§ 42. Дисперсия. Опыты Ньютона

Примерно в 1666 г. Ньютон произвел следующий простой, но чрезвычайно важный опыт (рис. 157): «Я взял продолговатый кусок толстой черной бумаги с параллельными сторонами и разделил его на две равные половины линией Одну часть я окрасил красной краской, другую — синей. Бумага была очень черной, краски были интенсивными и наносились толстым слоем для того, чтобы явление могло быть более отчетливым. Эту бумагу я рассматривал сквозь призму из массивного стекла, стороны которой были плоскими и хорошо полированными.

Рассматривая бумагу, я держал ее и призму перед окном Стена комнаты за призмой, под окном, была покрыта черной материей, находившейся в темноте; таким образом, от нее не мог отражаться свет, который, проходя мимо краев бумаги в глаз, смешивался бы со светом от бумаги и затемнял бы явление. Установив предметы таким образом, я нашел, что в том случае, когда преломляющий угол призмы повернут кверху, так что бумага кажется вследствие преломления приподнятой (изображение ), то синяя сторона поднимается преломлением выше, чем красная Если же преломляющий угол призмы повернут вниз и бумага кажется опустившейся вследствие преломления (изображение то синяя часть окажется несколько ниже, чем красная

Таким образом, в обоих случаях свет, приходящий от синей половины бумаги через призму к глазу, испытывает при одинаковых обстоятельствах большее преломление, чем свет, исходящий от красной половины».

С современной точки зрения это явление объясняется тем, что показатель преломления стекла, из которого сделана призма, зависит от длины волны проходящего света. Лучи с различной длиной волны призма преломляет различным образом. У стекла показатель преломления для синих лучей больше, чем для красных, т. е. показатель преломления убывает с возрастанием длины волны.

Рис. 157. Схема опыта Ньютона, доказывающего существование дисперсии.

Ньютон описывает и второй, не менее важный опыт в этой же области. В совершенно темной комнате он проделал небольшое отверстие в ставне окна, через которое проходил белый солнечный луч (рис. 158). Пройдя через призму, этот луч давал на стене целый окрашенный спектр. Тем самым было доказано, что белый свет представляет собой смесь цветов и что эту смесь можно разложить на составные цвета, пользуясь различием в преломлении для лучей разного цвета.

Не следует, однако, думать, что Ньютону принадлежит само открытие призматических цветов. С. И. Вавилов, один из наиболее тонких знатоков Ньютона, писал: «Ньютон вовсе не открывал призматических цветов, как это нередко пишут и особенно говорят: они были известны задолго до него, о них знали Леонардо да Винчи, Галилей и многие другие; стеклянные призмы продавались в XVII в. именно из-за призматических цветов». Заслуга Ньютона состоит в проведении четких и тонких опытов, выяснивших зависимость показателя преломления от цвета лучей (см., например, первый опыт).

Зависимость показателя преломления от длины волны проходящего света называется дисперсией света. На рис. 159 изображены дисперсионные кривые для ряда кристаллов.

Практически дисперсию характеризуют заданием ряда значений показателя преломления для нескольких длин волн, соответствующих темным фраунгоферовым линиям в солнечном спектре.

На советских оптических заводах обычно пользуются четырьмя значениями показателя преломления стекла: показатель преломления для красного света с длиной волны 656,3 миллимикрона для желтого света с длиной волны для синего света с длиной волны и -для синего света с длиной волны

Рис. 158. Дисперсионный спектр белого света.

Рис. 159. Дисперсионные кривые различных веществ.

Стекла с малым удельным весом — кроны — обладают меньшей дисперсией, тяжелые стекла — флинты — большей дисперсией.

В таблице приведены численные данные о дисперсии советских оптических стекол и некоторых жидких и кристаллических тел.

(см. скан)

Из цифр, приведенных в таблице, вытекает ряд интересных следствий. Остановимся на некоторых из них. Дисперсия сказывается в самом крайнем случае только в изменении второго знака после запятой в величине показателя преломления. Вместе с тем, как мы увидим дальше, дисперсия играет колоссальную роль в работе оптических инструментов. Далее, хотя большая дисперсия, как

правило, соответствует большему значению показателя преломления, но наблюдается и обратное соотношение (ср. легкий флинт с тяжелым кроном или воду с флуоритом).

Обращают на себя внимание чрезвычайно малая дисперсия у твердого тела — флуорита — и чрезвычайно высокая дисперсия у жидкого тела — альфа-бром-нафталина Обычно дисперсия у жидких тел меньше, чем у твердых.

Наконец, таблица показывает, что у всех приведенных тел дисперсия больше в синем конце спектра, разности несмотря на малое различие в длинах волн близки к ппйу соответствующим гораздо большей разнице в длинах волн

Поэтому в синей части и задают два значения показателя преломления Стандартной характеристикой преломляющей способности вещества является показатель преломления измеряемый в желтом свете светящихся паров натрия. Дисперсию же удобно характеризовать разностью , соответствующей почти краям видимого спектра.