Šviesos dispersija - tai reiškinys, kuriuo žmonija gėrėjosi visais laikais. Spalvų įvairovė gamtoje ilgą laiką buvo mįslė, o pirminėse teorijose buvo manoma, jog spalvas sukuria pati prizmė. Tačiau vėliau buvo išdrįsta suabejoti baltos spalvos vientisumu. Paaiškėjo, kad balta šviesa, praeidama per skaidrią aplinką, skaidosi į spektrą (lot. spectrum - vaizdas). Šis reiškinys pavadintas dispersija, arba šviesos skaida.
Fizikinė dispersijos prigimtis
Šviesos dispersija vadinama šviesą apibūdinančio dydžio (lūžio rodiklio, fazinio greičio, grupinio greičio, sklidimo kampo ir kt.) priklausomybė nuo šviesos spalvos, t. y. dažnio. Faziškai tai aprašoma priklausomybe, kai šviesos fazinis greitis yra v = c / n. Kadangi vakuume šviesos greitis c nuo dažnio nepriklauso, šviesos dispersiją nusako medžiagos lūžio rodiklio n priklausomybė nuo bangos dažnio.
Trikampėje prizmėje balta šviesa išsiskaido į spektrą, nes trumpesnės bangos (aukštesnio dažnio) sklinda mažesniu faziniu greičiu nei ilgesnės ir dėl to lūžta labiau. Tokia dispersija, kai išvestinės dv/dλ ir dn/dλ yra teigiamos, vadinama normaliąja. Ją stebime šviesai sklindant skaidriomis aplinkomis.
Eksperimentinis tyrimas
Atliekant šviesos dispersijos bandymus, buvo pastebėta, kad jei išskaidytą baltą šviesą nukreipsime į vandens pripiltą matavimo cilindrą arba panaudosime antrą trikampę prizmę, vėl galime gauti baltą šviesą. Tai įrodo, kad spektras nėra atskirų spalvų darinys, o vientisos šviesos komponentės.
Bandymų metodika
- Šviesos dispersija tiriama stiklinėje prizmėje, naudojant goniometrą.
- Goniometrą sudaro žiūronas ir kolimatorius, kurio lęšio židinio plokštumoje yra plyšys.
- Kolimatorių perėjusi šviesa lūžta prizmėje, o dėl dispersijos žiūrono objektyvo židinio plokštumoje gaunami spalvoti plyšio atvaizdai.
Jei šviesa įeina į prizmę ir iš jos išeina simetriškai, jos nuokrypio kampas δ yra mažiausias. Būtent matuojant šiuos mažiausio nuokrypio kampus, nustatomas prizmės lūžio rodiklis.
Praktinis pritaikymas ir gamtiniai reiškiniai
Labiausiai žinomas dispersijos pavyzdys yra vaivorykštė. Ji susidaro dėl vandens lašų, esančių ore, medžiaginės dispersijos. Lašas gali pasiųsti į akį daug šviesos tik tuo atveju, kai kampas tarp spindulio, einančio iš lašo į akį, ir spindulio, einančio nuo Saulės į lašą, lygus apie 42°.
| Reiškinys | Pagrindinis principas |
|---|---|
| Vaivorykštė | Vandens lašų medžiaginė dispersija |
| Optinis šviesolaidis | Signalo išsikraipymas dėl dispersijos |
| Difrakcinė gardelė | Kampinės dispersijos atsiradimas |
Medžiaginė dispersija turi įtakos ir šiuolaikinėse technologijose: pavyzdžiui, ji sąlygoja impulsų plitimą optiniame šviesolaidyje, dėl ko signalai išsikraipo nusklisdami didelius atstumus. Tuo tarpu kampinė dispersija plačiai naudojama įvairiuose optiniuose prietaisuose, siekiant erdvėje atskirti skirtingos spalvos signalus.