Fizika svetlobnih pojavov. Ponovitev teme "svetlobni pojavi". Ledeni kristali v oblakih

Atmosferski optični pojavi osupnejo domišljijo z lepoto in raznolikostjo ustvarjenih iluzij. Najbolj spektakularni so svetlobni stebri, lažna sonca, ognjeni križi, slave in Brocken duh, ki jih nevedni ljudje pogosto zamenjujejo za čudež ali Bogojavljenje.

Skoraj vodoravni lok ali "ognjena mavrica". Svetloba prehaja skozi ledene kristale v cirusih. To je zelo redek pojav, saj morajo biti tako ledeni kristali kot sončna svetloba drug proti drugemu pod določenim kotom, da ustvarijo učinek "ognjene mavrice".

"Ghost of the Brocken" Pojav je dobil ime po vrhu Brocken v Nemčiji, kjer je ta učinek mogoče redno opazovati: oseba, ki stoji na hribu ali gori, za katero sonce vzhaja ali zahaja, odkrije, da njegova senca, ki pada na oblake, postane neverjetno velika. To se zgodi zato, ker drobne kapljice megle na poseben način lomijo in odbijajo sončno svetlobo.

Skoraj zenitni lok. Lok s središčem v zenitu, ki se nahaja približno 46° nad Soncem. Viden je redko in le nekaj minut, ima svetle barve, jasne obrise in je vedno vzporeden z obzorjem. Za zunanjega opazovalca bo podoben nasmehu Cheshire Cat ali obrnjeni mavrici.

"Meglena" mavrica. Megleni halo je videti kot brezbarvna mavrica. Megla, ki ustvarja ta halo, je sestavljena iz manjših delcev vode, svetloba, ki se lomi v drobnih kapljicah, pa je ne obarva.

Gloria. Ta učinek lahko opazimo samo na oblakih, ki so neposredno pred gledalcem ali pod njim, na točki, ki je na nasprotni strani od vira svetlobe. Tako je Glorio mogoče videti samo z gore ali iz letala, viri svetlobe (Sonce ali Luna) pa morajo biti neposredno za opazovalcem.

Halo pri 22º. Beli svetlobni krogi okoli Sonca ali Lune, ki nastanejo zaradi loma ali odboja svetlobe od ledenih ali snežnih kristalov v ozračju, se imenujejo halosi. V hladni sezoni haloji, ki jih tvorijo ledeni in snežni kristali na površini zemlje, odbijajo sončno svetlobo in jo razpršijo v različnih smereh, kar ustvarja učinek, imenovan "diamantni prah".

Mavrični oblaki. Ko je Sonce postavljeno pod določenim kotom glede na vodne kapljice, ki sestavljajo oblak, te kapljice lomijo sončno svetlobo in ustvarjajo nenavaden učinek»mavrični oblak«, ki ga pobarva v vse barve mavrice.

Lunarna mavrica (nočna mavrica)- mavrica, ki jo ustvarja luna v večji meri kot sonce. Lunarna mavrica je razmeroma bolj bleda od običajne mavrice. To je zato, ker luna proizvaja manj svetlobe kot sonce. Lunarna mavrica je vedno na nasprotni strani neba od lune.

Parhelion- ena od oblik haloja, v kateri je na nebu opazovana ena ali več dodatnih slik Sonca.
V »Zgodbi o Igorjevem pohodu« je omenjeno, da so pred napredovanjem Polovcev in ujetjem Igorja »štiri sonca sijala nad rusko zemljo«. Bojevniki so to vzeli kot znak bližajočih se velikih težav.

Aurora borealis- sijaj zgornjih plasti atmosfere planetov z magnetosfero zaradi njihove interakcije z nabitimi delci sončnega vetra.

Ogenj svetega Elma- razelektritev v obliki svetlečih žarkov ali ščetk, ki se pojavijo na ostrih koncih visokih predmetov (stolpi, jambori, osamljena drevesa, ostri vrhovi skal itd.) pod visoko napetostjo električno polje v atmosferi.

Zodiakalna svetloba. Razpršeni sij nočnega neba, ki ga ustvarja sončna svetloba ki se odbija od medplanetarnih prašnih delcev, imenujemo tudi zodiakalna svetloba. Zodiakalno svetlobo lahko opazujemo zvečer na zahodu ali zjutraj na vzhodu.

Stebri svetlobe. Ploščati ledeni kristali odbijajo svetlobo v zgornji atmosferi in tvorijo navpične stebre svetlobe, kot bi izhajali iz zemeljske površine. Viri svetlobe so lahko Luna, Sonce ali umetne luči.

Zvezdna sled. Neviden s prostim očesom, ga je mogoče ujeti s kamero.

