§ 32. Досліджуємо властивості світла: кольори

3. Розглянь світлини й підбери до них підписи: а) червоне сонце пірнуло за обрій; б) різнобарвних бджолоїдок неможливо переплутати з іншими птахами; в) Холі — традиційне індійське свято весни і яскравих фарб. Який зв’язок між цими зображеннями та фізикою, хімією й біологією?

Мал. 32.3. Підбери підписи

Від чого залежить колір?

Як ти вже знаєш, предмети можуть відбивати або поглинати деяку частину світла. Експерименти вище довели, що біле світло насправді є сумішшю кольорів. Тому за швидкого обертання кружальця кольорові сектори зливаються в білий колір. Навпаки, біле світло ліхтарика можна розкласти в кольорову веселку.

Колір предмета залежить від того, яку частину світла він поглинає, а яку відбиває. Червоний м’яч, наприклад, поглинає все світло, крім червоного. Білий — відбиває все світло, а чорний — усе поглинає (мал. 32.4).

Мал. 32.4. Колір: поглинання та відбиття світла

Якщо поверхня предмета відбиває промені кількох кольорів, то вони перемішуються. Колір прозорого тіла залежить від того, яке світло проходить крізь нього. І саме завдяки цим властивостям наш світ такий різнобарвний.

Мал. 32.5. Такий різнобарвний світ

Кольори природи

Різнобарв’я природи пов’язане зі здатністю деяких молекул (їх називають пігментами) вибірково поглинати, відбивати або випромінювати світло певного кольору. У рослин це переважно хлорофіли (мають зелений колір), каротиноїди (жовті, помаранчеві й червоні) і антоціани (дають різні відтінки червоного, синього або фіолетового кольору). У тварин це різні варіанти меланіну, що мають жовтий, помаранчевий, червоний або коричнево-чорний колір. Червоний колір крові зумовлений гемоглобіном. Пігменти синього кольору у тварин трапляються лише як винятки. Крім «звичайних» кольорових речовин деякі тварини і риби виробляють флуоресціюючі пігменти, які поглинають світло, а потім випромінюють власне.

Забарвлення в природі залежить також від поверхонь, на які падає світло. Відбиваючись і заломлюючись, промені світла можуть накладатися й утворювати різні кольори. Цим пояснюється колір мильної бульбашки або кольорові плями тонкого маслянистого шару на воді. Прикладами такого забарвлення в живій природі є колір і блиск пір’я павича, перламутровий шар мушлі морських молюсків.

Колір неба пояснюється тим, як світло розсіюється на частках атмосфери, а за певних умов навіть випромінюється ними.

З кольором пов’язана й температура тіл, що випромінюють світло. За кольором порівнюють температури зір.

Мал. 32.6. Які гарячіші?

1. Назви кольори веселки. Доведи, що біле світло складне.

2. Намалюй на білому папері червоні літери. Яким світлом треба освітити папір, щоб літери «зникли»? Крізь яке скельце потрібно подивитись на червоні літери, щоб вони видалися чорними?

3. Утвори кольори. Для досліду потрібно три ліхтарики, червоне, зелене й синє скельця, білий аркуш, фарби. Змішай кольорове світло, як зображено на малюнку 32.7, а. Опиши, які кольори утворюються на перетинах. Пророби дослід із фарбами (мал. 32.7, б). Які кольори утворились цього разу?

Мал. 32.7. Змішування кольорів: світло і фарби

4. Обери з переліку підписи до світлин на малюнку 32.8.

• 1. Восени руйнується хлорофіл, що дозволяє проявитися іншим пігментам.
• 2 Для покращення зору в темну пору доби вживають продукти, багаті на каротин.
• 3 Деякі тварини можуть змінювати колір залежно від навколишніх умов.
• 4. У природі поєднання чорних, червоних, білих, оранжевих кольорів часто сигналізує про отруйність.
• 5. Маскування допомагає виживанню.

Мал. 32.8. Колір має значення

Які кольори відображають більше світла?

