В 1704 г. выходит знаменитый труд Исаака Ньютона (1642- .1727) «Оптика», в котором впервые был описан экспериментальный метод исследования цветового зрения. Он называется методом аддитивного смешения цветов, и полученные этим методом результаты положили начало экспериментальной науке о цвете.

Опыты Ньютона описаны во многих руководствах, поэтому мы рассмотрим их только в связи с вопросом о природе цвета. Рис. 1.1 представляет собой схему установки Ньютона и иллюстрирует суть опытов.

Если в качестве экрана 1 взять плотный лист белого картона, то после прохождения солнечного луча через призму на экране отразится обычный линейный цветовой спектр. Для проверки гипотезы, где возникают цветные лучи - в свете или призме,- Ньютон убрал экран 1 и пропустил спектральные лучи на линзу, тсоторая снова собрала их в пучок на экране 2, и этот пучок был такой же бесцветный, как исходный свет.

Таким образом, Ньютон показал, что цвета образуются не призмой, а...! И вот здесь необходимо на минуту остановиться, потому что до сих пор были физические опыты со светом и только здесь начинаются опыты по смешению цветов. Итак, семь цветных лучей, смешанных вместе, дают белый луч, а значит, именно состав света был причиной появления цвета, но куда же они деваются после смешения? Почему, как ни разглядываешь белый свет, в нем нет никакого намека на цветные лучи, из которых он состоит?

Именно этот феномен, который даст возможность сформулировать один из законов смешения цветов, и привел Ньютона к разработке метода смешения цветов. Обратимся снова к рис. 1.1. Поставим вместо сплошного экрана 1 другой экран 1, в котором вырезаны отверстия так, чтобы только часть лучей (два, три или четыре из семи) проходила, а остальные загораживались светонепроницаемыми перегородками. И здесь начинаются чудеса. На экране 2 появляются цвета неизвестно откуда и неизвестно каким образом. Например, мы закрыли путь лучам фиолетовому, голубому, синему, желтому и оранжевому и пропустили зеленый и красный лучи. Однако, пройдя через линзу и дойдя до экрана 2, эти лучи исчезли, но вместо них появился желтый. Если посмотреть на экран 1, мы убеждаемся, что желтый луч задержан этим экраном и не может попасть на экран 2, но тем не менее на экране 2 точно такой же желтый цвет. Откуда он взялся?

Такие же чудеса происходят, если задержать все лучи, кроме голубого и оранжевого. Опять исчезнут исходные лучи, а появится белый свет, такой же, как если бы он состоял не из двух лучей, а из семи. Но самое удивительное явление возникает, если пропустить только крайние лучи спектра - фиолетовый и красный. На экране 2 появляется совершенно новый цвет, которого не было ни среди исходных семи цветов, ни среди их остальных комбинаций,- пурпурный.

Эти поразительные феномены заставили Ньютона внимательно рассмотреть лучи спектра и их разные смеси. Если и мы вглядимся в спектральный ряд, то увидим, что отдельные составляющие спектра не отделяются друг от друга резкой границей, а постепенно переходят друг в друга так, что соседние в спектре лучи кажутся более похожими друг на друга, чем дальние. И здесь Ньютон открыл еще один феномен.

Оказывается, для крайнего фиолетового луча спектра наиболее близкими по цвету являются не только синий, но и неспектральный пурпурный. И этот же пурпурный вместе с оранжевым составляет пару соседних цветов для крайнего красного луча спектра. То есть если расположить цвета спектра и смеси в соответствии с их воспринимаемым сходством, то они образуют не линию, как спектр, а замкнутый круг (рис. 1.2), так что наиболее разные по положению в спектре излучения, т. е. наиболее различающиеся физически лучи, окажутся очень близкими по цвету.