Bela mavrica. Fotografija posneta na mostu Golden Gate v San Franciscu

Budova luč. Pojav je podoben Brocken Ghostu. Sončni žarki se odbijajo od atmosferskih kapljic vode nad morjem in sence letala sredi mavričnega kroga...

Zeleni žarek."Ko je zahajajoče Sonce popolnoma izginilo iz vidnega polja, je zadnji utrinek osupljivo zelen. Učinek je mogoče videti samo z mest, kjer je obzorje nizko in oddaljeno. Traja le nekaj sekund."

Mirage,že dolgo znan naravni pojav...

Lunarna mavrica- To je precej redek pojav v Zemljini atmosferi in se pojavi le, ko je polna Luna. Za nastanek lunarne mavrice je potrebna: polna luna, ki je ne zakrivajo oblaki, in močan dež. Prava lunarna mavrica je za polovico manjša od neba.

Senca gore opazovano v ozadju večernih oblakov:

Pozor! Uprava spletnega mesta ne odgovarja za vsebino metodološki razvoj, kot tudi za skladnost z razvojem zveznega državnega izobraževalnega standarda.

• Udeleženec: Maksimova Anna Alekseevna
• Vodja: Gusarova Irina Viktorovna

Namen dela je s poskusi proučujejo svetlobne pojave in lastnosti svetlobe, upoštevajo tri glavne lastnosti svetlobe: naravnost širjenja, odboj in lom svetlobe v medijih različnih gostot.

Naloge:

1. Pripravite opremo.
2. Izvedite potrebne poskuse.
3. Analizirajte in dokumentirajte rezultate.
4. Potegnite zaključek.

Ustreznost

IN vsakdanjem življenju S svetlobnimi pojavi in ​​njihovimi različnimi lastnostmi se srečujemo nenehno, z lastnostmi svetlobe je povezano tudi delovanje številnih sodobnih mehanizmov in naprav. Svetlobni pojavi so postali sestavni del življenja ljudi, zato je njihovo preučevanje relevantno.

Spodnji poskusi pojasnjujejo lastnosti svetlobe, kot so naravnost širjenja, odboj in lom svetlobe.

Za zagotovitev in opis poskusov je bila uporabljena 13. stereotipna izdaja učbenika A. V. Peryshkina »Fizika. 8. razred." (Bustard, 2010)

Varnostni ukrepi

Električne naprave, vključene v poskus, so popolnoma delujoče, napetost na njih ne presega 1,5 V.

Oprema je stabilno nameščena na mizi, vzdržuje se delovni red.

Po koncu poskusov so električne naprave izklopili in opremo odstranili.

Poskus 1. Premočrtno širjenje svetlobe. (str. 149, sl. 120), (str. 149, sl. 121)

Namen izkušnje– na nazornem primeru dokazujejo naravnost širjenja svetlobnih žarkov v prostoru.

Premočrtno širjenje svetlobe je njena lastnost, s katero se najpogosteje srečujemo. Pri premočrtnem širjenju je energija iz svetlobnega vira usmerjena na kateri koli predmet vzdolž ravnih črt (svetlobnih žarkov), ne da bi se upogibala okoli njega. Ta pojav lahko razloži obstoj senc. Toda poleg senc obstajajo tudi penumbra, delno osvetljena območja. Da bi videli, pod kakšnimi pogoji nastanejo sence in polsenca in kako se svetloba širi, izvedimo poskus.

Oprema: neprozorna krogla (na nitki), list papirja, točkasti vir svetlobe (žepna svetilka), neprozorna krogla (na nitki) manjše velikosti, za katero vir svetlobe ne bo točka, list papirja , stojalo za pritrditev krogel.

Potek poskusa

Oblikovanje sence

1. Razporedimo predmete po vrstnem redu: svetilka - prva krogla (pritrjena na stojalo) - list.
2. Na listu dobimo prikazano senco.

Vidimo, da je bil rezultat poskusa enotna senca. Predpostavimo, da se svetloba širi v ravni črti, potem lahko nastanek sence enostavno razložimo: svetloba prihaja iz točkovnega vira vzdolž svetlobnega žarka, ki se dotika skrajne točke Krogla je nadaljevala premo in za kroglo, zato na listu prostor za kroglo ni osvetljen.

Predpostavimo, da je svetloba potovala po ukrivljenih črtah. V tem primeru bi svetlobni žarki, ki se upogibajo, padli čez kroglo. Ne bi videli sence, vendar se je kot rezultat poskusa pojavila senca.

Zdaj razmislite o primeru, v katerem nastane penumbra.

Oblikovanje sence in penumbre

1. Razporedimo predmete po vrstnem redu: svetilka - druga krogla (pritrjena na stojalo) - list.
2. Osvetlimo kroglo s svetilko.
3. Dobimo senco in polsenco, prikazano na listu.

