Видимое излучение - свойства. Исследование оптического диапазона человека и животных

Видимое излучение - уникальная часть электромагнитного спектра, определяющая наше зрительное восприятие окружающего мира. Изучение его свойств крайне важно как для фундаментальной науки, так и для прикладных областей вроде медицины, сельского хозяйства и техники.

История открытия видимого излучения

Первые научные исследования видимого света принадлежат Исааку Ньютону и Иоганну Вольфгангу Гете. В своей книге «Оптика» Ньютон описал явление дисперсии - разложения белого света в спектр при прохождении через призму. Он выделил 7 цветов радуги: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый.

Гете же считал, что спектр образуется при наложении световых пучков. Его заслугой является обнаружение явления интерференции света и объяснение механизма возникновения цветов.

Спектр видимого излучения

Спектр видимого излучения охватывает диапазон длин волн примерно от 380 до 780 нанометров. В нем можно выделить следующие основные цвета:

• Фиолетовый - 380-450 нм
• Синий - 450-495 нм
• Зеленый - 495-570 нм
• Желтый - 570-590 нм
• Оранжевый - 590-620 нм
• Красный - 620-780 нм

При смешивании света определенных частот в равных пропорциях можно получить любой цвет. К примеру, наложение красного, зеленого и синего цветов дает белый свет. Этот принцип используется в современных цветных дисплеях.

Свойства видимого излучения

К основным свойствам видимого излучения относятся:

• Скорость распространения в вакууме составляет 300 000 км/с;
• Способность преломляться и отражаться от различных поверхностей;
• Дифракция - отклонение от прямолинейного распространения;
• Интерференция - наложение и усиление/ослабление волн;
• Дисперсия - зависимость скорости распространения от длины волны.

Благодаря перечисленным эффектам возможны такие оптические явления, как радуга, миражи, гало и т.д. Кроме того, видимый свет взаимодействует с веществами, что проявляется в поглощении, люминесценции, флуоресценции.

Значение видимого излучения

Видимый свет имеет огромное значение в природе и технике. Прежде всего, он необходим для зрительного восприятия человека и животных. Кроме того, видимое излучение запускает процесс фотосинтеза, обеспечивающий питанием большинство живых организмов.

Что касается технических применений, то свет широко используется для освещения, передачи информации, в лазерах, оптоволокне и других устройствах.

Таким образом, без этого уникального диапазона электромагнитных волн наш мир был бы совершенно иным!

Восприятие видимого излучения

Способность видеть окружающий мир в цвете обеспечивается наличием в сетчатке глаза трех типов колбочек - фоторецепторных клеток. Они содержат пигменты, чувствительные к красному, зеленому и синему свету.

В зависимости от соотношения сигналов от разных колбочек мозг человека интерпретирует их как тот или иной цвет. Например, преобладание красного и некоторое количество зеленого дает впечатление желтого или оранжевого.

Цветовое зрение животных

Многие животные, в отличие от человека, способны видеть ультрафиолетовую область спектра (300-400 нм). Это позволяет им лучше ориентироваться по солнцу, а также находить пищу и половых партнеров.

Видимое излучение играет в природе огромную роль, поскольку является источником энергии для фотосинтеза и зрительного восприятия.

Физические свойства видимого излучения

К физическим свойствам видимого света относят дифракцию, интерференцию, дисперсию, поляризацию и другие эффекты, характерные для электромагнитных волн.

Их изучение позволяет глубже понять природу света и разрабатывать оптические устройства - линзы, призмы, интерферометры и т.д.

Свойства видимого излучения и химические реакции

Помимо физических свойств, видимый свет проявляет и химическую активность при взаимодействии с различными веществами.

В частности, под действием света могут инициироваться или ускоряться реакции фотосинтеза, полимеризации, разложения озона и другие. Это так называемые фотохимические реакции.

Измерение параметров света

Для исследования видимого излучения применяются различные методы и приборы - спектроскопы, спектрофотометры, монохроматоры и др.

Они позволяют измерить длину волны, интенсивность, поляризацию света и другие его характеристики с высокой точностью.

Применение видимого излучения в медицине

Видимый свет активно используется в медицинских целях для диагностики и лечения различных заболеваний.

В частности, на его основе работают такие методы, как эндоскопия, офтальмоскопия, пульсоксиметрия и другие. Они позволяют заглянуть внутрь органов и тканей, не прибегая к хирургическому вмешательству.

Лазеры и их использование

Одним из важнейших технических применений видимого излучения являются лазеры. В них происходит вынужденное усиление и когерентное излучение света определенной длины волны.

Лазерное излучение применяют для резки, сварки, маркировки материалов, а также в научных исследованиях, телекоммуникациях, медицине, голографии и других областях.

Видимый свет и фотосинтез

Без видимого излучения было бы невозможно существование большинства живых организмов на Земле. Именно благодаря ему в растениях и водорослях происходит процесс фотосинтеза с образованием органических веществ из неорганических.

Углеводы, производимые в ходе фотосинтеза, используют для питания как сами растения, так и животные и грибы, потребляющие растительную пищу.

Поглощение и отражение света

При взаимодействии со светом вещества могут его поглощать, отражать или пропускать. Это зависит от их химического строения и длины волны падающего излучения.

Благодаря таким эффектам мы видим окружающие предметы окрашенными в те или иные цвета. К примеру, листья растений кажутся зелеными, поскольку поглощают преимущественно красный и синий свет.