Жарық дисперсиясы

Жарықтың дисперсия себебінен призмадан өткенде спектрге бөлінуі (Ньютона тәжірибесі).

Жарық дисперсиясы — заттың сыну көрсеткішінің (n) жарық толқынының жиілігіне () не ұзындығына () тәуелділігі; жарық толқыны фазалық жылдамдығының жиілікке () тәуелділігі. Жарық дисперсиясы нәтижесінде ақ жарық спектрге жіктеледі (қ. Оптикалық спектрлер). Осы спектрді зерттеу арқылы И.Ньютон Жарық дисперсиясын ашты (1672). Спектрдің берілген аймағы үшін мөлдір денелерде жарық толқынының жиілігі () артқанда ( кемігенде) сыну көрсеткіші де (n) артады. n мен -дің (не -ның) арасында осындай заңдылық байқалатын құбылыс қалыпты Жарық дисперсиясы деп аталады. Аномаль Жарық дисперсиясы кезінде толқын жиілігі  артқанда ( кемігенде) сыну көрсеткіші n кемиді. Оптикалық шыныларда қалыпты Жарық дисперсиясы, ал жарық өткенде жұтылу жолақтары айқын білінетін газдар мен буларда аномаль Жарық дисперсиясы байқалады. Затта жарықтың сынуы жарықтың фазалық жылдамдығының өзгеруі салдарынан болады. Мұндай жағдайда заттың сыну көрсеткіші (n) мына формуладан анықталады: n=c/cф, мұндағы cф — жарықтың берілген ортадағы фазалық жылдамдығы, с — вакуумдағы жарық жылдамдығы. Жарықтың электрмагниттік теориясы бойынша: , мұндағы  — диэлектрлік өтімділік,  — магниттік өтімділік. Призмадан немесе басқа бір мөлдір денеден өткен жіңішке ақ жарық шоғы түрлі түсті спектрге жіктеледі. Жеті түрлі түстен құралған бұл спектрдің ең көбірек бұрылатыны және ең қысқа толқындысы (жиілігі үлкені) — күлгін сәуле, ал ең аз бұрылатыны және ең ұзын толқындысы — қызыл сәуле. Жарықтың классик. теориясы бойынша Жарық дисперсиясы жарық таралған орта атомдарының (не молекулаларының) электрондары мен жарық толқындары туғызған айнымалы электр өрісінің өзара әсерлесуі нәтижесінде пайда болады. Мөлдір денелердегі Жарық дисперсиясы спектрлік приборларды, ахроматикалық линзаларды жасау кезінде қолданылады.

Қосымша

Әр түрлі заттардың түстері туралы сұрақ адам баласын ерте заманнан бері қызықтырып келді. Сонда да Ньютонға дейін бұл салада ешқандай белгілі нәрсе болмады. Түс заттың өзіне тән қасиет деп есептелді. Ал әр уақытта түрлі бақылау жүргізгенде жарықтану шарты өзгерген жағдайда дененің түсі де өзгеретінін анықтауға болады. Жарық пен қараңғыны араластырғанда әр түрлі түстер пайда болады деген пікірлер де болды. Кемпірқосақ түсін жаңбыр тамшыларымен байланыстырды. Алмаз түстерінің ойнауы, шыны призмадан өткен түстің түрленуі де белгілі болатын. Бірақ Ньютонға дейін ешкім де бұл құбылыстарды салыстырып, олардың арасындағы байланысты білуге ұмтылған жоқ. 1666 жылы сол кезге дейін белгілі болып келген түс жөніндегі теорияларды іс жүзінде жоққа шығаратын эксперимент жасалынды. Бұл экспериментті Ньютонның өзі қалай сипаттап жазғанын келтірейік.

1666 жылы шыны өңдеп жүрген болатынын, мен түс жөніндегі белгілі құбылыстарды тексеру үшін үшбұрышты шыны призманы тауып алдым. Осы мақсатта мен өзімнің бөлмемді қараңғыладым да күн сәулесін өткізу үшін жақтауға өте кішкене саңылау жасадым.

