Pe experimente simple, care explică un fenomen foarte complex, și chiar un curcubeu și 1963 Steinhaus

Pe experimente simple, care explică un fenomen foarte complex, și chiar un curcubeu

Oamenii de știință au știut despre ea înainte, cu mult înainte de Newton. Dar nimeni înainte de el nici măcar nu ne imaginăm că razele de lumină albă, lumina soarelui nostru, sunt, ca să spunem așa, un amestec de raze colorate - roșu, portocaliu, galben, verde, cyan, albastru, violet, și toate culorile intermediare. Mai mult, era cunoscut faptul că prisma este plasat în calea razelor solare, luminoase benzi turnate iridescent. Dar nimeni nu a fost în măsură să explice acest fenomen.

Iată ce a scris despre el însuși Newton:

„La începutul anului 1666 (la acel moment am fost implicat în lustruire ochelari de alte forme decât cele sferice) Am o prismă de sticlă triunghiulară cu ea pentru a face experimente pe celebrul fenomen de flori. În acest scop, închiderea la culoare camera lui și de a face o mică gaură în obloane pentru factorul de transmisie în cantitatea potrivită de lumina soarelui, am pus prisma în cazul în care lumina intră, astfel încât să poată fi refractate pe peretele opus. spectacolul de culori vii și luminoase, sunt obținute în același timp, mi-a dat o placere frumos. "

Oricare dintre noi poate viziona banda viu colorate exprimate printr-o prismă de la un perete alb sau o bucată de hârtie albă. Culorile din această bandă este atât de frumos, luminos și pur, pe care le puteți petrece literalmente ore uita la ele și să se bucure, diferențierea mai multe și mai frumoase nuanțe. O astfel de experiență este foarte ușor de făcut: trebuie doar o prismă, chiar de la ochelari de câmp corupte. Nu puteți întuneca chiar și mai ales camera, cu toate acestea, puritatea, intensitatea și numărul de culori distincte este redus în mod semnificativ.

Newton a făcut experimente cu lumina solară nu pentru simpla plăcere. Scopul său principal a fost de a afla de ce o prismă, stabilită pe calea de lumina soarelui, transformă lumina soarelui alb, într-un spectru - numărul de culoare, banda în care toate culorile se succed într-o constantă, repetând mereu procedura.

El a făcut o treabă excelentă. Iar atunci când consideră că acesta a fost realizat în urmă cu aproape trei sute de ani, cu doar câteva prisme, lentile și dispozitivele cele mai nepretențioase, se pare ficțiune destul de frapant și de calificare experimentatorului-Newton.

Pe baza acestor experimente, Newton a descoperit legile necunoscute care guvernează lumea, și primul care a încercat o explicație științifică a naturii sale.

Reuniunea privind modul în care două medii diferite proprietăți optice (de exemplu, sticlă sau de aer, iar aerul și apa), direcția schimbării razelor de lumină la trecerea de la una la alta - sunt refractate. Această rupere a mai mult, mai diferite proprietăți ale mediului, prin care lumina trece. Vedem de multe ori acest fenomen în viața de zi cu zi. Este suficient să amintim o lingura intr-un pahar cu apă. Se pare că are o pauză de ascuțit doar la interfața de apă și aer.

Despre refractia luminii era cunoscut Newton. Dar nimeni nu știa cum să refracta razele de diferite culori.

Prima sa experiență (în toate, și-a petrecut 33 de experiențe diferite, fiecare repetând de multe ori), Newton a declarat că „razele de o culoare diferită, diferă în refrangibility grade“. O a treia experiență a permis să facă următoarea concluzie importantă: „Lumina soarelui este format din raze de diferite refrangibility“.

Aici sunt extrase din descrierea experiența trăită de Newton:

„Am pus într-o cameră foarte întunecată la o gaură circulară, aproximativ o treime dintr-un inch larg, în ferestrele prisma de sticla de expunere, care permite un fascicul de lumina soarelui pătrunde în această gaură ar putea fi refractată în sus spre peretele opus al camerei și a format acolo o imagine color a soarelui. Axa prismei ( adică linia care trece prin mijlocul prismei de la un capăt la cealaltă paralelă cu marginea unghiului refractie) a fost în această și următoarele experimente este perpendicular pe razele incidente. rotesc încet prisma în jurul axei, și a văzut că lumina refractată pe un perete sau o imagine pictată de soare a crescut în primul rând, apoi a început să scadă. Între naștere și toamna, atunci când imaginea părea să se oprească, m-am oprit rotația prismă și fixat-o în această poziție, astfel încât nu se mai putea mișca.

