МОУ Алексеевская средняя общеобразовательная школа

Тема работы

«Дисперсия света, цвет и человек»

Вид работы – проблемно-реферативная

Учитель физики 1 квалификационной категории

Стекольников Всилий Георгиевич

2010 год

Введение ………………………………………………………….. 3

1. Дисперсия света ……………………………………………………4

2. Немного из истории цвета ………………………………………….5

3. Влияние цвета на человека………………………………………….7

4. Какого цвета ваш характер? ..............................................................8

5. Цвет и звук …………………………………………………………..9

6. Лечебное воздействие цвета ………………………………………..11

7. Группа крови и цвет …………………………………………………12

8. Цвет автомобиля и ДТП на дороге………………………………… 13

учебных кабинетов ………………………………………………….14

10. Заключение …………………………………………………………15

11. Список использованной литературы …………………………….. 16

Введение

В данной работе поставлены следующие задачи:

Раскрыть интересные факты о том, как цвет влияет на характер человека, какое лечебное воздействие оказывает цвет, какова связь между цветом и звуком, фантастические на первый взгляд перспективы «цветного озвучивания» космоса, какова связь между группой крови человека и цветом, о том, какая интересная зависимость существует между человеком и цветом. Немного затрагиваются малоисследованные наукой факты существования биополя человека и любого предмета, их взаимовлияние друг на друга. Также факт умелого использования великих художников и композиторов влияния цветового оформления картин и произведений для их лучшего восприятия человеком на подсознательном уровне через цвет.

Показать влияние цветового оформления учебных кабинетов, школьных коридоров, спортзалов и мастерских на успешное обучение учащихся, на их психическое состояние, а в зависимости от этого и здоровье.

1. Дисперсия света

Занимаясь усовершенствованием телескопов, Ньютон обратил внимание на то, что изображение, даваемое объективом, по краям окрашено. Он заинтересовался этим и первый «исследовал разнообразие световых лучей и проистекавшие отсюда особенности цветов, каких до того никто даже не подозревал» (слова из надписи на надгробном памятнике Ньютону). Радужную окраску изображения, даваемое линзой, наблюдали, конечно, и до него. Было замечено, также, что радужные имеют предметы, рассматриваемые через призму, Пучок световых лучей, прошедших через призму, окрашивается по краям.

https://pandia.ru/text/78/320/images/image002_36.jpg" width="124" height="112">
И. Ньютон () Опыт Ньютона Дисперсия света

Основной опыт Ньютона был гениально прост. Он догадался направить на призму световой луч малого поперечного сечения. Пучок солнечного света проходил в затемненную комнату через маленькое отверстие в стене. Падая на стеклянную призму, он преломлялся и давал на противоположной стене удлиненное изображение с радужным чередованием цветов. Следуя многовековой традиции, согласно которой радуга считалась состоящей из 7 цветов, Ньютон тоже выделил 7 цветов: фиолетовый, синий, голубой, зеленый, желтый, оранжевый, красный. Саму радужную полоску Ньютон назвал спектром.

https://pandia.ru/text/78/320/images/image005_27.jpg" align="left" width="150" height="100 src=">

Виды спектров

Важный вывод, к которому пришел Ньютон, был сформулирован им в трактате по «Оптике» следующим образом: «Световые лучи, отличающие по цвету, отличаются по степени преломляемости». Наиболее сильно преломляются фиолетовые лучи, меньше других-красные. Зависимость показателя преломления света от его цвета Ньютон назвал дисперсией .

2. Немного из истории цвета

В Англии был такой случай. На своего соседа пожаловались в суд жители домов, расположенных напротив. Дело в том, что, ядрено-канареечный цвет, в который англичанин выкрасил фасад своего дома, и черные рамы вызывали у местных жителей головную боль. По предписанию суда владелец яркого особняка вынужден был его перекрасить.

Колл" href="/text/category/koll/" rel="bookmark">коллег российские текстильные фабрики в 90-х годах, производили в основном ткани трех мрачных цветов; серого, коричневого и черного. По мнению, психологов такая цветовая гамма построена на оттенках разрушения. Полюбившимся постперестроечным россиянам сложные цвета жухлой осени, прошлогодних листьев и увядания, психологи называют грязноватистыми, тухлыми и нездоровыми.

Развитие цвета связано со 100-летним циклом, утверждает кандидат наук, один из первых российских ученых-колористов, преподаватель столичной Текстильной академии Светлана Жученкова. Концу столетия, как правило соответствуют сложные цвета; сиреневый, болотно-зеленый, серо-синий, а также бледные и нежные цвета. Простые цвета; белый, черный, красный и желтый-более характерны для начала века.

В тоже время нельзя не считаться с национальной психологией. Так, например, если в Америке мужчина идет устраиваться на работу в коричневом костюме, то он вряд ли получит это место. Французы предпочитают острые тона и любят контрасты, итальянцы - более мягкие цвета. Азия тяготеет к желтому, голубому и немного вульгарному, рыжему, прибалты - к зеленому и коричневому. Москва отличается пестрой гаммой, а Санкт-Петербург - «эстетствующей».

https://pandia.ru/text/78/320/images/image009_25.jpg" width="109" height="150">

В свое время Сталин, последовав примеру Наполеона, создавшего вычурный и помпезный цветовой стиль для увековечивания в архитектуре и живописи пышности своих побед, требовал строить порталы и арки в величественном стиле Наполеона, демонстрируя обликом страны собственное величие. С цветовой гаммой вождь народов обошелся более сурово. Из 160 цветов, каждый из которых в царской Росси имел свое название, сохранилось лишь несколько десятков. Послереволюционные цвета в истории колористики России вообще отсутствуют как жанр. В сталинскую эпоху существовали ограниченные цвета. В 40-50-ые годы страну одели в серо-стальные и зеленые тона, в 60-ые использовались цвета повышения производительности труда. В 70-ые были разработаны флюоросцентные красители. По некоторым данным, почти все разработчики этих ядовитых цветов умерли от рака.

https://pandia.ru/text/78/320/images/image011_20.jpg" align="left" width="106" height="136 src=">

3. Влияние цвета на человека.