Коли світло вражає поверхню, частина його енергії відбивається, а частина поглинається. Колір, який людина сприймає, вказує на довжину хвилі світла, що відбивається. Біле світло містить усі довжини хвиль видимого спектру, тому коли відображається білий колір, це означає, що всі довжини хвилі відображаються, і жодна з них не поглинається, що робить білий колір найбільш відбиваючим кольором.

TL; DR (занадто довго; не читав)

Як енергія, яка називається електромагнітним випромінюванням, світло подорожує хвилями, деякі кольори мають більшу довжину хвилі, ніж інші. Видиме світло люди бачать, як білий колір складається з веселки кольорів в електромагнітному спектрі, що варіюються від синього до червоного, з жовтим, помаранчевим, зеленим та безліччю варіацій, просочених між ними, як у веселці після бурі. Сині та фіолетові мають меншу довжину хвилі та більшу енергію, а на протилежному кінці спектру червоні довжини хвиль довші, але мають меншу енергію.

Від загального до нульового відбиття

Якщо колір поверхні відрізняється від білого, це означає, що вона поглинає світло деякої довжини хвилі. Наприклад, поверхня, яка з’являється червоною, поглинає жовте, зелене, синє та фіолетове світло, одночасно відбиваючи червоне світло. Поверхня, яка з’являється зеленою, поглинає всі кольори, крім зеленого. Біле світло – це поєднання всіх кольорів – як це видно, коли ви просвічуєте біле світло крізь призму – тому все, що з’являється білим, відображає всі довжини хвилі світла. Чорний – найменш відбивний колір, це колір поверхні, який поглинає все світло.

Відтінки та відтінки

Якщо поверхня не біла, то чим ближче її колір до білого, тим більше світла вона відбиває. Пастельні та майже білі кольори відображають більше світла, ніж глибокі тони. Додавання білого кольору до кольору називається відтінком кольору, і воно збільшує відбивальну здатність кольору. Контрастна процедура полягає в додаванні чорного кольору для зменшення відбивної здатності. Це називається затіненням.

Різні кольори в різних вогнях

Об’єкт, який є білим, виглядав би червоним у світлому кольорі, оскільки білий містить усі кольори. Але якби на червоній кульці світилося синє світло, колір на кулі був би дуже темним, оскільки червоний колір містить лише червоний, а не синій, тому він поглинає синє світло замість того, щоб відбивати його. Колір предмета залежить від світла, що на нього падає. Єдиний спосіб пізнати колір предмета – це підвести його до сонячного світла чи білого світла.

Поглинання тепла

Предмети більш темного кольору нагріваються швидше на сонці, ніж світлі кольори, тому перебіг асфальту босими ногами може відчувати себе набагато спекотніше, ніж ходити по бетону світлого кольору. Причина полягає в тому, що більш темні кольори поглинають більше різної довжини хвилі світлової енергії, тоді як білі або світлі кольори об’єктів відображають світло більшості довжин хвиль.

Тест хімії на кислоти та основи: які кольори вказують

Які кольори поглинають більше тепла?

Темні кольори, особливо чорний, поглинають більше тепла, оскільки вони поглинають більше світла з навколишнього середовища. Якщо ви намагаєтеся залишатися прохолодними, одягайте світлі кольори, які поглинають менше тепла.

Які вулкани більше не вивергаються?

Виверження вулкана – один з найбільш вражаючих і руйнівних проявів енергії, яка криється всередині Землі. Мало природних явищ може порівнюватись з вулканами за потенціалом до загибелі людей, катастрофічної шкоди майну та руйнівних кліматичних наслідків. Багато вулканів світу, .

§ 13. Дисперсія світла. Спектральний склад природного світла. Кольори

Згадайте: сонячний літній день — і раптом на небі з’явилася хмаринка, пішов дощик, який начебто «не помічає», що сонце продовжує світити. Такий дощ у народі називають сліпим. Дощик іще не встиг закінчитись, а на небі вже засяяла різнокольорова веселка (рис. 13.1). Чому вона з’явилася?

Рис. 13.1. Веселку можна спостерігати, зокрема, в бризках фонтана або водоспаду

1. Розкладаємо сонячне світло у спектр

Ще в давнину було помічено, що пучок сонячного світла, пройшовши крізь скляну призму, стає різнокольоровим. Вважалося, що причина цього явища криється у властивості призми забарвлювати світло. Чи так це насправді, з’ясував у 1665 р. видатний англійський учений Ісаак Ньютон (1643-1727), провівши серію цікавих дослідів.

