Введение.

 

    Мы  всегда сталкиваемся с этим явлением в жизни, но не

всегда замечаем этого. Но  если  быть  внимательным,  то  явление  дисперсии всегда нас окружает. Одно из таких явлений  это  обычная  радуга.  Наверное, нет  человека,  который  не  любовался  бы  радугой.  Существует   старинное английское поверье, согласно которому у подножия радуги можно  найти  горшок с золотом.  На первый взгляд радуга это что-то простое, на  самом  деле  при возникновении  радуги  происходят сложные физические процессы.

Дисперсия света.

 

    Дисперсия света рассматривается как результат  взаимодействия электромагнитных волн с заряженными частицами, входящими  в состав веществ. Частицы вещества совершают вынужденные колебания  в переменном электромагнитном поле волны.

    Дисперсия света – зависимость абсолютного  показателя преломления вещества n от частоты ν падающего на вещество света. Дисперсия также определяется как зависимость фазовой скорости света в среде от его частоты.

    Разложение  в спектр пучка немонохроматического света при прохождении его  через призму является следствием дисперсии. Дисперсия света позволила впервые вполне убедительно показать составную природу белого света.

    Причина искривления лучей в веществе. Она та же, что и при прохождении светового луча вблизи массивных тел. То есть вращение бионов, создающих гравитацию вокруг атомов, изменяет направление распространения световых лучей (изменяя вращения бионов передающих электромагнитную волну. Более короткие волны (фиолетовые) под влиянием гравитации в веществе искривляются сильнее , чем более длинные - красные. Наглядной аналогией, будет сравнение более коротких волн с медленно летящим телом, которое при пролёте рядом с гравитационной массой изменит направление сильнее, чем такое же тело, летящее быстрее. Следовательно, угол отклонения меняется в зависимости от длины волны падающего света.

    История открытия и исследований.

 

    В 1665-1667 годах в Англии свирепствовала эпидемия чумы, и молодой Исаак  Ньютон решил укрыться от неё в  своём родном Вулсторпе. Перед отъездом в деревню он приобрёл стеклянные призмы, чтобы «произвести опыты со знаменитыми явлениями цветов».

    Уже в 1 веке новой эры было известно, что при прохождении через  прозрачный монокристалл с формой шестиугольной  призмы солнечный свет разлагается  в цветную полоску – спектр. Ещё раньше, в 4 веке до новой эры, древнегреческий учёный Аристотель выдвинул свою теорию цветов. Он полагал, что основным является солнечный (белый) свет, а все остальные цвета  получаются из него добавлением к  нему различного количества тёмного  света. Такое представление о  свете господствовало в науке  вплоть до 17 века, несмотря на то, что  были проведены многочисленные опыты  по разложению солнечного света с  помощью стеклянных призм.

    Исследуя  природу цветов, Ньютон придумал и  выполнил целый комплекс различных  оптических экспериментов. Некоторые  из них без существенных изменений  в методике, используются в физических лабораториях до сих пор.

    Первый  опыт по дисперсии был традиционным. Проделав небольшое отверстие в  ставне окна затемнённой комнаты, Ньютон поставил на пути пучка лучей, проходивших  через это отверстие, стеклянную призму. На противоположной стене  он получил изображение в виде полоски чередующихся цветов. Полученный таким образом спектр солнечного света Ньютон разделил на семь цветов радуги – красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий, фиолетовый. Установление именно семи основных цветов спектра в известной степени произвольно: Ньютон стремился провести аналогию между спектром солнечного света и музыкальным звуковым рядом. Если же рассматривать спектр без подобного предубеждения, то полоса спектра возникающего из-за дисперсии распадается на три главные части – красную, желто-зелёную и сине-фиолетовую. Остальные цвета занимают сравнительно узкие области между этими основными. Вообще же человеческий глаз способен различать в спектре солнечного света до 160 различных цветовых оттенков.

    В последующих опытах по дисперсии  Ньютону удалось соединить цветные  лучи в белый свет.

    В результате своих исследований Ньютон, в противоположность Аристотелю, пришёл к выводу, что при смешивании «белизны и черноты никакого цвета  не возникает…». Все цвета спектра  содержатся в самом солнечном  свете, а стеклянная призма лишь разделяет  их, так как различные цвета  по-разному преломляются стеклом. Выполненные  Ньютоном  оптические  исследования  представляют  большой интерес не только с точки  зрения  полученных  результатов,  но  также и с методической точки зрения. Разработанная Ньютоном  методика  исследований  с призмами (в частности, метод скрещенных  призм)  пережила  века  и  вошла  в арсенал современной физики.

      Приступая к оптическим исследованиям, Ньютон ставил перед собой задачу «не  объяснять  свойства  света  гипотезами, но  изложить  и доказать   их рассуждениями и опытами». Проверяя то  или  иное  положение,  ученый  обычно придумывал  и  ставил  несколько  различных  опытов.  Он  подчеркивал,   что необходимо  использовать  разные  способы  «проверить  то  же   самое,   ибо испытующему обилие не мешает».

    Окончательный вывод Ньютон сформулировал следующим  образом: «Вид цвета и степень преломляемости, свойственные каждому отдельному  сорту  лучей,  не изменяются ни преломлением, ни  отражением,  ни  какой-либо  иной  причиной, которую я мог наблюдать. Если какой-нибудь сорт лучей был хорошо отделен  от лучей другого рода,  то  после  этого  он  упорно  удерживал  свою  окраску, несмотря на мои крайние старания изменить ее».