Experiența lui Newton. Trecând prin prima prisma, lumina soarelui este transformată într-un spectru. Gaura din panoul amplasat între razele prisme trece doar o singură culoare. Prin urmare, lumina care trece prin prisma a doua nu mai este formează un creion divergent de raze

Plasarea prisma în această situație, am făcut lumina refractată cad perpendicular pe o foaie de hârtie albă pe partea opusă a camerei și a privit forma și dimensiunea imaginii solare format de lumina pe hârtie.

Această imagine RT spectru a fost vopsit în roșu în T final puțin refractată, violet - în final P mai refractată și galben, verde, albastru - în spațiul intermediar ".

Într-una dintre dispozițiile suplimentare stabilite de Newton, pe baza experimentelor sale, după cum urmează:

„Albul și toate de culoare gri între alb și negru poate fi format din culorile, iar lumina soarelui alb este format din toate culorile primare amestecate în proporții corespunzătoare.“

Cu alte cuvinte, Newton a demonstrat că fiecare cunoscut acum: Lumina soarelui este un amestec de diferite culori solide. Nu mai puțin important este altceva: o lumina uniforma (de exemplu, „o singură culoare“ sau „alb-negru“, cum este numit Optics), care trece printr-o prismă sau lentile refractă deja „corect“. Fascicul de lumină monocromatică nu este despicată de refracție, și astfel imaginea de razele monocromatice vor fi întotdeauna clare. În ceea ce privește razele albe de lumină, trecând prin mass-media refractie, acestea sunt defalcate. Și acest lucru explică de ce, în microscoape, telescoape și alte instrumente optice primesc o imagine colorată.

Newton a vorbit direct despre acest lucru:

„Telescoape de îmbunătățire previne refrangibility lumină diferită.“

A fost doar după mai mulți ani, oamenii de știință au găsit modalități de a elimina imaginile de colorare în dispozitive optice care conțin lentile.

Din cauza diferitelor raze refrangibility de diferite culori și apare un curcubeu.

Cu mult înainte de Newton, unii cercetători au crezut în mod corect că apare ca rezultat al refracției luminii în picături de ploaie care se încadrează. Aceasta este opinia, de exemplu, celebrul om de știință francez Rene Dekart, dar el nu a putut explica apariția de diferite culori. În primul rând pentru a da răspunsul corect a fost Newton. Și nu a pus nici o dificultate pentru el. După un indiciu - cunoașterea legilor de refracție a razelor de lumină de diferite culori - a fost în mâinile sale.

O rază de soare, întâlnirea cu picăturile de ploaie este foarte asemănătoare ca formă mingea, o pătrunde și este refractată. Deoarece apa este un mediu optic mai dens decât aerul, fasciculul care intră în picătură, „presat“ la perpendiculara, recuperat la punctul de incidență. Când a ajuns în partea opusă a picătură, el iese din ea, dar nu toate - de lumina este reflectată înapoi și din meniurile de aproximativ aceeași parte care a intrat. În același timp (din anumite motive), cea mai mare cantitate de lumină care iese la un unghi de 138 ° (42 °) față de direcția inițială a razelor soarelui. Este această lumină, iar observatorul vede, în cazul în care acesta este într-un loc unde vine lumina.

De ce atunci are forma unui arc de curcubeu, și nu o parte a discului?

Acest lucru se datorează faptului că, în ochiul observatorului primește lumină de la numai acele picături, a căror direcție coincide cu traiectoria inversă a razelor de lumină care apar dintr-o picătură, adică corespunde unui unghi de 42 ° în raport cu direcția razelor care vin de la soare. Toate punctele în spațiu (în acest caz - este picături), care sunt vizibile pentru observator la același unghi, ar trebui să se întindă pe un cerc. Cu alte cuvinte, locul geometric al punctelor care sunt vizibile dintr-un anumit unghi, este un cerc. Face parte dintr-un cerc, și nu parte dintr-un disc, putem vedea în timp ce uitam de curcubeu.

De ce este colorat un curcubeu?

Pentru a răspunde la această întrebare, trebuie amintim doar legile stabilite de Newton: „Lumina soarelui este compus din razele de diferite refrangibility“ și „razele de o culoare diferită, și grade diferite de refrangibility“.

Prin urmare, aceste valori ale unghiurilor 138 ° și 42 ° sunt valabile numai pentru o parte din aceeași culoare, toate celelalte culori vor fi diferite unghiuri. Adevărat, diferența nu va fi mare, deoarece refrangibility grade pentru raze de culori diferite nu diferă atât de mult. Dar această diferență este suficient pentru a deveni un curcubeu multicolor.

