Experimentos com um prisma. Dispersão da luz. Disco colorido de Newton Experimentos com luz Isaac Newton 1666

A primeira experiência sobre a decomposição da luz num espectro foi feita por Isaac Newton em 1666. Ele fez um pequeno furo na veneziana da janela e em um dia ensolarado recebeu um estreito feixe de luz, em cujo caminho colocou um prisma de vidro triangular. O feixe foi refratado nele, e na parede oposta apareceu uma faixa colorida, onde todas as cores do arco-íris estavam localizadas em uma determinada ordem: vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, índigo e violeta. Newton nomeou esta faixa de cores espectro(do latim “espectro” - visível).

Os raios vermelhos apresentam o menor desvio da direção original de incidência e os raios violetas apresentam o maior desvio.

Depois de tal experimento, Newton fez primeira conclusão: A decomposição da luz branca em um espectro de cores significa que a luz branca tem uma estrutura complexa, ou seja, é composta, ou seja, uma mistura de todas as cores do arco-íris.

Segunda conclusão Newton foi isso luz de cores diferentes é caracterizada indicadores diferentes refração em um determinado meio. Isso significa que o índice de refração absoluto das cores violetas é maior do que o das vermelhas.

Newton chamou a dependência do índice de refração da luz em suas cores dispersão(da palavra latina dispersio - “dispersão”).

No entanto, Newton era um defensor da teoria corpuscular e não conseguia explicar o fenômeno da dispersão.

Dispersão de luz

De acordo com a teoria das ondas as cores da luz são determinadas pela frequência da onda eletromagnética, que é leve. A luz vermelha tem a frequência mais baixa, a luz violeta tem a mais alta. Com base nos experimentos de Newton e contando com a teoria ondulatória da luz, segue-se a conclusão: o índice de refração da luz depende da frequência da onda de luz.

Dispersão de luz- este é o fenômeno da decomposição da luz em um espectro, devido à dependência do índice de refração absoluto do meio da frequência da onda de luz.

O que depende de quê?

Diferentes velocidades de propagação de ondas correspondem a diferentes índices de refração absolutos do meio
.

Isso significa que um raio vermelho é menos refratado devido ao fato de ter a velocidade mais alta na substância, e um raio violeta tem a velocidade mais baixa.

Frequência e comprimento de onda estão relacionados

A fórmula mostra que o comprimento de onda é diretamente proporcional à velocidade da luz e inversamente proporcional à frequência. Segue-se que o comprimento de onda é maior no meio onde a velocidade da onda é maior(em uma determinada frequência).

Pelas fórmulas fica claro que

Portanto, pode-se argumentar que a absoluta O índice de refração diminui proporcionalmente à medida que o comprimento de onda da luz aumenta e aumenta proporcionalmente à medida que o comprimento de onda da luz diminui.

Por isso, durante a transição de um ambiente para outro velocidade propagação de uma onda de luz, o que significa e o comprimento de onda varia , Um freqüência, o que significa e a cor da luz permanece inalterada .

Como o olho distingue as cores?

A retina do olho contém elementos sensíveis à luz - terminações nervosas chamadas “bastonetes” e “cones”. Os bastonetes distinguem apenas o claro do escuro. Existem três tipos de cones - eles são convencionalmente chamados de “vermelho”, “verde” e “azul”. Porque os cones “vermelhos” são mais sensíveis ao vermelho, os “verdes” ao verde e os “azuis” ao azul. E toda a variedade de cores que vemos se deve aos “sinais” enviados ao cérebro por apenas três tipos de cones.

Adicionando flores

Subtrair cores

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• Participante: Danil Aleksandrovich Voroshnin
• Chefe: Marina Aleksandrovna Bazylnikova

Introdução

Vivemos em um mundo de vários fenômenos luminosos - arco-íris, auroras, céu azul. Para aqueles que não estão familiarizados com as razões de sua ocorrência, esses fenômenos luminosos parecem incomuns e misteriosos.

EM vida cotidiana Encontramos muitos fenômenos luminosos, mas geralmente não pensamos neles - como eles são familiares para nós, mas muitas vezes achamos difícil explicá-los. Por exemplo, uma colher de chá colocada em um copo d'água parece estar rachada ou quebrada, dependendo de qual lado olhamos para a colher. Vemos os objetos ao nosso redor multicoloridos quando iluminados pelo Sol ou por uma lâmpada brilhante, mas com o início do crepúsculo ou quando a luz enfraquece, a cor dos objetos desaparece.

Todos esses fenômenos estão associados ao conceito “ luz". Na linguagem cotidiana usamos “luz” da maneira mais significados diferentes: aprender é luz, e ignorância é escuridão, minha luz, raio de sol, diga-me... Na física, o termo “luz” tem um significado muito mais específico. Foi estabelecido experimentalmente que a luz aquece o corpo sobre o qual incide. Consequentemente, transfere energia para esses corpos. Sabemos também que um tipo de transferência de calor é a radiação, portanto Luzé a radiação eletromagnética percebida pelo olho humano e causando sensações visuais. A luz tem múltiplas propriedades, uma dessas propriedades da luz é – dispersão. Sempre nos deparamos com esse fenômeno na vida, mas nem sempre percebemos. Mas se tomarmos cuidado, o fenômeno da dispersão sempre nos cerca. Um desses fenômenos é um arco-íris comum. À primeira vista, um arco-íris é algo simples; na verdade, quando um arco-íris aparece, coisas complexas acontecem; processos físicos. Portanto, escolhemos o tema dispersão da luz para melhor compreender os processos e fenômenos físicos que ocorrem na natureza. Isto é muito tópico interessante e em nosso projeto tentaremos apresentar todos os momentos ocorridos na história do desenvolvimento da ciência da luz e mostrar experimentos para demonstrar a dispersão da luz, bem como nossa configuração experimental, desenvolvida especificamente para observar a dispersão da luz, que pode posteriormente ser usado em aulas de física ao estudar estes tópicos.

Objetivo do projeto– estudando o conceito de “Dispersão de Luz” e fazendo uma configuração experimental “Disco Colorido de Newton”.

Tarefas:

1. Estude a história da descoberta do fenômeno Dispersão da Luz por I. Newton.
2. Considere a composição espectral da luz.
3. Dê o conceito de dispersão da luz.
4. Prepare experimentos para observar a dispersão da luz.
5. Considere o fenômeno natural de um arco-íris.
6. Faça uma configuração experimental “disco colorido de Newton”.

I. Parte teórica

1.1. A descoberta de Isaac Newton

Em 1665-1667, Isaac Newton, físico e matemático inglês, ao aprimorar os telescópios, percebeu que a imagem produzida pelas lentes era colorida nas bordas. Esta observação o interessou muito e decidiu desvendar a natureza da aparência de; listras coloridas. Nessa época, uma epidemia de peste assolava a Inglaterra, e o jovem Isaac Newton decidiu refugiar-se dela em sua terra natal, Woolsthorpe. Antes de partir para a aldeia, comprou prismas de vidro para “realizar experiências com os famosos fenômenos das flores”. Ao explorar a natureza das flores, Newton criou e realizou uma série de diferentes experimentos ópticos. Alguns deles, sem mudanças significativas na metodologia, ainda são utilizados em laboratórios de física. A experiência principal foi tradicional. Tendo feito um pequeno furo na veneziana da janela de uma sala escura, Newton colocou um prisma de vidro no caminho do feixe de raios que passava por esse furo. Na parede oposta recebeu uma imagem em forma de faixa de cores alternadas (Fig. 1).

1.2. Composição espectral da luz

Newton dividiu a faixa colorida de luz solar resultante em sete cores do arco-íris - vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, índigo, violeta (Fig. 2).

Espectro– (do latim “espectro” - visão) uma série contínua de listras coloridas, obtidas pela decomposição de um feixe de luz branca em suas partes componentes (Fig. 3).

Se considerarmos o espectro sem tal preconceito, então a banda do espectro se divide em três partes principais - vermelho, amarelo-verde e azul-violeta. As demais cores ocupam áreas relativamente estreitas entre essas cores básicas.