Tokratni rezultat poskusa sta senca in polsenca. Kako je nastala senca, je znano že iz zgornjega primera. Zdaj, da bi pokazali, da nastanek penumbre ni v nasprotju s hipotezo o premočrtnem širjenju svetlobe, je treba pojasniti ta pojav.
V tem poskusu smo vzeli vir svetlobe, ki ni točka, to je sestavljen iz številnih točk glede na kroglo, od katerih vsaka oddaja svetlobo v vse smeri. Upoštevajte najvišjo točko svetlobnega vira in svetlobni žarek, ki izhaja iz nje do najnižje točke krogle. Če opazujemo gibanje žarka za kroglo na list, opazimo, da pade na mejo svetlobe in polsence. Žarki iz podobnih točk, ki gredo v tej smeri (od točke vira svetlobe do nasprotne točke osvetljenega predmeta), ustvarjajo polsenco. Če pa upoštevamo smer svetlobnega žarka od zgoraj navedene točke do zgornje točke krogle, potem bo jasno vidno, kako žarek pade v območje penumbra.

Iz tega poskusa vidimo, da nastanek penumbre ni v nasprotju s premočrtnim širjenjem svetlobe.

Zaključek

S pomočjo tega poskusa sem dokazal, da se svetloba širi premočrtno, nastanek sence in polsence dokazuje pravočrtnost njenega širjenja.

Fenomen v življenju

Naravnost širjenja svetlobe se v praksi pogosto uporablja. Najbolj preprost primer je navadna svetilka. Ta lastnost svetlobe se uporablja tudi v vseh napravah, ki vsebujejo laserje: laserski daljinomeri, naprave za rezanje kovin, laserski kazalci.

V naravi lastnost najdemo povsod. Na primer, svetloba, ki prodira skozi vrzeli v krošnji drevesa, tvori jasno vidno ravno črto, ki poteka skozi senco. Seveda pa v širšem obsegu velja omeniti sončni mrk, ko luna vrže senco na zemljo, zaradi česar se sonce umakne z zemlje (seveda oz. govorimo o o njegovem zasenčenem območju) ni viden. Če svetloba ne bi potovala premočrtno, tega nenavadnega pojava ne bi bilo.

Poskus 2. Zakon odboja svetlobe. (str. 154, slika 129)

Namen izkušnje– dokaži, da je vpadni kot žarka enak njegovemu odbojnemu kotu.

Njena najpomembnejša lastnost je tudi odboj svetlobe. Hvala za odbita svetloba, ki ga ujame človeško oko, lahko vidimo poljubne predmete.

Po zakonu o odboju svetlobe ležita vpadni in odbiti žarek v isti ravnini z navpičnico, ki je narisana na ploskev med medijema v točki vpadanja žarka; Vpadni kot je enak odbojnemu kotu. Ali sta ta kota enaka, preverimo s poskusom, kjer za odbojno površino vzamemo ravno ogledalo.

Oprema: posebna naprava, ki je disk z natisnjeno krožno lestvico, nameščen na stojalu, je na sredini diska nameščeno majhno ravno ogledalo (tako napravo lahko naredite doma z uporabo kotomera namesto diska); s krožno lestvico), vir svetlobe je osvetljevalec, pritrjen na rob diska ali laserski kazalec, list za meritve.

Potek poskusa

1. Položite list za napravo.
2. Prižgimo luč in jo usmerimo v sredino ogledala.
3. Narišimo pravokotno na zrcalo na točki vpadanja žarka na list.
4. Izmerimo vpadni kot (ﮮα).
5. Izmerimo nastali odbojni kot (ﮮβ).
6. Zapišimo rezultate.
7. S premikanjem osvetljevalca spremenimo vpadni kot, ponovimo korake 4, 5 in 6.
8. Primerjajmo rezultate (v vsakem primeru velikost vpadnega kota z velikostjo odbojnega kota).

Rezultati poskusa v prvem primeru:

∠α = 50°

∠β = 50°

∠α = ∠β

V drugem primeru:

∠α = 25°

∠β = 25°

∠α = ∠β

Iz izkušenj je razvidno, da je vpadni kot svetlobnega žarka enak njegovemu odbojnemu kotu. Svetloba, ki zadene zrcalno površino, se od nje odbija pod enakim kotom.

Zaključek

S pomočjo izkušenj in meritev sem dokazal, da je pri odboju svetlobe njen vpadni kot enak odbojnemu kotu.

Fenomen v življenju

S tem pojavom se srečujemo povsod, saj z očmi zaznavamo svetlobo, ki se odbija od predmetov. Osupljiv viden primer v naravi je bleščanje svetle odbite svetlobe na vodnih in drugih površinah z dobro odbojnostjo (površina absorbira manj svetlobe, kot jo odbija). Ne pozabite tudi na sončne žarke, ki jih lahko vsak otrok naredi s pomočjo ogledala. Niso nič drugega kot žarek svetlobe, ki se odbije od ogledala.

