Класс!ная физика - всегда рядом Класс!ная физика - викторины Класс!ная физика - для любознательных Техно-шокер Музей открытки 20 века Коты-работы художников

"Что кажется нам чудом, на самом деле таковым не является!" - Симон Стевин
Но, что будет, если кота Шрёдингера засунуть в бутылку Клейна и обмотать всё лентой Мёбиуса?





«Класс!ная физика» - это class-fizika.spb.ru, class-fizika.narod.ru, class-fizika.ru.

 Класс!ная физика   -  YouTube

Оптика. Рассеяние света. Опыты

ПечатьE-mail


РАССЕЯНИЕ СВЕТА


Частицы вещества, пропускающего свет, ведут себя подобно крохотным антеннам. Эти «антенны» принимают   световые  электромагнитные волны, и передают их  в новых направлениях. Этот процесс называется рэлеевским рассеянием по имени английского физика лор­да Рэлея (Джон Уильям Стретт, 1842— 1919).


Опыт 1


Положите лист белой бумаги на стол, а рядом с ним фонарик таким образом, чтобы  источник света располагался посередине длинной стороны листа бумаги.
Наполните два бесцветных прозрачных пластиковых стакана  водой.  С помощью маркера обозначьте стаканы буквами А и В.
 Добавьте каплю молока в стакан В и размешайте.
Сложите лист  белого картона  размером 15х30 см вместе короткими концами и согните его пополам в виде шалашика. Он будет служить вам экраном. Установите экран напротив фонарика, с противоположной стороны листа бумаги.





Затемните комнату, включите фонарик и заметьте цвет светового пятна, образованного фонариком на экране.
Поставьте стакан А в центре листа бумаги, перед фонариком, и сделайте следующее: заметьте цвет светового пятна на экране, которое образовалось в результате прохождения света от фонаря через воду; внимательно посмотрите на воду и отметьте, как изменился цвет воды.
Повторите действия, заменив стакан А на стакан В.

В результате цвет светового пятна, образованного на экране лучом света фонаря, на пути которого нет ничего, кроме воздуха, может быть белым или слегка желтоватым. Когда луч света проходит через чистую воду, цвет пятна на экране не меняется. Не меняется также и цвет воды.
Но после прохождения луча через воду, в которую добавлено молоко, световое пятно на экране кажется желтым или даже оранжевым, а вода становится голубоватого оттенка.

Почему?
Свет, как и электромагнитное излучение вообще, обладает как волновыми, так и корпускулярными свойствами. Распространение  света имеет волнообразный характер, а его взаимодействие с веществом происходит так, как будто световое излучение состоит из отдельных частиц. Световые  частицы – кванты (иначе фотоны), представляют собой сгустки энергии с различными частотами. Фотоны  имеют свойства как частицы, так и волны. Поскольку фотоны испытывают волновые колебания, за размер фотона принимается длина волны света соответствующей частоты.
Фонарь является источником белого света. Это видимый свет, состоящий из всевозможных оттенков цветов, т.е. излучения разных длин волн — от красного, с наибольшей длиной волны, до голубого и фиолетового, с наиболее короткими длинами волн в видимом диапазоне. Когда световые колебания разных длин волн смешиваются, глаз воспринимает их и мозг интерпретирует эту комбинацию как белый цвет, т.е. отсутствие цвета. Свет проходит через чистую воду, не приобретая никакого цвета.



Но при прохождении света через воду, подкрашенную молоком, мы замечаем, что вода стала голубоватой, а световое пятно на экране — желто-оранжевым. Это произошло в результате рассеяния (отклонения) части световых волн. Рассеяние  может быть упругим (отражение), при котором фотоны сталкиваются с частицами и отскакивают от них, совершенно так же, как два бильярдных шара отскакивают друг от друга. Наибольшему рассеянию подвергается фотон, когда он сталкивается с частицей примерно такого же, как он сам, размера.

Маленькие частицы молока в воде лучше всего рассеивают излучение коротких длин волн — синее и фиолетовое. Таким образом, при прохождении белого света через воду, подкрашенную молоком, ощущение бледно-голубого цвета возникает из-за рассеяния коротких длин волн. После рассеяния на частицах молока коротких длин волн из светового пучка в нем остаются в основном длины волн желтого и оранжевого цвета. Они и проходят дальше, к экрану.

Если размер частицы больше, чем максимальная длина волны видимого света, рассеянный свет будет состоять из всех длин волн; такой свет будет белым.


Опыт 2

Как зависит рассеяние от концентрации частиц?
Повторите опыт, используя разные концентрации молока в воде, от 0 до 10 капель. Понаблюдайте изменения оттенков цветов воды и света, пропущенного водой.


Опыт 3

Зависит ли рассеяние света в среде от  скорости  света  в этой среде?
Скорость света зависит от плотности вещества, в котором распространяется свет. Чем больше плотность среды, тем медленнее распространяется в ней свет

Помните, что рассеяние света в разных веществах можно сравнить, наблюдая за яркостью этих веществ. Зная, что скорость света в воздухе составляет 3 х 108 м/с, а скорость света в воде 2,23 х 108 м/с, можно сравнить, например, яркость мокрого речного песка с яркостью сухого песка. При этом надо иметь в виду тот факт, что свет, падающий на сухой песок, проходит через воздух, а свет, падающий на мокрый песок, — через воду.

Насыпьте песок в разовую бумажную тарелку. Налейте с края тарелки немного воды. Отметив яркость разных участков песка в тарелке, сделайте вывод, в каком песке рассеяние больше: в сухом (в котором песчинки окружены воздухом) или в мокром (песчинки окружены водой). Можно попробовать испытать и другие жидкости, например, растительное масло.




Вернуться в «Оглавление»

Источник: Дж. Ванклив "Занимательные опыты по физике"