Страница 238 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

1. Что называют дисперсией света?

1. Дисперсия света — это физическое явление, которое заключается в зависимости абсолютного показателя преломления вещества $n$ от частоты $\nu$ (или, что эквивалентно, от длины волны $\lambda$) света. Следствием этого является разложение пучка сложного, немонохроматического света (например, белого солнечного света) в спектр при прохождении через преломляющую среду, такую как стеклянная призма или капля воды.

Это явление было открыто и исследовано Исааком Ньютоном в 1666 году. Он направил узкий пучок белого света на стеклянную призму и наблюдал на экране за ней цветную полосу, которую он назвал спектром. Эта полоса состояла из последовательности цветов: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый.

Причина дисперсии кроется в том, что скорость распространения световых волн в веществе ($v$) зависит от их частоты. Показатель преломления $n$ связан со скоростью света в среде формулой:

$n = \frac{c}{v}$

где $c$ — скорость света в вакууме.

Поскольку для световых волн разной частоты (разного цвета) скорость распространения в среде $v$ различна, то и показатель преломления $n$ для них будет разным. В большинстве прозрачных веществ (например, в стекле или воде) наблюдается так называемая нормальная дисперсия: с увеличением частоты света (и уменьшением длины волны) показатель преломления растет. Это означает, что фиолетовый свет, имеющий наибольшую частоту в видимом спектре, преломляется сильнее всего (отклоняется на больший угол), а красный свет, имеющий наименьшую частоту, — слабее всего. Это и приводит к пространственному разделению цветов и образованию спектра.

Дисперсия света объясняет множество природных явлений, например, появление радуги после дождя. Она также находит широкое применение в науке и технике, в частности, в спектральных приборах (спектроскопах, спектрографах) для анализа состава вещества по его спектрам испускания или поглощения.

Ответ: Дисперсией света называют явление зависимости показателя преломления света от его частоты (или длины волны).

2. Расскажите об опыте по преломлению белого света в призме. (Ход опыта, результаты, вывод.)

1. Дисперсией света называют явление разложения пучка белого света в спектр при его прохождении через преломляющую среду. Это явление обусловлено зависимостью показателя преломления $n$ вещества от частоты $ν$ (или длины волны $λ$) световой волны. Эта зависимость выражается функцией $n = f(ν)$ или $n = f(λ)$.

Скорость распространения света в веществе зависит от его частоты. Поскольку абсолютный показатель преломления определяется как $n = c/v$, где $c$ — скорость света в вакууме, а $v$ — скорость света в среде, то и показатель преломления зависит от частоты света. Для большинства прозрачных веществ (например, для стекла) в видимой части спектра наблюдается нормальная дисперсия: с увеличением частоты света (и уменьшением длины волны) показатель преломления возрастает. Это означает, что фиолетовый свет (с большей частотой и меньшей длиной волны) преломляется сильнее, чем красный свет (с меньшей частотой и большей длиной волны).

Ответ: Дисперсия света — это явление зависимости показателя преломления вещества от частоты (или длины волны) света, которое проявляется в разложении белого света на его составляющие цвета (спектр) при прохождении через преломляющую среду.

2. Опыт по преломлению белого света в призме был впервые поставлен Исааком Ньютоном в 1666 году и стал классической демонстрацией явления дисперсии.

Ход опыта: Ньютон затемнил комнату, оставив в ставне лишь небольшое круглое отверстие, через которое внутрь проникал узкий пучок солнечного света. На пути этого пучка он поместил стеклянную трехгранную призму. За призмой располагался экран, на котором Ньютон наблюдал изображение, создаваемое прошедшим через призму светом.

Результаты: Вместо белого пятна, которое можно было бы ожидать, на экране появилась разноцветная полоса, которую Ньютон назвал спектром. Эта полоса состояла из непрерывного ряда цветов, плавно переходящих друг в друга в следующей последовательности: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. При этом красный свет отклонялся призмой на наименьший угол от первоначального направления, а фиолетовый — на наибольший. Таким образом, пучок белого света, пройдя через призму, не только отклонился, но и растянулся в цветную полосу.