De multe ori se poate observa nu una, ci două din curcubeu, una peste alta, cu partea de sus, de regulă, este mult mai larg și mai slab de jos. Se obține, în cazul în care lumina este reflectată în interiorul meniurile nu una, ci două ori este și apoi se duce în aer. Lumina eliberat dintr-o picătură după două reflecții, mai puțin pentru a doua reflectare a luminii nu este reflectată, și a ieșit din picătură. Prin urmare, curcubeu superioară mai slab. Lumina de la ea vine la ochiul observatorului la un unghi de 129 ° (51 °) la razele solare. Dimensiunea totală medie unghiulară a curcubeului este 102 °, în timp ce în partea de jos a curcubeului această dimensiune este egală cu 84 °.

Calea de raze în Raindrop. În partea de jos a luminii picătură se reflectă numai o singură dată și se întoarce. În partea de sus a luminii cădere, înainte de a merge la aer, este reflectată de două ori

Încercați pentru a testa puterile tale de observare. Încercați să vă amintiți ce ordinea culorilor din partea de jos și de sus a curcubeului, numărând de la partea de jos a frontierei de jos a curcubeului.

Nu mulți vor fi capabili să o facă dreapta. Culorile urmați în această ordine: violet, albastru, cyan, verde, galben, portocaliu, roșu. Următorul este trupa in care ochiul nu distinge culorile, uneori, se pare chiar mai întunecată decât restul cerului, care poate fi văzut pe fundalul curcubeului. Dincolo de această bandă începe curcubeu superior; ordinea sa inversa culori - de la roșu la violet.

culoarea purpurie a curcubeului, în special în partea de sus, are o nuanță rozalie și este diferit de violet, observate într-o cameră întunecată printr-o prismă. Acest lucru se datorează faptului că aceasta este impusă nedescompus lumina soarelui, alb. Din această violet dispare de culoare, devine roșiatică.

Poziția reciprocă a observatorului, soarele și curcubeu.

Ei spun britanicii au convingerea vechi: dacă puteți ajunge la poalele curcubeului, veți găsi o oală de aur. Dar, la fel cum este imposibil să se ajungă la orizont, nu poate merge până la un curcubeu. Există un alt motiv pentru care orice englez nu a reușit să facă o avere în acest mod - un curcubeu nu are nici un picior. Acesta nu este un arc, și un cerc complet.

Poziția reciprocă a observatorului, soarele și curcubeu

Cu toate acestea, în timp ce pe pământ, nu vom vedea totul - în partea de jos dintre cele mai bune (la răsărit sau apus de soare), este de 42 ° sub orizont. Dar, dacă ploaia vine din nori, ridicându-se la o înălțime de 5-6 km, acesta poate fi din partea de sus a muntelui înălțimea de 2,5-3 kilometri de cabina aeronavei sau orice altă aeronavă pentru a vedea cerc complet curcubeu. Mai mult decât atât, din moment ce centrul curcubeului este pe linie, „soarele - ochiul observatorului,“ și soarele - în spatele lui, în cel mai bun caz, în centrul exact al curcubeului puteți vedea umbra muntelui, și aeronava. propria lui.

Say au fost norocoși care au reușit să observe un astfel de spectacol magnific.

Poate că unii au crezut despre ce latitudinile noastre, un curcubeu poate fi văzut fie în tunete sau seara, adică, doar orizontul de vest sau de est? Răspunsul este simplu: cu cât soarele răsare, este mai mic curcubeu merge dincolo de orizont sau acoperișurile caselor și, invers, mai mică soarele, cu atat mai mare si mai maret decat curcubeu.

Înainte de a trece la secțiunea următoare, merită să menționăm și un alt fapt interesant. Se pare că strălucirea culorilor într-un curcubeu depinde de mărimea picăturilor de ploaie. Dacă acestea sunt mari, de 1-2 mm în diametru, dungi mov și verzi sunt foarte luminoase, roșu, de asemenea, este clar vizibil, dar albastru vizibil slabă. În cazul în care picăturile mai mici, luminozitatea scade roșu. Cu un diametru de 0,2-0,3 mm, picături dispare cu totul, cu toate că alte culori pot fi văzute bine. La picături încă mici curcubeu se extinde și se estompează, iar la picături foarte mici, de ordinul a 0,05 mm, devine alb.

Cu toate acestea, referindu-se la culorile curcubeului în funcție de luminozitatea de dimensiunea picăturilor, primim înainte de noi înșine - atunci când viața lui Newton, acest fenomen nu a putut fi explicat încă.