Между человеком и цветом существуют странные и непростые отношения. По мнению ученых, цвет это не просто элемент эстетики и культуры, а скорее сложная психическая субстанция, демонстрирующая настроение человека, состояние его психического здоровья и даже способная влиять на него.

https://pandia.ru/text/78/320/images/image014_16.jpg" width="276" height="360 src=">

Красный цвет активизирует мышечную силу. Психологи утверждают, что, если на тяжелоатлета надеть красные очки, он «возьмет» больший вес, чем без них. В то же время, находясь в окружении «красного», человек постарается быстрее из него выбраться. Красные телефонные будки были рассчитаны на большую проходимость. Почти также реагируют на этот цвет и дети. Ребенок, спящий лицом к стене с красными обоями, более раздражителен и неспокоен.

Фиолетовый цвет мог бы заменить наркоманам галлюциноген. Если человека посадить в комнату, где все: потолок, пол, стены, окна и двери будут выкрашены в фиолетовый цвет, то у него начнутся галлюцинации.

Синий цвет способствует размышлениям, успокаивает и снижает давление.

Голубой цвет настраивает на меланхолию.

Белый цвет создает ощущение нереальности.

Черный цвет самый сложный с одной стороны, мистический, символизирующий посвященность во что-то недоступное остальным, с другой стороны - официальный.

	Влияние на человека
	Раздражает, возбуждает
Фиолетовый	Вызывает галлюцинации
	Успокаивает, снижает давление
	Настраивает на меланхолию
	Создает ощущение нереальности
	Мистический

4. Какого цвета ваш характер?

Психологи утверждают, что характер человека можно определить по его цветовым вкусам. К таким выводам, кстати, пришел швейцарский ученый М. Люмар. Он считает, что если вам нравится красный цвет, то основные ваши черты-сильная воля, быстрое принятие решений. Предпочтение желтого цвета говорит о том, что вы оптимист и идеалист. Вам нравиться все новое, неожиданное, необычное и сенсационное.

Если вам нравиться оранжевый цвет, то вы склонны легко воспринимать удачи и неудачи, у вас достаточно воли для принятия решений. Вы сильны физически и психически.

Если вам нравиться зеленый цвет, то вы самоуверенны и критически настроенная личность. Вы основательны, консервативны, знаете себе цену. Вы почти идеальны в семейной жизни.

Если вас привлекает голубой или синий цвет, то вы человек несильного характера, эмоциональны и добродушны, с богатой внутренней жизнью.

Если же вам нравиться фиолетовый цвет, то вы скорее интуитивист, чем логик.

	Основные черты характера
	Сильная воля, решительность
	Оптимист, идеалист
Оранжевый	Вы сильная личность
	Вы самоуверенны, консервативны, идеальны в семейной жизни
	Слабохарактерны, эмоциональны, добродушны
Фиолетовый	Вы интуитивист, чем логик

5. Цвет и звук

Связь между цветом и звуком наиболее ярко выражена в явлении цветомузыки. Цветомузыка была близка композитору, который предпочитал создавать свои произведения в определенной для данного цвета тональности. Музыка цвета была одним из основных элементов и во многих картинах художника. Масштабного осуществления цветомузыкального воздействия впервые удалось композитору в симфонической поэме «Прометей» («Поэма огня», 1910г.) Для усиления воздействия музыки он ввел в состав оркестра орган, колокола, использовал звучание хора без слов и специальное освещение («партии цвета»).

Картины Рериха:

https://pandia.ru/text/78/320/images/image016_19.jpg" width="128" height="128">

Восприятие человеком музыкальных произведений одновременно с определенной цветовой гаммой света существенно влияет на впечатление от использования этих произведений. В первую очередь потому, что чувствительности глаза и уха взаимосвязаны. Так, чувствительность глаза к зелено-голубым лучам видимого спектра под влиянием звуков и шумов заметно повышается, а к оранжево-красным понижается; чувствительность же нашего слухового аппарата с повышением интенсивности освещения уменьшается. Влияет и то, что быстрее всего человек воспринимает предметы красного цвета и медленнее всего, предметы фиолетовой окраски. И поскольку мир в красках всегда воспринимается человеком острее и глубже, чем серый фон, автор музыки имеет возможность использовать особенности цветового зрения человека для усиления воздействия на него музыки.

Медики давно уже установили, что мажорная музыка ускоряет выделение в организме пищеварительных соков, оказывает возбуждающее действие на человеческий организм, главным образом ускоряет ритмы дыхания и сердцебиения. Его воздействие усиливается, если использовать в окраске помещений и предметов, оранжево-красные тона. Мелодичная музыка вызывает у человека замедление дыхания; на восприятии тихих, невозбуждающих у человека тревоги звуков основана музыкальная терапия. Ее эффективность повышается, если она проводится в помещении, где преобладают сине-зеленые тона окраски.

Это не случайно. В психологическом плане красные цвета возбуждают и настораживают человека-это цвет огня и крови, и в исторически сложившихся у человека представлениях они служат предвестниками беды. Сине-зеленые тона - это цвета свежей растительности и ясного неба; они обычно не связаны с опасностью. Таким образом, цвет влияет на психофизиологическое состояние человека, на восприятие им различных явлений, в том числе и музыки.

Наблюдается и обратный процесс. У большинства любящих музыку людей при сопоставлении мажорных и минорных мелодий возникает ощущение светотени, ибо мажор отождествляется со «светлым» ладом, а минор - с «темным». Это имеет место например, при восприятии картины рассвета во вступлении к опере «Хованщина» и картины ночного неба во вступлении к опере «Ночь перед Рождеством» -Корсакова.

https://pandia.ru/text/78/320/images/image019_14.jpg" width="150" height="112">

Кроме «многоцветья», сопровождающего звучание музыки, ее диапазон воздействия может расширить и использование в оркестрах музыкальных инструментов с особым звуковым спектром –как старых, но не нашедших широкого применения (например, изобретенного терменвокса), так и новых.

https://pandia.ru/text/78/320/images/image021_13.jpg" width="143" height="107">

При этом возможен такой фантастический путь: создать особый музыкальный инструмент и музыку необычайного звучания, перекодировав излучение с их богатой и оригинальной цветовой гаммой в звуковой спектр. Несмотря на кажущуюся утопичность идеи, такую работу проделали сотрудники Парижской астрономической обсерватории, которые с помощью электроакустической техники перевели в звуковые частоты свет отдельных звезд. В результате небесный свод «заговорил» с людьми на языке звуков. О восприятии «музыки небесных сфер» мечтал еще Пифагор. Ныне его мечта осуществилась, но иным путем, чем он предполагал, (не за счет механического движения небесных тел по их орбитам).