Для отримання вузького пучка сонячного світла Ньютон зробив у віконниці невеликий круглий отвір. Коли перед отвором він установлював скляну призму, на протилежній стіні з’являлася різнокольорова смужка, яку вчений назвав спектром. На смужці (як і у веселці) Ньютон виділив сім кольорів: червоний, оранжевий, жовтий, зелений, блакитний, синій, фіолетовий (рис. 13.2, а).

Потім учений за допомогою екрана з отвором виділяв із широкого різнокольорового пучка світла вузькі одноколірні (монохроматичні) пучки та знову спрямовував їх на призму. Такі пучки відхилялися призмою, але вже не розкладались у спектр (рис. 13.2, б). При цьому найбільше відхилявся фіолетовий пучок світла, а найменше — червоний.

Рис. 13.2. Схема дослідів І. Ньютона із з’ясування спектрального складу світла

Результати дослідів дозволили Ньютону дійти таких висновків:

• 1) пучок білого (сонячного) світла складається зі світла різних кольорів;
• 2) призма не «фарбує» біле світло, а розділяє його (розкладає в спектр) через різне заломлення світла різного кольору.

2. Дізнаємось про дисперсію світла

Досліди Ньютона продемонстрували, зокрема, що, заломлюючись у скляній призмі, пучки фіолетового світла завжди відхиляються більше, ніж пучки червоного. Це означає, що для світла різного кольору показник заломлення скла є різним. Саме тому пучок білого світла й розкладається у спектр.

Зіставте рис. 13.1 і 13.2: кольори веселки — то і є кольори спектра. І це не є дивним, бо насправді веселка — це величезний спектр сонячного світла. Одна із причин виникнення веселки полягає в тому, що безліч маленьких краплинок води заломлюють біле сонячне світло.

Явище розкладання світла у спектр, зумовлене залежністю показника заломлення середовища від кольору світла, називають дисперсією світла.

Для більшості прозорих середовищ найбільший показник заломлення має світло фіолетового кольору, найменший — червоного.

• Світло якого кольору — фіолетового чи червоного — поширюється в склі швидше? Підказка: згадайте, як показник заломлення середовища залежить від швидкості поширення світла в цьому середовищі.

3. Характеризуємо кольори

У спектрі сонячного світла традиційно виділяють сім кольорів, можна виділити й більше. Але ви ніколи не зможете виділити, наприклад, коричневий або бузковий колір. Ці кольори є складними — вони утворюються внаслідок накладання (змішування) спектральних (чистих) кольорів у різних пропорціях. Деякі спектральні кольори в разі накладання один на одного утворюють білий колір. Такі пари спектральних кольорів називають додатковими (рис. 13.3).

Рис. 13.3. Деякі додаткові кольори

Для зору людини особливе значення мають три основні спектральні кольори: червоний, зелений і синій: накладаючись, ці кольори дають відчуття найрізноманітніших кольорів і відтінків.

На накладанні трьох основних спектральних кольорів у різних пропорціях ґрунтується кольорове зображення на екрані комп’ютера, телевізора, телефону (рис. 13.4).

Рис. 13.4. Якщо подивитися через лупу на екран комп’ютера, побачимо безліч дрібних кругів червоного, зеленого та синього кольорів

4. З’ясовуємо, чому світ є різнокольоровим

Знаючи, що біле світло є складеним, можна пояснити, чому навколишній світ, освітлений лише одним джерелом білого світла — Сонцем, ми бачимо різнокольоровим (рис. 13.5).

Рис. 13.5. Завдяки тому що різні тіла по-різному відбивають, заломлюють і поглинають сонячне світло, ми бачимо навколишній світ різнокольоровим

Так, поверхня аркуша офісного паперу однаково добре відбиває промені всіх кольорів, тому аркуш, освітлений білим світлом, здається нам білим. Синій наплічник, освітлений тим самим білим світлом, переважно відбиває промені синього кольору, а решту поглинає.