Вывод: На основании этого опыта Ньютон сделал революционный вывод: белый свет не является простым, а представляет собой сложную смесь лучей различных цветов. Призма не окрашивает свет, а лишь разделяет его на составные части из-за того, что показатель преломления стекла для разных цветов различен. Красный свет преломляется слабее всего (для него показатель преломления наименьший), а фиолетовый — сильнее всего (для него показатель преломления наибольший). Для доказательства того, что призма именно разделяет, а не изменяет свет, Ньютон провел контрольный опыт: он выделил из спектра узкий пучок одного цвета (например, зеленого) и направил его на вторую призму. Этот пучок отклонялся второй призмой, но больше не разлагался в спектр. Также он смог собрать все цвета спектра с помощью второй, перевернутой призмы, и снова получить белый свет.

Ответ: В опыте Ньютона узкий пучок белого света направлялся на стеклянную призму. В результате на экране за призмой наблюдалась цветная полоса (спектр). Это доказывает, что белый свет является составным и разлагается призмой на монохроматические цвета из-за зависимости показателя преломления стекла от цвета (частоты) света.

3. Расскажите об опыте, изображённом на рисунке 172.

На рисунке 172, предположительно из учебника физики, изображен опыт, демонстрирующий действие магнитного поля на проводник с током. Этот опыт является фундаментальной демонстрацией силы Ампера.

Цель опыта:

Показать, что на проводник, по которому протекает электрический ток и который помещен в магнитное поле, действует сила. Также целью является исследование зависимости направления этой силы от направления тока и направления магнитного поля.

Описание установки и хода опыта:

Установка состоит из следующих элементов: источник тока, подковообразный магнит для создания сильного магнитного поля, подвижный прямой проводник, подвешенный на гибких проводах и расположенный между полюсами магнита, а также ключ для замыкания и размыкания электрической цепи.

Ход опыта заключается в следующем. Проводник размещают в магнитном поле так, чтобы он был перпендикулярен линиям магнитной индукции. Изначально, при разомкнутом ключе, ток в цепи отсутствует, и проводник находится в состоянии покоя. При замыкании ключа по проводнику начинает течь электрический ток. В этот момент наблюдается, что проводник приходит в движение — он либо втягивается в пространство между полюсами магнита, либо выталкивается из него.

Выводы из опыта:

Движение проводника доказывает, что со стороны магнитного поля на него действует сила, которая называется силой Ампера. Направление этой силы зависит от двух факторов: направления тока в проводнике и направления линий магнитного поля.

Если изменить полярность подключения источника тока, то направление тока в проводнике изменится на противоположное, и проводник начнет двигаться в обратную сторону. Аналогично, если поменять местами полюса магнита (перевернуть его), направление магнитного поля изменится на противоположное, что также приведет к изменению направления движения проводника на обратное. Сила Ампера максимальна, когда проводник перпендикулярен линиям магнитного поля, и равна нулю, если проводник расположен параллельно им.

Для определения направления силы Ампера ($F_A$) используется правило левой руки: если расположить левую руку так, чтобы четыре вытянутых пальца указывали направление тока в проводнике, а линии магнитной индукции ($B$) входили в ладонь, то отогнутый на 90 градусов большой палец укажет направление действующей на проводник силы.

Величина силы Ампера рассчитывается по формуле: $F_A = I \cdot B \cdot l \cdot \sin\alpha$ где $I$ — сила тока в проводнике, $B$ — индукция магнитного поля, $l$ — длина активной части проводника, находящейся в поле, а $\alpha$ — угол между направлением тока и вектором магнитной индукции.

Данное явление лежит в основе работы электродвигателей, в которых сила Ампера заставляет вращаться рамку с током в магнитном поле.

Ответ: Опыт демонстрирует возникновение силы (силы Ампера), действующей на проводник с током в магнитном поле. Направление этой силы зависит от направления тока в проводнике и от направления магнитного поля, и определяется по правилу левой руки.

4. В чём заключается физическая причина различия цветов окружающих нас тел?

