Balta šviesa. Spektras
Ar balta šviesa iš tikrųjų balta? Anglų fizikas I. Niutonas atsakymą į šį klausimą rado 1666 metais. Tyrėjas užtamsino kambarį, o langinėje paliko skylutę. Pro ją į kambarį patekęs siauras baltos šviesos pluoštas savo kelyje sutiko stiklinę prizmę ir ant priešingos kambario sienos pasirodė vaivorykštės spalvų atvaizdas (3.2.1 pav.). Šį atvaizdą I. Niutonas pavadino spektrù. Prizmė išsklaidė baltą šviesą į sudėtines dalis. Taip buvo įrodyta, kad balta šviesa yra sudėtinė, sudaryta iš septynių spektro spalvų. Spektre jos išsidėsčiusios tokia tvarka: raudona, oranžinė, geltona, žalia, žydra, mėlyna ir violetinė (3.2.2 pav., a). Baltos šviesos skaidymas į spektrą vadinamas šviesõs sklaidà arba disper̃sija.
Siekdamas įsitikinti savo išvadų teisingumu, I. Niutonas atliko bandymą naudodamas dar vieną prizmę. Jis nukreipė viso spektro spindulius į 180° kampu pirmosios prizmės atžvilgiu pastatytą kitą prizmę. Už šios prizmės tyrėjas vėl gavo baltą šviesą (3.2.2 pav., b).
I. Niutonas bandymais įrodė, kad spalvota šviesa nesiskaido į sudėtines dalis. Iš gauto spektro mokslininkas išskyrė skirtingų spalvų spindulių pluoštus ir paeiliui nukreipė juos vienodu kritimo kampu į kitą stiklinę prizmę (3.2.2 pav., c). Jis įsitikino, kad skirtingos spalvos spindulių pluoštai, eidami per prizmę, lūžta nevienodai. Violetinės spalvos spinduliai lūžta daugiausia, raudonos – mažiausiai.
Šviesos sklaidos fizika
Skirtingų spalvų spindulių lūžimas stiklinėje prizmėje yra susijęs su šviesos bangos ilgiu ir dažniu. Spektrą sudarančių spalvų šviesos bangos ilgis ir dažnis skiriasi (3.1 lentelė). Violetinės šviesos bangos ilgis yra mažiausias, o dažnis – didžiausias. Raudonos šviesos bangos ilgis yra didžiausias, o dažnis – mažiausias.
Vakuume ir ore skirtingo ilgio šviesos bangos sklinda vienodu greičiu – 3 · 108 m/s. Stiklinėje prizmėje skirtingo ilgio šviesos bangos sklinda skirtingu greičiu. Violetinės, trumpiausios, šviesos bangos greitis yra mažiausias, o raudonos, ilgiausios, – didžiausias. Žinome, kad absoliutusis lūžio rodiklis priklauso nuo šviesos greičio terpėje
Spalva | Bangos ilgis, nm4 | Bangos dažnis, THz5 |
Violetinė | 380–450 | 680–790 |
Mėlyna | 450–485 | 620–680 |
Žydra | 485–500 | 600–620 |
Žalia | 500–565 | 530–600 |
Geltona | 565–590 | 510–530 |
Oranžinė | 590–625 | 480–510 |
Raudona | 625–740 | 405–480 |
3.1 lentelė. Skirtingų spalvų šviesos bangos ilgis ir dažnis
4 1 nm = 10-9 m
5 1 THz = 1012 Hz
Muzikos spalvos
Dažnai girdime sakant, kad muzika turi daug spalvų. Iš fizikos istorijos žinoma, kad muzikos ir spalvų sąsajų XVII a. ieškojo I. Niutonas. Remdamasis pãnaša su garso oktava, jis šviesos spektrą padalijo į septynias spalvas: raudoną, oranžinę, geltoną, žalią, žydrą, mėlyną ir violetinę (3.2.3 pav.). Muzikos garsus sudaro garso bangos. Kuo didesnis garso bangos dažnis, tuo didesnis natos aukštis. Pagrindinės C (do) natos dažnis yra mažiausias – 262 Hz, o B (si) natos dažnis yra didžiausias – 494 Hz. Raudonos šviesos bangos dažnis yra mažiausias,o violetinės – didžiausias (3.1 lentelė). Todėl C (do) nata buvo sutapatinta su raudona spalva, o B (si) – su violetine (3.2.3 pav.).
Muzikos garsai ir spalvos turi bendrų fizikinių savybių. Tai bangos ilgis, greitis ir dažnis. Tačiau bendrų jutiminių savybių muzika ir spalvos turi nedaug. Muzika yra girdima. Muzikos garsams būdingas tempas, aukštis, tembras, ritmas. Spalva yra matoma. Ji turi lengvumo, ryškumo ir atspalvio savybes. Tiek muzika, tiek spalvos kelia emocijas. Meno kritikai teigia, kad vienas žymiausių lietuvių menininkų Mikalojus Konstantinas Čiurlionis (1875–1911) netapė muzikos, bet jo tapyba stipriai paveikta muzikos, o muzika – tapybos.
Klausimai ir užduotys
- Paaiškinkite, kodėl prizmė išskaido baltą šviesą.
- Kas atsitiktų į prizmę nukreipus žalios spalvos lazerio spindulį? Apibūdinkite spindulio kelią per prizmę. Paieškokite internete šio reiškinio nuotraukų.
- Raudonas šviesos spindulys iš oro perėjo į stiklinę prizmę. Ar dėl to pasikeitė jo spalva? Ar prizmėje šviesos spindulys suskilo į sudėtines dalis? Atsakymą pagrįskite.
- Kaip spalvų išsidėstymas spektre susijęs su sakiniu „Raudonai, o gal žaliai žydi marių vandenai“?
- Atlikite bandymą. Jam prireiks balto popieriaus lapo, skaidrios plastikinės plokštelės, žirklių, klijų, žibintuvėlio, stiklinės, vandens. Atkirpkite stačiakampę balto popieriaus lapo juostelę ir ant jos priklijuokite skaidrią plastikinę plokštelę. Į stiklinę pripilkite vandens. Priglauskite popieriaus juostelę su plastikine plokštele prie stiklinės ir prispauskite kišeniniu žibintuvėliu. Žibintuvėlį įjunkite. Ant pritemdyto kambario sienos turėtumėte pamatyti spektrą ties plastikinės plokštelės kraštais.
- Service provided by UAB "Biznio mašinų kompanija" and "Star Cloud OÜ"