• Як ви вважаєте, який колір переважно відбивають пелюстки соняшників? листя рослин?

Синє світло, спрямоване на червоні пелюстки троянди, майже цілком поглинеться ними, бо пелюстки відбивають переважно червоні промені, а решту — поглинають. Тому троянда, освітлена синім світлом, здаватиметься нам практично чорною. Якщо ж синім світлом освітити білий сніг, то він здаватиметься нам синім, адже білий сніг відбиває промені всіх кольорів (у тому числі й сині). А от чорна шерсть кота добре поглинає всі промені, тому, хоч яким світлом ми його освітимо, кіт однаково здаватиметься чорним (рис. 13.6).

Рис. 13.6. Колір тіла залежить як від оптичних властивостей його поверхні, так і від характеристик падаючого світла

Зверніть увагу! Оскільки колір тіла залежить від характеристики падаючого світла, в темряві поняття кольору позбавлене будь-якого сенсу.

Підбиваємо підсумки

Пучок білого світла складається зі світла різних кольорів. Виділяють сім основних спектральних кольорів: червоний, оранжевий, жовтий, зелений, блакитний, синій, фіолетовий. Показник заломлення світла, а отже, швидкість поширення світла в середовищі залежать від кольору світла.

* Залежність показника заломлення середовища від кольору світла називають дисперсією світла. Ми бачимо навколишній світ різнокольоровим завдяки тому, що різні тіла по-різному відбивають, заломлюють і поглинають світло.

Контрольні запитання

1. Опишіть досліди І. Ньютона щодо встановлення спектрального складу світла. 2. Назвіть сім спектральних кольорів. 3. Світло якого кольору найбільше заломлюється в речовині? найменше заломлюється? *4. Дайте означення дисперсії світла. Яке природне явище пов’язане з дисперсію? 5. Які кольори називають додатковими? 6. Назвіть три основні кольори спектра. Чому їх так називають? 7. Чому навколишній світ ми бачимо різнокольоровим?

Вправа № 13

1. Якими здаватимуться чорні літери на білому папері, якщо дивитися на них крізь зелене скло? Яким при цьому здаватиметься колір паперу?

2. Світло яких кольорів проходить крізь синє скло? поглинається ним?

3. Через скло якого кольору не можна побачити текст, написаний фіолетовим чорнилом на білому папері?

4. У воді поширюються пучки світла червоного, оранжевого та блакитного кольорів. Швидкість поширення якого з пучків є найбільшою?

5. Скористайтеся додатковими джерелами інформації та дізнайтеся, чому небо блакитне; чому Сонце на заході часто буває червоним.

Експериментальне завдання

«Творці райдуги». Наповніть неглибоку посудину водою та поставте її біля світлої стіни. На дно посудини помістіть плоске дзеркало (див. рисунок). Спрямуйте на дзеркало пучок світла — на стіні з’явиться «сонячний зайчик». Розгляньте його та поясніть спостережуване явище.

Фізика і техніка в Україні

Київський національний університет ім. Тараса Шевченка (КНУ) заснований 8 листопада 1833 р. як Імператорський університет Святого Володимира. Перший ректор університету — видатний учений-енциклопедист Михайло Олександрович Максимович.

Із КНУ пов’язані імена відомих учених — математиків, фізиків, кібернетиків, астрономів: Д. О. Граве, Μ. П. Кравчука, Г. В. Пфейффера, Μ. М. Боголюбова, В. М. Глушкова, А. В. Скорохода, Й. І. Гіхмана, Б. В. Гнєденка, В. С. Михалевича, Μ. П. Авенаріуса, Μ. М. Шіллера, Й. Й. Косоногова, О. Г. Ситенка, В. Є. Лашкарьова, Р. П. Фогеля, Μ. Ф. Хандрикова, С. К. Всехсвятського.

У світі відомі наукові школи Київського університету — алгебраїчна, теорії ймовірностей та математичної статистики, механіки, фізики напівпровідників, фізичної електроніки та фізики поверхні, металогенічна, оптики нових матеріалів та ін. Із 2008 р. ректор КНУ — академік НАНУ і НАПНУ, Герой України Леонід Васильович Губерський.