3. На этом рисунке, вероятнее всего, изображен классический опыт Исаака Ньютона по дисперсии света. Суть опыта заключается в следующем: в затемненном помещении через узкое отверстие пропускается пучок белого (например, солнечного) света. На пути пучка устанавливается трехгранная стеклянная призма. После прохождения через призму свет не просто отклоняется (преломляется), но и раскладывается на цветные составляющие. На экране, расположенном за призмой, наблюдается цветная полоса, которую называют спектром. В этом спектре цвета расположены в строгой последовательности: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый.

Этот опыт доказывает, что белый свет имеет сложную структуру и является совокупностью световых волн разной частоты (и, соответственно, разного цвета). Явление разложения света в спектр называется дисперсией. Причиной дисперсии является зависимость показателя преломления среды (в данном случае, стекла) от частоты световой волны. Свет фиолетового цвета имеет наибольшую частоту в видимом диапазоне и преломляется сильнее всего, а свет красного цвета — наименьшую частоту и преломляется слабее всего, что и приводит к разделению цветов.

Ответ: Опыт, изображенный на рисунке, демонстрирует явление дисперсии света — разложение белого света в спектр при прохождении через призму. Физическая причина этого явления в том, что показатель преломления вещества зависит от частоты (цвета) света.

4. Физическая причина различия цветов окружающих нас тел заключается в их способности избирательно поглощать и отражать (или пропускать) свет разных длин волн. Когда на предмет падает белый свет, который содержит все цвета видимого спектра, материал предмета взаимодействует с этим светом.

Для непрозрачных тел: поверхность объекта поглощает световые волны одних длин и отражает другие. Цвет, который мы видим, — это цвет отраженных световых волн. Например:

• Красное яблоко кажется красным, потому что его кожура отражает преимущественно свет в красной части спектра, а остальные цвета (оранжевый, желтый, зеленый, синий, фиолетовый) поглощает.
• Белый лист бумаги отражает свет всех цветов практически полностью, поэтому их смешение воспринимается нами как белый цвет.
• Черный бархат поглощает почти весь падающий на него свет, поэтому он кажется черным.

Для прозрачных тел (например, цветное стекло) цвет определяется тем, какие световые волны они пропускают. Синий стеклянный фильтр пропускает синий свет, а остальные цвета спектра поглощает.

Ответ: Физическая причина различия цветов тел заключается в их избирательном поглощении и отражении (для непрозрачных тел) или пропускании (для прозрачных тел) световых волн, соответствующих разным цветам спектра.

5. Спектроскоп — это оптический прибор, предназначенный для визуального наблюдения спектров испускания. Хотя рисунок 175 отсутствует, можно описать устройство стандартного призменного спектроскопа, который состоит из трех основных частей:

1. Коллиматор. Это труба, на одном конце которой расположена узкая регулируемая щель, а на другом — собирающая линза. Исследуемый свет попадает в прибор через щель. Щель находится в фокальной плоскости линзы, поэтому после прохождения линзы лучи света становятся параллельными.
2. Диспергирующая система. В призменном спектроскопе это трехгранная призма, установленная на поворотном столике. Параллельный пучок света, вышедший из коллиматора, падает на призму. Вследствие явления дисперсии призма разлагает свет в спектр, отклоняя лучи разных цветов на разные углы.
3. Зрительная труба. Служит для наблюдения спектра. Она также состоит из двух линз: объектива и окуляра. Объектив зрительной трубы фокусирует параллельные лучи каждого цвета, выходящие из призмы, и строит в своей фокальной плоскости ряд цветных изображений входной щели. Совокупность этих изображений и есть спектр. Этот спектр рассматривают через окуляр, который действует как увеличительное стекло (лупа).

Ответ: Спектроскоп состоит из трех основных частей: коллиматора, который формирует параллельный пучок света; диспергирующего элемента (например, призмы), который разлагает свет в спектр; и зрительной трубы, через которую наблюдают полученный спектр.

5. Используя рисунок 175, расскажите об устройстве спектрографа.