6. Лечебное воздействие цвета

Давно доказано, что каждый человек имеет свое биополе . Но как подтвердили специальные научные исследования, наличие биополя характерна и для произведений искусств; картин, скульптур. Более того, в ходе эксперимента удалось доказать, что через это биополе они могут воздействовать на наше здоровье в некоторых случаях сильнее, чем лекарства. Подбором произведения и цветовой гаммы можно нормализовать давление, успокоить нервную систему, уменьшить боль, снять стресс. При регулярном лечении художественными произведениями отмечены хорошие результаты при неврозах, болезнях сердца, печени, щитовидной железы, желчного пузыря и кишечника. Кроме этого человек получает сильный психоэмоциональный импульс, который способствует общему оздоровлению организма.

https://pandia.ru/text/78/320/images/image024_11.jpg" width="92" height="180">

Лечебное воздействие цвета связано с влиянием колебаний волны определенной длины на наши органы и психические центры, причем действие разных цветов оказывает специфическое влияние при определенных заболеваниях.

Красный цвет помогает при вирусных заболеваниях, язвах желудка, анемии , гипотонии, стимулирует иммунитет, деятельность желез внутренней секреции и обмен веществ, укрепляет память, придает бодрость и энергию.

Розовый цвет оказывает седативное воздействие на нервную систему, улучшает настроение.

Оранжевый цвет улучшает процессы пищеварения, регенерации, помогает при заболеваниях селезенки и легких, усиливает кровообращение.

Желтый цвет эффективен при атонических запорах, бессоннице , кожных заболеваниях. Он возбуждает аппетит, оказывает очищающее действие на весь организм, стимулирует зрение и работу печени, тонизирует нервную систему. Его принято считать физиологически оптимальным цветом.

Зеленый цвет нормализует сердечную деятельность, стабилизирует артериальное давление, уменьшает головные боли, боли при заболеваниях позвоночника, помогает при острых простудных заболеваниях, улучшает обмен веществ и работоспособность.

Голубой цвет используют при заболеваниях глаз, печени, гортани, позвоночника. Он снижает аппетит и спазмы кишечника, нормализует сердечную деятельность.

Синий цвет влияет на щитовидную железу, помогает при заболеваниях почек и мочевого пузыря, легких, глаз, лечит бессонницу, психические болезни, желтуху, кожные заболевания.

Фиолетовый цвет -цвет духовности и творчества. Он оказывает успокаивающее действие на нервную систему, помогает при психических расстройствах, невралгии, сотрясениях мозга. Этот цвет рекомендуют при заболеваниях почек, печени, мочевого и желчного пузыря, при различных воспалительных процессах. Отмечено также его позитивное воздействие на сосудистую систему.

7. Группа крови и цвет

Ученые установили, что между группой крови человека и цветом, также существует тесная связь.

1-ая группа крови. Наиболее благоприятны красный, оранжевый и пурпурный тона.

3-яя группа. Более широкий выбор. Красный и оранжевый цвета стимулируют процессы жизнедеятельности и усиливают умственную деятельность. Голубой и зеленый тона успокоят нервы, а фиолетовый тон будет способствовать создания настроения для раздумий и воспоминаний.

4-ая группа. Люди с такой группой крови сходны по своим энергетическим характеристикам со второй, следует чаще соприкасаться чаще с голубым и зеленым цветом.

Группа крови	Благоприятный цвет
	Красный, оранжевый, пурпурный
	Голубой, зеленый
	Красный, оранжевый, голубой, зеленый, фиолетовый
	Голубой, зеленый

8. Цвет автомобиля и ДТП на дороге

По официальным данным, автомобили серебристого цвета на 50% реже попадают в серьезные ДТП, чем автомобили других цветов. Автомобили белого, желтого, серого, красного и синего цвета имеют примерно одинаковый уровень риска. Особенной опасности подвергаются те водители, которые садятся за руль черных, коричневых и зеленых автомобилей, потому что их риск попасть в аварию и получить серьезные травмы повышаются в 2 раза.

https://pandia.ru/text/78/320/images/image026_10.jpg" align="left" width="335" height="209 src=">Самый «опасный» автомобиль по вероятности попадания в ДТП.

Риск увеличивается в 2 раза.

Цветопсихологические исследования показали, что дети отдают предпочтение тому или иному цвету в зависимости от возраста.

В раннем возрасте они предпочитают красный или пурпурный цвет, причем девочки розовый цвет.

В возрасте 9-11 лет интерес к красному цвету постепенно заменяется интересом к оранжевому, затем к желтому, желто-зеленому, а затем к зеленому.

После 12 лет любимый цвет синий.

Классные доски необходимо окрашивать в темно-зеленый или в темно-синий цвет. Не следует на стене, где висит доска, создавать цветовой контраст, чтобы не утомлять зрение учащихся. Передняя стена во многих случаях может быть окрашена в цвет, более интенсивный по сравнению с задней и боковыми стенами.

В подготовительном и первом классе можно рекомендовать интенсивные чистые красные тона.

Для второклассников красный цвет можно постепенно заменять оранжево-красным или оранжевым, для 10-11 летних детей - желтым, желто-зеленым, а затем зеленым.

Для детей переходного возраста начинает играть определенную роль синий цвет, но обязательно в сочетании с оранжевым, так как класс с большим количеством синевого цвета создает «холодное» впечатление.

В классах, где занимаются ручным трудом, следует применять голубой цвет. Этим же цветом следует окрашивать музыкальный класс. В спортивном зале лучше применять голубой и светло-зеленые цвета.