Это означало, что физическая структура спектра и цветовая структура ощущений совершенно разные явления. И это был главный вывод, который Ньютон сделал из своих опытов в «Оптике»

«Когда я говорю о свете и лучах как о цветных или вызывающих цвета, следует понимать, что я говорю не в философском смысле, а так, как говорят об этих понятиях простые люди. По-существу же лучи не являются цветными; в них нет ничего, кроме определенной способности и предрасположения вызывать ощущение того или иного цвета. Так же как звук... в любом звучащем теле есть не что иное, как движение, которое органами чувств воспринимается в виде звука, так и цвет предмета есть не что иное, как предрасположение отражать тот или иной вид лучей в большей степени, чем остальные, цвет лучей - это их предрасположение тем или иным способом воздействовать на органы чувств, а их ощущение принимает форму цветов» (Ньютон, 1704).

Рассматривая взаимоотношение между разными по физическому составу лучами света и вызываемыми ими цветовыми ощущениями, Ньютон первый понял, что цвет есть атрибут восприятия, для которого нужен наблюдатель, способный воспринять лучи света и интерпретировать их как цвета. Сам свет окрашен не больше, чем радиоволны или рентгеновские лучи.

Таким образом, Ньютон первый экспериментально доказал, что цвет - это свойство нашего восприятия, и природа его в устройстве органов чувств, способных интерпретировать определенным образом воздействие электромагнитных излучений.

Поскольку Ньютон был сторонником корпускулярной теории света, он полагал, что преобразование электромагнитных излучений в цвета осуществляется путем вибрации нервных волокон, так, что» определенное сочетание вибраций различных волокон вызывает в мозге определенное ощущение цвета.

Сейчас мы знаем, что Ньютон ошибся, предположив резонансный механизм генерации цвета (в отличие от слуха, где первый этап преобразования механических колебаний в звук осуществляется именно резонансным механизмом, цветовое зрение устроено принципиально иначе), на для нас более важно другое, то, что Ньютон впервые выделил специфическую триаду: физическое излучение - физиологический механизм - психический феномен, в которой цвет определяется взаимодействием физиологического и психологического уровней. Поэтому мы можем назвать точку зрения Ньютона идеей о психофизиологической природе цвета.

В 1704 г. выходит знаменитый труд Исаака Ньютона (1642- .1727) «Оптика», в котором впервые был описан экспериментальный метод исследования цветового зрения. Он называется методом аддитивного смешения цветов, и полученные этим методом результаты положили начало экспериментальной науке о цвете.

Опыты Ньютона описаны во многих руководствах, поэтому мы рассмотрим их только в связи с вопросом о природе цвета. Рис. 1.1 представляет собой схему установки Ньютона и иллюстрирует суть опытов.

Если в качестве экрана 1 взять плотный лист белого картона, то после прохождения солнечного луча через призму на экране отразится обычный линейный цветовой спектр. Для проверки гипотезы, где возникают цветные лучи - в свете или призме,- Ньютон убрал экран 1 и пропустил спектральные лучи на линзу, тсоторая снова собрала их в пучок на экране 2, и этот пучок был такой же бесцветный, как исходный свет.

Таким образом, Ньютон показал, что цвета образуются не призмой, а...! И вот здесь необходимо на минуту остановиться, потому что до сих пор были физические опыты со светом и только здесь начинаются опыты по смешению цветов. Итак, семь цветных лучей, смешанных вместе, дают белый луч, а значит, именно состав света был причиной появления цвета, но куда же они деваются после смешения? Почему, как ни разглядываешь белый свет, в нем нет никакого намека на цветные лучи, из которых он состоит? Именно этот феномен, который даст возможность сформулировать один из законов смешения цветов, и привел Ньютона к разработке метода смешения цветов. Обратимся снова к рис. 1.1. Поставим вместо сплошного экрана 1 другой экран 1, в котором вырезаны отверстия так, чтобы только часть лучей (два, три или четыре из семи) проходила, а остальные загораживались

светонепроницаемыми перегородками. И здесь начинаются чудеса. На экране 2 появляются цвета неизвестно откуда и неизвестно каким образом. Например, мы закрыли путь лучам фиолетовому, голубому, синему, желтому и оранжевому и пропустили зеленый и красный лучи. Однако, пройдя через линзу и дойдя до экрана 2, эти лучи исчезли, но вместо них появился желтый. Если посмотреть на экран 1, мы убеждаемся, что желтый луч задержан этим экраном и не может попасть на экран 2, но тем не менее на экране 2 точно такой же желтый цвет.