5. Поскольку рисунок 175 не предоставлен, будет описано общее устройство спектрографа. Спектрограф — это оптический прибор, предназначенный для получения и записи спектра электромагнитного излучения. Принцип его работы заключается в следующем: свет от исследуемого источника проходит через узкую входную щель. Затем коллиматор, представляющий собой линзу или вогнутое зеркало, преобразует расходящийся пучок света в параллельный. Этот параллельный пучок направляется на диспергирующий элемент — это может быть призма, которая разлагает свет в спектр за счет явления дисперсии, или дифракционная решетка, использующая явление дифракции. После разделения по длинам волн, пучки света, соответствующие разным цветам, направляются на камерный объектив или фокусирующее зеркало. Эта система строит изображение спектра в своей фокальной плоскости, где расположен приемник излучения (детектор). В классических приборах это была фотопластинка, в современных — электронные детекторы, такие как ПЗС-матрицы.

Ответ: Спектрограф — это прибор, состоящий из входной щели, коллиматора, диспергирующего элемента (призмы или решетки), фокусирующей камеры и детектора, который используется для получения и записи (регистрации) спектра излучения.

6. Спектрограмма — это результат, полученный с помощью спектрографа, то есть зарегистрированный спектр. Она представляет собой изображение или график, показывающий распределение интенсивности излучения по длинам волн или частотам. Если для регистрации использовалась фотопластинка, то спектрограмма — это фотография спектра, обычно в виде набора светлых или темных линий на темном или светлом фоне. Если использовался электронный детектор, то спектрограмма чаще всего представляет собой цифровой файл или график, где по одной оси отложена длина волны, а по другой — интенсивность излучения в этой части спектра.

Ответ: Спектрограмма — это зафиксированное на материальном носителе (например, фотопластинке) или в цифровом виде (в виде файла данных или графика) изображение спектра.

7. Главное отличие спектрографа от спектроскопа заключается в их назначении и, как следствие, в их конструкции. Спектроскоп предназначен исключительно для визуального наблюдения спектра. В его конструкции на выходе оптической системы вместо детектора установлен окуляр, через который человек может непосредственно видеть радужную полоску спектра и спектральные линии. Спектрограф же предназначен для регистрации (записи) спектра с целью его сохранения и последующего детального анализа. Вместо окуляра он оснащен регистрирующим устройством — фотопластинкой или электронным детектором, который создает спектрограмму. Таким образом, спектроскоп позволяет только «посмотреть» на спектр, а спектрограф — «сфотографировать» его.

Ответ: Спектрограф отличается от спектроскопа тем, что он регистрирует спектр на носитель (создает спектрограмму), в то время как спектроскоп предназначен только для визуального наблюдения спектра через окуляр.

6. Что такое спектрограмма?

6.Спектрограмма — это визуальное представление спектра частот сигнала во времени. По сути, это график, который показывает, как изменяется частотный состав сигнала с течением времени. Спектрограммы широко используются в различных областях, таких как анализ звука, речи, музыки, а также в радиолокации, сейсмологии и медицине.

На спектрограмме обычно представлены три измерения. Горизонтальная ось (ось X) представляет время. Вертикальная ось (ось Y) представляет частоту, причем обычно низкие частоты находятся внизу, а высокие — вверху. Третье измерение — амплитуда или интенсивность сигнала — показывает, насколько сильной (громкой) является каждая частота в каждый конкретный момент времени. Эта интенсивность отображается с помощью цвета или яркости: например, более яркие или "горячие" цвета (красный, желтый) соответствуют высоким амплитудам, а более темные или "холодные" (синий, черный) — низким.

При анализе звука, например человеческой речи, спектрограмма очень информативна. Гласные звуки на ней имеют четкую структуру из нескольких горизонтальных полос, называемых формантами, которые определяют тембр голоса. Шипящие и свистящие согласные, такие как 'с' или 'ш', выглядят как широкие шумовые полосы в высокочастотной области. Взрывные согласные, например 'п' или 'т', часто проявляются как короткий вертикальный всплеск.

Таким образом, спектрограмма позволяет "увидеть" звук и проанализировать его структуру, что невозможно сделать, просто слушая его.

Ответ: Спектрограмма — это визуальное представление зависимости спектральной плотности мощности сигнала от времени. Она показывает, какие частоты присутствуют в сигнале в каждый момент времени и какова их интенсивность, которая обычно отображается цветом или яркостью.

