъчите на различни цветове.

Първият му опит (В крайна сметка, той прекарва 33 различни преживявания, всеки повтаря много пъти) Нютон заяви, че "лъчите на различен цвят, се различават по степен refrangibility". Трети опит му позволява да се направи следния важен извод: "Слънчевата светлина е съставена от лъчи с различна refrangibility".

Ето извадки от описанието на опита, направени от Нютон:

"Сложих в една много тъмна стая в кръгъл отвор, около една трета от инча широк, в призма прозорците на затвора стъкло, което позволява на слънчев лъч навлиза тази дупка може да бъде пречупена нагоре към отсрещната стена на стаята и формира там цветно изображение на слънцето. Оста на призмата ( т.е. линията, минаваща през центъра на призмата от единия край до другия, успоредна на ръба на ъгъла на пречупващи) е в тази и следващите експерименти е перпендикулярна на падащите лъчи. бавно се върти призмата около оста, и видя, че пречупена светлина на стена или боядисани изображение на слънцето първата роза, а след това започна да пада. Между възход и падение, когато изображението сякаш спря, спрях призма въртене и обезпечени в това положение, така че тя вече не може да се движи.

опит на Нютон. Преминавайки през първата призма, слънчевата светлина се преобразува в спектъра. Дупката в панела поставен между призмите лъчи минава само един цвят. Ето защо, с оглед преминаване през втората призмата вече не се образува за отклоняване на молив от лъчи

Поставянето на призмата в тази ситуация, I направи пречупена светлина пада перпендикулярно върху лист бяла хартия на противоположната страна на помещението и наблюдаваше формата и големината на слънчевия изображението, образуван от светлината върху хартията.

Това изображение RT спектър е оцветена в червено в поне пречупена край T, лилаво - в най-пречупена край Р, и жълт, зелен, син - в междинното пространство ".

В една от допълнителните разпоредби, посочени от Нютон, въз основа на неговите експерименти, както следва:

"Белота и всички сив цвят между бял и черен може да се състои от цветовете и бял слънчевата светлина се състои от всички основни цветове, смесени в подходящи пропорции."

С други думи, Нютон доказва, че всеки сега известна: Слънчевата светлина е смес от различни плътни цветове. Не по-малко важно е и нещо друго: единна светлина (т.е. "едноцветен" или "черно-бяло", както го наричат ​​оптика), минавайки през призма или леща пречупва вече "правилно". Beam на монохроматична светлина не се разкъсва от пречупване, и така изображението в монохромните лъчи винаги ще бъде ясно. Що се отнася до белите лъчи, преминаващи през пречупващи медиите, те са разбити. И това обяснява защо в микроскопи, телескопи и други оптични инструменти получават цветен образ.

Нютон говори директно за това:

"Подобряване телескопи предотвратява refrangibility различна светлина."

Едва след много години, учените са открили начини за премахване на оцветяване на изображения в оптичните устройства, съдържащи лещи.

Поради различни refrangibility лъчи с различен цвят и се появява дъга.

Дълго преди Нютон, някои учени смятат, че с право са възникнали в резултат на пречупване на светлината в капки от падане дъжд. Това е мнението, например, на известния френски учен Рене Декарт, но той не може да обясни появата на различни цветове. Първо да даде правилния отговор е Нютон. И това не представлява никакви затруднения за него. След представа - познаване на законите на пречупване на светлинните лъчи с различни цветове - беше в ръцете му.

Лъч светлина, среща с дъждовните капки е много подобен по форма на топката, тя прониква и се пречупва. Тъй като водата е оптично плътна среда от въздух, лъчът влезе в спад, "натиснат" на перпендикуляра, възстановени в точката на падане. Когато стигна до отсрещната страна на спад, той излиза от него, но не всички - на светлината се отразява обратно и от спада на приблизително една и съща страна, която е въвела. В същото време (по някаква причина) най-голямо количество светлина излиза под ъгъл от 138 ° (42 °) до първоначалната посока на слънчевите лъчи. Тя е тази светлина и наблюдателят вижда, ако той е на място, където светлината идва.

Защо тогава има формата на дъга дъга, а не част от диска?

Това се дължи на факта, че в окото на наблюдателя получава светлина от само тези капки, посоката на която съвпада с обратна пътя на светлинните лъчи, излизащи от капка, т.е. съответства на ъгъл от 42 ° спрямо посоката на лъчите, идващи от слънцето. Всички точки в пространството (в този случай - тя пада), които са видими за наблюдателя при същия ъгъл, трябва да лежат на една окръжност. С други думи, на мястото на точките, които са видими от определен ъгъл, е кръг. И е част от кръг, а не част от диска, можем да видим, докато гледате на дъгата.