Рис. 1.1. Схема установки Ньютона для аддитивного смешения цветов. Вверху показаны различные виды экранов, используемых в опытах. Спектральный цветовой ряд, проецирующийся на экран Э1, показан на первой сторонке переплета книги

Откуда он взялся? Такие же чудеса происходят, если задержать все лучи, кроме голубого и оранжевого. Опять исчезнут исходные лучи, а появится белый свет, такой же, как если бы он состоял не из двух лучей, а из семи. Но самое удивительное явление возникает, если пропустить только крайние лучи спектра - фиолетовый и красный. На экране 2 появляется совершенно новый цвет, которого не было ни среди исходных семи цветов, ни среди их остальных комбинаций, - пурпурный.

Эти поразительные феномены заставили Ньютона внимательна рассмотреть лучи спектра и их разные смеси. Если и мы вглядимся в спектральный ряд, то увидим, что отдельные составляющие спектра не отделяются друг от друга резкой границей, а постепенно переходят друг в друга так, что соседние в спектре

лучи кажутся более похожими друг на друга, чем дальние. И здесь Ньютон открыл еще один феномен. Оказывается, для крайнего фиолетового луча спектра наиболее близкими по цвету являются не только синий, но и неспектральный пурпурный. И этот же пурпурный вместе с оранжевым составляет пару соседних цветов для крайнего красного луча спектра. То есть если расположить цвета спектра и смеси в соответствии с их воспринимаемым сходством, то они образуют не линию, как спектр, а замкнутый круг (рис. 1.2), так что наиболее разные по положению в спектре излучения, т. е. наиболее различающиеся физически лучи, окажутся очень близкими по цвету.

Рис. 1.2. Цветовой круг Ньютона. В отличие от линейной физической шкалы замкнутая форма круга отражает субъективное сходство цветов спектра Это означало, что физическая структура спектра и цветовая структура ощущений совершенно разные явления. И это был главный вывод, который Ньютон сделал из своих опытов в «Оптике»:

«Когда я говорю о свете и лучах как о цветных или вызывающих цвета, следует понимать, что я говорю не в философском смысле, а так, как говорят об этих понятиях простые люди. По существу же лучи не являются цветными; в них нет ничего, кроме определенной способности и предрасположения вызывать ощущение того или иного цвета. Так же как звук... в любом звучащем теле есть не что иное, как движение, которое органами чувств воспринимается в виде звука, так и цвет предмета есть не что иное, как предрасположение отражать тот или иной вид лучей в большей степени, чем остальные, цвет лучей - это их предрасположение тем или иным способом воздействовать на органы чувств, а их ощущение принимает форму цветов» (Ньютон, 1704).

Рассматривая взаимоотношение между разными по физическому составу лучами света и вызываемыми ими цветовыми ощущениями, Ньютон первый понял, что цвет есть атрибут восприятия, для которого нужен наблюдатель, способный воспринять лучи света и интерпретировать их как цвета. Сам свет окрашен не больше, чем радиоволны или рентгеновские лучи .