6. Что такое спектрограмма?

6. Что такое спектрограмма?

Спектрограмма — это визуальное представление спектра, которое регистрируется с помощью спектрографа. Она показывает зависимость интенсивности излучения от длины волны или частоты. По сути, это "снимок" или график спектра. Исторически спектрограммы получали на фотопластинках, а в современных цифровых системах это изображение или массив данных. На спектрограмме можно увидеть спектральные линии (линии поглощения или испускания), которые позволяют определить, например, химический состав, температуру и другие физические характеристики исследуемого объекта (звезды, газа и т.д.).

Ответ: Спектрограмма — это зарегистрированный на носителе (например, фотопластинке или цифровой матрице) спектр, представляющий собой распределение интенсивности излучения по длинам волн или частотам.

7. Чем спектрограф отличается от спектроскопа?

Спектрограф и спектроскоп — это оптические приборы, предназначенные для исследования спектров. Их главное отличие заключается в способе получения и представления результата. Спектроскоп (от греческих корней "спектр" и "смотрю") позволяет только визуально наблюдать спектр через окуляр. Он не создает постоянной записи, и анализ проводится непосредственно в момент наблюдения. В свою очередь, спектрограф (от "спектр" и "пишу", "рисую") предназначен для регистрации спектра. В нем вместо окуляра устанавливается светочувствительный элемент, такой как фотопластинка или цифровая матрица (ПЗС). Этот прибор создает постоянную запись спектра — спектрограмму, которую можно сохранить, обработать и детально проанализировать количественно.

Ответ: Спектроскоп предназначен для визуального наблюдения спектра, а спектрограф — для его фотографической или цифровой регистрации (записи).

Рассмотрите рисунок 176, в и объясните, почему при входе в призму $ADB$ лучи отклоняются в сторону более широкой её части (угол преломления меньше угла падения), а при входе в призму $DBE$ — в сторону более узкой её части (угол преломления больше угла падения).

Объяснение обоих явлений основано на законе преломления света (законе Снеллиуса) и на том, как соотносятся показатели преломления сред.

Призма ADB

В данном случае луч света переходит из оптически менее плотной среды (например, воздуха, $n_1$) в оптически более плотную среду (материал призмы, например, стекло, $n_2$). Это означает, что показатель преломления первой среды меньше показателя преломления второй среды: $n_1 < n_2$.

Закон преломления света описывается формулой: $n_1 \sin \alpha = n_2 \sin \beta$ где $\alpha$ — это угол падения, а $\beta$ — угол преломления.

Поскольку $n_2 > n_1$, для сохранения равенства необходимо, чтобы синус угла преломления был меньше синуса угла падения ($\sin \beta < \sin \alpha$). Для углов от 0 до 90 градусов это означает, что и сам угол преломления будет меньше угла падения: $\beta < \alpha$.

Физически это значит, что луч света, входя в призму, преломляется и прижимается ближе к нормали (перпендикуляру к поверхности в точке падения). Из-за наклонной формы грани призмы такое преломление приводит к тому, что луч отклоняется в сторону ее более толстой части, то есть к основанию призмы.

Ответ: При входе в призму ADB, сделанную из оптически более плотного материала, чем окружающая среда, свет переходит в среду с большим показателем преломления. Согласно закону Снеллиуса, угол преломления становится меньше угла падения ($\beta < \alpha$), в результате чего луч отклоняется к нормали и, как следствие, направляется в сторону широкой части (основания) призмы.

Призма DBE

Здесь наблюдается противоположная ситуация: угол преломления $\beta$ оказывается больше угла падения $\alpha$. Исходя из закона Снеллиуса, это возможно только в одном случае: когда свет переходит из оптически более плотной среды ($n_1$) в оптически менее плотную ($n_2$). То есть, $n_1 > n_2$.

Это означает, что призма DBE сама по себе является областью с меньшим показателем преломления, чем окружающая ее среда. Например, это может быть воздушная призма внутри блока стекла или воды.

Из закона преломления $n_1 \sin \alpha = n_2 \sin \beta$ при условии $n_1 > n_2$ следует, что $\sin \beta > \sin \alpha$, и, соответственно, угол преломления больше угла падения: $\beta > \alpha$.

