光壓
我們知道書本放在桌子上,會對桌子產生壓力;密集的雨點打在傘面上,雨水也會對傘面產生壓力。然而你知道光照射到物體表面也會對物體的表面產生壓力嗎?
遠在1748年,歐拉就已指出光壓的存在。而在1873年,英國物理學家麥克斯韋也預言了光壓的存在,并指出光照射到物體上,使物體受到的壓力大小決定于光在單位長度上所具有的能量。只是在很多情況下,光的能量太小,我們不易察覺到光壓的存在。
事實證明,要觀察、證實光壓的存在,一定要使用放大微小物理量的辦法才行。1901年,美國物理學家赫爾用實驗證明了光壓的存在。他在一個抽成真空的容器中(注:之所以將容器抽成真空,旨在排除氣體分子對實驗的干擾),用一根細長的石英絲,把一根輕桿從中間橫向吊起,橫桿的兩端各有一個小圓盤。讓一束光照射到小圓盤上,發現原來靜止的小圓盤沿著入射光的入射方向轉了一個很小的角度,從而證明了光壓的存在。通過科學測算,太陽光照射到地球表面,能在每平方米的面積上產生4.8×10-7千克的壓力。
既然光壓這么小,解釋并測量光壓有用嗎?回答是肯定的。事實證明,光壓在解釋天體現象中有一定作用,你知道彗星那長長的彗尾是怎么形成的嗎?就是當彗星從太陽旁邊經過時,它的塵粒與氣體分子受到太陽光壓的作用形成的。當然,恒星能夠保持體形穩定也與光壓密切相關。
光波
想要弄清楚光是怎樣傳播的和光究竟是什么,最好的辦法是先從研究水里的波入手,因為水波我們早已熟悉。
如果你向湖里或水池中扔一塊磚頭或石子,會激起層層水波,而到達岸邊的波的個數的多少,則取決于你所扔的石子的大小。在一段特定的時間內,比如1秒鐘里的波的個數叫做波的頻率。
與之同理,我們來研究波的長度,波長就是一個波的低谷或頂峰到下一個波的低谷或頂峰的距離。波的低谷叫做波谷,波的頂峰叫做波峰。在通常情況下,波長越短,一定時間內波的個數越多,頻率越高;反之,波長越長,一定時間內波的個數越少,頻率越低。
那么光波究竟有多長呢?科學家有測量白光光譜中各色光的波長和頻率的專門儀器。這種測量是非常精細的工作,因為光的波長非常非常短。作為一個衡量的標準,科學家創造了一個特殊的計量單位,他們把這種計量單位叫做埃,一埃等于一億分之一厘米,換句話說,1厘米里有100000000個埃。
通過研究光譜,科學家發現紅光的波長顯著地比紫光的波長要長。紅光波長為7600埃或76/100000000(一億分之七十六)米,紫光波長大約只有紅光的一半。光譜中其他顏色光的波長在這兩者之間變化,按紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫順序越來越短。
根據我們從水波中得知的波長與頻率的關系,我們就可以毫不遲疑地得出結論:波長長的光的頻率比波長短的低,而紅光的頻率比其他所有顏色的光都要低。
物體可以反射一種以上的顏色嗎
我們周圍的色彩大多是由顏料或染料制成的。紅領巾鮮艷通紅,是因為用了一種特殊的、能反射陽光或家里的白熾燈中的紅光染料。然而,這些顏料和染料不會產生如同在白光或陽光光譜中的純粹的自然色。一面黃色的墻壁在白光下會反射一些綠色和黃色的光波。如果反射的光波中黃光占大多數,那么我們看這面墻就是黃色的。如果有許多綠色光波摻在黃光中,那我們看到的就是一面黃綠色的墻壁。
同樣,如果你調過水彩或顏料,你會發現,當把同樣多的黃色和藍色調在一起時,就配成了綠色。太陽照到這樣綠色的墻上會發生什么現象呢?藍色顏料吸收黃光,而黃色顏料吸收藍光,當然它們還都吸收別的顏色的光。但它們都不吸收綠光,所以綠光被反射,你就看到一面綠色的墻。
偏振光波
按照科學家們的說法,光的特性之一就是以波的形式從一個地方傳播到另一個地方。光與水波很相似,是從光源開始的一系列的波峰和波谷的擴展。我們可以用一根繩子來做試驗。把繩子的一端系在門把手上,另一端握在手里,上下振動手腕就可以產生一系列波。這類上下運動的波,叫做豎直橫波。現在,請你仍然拿著繩子,斜著抖動手腕,即向上抖動時往右偏,而向下抖動時往左偏。你就得到了既不同于豎直橫波也不同于水平橫波的另一種類型的波——斜面橫波。
實際上,科學家談論的波是多種類型的波的混合。有水平橫波、豎直橫波和許多斜面橫波在傳播。結果,它成為在各個方向平面內的波的合成。如果我們單獨挑出這些波里的任何一種,或者只挑出在給定平面內振動的一種波,我們就得到偏振光波。怎樣使一列波成為偏振波呢?
讓我們再玩一會兒繩子,演示另一種效果,它會使你更容易理解光波的偏振。
把繩子系在門把手上,但現要使繩子通過一個豎直的夾縫,比如用兩個椅背夾起來或者拿一個紙箱切出一條縫來。如果你上下抖動手腕,產生的波可以通過椅背間的夾縫到達門把手。但是,如果你左右抖動你的腕子,又會出現什么情況呢?你將得到一個水平橫波。但是波會在椅背的夾縫處停住。你剛好“偏振”掉了橫波;使它只有豎直的波可以暢通無阻的在椅背前停住了。
與此相同,用特殊的材料或棱鏡也可以對光波進行處理。這些材料里包含了數以百萬計的針狀的小晶體,只允許與它們在同樣方向上振動的偏振光通過。這種物質叫做偏振片或偏振鏡。知識點
光譜
光譜,是復色光經過色散系統(如棱鏡、光柵)分光后,被色散開的單色光按波長(或頻率)大小而依次排列的圖案,全稱為光學頻譜。光譜中最大的一部分可見光譜是電磁波譜中人眼可見的一部分,在這個波長范圍內的電磁輻射被稱作可見光。光譜并沒有包含人類大腦視覺所能區別的所有顏色,譬如褐色和粉紅色。