Чому ми бачимо світ різнобарвним

0 Comments

Матеріал до друку “Світло”

популяризувати фізику, доступно і цікаво розповісти про світло, про історію винайдення фотографії , чому людина бачить світ різнобарвним, який механізм утворення кольорів, про ультрафіолетове та інфрачервоне випромінювання.

Світло

Один із видів ЕМХ — це звичайне світло. Воно приходить до нас від Сонця, затративши на цей шлях вісім з половиною хвилин. Від зір та найвіддаленіших галактик світло іде тисячі, мільйони й навіть мільярди років . Але йому необхідні лише мільйонні частки секунди, щоб потрапити в наші очі від земних джерел: блискавки, вогнища, лампи, екрана телевізора, комп’ютера. Що означає для людей світло ? Понад 90 відсотків усієї інформації про світ і все , що нас оточує , ми отримуємо завдяки видимому світлу. Довжина його хвилі у вакуумі перебуває в межах від 400 до 700 нанометрів.

Кольори предметів визначаються тим, які з падаючих на них променів відбиваються , тобто тим , яка довжина відбитих променів. Життя на Землі виникло та існує завдяки енергії сонячного проміння . Щедрість світлового потоку відкриває нам красу природи. Ми бачимо далекі галактики і туман на вранішньому лузі , зелене листя , що тягнеться до Сонця і хочеться вигукнути : «Мить зупинися!»

Зупинити мить вдалося у 1838 році французькому художнику Жаку Дагеру, який зумів записати зображення за допомогою світлової енергії на світлочутливій пластинці. Англійський фізик Джеймс Максвелл у 1861 році створив першу в історії кольорову фотографію на склі. Він використав для цього розроблену ним теорію додавання та віднімання кольорів. Цей же принцип покладено в основу кольорового телебачення та кольорового друкування. Значення фотографії важко переоцінити. Фотографія відтворює образи видатних людей , повертає нас до подій минулого, дає можливість побачити себе маленькими , а наших батьків, бабусь та дідусів зовсім молодими . Велику роль відіграє фотографія в наукових дослідженнях , з фотографії виникло кіно і телебачення.

Людей давно хвилювало питання про кольори . Чи існують кольори в природі , чи це лише здатність нашої свідомості сприймати світло з різною довжиною хвиль як різні кольори? Чи реальний світ фарб , чи це просто ілюзія? Оскільки з матеріальними колбочками зорового нерва взаємодіють матеріальні хвилі різної довжини , то світ кольорів реальний. Отже, кольори існують не лише в нашій свідомості , вони є в природі. Видиме світло люди вивчають понад 2000 років. Значний внесок у розвиток науки про світло – оптики — зробили: Евклід, Архімед, Леонардо да Вінчі, Кеплер, Декарт, Ньютон, Гюйгенс, Ломоносов, Френель, Юнг, Лебедєв, Столєтов, Ейнштейн, Вавилов, Басов, Прохоров.

Учені давно відчули: видимі промені оточені океаном невидимих випромінювань . Так Лукрецій Кар ще в першому столітті до нашої ери висловлював припущення, що у Сонця є багато жарких , сильних та невидимих променів.

У кінці ХVIII – століття англійський астроном Вільям Гершель розмістив поза червоною частиною спектра чутливий термометр і виявив, що термометр нагрівається . Це було так незвично,що Гершель 20 років зберігав мовчання і тільки у 1800 році надрукував свої роботи і зробив це саме вчасно , бо вже у 1801 році два вчених — німецький Ріттер та англійський Волластон — незалежно один від одного виявили поруч із фіолетовою смугою спектра невидимі промені , що заломлювались сильніше за фіолетові. Так були відкриті два молодші брати видимого світла-інфрачервоне та ультрафіолетове.