    Наиболее  сильно преломляются фиолетовые лучи, слабее всего – красные. 

    Впоследствии  учёные установили то факт, что, рассматривая свет как волну, каждому цвету  следует сопоставить свою длину  волны. Очень важно, что эти длины  волн меняются непрерывным образом, соответствуя различным оттенкам каждого  цвета. Обычно чем больше частота волны, тем больше показатель преломления среды и меньше ее скорость света в ней:

• у красного цвета максимальная скорость в среде и минимальная степень преломления,
• у фиолетового цвета минимальная скорость света в среде и максимальная степень преломления.

    Изменение показателя преломления среды в  зависимости от длины распространяющейся в ней волны называется дисперсией (от латинского глагола «рассеивать»). Показатель преломления обычного стекла близок к 1.5 для всех длин волн видимого света.

    Опыты Ньютона и других учёных показывали, что с увеличением длины волны  света показатель преломления исследуемых  веществ монотонно уменьшается. Однако в 1860 году, измеряя показатель преломления паров йода, французский  физик Леру обнаружил, что красные  лучи преломляются этим веществом сильнее, чем синие. Это явление он назвал аномальной дисперсией света. В дальнейшем аномальная дисперсия была обнаружена во многих других веществах.

    В современной физике как нормальная, так и аномальная дисперсия света  объясняются единым образом. Отличие нормальной дисперсии от аномальной заключается в следующем. Нормальная дисперсия происходит с лучами света, длина волны которых далека от области поглощения волн данным веществом. Аномальная дисперсия наблюдается только в области поглощения.

    Если  внимательно присмотреться к  дисперсии света, то можно обнаружить её связь с проникающей способностью электромагнитных излучений. Действительно, чем короче длина волны электромагнитного  излучения, тем больше шансов у излучения  проникнуть сквозь вещество, в пространстве между атомами. Именно поэтому, рентгеновское  и гамма-излучение обладают очень  большой проникающей способностью. Аномальная дисперсия широко распространена, например, она наблюдается практически у всех газов на частотах вблизи линий поглощения, однако у паров йода она достаточно удобна для наблюдения в оптическом диапазоне, где они очень сильно поглощают свет.

    Пространственной  дисперсией называется зависимость тензора диэлектрической проницаемости среды от волнового вектора. такая зависимость вызывает ряд явлений, называемых эффектами пространственной поляризации.

    Радуга.

 

    Радуга  — это оптическое явление,  связанное  с  преломлением  световых лучей на многочисленных капельках дождя. Однако далеко  не  все  знают,  как именно преломление света на капельках  дождя приводит  к возникновению на небосводе  гигантской   многоцветной   дуги.   Поэтому   полезно подробнее остановиться на физическом объяснении этого эффектного оптического явления.

    Радуга  глазами внимательного наблюдателя. Прежде  всего  заметим,  что радуга может наблюдаться только  в  стороне, противоположной Солнцу.  Если встать лицом к радуге, то Солнце окажется  сзади.  Радуга  возникает,  когда Солнце освещает завесу дождя. По  мере  того как дождь стихает,  а затем прекращается, радуга блекнет и постепенно  исчезает.  Наблюдаемые  в  радуге цвета чередуются в такой же последовательности, как и в спектре,  получаемом при пропускании пучка солнечных лучей  через призму.  При этом  внутренняя (обращенная  к поверхности Земли)  крайняя область радуги   окрашена   в фиолетовый цвет,  а  внешняя  крайняя  область  —  в  красный.  Нередко  над основной радугой возникает еще одна (вторичная) радуга  —  более  широкая  и размытая. Цвета во  вторичной  радуге  чередуются  в  обратном  порядке:  от красного (крайняя внутренняя область дуги) до фиолетового (крайняя внешняя область).

    Для  наблюдателя,   находящегося   на   относительно   ровной   земной

поверхности, радуга появляется при условии, что угловая  высота  Солнца  над горизонтом не превышает примерно 42°. Чем ниже Солнце,  тем  больше  угловая высота вершины радуги  и  тем,  следовательно,  больше  наблюдаемый участок радуги.  Вторичная  радуга  может  наблюдаться,  если  высота   Солнца   над горизонтом не превышает примерно 52.

    Радуга  может рассматриваться как гигантское колесо, которое как на ось

надето  на воображаемую прямую линию, проходящую через Солнце и наблюдателя.

    Таким образом, положение радуги по отношению  к  окружающему  ландшафту зависит от положения наблюдателя по отношению к Солнцу,  а угловые размеры радуги определяются высотой Солнца над горизонтом. Наблюдатель есть  вершина конуса,  ось  которого  направлена  по  линии,  соединяющей наблюдателя   с Солнцем. Радуга есть  находящаяся  над  линией  горизонта  часть  окружности основания этого конуса. При передвижениях  наблюдателя  указанный  конус,  а значит, и радуга, соответствующим образом перемещаются;  поэтому  бесполезно охотиться за обещанным горшком золота.

    Заключение.

 

    В заключение я хочу сказать, что в целом поставленная цель об изучении, более глубоком понимании такого явления как дисперсия света в итоге достигнута. Для достижения этой цели пришлось постараться. Теперь, увидев радугу или гало, мы можем не только любоваться этим красивым явлением, но и объяснить причину их возникновения на “физическом“ языке, а не просто поверхностное понимание.  
 

 

Содержание

 

Введение…………………………………………………………………………1

Дисперсия света………………………………………………………………………............1

История открытия и исследований……………………………………………..2

Радуга……………………………………………………………………………..5

Заключение……………………………………………………………………….7