Moduł 11 kursu Optyka: Doświadczenie Newtona z pryzmatem, zjawisko dyspersji światła, powstawanie tęczy w kroplach deszczu, barwy ciał, absorpcja i odbicie selektywne, filtry optyczne oraz mieszanie barw.
Optyka — kurs podstawowy › Blok III: Układy optyczne, oko i barwy
Co Newton zobaczył na ścianie po przejściu wąskiej wiązki białego światła przez pryzmat?
Poprawna: d) Pryzmat rozłożył światło na barwy od czerwieni do fioletu, tworząc wydłużone widmo. Biała plama oznaczałaby brak rozszczepienia, a pojedyncza barwa to wynik późniejszej izolacji.
Gdy Isaac Newton zaciemnił swój pokój w Cambridge, pozostawiając jedynie mały otworek w okiennicy, wpuścił do środka wąską wiązkę promieni słonecznych. Na jej drodze postawił trójkątny szklany pryzmat .
Co Newton zobaczył na ścianie po przejściu wąskiej wiązki białego światła przez pryzmat?
Poprawna: d) Pryzmat rozłożył światło na barwy od czerwieni do fioletu, tworząc wydłużone widmo. Biała plama oznaczałaby brak rozszczepienia, a pojedyncza barwa to wynik późniejszej izolacji.
Dlaczego poszczególne barwy załamują się w szkle pod różnymi kątami?
Dlaczego poszczególne barwy załamują się w szkle pod różnymi kątami?
| Skrajna barwa widma | Długość fali $\lambda$ | Prędkość w szkle ($v$) | Współczynnik załamania ($n$) | Kąt odchylenia w pryzmacie |
|---|---|---|---|---|
| Światło czerwone | $\lambda \approx 700\text{ nm}$ (najdłuższa) | Największa ($v_{\text{czerw}} \approx 198\,000\text{ km/s}$) | Najmniejszy ($n_{\text{czerw}} \approx 1{,}51$) | Załamuje się NAJSŁABIEJ (odchyla się o najmniejszy kąt) |
| Światło fioletowe | $\lambda \approx 400\text{ nm}$ (najkrótsza) | Najmniejsza ($v_{\text{fiolet}} \approx 196\,000\text{ km/s}$) | Największy ($n_{\text{fiolet}} \approx 1{,}53$) | Załamuje się NAJSILNIEJ (odchyla się o największy kąt) |
Która barwa ma największy współczynnik załamania w szkle?
Poprawna: c) Fiolet ma najmniejszą prędkość w szkle ($n\approx1{,}53$), więc załamuje się najsilniej. Czerwień ma $n\approx1{,}51$ i załamuje się najsłabiej.
Tęcza to gigantyczny, naturalny pokaz dyspersji światła słonecznego zachodzący jednocześnie w milionach mikroskopijnych, kulistych kropel deszczu unoszących się w powietrzu.
Gdzie musi znajdować się Słońce, aby obserwator zobaczył tęczę?
Poprawna: b) Światło musi wpaść do kropel przed obserwatorem i wrócić do jego oka, więc Słońce świeci zza pleców, pod kątem poniżej $42^\circ$ nad horyzontem.
Większość przedmiotów wokół nas (ściany, ubrania, liście, książki) nie świeci własnym światłem. Widzimy je wyłącznie dzięki temu, że odbijają padające na nie światło ze źródeł (np. ze Słońca lub żarówki).
Dlaczego czerwone jabłko oświetlone czystym zielonym światłem wygląda czarno?
Poprawna: a) Skórka jabłka odbija tylko czerwień, a zieleń pochłania; bez światła czerwonego do oka nie dociera nic. Barwa przedmiotu zależy więc także od barwy oświetlenia.
W fizyce i technologii stosuje się dwa zupełnie różne procesy tworzenia barw:
W syntezie addytywnej czerwony + zielony daje:
Poprawna: d) R+G daje żółty; błękitny powstaje z G+B, purpurowy z R+B, a biel dopiero z R+G+B. Mylenie żółtego z bielą to częsty błąd.
Treść: W pewnym rodzaju ciężkiego szkła optycznego (szkło flint) współczynnik załamania dla światła czerwonego wynosi $n_{\text{cz}} = 1{,}62$, a dla światła fioletowego $n_{\text{f}} = 1{,}66$.
W szkle flint $n_{\text{cz}}=1{,}62$, a $n_{\text{f}}=1{,}66$. Które światło biegnie w nim szybciej?
Poprawna: c) $v=\frac{c}{n}$, więc mniejsze $n$ oznacza większą prędkość. Większy współczynnik fioletu oznacza, że fiolet biegnie wolniej, nie szybciej.
W symulatorze zmieniasz materiał pryzmatu z kronu na flint. Co obserwujesz?
Poprawna: b) Flint ma większą dyspersję, czyli większą różnicę $n$ między czerwienią a fioletem, więc barwy rozchodzą się pod większymi kątami. Kolejność barw pozostaje ta sama.
Wąska wiązka światła białego pada na szklany pryzmat i ulega rozszczepieniu. Wyjaśnij:
Żółta koszula oświetlona czystym czerwonym światłem wyda się:
Poprawna: a) Żółć odbija składowe czerwoną i zieloną, więc w świetle czerwonym odbije czerwień. Czarna byłaby wtedy, gdyby nie miała czego odbić.