ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΟΥ ΛΕΥΚΟΥ ΦΩΤΟΣ

ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΟΥ ΛΕΥΚΟΥ ΦΩΤΟΣ

ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΟΥ ΛΕΥΚΟΥ ΦΩΤΟΣ

ΕΝΝΟΙΑ ΤΟΥ ΟΠΤΙΚΟΥ ΠΡΙΣΜΑΤΟΣ

 Οπτικό πρίσμα είναι ένα διαφανές μέσο από ομοιογενές ισότροπο υλικό που περιορίζεται από δυο τεμνόμενες επίπεδες έδρες,που σχηματίζουν δίεδρη γωνία.

Στο πρίσμα διακρίνουμε:
α) τη βάση,
β) την ακμή,
γ) τη διαθλαστική γωνία και 
δ) την κύρια τομή του πρίσματος.

Οπτικό πρίσμα είναι ένα διαφανές μέσο από ομοιογενές ισότροπο υλικό που περιορίζεται από δυο τεμνόμενες επίπεδες έδρες,που σχηματίζουν δίεδρη γωνία

 Το πρίσμα αναλύει τη φωτεινή δέσμη λευκού φωτός στα χρώματα του φάσματός της, διαχωρίζοντας αυτά ανάλογα του μήκους κύματος εκάστου.Το γυάλινο πρίσμα διαθλά κάθε μήκος κύματος σε ορισμένη γωνία είτε διερχόμενο το φως από τον αέρα σ΄ αυτό είτε αντίστροφα, εξερχόμενο απ΄ αυτό στον αέρα.Κατά τη διέλευση φωτεινής δέσμης μέσα από πρίσμα παρατηρούνται τρία οπτικά φαινόμενα,την ανάκλαση,τη διάθλαση και την ανάλυση φωτός.

Το πρίσμα αναλύει τη φωτεινή δέσμη λευκού φωτός στα χρώματα του φάσματός της, διαχωρίζοντας αυτά ανάλογα του μήκους κύματος εκάστου

 Με την τοποθέτηση δύο πρισμάτων στην αυτή διεύθυνση της φωτεινής δέσμης επιτυγχάνεται επανασύνθεση των χρωμάτων,δηλαδή του φάσματος,σε δέσμη λευκού φωτός.

ΔΙΑΔΛΑΣΗ ΜΕ ΠΡΙΣΜΑ

 Θα μελετήσουμε το φαινόμενο της ανάλυσης του λευκού φωτός.Αρχικά θα δούμε πώς προκαλείται η εκτροπή,δηλαδή η αλλαγή κατεύθυνσης μιας μονοχρωματικής ακτίνας φωτός από ένα πρίσμα.

 Θεωρούμε ότι σε μία κύρια τομή ενός πρίσματος προσπίπτει πλάγια μία μονοχρωματική δέσμη φωτός,όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.Η δέσμη διαθλάτε πρώτα όταν εισχωρεί στο πρίσμα και πάλι όταν βγαίνει στον αέρα. 

Ακτίνα φωτός που διαθλάται από πρίσμα εκτρέπεται κατά γωνία φ

 Η ακτίνα διαθλάται προσεγγίζοντας την κάθετη xx',ενώ, όταν η ακτίνα εξέρχεται από το πρίσμα,απομακρύνεται από την κάθετη.Αυτό συμβαίνει γιατί ο δείκτης διάθλασης του πρίσματος είναι μεγαλύτερος από το δείκτη διάθλασης του οπτικού μέσου που τον περιβάλλει. 

Μεγάλο μήκος κύματος μικρή γωνία εκτροπής

 Παρατηρούμε ότι η εξερχόμενη δέσμη παθαίνει εκτροπή κατά μία γωνία και πλησιάζει προς τη βάση του πρίσματος.
 Τη γωνία φ,που σχηματίζεται από τις προεκτάσεις της προσπίπτουσας και της εξερχόμενης ακτίνας,ονομάζουμε γωνία εκτροπής.

Γωνία εκτροπής φ ονομάζεται η γωνία που σχηματίζεται από τις προεκτάσεις της προσπίπτουσας και της εξερχόμενης ακτίνας σε ένα πρίσμα

 Γωνία εκτροπής φ ονομάζεται η γωνία που σχηματίζεται από τις προεκτάσεις της προσπίπτουσας και της εξερχόμενης ακτίνας σε ένα πρίσμα.

ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΟΥ ΛΕΥΚΟΥ ΦΩΤΟΣ

 Γνωρίζουμε ότι λευκό φως δίνει ο Ήλιος και οι λαμπτήρες πυράκτωσης.
 Αφήνουμε μία παράλληλη δέσμη λευκού φωτός να πέσει πλάγια πάνω σε  ένα πρίσμα.Θα παρατηρήσουμε ότι το λευκό φως,εκτός από εκτροπή,παθαίνει και ανάλυση.Οι ακτίνες που εξέρχονται από το πρίσμα εκτρέπονται και διασκορπίζονται στο  χώρο εξόδου.
 Αν πίσω από το πρίσμα τοποθετήσουμε ένα λευκό διάφραγμα,θα λάβουμε μία συνεχή έγχρωμη ταινία που αποτελείται από τα εξής κατά σειρά χρώματα:
α) κόκκινο,
β) πορτοκαλί,
γ) κίτρινο,
δ) πράσινο,
ε) κυανό και
στ) ιώδες.
 Η μετάβαση από ένα χρώμα στο άλλο δεν είναι απότομη αλλά βαθμιαία.Κάθε χρώμα του φάσματος ονομάζεται και ακτινοβολία,για παράδειγμα πράσινη ακτινοβολία κ.λπ.Άρα το λευκό φως αναλύεται σε μία πολύχρωμη συνεχή ταινία,που περιλαμβάνει τα γνωστά χρώματα.
 Η ταινία αυτή λέγεται φάσμα  του λευκού φωτός.

Φάσμα  του λευκού φωτός ονομάζεται η πολύχρωμη συνεχή ταινία, που περιλαμβάνει τα γνωστά χρώματα,που προκύπτει από την ανάλυση του λευκού φωτός

 Φάσμα  του λευκού φωτός ονομάζεται η πολύχρωμη συνεχή ταινία, που περιλαμβάνει τα γνωστά χρώματα,που προκύπτει από την ανάλυση του λευκού φωτός.

Η ανάλυση του λευκού φωτός

  Το φαινόμενο που μελετήσαμε ονομάζεται ανάλυση του λευκού φωτός.

 Τα χρώματα του φάσματος εμφανίζονται κατά σειρά μείωσης του μήκους κύματος και όπως είπαμε είναι το ερυθρό,το πορτοκαλί,το κίτρινο,το πράσινο,το κυανό και το ιώδες.

Ο διασκεδασμός που προκαλείται σε δέσμη λευκού φωτός από ένα πρίσμα.Η ταινία των εξερχόμενων χρωμάτων ονομάζεται φάσμα

 Παρατηρούμε ότι οι ιώδεις ακτίνες εκτρέπονται περισσότερο,ενώ οι ερυθρές λιγότερο από τις άλλες που βρίσκονται ανάμεσά τους.Άρα συμπεραίνουμε ότι η γωνία εκτροπής εξαρτάται από το μήκος κύματος κάθε χρώματος.

Τα βασικά χρώματα του φάσματος

 Συμπερασματικά,το φως εμφανίζει τα εξής χαρακτηριστικά  σε σχέση  με  τη διάδοσή του σε οπτικά μέσα: 

α) Κάθε μονοχρωματική ακτίνα φωτός, όταν διαδίδεται σε ένα συγκεκριμένο οπτικό μέσο, χαρακτηρίζεται από ένα μοναδικό μήκος κύματος, που είναι η ταυτότητα του χρώματος για το μέσο αυτό.

β) Ο δείκτης διάθλασης του οπτικού μέσου έχει διαφορετική τιμή για κάθε χρώμα.

γ) Η γωνία εκτροπής κάθε χρώματος, όταν αυτό διέρχεται από οπτικό μέσο, εξαρτάται από το μήκος κύματος του χρώματος και όσο μεγαλύτερο είναι το μήκος κύματος τόσο μικρότερη είναι η γωνία εκτροπής.