Таким образом, Ньютон первый экспериментально доказал, что цвет - это свойство нашего восприятия, и природа его в устройстве органов чувств, способных интерпретировать определенным образом воздействие электромагнитных излучений. Поскольку Ньютон был сторонником корпускулярной теории света, он лолагал, что преобразование электромагнитных излучений в

цвета осуществляется путем вибрации нервных волокон, так, что определенное сочетание вибраций различных волокон вызывает в мозге определенное ощущение цвета. Сейчас мы знаем, что Ньютон ошибся, предположив резонансный механизм генерации цвета (в отличие от слуха, где первый этап преобразования механических колебаний в звук осуществляется именно резонансным механизмом, цветовое зрение устроено принципиально иначе), но для нас более важно другое, то, что Ньютон впервые выделил специфическую триаду: физическое излучение - физиологический механизм - психический феномен, в которой цвет определяется взаимодействием физиологического и психологического уровней. Поэтому мы можем назвать точку зрения Ньютона идеей о психофизиологической природе цвета.

Опыт Дисперсия света

Сценарий проведения опыта

«Разложение белого света на спектр»

Цель опыта: сформировать у учащихся единое, целое представление о физической природе явления дисперсии света, рассмотреть условия возникновения радуги.

Задачи:

• используя методы научного познания, объяснить природу дисперсионного спектра, применять полученные знания к объяснению атмосферных оптических явлений;
• формировать исследовательские умения: получать явление дисперсии, устанавливать причинно-следственные связи между фактами, выдвигать гипотезы, их обосновывать и проверять достоверность;
• формировать эмпатические качества учащихся через эвристические приемы работы, реализовать потребности подростка в общении, способствовать развитию качеств сотрудничества, мотивации в изучении физики;

Оснащение опыта:

• Оборудование: демонстрационное оборудование по волновой оптике, прибор для демонстрации радуги в лабораторных условиях.
• Проведение демонстрационных экспериментов и практических наблюдений: опыт по дисперсии света с призмами, практическая работа «Наблюдение дисперсии света», неразложимость в спектр монохроматического света, сложение спектральных цветов.

Практическое назначение опыта: способствует развитию навыков работы с оборудованием – получать и изучать дисперсионный спектр, способствует формированию целостной картины мира, совершенствовать навыки высказывать собственное мнение, публичного выступления, работать с аудиторией, применять полученные теоретические знания при объяснении природных явлений.
Опыт является составной частью работы по самосовершенствованию компетентностей ученика, т.к. учащиеся в своем предметном «Портфолио» отметят свои успехи и достижения, смогут проанализировать свою деятельность на открытом мероприятии.

Понятийный аппарат: преломление, скорость света, дисперсия, спектр, порядок цветов в спектре, монохроматическая волна.

Проведение опыта

Расположить призму так, чтобы на одну из её граней падал луч света. Для достижения направленного пучка света от лампы накаливания между призмой и лампой устанавливают ширму с узкой щелью. В результате прохождения луча через призму он испытывает ряд преломлений, т.к. проходит через среды с разной оптической плотностью. А на выходе из призмы луч разлагается на спектр, который отслеживаем на экране, установленном за призмой. Для удобства проведения опыта в лаборатории должно быть темно.

Если на пути луча между призмой и узкой щелью поместим светофильтр, например красный, то разложения красного света не увидим, т.к. свет монохромный

Мотивация познавательной деятельности

– Как можно объяснить удивительное многообразие красок в природе? Я хочу предложить послушать вам стихотворение Ф.И.Тютчева:

Как неожиданно и ярко,
На влажной неба синеве,
Воздушная воздвиглась арка
В своем минутном торжестве!
Один конец в леса вонзила,
Она полнеба обхватила
И в высоте изнемогла.

– Какое явление описано в этих поэтических строках? (Радуга)

– До 1666г считалось, что цвет – это свойство самого тела. С давних времен наблюдалось разделение цвета радуги, и было известно, что образование радуги связано с освещенностью дождевых капель. Существует поверье: кто пройдёт под радугой, тот на всю жизнь останется счастливым. Сказка это или быль? Можно ли пройти под радугой и стать СЧАСТЛИВЫМ? Разобраться в этом поможет одно удивительное физическое явление, благодаря которому можно видеть наш окружающий мир цветным. Почему мы можем видеть красивыми цветы, удивительные краски картин художников: Почему мир дарит нам целую гамму различных по красоте и неповторимости пейзажей? Это явление – дисперсия. Давайте попробуем сформулировать название опыта. (Учащиеся предлагают различные варианты названий)

Цель: изучить дисперсию и выяснить причины появления радуги.