Todas as cores do espectro estão contidas na própria luz solar, e um prisma de vidro apenas as separa, pois cores diferentes são refratadas de maneira diferente pelo vidro. Os raios violetas são refratados mais fortemente, os raios vermelhos refratam mais fracamente.

1.3. Dispersão de luz

Ao passar por um prisma, um raio de sol não é apenas refratado, mas também decomposto em cores diferentes.

A dispersão é o fenômeno da decomposição da luz em cores quando a luz passa através de uma substância.

Antes de compreender a essência deste fenômeno, é necessário considerar a refração das ondas de luz. A mudança na direção de propagação de uma onda ao passar de um meio para outro é chamada refração.

Coloque uma moeda ou outro objeto pequeno no fundo de um copo vazio e opaco. Vamos mover o copo de forma que o centro da moeda, a borda do copo e o olho fiquem na mesma linha reta. Sem mudar a posição da cabeça, colocaremos água em um copo. À medida que o nível da água sobe, o fundo do copo com a moeda parece subir. Uma moeda que antes era apenas parcialmente visível agora estará totalmente visível. Esses fenômenos são explicados por uma mudança na direção dos raios na fronteira de dois meios - refração da luz(Fig. 4).

Lei da refração da luz: o raio incidente, o raio refratado e a perpendicular restaurada no ponto de incidência estão no mesmo plano.

Se o feixe passar para qualquer meio vindo do vácuo, então

sinα	= n,
pecadoβ

Onde n – índice de refração absoluto do segundo meio.

Índice de refração absoluto– uma quantidade física igual à razão entre o seno do ângulo de incidência do feixe e o seno do ângulo de refração quando o feixe passa do vácuo para este meio.

Quanto maior o índice de refração de uma substância, mais opticamente densa ela é considerada. Por exemplo, o rubi é um meio opticamente mais denso que o gelo.

A refração da luz ao passar de um meio para outro é causada pela diferença na velocidade de propagação da luz em um e outro meio. Isso foi comprovado pelo matemático francês Pierre Fermat e pelo físico holandês Christiaan Huygens. Eles provaram que

A razão entre o seno do ângulo de incidência e o seno do ângulo de refração é um valor constante para esses dois meios, igual à razão das velocidades da luz nesses meios:

sinα	= n 21 =	V 1
pecadoβ		V 2

A velocidade da luz em qualquer substância é menor que a velocidade da luz no vácuo. A razão para a diminuição da velocidade da luz no meio é a interação da onda de luz com os átomos e moléculas da substância. Quanto mais forte for a interação, maior será a densidade óptica do meio e menor será a velocidade da luz. Um meio com um índice de refração absoluto mais baixo é geralmente chamado de meio opticamente menos denso.

O índice de refração absoluto é determinado pela velocidade de propagação da luz em um determinado meio, que depende de condição física ambiente, ou seja, na temperatura da substância e na sua densidade. O índice de refração também depende das características da própria luz. Para a luz vermelha é menor que para a verde, e para a verde é menor que para a violeta.

Por isso,

A dispersão da luz é a dependência do índice de refração e da velocidade da luz na frequência da onda de luz.

Índice de refração absoluto do vidro n O tipo de fabricação do prisma depende não apenas das propriedades do vidro, mas também da frequência (cor) da luz que passa por ele. No experimento de Newton, quando um feixe de luz branca foi decomposto em um espectro, os raios violetas, que têm frequência maior que os vermelhos, foram refratados com mais força que os vermelhos, então uma faixa colorida - um espectro - pode ser observada na tela (Fig. 5).

1.4. Arco-íris

A dispersão da luz explica muitos fenômenos naturais, como o arco-íris. Como resultado da refração da luz solar nas gotas d'água durante a chuva, um arco multicolorido aparece no céu - um arco-íris (Fig. 6).

Arco-írisé um fenômeno óptico associado à refração dos raios de luz por numerosas gotas de chuva.

O arco multicolorido aparece porque um raio de luz é refratado em gotículas de água e, então, retornando ao observador em um ângulo de 42 graus, é dividido em componentes do vermelho ao violeta (Fig. 7).

Em primeiro lugar, notamos que um arco-íris só pode ser observado na direção oposta ao Sol. Se você ficar de frente para o arco-íris, o Sol estará atrás de você. As cores observadas em um arco-íris se alternam na mesma sequência do espectro obtido pela passagem de um feixe de luz solar por um prisma. Neste caso, a região extrema interna (voltada para a superfície da Terra) do arco-íris é de cor violeta e a região extrema externa é vermelha.

O brilho das cores e a largura do arco-íris dependem do tamanho das gotas de chuva. Quanto maiores as gotas, mais estreito e brilhante o arco-íris, mais vermelho ele contém cor rica. Se houver chuva fraca, o arco-íris fica largo, mas com bordas laranja e amarelas desbotadas.

Na maioria das vezes vemos um arco-íris na forma de um arco, mas o arco é apenas parte do arco-íris. O arco-íris tem o formato de um círculo, mas observamos apenas metade do arco, pois seu centro está na mesma linha reta de nossos olhos e do Sol (Fig. 8).

O arco-íris inteiro só pode ser visto em grandes altitudes, de um avião ou de uma alta montanha (Fig. 9).

II. Parte prática

2.1. Demonstração de experimentos sobre observação de dispersão de luz

Tendo estudado a história da descoberta da dispersão da luz e do processo de formação do espectro, decidimos observar experimentalmente a dispersão da luz. Para tanto, preparamos e realizamos experimentos em vídeo que podem ser utilizados em aulas de física no estudo do tema Dispersão de Luz.

Experiência nº 1. Obtenção de espectro de arco-íris em filmes de sabão

Para realizar o experimento você vai precisar de: um recipiente com solução de sabão, uma armação de arame.

Progresso do experimento: despeje a solução de sabão no recipiente, abaixe a moldura na solução, forma-se uma película de sabão. Listras de arco-íris aparecem no filme.

Experiência nº 2. Dispersão de luz - decomposição em um espectro de arco-íris de um feixe de luz branca ao passar por um prisma de vidro

Para realizar o experimento você precisará de: um prisma, uma fonte de luz (lanterna de telefone), uma tela (uma folha de papel branco).

Progresso do experimento: Instalamos o prisma na mesa experimental. Instalamos uma tela em um lado da mesa. Direcionamos a luz para o prisma e observamos listras de arco-íris na tela.

Experimento nº 3. Dispersão de luz - decomposição em um espectro de arco-íris de um feixe de luz branca ao passar pela água

Para realizar o experimento você precisará de: um espelho, uma fonte de luz (lanterna de telefone), uma tela (uma folha de papel branco), um recipiente com água.

Progresso do experimento: Despeje água no recipiente e coloque um espelho no fundo. Direcionamos a luz para o espelho para que a luz refletida atinja a tela.

1.2. Disco colorido de Newton

Newton conduziu um experimento comum com um prisma de vidro e notou a decomposição da luz em um espectro. Direcionando o feixe luz do dia no prisma, ele viu diferentes cores do arco-íris na tela. Depois do que viu, ele identificou sete cores primárias. Eram cores como: vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, índigo e violeta (todo caçador quer saber onde está o faisão). Newton escolheu apenas sete cores porque eram as mais brilhantes. Disse também que só existem sete notas na música, mas a sua combinação, diferentes variações, permite obter melodias completamente diferentes; Tendo realizado o experimento inverso, ou seja, Ele direcionou o espectro resultante para a borda de outro prisma e, como resultado do experimento, Newton recebeu novamente luz branca (Fig. 10).

Com base nessas experiências simples, Newton teve a ideia de criar um círculo composto por sete setores e pintado com determinadas cores como resultado da rotação, o que irá misturá-los e obteremos uma coloração branca deste círculo. Posteriormente, este círculo passou a ser denominado Disco colorido de Newton(Fig. 11).

Vamos tentar repetir a experiência de Newton. Para isso, criaremos um setup experimental, que consiste em um cooler de computador e um disco colorido acoplado a ele, além de uma fonte de alimentação (Fig. 12).