Το μονοχρωματικό φως δεν αναλύεται σε άλλες απλούστερες ακτινοβολίες.Το πρίσμα Π1 αναλύει το λευκό φως,όμως το Π2 απλώς εκτρέπει την κίτρινη ακτίνα

 Η Αντίληψη ενός χρώματος παραμένει η ίδια σε  οποιοδήποτε μέσο διάδοσης.Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι η συχνότητα,η οποία είναι υπεύθυνη για το ερέθισμα στο μάτι,είναι αμετάβλητη σε όλα τα μέσα διάδοσης του φωτός.Δηλαδή το κόκκινο χρώμα φαίνεται  κόκκινο απ ' όσα οπτικά μέσα και αν περάσει το φως πριν φθάσει στο μάτι.
 Ο παρακάτω πίνακας μας δείχνει ότι ο δείκτης διάθλασης του οπτικού μέσου έχει διαφορετική τιμή για κάθε χρώμα. 

Δείκτης διάθλασης στεφανύαλου

Χρώμα             Δείκτης διάθλασης

Ιώδες1,532 Μπλε1,528 Πράσινο1,519 Κίτρινο1,517 Πορτοκαλί1,514 Κόκκινο1,513

ΑΠΛΑ ΧΡΩΜΑΤΑ

 Απομονώνουμε μία ακτινοβολία του φάσματος,για παράδειγμα την κόκκινη, και την αφήνουμε να περάσει από άλλο πρίσμα.Παρατηρούμε ότι η ακτίνα αυτή παθαίνει μόνο εκτροπή,αλλά δεν αναλύεται σε άλλες ακτινοβολίες.

Τα χρώματα του φάσματος του λευκού φωτός είναι απλά και δεν αναλύονται σε άλλα απλούστερα

 Λέμε ότι η ακτινοβολία(το χρώμα) είναι απλή ή ότι το φως είναι μονοχρωματικό.
  Άρα:
 Τα χρώματα του φάσματος του λευκού φωτός είναι απλά και δεν αναλύονται σε άλλα απλούστερα. 

ΑΝΑΣΥΝΘΕΣΗ ΤΟΥ ΛΕΥΚΟΥ ΦΩΤΟΣ

 Αν συγκεντρώσουμε τα χρώματα,στα οποία αναλύθηκε από ένα πρίσμα το λευκό φως,με ένα συγκλίνοντα φακό ή με ένα άλλο όμοιο πρίσμα,θα παρατηρήσουμε ότι σχηματίζεται μια λευκή ταινία.
 Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται ανασύνθεση του λευκού φωτός.

Η ανασύνθεση του λευκού φωτός

 Την ανασύνθεση του λευκού φωτός μπορούμε να τη δείξουμε και με έναν έγχρωμο δίσκο,που λέγεται δίσκος του Νεύτωνα.

Την ανασύνθεση του λευκού φωτός μπορούμε να τη δείξουμε και με τον δίσκο του Νεύτωνα

 Πάνω στο δίσκο υπάρχουν σε κυκλικούς τομείς τα χρώματα του φάσματος(κόκκινο,πορτοκαλί,κ.λπ.) και σε έκταση ανάλογη προς την έκταση που έχουν αυτά στο φάσμα του λευκού φωτός.Όταν περιστρέφετε γρήγορα ο δίσκος,τα χρώματα αναμυγνύονται μέσα στο μάτι μας και ο δίσκος φαίνεται λευκός.

Όταν περιστρέφετε γρήγορα ο δίσκος του Νεύτωνα,τα χρώματα αναμυγνύονται μέσα στο μάτι μας και ο δίσκος φαίνεται λευκός

 Αυτό οφείλεται στο ότι η οπτική εντύπωση παραμένει περίπου 0,1 sec αφότου πάψει η αιτία που το προκάλεσε.
 Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται μεταίσθημα.

ΣΥΜΠΛΗΡΩΜΑΤΙΚΑ ΧΡΩΜΑΤΑ

 Αν κατά την ανασύνθεση του λευκού φωτός με κάποιο μικρό διάφραγμα αποκόψουμε το κόκκινο,τότε το χρώμα της κηλίδας που σχηματίζεται στο διάφραγμα δεν είναι λευκό,αλλά πράσινο.Το χρώμα αυτό είναι σύνθετο πράσινο,γιατί προέρχεται από την ανάμειξη των άλλων χρωμάτων,πλην του κόκκινου.Όταν αυτό το πράσινο χρώμα αναμειχθεί με το απλό κόκκινο,μας δίνουν πάλι λευκό χρώμα.