Физически это означает, что луч света, попадая в такую "призму", преломляется и отклоняется от нормали. Геометрия такой "воздушной" призмы такова, что ее широкая часть (основание) находится сверху, а узкая — снизу. Отклонение луча от нормали при входе в эту область направляет его вверх, то есть в сторону более узкой части призмы DBE, как она описана в задаче.

Ответ: Призма DBE представляет собой среду, оптически менее плотную, чем ее окружение. При переходе из более плотной среды в менее плотную свет, согласно закону Снеллиуса, преломляется так, что угол преломления становится больше угла падения ($\beta > \alpha$). Луч отклоняется от нормали, что в геометрии такой призмы приводит к его отклонению в сторону ее узкой части.

1. На столе в тёмной комнате лежат два листа бумаги — белый и чёрный. В центре каждого листа наклеен оранжевый круг. Что вы увидите, осветив эти листы белым светом; оранжевым светом такого же оттенка, как и круг?

Цвет непрозрачного объекта определяется тем, какие лучи света из падающего на него светового потока он отражает, а какие поглощает. Белая поверхность отражает свет всех цветов. Черная поверхность поглощает свет всех цветов. Цветная поверхность (в данном случае оранжевая) отражает свет своего цвета и поглощает остальные.

...осветив эти листы белым светом

Белый свет содержит в себе все цвета видимого спектра.

• Белый лист с оранжевым кругом: Белая бумага отразит все падающие на нее лучи, поэтому будет выглядеть белой. Оранжевый круг отразит из всего спектра только оранжевый свет, а остальные поглотит, поэтому будет выглядеть оранжевым.
• Черный лист с оранжевым кругом: Черная бумага поглотит все падающие на нее лучи, поэтому будет выглядеть черной. Оранжевый круг, как и на белом листе, отразит оранжевый свет и будет выглядеть оранжевым.

Ответ: Мы увидим белый лист с оранжевым кругом и черный лист с оранжевым кругом.

...оранжевым светом такого же оттенка, как и круг

В этом случае на листы падает только оранжевый свет.

• Белый лист с оранжевым кругом: Белая бумага отражает свет любого цвета. Падающий оранжевый свет будет отражен, и лист будет выглядеть оранжевым. Оранжевый круг также отразит оранжевый свет и будет выглядеть оранжевым. Так как и лист, и круг станут одного и того же оранжевого цвета, круг сольется с фоном и станет неразличим.
• Черный лист с оранжевым кругом: Черная бумага поглотит падающий на нее оранжевый свет и будет выглядеть черной. Оранжевый круг отразит оранжевый свет и будет выглядеть оранжевым.

Ответ: Мы увидим сплошной оранжевый лист и черный лист с оранжевым кругом.

2. На белом фоне написан текст синими буквами. Через стекло какого цвета нельзя увидеть надпись?

Решение

Чтобы надпись стала невидимой, необходимо, чтобы при взгляде через цветное стекло и буквы, и фон выглядели одинаково. Это возможно, если использовать стекло того же цвета, что и буквы.

С точки зрения физики это объясняется следующим образом:

1. Белый фон отражает все цвета видимого спектра (красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый). Когда свет от фона проходит через синее стекло (которое является светофильтром), оно пропускает только синюю часть спектра, поглощая все остальные. Таким образом, белый фон будет выглядеть синим.

2. Синие буквы поглощают все цвета, кроме синего, который они отражают. Этот отраженный синий свет беспрепятственно проходит через синее стекло. Поэтому синие буквы будут по-прежнему выглядеть синими.

В результате и фон, и буквы будут казаться синими. Поскольку цветовой контраст между ними исчезнет, надпись сольется с фоном и станет невидимой. Если использовать стекло любого другого цвета (например, красного или зеленого), то фон примет цвет стекла, а синие буквы будут выглядеть темными или черными, так как синий свет, который они отражают, будет поглощен этим стеклом. В таком случае надпись останется видимой.

Ответ: надпись нельзя увидеть через стекло синего цвета.