Залы и коридоры могут быть окрашены в светло-синий и желтый цвета

	Предпочитаемые цвета	Цвет, вызывающий отрицательное отношение	Преобладающее психологическое настроение
	Красный, пурпурный, розовый, бирюзовый	Черный, темно-коричневый, серый	Пребывание в мире сказок
	Зеленый, желтый, красный	Оливковый, пастельно-зеленый, лиловый	Преобладание чувственного восприятия мира
	Ультрамарин, оранжевый, зеленый	Фиолетовый, лиловый	Рациональный подход к восприятию мира, развитие самосознания
	Красно-оранжевый	Пурпурный, розовый	Инстинктивно-целенаправленное восприятие мира

10. Заключение

Данная работа призвана показать, какое большое значение имеет знания о влиянии цвета на человеческий организм, на здоровье, на психическое и физическое состояние, на эффективное восприятие художественных и музыкальных произведений. Да и жизнь и безопасность человека напрямую связана, например, с цветом автомобиля, что конечно необходимо учитывать. Вместе с тем, это направление в физике является малоизученной, например, биополе человека и предметов. Или «малоосвещенной» в научной и учебной литературе . Это направление в физике имеет большие перспективы для дальнейшего изучения.

12. Список использованной литературы

1. , Справочник по физике, 2005 год

1.Соросовский научно-образовательный журнал, 2005 год, 2006 год

2. Журнал «Физика в школе», 2005 год

(или длины волны) света (частотная дисперсия), или, то же самое, зависимость фазовой скорости света в веществе от длины волны (или частоты). Экспериментально открыта Ньютоном около 1672 года , хотя теоретически достаточно хорошо объяснена значительно позднее.

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

Один из самых наглядных примеров дисперсии - разложение белого света при прохождении его через призму (опыт Ньютона). Сущностью явления дисперсии является неодинаковая скорость распространения лучей света c различной длиной волны в прозрачном веществе - оптической среде (тогда как в вакууме скорость света всегда одинакова, независимо от длины волны и следовательно 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.

Однако в некоторых веществах (например в парах йода) наблюдается эффект аномальной дисперсии , при котором синие лучи преломляются меньше, чем красные, а другие лучи поглощаются веществом и от наблюдения ускользают. Говоря строже, 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.

Дисперсия света позволила впервые вполне убедительно показать составную природу белого света.

• Белый свет разлагается на спектр и в результате прохождения через дифракционную решётку или отражения от нее (это не связано с явлением дисперсии, а объясняется природой дифракции). Дифракционный и призматический спектры несколько отличаются: призматический спектр сжат в красной части и растянут в фиолетовой и располагается в порядке убывания длины волны: от красного к фиолетовому; нормальный (дифракционный) спектр - равномерный во всех областях и располагается в порядке возрастания длин волн: от фиолетового к красному.

По аналогии с дисперсией света, также дисперсией называются и сходные явления зависимости распространения волн любой другой природы от длины волны (или частоты). По этой причине, например, термин закон дисперсии , применяемый как название количественного соотношения, связывающего частоту и волновое число , применяется не только к электромагнитной волне , но к любому волновому процессу.

Дисперсией объясняется факт появления радуги после дождя (точнее тот факт, что радуга разноцветная, а не белая).

Дисперсия является причиной хроматических аберраций - одних из аберраций оптических систем , в том числе фотографических и видео-объективов .

Коши пришел к формуле, выражающей зависимость показателя преломления среды от длины волны:

…,

Дисперсия света в природе и искусстве

Из-за дисперсии можно наблюдать разные цвета.

• Радуга , чьи цвета обусловлены дисперсией, - один из ключевых образов культуры и искусства.
• Благодаря дисперсии света, можно наблюдать цветную «игру света» на гранях бриллианта и других прозрачных гранёных предметах или материалах.
• В той или иной степени радужные эффекты обнаруживаются достаточно часто при прохождении света через почти любые прозрачные предметы. В искусстве они могут специально усиливаться, подчеркиваться.
• Разложение света в спектр (вследствие дисперсии) при преломлении в призме - довольно распространенная тема в изобразительном искусстве. Например, на обложке альбома Dark Side Of The Moon группы Pink Floyd изображено преломление света в призме с разложением в спектр.

См. также

Литература

• Яштолд-Говорко В. А. Фотосъёмка и обработка. Съёмка, формулы, термины, рецепты. - Изд. 4-е, сокр. - М .: Искусство, 1977.

Ссылки

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Дисперсия света" в других словарях:

Зависимость преломления показателя n в ва от частоты n (длины волны l) света или зависимость фазовой скорости световых волн от их частоты. Следствие Д. с. разложение в спектр пучка белого света при прохождении его сквозь призму (см. СПЕКТРЫ… … Физическая энциклопедия

дисперсия света - Явления, обусловленные зависимостью скорости распространения света от частоты световых колебаний. [Сборник рекомендуемых терминов. Выпуск 79. Физическая оптика. Академия наук СССР. Комитет научно технической терминологии. 1970 г.] Тематики… … Справочник технического переводчика

дисперсия света - šviesos skaida statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. dispersion of light vok. Lichtdispersion, f; Zerteilung des Lichtes, f rus. дисперсия света, f pranc. dispersion de la lumière, f … Radioelektronikos terminų žodynas

дисперсия света - šviesos dispersija statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. dispersion of light vok. Lichtdispersion, f; Zerlegung des Lichtes, f rus. дисперсия света, f pranc. dispersion de la lumière, f … Fizikos terminų žodynas

Зависимость показателя преломления n вещества от частоты ν (длины волны λ) света или зависимость фазовой скорости (См. Фазовая скорость) световых волн от частоты. Следствие Д. с. разложение в спектр пучка белого света при прохождении… … Большая советская энциклопедия

Зависимость показателя преломления п в ва от частоты света v. В обл. частот света, для к рых в во прозрачно, п возрастает с увеличением v нормальная Д. с. В обл. частот, соответствующих полосам интенсивного поглощения света в вом, п убывает с… … Большой энциклопедический политехнический словарь

Зависимость абсолютного показателя преломления вещества от длины волны света … Астрономический словарь

Для улучшения этой статьи желательно?: Добавить иллюстрации. Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное. Проставить шаблон карточку, который существ … Википедия

Зависимость фазовой скорости гармонических волн в среде от частоты их колебаний. дисперсия волн наблюдается для волн любой природы. Наличие дисперсии волн приводит к искажению формы сигнала (напр., звукового импульса) при распространении в среде … Большой Энциклопедический словарь

Дисперсия света (разложение света) — это явление зависимости абсолютного показателя преломления вещества от длины волны света (частотная дисперсия), а также, от координаты (пространственная дисперсия), или, что то же самое, зависимость фазовой скорости света в веществе от длины волны (или частоты). Экспериментально открыта Ньютоном около 1672 года, хотя теоретически достаточно хорошо объяснена значительно позднее.