Συμπληρωματικά χρώματα ονομάζονται τα χρώματα τα οποία,όταν αναμειχθούν,δίνουν λευκό φως

 Αυτά τα χρώματα ονομάζονται συμπληρωματικά.
  Άρα:
 Συμπληρωματικά χρώματα ονομάζονται τα χρώματα τα οποία,όταν αναμειχθούν,δίνουν λευκό φως.
 Πρέπει να τονίσουμε ότι η ανάμειξη αναφέρεται στα χρώματα του φάσματος και όχι στα χρώματα βαφής.

ΧΡΩΜΑ ΤΩΝ ΣΩΜΑΤΩΝ

 Ο κόσμος που μας περιβάλλει εμφανίζει ποικιλία χρωμάτων.Τα τριαντάφυλλα είναι κόκκινα,ο ουρανός γαλάζιος,τα φύλλα των φυτών πράσινα.Τα χρώματα βρίσκονται πάντα στο επίκεντρο του ενδιαφέροντος τόσο των καλλιτεχνών όσο και των φυσικών.

 Για το φυσικό όμως τα χρώματα των σωμάτων δεν προέρχονται από το υλικό από το οποίο αποτελούνται.Η αίσθηση του χρώματος προκαλείται στο σύστημα ματιού-εγκεφάλου του παρατηρητή από το φως που ανακλάται ή εκπέμπεται από τα σώματα.

Ο κόσμος που μας περιβάλλει εμφανίζει ποικιλία χρωμάτων

 Στο λευκό φως το άνθος ενός τριαντάφυλλου φαίνεται κόκκινο,ενώ τα φύλλα πράσινα.Αν το τριαντάφυλλο φωτιστεί με φωτεινή δέσμη πράσινου χρώματος,τότε το άνθος φαίνεται μαύρο,ενώ τα φύλλα διατηρούν το πράσινο χρώμα τους.

 Γιατί το χρώμα των ετερόφωτων σωμάτων εξαρτάται από το χρώμα με το οποίο φωτίζονται;

 Τα αδιαφανή σώματα απορροφούν ένα μέρος των φωτεινών ακτίνων που πέφτουν πάνω τους, ενώ ανακλούν το υπόλοιπο.Αν ένα σώμα ανακλά τις φωτεινές ακτίνες κόκκινου χρώματος και απορροφά αυτές που αντιστοιχούν στα υπόλοιπα ορατά χρώματα,τότε θα φαίνεται κόκκινο όταν φωτίζεται με λευκό ή με κόκκινο φως.Με οποιοδήποτε άλλο χρώμα θα φαίνεται μαύρο.Τα μέρη των φυτών που περιέχουν χλωροφύλλη απορροφούν φωτεινές ακτίνες όλων των χρωμάτων και ανακλούν μόνο αυτές που αντιστοιχούν στο πράσινο χρώμα και γι’ αυτό φαίνονται πράσινα.

Το χρώμα ενός ετερόφωτου σώματος εξαρτάται από το χρώμα του φωτός που πέφτει πάνω του.Τα τριαντάφυλλα φωτίζονται:
α) με λευκό φως και
β) με πράσινο

 Η σελίδα του τετραδίου μας ανακλά τις φωτεινές δέσμες που αντιστοιχούν σε όλα τα χρώματα.Έτσι όταν φωτιστεί με λευκό φως φαίνεται λευκή,ενώ αν φωτιστεί με το κίτρινο φως ενός κεριού φαίνεται κίτρινη.Γενικά αν ένα σώμα ανακλά τις φωτεινές ακτίνες που αντιστοιχούν σε όλα τα χρώματα θα εμφανίζεται με το χρώμα της φωτεινής δέσμης με την οποία φωτίζεται,ενώ αν απορροφά τις φωτεινές ακτίνες που αντιστοιχούν σε όλα τα χρώματα και δεν ανακλά καμία τότε θα εμφανίζεται μαύρο.

 Αντικείμενα όπως το κάρβουνο ή τα γράμματα του βιβλίου φαίνονται μαύρα γιατί απορροφούν εξίσου σχεδόν όλες τις φωτεινές ακτίνες που αντιστοιχούν στο ορατό φως.