Задачи:

• выяснить, что такое дисперсия;
• история открытия дисперсии;
• объяснить причины появления дисперсии;
• провести эксперимент по получению дисперсии;
• рассмотреть природное явление – радугу.

Гипотеза: если знать явление дисперсии, то можно объяснить природные явления и получить радугу в лабораторных условиях. Любое исследование предполагает выбор объекта и предмета исследования

Объект исследования: световые волны, дисперсия

Предмет исследования: радуга

Дисперсия – звучит прекрасно слово,
Прекрасно и явление само,
Оно нам с детства близко и знакомо,
Мы наблюдали сотни раз его!

Опыты И.Ньютона по дисперсии

Явление дисперсии было открыто И.Ньютоном и считается одной из важнейших его заслуг. "Он исследовал различие световых лучей и появляющиеся при этом различные свойства цветов, чего раньше никто не подозревал". Около 300 лет назад Исаак Ньютон пропустил солнечные лучи через призму. Недаром на его надгробном памятнике, поставленном в 1731 году и украшенном фигурами юношей, которые держат в руках эмблемы его главнейших открытий, одна фигура держит призму, а в надписи на памятнике есть слова: «Он исследовал различие световых лучей и проявляющиеся при этом различные свойства, чего ранее никто не подозревал». Он открыл, что белый свет – это «чудесная смесь цветов».
Итак, что же сделал Ньютон? Повторим опыт Ньютона.
Если внимательно присмотреться к прохождению света через треугольную призму, то можно увидеть, что разложение белого света начинается сразу же, как только свет переходит из воздуха в стекло. В описанных опытах использовались призма, изготовленная из стекла. Вместо стекла можно взять и другие прозрачные для света материалы. Замечательно, что этот опыт пережил столетия, и его методика без существенных изменений используется до сих пор.

Демонстрируется непрерывный спектр белого света

Прежде чем разобраться в сути этого явления, давайте вспомним о преломлении световых волн.

– В чем состоит особенность прохождения светового пучка через призму?
1 вывод Ньютона : свет имеет сложную структуру, т.е. белый свет содержит электромагнитные волны разных частот.
2 вывод Ньютона : свет различного цвета отличается степенью преломляемости, т.е. характеризуется разными показателями преломления в данной среде.

Наиболее сильно преломляются фиолетовые лучи, меньше всего – красные.
Совокупность цветных изображений щели на экране и есть непрерывный спектр . Исаак Ньютон условно выделил в спектре семь основных цветов:
Порядок расположения цветов просто запомнить по аббревиатуре слов: каждый охотник желает знать, где сидит фазан . Резкой границы между цветами нет.
Различным цветам соответствуют волны различной длины. Никакой определенной длины волны белому свету не соответствует. Тем не менее, границы диапазонов белого света и составляющих его цветов принято характеризовать их длинами волн в вакууме. Таким образом, белый свет – это сложный свет, совокупность волн длинами от 380 до 760 нм.

Выводы из опытов:

• Скорость света зависит от среды.
• Призма разлагает свет.
• Белый свет – сложный свет, состоящий из световых волн различных цветов.

Вывод: при прохождении света через вещество, имеющее преломляющий угол, происходит разложение света на цвета.

