Látható spektrum: definíció, színek, prizma és a szivárvány
Ismerd meg a látható spektrum definícióját, színeit, prizmás törését és a szivárvány keletkezését — szemléletes magyarázatok és ábrák.
Ez a cikk a látható spektrumról szól. Minden más felhasználásra lásd: spektrum (disambiguation)
A látható spektrum a szemünkkel érzékelhető elektromágneses sugárzás színes sávja. A látható fény több színből áll, tipikusan a következő sorrendben: ibolya, indigó, kék, zöld, sárga, narancs és vörös. A látható spektrum a nagyobb elektromágneses spektrum része, amely a rádióhullámoktól az ultraibolyáig terjedő összes hullámhosszt magában foglalja.
Színek és hullámhosszak
A látható fény hullámhossza hozzávetőlegesen 380–750 nanométer (nm) közé esik. Az egyes színskálák hozzávetőleges hullámhossz-tartományai:
- ibolya: ~380–450 nm
- kék: ~450–495 nm
- zöld: ~495–570 nm
- sárga: ~570–590 nm
- narancs: ~590–620 nm
- vörös: ~620–750 nm
A heti és kulturális hagyományok, valamint a történelmi megközelítések (például Newton hét színre bontása) miatt az „indigó” külön kategóriaként szerepel, de a modern optika gyakran folytonos spektrumként kezeli a színeket, és nem mindig különít el minden történelmi árnyalatot.
Prizma és a spektrum szétválasztása
A spektrumot egy egyszerű kísérlettel is megfigyelhetjük: fehér fényt vezetünk át egy prizmán, és a prizmán kilépő fényt egy fehér felületre vetítjük. Ennek a jelenségnek a magyarázata a fény hullámhosszfüggő törése, azaz a diszperzió.
Az anyag, amelyből a prizma készül, más n törésmutatóval rendelkezik, mint a levegő. Általában nprizma nagyobb, mint nair, és a levegő törésmutatóját megközelítőleg 1-nek vesszük. Amikor a fény átlép a két közeg határán, a beesési szög és a törésmutatók alapján a Snell-törvény írja le az útját: n1 · sin(θ1) = n2 · sin(θ2). Mivel a törésmutató anyagonként és hullámhosszonként változik (diszperzió), a különböző hullámhosszú komponensek eltérően hajlanak el, és így szétválnak egymástól.
Miért térnek el eltérően a hullámhosszak?
A rövidebb hullámhosszú fényt (például az ibolyát és a kéket) általában jobban megtöri az anyag, mint a hosszabb hullámhosszú vörös fényt. Ennek következtében a vörös komponens a normálishoz (a felületre merőleges egyeneshez) közelebb, azaz kisebb eltérüléssel jelenik meg, míg az ibolya a legnagyobb eltérülést mutatja. Ez adja a spektrum jól ismert sorrendjét: vörös, narancs, sárga, zöld, kék, indigó, ibolya.
A szivárvány mint természetes példa
A spektrum természetes, látványos példája a szivárvány. A szivárvány kialakulásához vízcseppek szükségesek, amelyekben a napfény először megtörik, majd a cseppek belsejében részben visszaverődik, és végül ismét megtörik, amikor kilép. A teljes folyamat során a különböző hullámhosszú fények különböző irányokba törnek, így a megfigyelő számára elkülönült, színes körsávok jönnek létre. A jellegzetes elsőrendű (primer) szivárvány belső ívén a vörös rész kívül, az ibolya pedig belül található; a fő csúcsszög nagyjából 42° körül van a Nap és az ellenkező irányban álló megfigyelő közötti irányhoz viszonyítva.
Ritkábban megfigyelhető másodlagos (szekunder) szivárvány is, amelyben a színek sorrendje megfordul, és amelynél a jelenség oka, hogy a fény a cseppekben kétszer tükröződik, így a szög és a fény intenzitása is eltér az elsőrendűtől.
Történeti és elnevezési megjegyzések
A spektrum szót eredetileg az optikát kutató tudósok használták: Newton volt az, aki prizmával szétválasztotta a fehér fényt és leírta a prizmával kapott színfolyamatot. A prizmán való áthaladás és szétválás a fény szóródásának és törésének komplex együttese; ma ezt a jelenséget a hullámoptika és a geometriai optika eszközeivel is értelmezzük. Megjegyzendő, hogy a „spektrum” nemcsak a látható tartományra vonatkozhat, hanem általánosabban a különböző frekvenciájú vagy hullámhosszú komponensek eloszlására is használjuk.
Összefoglalás
- A látható spektrum a szem által érzékelhető fény színskálája, körülbelül 380–750 nm között.
- Színei a hullámhossz függvényében rendeződnek: ibolya → ... → vörös.
- Prizmán vagy vízcseppekben a fény szétválása a hullámhosszfüggő törés (diszperzió) miatt következik be.
- A elektromágneses spektrum részeként a látható tartomány csak egy szűk részét képezi az összes sugárzásnak.
A szivárvány spektruma
Kérdések és válaszok
K: Mi az a spektrum?
V: A spektrum több színből álló sáv, köztük az ibolya, az indigó, a kék, a zöld, a sárga, a narancs és a vörös. Akkor látható, ha a Nap fényét egy prizmán keresztülvezetjük, és hagyjuk, hogy összegyűljön egy fehér képernyőn.
K: Mi az a spektroszkópia?
V: A spektroszkópia a spektrumok tanulmányozása.
K: Mi okozza a fehér fény szétválasztását az alkotószíneire?
V: A rövidebb hullámhosszú fényt jobban megtörik, mint a hosszabb hullámhosszúakat, ami a fehér fénynek az alkotószínekre való szétválasztását okozza.
K: Hogyan határozza meg a Snell-törvény a fénytörési szöget?
V: A Snell-törvény a beesési szög és a törésmutatók felhasználásával határozza meg a törésszöget.
K: Miért a vörös szín jelenik meg legközelebb a felület anyagára merőleges egyeneshez?
V: A vörös szín jelenik meg a legközelebb ehhez a vonalhoz, mert ennek van a leghosszabb látható hullámhossza, és a prizmán áthaladva a legkevésbé hajlik meg.
K: A prizmák által keltett szivárványoknak mindig van egy sorrendje?
V: Igen, a prizmák által létrehozott szivárványok mindig ebben a sorrendben jelennek meg: vörös, narancs, sárga, zöld, kék, indigó és ibolya.
Keres