Oseba uporablja zakon odboja svetlobe v napravah, kot so periskop, zrcalni reflektor svetlobe (na primer reflektor na kolesih).

Mimogrede, z odbojem svetlobe od ogledala so čarovniki ustvarili številne iluzije, na primer iluzijo "Leteča glava". Moški je bil postavljen v škatlo med okraske tako, da je bila iz škatle vidna le njegova glava. Stene škatle so bile prekrite z ogledali, nagnjenimi proti pokrajini, odsev iz katerih ni mogel videti škatle in zdelo se je, kot da pod glavo ni ničesar in da visi v zraku. Prizor je nenavaden in strašljiv. Triki z refleksijo so se dogajali tudi v gledališčih, ko je bilo treba na odru prikazati duha. Ogledala so bila »zarošena« in nagnjena tako, da je bila odbita svetloba iz niše za odrom vidna v avditoriju. V niši se je že pojavil igralec, ki igra duha.

Poskus 3. Lom svetlobe.(str. 159, slika 139)

Namen izkušnje- dokazati, da je razmerje med sinusom vpadnega kota in sinusom lomnega kota stalna vrednost za dva medija; dokažite, da je vpadni kot svetlobnega žarka (≠ 0°), ki prihaja iz manj gostega medija v gostejšega, večji od njegovega lomnega kota.

V življenju se pogosto srečujemo z lomom svetlobe. Če na primer popolnoma ravno žlico postavimo v prozoren kozarec z vodo, vidimo, da se njena slika upogne na meji dveh medijev (zraka in vode), čeprav v resnici žlica ostane ravna.

Da bi bolje preučili ta pojav, razumeli, zakaj do njega pride, in dokažite zakon o lomu svetlobe (žarki, vpadni in lomljeni, ležijo v isti ravnini s pravokotno narisano na mejo med dvema medijema na točki vpadanja žarka; razmerje med sinusom vpadnega kota in sinusom lomnega kota je konstantna vrednost za dve okolji) na primeru izvedimo poskus.

Oprema: dva medija različnih gostot (zrak, voda), prozorna posoda za vodo, vir svetlobe (laserski kazalec), list papirja.

Potek poskusa

1. V posodo nalijte vodo in za njo na določeni razdalji postavite list.
2. Usmerimo žarek svetlobe v vodo pod kotom ≠ 0°, saj pri 0° ne pride do loma in žarek preide v drugo sredstvo brez sprememb.
3. Narišimo pravokotno mejo med medijema na vpadni točki žarka.
4. Izmerimo vpadni kot svetlobnega žarka (∠α).
5. Izmerimo lomni kot svetlobnega žarka (∠β).
6. Primerjajmo kote in ustvarimo razmerje njihovih sinusov (za iskanje sinusov lahko uporabite Bradisovo tabelo).
7. Zapišimo rezultate.
8. Spremenimo vpadni kot s premikanjem vira svetlobe, ponovimo korake 4-7.
9. Primerjajmo vrednosti sinusnih razmerij v obeh primerih.

Predpostavimo, da so svetlobni žarki pri prehodu skozi medije različnih gostot doživeli lom. V tem primeru vpadni in lomni koti ne morejo biti enaki, razmerja sinusov teh kotov pa niso enaka. Če do loma ni prišlo, to je, da je svetloba prešla iz enega medija v drugega, ne da bi spremenila svojo smer, bodo ti koti enaki (razmerje sinusov enakih kotov je enako ena). Za potrditev ali ovržbo predpostavke upoštevajte rezultate poskusa.

Rezultati poskusa v prvem primeru:

∠α = 20

∠β = 15

∠α >∠β

sin∠α = 0,34 = 1,30

sin∠β 0,26

Rezultati poskusa v drugem primeru:

∠α ˈ= 50

∠β ˈ= 35

∠α ˈ > ∠β ˈ

sin∠α ˈ= 0,77 = 1,35

sin∠β ˈ 0,57

Primerjava sinusnih razmerij:

1,30 ~1,35 (zaradi merilnih napak)

sin∠α = sin∠α ˈ = 1,3

sin∠β sin∠β ˈ

Glede na rezultate poskusa je pri lomu svetlobe, ki prihaja iz manj gostega medija v bolj gosto, vpadni kot večji od lomnega kota. razmerja sinusov vpadnega in lomljenega kota sta enaka (vendar ne enaka ena), kar pomeni, da sta konstantna vrednost za dve dani okolji. Smer žarka ob vstopu v medij drugačne gostote se spremeni zaradi spremembe hitrosti svetlobe v mediju. V gostejšem mediju (v tem primeru voda) potuje svetloba počasneje, zato se spremeni kot, pod katerim svetloba prehaja skozi prostor.