Защо е оцветен дъга?

За да отговорим на този въпрос, ние трябва само да си припомним законите, установени от Нютон: "Слънчева светлина се състои от лъчи с различна refrangibility" и "лъчи с различен цвят и различни степени на refrangibility".

Следователно, тези стойности на ъглите 138 ° и 42 ° са валидни само за някои от един и същи цвят, всички други цветове ще бъдат различни ъгли. Вярно е, че разликата няма да е голям, тъй като степен refrangibility за лъчи с различен цвят не се различават толкова много. Но тази разлика е достатъчно, за да се превърне в многоцветни дъгата.

Често може да се види не една, а две от дъгата, една над друга, с горната част, като правило, е много по-слаба и по-широко дъно. Той се получава в случаите, когато светлината се отразява във вътрешността на спад е не един, а два пъти и след това отива във въздуха. Light освободен от спад след две отражения, по-малко, така че втората отражението на светлината не е отразено, и излезе от спада. Ето защо, на горния дъгата по-слаба. Светлината от става въпрос за окото на наблюдателя при ъгъл от 129 ° (51 °) на слънчевите лъчи. Средното общо ъглово размер на дъгата е 102 °, а в долната част на дъгата този размер е равен на 84 °.

Пътят на лъчи в дъждовна капка. В долната част на светлината на капката се отразява само веднъж и се връща. В горната част на светлината на капката, преди да излезе във въздуха, се отразява два пъти

Опитайте се да се тества вашите правомощия на наблюдение. Опитайте се да си спомните какво реда на цветовете на дъното и на върха на дъгата, като се брои от дъното на долната граница на дъгата.

Не са много, ще бъде в състояние да го направя така. Цветове следват в този ред: лилаво, синьо, синьо-зелено, зелено, жълто, оранжево, червено. След това е групата, в която окото не прави разлика цветове, понякога изглежда дори по-тъмен, отколкото останалата част от небето, който може да се разглежда на фона на дъгата. Извън тази лента започва горната дъга; му ред обратен цветове - от червено до виолетово.

лилав цвят на дъгата, особено в началото, има розов оттенък и е различна от моравото наблюдава в тъмна стая с призма. Това се дължи на факта, че това се налага разложена, бяла слънчева светлина. От тази лилави цветове избледнява, става червеникав.

Взаимно положение на наблюдателя, слънцето и дъгата.

Казват, че британците имат древно поверие: ако можете да стигнете до подножието на дъгата, ще намерите гърне със злато. Но точно както не е възможно да се достигне хоризонта, вие не може да ходи до дъгата. Има и друга причина, че всеки англичанин не е успял да направи състояние по този начин - дъга е без крак. Това не е дъга, и пълен кръг.

Взаимно положение на наблюдателя, слънцето и дъгата

Въпреки това, докато на земята, ние никога няма да видите всичко това - в долната част от най-добрите (по изгрев или залез) е 42 ° под хоризонта. Но ако дъждът идва от облаците, достигащи до височина от 5-6 км, тя може да бъде от върха на планината на височина 2,5-3 км от кабината на самолета, или всяко друго въздухоплавателно средство, за да видите пълната дъга кръга. Освен това, тъй като в центъра на дъгата е на линията, "слънцето - окото на наблюдателя", и слънцето - зад него, в най-добрия случай в точния център на дъгата можете да видите сянката на планината, а на самолета. сам.

Say късмет, който успя да се наблюдава такава величествена гледка.

Може би някои мислех за това, защо нашите географски ширини, дъга може да се види както в гръм или вечер, това е, само в западната или източната част на хоризонта? Отговорът е прост: колкото по-високо слънцето изгрява, толкова по-ниска дъгата отива отвъд хоризонта или покривите на къщите и обратно, по-ниско е слънцето, толкова по-високо и по-величествено от дъгата.

Преди да се пристъпи към следващия раздел, струва си да се спомене още един интересен факт. Оказва се, че яркостта на цветовете в дъга, зависи от размера на дъждовните капки. Ако те са големи, 1-2 мм в диаметър, лилави и зелени ивици са много светли, червено, също се вижда добре, но синьо видимо слаб. Ако капчиците малък, яркостта на червени намалява. С диаметър 0,2-0,3 мм капки може да изчезне напълно, въпреки че други цветове могат да се видят добре. В още по-малки капки дъга се разширява и избледнява, а в много малки капчици, от порядъка на 0.05 mm, тя се превръща в бяло.

Въпреки това, позовавайки се на цветовете на дъгата в зависимост от яркостта на размера на капките, ние сме се пред себе си - когато животът на Нютон, това явление не може да се обясни, все още.