Redzamais spektrs — gaismas dispersija, prizma un varavīksne
Redzamais spektrs, gaismas dispersija, prizma un varavīksne — skaidrojums par krāsu secību, lūzumu un piemēriem Saules gaismā.
Šis raksts ir par redzamo spektru. Par visiem citiem lietojumiem skat: spektrs (disambiguācija)
Spektrs (daudzskaitlī: spektri) parasti tiek aprakstīts kā krāsu josla, kas redzama, kad baltā gaisma tiek sadalīta tās sastāvdaļās. Redzamajā spektrā parasti izdala šādu krāsu secību: sarkana, oranža, dzeltena, zaļa, zila, indigo un violeta (bieži saīsināti kā ROYGBIV). Šis redzamais spektrs ir tikai neliela daļa no plašāka elektromagnētiskā spektra — redzamo gaismu parasti definē ar viļņu garumiem aptuveni no 380 nm (violetā) līdz 750 nm (sarkanā).
Kā veidojas spektrs: prizma un dispersija
Spektru var redzēt, ja Saules gaismu vai jebkuru citu baltu gaismas avotu izlaiž caur prizmu un atstaroto vai lūzušo gaismu novada uz ekrāna. Šāds sadalījums ir disperzijas piemērs: dažādiem viļņu garumiem materiālā ir nedaudz atšķirīgi ātrumi, tādēļ tie tiek lūzti dažādos leņķos. Šo gaismas īpašību sauc par dispersiju.
Materiāla spēja lauzt gaismu tiek raksturota ar refrakcijas koeficientu (indeksu) n. Parasti n_prism ir lielāks nekā n_air (gaisa refrakcijas indekss), kuru pieņem par aptuveni 1. Kad gaisma pāriet starp vidēm ar atšķirīgiem refrakcijas indeksiem, lūzuma leņķi var aprēķināt ar Snella likumu. Tā kā n ir atkarīgs no viļņa garuma (materiāla dispersija), īsāki viļņu garumi (violetā gaisma) tiek lūkti vairāk nekā garāki viļņu garumi (sarkanā gaisma). Rezultātā sarkanā gaisma parādās ar mazāku atloku attālumā no normas (tuvāk perpendikulārajai līnijai), bet violetā — ar lielāku atloku.
Varavīksne un citi piemēri
Dabisks spektra piemērs ir varavīksne. Tā rodas, kad Saules gaisma nonāk uz laša piliena un tiek vispirms izlauzta iekļūšanā, tad atstarota iekšēji pilienā un galvenokārt vēlreiz izlauzta izplūdes brīdī. Šīs divas (vai vairāk) lūzumus un viena iekšējā atstarošana izraisa gaismas sadalījumu tajā pašā secībā — sarkana ārpusē, violeta iekšpusē. Vārdu spektrs pirmie plaši lietoja optikas pētījumu kontekstā (ieskaitot Izaaku Ņūtonu), kuri izmantoja prizmas, lai parādītu, ka balta gaisma sastāv no dažāda krāsu komponentēm. (Skat. arī pētījumus par optiku.)
Papildus skaidrojumi un pielietojumi
- Redzamā spektra robežas nav strikti noteiktas un dažreiz tiek nedaudz atšķirtas atkarībā no avota vai novērotāja; aptuvenais diapazons ir 380–750 nm.
- Spektru var iegūt arī ar difrakcijas režģiem vai citiem optiskajiem elementiem — prizmas nav vienīgais paņēmiens.
- Dispersija nav tikai prizmu īpašība — tai piemīt jebkuram materiālam, kurā refrakcijas indeksu vērtība mainās atkarībā no viļņa garuma. Tas ir svarīgi optisko ierīču projektēšanā (lēcām, okulāriem u. c.), lai samazinātu negribīgu krāsu lāstu (kromatisko aberāciju).
- Spektru analīze (spektroskopija) ļauj noteikt vielu sastāvu, temperatūru un citas īpašības, jo daudziem avotiem ir raksturīgas orientētas emisijas vai absorbcijas līnijas redzamajā diapazonā un ārpus tā.
Iemesls, kāpēc baltā gaisma sadalās savās sastāvdaļās, nevis paliek balta, ir tas, ka īsāki viļņu garumi tiek lauzti jeb izliekti vairāk nekā garāki viļņu garumi. Tādējādi radusies varavīksne vienmēr būs tādā pašā secībā: sarkana, oranža, dzeltena, zaļa, zila, indigo, violeta. (Dažkārt indigo tiek izlaists kā mazāk skaidri atšķirama krāsa — tad min vienkārši sarkana līdz violeta spektra pāreja.)
Papildus jāatzīmē, ka lūzuma leņķa aprēķinos tiek izmantoti Lūzuma likumi un konkrētā materiāla dispersijas raksturojumi; lūzuma pielietojumus un aprēķinu formulējumus var atrast gan pie Snella likuma, gan pie plašākas refrakcijas koeficientu literatūras. Gaismas optika un spektra pētījumi ir pamats daudzām mūsdienu tehnoloģijām — no astronomijas līdz telekomunikācijām.
Spektrs varavīksnē
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir spektrs?
A: Spektrs ir vairāku krāsu josla, tostarp violeta, indigo, zila, zaļa, dzeltena, dzeltena, oranža un sarkana. To var redzēt, ja Saules gaismu izlaiž caur prizmu un ļauj tai uzkrāties uz balta ekrāna.
J: Kas ir spektroskopija?
A: Spektroskopija ir spektru pētīšana.
J: Kas izraisa baltās gaismas sadalīšanu tās sastāvā esošajās krāsās?
A: Īsāki viļņu garumi tiek lauzti vairāk nekā garāki viļņu garumi, kas izraisa baltās gaismas sadalīšanu tās sastāvā esošajās krāsās.
J: Kā pēc Snella likuma nosaka refrakcijas leņķi?
A: Snella likums nosaka refrakcijas leņķi, izmantojot krišanas leņķi un refrakcijas rādītājus.
J: Kāpēc sarkanā krāsa ir vistuvāk līnijai, kas perpendikulāra virsmas materiālam?
A: Sarkanā krāsa ir vistuvāk šai līnijai, jo tai ir visgarākais redzamais viļņa garums, un, izejot caur prizmu, tā vismazāk saliecas.
J: Vai vienmēr ir noteikta kārtība, kādā veidojas varavīksnes, ko rada prizmas?
A: Jā, varavīksnes, ko rada prizmas, vienmēr būs šādā secībā - sarkana, oranža, dzeltena, zaļa, zila, indigo un violeta.
Meklēt