Ustozlar uchun
pedagoglar.org
71-son 2 –to’plam May 2025
Sahifa: 29
ДИСПЕРСИЯ СВЕТА: ПОЧЕМУ БЕЛЫЙ СВЕТ РАСКЛАДЫВАЕТСЯ В
СПЕКТР
Сатторов Сарвар Нугмонович
Аннотация:
В данной статье в увлекательной и наглядной форме раскрывается
физическая природа явления дисперсии света. Читатель вместе с героями сюжета
узнает, почему белый солнечный свет при прохождении через призму распадается
на радугу цветов, какие длины волн соответствуют каждому цвету, и как показатель
преломления среды зависит от частоты света. Рассматриваются как классические
опыты Ньютона с призмой, так и современные применения дисперсии — от
спектроскопии до создания оптических фильтров. Манга позволяет глубже понять
взаимодействие света с веществом, визуализируя абстрактные физические понятия
и делая их доступными для школьников и студентов.
Ключевые слова:
дисперсия света, преломление, длина волны, показатель
преломления, световой спектр, белый свет, призма, видимый свет,
электромагнитные волны, спектроскопия, радуга, Ньютон, световые явления, цвет и
частота, оптика.
Введение
Свет — это электромагнитное излучение, состоящее из переменных
электрических и магнитных полей, распространяющихся в пространстве. Видимый
свет охватывает диапазон длин волн примерно от
380 нм (фиолетовый)
до
750 нм
(красный)
. Разные длины волн соответствуют различным цветам, и каждое
вещество по-разному взаимодействует с каждой из них.
Фиолетовый: ~ 380–450 нм
Синий: ~ 450–495 нм
Зелёный: ~ 495–570 нм
Жёлтый: ~ 570–590 нм
Оранжевый: ~ 590–620 нм
Красный: ~ 620–750 нм
Ustozlar uchun
pedagoglar.org
71-son 2 –to’plam May 2025
Sahifa: 30
Скорость света в вакууме составляет:
c=3
⋅
10
8
м/с
В среде свет замедляется:
𝝊 =
𝒄
𝒏
где n — показатель преломления.
[1]
Когда свет проходит из одной среды в другую (например, из воздуха в стекло),
его скорость изменяется, что приводит к
изменению направления
распространения
— это явление называется
преломлением
. Закон преломления
Снеллиуса выражается следующим образом:
𝒏
𝟏
∗ 𝒔𝒊𝒏 𝜶 = 𝒏
𝟏
∗ 𝒔𝒊𝒏 𝜷
Поскольку n=n(λ) каждая длина волны испытывает разное преломление, когда
проходит через границу сред.
Например, при прохождении через призму с углом A, угол отклонения света
DDD определяется как:
D=(n−1)A
Поскольку n зависит от λ, разные цвета отклоняются по-разному → дисперсия.
Формула Коши (для нормальной дисперсии):
𝐧(𝛌) = 𝐀 +
𝑩
𝛌
𝟐
+
𝑩
𝛌
𝟒
где A,B,C — экспериментальные постоянные. Эта модель хорошо описывает
прозрачные среды при нормальных условиях.
Формула Зельмейера:
𝐧
𝟐
(𝛌) = 𝟏 +
𝑩
𝟏
𝛌
𝟐
𝛌
𝟐
− 𝑪
𝟏
+
𝑩
𝟐
𝛌
𝟐
𝛌
𝟐
− 𝑪
𝟐
+ ⋯
Она используется для точных расчётов в лазерной и спектроскопической
оптике.
[2]
Ustozlar uchun
pedagoglar.org
71-son 2 –to’plam May 2025
Sahifa: 31
Экспериментальное наблюдение дисперсии
Классический опыт Ньютона:
Источник: солнечный свет.
Инструмент: стеклянная призма.
Наблюдение: белый свет превращается в спектр на экране.
Современная демонстрация в школе:
Используется спектроскоп или диск Ньютона.
Лазерная указка разного цвета (красная и зелёная) проходит через призму.
Наблюдается различная степень отклонения.
Тип
Описание
Пример
Нормальная
𝒅𝒏
𝒅𝛌
< 𝟎
,
n
убывает при
увеличении λ
Стекло, вода
Аномальная
𝒅𝒏
𝒅𝛌
> 𝟎
, наблюдается возле
резонансов
Газовые
среды,
красители
Материальная
Связана с составом среды
Разные стёкла
Групповая
Важна в оптоволокне
Фильтрация
сигналов
Практическое применение дисперсии
Спектроскопия
— основа анализа веществ. Пример: определение химического
состава звезды по её спектру.
Оптоволоконная связь
— необходимо компенсировать дисперсию, чтобы
избежать искажения сигналов.
Коррекция хроматической аберрации
в фотокамерах и микроскопах.
Создание оптических фильтров
и
интерференционных линз.
Ustozlar uchun
pedagoglar.org
71-son 2 –to’plam May 2025
Sahifa: 32
Радуга в природе
— результат дисперсии и полного внутреннего отражения в
каплях воды.
Дисперсия в природных явлениях
Радуга
— свет преломляется и отражается в каплях воды, образуя спектр.
Цвета в мыльных пузырях
— интерференция света, усиленная дисперсией.
Гало вокруг Солнца или Луны
— преломление и дисперсия в ледяных
кристаллах атмосферы.
Современные технологии и исследования
Область
Использование дисперсии
Фотоника
Дисперсионные композитные материалы
Лазеры
Управление шириной спектра
Астрономия
Спектральный анализ галактик
Биомедицина
Оптическая когерентная томография (ОКТ)
Материаловедение
Изучение структуры веществ по их оптическому
отклику
[3]
Вывод:
Изучение явления дисперсии света позволяет глубже понять природу
света как электромагнитной волны и особенности его взаимодействия с веществом.
Дисперсия объясняет, почему белый свет при прохождении через оптические среды
(например, призму) распадается на спектр цветов. Это связано с тем, что показатель
преломления среды зависит от длины волны света: фиолетовый свет преломляется
сильнее, чем красный.
Математические модели дисперсии, такие как формула Коши, позволяют
количественно описать поведение света в различных материалах. Эти модели
широко используются в оптическом проектировании и научных исследованиях.
Дисперсия имеет важное практическое значение: она используется в
спектроскопии, оптоволоконной связи, медицине, астрономии и других науках.
Ustozlar uchun
pedagoglar.org
71-son 2 –to’plam May 2025
Sahifa: 33
Кроме того, многие красивые природные явления — радуга, гало, иризация облаков
— связаны именно с дисперсией.
Использованные литературы
1.
Вавилов С.И.
Оптика
. — М.: Наука, 1988.
2.
Савельев И.В.
Курс общей физики. Том 2: Оптика, атомная физика
. — М.:
Наука, 1999.
3.
Трофимова Т.И.
Курс физики
. — М.: Астрель, 2003