Один из самых наглядных примеров дисперсии — разложение белого света при прохождении его через призму (опыт Ньютона). Сущностью явления дисперсии является неодинаковая скорость распространения лучей света c различной длиной волны в прозрачном веществе — оптической среде (тогда как в вакууме скорость света всегда одинакова, независимо от длины волны и следовательно цвета).

Обычно чем больше частота волны, тем больше показатель преломления среды и меньше ее скорость света в ней:

Красного цвета максимальная скорость в среде и минимальная степень преломления,

Фиолетового цвета минимальная скорость света в среде и максимальная степень преломления.

Аномальная дисперсия — вид дисперсии света, при которой показатель преломления среды уменьшается с увеличением частоты световых колебаний.

где — показатель преломления среды,

— частота волны.

Согласно современным представлениям и нормальная, и аномальная дисперсии представляют собой явления единой природы. Эта точка зрения основывается на электромагнитной теории света, с одной стороны, и на электронной теории вещества, — с другой. Термин «аномальная дисперсия» сохраняет сегодня лишь исторический смысл, поскольку «нормальная дисперсия» — это дисперсия вдали от длин волн, при которых происходит поглощение света данным веществом, а «аномальная дисперсия» — это дисперсия в области полос поглощения света веществом.

Отличие аномальной дисперсии от нормальной в том, что в некоторых веществах (например в парах иода) при разложении света при прохождении призмы, синие лучи преломляются меньше, чем красные, а другие лучи поглощаются веществом и от наблюдения ускользают. В нормальной дисперсии наоборот, красный свет преломляется на угол, меньший, чем тот, на который преломляется фиолетовый. (подробнее смотри тему "Дисперсия").

Дисперсия света позволила впервые вполне убедительно показать составную природу белого света. Белый свет разлагается на спектр и в результате прохождения через дифракционную решётку или отражения от нее (это не связано с явлением дисперсии, а объясняется природой дифракции). Дифракционный и призматический спектры несколько отличаются: призматический спектр сжат в красной части и растянут в фиолетовой и располагается в порядке убывания длины волны: от красного к фиолетовому; нормальный (дифракционный) спектр — равномерный во всех областях и располагается в порядке возрастания длин волн: от фиолетового к красному.

Поглощение света - явление ослабления яркости света при его прохождении через вещество или при отражении от поверхности. Поглощение света происходит вследствие преобразования энергии световой волны во внутреннюю энергию вещества или в энергию вторичного излучения, имеющего иной спектральный состав и иное направление распространения.

Закон Бугера — Ламберта — Бера — физический закон, определяющий ослабление параллельного монохроматического пучка света при распространении его в поглощающей среде.

Закон выражается следующей формулой:

,

где I0 — интенсивность входящего пучка, l — толщина слоя вещества, через которое проходит свет, kλ — показатель поглощения.

Показатель поглощения — коэффициент, характеризующий свойства вещества и зависящий от длины волны λ поглощаемого света. Эта зависимость называется спектром поглощения вещества.

Цвет — качественная субъективная характеристика электромагнитного излучения оптического диапазона, определяемая на основании возникающего физиологического зрительного ощущения, и зависящая от ряда физических, физиологических и психологических факторов. Индивидуальное восприятие цвета определяется его спектральным составом, а также цветовым и яркостным контрастом c окружающими источниками света, а также несветящимися объектами. Очень важны такие явления, как метамерия; особенности человеческого глаза, и психики.

Спектр поглощения — зависимость интенсивности поглощённого веществом излучения (как электромагнитного, так и акустического) от частоты. Он связан с энергетическими переходами в веществе. Спектр поглощения характеризуется так называемым коэффициентом поглощения который зависит от частоты и определяется как обратная величина к расстоянию, на котором интенсивность прошедшего потока излучения снижается в e раз. Для различных материалов коэффициент поглощения и его зависимость от длины волны различны..

С сегодняшних позиций, нормальная дисперсия — это дисперсия вдали от длин волн, при которых происходит поглощение света данным веществом, тогда как аномальная дисперсия — это дисперсия в области полос поглощения света веществом.

3.Свободные колебания в lc-контуре. Свободные затухающие колебания. Дифференциальное уравнение затухающих колебаний и его решение.

4. Вынужденные электрические колебания. Дифференциальное уравнение вынужденных колебаний и его решение.

5. Резонанс напряжений и резонанс токов.

Основы теории максвелла для электромагнитного поля.

6.Общая характеристика теории Максвелла. Вихревое магнитное поле. Ток смещения.

7.Уравнения Максвелла в интегральном виде.

Электромагнитные волны

8.Экспериментальное получение электромагнитных волн. Плоская электромагнитная волна. Волновое уравнение для электромагнитного поля. Энергия электромагнитных волн. Давление электромагнитных волн.

Геометрическая оптика

9. Основные законы геометрической оптики. Фотометрические величины и их единицы.

10. Преломление света на сферических поверхностях. Тонкие линзы. Формула тонкой линзы и построение изображений предметов с помощью тонкой линзы.

11.Световые волны

12.Интерференция света при отражении от тонких пластинок. Полосы равной толщины и равного наклона.

13. Кольца Ньютона. Применение явления интерференции. Интерферометры. Просветление оптики.

14.Дифракция света

15. Дифракция света на круглом экране и круглом отверстии.

16.Дифракция света на одной щели. Дифракционная решетка.

17. 18. Взаимодействие света с веществом. Дисперсия и поглощение света. Нормальная и аномальная дисперсия. Закон Бугера-Ламберта.

19.Поляризация света. Естественный и поляризованный свет. Степень поляризации. Закон малюса.

20.Поляризация света при отражении и преломлении. Закон брюстера. Двойное лучепреломление. Анизотропия кристаллов.

21. Эффект доплера для световых волн.