Вывод: В веществе скорость распространения коротковолнового излучения меньше, чем длинноволнового. Значит показатель преломления для фиолетового света больше, чем для красного.
Механизм дисперсии объясняется следующим образом. Электромагнитная волна возбуждает в веществе вынужденные колебания электронов в атомах и молекулах. Так как дисперсия возникает вследствие взаимодействия частиц вещества со световой волной, то это явление связано с поглощением света – превращением энергии электромагнитной волны во внутреннюю энергию вещества.
Разделение цветов в пучке белого света происходит из-за того, что волны разной длиной волны преломляются или рассеиваются веществом по-разному. Радуга – разделение света при преломлении капельками воды.
Максимальное поглощение энергии возникает при резонансе, когда частота v падающего света равна v колебаний атомов. Ещё раз обращаем внимание учащихся на то, что при переходе волны из одной среды в другую изменяются и скорость, и длина волны, а частота колебаний остается неизменной .

Игра «Закончи предложение»

• Призма не изменяет свет, а лишь… (разлагает)
• Белый свет как электромагнитная волна состоит из… (семи цветов)
• Наиболее сильно преломляется … (фиолетовый свет)
• Меньше преломляется… (красный свет)

Вопросы для обсуждения:

• Как можно наблюдать явление дисперсии света?
• Чем объясняется разложение белого цвета на цветные пучки?
• На стеклянную призму направляют луч красного света. Будет ли наблюдаться разложение этого света на какие-либо цветные лучи?
• Наблюдается ли дисперсия света при прохождении через вакуум?
• Будет ли наблюдаться дисперсия, если свет переходит из одной среды в другую, обе среды имеют одинаковые показатели преломления?

Продолжим изучение световых явлений на примере радуги

Радугу «творят» водяные капли: в небе – дождинки, на поливаемом асфальте – капельки, брызги от водяной струи. Однако не все знают, как именно преломление света на капельках дождя приводит к возникновению на небосводе гигантской многоцветной дуги. Яркая радуга, которая возникает после дождей или в брызгах водопада – это первичная радуга. Цветные полосы сильно отличаются по яркости, но порядок всегда одинаков: внутри дуги всегда находится фиолетовая полоса, которая переходит в синюю, зелёную, жёлтую, оранжевую и красную – с внешней стороны радуги. Выше первой, в небе, возникает вторая менее яркая дуга, в которой цветовые полосы расположены в обратном порядке.

В 1672 году Исаак Ньютон проделал простой эксперимент, который описан во всех школьных учебниках. Затворив ставни, он проделал в них небольшое отверстие, сквозь которое проходил солнечный луч. На пути луча была поставлена призма, а за призмой -- экран. На экране Ньютон наблюдал «радугу»: белый солнечный луч, пройдя через призму, превратился в несколько цветных лучей -- от фиолетового до красного. Это явление называется дисперсией света.

Сэр Исаак был не первым, наблюдавшим это явление. Уже в начале нашей эры было известно, что большие монокристаллы природного происхождения обладают свойством разлагать свет на цвета. Первые исследования дисперсии света в опытах со стеклянной треугольной призмой еще до Ньютона выполнили англичанин Хариот и чешский естествоиспытатель Марци.

Однако до Ньютона подобные наблюдения не подвергались серьезному анализу, а делавшиеся на их основе выводы не перепроверялись дополнительными экспериментами. И Хариот, и Марци оставались последователями Аристотеля, который утверждал, что различие в цвете определяется различием в количестве темноты, «примешиваемой» к белому свету. Фиолетовый цвет, по Аристотелю, возникает при наибольшем добавлении темноты к свету, а красный -- при наименьшем. Ньютон же проделал дополнительные опыты со скрещенными призмами, когда свет, пропущенный через одну призму, проходит затем через другую. На основании совокупности проделанных опытов он сделал вывод о том, что «никакого цвета не возникает из белизны и черноты, смешанных вместе, кроме промежуточных темных; количество света не меняет вида цвета». Он показал, что белый свет нужно рассматривать как составной. Основными же являются цвета от фиолетового до красного.

Этот эксперимент Ньютона служит замечательным примером того, как разные люди, наблюдая одно и то же явление, интерпретируют его по-разному и только те, кто подвергает сомнению свою интерпретацию и ставит дополнительные опыты, приходят к правильным выводам.