O cooler cria um grande fluxo de ar e serve para girar o disco colorido. Como nossa instalação está conectada a uma rede com tensão de 220 V, e o cooler é projetado para 12 V, portanto, foi conectada uma fonte de alimentação ao cooler para reduzir a tensão de 220 V para 12 V. Por segurança, a instalação está isolado em uma caixa plástica.

Como resultado, quando a unidade for conectada à tomada, o círculo colorido preso ao cooler começará a girar e veremos uma cor branco-amarelada do círculo (Fig. 13).

A cor do círculo durante a rotação é branco-amarelada por dois motivos:

1. A velocidade de rotação do círculo é muito baixa comparada à velocidade da luz;
2. O círculo é pintado com transições de cores nítidas quando comparado com o espectro de decomposição da luz branca.

Assim, conseguimos repetir os experimentos de Newton sobre a divisão da luz branca em um espectro e vice-versa, obtendo luz branca do espectro.

Conclusão

O mundo que nos rodeia brinca com as cores: ficamos satisfeitos e entusiasmados com o azul do céu, o verde da grama e das árvores, o brilho vermelho do pôr do sol, o arco de sete cores do arco-íris. Em nosso projeto tentamos responder à pergunta - como podemos explicar a incrível variedade de cores da natureza. Em geral, o objetivo definido de estudar um fenômeno como a dispersão da luz foi finalmente alcançado. Para entender melhor uma propriedade da luz como a dispersão, estudamos leitura adicional sobre os fenômenos luminosos, foram realizados experimentos para observar o fenômeno, foi feita uma instalação para girar a roda de cores de Newton a uma determinada velocidade.

Como resultado de nossos experimentos e experimentos, fizemos o seguinte conclusões:

1. A dispersão é o fenômeno da decomposição da luz branca em um espectro.
2. A cor branca possui uma estrutura complexa, composta por diversas cores.
3. Quando a luz incide na interface entre dois meios transparentes, os raios de luz de cores diferentes são refratados de maneira diferente (os raios mais fortemente violetas, os menos vermelhos).
4. O prisma não muda a cor, apenas a decompõe em suas partes componentes.

Assim, através do estudo teórico deste tema e da sua confirmação prática, o objetivo principal do projeto foi alcançado.

Ph.D. Acadêmico MIA

LLC ICC "Sistemas e Tecnologias"

Pesquisador Chefe

Anotação:

O artigo, baseado na análise dos experimentos ópticos de Newton e de novos experimentos, revela a imprecisão das conclusões de Newton sobre os componentes de cor do fluxo luminoso e comprova que a luz consiste em três portadores materiais, cuja influência individual e conjunta dos quais no aparelho visual de um organismo animal provoca associações correspondentes no cérebro, exibindo diversidade de cores natureza.

O artigo baseado na análise dos experimentos ópticos de Newton e de novos experimentos revelou a imprecisão dos insights de Newton sobre os componentes da cor da luz e provou que a luz consiste em três meios físicos, o impacto individual e conjunto no aparato visual do organismo animal chama de apropriado Associação do cérebro que mostra a diversidade de cores da natureza.

Palavras-chave:

Newton; prisma; dispersão; portadores de componentes de cor.

Newton; prisma; dispersão; transportadores de componentes não ferrosos.

UDC 535,1, 535,6

As experiências de Newton (1642-1727) sobre a dispersão da luz foram relatadas por ele em 1672 à Royal Society de Londres. E foi a partir desse momento que os resultados dos experimentos foram criticados por cientistas famosos. A severidade da relação entre Newton e seus oponentes naquela época era quase a mesma que entre Bruno e os membros da comunidade científica italiana que o enviaram para a fogueira. Porém, hoje, dada a obviedade dos resultados dessas experiências, algumas das quais são facilmente verificadas sujeitas às condições experimentais descritas por Newton, as conclusões do grande físico são reconhecidas pela ciência moderna como conhecimentos obtidos experimentalmente. Para entender as imprecisões observadas nos experimentos de Newton, mostramos na Figura 1 seu diagrama de experimentos com dois prismas.

Fig. 1 ([Figura 118 de "Optics" de Newton (publicado em 1721). "Explicação. Deixe S representar o Sol, F o buraco na janela, ABC o primeiro prisma, DH o segundo prisma, Y a imagem circular do Sol formado diretamente por um feixe de luz quando os prismas são removidos, PT é uma imagem alongada do Sol, formada pelo mesmo feixe ao passar apenas pelo primeiro prisma, quando o segundo prisma é removido, pt é a imagem obtida por cruzamento -refrações de ambos os prismas juntos"]

Como você sabe, Newton chamou o padrão resultante de dispersão de faixas coloridas. Na dispersão que recebeu identificou as cores VERMELHO, LARANJA, AMARELO, VERDE, AZUL, AZUL, VIOLETA. Ele chamou essas cores de cores monocromáticas e acreditava que “Todas as cores são indiferentes a quaisquer limites da sombra e, portanto, a diferença entre as cores umas das outras não surge dos diferentes limites da sombra, como resultado da qual a luz seria modificada de maneiras diferentes, como os filósofos pensaram até agora.”

Tendo passado o fluxo de luz decomposto pelo primeiro prisma através do segundo prisma, Newton acreditava que para todos os componentes de cor identificados por ele, um padrão era observado - esses componentes de cor têm diferentes índices de refração.

Nas circunstâncias assinaladas por Newton, que parecem manifestar-se nas experiências acima mencionadas, repetidas por alguém, seria necessário concordar com as suas conclusões:

O fluxo luminoso consiste em sete componentes monocromáticos, incluindo vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, índigo, violeta;

Cada um dos componentes listados possui seu próprio índice de refração.

Ao mesmo tempo, notamos que Newton notou com particular categórica que realizou a dispersão que obteve de uma forma muito buraco estreito(provavelmente não maior que o diâmetro de um pino).

Os dados dos experimentos com prismas de Newton foram interpretados pelos físicos até meados do século 19 como evidência da hipótese corpuscular do fluxo luminoso. No século 20, os cientistas reconsideraram sua atitude em relação a esses experimentos em conexão com os experimentos da hipótese de Fresnel, Young e Maxwell sobre a natureza eletromagnética do fluxo luminoso. Mas, como observou Einstein, “...a história da busca pela teoria da luz não acabou de forma alguma. O veredicto do século XIX não foi o último e definitivo. Para os físicos modernos, todo o problema da escolha entre corpúsculos e ondas existe novamente, agora numa forma muito mais profunda e complexa. Aceitemos a derrota da teoria corpuscular da luz até descobrirmos que a natureza da vitória da teoria ondulatória é problemática."

Os resultados de novos experimentos com prisma criam obstáculos intransponíveis à sua explicação do ponto de vista da hipótese ondulatória do fluxo luminoso, mas são facilmente explicados do ponto de vista da hipótese corpuscular.

Nos novos experimentos, em vez de um furo redondo, foi utilizada uma fenda vertical conforme a Figura 2.

Arroz. 2. Novo esquema experimental

A largura do vão pode ser alterada através de abas opacas móveis “a” e “b” de cor preta (escura). Os caixilhos são colocados verticalmente no vidro da janela. Observando esta lacuna durante o dia através de uma parte (esquerda ou direita, mostrada por setas tracejadas e sólidas) de um prisma horizontal, observaremos um fenômeno curioso.

Este fenômeno consiste no fato de um par de listras coloridas se formar nas bordas internas das válvulas formando o vão. Um par consiste em listras verticais vermelhas e amarelo. O outro par apresenta listras turquesa e roxa. Além disso, à medida que a distância entre o prisma e a fenda aumenta, a largura das listras coloridas aumenta e os limites entre as listras amarelas e turquesa ficam mais próximos. Os limites das listras amarelas e turquesa podem ser aproximados girando o prisma em torno do eixo vertical. Quando as válvulas estão suficientemente distantes umas das outras, uma faixa de fluxo de luz branca é claramente observada entre as faixas amarela e turquesa (Fig. 3 à esquerda).