Інфрачервоне випромінювання — це ЕМХ з довжиною від 760 нм до 1мм. Воно випромінюється усіма тілами , температура яких вища від абсолютного нуля . Інтенсивність випромінювання зростає із збільшенням температури. Інфрачервоні промені використовують у тепловізорах , за яким лікар безпомилково може визначити захворювання судин мозку; гадюка вловлює інфрачервоні випромінювання теплокровних тварин своїм локатором і безпомилково знаходить свої жертви в повній темряві. Інфрачервоні промені застосовують у приладах нічного бачення, які дають можливість вести спостереження та фотографувати вночі. Інфрачервоні промені використовують у сушильних тунелях на автомобільних заводах: змонтований і пофарбований автомобіль повільно рухається тунелем і виходить з нього сухим. Сушіння триває 4-5 хвилин.

Ультрафіолетове випромінювання має довжини хвиль коротші , ніж у фіолетового від 400 нм до10 нм. Випромінюються Сонцем, зірками, туманностями. Штучними джерелами є зварювальна дуга та плазма. Ультрафіолетові промені не проникають через звичайне скло , зате легко проходять через кварцове. Кварцові лампи широко використовують в медицині для дезінфекції повітря в операційних та лікарняних палатах. Ультрафіолетові промені в невеликих дозах цілюще впливають на організм людини , стимулюють утворення вітаміну Д, підвищують імунітет. Великі дози можуть викликати пошкодження очей, опіки і навіть утворення злоякісних пухлин. Ультрафіолетові промені використовують у фотографії для виявлення прихованих написів або стертого тексту , оскільки багато речовин під час поглинання ультрафіолетових променів починають випромінювати видиме світло. Це явище використовують у лампах денного світла.

Ультрафіолетове випромінювання сильно поглинається атмосферою Землі, утворюючи на висоті 25км озон, а викиди двигунів автомобілів, літаків, теплових електростанцій його руйнують. В результаті чого у деяких місцях атмосфери виникають озонові дірки, в які буквально вривається ультрафіолет з космосу , який шкодить живим організмам. Сподіваюся, що людство здатне прогнозувати результати своєї діяльності та запобігатиме виникненню екологічної катастрофи!

Презентація на тему:
Чому ми бачимо світ різно забарвленим ?

ЧОМУ У ТРОЯНДИ ЛИСТЯ ЗЕЛЕНЕ, А КВІТКА ЧЕРВОНА? Чому предмети, освітлені білим світлом, ми бачимо забарвленими в різні кольори: наприклад, листя зелене, а троянда червона? Біле світло є складеним, тобто є сумішшю всіх кольорів веселки. Якщо вилучити з цього набору деякі кольори, то залишена частина спектра сприйматиметься оком як така, що має деякий колір. Нехай біле (наприклад, сонячне) світло падає на предмет, що поглинає «червоні» промені, а всі інші — відбиває (рис. 23.3). Якого ж кольору буде світло, відбите від цього предмета? У ньому не вистачатиме червоної частини спектра, і тому він сприйматиметься оком як зеленуватий. Зеленого кольору листю рослин надає хлорофіл — хімічна сполука, що «відповідає» за фотосинтез (перетворення сонячної енергії в хімічну енергію органічних речовин). Хлорофіл поглинає переважно червоні й сині промені. У результаті відбитий від листу рослини «залишок» сонячного спектра набуває зеленого забарвлення. А ось пелюстки червоної троянди, навпаки, дуже «охоче» відбивають саме «червоні» промені, а промені решти спектра поглинають (рис. 23.4). Саме тому троянда й червона!

Ви, мабуть, помічали, що, коли настають сутінки, яскраві кольори «тьмяніють» і світ стає «чорно-біло-сірим». Так що не випадково народилося прислів’я «уночі всі коти сірі»! Але як тільки зійде сонце, ранок знову радує нас яскравими барвами. Чому ж так відбувається? Річ у тім, що вже знайомі вам палички, які відрізняють темне від світлого, дуже чутливі до світла, а колбочки, що розрізнюють колір, набагато менш чутливі. Тому за слабкого освітлення «працюють» переважно палички. Унаслідок цього ми й бачимо (у буквальному сенсі цього слова!) результат їхньої роботи — чорно-біло-сірий світ. ЧОМУ ВВЕЧЕРІ КОЛЬОРИ ТЬМЯНІЮТЬ?

