Wróć do informacji o e-podręczniku Wydrukuj Udostępnij materiał Zapisz jako PDF

Zapewne obserwowaliście już zjawisko powstawania na niebie wielobarwnego łuku – tęczy. Jeśli nie, to może widzieliście, jak mienią się barwami krople rosy w słoneczny poranek. Jeśli nie lubicie deszczu i nie jeście zwolennikami porannego wstawania, postawcie szklankę gazowanej wody mineralnej, tak aby oświetlały ją promienie słoneczne. Zaobserwujecie wówczas, że pęcherzyki gazu w szklance zmieniają swoją barwę i połysk. Wszystkie te zjawiska są przejawem rozszczepienia (dyspersji) światła.

R1IxQRPSPCg4t1
Rozszczepienie światła słonecznego za pomocą pryzmatu dokonane przez Newtona w latach 1665–66 zostało uznane przez świat nauki za jeden z dziesięciu najpiękniejszych eksperymentów w historii fizyki. Uczony wykazał w ten sposób, że światło białe jest w istocie mieszaniną barw
Już potrafisz
  • przytoczyć treść prawa odbicia światła;

  • podać przyczyny, dla których światło na granicy dwóch ośrodków ulega załamaniu.

Nauczysz się
  • że światło białe jest mieszaniną barw;

  • że światło białe ulega rozszczepieniu podczas przejścia przez pryzmat;

  • podawać przyczyny, dla których światło białe ulega rozszczepieniu.

i3Y2lvbJep_d5e198

1. Rozszczepienie światła białego

Fizykiem, który jako pierwszy udowodnił, że światło białe jest mieszaniną różnych barw, był znany nam już odkrywca prawa powszechnego ciążenia Isaac Newton. Właśnie Newton w swoim eksperymencie wykorzystał pryzmat.

RrC8LXbWIQca71
Pryzmaty ze szkła kwarcowego

Pryzmat to bryła z materiału optycznie przezroczystego (zwykle ze szkła), będąca graniastosłupem o podstawie trójkąta. Światło przechodząc przez pryzmat, ulega podwójnemu załamaniu, po raz pierwszy na granicy ośrodków powietrze–szkło (przy wejściu do pryzmatu), po raz drugi na granicy szkło–powietrze (przy wyjściu z pryzmatu). Bieg promienia światła w pryzmacie przedstawia poniższa ilustracja.

RwHrTjvfR6v6e1
Droga promienia światła w pryzmacie
Doświadczenie 1
Problem badawczy

Jak i dlaczego światło ulega rozszczepieniu?

Hipoteza

Światło białe ulega rozszczepieniu, ponieważ jest mieszaniną podstawowych, prostych barw.

Co będzie potrzebne
  • źródło światła białego (latarka LED, rzutnik);

  • szczelina;

  • pryzmat z podstawką;

  • ekran.

Instrukcja
  1. Szczelinę ustawić pionowo bezpośrednio za źródłem światła.

  2. Skierować źródło światła na jedną ze ścian pryzmatu.

  3. Ustawić ekran tak, aby padało na niego światło po przejściu przez pryzmat.

Podsumowanie

Na ekranie obserwujemy tzw. widmo światła białego, czyli zestaw kolorów od fioletowego do czerwonego powstały skutkiem rozszczepienia wiązki światła białego. Światło białe jest zatem mieszaniną barw.

Zapamiętaj!

Światło białe jest mieszaniną barw.

Jaki jest mechanizm powstawania widma światła białego? Promień światła, który jest mieszaniną barw, ulega podwójnemu załamaniu podczas przejścia przez pryzmat. Każda ze składowych załamuje się pod innym kątem, ponieważ podczas przejścia z jednego ośrodka do drugiego zmienia się jej prędkość rozchodzenia.

Ri57ZLEPIWKAJ1
Mechanizm powstawania widma światła białego podczas przejścia przez pryzmat
Zapamiętaj!

Podczas przejścia przez pryzmat największemu odchyleniu od pierwotnego kierunku ulega światło fioletowe, a najmniejszemu czerwone.

