Дисперсия света

Диапазон длин волн видимой  части спектра (т.е. воспринимаемых глазом) представлен в приложении 3.

Электромагнитное излучение  оптического диапазона с длиной волны больше  7,8 нм не воспринимается глазом, но может быть обнаружено с помощью, например, термометра. Эти волны называются инфракрасными лучами. Инфракрасные лучи преломляются слабее красных лучей видимого света. Инфракрасные лучи - это тепловые лучи. Они переносят энергию нагретого тела. Именно инфракрасное излучение Солнца доставляет его энергию на Землю.

За видимой границей фиолетового  излучения, то есть при длинах волн короче 3.8 нм, обнаруживается невидимое  излучение, называемое ультрафиолетовыми лучами. Ультрафиолетовые лучи преломляются сильнее, чем фиолетовые лучи видимого света.

3.3. Основные и дополнительные цвета

Цвета, которые невозможно получить при помощи смешения каких-либо красок, называют основными. Это - красный, желтый и синий цвета. В приложении 1 они расположены в центре цветового  круга и образуют треугольник.

Цвета, которые можно  получить от смешения основных красок, условно называют составными или  производными цветами. На нашем примере  они находятся также в треугольниках, но дальше от центра. Это: оранжевый, зеленый  и фиолетовый цвета.

Проводя в цветовом круге диаметр через середину желтого цвета, можно определить, что противоположный конец диаметра пройдет через середину фиолетового  цвета. Напротив оранжевого цвета в  цветовом круге расположен синий  цвет. Таким образом легко определить пары цветов, которые условно называются дополнительными. У красного дополнительным будет зеленый и наоборот. Сочетание  дополнительных цветов дает нам ощущение особенной яркости цвета.

Белый свет (разложение и  сложение - сложный свет). Демонстрация механизма сложения цветов на проекционном экране при помощи вертикальных зеркал (при помощи ФОС и стеклянной призмы получаем спектр, затем каждый цвет направляем на отдельные вертикальные зеркала, поворачивая которые вокруг своей оси, на экране получаем 7 разноцветных полосок, далее поворачивая зеркала, собираем все цвета в одну точку  на экране и получаем белый свет. Простые цвета - монохроматические (демонстрация на экране: при помощи ФОС и набора светофильтров проецируются на экран различные монохроматические  цвета). [9] 

3.4 Объяснение голубого цвета неба и красного цвета зари

Это всего лишь различаемый человеческим глазом участок в довольно узком диапазоне спектра электромагнитных волн. В этом диапазоне граничные позиции занимают красный и фиолетовый цвета, постепенно переходя с увеличением длины волны излучения в так называемые инфракрасное и ультрафиолетовое излучения соответственно.

Благодаря низкой способности к рассеянию в атмосфере, красный цвет применяется в качестве сигнального цвета на объектах, различение которых важно в условиях недостаточной видимости. Это сигнальные огни, размещаемые на высотных объектах, на наружной части бортов самолетов. Соответственно, цвета, обладающие высокой способностью к рассеянию в атмосфере, применяются для светомаскировки. Чаще всего это синий и фиолетовый цвета.

Именно по причине плохой способности к рассеянию красного света солнце на закате переливается всеми оттенками этого цвета. И причина народной приметы, говорящей о предстоящем ненастном дне, которому предшествует алый закат, вполне объяснима. Попробуем рассуждать логически.

В момент, когда солнце находится у горизонта, его лучам на пути к нашему глазу приходится проходить слой атмосферы гораздо толще обычного. В обычных условиях цвет солнца при взгляде на него кажется ослепительно-белым. Однако из школьного курса все знают о том, что белый цвет является смесью всех возможных цветов. Проходя через толстый слой атмосферы, цвета, за исключением всех оттенков красного, сильно рассеиваются или поглощаются атмосферой.

Солнце на горизонте будет тем краснее, чем толще слой атмосферы лежит между ним и нашим глазом, либо чем беспокойнее и, соответственно, запыленнее будет этот самый слой атмосферы. Наши предположения оказываются верными. Чем ближе солнце к горизонту, тем толще слой атмосферы, через который к нам стремится его свет, и тем, соответственно, краснее его оттенки. Верно также и следующее утверждение: чем багровее закат, тем ненастнее и ветренее окажется следующий день.