Осы саңылауға мен призманы одан сынған сәуле қарсы қабырғаға түсетін етіп орналастырдым. Осындай жолмен алынған түрлі-түсті және күшейтілген түстерді қарау маған өте үлкен қанағаттандыру сезімін тудырды". Жарық көзінен шығып, призма арқылы өткенде пайда болған әр түрлі түстерден тұратын жолақтарды Ньютон спектр (spektrum — көру) деп атады (түрлі-түсті қосымшадағы 3-сурет).

Бұл эксперименттің екі ерекшелігі Ньютонды таң қалдырды. Жарық призмадан неге боялып шығады? Және дөңгелек саңылаудан түскен шоқ призмада сынып шыққаннан кейін неге жолақ түріне енеді?

Шоқтың ұзындығын оның енімен салыстырып, оның ұзындығының енінен 5 есе артык екенін тапты. Мұны түсіндіру өте қиын болды. Бірақ Ньютон күн спектрінің әр түсін басқалардан жеке бөліп алып, оны екінші призмадан сынуға мәжбүр етті. Бұл жағдайда ол әр түрлі түстердің әрқалай сынатынын байқады. Мысалы, қызыл түс басқаларға қарағанда әлсіз, ал күлгін түс бәрінен де күшті сынады.

Ньютон мұны түсіндіре алмады. Бірақ эксперимент жарықтың призмадан сынғанда ұзынша болатынын түсіндірді. Бұл эксперимент ақ түстің күрделі түс екенін көрсетті. Ол негізгі жеті түстен түрады: қызыл, қызғылт сары, сары, жасыл, көк, көгілдір және күлгін Ақ түстің күрделі түс екенін көрсететін Ньютонның жасаган тағы бір тәжірибесі бар.

Ньютон дөңгелектің бетін сектор түрінде негізгі жеті түсті бояп қойды. Бұл дөңгелек қозғалтқыштың айналу осіне бекітілді. Айналудың белгілі бір жылдамдығында түсті дөңгелек ақ болып көрінеді. Ньютонның ашқан құбылысы жарықтың дисперсиясы деген атқа ие болды (лат. dispersio — шашырау). Жарық дисперсиясының екі мағынасы бар: 1) дисперсия — күрделі ақ түсті спектрге ажырату құбылысы; 2) дисперсия — заттың сыну көрсеткішінің түсетін жарықтың толқын ұзындығына тәуелділігі. Бір заттың ор түрлі толқын ұзындығына сәйкес сыну көрсеткіші бар. Жарықтың жылдамдығы вакуумде 300 000 км/с екені белгілі. Ал басқа мөлдір ортадан өткенде жарық жылдамдығы өзгереді және ол вакуумдегіден аз. Қызыл түсті жарық толқынының таралу жылдамдығы кез келген ортада максимал, ал күлгін түсті жарық толқынының таралу жылдамдығы — минимал болады. Мысалы, суда v_k = 228 000 км/с, ал v_k= 227 000 км/с. Күкірт көміртекте v_k= 185 000 км/с, ал v_k= 177 000 км/с. Вакуумде жарық дисперсиясы болмайды, өйткені онда барлық жарық толқындары бірдей жылдамдықпен таралады.

Дисперсия құбылысының ашылуы кемпірқосак құбылысын түсіндіруге көмектесті. Жарықтың су тамшыларында немесе атмосферадағы мұз қабыршақтарында сынуы күн сәулесінің суда немесе мұзда жіктелу дисперсиясының нәтижесі сияқты болады.

Жарықтың дисперсиясын қалыпты және аномальді деп бөледі. Көп жағдайда ортаның сыну көрсеткіші толқын ұзындығына кері пропорционал болатынын тәжірибелер көрсетті. Мұндай дисперсия қалыпты дисперсия деп аталады. Егер ортапың сыну көрсеткіші толқын ұзындығына тура пропорционал болса, ондай дисперсия аномалъді дисперсия деп аталады.