Zaključek

S svojimi poskusi in meritvami sem dokazal, da je pri lomu svetlobe razmerje med sinusom vpadnega kota in sinusom lomnega kota konstantna vrednost za oba medija; ko svetlobni žarki prehajajo iz manj gostega medija v bolj gosta, je vpadni kot manjši od lomnega kota.

Fenomen v življenju

Tudi z lomom svetlobe lahko navedemo veliko primerov popačenja vidne slike pri prehodu skozi vodo in druge medije. večina zanimiv primer– pojav fatamorgane v puščavi. Fatamorgana nastane, ko se svetlobni žarki, ki prehajajo iz toplih (manj gostih) plasti zraka v hladne plasti, lomijo, kar lahko pogosto opazimo v puščavah.

Ljudje uporabljajo lom svetlobe v različnih napravah, ki vsebujejo leče (svetloba se lomi, ko gre skozi lečo). Na primer, v optični instrumenti kot so daljnogled, mikroskop, teleskop in kamere. Človek spremeni smer svetlobe tudi tako, da jo spusti skozi prizmo, kjer se svetloba večkrat lomi, vstopa in izstopa vanjo.

Cilji dela so doseženi.

Težko je preceniti. Od tega je odvisna vsa človeška dejavnost od začetnih obdobij do danes. Za svetlobne tokove, ki se nahajajo v nenehno gibanje Zemljina atmosfera je nekakšen optični sistem, v katerem se parametri nenehno spreminjajo.

Primeri svetlobnih pojavov v ozračju

Plasti plinske lupine našega planeta se mešajo, spreminjajo svojo gostoto, prosojnost, del svetlobe se odbija v njih, osvetljuje zemeljsko površje. V določenih primerih je pot žarkov ukrivljena, kar ustvarja najbolj neverjetne in barvite pojave v ozračju. Nekateri med njimi so zelo pogosti, drugi pa ljudem niso dobro znani.

Našim očem niso dostopni vsi fizikalni pojavi. Svetlobne vzorce zvezdne sledi je na primer mogoče zaznati samo s kamero z dolgo osvetlitvijo, ki posname, kako zvezde puščajo edinstvene sledi na nebu, ko se zemlja vrti okoli svoje osi. Zato se pogosto uporabljajo posebne optične naprave.

Naravni atmosferski pojavi, ki so interakcija igre svetlobe in plinastega ovoja našega planeta, so neverjetno lepi in dostopni opazovanju. Najpogosteje nastanejo zaradi sipanja žarkov, njihovega loma in uklona, ​​ko se upogibajo okoli meja neprozornih teles. V članku bomo obravnavali edinstvene primere svetlobnih pojavov, ki se pojavljajo v ozračju.

Mavrica

V starih časih je veljal za most, ki povezuje zemljo in nebo. Filozof Descartes je utemeljil teorijo o nastanku mavrice, ki temelji na lomu svetlobnih žarkov. Vendar niti on niti Newton, ki je dopolnil znanje, nista znala pojasniti izvora več tovrstnih pojavov, ki so jih hkrati opazili na nebu. In šele v 19. stoletju je astronom Eri lahko dal razlago za ta pojav: zaveso dežja je obravnaval kot strukturo, v kateri je prišlo do difrakcije svetlobe. Njegova teorija je aktualna še danes. Mavrico opazimo, ko sončni žarki osvetlijo dež, ki se nahaja na strani neba nasproti svetila. Pogosto se na pogled občudujočega gledalca ne pojavi ena, ampak več mavric, vendar je razporeditev barv v njih vedno enaka.

Takšne svetlobne pojave v živi naravi opazimo ne le v meglici dežja, temveč tudi na vodnih kapljicah fontan, vir svetlobe pa so luna, sonce in navaden reflektor. Zanimivo je, da so znanstveniki, ki so se lotili reprodukcije pojava v umetnih razmerah, prejeli približno devetnajst slik.

Nedvomno je vsakdo videl navadno mavrico, vendar nočna mavrica velja za redek naravni pojav. V mesečini je videti belo, a takoj ko dežne kaplje postanejo večje, se takoj obarva. Ta pojav pogosto opazimo nad padajočimi slapovi.

ognjena mavrica

Znanstveniki menijo, da je eden najredkejših. Pojavi se, ko je sonce posebej postavljeno nad obzorjem na ozadju, sestavljenem iz ledenih kristalov, katerih robovi so vzporedni s tlemi. Le v takih pogojih svetloba preide v navpično ploskev, se lomi in izstopi v vodoravno. In takrat se našim začudenim očem prikažejo oblaki, ki spominjajo na raznobarven plamen ognja, zdi se, da je nebo prekrito z mavričnim filmom.