Quando as válvulas “a” e “b” são movidas, os limites entre as listras amarelas e turquesa se aproximam, o que leva a uma diminuição na largura da listra branca até zero em uma determinada largura de fenda. O estreitamento adicional da lacuna leva à intersecção (sobreposição) das listras amarela e turquesa. Neste caso, a área de intersecção das listras amarela e turquesa é de cor verde (Fig. 3, tipos II e IV).

Figura 3. A imagem observada de acordo com o esquema experimental da Fig.

Quando você altera o ângulo de visão (de uma seta sólida para uma seta tracejada), os pares de barras coloridas mudam de lugar. Mas, ao mesmo tempo, ainda há uma faixa verde no meio da intersecção das listras amarela e turquesa.

Dos mostrados na Fig. 3 resultados experimentais mostram que o padrão de dispersão contém uma faixa de cor verde, que não é monocromática. Sua ocorrência é determinada pela intersecção de listras amarelas e turquesa. Aqueles. A cor verde no fluxo luminoso não é monocromática. Introduzindo o conceito de “portador de cor” no fluxo luminoso, o resultado do experimento permite afirmar que o aparecimento de uma imagem verde no cérebro humano é consequência da influência simultânea sobre os elementos sensíveis dos olhos dos portadores de cores amarelo e turquesa.

Mas se dois portadores participam da formação da cor verde, então ela é bicromática. Isto deve afetar os resultados dos experimentos com dois prismas P1 e P2 (Fig. 4). E foi recebido exatamente como esperado.

Figura 4. Resultados de experimentos com dois prismas

Deve-se notar que na Fig. 4, quando a visão através da segunda asa do segundo prisma muda, as cores das áreas nas extremidades das listras vermelhas, verdes e roxas mudam de lugar.

A partir desses experimentos segue-se:

A cor da faixa verde não é monocromática. Verdeé consequência da formação no cérebro do efeito simultâneo sobre os elementos sensíveis dos olhos dos portadores das cores amarelo e turquesa;

A cor da faixa vermelha não é monocromática. A cor vermelha é consequência da exposição simultânea dos elementos sensíveis dos olhos dos portadores das cores amarela e roxa (na Fig. 4 - faixa inferior do padrão de dispersão);

A cor da faixa roxa não é monocromática. A cor violeta é consequência da influência simultânea sobre os elementos sensíveis dos olhos dos portadores das cores lilás e turquesa (na Fig. 4 - faixa superior do padrão de dispersão);

A cor da faixa amarela, assim como a cor da faixa turquesa, é monocromática.

Listras de vermelho, verde e flores roxas do primeiro prisma, ao passar pelo segundo prisma, diminua de comprimento pelo valor linear das duas cores correspondentes formadas nas extremidades dessas tiras.

1. A hipótese de Newton sobre os componentes de cor do fluxo luminoso, segundo a qual a luz solar consiste em sete cores monocromáticas (vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, índigo, violeta) não corresponde à realidade.

2. Portadores individuais (mono) das cores vermelha, verde e violeta não existem na natureza. Essas cores são o resultado da exposição do sistema sensível dos olhos a pelo menos dois portadores.

3. Na natureza, existem três portadores - um portador turquesa, um portador amarelo e um portador lilás. A variedade de tonalidades de cores é determinada pela combinação das quantidades correspondentes de portadores das cores turquesa, roxa e amarela (Deus ama a vida).

4. Limitar o número de portadores do fluxo luminoso a 3 permite afirmar que branco O fluxo luminoso é determinado pela exposição simultânea do olho a proporções iguais de portadores das cores turquesa, lilás e amarelo.

Bibliografia:

1. Newton I. Óptica, ou um tratado sobre reflexões, refrações, curvaturas e cores da luz. Série: Clássicos da História Natural, livro. 17, M.‑L. GIZ, 1927, 374 p.
2.Albert Einstein. Reunião trabalhos científicos. T. IV. M.: Nauka, 1967. – P. 357-543.
3. Skvortsov V. Young Newton e a luz solar/República do Bashkortostan. Nº 230, de 12.2.2009.

Comentários:

22/06/2017, 15:44 Sukharev Ilya Georgievich
Análise: Revisão do artigo EXPERIMENTOS DE NEWTON COM UM PRISMA: ESSÊNCIA E CONSEQUÊNCIAS (autor Oleg Vladimirovich Tarkhanov Ph.D. Acadêmico MIA, LLC ICC "Sistemas e Tecnologias", Pesquisador Chefe). A principal consequência dos experimentos de Newton é a conclusão de que a luz branca do Sol contém um espectro de ondas de diferentes frequências. Para o experimento, foi utilizada a propriedade da dependência do ângulo de refração com a frequência de uma onda que passa pela interface entre dois meios com densidades diferentes. Ao passar a luz por um prisma, onde ocorria a birrefringência, as cores podiam ser vistas na tela. Ele, como autor reconhecido deste experimento, identificou 7 cores primárias. A propósito, se ele fosse daltônico, haveria menos deles. Mas isso é completamente sem importância para o significado do experimento chamado dispersão, ou seja, a decomposição de um feixe de ondas de luz em componentes de frequência. Um experimento semelhante pode ser realizado, por exemplo, na faixa de microondas com um prisma dielétrico radiotransparente e seu significado permanecerá o mesmo sem distinguir qualquer gama de cores. As experiências do autor do artigo podem ser divididas em dois tópicos. A primeira pode ser condicionalmente chamada de observação de efeitos caleidoscópicos, e a segunda - a propriedade da visão de perceber cores misturadas como uma cor diferente das originais. A primeira experiência tem um efeito muito positivo tanto em crianças como em adultos, e a segunda experiência é utilizada profissionalmente por artistas e fabricantes de sistemas de convergência de feixes de tubos de imagem. Ou seja, estamos falando de efeitos conhecidos. Não recomendo esta publicação.

5.07.2017, 17:24
Análise: Se a maioria das respostas do autor às resenhas e resenhas forem adaptadas ao formato do artigo na forma de discussão e discussão, ou de outra forma, o revisor expressa uma reação positiva ao artigo e o recomenda para publicação. Com respeito ao autor!

Comentários do usuário:

02/07/2017, 14:06 Mirmovich-Tikhomirov Eduard Grigorievich Análise: Caro Oleg Vladimirovich! Talvez você apenas quisesse substanciar a natureza fundamental da fórmula RGB em TI e colocar essa tríade em paralelo com nossos bastonetes e cones? Mas a princípio eles visavam o dualismo. Com o chamado "dualismo" então tudo é simples. Você é fã de bilhar? Golpes elásticos, fluidos e tortuosos em campos ásperos e lisos. Coloque um objeto hidrodinâmico esférico (esférico) no lugar das bolas de marfim. Aqui você tem difração e dualismo, e todos os tipos de quânticos com transições de barreiras em túneis. Ainda não há tempo para compreender a natureza fundamental do seu artigo. Talvez uma discussão aqui com as dúvidas de Ilya Georgievich contribua para isso! Enquanto isso, nada será escrito em formato revisado por pares, para não jogar fora da banheira uma possível criança.