Дальнейшие логические рассуждения помогут нам понять, чем обусловлен голубой цвет неба. Голубой (то же, что и синий) цвет лежит в спектре между зеленым и фиолетовым. Все они обладают способностью к рассеянию в атмосфере. Рассеяние какого-либо цвета в определенной среде приводит к окрашиванию среды в этот цвет. При одинаковой яркости человеческий глаз лучше воспринимает именно голубой цвет, а не фиолетовый. Кроме того, зеленый свет, также обладающий некоторой способностью к рассеянию в атмосфере, смешиваясь с отлично рассеивающимся фиолетовым, приводит к тому же голубому.

 4. Свет и цвета тел

Опыты показывают, что свет, вызывающий в нашем глазу ощущение того или иного цвета, обладает более или менее сложным спектральным составом. При этом оказывается, что глаз наш представляет собой довольно несовершенный аппарат для анализа света, так что лучи разнообразного спектрального состава могут иногда производить почти одинаковое цветовое впечатление. Тем не менее именно при помощи глаза мы получаем знание о всем многообразии цветов в окружающем мире.

Случаи, когда свет от источника направляется непосредственно в глаз наблюдателя, сравнительно редки. Гораздо чаще свет предварительно проходит через тела, преломляясь и частично поглощаясь в них, либо в более или менее полной степени отражаясь от их поверхности. Таким образом, спектральный состав света, дошедшего до нашего глаза, может оказаться значительно измененным благодаря описанным выше процессам отражения, поглощения и т. д. В громадном большинстве случаев все подобные процессы ведут только к ослаблению тех или иных спектральных участков и могут даже полностью устранить некоторые из таких участков, но не добавляют к свету, пришедшему от источника, излучения тех длин волн, которых в нем не было. Однако и такие процессы могут иметь место (например, в явлениях флюоресценции).

4.1. Освещение белым и цветным светом

Если сложить света  различных цветов, то можно получить цветовую гамму от белого до любого желаемого оттенка любого цвета. Если же смешивать акварельные или  масляные краски, то белого никогда  не получится.

Кроющие краски – поглощают  свет в тонком слое. Лессировочные  краски – краски, действие которых  обусловлено участием многих слоев  зерен. При смешивании зерен красных  и зеленых получается темный тон, т.к. красные зерна поглощают зеленый  цвет, а зеленые зерна поглощают  красный цвет и из слоя красок свет вообще выходить не будет.

При дневном освещении  все цвета хорошо видны; красный, желтый и зеленый кажутся особенно яркими, т.к. в дневном свете лучей  такого цвета больше остальных; при  освещении шарфов монохроматическими цветами будет виден только шарф, цвет которого совпадает с цветом светофильтра и белый, цвет которого будет цвета падающего цвета: фиолетовый и ярко фиолетовый; синий  и ярко синий; зеленый и ярко зеленый; красный и ярко красный т.д. Остальные  будут не видны, т.к. будут казаться черными, потому что цвет виден при  хорошем коэффициенте отражения  этого цвета.

Цвета нередко различают  по чистоте оттенка, т.е. по насыщенности цвета. Таким качеством обладают драпированные или бархатные  ткани, реющие знамена, т.к. при многократном отражении света от неровной поверхности  и складок, доля преобладающего цвета  усиливается по сравнению с остальными, что приводит к получению достаточной  насыщенности цвета.

Государственный флаг РФ представляет собой прямоугольное полотнище  из трех равновеликих горизонтальных полос: верхней – белого, средней  – синего и нижней – красного цвета.

В настоящее время чаще всего используется следующая трактовка  значений цветов флага России: белый цвет означает мир, чистоту, непорочность, совершенство; синий – цвет веры и верности, постоянства; красный цвет символизирует энергию и силу Отечества.

4.2. Дисперсия показателей преломления (светорассеивание)

Цветные составляющие белого луча света по-разному преломляются в минералах и обладают различными показателями преломления. Изменение  показателей преломления в зависимости  от длины волны получило название дисперсии. Дисперсия обусловливает  разложение лучей света на составные  части спектра и искрящуюся игру цветов ограненного самоцвета.

Сильно выраженная дисперсия  определяется многоцветным радужным блеском  и характерна для ограниченного  числа драгоценных камней (алмаз, демантоид, сфен, циркон). [1] 

При диагностике ювелирных  камней определяют не абсолютное значение дисперсии показателей преломления, а так называемый дисперсионный  эффект, т.е. цветовую игру ограненных камней. Игра камня устанавливается  визуально.

