Призма - вчи фізику!

Якщо вам попадалася скляна тригранна призма я ви намагалися подивитися крізь неї на лампу, ви напевно були здивовані тим, що, хоча призма прозора, але, як не крутіть її, вогню все ж не видно. Але ось ви абсолютно випадково повернули призму якось в сторону і раптом побачили вогонь, але абсолютно в іншому напрямку, оточений красивою райдужної облямівкою. Обертаючи призму, ви побачите всі навколишні предмети, але тільки не в тому місці, де вони дійсно стоять. Всі предмети, що розглядаються крізь призму, облямовані чудовими райдужними смужками. Гори, будинки, хмари, дерева чарівно грають барвистими квітами.

Що ж сталося зі світлом, які пройшли через призму? Ви, ймовірно, вже помічали, що сонячний промінь, впавши в який-небудь посудину з водою, йде в воді не по тому напрямку, як в повітрі. Виходить враження, ніби в цьому місці промінь переломлений, як палиця (рис. 68, А). Таке переломлення завжди буває, коли промінь падає на воду не прямовисно, а під яким-небудь кутом. Якщо опустити перпендикуляр в точку дотику променя з поверхнею води, то кут а, складений цим перпендикуляром і падаючим променем, буде більше кута б, складеного продовженням перпендикуляра і променем, заломленим водою.

Так завжди буває, коли промінь переходить з менш щільного середовища, наприклад повітря, в більш щільну, наприклад воду. Кут відхилення променя в різних рідинах різний навіть і при одному і тому ж вугіллі падіння. Цей досвід можна зробити і навпаки. Якщо помістити джерело світла в воді, промінь, проходячи з більш щільною середовища в менш щільну, пройде точно такий же шлях, але в зворотному напрямку, як і в першому випадку, т. Е. При виході з води він відхилиться від перпендикуляра. Те ж саме вийде, якщо промінь впаде не під прямим кутом на скло.
Припустимо, що лінія 1-2 на рис. 68, В - це площина скляного тіла. Луч, що падає на скло під гострим кутом, увійшовши в більш щільну середу, наближається до перпендикуляру (кут а більше кута б). Якщо де-небудь на протязі цього променя зустрінеться зовнішня площину скла (наприклад лінія 3-4), тоді промінь, пройшовши в менш щільне середовище - в повітря,-знову відхилиться від перпендикуляра (кут г більше кута в). На проходження променя не впливає форма решти скляного тіла. Ви можете скло зліва обрізати, а праворуч загострити, т. Е. Зробити з нього призму (рис. 68, В).
Тепер вам повинно бути ясно, чому промінь світла в призмі відхиляється від свого первісного напрямку і чому кожен предмет крізь призму здається зрушеним зі свого дійсного місця. На малюнку ви бачите, як потрібно тримати призму, щоб побачити світло свічки.
Якщо ви зробите досвід заломлення з променями різних кольорів: червоним, зеленим, блакитним і т. Д. То знайдете, що призма заломлює їх неоднаково.
Поставте між джерелом світла і призмою, послідовно, червоне, блакитне і зелене скло і уловите на білому екрані кольорові промені, що виходять з іншого боку призми. Ви побачите тоді, що різні кольорові промені відхиляються призмою по-різному. Найменше відхиляється червоний промінь, потім жовтий, зелений. Більше інших відхиляються від свого первісного напрямку блакитний, синій і фіолетовий промені (рис. 69).

Якщо ви пропустите крізь призму білий промінь світла, наприклад сонячний, то при виході з призми він не тільки відхилиться, але ще розтягнеться в смугу, забарвлену в усі кольори веселки в тій послідовності, як у нас на рис. 69. Кольорова смуга, яку дає призма, називається спектром. Те, що білий колір складається з усіх кольорів веселки, зараз знає кожен школяр, по коли фізик Ньютон в 1672 році прийшов до цього висновку, він був зустрінутий градом глузувань.

Хороша і велика призма з флінт- або Кронгласс коштує дуже дорого. Але ви і самі можете зробити зовсім непогану призму.
Якщо у вас є акваріум, то дві сторони його, що сходяться під кутом, можна використовувати як призму. Щоб за допомогою такої призми отримати спектр від сонячних променів, встановіть акваріум, як показано на рис. 70.

Досвід цей краще зробити в кімнаті, що виходить вікнами на схід або на захід. Сонце з півдня нам не так зручно, тому що стоїть в цей час дуже високо. Закрийте вікно картоном і проріжте в ньому щілину шириною в 2 сантиметри і висотою в 10 сантиметрів. Промені сонця широкою стрічкою пройдуть через щілину. На шляху цих променів встановіть акваріум. Позаду нього на білому папері ви отримаєте чудову кольорову стрічку. Якщо ви будете повертати акваріум, ви побачите, що в залежності від його положення спектр стає коротшим і довше. Він робиться яскравіше, коли коротшає, і тьмяніє при подовженні. Коли сонце стоїть високо і промені падають дуже круто, спектр виходить не цілком правильним. Але ви можете поставити за вікном дзеркало і з його допомогою направляти відбиті промені крізь щілину в горизонтальному напрямку. Інший простий спосіб отримання спектра запропонував фізик Хопкінс. Його досвід потрібно зробити в темній кімнаті. Призма при цьому зовсім не потрібна. Замість неї потрібні миска з водою і дзеркало шириною в 12 сантиметрів і висотою в 20 сантиметрів.

Промінь сонця, пройшовши в щілину, що прорізає високо у віконниці вікна або в аркуші картону, яким закрито вікно, потрапить в миску. Нижче поверхні вода він відіб'ється від дзеркала назад, знову пройде крізь воду і знову переломив у її поверхні (рис. 71). Значить, він заломлюється два рази, так само як і в призмі. Завдяки цьому складові його кольорові промені поділяються. Спектр проектується на аркуші паперу нижче щілини, причому виходить не горизонтальна, а вертикальна різнобарвна стрічка. Червоний колір - нагорі, блакитний Вниз.

Б. Донат
"Фізика в іграх"