Svetlobni drog

V starih časih so svetlobne pojave, ki jih ustvarja sonce, pogosto zamenjali za mistična znamenja. Fizika takšne stebre pojasnjuje kot igro sončne svetlobe z ledenimi kristali, ki nastanejo v zgornjem delu naravni pojav Vedno bo prisotna barva vira svetlobe, lahko je sonce, luna ali katera koli svetilka. Če pa jih tvorijo naravne svetilke, se takšni stebri izkažejo za veliko daljše.

Pojav aurore spremljajo zvočni in svetlobni pojavi, saj svetle bliske spremljajo hrup in pokanje, ki vplivajo na radijske oddajnike, zaradi česar je komunikacija prekinjena ali popolnoma ustavljena.

Za zaključek

Fizična narava svetlobnih pojavov je bila predmet človeških raziskav že od antičnih časov. Optični učinki, ki nastanejo v atmosferskih plasteh zemlje, so upoštevani in utemeljeni z znanstvena točka vizija. Primeri svetlobnih pojavov v fiziki, navedeni v pregledu, in ne le oni, so večkrat postali pravi šok za ljudi, vendar tudi najbolj zapletene in bizarne slike zdaj najdejo svojo razlago. In mnogi pojavi so se ponovili v umetnih pogojih. Igra svetlobe je že dolgo privlačila in bo še dolgo predmet občudovanja drugih generacij, ko bodo opazovali, kako sončni žarek ali mesečina daje našemu planetu edinstven videz.

Povzetek

Na temo: Svetlobni pojavi

Izpolnil: Khrapatov D. A.

Preveril:

1. Svetloba. Viri svetlobe

2. Širjenje svetlobe

3. Odboj svetlobe

4. Ravno ogledalo

5. Zrcalna in razpršena slika

6. Lom svetlobe

8. Slike, ki jih ustvari objektiv

Svetloba. Viri svetlobe

Svetloba... njen pomen v našem življenju je zelo velik. Težko si je predstavljati življenje brez svetlobe. Navsezadnje se vsa živa bitja rodijo in razvijajo pod vplivom svetlobe in toplote.

Človeška dejavnost v začetnih obdobjih svojega obstoja - pridobivanje hrane, zaščita pred sovražniki, lov - je bila odvisna od dnevne svetlobe. Potem se je človek naučil kuriti in vzdrževati ogenj, začel je osvetljevati svoj dom in loviti z baklami. Toda v vseh primerih njegove dejavnosti niso mogle nadaljevati brez osvetlitve.

Svetloba, ki so jo pošiljala nebesna telesa, je omogočala določanje položaja in gibanja Sonca, zvezd, planetov, Lune in drugih satelitov. Preučevanje svetlobnih pojavov je pomagalo ustvariti instrumente, s pomočjo katerih smo spoznali strukturo in celo sestavo nebesnih teles, ki se nahajajo na razdalji več milijard kilometrov od Zemlje. Na podlagi opazovanj s teleskopom in fotografij planetov so proučevali njihovo oblačnost, značilnosti površja in hitrosti vrtenja. Lahko rečemo, da je znanost o astronomiji nastala in se razvijala zahvaljujoč svetlobi in vidu.

Študija svetlobe je osnova za ustvarjanje umetne razsvetljave, ki je tako potrebna za človeka. Svetloba je potrebna povsod: prometna varnost je povezana z uporabo žarometov in cestne razsvetljave; V vojaška oprema uporabljajo se svetilke in reflektorji; normalna osvetlitev delovnega mesta pomaga povečati produktivnost dela; Sončna svetloba povečuje odpornost telesa na bolezni in izboljšuje človekovo razpoloženje.

Kaj je svetloba? Zakaj in kako jo dojemamo?

Veja znanosti, ki se posveča proučevanju svetlobe, se imenuje tudi optika (iz grščine optos - viden, viden).

Svetlobno (optično) sevanje ustvarjajo svetlobni viri.

Obstajajo naravni in umetni viri svetlobe. Naravni viri svetlobe so sonce, zvezde, aurora, strela; umetno - svetilke, sveče, TV in drugo.

Vidimo vir svetlobe, ker sevanje, ki ga ustvari ime, pade v naše oči. Vidimo pa tudi telesa, ki niso viri svetlobe – drevesa, hiše, stene prostorov, Luna, planeti itd. Vendar jih vidimo le, ko so osvetljeni s svetlobnimi viri. Sevanje, ki prihaja iz svetlobnih virov, pade na površino predmetov, spremeni svojo smer in vstopi v oči.

2. Širjenje svetlobe

Optika je ena najstarejših ved.