Измерения показателя преломления  в зависимости от длины волны  для разных веществ показывают, что  дисперсия различных материалов может быть различна.

Опыты также были осуществлены Ньютоном. Смешение спектральных цветов можно осуществить, например, следующим  образом.

Направим на призму Р, изображенную на рисунке 2,  параллельный пучок  белого света. На выходной грани призмы поместим диафрагму D и за призмой  расположим линзу L. В главной фокальной  плоскости MN линзы, где сходятся параллельные пучки различных цветов, получим  цветную полоску крф (спектр), ибо  лучи разных цветов падают на линзу  под разными углами и, следовательно, собираются в разных точках фокальной  плоскости. Но эти же цветные пучки  лучей, проходящие через диафрагму D по разным направлениям, дадут благодаря  линзе L изображение диафрагмы D в  виде белого.

Рис. 2. - Схематическое изображение  опыта по смешению цветов.

Рисунок имеет цветной  дубликат кружка в плоскости АВ; в каждой точке изображения смешаны все лучи, которые входили в состав пучка белого света, упавшего на призму.

Поместим теперь в плоскость MN, где получено резкое изображение  спектра, какую-нибудь непрозрачную полоску (например, карандаш) так, чтобы она  задержала какой-нибудь участок  спектра, например зеленый, как представлено на рисунке 3.

Рис. 3. - Карандаш О задерживает  часть спектра (зеленую).

Тогда изображение окажется цветным и притом красным. Переместим карандаш так, чтобы он задерживал другие лучи спектра, например синие; изображение  станет желтым. Перемещая карандаш параллельно самому себе вдоль MN, т. е. последовательно закрывая доступ то одним, то другим лучам, мы заставим изменяться окраску изображения, ибо  при каждом положении карандаша  в образовании изображения участвуют  не все цвета лучей белого света, а лишь часть их. [4] 

Рис. 4. - Призма Р отклоняет  часть спектра (зеленую).

Еще нагляднее становится подобный опыт, если отклонить часть  лучей спектра в сторону, поместив на их пути зеркальце или призмочку, как представлено на рисунке в  приложении 4.

Варьируя описанные опыты, можно подобрать весьма большое  количество сочетаний дополнительных цветов.

Дополнительные цвета  можно получать и при помощи соответственным  образом подобранных цветных  стекол. Два дополнительных цвета  в совокупности могут и не представлять собой всего спектра. Так, например, узкий участок красного цвета  довольно удачно дополняет соответствующий  участок зеленого. Однако наиболее совершенными дополнительными цветами  являются цвета, полученные разделением  спектра белого света на две части. [12] 

4.3. Спектральный состав света различных источников

Опытами Ньютона было установлено, что солнечный свет имеет сложный  характер. Подобным же образом, т. е. анализируя состав света при помощи призмы, можно убедиться, что свет большинства  других источников (лампа накаливания, дуговой фонарь и т. д.) имеет такой  же характер. Сравнивая спектры этих светящихся тел, обнаружим, что соответственные  участки спектров обладают различной  яркостью, т. е. в различных спектрах энергия распределена по-разному. Еще  надежнее удостовериться в этом можно, если исследовать спектры при  помощи термоэлемента.

Для обычных источников эти  различия в спектре не очень значительны, однако их можно без труда обнаружить. Глаз обнаруживает различия в качестве белого света, даваемого этими источниками. Так, свет свечи кажется желтоватым или даже красноватым по сравнению  с лампой накаливания, а эта последняя  заметно желтее, чем солнечный  свет.

Еще значительнее различия, если источником света вместо раскаленного тела служит трубка, наполненная газом, светящимся под действием электрического разряда. Такие трубки употребляются  в настоящее время для освещения  улиц. Некоторые из этих газоразрядных  ламп дают ярко желтый (натриевые) или  красный (неоновые лампы) свет, другие светятся беловатым светом (ртутные), ясно отличным по оттенку от солнечного. Спектральные исследования света подобных источников показывают, что в их спектре имеются отдельные более  или менее узкие цветные участки.

В настоящее время изготовляют  газоразрядные лампы, свет которых  имеет спектральный состав, очень  близкий к солнечному - лампы дневного света. Если исследовать свет солнца, профильтрованный через цветное  стекло, то он окажется заметно отличным от первоначального. Глаз оценит этот свет как цветной, а спектральное разложение обнаружит, что в спектре  его отсутствуют или очень  слабы более или менее значительные участки спектра источника. [7]