22.Тепловое излучение. Свойства равновесного теплового излучения. Абсолютно черное тело. Распределение энергии в спектре абсолютно черного тела. Законы Кирхгофа, Стефана- Больцмана, Вина.

23. Элементы специальной теории относительности Постулаты специальной теории относительности. Преобразования Лоренца.

2. Длительность событий в разных системах отсчета.

24. Основные законы релятивистской динамики. Закон взаимосвязи массы и энергии.

17. 18. Взаимодействие света с веществом. Дисперсия и поглощение света. Нормальная и аномальная дисперсия. Закон Бугера-Ламберта.

Дисперсией света называют явление зависимости абсолютного показателя преломления вещества n от частоты света ω (или длины волны λ):

Следствием дисперсии света является разложение в спектр пучка белого света при прохождении его через призму. Первое экспериментальное исследование дисперсии света в стеклянной призме было выполнено И. Ньютоном в 1672 г.

Дисперсия света называется нормальной в случае, если показатель преломления монотонно возрастает с увеличением частоты (убывает с увеличением длины волны); в противном случае дисперсия называется аномальной , рис.1.

Величина

называется дисперсией вещества и характеризует скорость изменения показателя преломления при изменении длины волны.

Нормальная дисперсия света наблюдается вдали от полос или линий поглощения света веществом, аномальная – в пределах полос или линий поглощения.

Рассмотрим дисперсию света в призме, рис.2.

Пусть монохроматический пучок света падает на прозрачную призму с преломляющим углом θ и показателем преломления n под углом α 1 . После двукратного отклонения (на левой и правой гранях призмы) луч оказывается отклоненным от первоначального направления на угол φ. Из геометрических преобразований следует, что

т.е. угол отклонения лучей призмой тем больше, чем больше преломляющий угол и показатель преломления вещества призмы. Поскольку n = f(λ), то лучи разных длин волн после прохождения призмы окажутся отклоненными на разные углы, т.е. пучок белого света, падающий на призму, за призмой разлагается в спектр, что и наблюдалось впервые Ньютоном. Значит, с помощью призмы, так же как и с помощью дифракционной решетки, разлагая свет в спектр, можно определить его спектральный состав.

Следует помнить, что составные цвета в дифракционном и призматическом спектрах располагаются различно. В дифракционном спектре синус угла отклонения пропорционален длине волны, следовательно, красные лучи, имеющие большую длину волны, чем фиолетовые, отклоняются дифракционной решеткой сильнее. В призме же для всех прозрачных веществ с нормальной дисперсией показатель преломления n с увеличением длины волны уменьшается, поэтому красные лучи отклоняются призмой слабее, чем фиолетовые.

На явлении нормальной дисперсии основано действие призменных спектрометров , широко используемых в спектральном анализе. Это объясняется тем, что изготовить призму значительно проще, чем дифракционную решетку. Призменные спектрометры имеют также большую светосилу.

Электронная теория дисперсии света. Из макроскопической электромагнитной теории Максвелла следует, что

но в оптической области спектра для всех веществ μ ≈ 1, поэтому

n = ε. (1)

Формула (1) противоречит опыту, т.к. величина n, являясь переменной n = f(λ), равняется в то же время определенной постоянной ε (постоянной в теории Максвелла). Кроме того, полученные из этого выражения значения n не согласуются с экспериментальными данными.

Для объяснения дисперсии света была предложена электронная теория Лоренца, в которой дисперсия света рассматривается как результат взаимодействия электромагнитных волн с заряженными частицами, входящими в состав вещества и совершающими вынужденные колебания в переменном электромагнитном поле волны.

Ознакомимся с этой теорией на примере однородного изотропного диэлектрика, предположив формально, что дисперсия света является следствием зависимости ε от частоты ω световых волн. Диэлектрическая проницаемость вещества равна

ε = 1 + χ = 1 + Р/(ε 0 Е),

где χ – диэлектрическая восприимчивость среды, ε 0 – электрическая постоянная, Р – мгновенное значение поляризованности (наведенный дипольный момент единицы объема диэлектрика в поле волны напряженностью Е). Тогда

n 2 = 1 + Р/(ε 0 Е), (2)

т.е. зависит от Р. Для видимого света частота ω~10 15 Гц столь велика, что существенны лишь вынужденные колебания внешних (наиболее слабо связанных) электронов атомов, молекул или ионов под действием электрической составляющей поля волны, а ориентационной поляризации молекул при такой частоте не будет. Эти электроны наз. оптическими электронами.

Для простоты рассмотрим колебания одного оптического электрона в молекуле. Наведенный дипольный момент электрона, совершающего вынужденные колебания, равен р = ех, где е – заряд электрона, х – смещение электрона из положения равновесия под действием электрического поля световой волны. Пусть n 0 – концентрация атомов в диэлектрике, тогда

Р = р n 0 = n 0 е х. (3)

Подставив (3) в (2) получим

n 2 = 1 + n 0 е х /(ε 0 Е), (4)

т.е. задача сводится к определению смещения х электрона под действием внешнего электрического поля Е = Е 0 cos ωt.

Уравнение вынужденных колебаний электрона для простейшего случая

d 2 x/dt 2 +ω 0 2 x = (F 0 /m)cos ωt = (e/ m) E 0 cos ωt, (5)

где F 0 = еE 0 –амплитудное значение силы, действующей на электрон со стороны поля волны, ω 0 = √k/m – собственная частота колебаний электрона, m – масса электрона. Решив уравнение (5), найдем ε = n 2 в зависимости от констант атома (е, m, ω 0) и частоты внешнего поля ω, т.е. решим задачу дисперсии.

Решением (5) является

Х = А cos ωt, (6)

А = еЕ 0 /m(ω 0 2 – ω 2). (7)

Подставим (6) и (7) в (4) и получим

n 2 = 1 + n 0 e 2 /ε 0 m(ω 0 2 – ω 2). (8)

Из (8) видно, что показатель преломления вещества зависит от частоты ω внешнего поля, и что в области частот от ω = 0 до ω = ω 0 значение n 2 больше 1 и возрастает с увеличением частоты ω (нормальная дисперсия ). При ω = ω 0 значение n 2 = ± ∞; в области частот от ω = ω 0 до ω = ∞ значение n 2 меньше 1 и возрастает от - ∞ до 1 (нормальная дисперсия). Перейдя от n 2 к n, получим график зависимости n = n(ω), рис.1. Область АВ – область аномальная дисперсии . Изучение аномальной дисперсии – Д.С. Рождественский.

