Преломление света; призма; дисперсия и спектры
Почему соломинка кажется сломанной в стакане воды и как капля дождя рисует радугу над Иссык-Кулем
Главная идея: когда свет переходит из одного прозрачного вещества в другое, меняется его скорость, и из-за этого луч изменяет направление. Это явление называется преломлением света. Поскольку разные цвета преломляются немного по-разному, стеклянная призма раскладывает белый свет в цветную полосу - спектр. Эта единственная идея объясняет линзы, радугу, мерцание звёзд и то, как астрономы узнают химический состав Солнца.
К концу темы вы сможете:
- объяснить, почему луч света меняет направление на границе двух сред,
- сформулировать и применять закон преломления и показатель преломления n = c/v,
- предсказывать, в какую сторону отклонится луч при входе в более плотную или менее плотную среду,
- построить ход луча в треугольной призме,
- объяснить дисперсию и почему фиолетовый преломляется сильнее красного,
- назвать три вида спектров и сказать, о чём говорит каждый из них.
1. Что такое преломление?
В предыдущей теме вы узнали, что в однородной среде свет распространяется прямолинейно и что он отражается от зеркала. Но посмотрите, что происходит у поверхности воды: карандаш в стакане кажется надломленным у линии воды, а дно прозрачной горной реки кажется ближе, чем есть на самом деле. Свет не остановился и не просто отразился - он изменил направление, переходя через границу между воздухом и водой.
Преломление - это изменение направления луча света при переходе из одной прозрачной среды в другую, в которой его скорость иная. Луч изгибается на границе (на границе раздела), а затем снова идёт прямолинейно внутри новой среды.
Ключевой факт: быстрее всего свет распространяется в вакууме, c = 3 × 108 м/с (300 000 км/с). В любом прозрачном веществе - воде, стекле, алмазе - он движется медленнее. Именно это изменение скорости и есть настоящая причина преломления.