Эксперимент Генри Кавендиша

Установление Ньютоном закона всемирного тяготения явилось важнейшим событием в истории физики . Его значение определяется, прежде всего, универсальностью гравитационного взаимодействия. На законе всемирного тяготения основывается один из центральных разделов астрономии -- небесная механика. Мы ощущаем силу притяжения к Земле, однако притяжение малых тел друг к другу неощутимо. Требовалось экспериментально доказать справедливость закона всемирного тяготения и для обычных тел. Именно это и сделал Г.Кавендиш, попутно определив среднюю плотность Земли.

где m 1 и m 2 -- массы материальных точек, R -- расстояние между ними, a F -- сила взаимодействия между ними. До начала XIX века G в закон всемирного тяготения не вводилось, так как для всех расчетов в небесной механике достаточно использовать постоянные GM , имеющие кинематическую размерность. Постоянная G появилась впервые, по-видимому, только после унификации единиц и перехода к единой метрической системе мер в конце XVIII века. Численное значение G можно вычислить через среднюю плотность Земли, которую нужно было определить экспериментально. Очевидно, что при известных значениях плотности с и радиуса R Земли, а также ускорения свободного падения g на её поверхности можно найти G :

Первоначально эксперимент был предложен Джоном Мичеллом . Именно он сконструировал главную деталь в экспериментальной установке -- крутильные весы, однако умер в 1793 так и не поставив опыта. После его смерти экспериментальная установка перешла к Генри Кавендишу . Кавендиш модифицировал установку, провёл опыты и описал их в Philosophical Transactions в 1798.

Установка

Крутильные весы

Установка представляет собой деревянное коромысло с прикреплёнными к его концам небольшими свинцовыми шарами. Оно подвешено на нити из посеребрённой меди длиной 1 м. К шарам подносят шары большего размера массой 159 кг, сделанные также из свинца. В результате действия гравитационных сил коромысло закручивается на некий угол. Жёсткость нити была такой, что коромысло делало одно колебание за 15 минут. Угол поворота коромысла определялся с помощью луча света, пущенного на зеркальце на коромысле, и отражённого в микроскоп. Зная упругие свойства нити, а также угол поворота коромысла, можно вычислить гравитационную постоянную .

Для предотвращения конвекционных потоков установка была заключена в ветрозащитную камеру. Угол отклонения измерялся при помощи телескопа.

Списав закручивание нити на магнитное взаимодейстивие железного стержня и свинцовых шаров, Кавендиш заменил его медным, получив те же результаты.

Вычисленное значение

В «Британнике» утверждается, что Г. Кавендиш получил значение G=6,754·10 -11 мі/(кг·сі) . Это же утверждают Е. P. Коэн, К. Кроув и Дж. Дюмонд и А. Кук. .

Л. Купер в своём двухтомном учебнике физики приводит другое значение: G=6.71·10 -11 мі/(кг·сі) .

О.П. Спиридонов -- третье: G=(6.6 ± 0.04)·10 -11 мі/(кг·сі) .

Однако в классической работе Кавендиша не было приведено никакого значения G. Он рассчитал лишь значение средней плотности Земли: 5.48 плотностей воды (современное значение 5,52 г/смі). Вывод Кавендиша о том, что средняя плотность планеты 5,48 г/смі больше поверхностной ~2 г/смі, подтвердил, что в глубинах сосредоточены тяжёлые вещества.

Гравитационная постоянная была введена, по-видимому, впервые только С. Д. Пуассоном в «Трактате по механике» (1811) . Значение G было вычислено позже другими учеными из данных опыта Кавендиша. Кто впервые рассчитал численное значение G, историкам неизвестно.