Dolgo preden so vedeli, kaj je svetloba, so nekatere njene lastnosti odkrili in uporabili v praksi.

Na podlagi opazovanj in poskusov so bili s pojmom svetlobnega žarka ugotovljeni zakonitosti širjenja svetlobe.

ŽAREK je črta, po kateri potuje svetloba.

Zakon premočrtnega širjenja svetlobe.

Svetloba v prosojnem homogenem mediju potuje v ravnih črtah.

Za ta zakon lahko upoštevamo primer - nastanek sence:

Če želimo preprečiti, da bi svetloba svetilke prišla v oči, jo lahko zamašimo z roko ali na svetilko nataknemo senčnik. Če svetloba ne bi potovala v ravnih črtah, bi se lahko upognila okoli robov ovire in nam prišla v oči. Na primer, zvoka ne morete "blokirati" z roko, to oviro bo obšel in slišali ga bomo.

Oglejmo si ta pojav eksperimentalno.

Vzamemo žarnico iz svetilke. Zaslon postavimo nekoliko oddaljeno od njega. Svetilka popolnoma osvetli zaslon. Med žarnico in zaslon postavimo neprozorno telo (na primer kovinsko kroglico). Zdaj se bo na zaslonu pojavil temen krog, saj se je za žogo oblikovala senca - prostor, v katerega svetloba iz vira ne pade.

Vendar ne vidimo vedno jasno opisane sence, ki je bila pridobljena v opisani izkušnji. Če je velikost vira svetlobe veliko večja, se okoli sence oblikuje penumbra. Če bi bilo naše oko v senci, ne bi videli vira svetlobe, iz polsence pa bi videli enega od njegovih robov. Zakon o širjenju svetlobe so stari Egipčani uporabili za namestitev stebrov, stebrov in sten v ravni liniji. Stebre so postavili tako, da vsi drugi niso bili vidni izza očesu najbližjega stebra.

3. Odboj svetlobe

Usmerimo žarek svetlobe iz svetlobnega vira na zaslon. Zaslon bo osvetljen, vendar med virom in zaslonom ne bomo videli ničesar. Če med vir in zaslon postavite kos papirja, bo viden. To se zgodi zato, ker se sevanje, ko doseže površino pločevine, odbije, spremeni smer in vstopi v naše oči. Celoten snop svetlobe postane viden, če je zrak med zaslonom in virom svetlobe zaprašen. V tem primeru prašni delci odbijajo svetlobo in jo usmerjajo v oči opazovalca.

Zakon odboja svetlobe:

Vpadni in odbiti žarek ležita v isti ravnini z navpičnico na zrcalno ploskev, postavljeno na vpadno točko žarka.

Naj bo premica MN površina zrcala, AO vpadni žarek in OB odbiti žarek, OC pravokotnica na zrcalno površino v vpadni točki žarka.

Kot, ki ga tvorita vpadni žarek AO in navpičnica OS (kot AOS), se imenuje vpadni kot. Označena je s črko α ("alfa"). Kot, ki ga tvorita odbiti žarek OB in enaka navpičnica OS (tj. kot COB), se imenuje odbojni kot, označujemo ga s črko β ("beta").

S premikanjem svetlobnega vira ob robu diska spreminjamo vpadni kot žarka. Ponovimo poskus, vendar si bomo zdaj vsakič zabeležili vpadni in pripadajoči odbojni kot.

Opazovanja in meritve kažejo, da se pri vseh vrednostih vpadnega kota ohranja enakost med njim in odbojnim kotom.

Torej, drugi zakon odboja svetlobe pravi: odbojni kot je enak vpadnemu kotu.

4. Ravno ogledalo

Zrcalo, katerega površina je ravnina, imenujemo ravno zrcalo.

Ko je predmet pred ogledalom, se zdi, da je podoben predmet za ogledalom, kar vidimo za ogledalom, imenujemo slika predmeta.

Za začetek razložimo, kako oko zazna sam predmet, na primer svečo. Od vsake rezalne točke se svetlobni žarki razhajajo v vse smeri. Nekateri od njih vstopijo v oko v divergentnem žarku. Oko vidi (zazna) točko na mestu, od koder prihajajo žarki, tj. na mestu, kjer se sekata, kjer se točka dejansko ne nahaja.

Ko se pogledamo v ogledalo, vidimo namišljeno podobo svojega obraza.

Kos ravnega stekla postavimo navpično – služil bo kot ogledalo. A ker je steklo prozorno, bomo videli tudi, kaj je za njim. Pred kozarec postavite prižgano svečo. Videli bomo njeno podobo v steklu. Na drugo stran kozarca (kjer vidimo sliko) bomo postavili enako, vendar neprižgano svečo in jo premikali, dokler se ne zdi prižgana. To bo pomenilo, da se slika prižgane sveče nahaja tam, kjer je neprižgana sveča.

