Досліди І. Ньютона по розкладанню білого світла в спектр

Вперше досвід по розкладу світла в спектр був зроблений Ісааком Ньютоном в 1666 році. Він зробив маленький отвір у віконному віконниці і в сонячний день отримав вузький пучок світла, на шляху якого поставив трикутну скляну призму. Пучок заломився в ній, і на протилежній стіні з’явилася кольорова смуга, де розташувалися в певному порядку всі кольори веселки: червоний, помаранчевий, жовтий, зелений, блакитний, синій і фіолетовий. Цю кольорову смугу Ньютон назвав спектром (від латинського «Спектрум» – видиме).

Найменшого відхилення від початкового напрямку падіння зазнають червоні промені, а найбільшого – фіолетові.

Після такого експерименту Ньютон зробив перший висновок: розкладання білого світла в кольоровий спектр означає, що біле світло має складну структуру, тобто є сумішшю всіх кольорів веселки.

Другий висновок Ньютона полягав у тому, що світло різних кольорів характеризується різними показниками заломлення в певному середовищі. Це означає, що абсолютний показник заломлення для фіолетових кольорів більший, ніж для червоних.

Залежність показника заломлення світла від його кольорів Ньютон назвав дисперсією (від латинського слова dispersio – “розсіювання“).

Однак Ньютон був прихильником корпускулярної теорії світла і пояснити явище дисперсії не міг.

Дисперсія світла

Згідно хвильової теорії колір світла визначаються частотою електромагнітної хвилі, якою є світло. Найменшу частоту має червоне світло, найбільшу – фіолетове. Виходячи з дослідів Ньютона і спираючись на хвильову теорію світла, випливає висновок: показник заломлення світла залежить від частоти світлової хвилі.

Дисперсія світла – це явище розкладання світла в спектр, зумовлене залежністю абсолютного показника заломлення середовища від частоти світлової хвилі.

Що від чого залежить?

Різним швидкостям поширення хвиль відповідають різні абсолютні показники заломлення середовища
.

Тобто

Тобто, промінь червоного кольору заломлюється менше через те, що він має в речовині найбільшу швидкість, а промінь фіолетового кольору – найменшу.

Частота та довжина хвилі зв’язані між собою

З формули видно, що довжина хвилі прямо пропорційна швидкості світла і обернено пропорційна частоті. Звідси випливає те, що довжина хвилі більше в тому середовищі, де швидкість хвилі більше (при заданій частоті).

З формул видно, що

Тому можна стверджувати, що абсолютний показник заломлення зменшується відповідно до збільшення довжини світлової хвилі і збільшується відповідно до зменшення довжини світлової хвилі.

Отже, під час переходу з одного середовища в інше швидкість поширення світлової хвилі, а відповідно і довжина хвилі, змінюється, а частота, а відповідно і колір світла, залишається незмінним.

Як око розрізняє кольори?

На сітківці ока розташовані світлочутливі елементи – нервові закінчення, які називають «паличками» і «колбочками». Палички відрізняють тільки світле від темного. Колбочки є трьох типів – їх умовно називають «червоні», «зелені» і «сині». Тому що «червоні» колбочки найбільш чутливі до червоного кольору, «зелені» – до зеленого, а «сині» – до синього. І все різноманіття видимих нами кольорів обумовлено «сигналами», що посилаються в мозок всього трьома типами колбочок.

Додавання кольорів

Віднімання кольорів