Примерно в 1666 г. Ньютон произвел следующий простой, но чрезвычайно важный опыт (рис. 157): «Я взял продолговатый кусок толстой черной бумаги с параллельными сторонами и разделил его на две равные половины линией Одну часть я окрасил красной краской, другую - синей. Бумага была очень черной, краски были интенсивными и наносились толстым слоем для того, чтобы явление могло быть более отчетливым. Эту бумагу я рассматривал сквозь призму из массивного стекла, стороны которой были плоскими и хорошо полированными.

Рассматривая бумагу, я держал ее и призму перед окном Стена комнаты за призмой, под окном, была покрыта черной материей, находившейся в темноте; таким образом, от нее не мог отражаться свет, который, проходя мимо краев бумаги в глаз, смешивался бы со светом от бумаги и затемнял бы явление. Установив предметы таким образом, я нашел, что в том случае, когда преломляющий угол призмы повернут кверху, так что бумага кажется вследствие преломления приподнятой (изображение ), то синяя сторона поднимается преломлением выше, чем красная Если же преломляющий угол призмы повернут вниз и бумага кажется опустившейся вследствие преломления (изображение то синяя часть окажется несколько ниже, чем красная

Таким образом, в обоих случаях свет, приходящий от синей половины бумаги через призму к глазу, испытывает при одинаковых обстоятельствах большее преломление, чем свет, исходящий от красной половины».

С современной точки зрения это явление объясняется тем, что показатель преломления стекла, из которого сделана призма, зависит от длины волны проходящего света. Лучи с различной длиной волны призма преломляет различным образом. У стекла показатель преломления для синих лучей больше, чем для красных, т. е. показатель преломления убывает с возрастанием длины волны.

Рис. 157. Схема опыта Ньютона, доказывающего существование дисперсии.

Ньютон описывает и второй, не менее важный опыт в этой же области. В совершенно темной комнате он проделал небольшое отверстие в ставне окна, через которое проходил белый солнечный луч (рис. 158). Пройдя через призму, этот луч давал на стене целый окрашенный спектр. Тем самым было доказано, что белый свет представляет собой смесь цветов и что эту смесь можно разложить на составные цвета, пользуясь различием в преломлении для лучей разного цвета.

Не следует, однако, думать, что Ньютону принадлежит само открытие призматических цветов. С. И. Вавилов, один из наиболее тонких знатоков Ньютона, писал: «Ньютон вовсе не открывал призматических цветов, как это нередко пишут и особенно говорят: они были известны задолго до него, о них знали Леонардо да Винчи, Галилей и многие другие; стеклянные призмы продавались в XVII в. именно из-за призматических цветов». Заслуга Ньютона состоит в проведении четких и тонких опытов, выяснивших зависимость показателя преломления от цвета лучей (см., например, первый опыт).

Зависимость показателя преломления от длины волны проходящего света называется дисперсией света. На рис. 159 изображены дисперсионные кривые для ряда кристаллов.

Практически дисперсию характеризуют заданием ряда значений показателя преломления для нескольких длин волн, соответствующих темным фраунгоферовым линиям в солнечном спектре.

На советских оптических заводах обычно пользуются четырьмя значениями показателя преломления стекла: показатель преломления для красного света с длиной волны 656,3 миллимикрона для желтого света с длиной волны для синего света с длиной волны и -для синего света с длиной волны

Рис. 158. Дисперсионный спектр белого света.

Рис. 159. Дисперсионные кривые различных веществ.

Стекла с малым удельным весом - кроны - обладают меньшей дисперсией, тяжелые стекла - флинты - большей дисперсией.

В таблице приведены численные данные о дисперсии советских оптических стекол и некоторых жидких и кристаллических тел.

(см. скан)

Из цифр, приведенных в таблице, вытекает ряд интересных следствий. Остановимся на некоторых из них. Дисперсия сказывается в самом крайнем случае только в изменении второго знака после запятой в величине показателя преломления. Вместе с тем, как мы увидим дальше, дисперсия играет колоссальную роль в работе оптических инструментов. Далее, хотя большая дисперсия, как