03/07/2017, 9:12 Tarkhanov Oleg Vladimirovich Análise: RESPOSTA AO COMENTÁRIO DE Eduard Grigorievich Mirmovich-Tikhomirov Caro Eduard Grigorievich! Obrigado por ler o artigo e pensar “Enquanto isso, nada será escrito no formato revisado por pares, para não jogar fora da banheira uma possível criança”. A julgar pelas perguntas, você provavelmente está interessado em meus desejos em relação a “RGB, TI, cones e bastonetes” antes de realizar o experimento descrito no artigo? Resposta à pergunta: “Eu não tinha esse desejo”. Quanto à história do desejo de publicar um artigo na revista 1. Em 2009, demonstrei a experiência que havia realizado várias décadas antes ao vice-editor da Sovetskaya Bashkiria. Ele se formou em uma universidade técnica e estava bem familiarizado com os experimentos de Newton. Tendo visto resultados diferentes em dois experimentos reais, V. Skvortsov considerou possível publicar no jornal o experimento que lhe foi demonstrado. Oito anos se passaram desde então. É bastante natural que eu estivesse ciente das consequências dos resultados do experimento com tamanho linear variável do furo. Uma nova experiência em que esse tamanho poderia ser alterado de qualquer tamanhos grandes muito menor do que o buraco da agulha de Newton, testemunhou que o jovem Newton se enganou ao determinar o número de cores. Mas a principal coisa que não pôde ser determinada na experiência de Newton foi a natureza da componente verde do espectro. Isto foi dificultado pelo pequeno tamanho do furo, o que impossibilitou o estudo da redução dos componentes amarelo e esmeralda ao contato da borda e sua subsequente intersecção gradual. Uma nova experiência, da qual não conheço refutação, demonstra que esta componente “verde” não é monocromática. Expandindo o experimento ao longo do caminho já encontrado por Newton (usando um segundo prisma), foi possível eliminar o monocromatismo dos componentes vermelho e violeta. Isso também está descrito no artigo. O resto é apresentado no artigo não na forma de afirmações, mas na forma de uma descrição dos experimentos e das consequências do experimento. Naturalmente, demonstrei repetidamente a uma ampla variedade de públicos a experiência com um prisma e uma fenda ajustável, por assim dizer. Ao mesmo tempo, tanto os alunos como os estudantes universitários e os professores confirmaram que (em resposta à pergunta “que faixas coloridas você vê?”) não veem outras cores além daquelas que são facilmente observadas (um par nas bordas de diferentes portas e verde após sobreposição das listras amarelas e turquesa). Aqueles. A visão média dos participantes do experimento, assim como do autor do experimento, era bastante “saudável” - sem desvios “daltônicos”. A opinião de Newton sobre a inaceitabilidade de hipóteses e a opinião de Einstein sobre a instabilidade do dualismo foram decisivas para a redação do artigo. E a idade importa. Claro, eu conhecia e conheço o poder do “amor” daqueles que estão convencidos do dualismo. Mas, como dizem, “não se pode esconder uma costura num saco” e “Platão é meu amigo, mas a verdade é mais cara”. 2. Em relação às bolas. Infelizmente, o efeito Compton não suporta o dualismo de fótons. 3. Face ao exposto, creio que eu, como licenciado pela Faculdade de Engenharia e Física, fui e sou movido por um simples desejo - quarenta anos após a experiência, de apresentar esta experiência ao leitor e à comunidade física. Ao mesmo tempo, levei em conta que o Hooke vivo trouxe Newton para extremo cautela - Newton publicou “Optics” após a morte de Hooke, que “comeu” Newton vivo por trinta anos. Mas nós, como comunidade de cientistas, desempenhamos o papel de um “GOOK” coletivo, por assim dizer. Infelizmente, isso é um fato. Não há seguidores suficientes de Newton, Planck e Einstein. Isso é necessário - Newton foi aplaudido por um experimento que não foi totalmente correto, mas aqui eles enterram o óbvio com dicas muito frívolas. É claro que o “peso” do dualismo é muito, muito insuportável. O experimento descrito é apenas um marco.

03/07/2017, 14h04 Mirmovich-Tikhomirov Eduard Grigorievich Análise: Continuando o debate em torno de seus experimentos... 1. Em TI, as cores RGB, como você sabe (e todos), são consideradas fundamentais, não fractalmente aditivas, e sua adição ou superposição dá origem a todas as outras cores. Mas as próprias cores são o resultado da interação de pelo menos três elementos da natureza: a frequência f com sua dispersão df, que é diferente para diferentes f + interação com as frequências naturais de nossos olhos + transformações nervosas e cerebrais em nossas sensações ( onde há um lugar raro para daltonismo, variações de cores que ainda não foram estudadas no espectro do autismo, etc.). Você afirma com seus experimentos que a “constante universal” primária, fundamental e universal em nosso universo não são essas três frequências, e nem a frequência (microfaixa) da cor amarela (não darei o valor), mas sim o verde. É assim mesmo? 2. Concordo plenamente. E esta é uma conversa separada. Há tacadas no bilhar quando a bola branca flui completamente ao redor da bola alvo e se move contra quaisquer leis newtonianas ou dualismo. E não há nada a dizer sobre partículas como bolhas de sabão que são capazes de se deformar. A continuidade e a natureza ondulatória são a projeção de nossas interpretações baseadas em nosso “desconhecimento” de algo. A continuidade e a eternidade incluem apenas a rotação universal e os efeitos da quase turbulência, que geram estruturas menores de rotação até o micro e os chamados. partículas elementares. 3. Nas disputas de R. Hooke, G. Leibniz e até J. Berkeley, estou do lado deles, e não do lado de I. Newton. Se você está falando das minhas “dicas muito leves”, então não enterro os olhos no material, ou no próprio material, em algum buraco, mas mostro interesse nele antes da revisão.

07/04/2017, 15:34 Tarkhanov Oleg Vladimirovich Análise: RESPOSTA À REVISÃO datada de 3 de julho de 2017 Mirmovich-Tikhomirova Eduard Grigorievich Caro Eduard Grigorievich! 1. Deixe-me começar o próximo esclarecimento sobre o artigo com parte do seu terceiro ponto. A sua atitude em relação ao artigo parece-me bastante lógica e...correta, dada a “severidade do dualismo”. Descrevi a minha atitude em relação às “dicas” na forma de declarações sem justificação e sem lugar para estar na minha resposta à crítica de Ilya Georgievich Sukharev. 2. Em relação às “cores IT RGB” e sua opinião em relação às frequências portadoras. 2.1. Tenho que concordar que os portadores do fluxo luminoso são hipotéticos (não posso justificar o contrário) e até agora o único sinal de suas diferenças entre si é a frequência. Não posso fazer afirmações práticas sobre a natureza da frequência dos componentes da luz. 2.2. Em relação à interação de portadores identificados experimentalmente responsáveis ​​​​pelas reações de cores do cérebro, em relação aos seus pensamentos sobre as consequências da interação de portadores identificados com nossos órgãos de transformações ópticas, então, na ausência de mais nada, temos que concordar com isso . 2.3. Quanto à fundamentalidade da “constante universal” em confiar em certos parâmetros de um portador amarelo ou verde, acredito que se existe tal “constante universal”, então sua natureza está associada a três portadores, e não a um dos eles. Além disso, a natureza da ligação (no sentido informal, como, por exemplo, no caso Planck) continua por determinar. Na minha opinião, esta natureza não decorre diretamente dos experimentos realizados. As informações sobre as substâncias nos elementos sensíveis dos olhos e a natureza da interação dos transportadores com essas substâncias são muito importantes. Mas ainda não tenho essa informação. Ao mesmo tempo, os portadores individuais de Verde, Vermelho e Azul, como decorre da experiência descrita no artigo, não existem na natureza. Esta é a falácia da teoria e a imperfeição da prática dos rgbistas. 3. Acredito que temos motivos suficientes para levar em conta as opiniões dos três cientistas que mencionou. Talvez Newton tenha tido mais “sorte” em termos de suas “revelações” puramente inventivas (um buraco de pequeno diâmetro), o uso de um segundo prisma e o silêncio por trinta anos. Em um buraco com diâmetro maior (cerca de três diâmetros newtonianos e um prisma próximo ao buraco), ele ficaria desapontado - não receberia um espectro contínuo. Mas teria apenas quatro faixas coloridas, dois pares das quais (vermelho - amarelo e turquesa - violeta) seriam separados por uma faixa de luz branca, não verde. Tarkhanov O.V.

Tópicos do codificador do Exame de Estado Unificado: dispersão da luz.

Deixe um raio de sol passar do ar para um meio transparente (por exemplo, água ou vidro). Se o ângulo de incidência não for zero, então, como você lembra, o ângulo de refração é determinado pela lei da refração:

A quantidade, chamada de índice de refração, caracteriza o meio e não depende do ângulo de incidência.

Acontece, porém, que o meio reage de maneira diferente à passagem de ondas eletromagnéticas de diferentes frequências. Acontece dispersão - dependência do índice de refração do meio com a frequência da luz.

O experimento de Newton.