Напишите на белом листе бумаги первые буквы названий всех цветов спектра фломастерами соответствующих цветов: К — красным, О — оранжевым, Ж — жёлтым и т. д. Рассмотрите буквы через трёхсантиметровый слой ярко окрашенной прозрачной жидкости, налитой в тонкостенный стакан. Запишите результаты наблюдений и объясните их.

Указание: в качестве указанной жидкости можно использовать, например, малиновый или лимонный сироп, различные соки и т. п.

Для выполнения этого задания необходимо провести следующий эксперимент. На белом листе бумаги фломастерами рисуются первые буквы названий цветов радужного спектра, каждая своим цветом: К — красным, О — оранжевым, Ж — жёлтым, З — зелёным, Г — голубым, С — синим, Ф — фиолетовым. Затем эти буквы рассматриваются через слой ярко окрашенной прозрачной жидкости (например, малинового или вишнёвого сока красного цвета), налитой в стакан.

Результаты наблюдений

При наблюдении букв через слой жидкости красного цвета (например, малинового сиропа) можно заметить следующее:

• Буквы К (красная) и О (оранжевая) остаются хорошо видимыми. Цвет красной буквы не изменится, а оранжевая может выглядеть более насыщенно-красной.
• Буквы Ж (жёлтая) и Ф (фиолетовая) будут видны очень плохо, они покажутся тёмно-красными или практически чёрными.
• Буквы З (зелёная), Г (голубая) и С (синяя) станут почти невидимыми, сливаясь с тёмным фоном, и будут выглядеть чёрными.

Если использовать жидкость другого цвета, например жёлтого (лимонный сок), то видимыми останутся жёлтая, оранжевая, красная и, возможно, зелёная буквы, в то время как синяя, голубая и фиолетовая станут неразличимы.

Объяснение

Наблюдаемый эффект основан на физических явлениях отражения, поглощения и пропускания света.

1. Цвет непрозрачных объектов (букв). Мы видим цвет предмета благодаря свету, который он отражает. Белый дневной свет содержит все цвета спектра. Когда этот свет падает на цветную букву, она поглощает большинство цветов и отражает только свет, соответствующий её собственному цвету. Например, красная буква «К» отражает преимущественно лучи красного цвета, а остальные поглощает. Зелёная буква «З» отражает зелёные лучи.
2. Цвет прозрачных объектов (жидкости). Цвет прозрачной жидкости определяется тем, какие лучи света она пропускает. Жидкость действует как светофильтр. Красный сироп пропускает свет в красной части спектра, но поглощает свет других цветов, особенно своих дополнительных — зелёного и синего.
3. Совместное действие. Чтобы мы увидели букву через жидкость, свет, отражённый от этой буквы, должен пройти через слой жидкости и попасть в наши глаза.

Проанализируем ситуацию с красным сиропом:

• Красная буква «К»: Отражает красный свет. Красный сироп пропускает красный свет. Поэтому свет от буквы достигает наблюдателя, и буква хорошо видна.
• Зелёная буква «З»: Отражает зелёный свет. Красный сироп почти полностью поглощает зелёный свет. В результате от буквы к нашим глазам свет не доходит, и она кажется чёрной.
• Оранжевая буква «О»: Отражает оранжевый свет (который является смесью красного и жёлтого). Красный сироп пропустит красную составляющую этого света, поэтому буква останется видимой, но её оттенок сместится в сторону красного.
• Синяя, голубая, фиолетовая буквы: Отражают свет в сине-фиолетовой части спектра. Этот свет также сильно поглощается красной жидкостью, поэтому данные буквы будут невидимы.

Таким образом, видимость буквы определяется тем, способен ли свет, который она отражает, пройти через светофильтр-жидкость.

Ответ: При наблюдении букв разных цветов через окрашенную жидкость, видимыми остаются те буквы, цвет которых совпадает с цветом жидкости или содержит его в качестве компонента. Буквы, цвет которых является дополнительным к цвету жидкости, становятся невидимыми (чёрными), так как отражаемый ими свет полностью поглощается жидкостью. Это происходит потому, что мы видим только тот свет, который был сначала отражён буквой, а затем пропущен жидкостью-светофильтром.