Поглощением света – называется уменьшение энергии световой волны при ее распространении в веществе вследствие преобразования энергии волны в другие виды энергии.

С точки зрения электронной теории, взаимодействие света и вещества сводится к взаимодействию электромагнитного поля световой волны с атомами и молекулами вещества. Электроны, входящие в состав атомов, могут колебаться под действием переменного электрического поля световой волны. Часть энергии световой волны затрачивается на возбуждение колебаний электронов. Частично энергия колебаний электронов вновь переходит в энергию светового излучения, а также переходит в другие формы энергии, например, в энергию теплового излучения.

Поглощение светового излучения можно в общих чертах описать с энергетической точки зрения, не входя в детали механизма взаимодействия световых волн с атомами и молекулами поглощающего вещества.

Формальное описание поглощения света веществом было дано Бугером, который установил связь между интенсивностью света, прошедшего через конечный слой поглощающего вещества, и интенсивностью падающего на него света

I lλ = I 0λ e -K l (1)

где I 0 λ – интенсивность светового излучения с длиной волны λ, падающего на поглощающий слой; I lλ - интенсивность светового излучения, прошедшего поглощающий слой вещества толщиной l ; К λ – коэффициент поглощения, зависящий от λ, т.е. К λ = f(λ).

Если поглотителем является вещество в растворе, то поглощение света тем больше, чем больше молекул растворенного вещества свет встречает на своем пути. Поэтому коэффициент поглощения зависит от концентрации С. В случае слабых растворов, когда взаимодействием молекул растворенного вещества можно пренебречь, коэффициент поглощения пропорционален С:

К λ = c λ С (2)

где c λ – коэффициент пропорциональности, который также зависит от λ. Учитывая (2), можно закон Бугера (1) переписать в виде:

I λ = I 0λ e - c C l (3)

c λ – показатель поглощения света на единицу концентрации вещества. Если концентрация растворенного вещества выражается в [моль/литр], то c λ называют молярным коэффициентом поглощения .

Соотношение (3) носит название закона Бугера-Ламберта-Бера. Отношение величины светового потока, вышедшего из слоя I lλ , к во­шедшему I 0λ носит название коэффициента оптического (или свето-) пропускания слоя Т :

Т = I lλ /I 0 λ = e - c C l (4)

или в процентах

Т = I lλ /I 0λ 100%. (5)

Поглощение слоя равно отношению

Л
огарифм величины 1/Т называетсяоптической плотностью слоя D

D = lg 1/T = lg I 0 λ /I l λ = 0,43c λ Сl (6)

т.е. оптическая плотность характеризует поглоще­ние света средой. Соотношение (6) может быть использовано как для определения концен- трации растворов, так и для характеристики спек­тров поглощения веществ.

Зависимость оптической плотности от длины волны D = f(λ) является спектральной характеристикой поглощения данного вещества, а кривая, выражающая эту зависимость, называется спектром поглощения. Спектры поглощения, как и спектры испускания, бывают линейчатые, полосатые и сплошные, рис. 3. Cогласно модели атома Бора кванты света испускаются и поглощаются при переходе системы (атома) из одного энергетического состояния в другое. Если при этом в оптических переходах меняется только электронная энергия системы, как это имеет место в атомах, то в спектре линия поглощения будет резкой.

Рис.3.а)линейчатый спектр поглощения, б)полосатый спектр поглощения, в) сплошной спектр поглощения.

Однако для сложных молекул, энергия которых слагается из электронной Е эл, колебательной Е кол и вращательной Е вр энергии (Е =Е эл + Е кол + Е вр) при поглощении света изменяется не только электронная энергия, но обязательно колебательная и вращательная. Причем поскольку ∆Е эл >>∆E кол >>∆Е вр, то в результате этого набор линий, соответствующих электронному переходу, в спектре поглощения растворов выглядит как полоса поглощения.

Коэффициент поглощения для диэлектриков невелик (примерно 10 -3 – 10 -5 см -1), для них наблюдаются широкие полосы поглощения, т.е. диэлектрики имеют сплошной спектр поглощения . Это связано с тем, что в диэлектриках нет свободных электронов и поглощение света обусловлено явлением резонанса вынужденных колебаниях электронов в атомах и атомов в молекулах диэлектрика.

Коэффициент поглощения для металлов имеет большие значения (примерно 10 3 - 10 5 см -1) и поэтому металлы являются непрозрачными для света. В металлах из-за наличия свободных электронов, движущихся под действием электрического поля световой волны, возникают быстропеременные токи, сопровождающиеся выделением джоулевой теплоты. Поэтому энергия световой волны быстро уменьшается, превращаясь во внутреннюю энергию металла. Чем выше проводимость металла, тем сильнее в нем поглощается свет. На рис. 1 показана типичная зависимость коэффициента поглощения света от частоты в области полосы поглощения. Видно, что внутри полосы поглощения наблюдается аномальная дисперсия. Однако поглощение света веществом должно быть значительным, чтобы повлиять на ход показателя преломления.

Зависимостью коэффициента поглощения от длины волны (частоты) объясняется окрашенность поглощающих тел. Например, стекло, слабо поглощающее красные и оранжевые лучи и сильно поглощающее зеленые и синие, при освещении белым светом будет казаться красным. Если на такое стекло направить зеленый и синий свет, то из-за сильного поглощения этих длин волн стекло будет казаться черным. Это явление используется при изготовлении светофильтров , которые в зависимости от хим. состава стекол пропускают свет только определенных длин волн, поглощая остальные.

Каждый охотник желает знать, где сидит фазан. Как мы помним, эта фраза означает последовательность цветов спектра: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый. Кто показал, что белый цвет это совокупность всех цветов, какое отношение имеет к этому радуга, красивые закаты и восходы солнца, блеск драгоценных камней? На все эти вопросы отвечает наш урок, тема которого: «Дисперсия света».