O experimento clássico de observação da dispersão foi realizado por Newton. Um estreito feixe de luz solar foi direcionado para um prisma de vidro triangular (Fig. 1).

Na tela atrás do prisma apareceu espectro- faixa de arco-íris. Uma extremidade do espectro era vermelha, a outra era violeta, e as cores dentro do espectro transitavam continuamente umas para as outras.

Ao isolar um feixe de qualquer cor (por exemplo, vermelho ou azul) e lançá-lo em outro prisma, não veremos mais mudança na cor do feixe refratado. Portanto, os componentes do arco-íris são as cores mais simples que não podem ser decompostas posteriormente. Eles podem ser reunidos novamente usando um segundo prisma e, novamente, você obtém luz branca. Portanto, a luz branca é uma mistura de feixes de luz de cores diferentes que preenchem continuamente a faixa de luz visível do vermelho ao violeta.

Vemos, portanto, que o prisma de vidro é o mais simples dispositivo espectral- permite estudar a composição espectral da luz branca. Conhecemos a ação de um dispositivo espectral mais complexo - uma rede de difração - no tópico anterior.

Como mostra o experimento de Newton, a luz vermelha é refratada de forma mais fraca e a luz violeta é refratada mais fortemente. Na faixa visível, a luz vermelha tem a frequência mais baixa e a luz violeta a mais alta. Como o índice de refração se torna cada vez mais alto à medida que passamos da extremidade vermelha do espectro para o violeta, concluímos que O índice de refração do vidro aumenta com o aumento da frequência da luz.

Mas o índice de refração é a razão entre a velocidade da luz no ar e a velocidade da luz no meio: . Isso significa que quanto maior a frequência da luz, menor será a velocidade de propagação da luz no vidro.. A luz vermelha tem a velocidade mais alta dentro de um prisma de vidro, a luz violeta tem a mais baixa.

A diferença na velocidade da luz para diferentes frequências aparece apenas na presença de um meio. No vácuo, a velocidade de propagação das ondas eletromagnéticas não depende da frequência e é igual a .

A dispersão da luz, descoberta e estudada por Newton, esperava há mais de duzentos anos para ser explicada – eram necessárias informações relevantes sobre a estrutura da matéria. A teoria clássica da dispersão foi proposta por Lorentz apenas no final do século XIX. Uma teoria quântica de dispersão mais precisa apareceu na primeira metade do século passado.

Aberração cromática.

] Suponha que um feixe de luz branca incida sobre uma lente coletora paralela ao eixo óptico principal. Refratando através da lente, pareceria estar concentrado em seu foco. No entanto, devido à dispersão surge aberração cromática- alguma desfocagem do feixe causada por diferentes refrações de diferentes componentes da luz branca.

O fenômeno da aberração cromática é mostrado na Fig. 2.

Arroz. 2. Aberração cromática

O índice de refração do material da lente é mais baixo para a luz vermelha e, portanto, a luz vermelha se curva menos. Os raios vermelhos são coletados no eixo óptico principal, no ponto mais distante da lente. Os raios amarelos se aproximam mais da lente, os verdes - ainda mais perto e, por fim, os raios violetas convergem no ponto mais próximo da lente.

A aberração cromática degrada a qualidade das imagens - reduz a clareza e produz franjas de cores desnecessárias. Mas a aberração cromática pode ser combatida. Para tanto, a tecnologia óptica utiliza as chamadas lentes acromáticas, obtidas pela sobreposição de uma lente divergente adicional sobre uma lente convergente. Adivinhe - por que precisamos de lentes divergentes?

Igor Sokalsky,
Candidato em Ciências Físicas e Matemáticas
“Química e Vida” nº 12, 2006

Nos cinco artigos anteriores da série “Universo: Matéria, Tempo, Espaço”, usando a analogia do teatro, falamos sobre como funciona o nosso mundo. O tempo e o espaço formam o palco em que as coisas mais complexas e intrincadas histórias personagens principais e secundários, bem como atores invisíveis. Resta falar sobre você e eu - sobre o público. Não chegamos a tempo para o início da apresentação, que começou há 14 bilhões de anos, e apareceu no auditório muito recentemente em escalas de tempo cósmicas - apenas alguns milhares de anos se passaram. Mas conseguimos compreender muito sobre a ação teatral, embora ainda haja muito a descobrir. Nem todos os representantes da raça humana dedicam suas vidas ao conhecimento das leis da natureza. Apenas uma pequena parte, cientistas. Como eles fazem isso são os dois últimos artigos da série. Primeiro, vamos falar sobre os mais belos experimentos físicos do passado.
(Continuação. Para começar, consulte No. 7, No. 9-, 2006)

Cuspa nos olhos de quem diz que é possível abraçar a imensidão.
Kozma Prutkov

A Terra é uma esfera com um raio de cerca de 6.400 km. O núcleo de um átomo de hélio consiste em dois prótons e dois nêutrons. A força de atração gravitacional entre dois corpos é diretamente proporcional ao produto de suas massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância entre eles. Existem aproximadamente 100 bilhões de estrelas em nossa Galáxia. A temperatura da superfície do Sol é de cerca de 6 mil graus. Estes factos físicos simples somam-se a dezenas de milhares de outros, muito diferentes - igualmente fáceis de compreender, ou não demasiado simples, ou completamente complexos - formando uma imagem física do mundo.

Uma pessoa que começa a se familiarizar com a física inevitavelmente tem pelo menos duas questões sérias.

Você precisa lembrar de tudo para entender?

Pergunta um: é realmente necessário aprender e lembrar todos os fatos físicos acumulados até agora para compreender a estrutura do Universo e as leis pelas quais ele existe?! Claro que não. Isso é impossível. Existem muitos fatos. Imensuravelmente mais do que caberia não apenas no cérebro humano, mas até mesmo no disco magnético do supercomputador mais moderno. Apenas a quantidade de informações sobre o tamanho, temperatura, classe espectral e localização de todas as estrelas da nossa galáxia é de 2 a 3 terabytes. Se adicionarmos aqui outras características das estrelas, esse volume aumentará várias dezenas ou mesmo centenas de vezes. A quantidade de dados aumentará milhões de vezes mais se considerarmos estrelas em outras galáxias. E também informações sobre planetas, nebulosas de gás e poeira. E também informações sobre partículas elementares, suas propriedades e distribuição no volume do Universo. E também... E também... E também...

É absolutamente impossível lembrar ou simplesmente anotar tantos números em algum lugar. Felizmente, isso não é necessário. Esta é a beleza inexprimivelmente harmoniosa do nosso mundo, que a infinita variedade de fatos surge de muito pequena quantidade princípios básicos. Ao compreender estes princípios, pode-se não apenas compreender, mas também prever uma enorme variedade de fatos físicos. Por exemplo, o sistema de equações eletrodinâmicas proposto há 150 anos por James Maxwell inclui apenas quatro equações, ocupando no máximo 1/10 de uma página de livro didático. Mas a partir dessas equações é possível deduzir todo o aparentemente imenso conjunto de fenômenos associados ao eletromagnetismo.

Em princípio, a física moderna tem como objetivo construir uma teoria unificada que inclua apenas algumas equações (de preferência uma) que descrevam todos os fatos físicos conhecidos e prevejam corretamente novos fatos físicos.

Como sabemos?

Pergunta dois: como sabemos e por que temos certeza de que tudo isso é realmente assim? Que a Terra tem forma esférica. Que existem dois prótons e dois nêutrons no núcleo de hélio. Que a força de atração entre dois corpos é diretamente proporcional às suas massas e inversamente proporcional ao quadrado das distâncias. Que as equações de Maxwell descrevem corretamente os fenômenos eletromagnéticos. Sabemos disso por meio de experimentos físicos. Era uma vez, há muito tempo, as pessoas gradualmente passaram da simples contemplação dos fenômenos naturais para o estudo deles com a ajuda de experimentos elaborados conscientemente, cujos resultados são expressos em números. Por volta dos séculos XVI-XVII, formou-se o princípio do conhecimento físico da natureza, que ainda está a serviço da ciência e que pode ser esquematicamente ilustrado assim:

Fenômeno → Hipótese → Predição → Experimento → Teoria.