Сприйняття світла оком Із людських органів чуття найбільше інформації про довкілля дає нам зір. Однак бачити навколишній світ ми можемо тільки тому, що існує світло. Людина бачить електромагнітні хвилі у видимому діапазоні тому, що має відповідні рецептори, які поглинають світло таких частот, викликаючи при цьому відповідні імпульси в нервовій системі. Відповідність між характеристиками монохроматичного світла й кольорами подана в наступній таблиці. Однак, сприйняття людиною кольору не є простою функцією частоти. Так, суміш жовтого й синього кольорів сприймається оком як зелений колір, хоча світла відповідного частотного діапазону в цій суміші немає.

Дослід Ньютона Сучасні погляди на природу кольорів базуються на відкриттях великого англійського вченого Ісаака Ньютона. У 1672 р. Ісаак Ньютон провів досліди над світлом. Він направив вузький пучок світла від щілини у вікні затемненого приміщення на тригранну скляну призму, і на екрані (стіні) отримав усі кольори веселки – від червоного до фіолетового. Цим дослідом Ньютон довів, що світло Сонця складається з багатьох різних кольорів, які, змішуючись, утворюють біле світло. За допомогою другої призми Ньютон зібрав кольорові промені та отримав біле світло на екрані. Сукупність багатьох кольорів назвали спектром. Насправді в спектрі безліч кольорів,але умовно у ньому виділяють сім основних кольорів: червоний, оранжевий, жовтий, зелений, блакитний, синій, фіолетовий, які плавно переходять один в одного.

Колір і швидкість світла в середовищі Чому кольори розділяються після проходження через призму? Пояснення просте: ми знаємо, що світло двічі заломлюється і в результаті відхиляється від початкового напряму. Різні «складові» білого світла заломлюються по-різному і тому відхиляються на різні кути. Найбільше заломлюється фіолетове світло. Це означає, що показник заломлення у нього найбільший, а швидкість поширення – найменша. У вакуумі світло всіх кольорів має однакову швидкість. У середовищі найменша швидкість у фіолетового світла, найбільша – у червоного. Тому, маючи різні показники заломлення, фіолетове світло відхиляється більше, а червоне – менше.

Дисперсія світла Явище залежності показника заломлення від кольору світла називають дисперсією світла. Якщо світло всіх кольорів спектра направити на одну ділянку екрана, то можна знову отримати біле світло. Чорне тіло поглинає майже всі кольори, а біле, навпаки, всі відбиває. Як ми вже говорили, листок має зелене забарвлення, оскільки відбиває зелене світло, а всі інші кольори поглинає. Природа попіклувалася про деяких тварини. Маючи багате забарвлення, вони маскуються під кольори довкілля, а інші навпаки, завдяки дисперсії різко відрізняються, щоб попередити кожного: «Не підходь! Це небезпечно!»

Веселка – це явище, яке пояснюється законами відбивання, заломлення і дисперсії світла Перша спроба пояснити веселку як оптичне явище була зроблена у 1611 році архієпископом Антоніо Домініком. За це він був відлучений від церкви. Наукове пояснення райдузі дав Рене Декарт у 1637 році. Через 30 років гіпотеза Декарта була доповнена Ньютоном на основі дисперсії світла. Утворюється веселка таким чином: сонячний промінь входить у кожну краплину, заломлюється у ній, а на протилежному внутрішньому боці краплини промінь відбивається від межі краплина-повітря всередину неї. Дійшовши до нової точки на внутрішній поверхні краплі, промінь виходить назовні, знову заломлюючись. Але виходить уже як пучок різнокольорових променів. Веселка спостерігається на фоні дощу або дощових хмар, проти Сонця. Чим ближче буде Сонце до горизонту, тим повніша веселка.

Чтобы скачать материал, введите свой email, укажите, кто Вы, и нажмите кнопку

Нажимая кнопку, Вы соглашаетесь получать от нас email-рассылку

Если скачивание материала не началось, нажмите еще раз “Скачать материал”.

А пока Вы ожидаете, предлагаем ознакомиться с курсами видеолекций для учителей от центра дополнительного образования “Профессионал-Р”
(Лицензия на осуществление образовательной деятельности
№3715 от 13.11.2013).