До второй половины XVII века не было полной ясности, что же такое цвет. Некоторые ученые говорили, что это свойство самого тела, некоторые заявляли, что это различные сочетания светлого и темного, тем самым путая понятия цвета и освещенности. Такой цветовой хаос царил до того времени, пока Исаак Ньютон не провел опыт по пропусканию света сквозь призму (рис. 1).

Рис. 1. Ход лучей в призме ()

Вспомним, что луч, проходящий через призму, терпит преломление при переходе из воздуха в стекло и потом еще одно преломление - из стекла в воздух. Траектория луча описывается законом преломления, а степень отклонения характеризуется показателем преломления. Формулы, описывающие эти явления:

Рис. 2. Опыт Ньютона ()

В темной комнате сквозь ставни проникает узкий пучок солнечного света, на его пути Ньютон разместил стеклянную трехгранную призму. Пучок света, проходя через призму, преломлялся в ней, и на экране, стоявшем за призмой, появлялась разноцветная полоса, которую Ньютон назвал спектром (от латинского «spectrum» - «видение»). Белый цвет превратился сразу во все цвета (рис. 2). Какие же выводы сделал Ньютон?

1. Свет имеет сложную структуру (говоря современным языком - белый свет содержит электромагнитные волны разных частот).

2. Свет различного цвета отличается степенью преломляемости (характеризуется разными показателями преломления в данной среде).

3. Скорость света зависит от среды.

Эти выводы Ньютон изложил в своем знаменитом трактате «Оптика». Какова же причина такого разложения света в спектр?

Как показывал опыт Ньютона, слабее всего преломлялся красный цвет, а сильнее всего - фиолетовый. Вспомним, что степень преломления световых лучей характеризует показатель преломления n. Красный цвет от фиолетового отличается частотой, у красного частота меньше, чем у фиолетового. Раз показатель преломления становится все больше при переходе от красного конца спектра к фиолетовому, можно сделать вывод: показатель преломления стекла увеличивается с возрастанием частоты света. В этом и состоит суть явления дисперсии.

Вспомним, как показатель преломления связан со скоростью света:

n ~ ν; V ~ => ν =

n - показатель преломления

С - скорость света в вакууме

V - скорость света в среде

ν - частота света

Значит, чем больше частота света, тем с меньшей скоростью свет распространяется в стекле, таким образом, наибольшую скорость внутри стеклянной призмы имеет красный цвет, а наименьшую скорость - фиолетовый.

Различие скоростей света для разных цветов осуществляется только при наличии среды, естественно, в вакууме любой луч света любого цвета распространяется с одной и той же скоростью м/с. Таким образом мы выяснили, что причиной разложения белого цвета в спектр является явление дисперсии.

Дисперсия - зависимость скорости распространения света в среде от его частоты.

Открытое и исследованное Ньютоном явление дисперсии ждало своего объяснения более 200 лет, лишь в XIX веке голландским ученым Лоренсом была предложена классическая теория дисперсии.

Причина этого явления - во взаимодействии внешнего электромагнитного излучения, то есть света со средой: чем больше частота этого излучения, тем сильнее взаимодействие, а значит, тем сильнее будет отклоняться луч.

Дисперсия, о которой мы говорили, называется нормальной, то есть показатель частоты растет, если частота электромагнитного излучения растет.

В некоторых редко встречающихся средах возможна аномальная дисперсия, то есть показатель преломления среды растет, если частота падает.

Мы увидели, что каждому цвету соответствует определенная длина волны и частота. Волна, соответствующая одному и тому же цвету, в разных средах имеет одну и ту же частоту, но разные длины волн. Чаще всего, говоря о длине волны, соответствующей определенному цвету, имеют в виду длину волны в вакууме или воздухе. Свет, соответствующий каждому цвету, является монохроматическим. «Моно» - один, «хромос» - цвет.

Рис. 3. Расположение цветов в спектре по длинам волн в воздухе ()

Самый длинноволновый - это красный цвет (длина волны - от 620 до 760 нм), самый коротковолновый - фиолетовый (от 380 до 450 нм) и соответствующие частоты (рис. 3). Как видите, белого цвета в таблице нет, белый цвет - это совокупность всех цветов, этому цвету не соответствует какая-то строго определенная длина волны.

Чем же объясняются цвета тел, которые нас окружают? Объясняются они способностью тела отражать, то есть рассеивать падающее на него излучение. Например, на какое-то тело падает белый цвет, который является совокупностью всех цветов, но это тело лучше всего отражает красный цвет, а остальные цвета поглощает, то оно нам будет казаться именно красного цвета. Тело, которое лучше всего отражает синий цвет, будет казаться синего цвета и так далее. Если же тело отражает все цвета, оно в итоге будет казаться белым.

Именно дисперсией света, то есть зависимостью показателя преломления от частоты волны, объясняется прекрасное явление природы - радуга (рис. 4).

Рис. 4. Явление радуги ()

Радуга возникает из-за того, что солнечный свет преломляется и отражается капельками воды, дождя или тумана, парящими в атмосфере. Эти капельки по-разному отклоняют свет разных цветов, в результате белый цвет разлагается в спектр, то есть происходит дисперсия, наблюдатель, который стоит спиной к источнику света, видит разноцветное свечение, которое исходит из пространства по концентрическим дугам.

Также дисперсией объясняется и замечательная игра цвета на гранях драгоценных камней.

1. Явление дисперсии - это разложение света в спектр, обусловленное зависимостью показателя преломления от частоты электромагнитного излучения, то есть частоты света. 2. Цвет тела определяется способностью тела отражать или рассеивать ту или иную частоту электромагнитного излучения.

Список литературы

1. Тихомирова С.А., Яворский Б.М. Физика (базовый уровень) - М.: Мнемозина, 2012.
2. Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И. Физика 10 класс. - М.: Мнемозина, 2014.
3. Кикоин И.К., Кикоин А.К. Физика - 9, Москва, Просвещение, 1990.

Домашнее задание

1. Какие выводы сделал Ньютон после опыта с призмой?
2. Дать определение дисперсии.
3. Чем определяется цвет тела?

1. Интернет-портал B -i-o-n.ru ().
2. Интернет-портал Sfiz.ru ().
3. Интернет-портал Femto.com.ua ().