Para explicar qualquer fenômeno natural os físicos formulam uma hipótese que poderia explicar esse fenômeno. A partir da hipótese é feita uma previsão que, em geral, é um determinado número. Este último é verificado experimentalmente por meio de medições. Se o número obtido como resultado do experimento estiver de acordo com o previsto, a hipótese recebe o título de teoria física. Caso contrário, tudo volta ao segundo estágio: formula-se uma nova hipótese, faz-se uma nova previsão e realiza-se um novo experimento.

Experimentar é a chave para entender o universo

Apesar da aparente simplicidade do esquema, o processo, descrito em cinco palavras e quatro setas, na verdade às vezes leva milênios. Um bom exemplo serve de modelo de mundo, cuja evolução já traçamos em um dos artigos anteriores. No início de nossa era, foi estabelecido o modelo geocêntrico de Ptolomeu, segundo o qual a Terra estava localizada no centro do mundo e o Sol, a Lua e os planetas giravam em torno dela. Este modelo, que tem sido geralmente aceite há mil e quinhentos anos, tem, no entanto, encontrado dificuldades cada vez mais sérias. As posições observadas no céu do Sol, da Lua e dos planetas não correspondiam às previsões do modelo geocêntrico, e tal contradição tornou-se cada vez mais intransponível à medida que a precisão das observações aumentava. Isto forçou Nicolau Copérnico a propor um modelo heliocêntrico em meados do século XVI, segundo o qual o Sol, e não a Terra, está no centro. A hipótese heliocêntrica recebeu uma confirmação brilhante graças à precisão sem precedentes (para a época) das observações de Tycho Brahe, cujos resultados coincidiram com as previsões do modelo heliocêntrico. Esta última tornou-se geralmente aceita, recebendo assim o status de teoria.

Este exemplo, assim como o diagrama que consideramos, mostra o papel fundamental da experiência no processo de conhecimento científico do mundo circundante. Somente por meio de experimento um modelo físico pode ser verificado. É extremamente importante que os resultados do experimento, assim como as previsões do modelo físico, não sejam qualitativos, mas quantitativos. Ou seja, eles representam um conjunto dos números mais comuns. Portanto, a comparação dos resultados calculados e medidos é um procedimento completamente inequívoco. Somente graças a isso um experimento físico poderia se tornar a chave que abre o caminho para a compreensão do universo.

Dez mais lindos

Dezenas e centenas de milhares de experimentos físicos foram realizados ao longo dos mil anos de história da ciência. Não é fácil selecionar alguns dos “melhores” para falar. Qual deve ser o critério de seleção?

Há quatro anos no jornal " O jornal New York Times» foi publicado um artigo de Robert Creese e Stoney Book. Descreveu os resultados de uma pesquisa realizada entre físicos. Cada entrevistado teve que nomear os dez experimentos físicos mais bonitos da história da física. Em nossa opinião, o critério da beleza não é de forma alguma inferior a outros critérios. Portanto, falaremos sobre os experimentos que ficaram entre os dez primeiros de acordo com os resultados da pesquisa Kreese and Book.

1. Experiência de Eratóstenes de Cirene

Um dos mais antigos experimentos físicos conhecidos, a partir do qual foi medido o raio da Terra, foi realizado no século III aC pelo bibliotecário da famosa Biblioteca de Alexandria, Eratóstenes de Cirene. O desenho experimental é simples. Ao meio-dia, no dia do solstício de verão, na cidade de Siena (atual Assuã), o Sol estava no zênite e os objetos não projetavam sombras. No mesmo dia e à mesma hora, na cidade de Alexandria, localizada a 800 quilômetros de Siena, o Sol desviou-se do zênite em aproximadamente 7°. Isto é cerca de 1/50 de um círculo completo (360°), o que significa que a circunferência da Terra é de 40.000 quilómetros e o raio é de 6.300 quilómetros. Parece quase incrível que o raio da Terra medido por um método tão simples tenha sido de apenas 5%. menos que valor, obtido pelos métodos modernos mais precisos.

2. Experiência de Galileu Galilei

No século XVII, o ponto de vista dominante era Aristóteles, que ensinava que a velocidade com que um corpo cai depende da sua massa. Quanto mais pesado o corpo, mais rápido ele cai. As observações que cada um de nós pode fazer na vida cotidiana parecem confirmar isso. Experimente largar um palito leve e uma pedra pesada ao mesmo tempo. A pedra tocará o solo mais rapidamente. Tais observações levaram Aristóteles à conclusão sobre a propriedade fundamental da força com a qual a Terra atrai outros corpos. Na verdade, a velocidade da queda é afetada não apenas pela força da gravidade, mas também pela força da resistência do ar. A proporção dessas forças é diferente para objetos leves e pesados, o que leva ao efeito observado.

O italiano Galileu Galilei duvidou da exatidão das conclusões de Aristóteles e encontrou uma forma de testá-las. Para fazer isso, ele lançou uma bala de canhão e uma bala de mosquete muito mais leve da Torre Inclinada de Pisa ao mesmo tempo. Ambos os corpos tinham aproximadamente a mesma forma aerodinâmica, portanto, tanto para o núcleo quanto para a bala, as forças de resistência do ar eram insignificantes em comparação com as forças da gravidade. Galileu descobriu que os dois objetos atingem o solo ao mesmo tempo, ou seja, a velocidade de queda é a mesma.

Os resultados obtidos por Galileu são consequência da lei da gravitação universal e da lei segundo a qual a aceleração experimentada por um corpo é diretamente proporcional à força que atua sobre ele e inversamente proporcional à sua massa.

3. Outra experiência de Galileu Galilei

Galileu mediu a distância que as bolas rolando em uma prancha inclinada percorreram em períodos iguais de tempo, medida pelo autor do experimento por meio de um relógio de água.

O cientista descobriu que se o tempo fosse duplicado, as bolas rolariam quatro vezes mais. Esta relação quadrática significava que as bolas se moviam a uma taxa acelerada sob a influência da gravidade, o que contradizia a afirmação de Aristóteles, que tinha sido aceite durante 2.000 anos, de que os corpos sobre os quais actua uma força movem-se a uma velocidade constante, ao passo que se nenhuma força for aplicada para o corpo, então ele está em repouso. Os resultados desta experiência de Galileu, tal como os resultados da sua experiência com a Torre Inclinada de Pisa, serviram mais tarde de base para a formulação das leis da mecânica clássica.

4. Experiência de Henry Cavendish

Depois que Isaac Newton formulou a lei da gravitação universal: a força da gravidade F entre dois corpos com massas M E eu, separados um do outro por uma distância R, é igual F = γ( mm/R 2), faltou determinar o valor da constante gravitacional γ. Para isso, foi necessário medir a força de atração entre dois corpos com massas conhecidas. Isso não é tão fácil de fazer porque a força de atração é muito pequena. Sentimos a força da gravidade da Terra. Mas é impossível sentir a atração mesmo de uma montanha muito grande próxima, pois ela é muito fraca.

Era necessário um método muito sutil e sensível. Foi inventado e usado em 1798 pelo compatriota de Newton, Henry Cavendish. Ele usou uma escala de torção - um balancim com duas bolas suspensas por uma corda muito fina. Cavendish mediu o deslocamento do balancim (rotação) à medida que outras bolas de maior massa se aproximavam da balança. Para aumentar a sensibilidade, o deslocamento foi determinado por pontos de luz refletidos em espelhos montados nas esferas oscilantes. Como resultado deste experimento, Cavendish foi capaz de determinar com bastante precisão o valor da constante gravitacional e calcular a massa da Terra pela primeira vez.

5. Experiência de Jean Bernard Foucault

O físico francês Jean Bernard Leon Foucault provou experimentalmente a rotação da Terra em torno de seu eixo em 1851 usando um pêndulo de 67 metros suspenso no topo da cúpula do Panteão parisiense. O plano de oscilação do pêndulo permanece inalterado em relação às estrelas. Um observador localizado na Terra e girando com ela vê que o plano de rotação está girando lentamente na direção oposta à direção de rotação da Terra.

