Nähtav spekter: valguse värvid, prismad ja vikerkaar
Avasta nähtav spekter: valguse värvid, prismade dispersioon ja vikerkaare moodustumine – selged seletused, illustratsioonid ja praktilised näited. Lugege edasi.
See artikkel käsitleb nähtavat spektrit. Kõigi muude kasutusviiside kohta vt: Spektri (disambigatsioon)
Spekter, mitmuses: spektrid, on mitmest värvist koosnev riba: violetne, indigo, sinine, roheline, kollane, oranž ja punane. Spektrit saab näha, kui Päikese valgus suunata läbi prisma ja lasta sellel valgele ekraanile koguneda. See nähtav spekter on osa suuremast elektromagnetilisest spektrist.
Spektri loomulik näide on vikerkaar. Sõna "spekter" kasutasid esmakordselt optikat uurivad teadlased. Nad kasutasid seda sõna nähtava valguse värvide vikerkaare kirjeldamiseks, kui need eraldatakse prisma abil. Spektri nägemine, kui valgus läbib prisma, on näide valguse dispersioonist.
Mis põhjustab värvide eraldumist?
Peamine põhjus on see, et prisma või muu läbipaistva materjali murdumisnäitaja sõltub lainepikkusest: lühemad lainepikkused (sinine, violetne) kogevad tavaliselt suuremat murdumist kui pikemad (kollane, oranž, punane). Materjalil, millest prisma on valmistatud, on erinev n kui õhul. Tavaliselt on nprisma suurem kui nair ja nair on ligikaudu üks. See tähendab, et valgus liigub prisma materjalis veidi aeglasemalt kui seda ümbritsevas ruumis. Murdumisnurka saab määrata langemisnurga ja murdumisnäitajate põhjal, kasutades Snelli seadust (n1 sinθ1 = n2 sinθ2).
Lainepikkused ja nähtav vahemik
Nähtava spektri lainepikkused jäävad ligikaudu vahemikku 380–750 nm (nanomeetrit). Ligikaudu jaotuvad värvid nii:
- violetne: ~380–450 nm
- sinine: ~450–495 nm
- roheline: ~495–570 nm
- kollane: ~570–590 nm
- oranž: ~590–620 nm
- punane: ~620–750 nm
Värvide täpsed piirid ei ole fikseeritud ja inimeste tajus võivad olla erinevused. Sõna "indigo" lisas Newton oma jaotusse; tänapäeval käsitletakse mõnikord nähtavat spektrit kuue värvina, jättes indigo eraldi olemise vaidluse alla.
Prismad, vihmapiisad ja vikerkaar
Kui valge valgus läbib prisma, toimub kaks põhjust: valguse murdumine sisenemisel ja väljumisel ning dispersioon – lainepikkusest sõltuv murdumine. Lühikesed lainepikkused painduvad tavaliselt rohkem, seega violetne kalduleb tugevamalt kui punane. Seetõttu on tekkiv spektririba suunatud kumerusega, kus punane paindub vähem ja violetne rohkem.
Vikerkaar tekib sarnasel põhimõttel, kuid koma asemel on tegemist veetilgas toimuvate protsessidega: valgus murdub sisse sisenemisel, peegeldub tilga sisepinnalt (üks või kaks sisemist peegeldust) ja murdub uuesti väljumisel. Primaarne vikerkaar (korduv) tekib ühe sisemise peegeldusega — selles on punane värv välisküljel ja violetne siseküljel. Sekundaarne vikerkaar tekib kahe sisemise peegeldusega ja selle värvide järjekord on vastupidine (punane sisemal ja violetne väljas) ning see on tavaliselt nõrgem. Primaarse vikerkaare peamine helendusnäitaja on ligikaudu 42° punase valguse jaoks ja ~40° violetse jaoks; sekundaarse puhul on need suured, tavaliselt ~50–54°.
Erinevad viisid spektri tekitamiseks ja kasutus
Spektri tekitamiseks kasutatakse lisaks prismadele ka difraktsioonivõresid, mis lahutavad valguse interferentsi abil. Laborites ja tööstuses kasutatakse spektrit ja spektraalanalüüsi (spektroskoopiat) aine koostise, temperatuuride, kiiruse ja muude omaduste määramiseks. Näiteks astronoomias annab tähe spekter teavet keemilise koostise ja liikumise kohta.
Mõned täiendavad märkused
- Dispersioon ei ole ainult prismade omadus — kõik materjalid näitavad lainepikkusest sõltuvat murdumist rohkem või vähem.
- Värvitaju on bioloogiline: sama lainepikkus võib eri inimestel tunduda pisut erinevana ja silma tundlikkus varieerub.
- Praktikas kasutatakse spektri eraldamiseks täpsemaid instrumente (spektromeetreid), mis annavad kõrgema lahutatavuse kui lihtne prisma.
Põhjus, miks valge valgus jaguneb selle asemel, et jääda valgeks, on see, et lühemad lainepikkused murduvad ehk painduvad rohkem kui pikemad lainepikkused. Seega paistab punane, millel on kõige pikem nähtav lainepikkus, kõige lähemal materjali pinnaga risti asetsevale joonele (normaal), st see paindub kõige vähem. Violetne valgus, mille lainepikkus on nähtavas spektris kõige väiksem, paindub kõige rohkem. Tekkiv vikerkaar on alati samas järjekorras: punane, oranž, kollane, roheline, sinine, indigo, lilla.
Vikerkaare spekter
Küsimused ja vastused
K: Mis on spekter?
V: Spektri all mõistetakse mitmest värvist koosnevat riba, mille hulka kuuluvad lilla, indigo, sinine, roheline, kollane, oranž ja punane. Seda saab näha, kui Päikese valgus suunata läbi prisma ja lasta sellel valgele ekraanile koguneda.
K: Mis on spektroskoopia?
V: Spektroskoopia on spektrite uurimine.
K: Millest tuleneb valge valguse jagunemine selle värvikomponentideks?
V: Lühemad lainepikkused murduvad rohkem kui pikemad lainepikkused, mis põhjustab valge valguse jagunemise selle komponentvärvideks.
K: Kuidas määrab Snelli seadus murdumisnurga?
V: Snelli seadus määrab murdumisnurga, kasutades langemisnurka ja murdumisnäitajaid.
K: Miks paistab punane värvus kõige lähemal pinna materjaliga risti asetsevale joonele?
V: Punane paistab kõige lähemal sellele joonele, sest sellel on kõige pikem nähtav lainepikkus ja see paindub prisma läbimisel kõige vähem.
K: Kas prismade tekitatud vikerkaarel on alati mingi järjekord?
V: Jah, prismade tekitatud vikerkaared on alati sellises järjekorras - punane, oranž, kollane, roheline, sinine, indigolett ja violetne.
Otsige