Опыты с призмами

Все свои оптические эксперименты и гипотезы Ньютон изложил в труде под названием "Оптика". Рассмотрим один из центральных опытов.

Через малое отверстие F (рис. 1) в оконной ставне в темную комнату падает свет. Этот свет попадает на составную призму ABCD, которая может поворачиваться вокруг оси, перпендикулярной плоскости рисунка. Грани AB и CD параллельны, а потому выходящий из CD пучок параллелен пучку, падающему на AB. На рисунке схематически показан ход только одного луча.

Рис. 1

После составной призмы пучок попадает на треугольную; из нее на стену отбрасываются обычные призматические цвета. Таким образом, в схеме ньютоновского эксперимента используются три призмы (вместо привычной одной). Каково же назначение двух других?

Начнем поворачивать призму ABCD так, чтобы угол между направлением приходящего от ставни луча и гранью СВ, по которой склеены треугольные призмы ABC и BDC, увеличивался. На грань CB падает уже не белый свет, разделенные по цвету лучи. В какой-тио момент угол падения луча на грань CB, а точнее, на слой клея, соединяющего две треугольные призмы) станет равным углу полного внутреннего отражения для фиолетового цвета. Величина угла определяется уравнением

Sin a = n / n ,

Где n - показатель преломления клеевого слоя между призмами;

n - показатель преломления стекла для фиолетового цвета.

При дальнейшем повороте призмы начнут отражаться от слоя CB синий, зеленый и последовательно другие составляющие спектра Лучи, отражающиеся от слоя CB, попадают на отклоняющую призму; то же самое происходит и с лучами, прошедшими слой.

Этот опыт Ньютона достаточно убедительно показывает, что одни цвета могут быть отделены от других (при том. что на призму падал белый свет, который ни по каким признакам не проявлял себя как смесь различных цветов). Существенно, что этот же опыт опровергал и популярную среди современников Ньютона гипотезу о том, что цвет – это модификация света из-за его преломления или отражения. Действительно, преломление в отклоняющих призмах не меняло цвет проходящих через них лучей.

В "Оптике " описан еще один важный опыт, доказывающий, что белый свет можно получить смешивая все призматические цвета. Схема опыта приведена на рис. 2 Линза Л, призма ABC и экран Э (находящийся в фокусе линзы) расположены в темной комнате, в которую через отвесртие F диаметром около 1,5 см. падает пучок солнечного света. На линзу падает расходящийся пусок окрашенных в разные цвета лучей, на экране же наблюдается пятно белого света.

Рис. 2

Что, по мнению Ньютона, доказывали эти опыты? Он считал, что белый свет представляет собой смесь различных цветов. Это представление легко укладывалось в рамки корпускулярной теории света, согласно которой белый свет был смесью частиц – корпускул, движущихся с различными скоростями. Ньютон был сторонником корпускулярной теории света. В соответствии со своими теоретическими взглядами Ньютон и разработал эксперименты, в которых частицы разделялись "по скоростям". Данный пример показывает, что решающие эксперименты в истории науки представляют собой итог серьезного теоретического анализа; почти никогда они не бывают случайным для экспериментатора событием. И, соответственно, крайне редко результаты эксперимента бывают для экспериментатора абсолютно неожиданными.

Вполне естественна попытка Ньютона построить механическую модель опытов с призмой. Если разным цветам соответствуют разные скорости "световых корпускул", то скорость фиолетовых частиц должны быть наименьшей, а красных – наибольшей. Почему? Потому что фиолетовые лучи преломляются наиболее сильно – а это означает, что со стороны преломляющей поверхности на них действует сила. в течение достаточно продолжительного времени. Механическая аналогия здесь достаточно очевидна: тело, брошенное с некоторой высоты параллельно поверхности земли, будет двигаться к поверхности Земли по параболической траектории тем более крутой, чем меньше скорость тела.

Естественно, Ньютону хотелось найти какое-то независимое подтверждение своей гипотезы о разных скоростях световых частиц "разных цветов". Он обращается к одному из наиболее известных астрономов конца XVIII века, первому директору Гринвичской обсерватории Джону Флемстиду (1646 – 1719) с просьбой провести тщательное наблюдение начала и конца затмений спутников Юпитера. Если "красные" корпускулы распространяются с наибольшей скоростью, а "фиолетовые" – с наименьшей, то после окончания затмения наблюдатель должен увидеть меняющуюся окраску спутника. Сначала спутник будет выглядеть красным, затем оранжевым, и, наконец, фиолетовым.

В 1691 году Флемстид извещает Ньютона, что никакие наблюдения не выявили изменения окраски спутников Юпитера – ни в начале, ни в конце затмения. Это сообщение побудило Ньютона отказаться от гипотезы о различных скоростях световых частиц.

Дата добавления: 2015-10-21