6. Experiência de Isaac Newton

Em 1672, Isaac Newton realizou um experimento simples que está descrito em todos os livros escolares. Depois de fechar as venezianas, fez nelas um pequeno buraco por onde passava um raio de sol. Um prisma foi colocado no caminho do feixe e uma tela foi colocada atrás do prisma. Na tela, Newton observou um “arco-íris”: um raio branco de luz solar, passando por um prisma, transformou-se em vários raios coloridos - do violeta ao vermelho. Este fenômeno é chamado de dispersão da luz.

Sir Isaac não foi o primeiro a observar este fenômeno. Já no início de nossa era se sabia que grandes monocristais de origem natural têm a propriedade de decompor a luz em cores. Os primeiros estudos de dispersão de luz em experimentos com prisma triangular de vidro, ainda antes de Newton, foram realizados pelo inglês Hariot e pelo naturalista tcheco Marzi.

No entanto, antes de Newton, tais observações não foram submetidas a análises sérias, e as conclusões tiradas com base nelas não foram verificadas por experimentos adicionais. Tanto Hariot quanto Marzi permaneceram seguidores de Aristóteles, que argumentava que as diferenças de cor eram determinadas por diferenças na quantidade de escuridão “misturada” com a luz branca. A cor violeta, segundo Aristóteles, surge com o maior acréscimo de escuridão à luz, e o vermelho - com o mínimo. Newton realizou experimentos adicionais com prismas cruzados, quando a luz passava por um prisma e depois passava por outro. Com base na totalidade de seus experimentos, ele concluiu que “nenhuma cor surge da mistura de branco e preto, exceto as escuras intermediárias; a quantidade de luz não altera a aparência da cor.” Ele mostrou que a luz branca deveria ser considerada um composto. As cores principais vão do roxo ao vermelho.

Esta experiência de Newton fornece um exemplo notável de como pessoas diferentes, observando o mesmo fenômeno, interpretam-no de maneiras diferentes, e somente aqueles que questionam sua interpretação e realizam experimentos adicionais chegam às conclusões corretas.

7. Experiência de Thomas Young

Até o início do século XIX prevaleciam as ideias sobre a natureza corpuscular da luz. A luz era considerada composta por partículas individuais - corpúsculos. Embora os fenômenos de difração e interferência da luz tenham sido observados por Newton (“anéis de Newton”), o ponto de vista geralmente aceito permaneceu corpuscular.

Olhando as ondas na superfície da água a partir de duas pedras atiradas, você pode perceber como, sobrepostas, as ondas podem interferir, ou seja, anular-se ou reforçar-se mutuamente. Com base nisso, o físico e médico inglês Thomas Young realizou experimentos em 1801 com um feixe de luz que passava por dois orifícios de uma tela opaca, formando assim duas fontes de luz independentes, semelhantes a duas pedras atiradas na água. Como resultado, ele observou um padrão de interferência que consistia em franjas alternadas de escuro e branco, que não poderia ser formado se a luz consistisse em corpúsculos. As listras escuras correspondiam a áreas onde as ondas de luz das duas fendas se anulavam. Listras claras apareceram onde as ondas de luz se reforçavam mutuamente. Assim, a natureza ondulatória da luz foi comprovada.

8. Experiência de Klaus Jonsson

O físico alemão Klaus Jonsson conduziu um experimento em 1961 semelhante ao experimento de Thomas Young sobre a interferência da luz. A diferença era que em vez de raios de luz, Jonsson usava feixes de elétrons. Ele obteve um padrão de interferência semelhante ao que Young observou para as ondas de luz. Isso confirmou a correção das disposições da mecânica quântica sobre a natureza mista das ondas corpusculares das partículas elementares.

9. Experiência de Robert Millikan

A ideia de que a carga elétrica de qualquer corpo é discreta (ou seja, consiste em um conjunto maior ou menor de cargas elementares que não estão mais sujeitas à fragmentação) surgiu em início do século XIX século e foi apoiado por físicos famosos como Michael Faraday e Hermann Helmholtz. O termo “elétron” foi introduzido na teoria, denotando uma determinada partícula - portadora de uma carga elétrica elementar. Este termo, entretanto, era puramente formal naquela época, uma vez que nem a partícula em si nem a carga elétrica elementar a ela associada haviam sido descobertas experimentalmente. Em 1895, Wilhelm Conrad Roentgen, durante experimentos com um tubo de descarga, descobriu que seu ânodo, sob a influência dos raios que voam do cátodo, era capaz de emitir seus próprios raios X, ou raios Roentgen. No mesmo ano, o físico francês Jean Baptiste Perrin provou experimentalmente que os raios catódicos são um fluxo de partículas carregadas negativamente. Mas, apesar do colossal material experimental, o elétron permaneceu uma partícula hipotética, uma vez que não houve um único experimento em que os elétrons individuais participassem.

O físico americano Robert Millikan desenvolveu um método que se tornou exemplo clássico elegante experimento de física. Millikan conseguiu isolar várias gotas carregadas de água no espaço entre as placas de um capacitor. Iluminando raios X, foi possível ionizar levemente o ar entre as placas e alterar a carga das gotículas. Quando o campo entre as placas foi ativado, a gota moveu-se lentamente para cima sob a influência da atração elétrica. Quando o campo foi desligado, ficou sob a influência da gravidade. Ao ligar e desligar o campo, foi possível estudar cada uma das gotas suspensas entre as placas por 45 segundos, após os quais evaporaram. Em 1909, foi possível determinar que a carga de qualquer gota era sempre um múltiplo inteiro do valor fundamental e(carga de elétrons). Esta foi uma evidência convincente de que os elétrons eram partículas com a mesma carga e massa. Ao substituir gotas de água por gotas de óleo, Millikan conseguiu aumentar a duração das observações para 4,5 horas e em 1913, eliminando possíveis fontes de erro uma após a outra, publicou o primeiro valor medido da carga do elétron: e= (4,774 ± 0,009) × 10 -10 unidades eletrostáticas.

10. Experiência de Ernst Rutherford

No início do século 20, ficou claro que os átomos consistem em elétrons com carga negativa e algum tipo de carga positiva, devido à qual o átomo permanece geralmente neutro. No entanto, havia demasiadas suposições sobre o aspecto deste sistema “positivo-negativo”, ao mesmo tempo que faltavam claramente dados experimentais que permitissem fazer uma escolha a favor de um ou outro modelo. A maioria dos físicos aceitou o modelo de Joseph John Thomson: o átomo é uma bola positiva uniformemente carregada com um diâmetro de cerca de 10 -8 cm com elétrons negativos flutuando em seu interior.

Em 1909, Ernst Rutherford (assistido por Hans Geiger e Ernst Marsden) conduziu um experimento para compreender a estrutura real do átomo. Neste experimento, partículas α pesadas com carga positiva, movendo-se a uma velocidade de 20 km/s, passaram através de uma fina folha de ouro e foram espalhadas em átomos de ouro, desviando-se da direção original do movimento. Para determinar o grau de desvio, Geiger e Marsden tiveram que usar um microscópio para observar os flashes na placa cintiladora que ocorreram onde a partícula α atingiu a placa. Ao longo de dois anos, cerca de um milhão de explosões foram contadas e foi comprovado que aproximadamente uma partícula em 8.000, como resultado do espalhamento, muda sua direção de movimento em mais de 90° (ou seja, volta). Isto não poderia acontecer no átomo “solto” de Thomson. Os resultados apoiaram claramente o chamado modelo planetário do átomo - um pequeno núcleo massivo medindo cerca de 10 -13 cm e elétrons girando em torno deste núcleo a uma distância de cerca de 10 -8 cm.

Os experimentos físicos modernos são muito mais complexos do que os experimentos do passado. Em alguns, os dispositivos são colocados em áreas de dezenas de milhares de quilômetros quadrados, em outros preenchem um volume da ordem de um quilômetro cúbico. Em terceiro lugar... Mas vamos aguardar o próximo número. Experimentos físicos modernos são o tema do próximo (e último) artigo da série.