Rozszczepienie odbywa się już przy wejściu światła białego do pryzmatu. Podczas wyjścia kąty załamania, pod którymi składowe barwy światła białego opuszczają pryzmat, rosną, dzięki czemu zjawisko staje się lepiej widoczne.
Rozszczepianie światła pozwala wytłumaczyć wiele zjawisk obserwowanych w przyrodzie, np. powstawanie tęczy.

Ćwiczenie 1
R8VZuwFgukSdG1
Zadanie interaktywne
Źródło: Dariusz Kajewski <Dariusz.Kajewski@up.wroc.pl>, licencja: CC BY 3.0.
i3Y2lvbJep_d5e383

2. Problemy wynikające z rozszczepienia światła

Rozszczepienie światła jest pięknym i widowiskowym zjawiskiem, ale może być także kłopotliwe. Pierwsze obserwacje nieba prowadzone były przy użyciu lunet, które posiadały pojedyncze szklane soczewki.

R15bjMUBC1MUD1
Załamanie światła w soczewkach lunety astronomicznej

W przypadku gdy przez soczewkę przebiega wiązka światła i ulega ona załamaniu, to podobnie jak w pryzmacie, zwłaszcza w przypadku „grubych” soczewek, może dojść do rozszczepienia światła na barwy podstawowe. Każda z barw ma inne ognisko – nie ma zatem jednego punktu, w którym zbiegają się wszystkie promienie świetlne. W rezultacie możemy zauważyć kolorową obwódkę wokół obserwowanych przedmiotów oraz odczuć utratę ostrości widzenia ich obrazu.

R1bkyEhVvK7VL1
Aberracja chromatyczna

Zjawisko, o którym mowa powyżej, nazywamy aberracją chromatyczną. Wpływa ona na jakość obrazu zarówno przy obserwacjach astronomicznych wykonywanych przy zastosowaniu prostych teleskopów, jak i na proces powstawania zwykłych zdjęć, gdyż aparaty fotograficzne wyposażone są w plastikowe lub szklane obiektywy. Efekt ten można skorygować, używając układu odpowiednio dobranych soczewek (układu achromatycznego) zamiast pojedynczych soczewek.

Polecenie 1

Gdy zachodzi aberracja chromatyczna, które z ognisk znajduje się bliżej soczewki – światła czerwonego czy światła fioletowego? Uzasadnij odpowiedź.

i3Y2lvbJep_d5e482

Podsumowanie

  • Pryzmat to bryła z materiału optycznie przezroczystego (zwykle ze szkła), będąca graniastosłupem o podstawie trójkąta.

  • Światło przechodząc przez pryzmat ulega podwójnemu załamaniu, po raz pierwszy na granicy ośrodków powietrze–szkło (przy wejściu do pryzmatu), po raz drugi na granicy szkło–powietrze (przy wyjściu z pryzmatu).

  • Widmo światła białego jest to zestaw kolorów od fioletowego do czerwonego, płynnie przechodzących jeden w drugi, będący wynikiem rozszczepienia wiązki światła białego.

  • Światło białe jest mieszaniną barw.

  • Podczas przejścia przez pryzmat największemu załamaniu ulega światło fioletowe, a najmniejszemu – czerwone.

  • Aberracja chromatyczna to wada soczewki spowodowana rozszczepieniem światła białego na barwy składowe, przez co każda z barw posiada własne ognisko, leżące w różnej odległości od soczewki.

Praca domowa
Polecenie 2.1

Dlaczego odbicie światła białego od zwierciadła nie powoduje jego rozszczepienia?

i3Y2lvbJep_d5e544

Słowniczek

aberracja chromatyczna
aberracja chromatyczna

– wada soczewki spowodowana rozszczepieniem światła białego na barwy składowe, przez co każda z barw posiada ognisko leżące w różnej odległości od soczewki.

pryzmat
pryzmat

– bryła z materiału optycznie przezroczystego (zwykle ze szkła), będąca graniastosłupem o podstawie trójkąta.

i3Y2lvbJep_d5e606

Zadanie podsumowujące lekcję

Ćwiczenie 2
RiugBuhvHnXCA1
Zadanie interaktywne
Źródło: Dariusz Kajewski <Dariusz.Kajewski@up.wroc.pl>, licencja: CC BY 3.0.