Izmerimo razdaljo od sveče do kozarca in od kozarca do podobe sveče. Te razdalje bodo enake.

Izkušnje tudi kažejo, da je višina podobe sveče enaka višini same sveče, tj. dimenzije slike v ravno ogledalo enaka velikosti predmeta.

Izkušnje torej kažejo, da ima slika predmeta v ravnem zrcalu naslednje lastnosti: ta slika je navidezna, neposredna, enaka velikosti predmeta, nahaja se na enaki razdalji za zrcalom, kot je predmet pred njim. ogledala.

Slika v ravnem ogledalu ima še eno lastnost. Poglejte svojo sliko desna roka v ravnem zrcalu so prsti na sliki postavljeni, kot da bi bila leva roka.

5. Zrcalna in razpršena slika

V ravnem ogledalu vidimo podobo, ki se malo razlikuje od predmeta samega. To je zato, ker je površina ogledala ravna in gladka in ker ogledalo odbija večino svetlobe, ki pada nanj (70 do 90 %).

Zrcalna površina odbija svetlobni žarek, ki pada nanjo usmerjeno. Naj na primer pade snop vzporednih sončnih žarkov na ogledalo. Žarke odbija tudi vzporedni žarek.

Vse, kar ni zrcaljeno, tj. hrapava, negladka površina razprši svetlobo: odbije snop vzporednih žarkov, ki padajo nanjo v vseh smereh. To je razloženo z dejstvom, da je groba površina sestavljena iz veliko število zelo majhne ravne površine, naključno razporejene pod različnimi koti druga na drugo. Vsaka majhna ravna površina odbija svetlobo v določeni smeri. Toda vsi skupaj usmerjajo odbite žarke v različne smeri, tj. razpršijo svetlobo čez različne smeri.

6. Lom svetlobe

Zdi se, da je žlica ali svinčnik, spuščen v kozarec vode, zlomljen na meji med vodo in zrakom. To je mogoče pojasniti le z dejstvom, da imajo svetlobni žarki, ki prihajajo iz žlice, drugačno smer v vodi kot v zraku.

Spremembo smeri širjenja svetlobe pri prehodu skozi mejo dveh medijev imenujemo lom svetlobe.

Pri prehodu žarka iz stekla (vode) v zrak je lomni kot večji od vpadnega kota.

Sposobnost loma žarkov se med različnimi mediji razlikuje. Na primer, diamant lomi svetlobne žarke močneje kot voda ali steklo.

Če svetlobni žarek pade na površino diamanta pod kotom 60*, potem je lomni kot žarka približno 21*. Pri enakem vpadnem kotu žarka na gladino vode je lomni kot približno 30*.

Ko žarek prehaja iz enega medija v drugega, se svetloba lomi v naslednjih položajih:

1. Vpadni in lomljeni žarek ležita v isti ravnini z navpično narisano v vpadni točki žarka na ravnino ločevanja obeh medijev.

2. glede na to, v kateri medij preide žarek, je lahko lomni kot manjši ali večji od vpadnega kota.

7. Leče

Odboj in lom svetlobe se uporablja za spreminjanje smeri žarkov ali, kot pravijo, za nadzor svetlobnih žarkov. To je osnova za ustvarjanje posebnih optičnih instrumentov, kot so reflektor, povečevalno steklo, mikroskop, kamera in drugi. Glavni del večina jih je leč.

V optiki se najpogosteje uporabljajo sferične leče. Takšne leče so telesa iz optičnega ali organskega stekla, omejena z dvema sferičnima površinama.

Leče so lahko različne, omejene na eni strani s sferično ploskvijo in na drugi strani z ravno ploskvijo ali konkavno-konveksne, najpogosteje uporabljeni pa sta konveksni in konkavni.

Konveksna leča pretvori snop vzporednih žarkov v konvergentnega in ga zbere v eno točko. Zato se konveksna leča imenuje zbiralna leča.

Konkavna leča pretvori snop vzporednih žarkov v divergentnega. Zato se konkavna leča imenuje divergentna leča.

Upoštevali smo leče, ki so na obeh straneh omejene s sferičnimi ploskvami. Izdelujejo in uporabljajo pa se tudi leče, omejene na eni strani s kroglasto površino, na drugi strani pa z ravno površino, ali konkavno-konveksne leče. Kljub temu so leče konvergentne ali divergentne. če srednji delČe je leča debelejša od svojih robov, zbira žarke, če je tanjša, pa jih razprši.

8. Slike, ki jih ustvari objektiv

Z uporabo leče lahko nadzorujete svetlobne žarke. Vendar pa s pomočjo leče ne morete samo zbirati in razpršiti svetlobnih žarkov, temveč tudi dobiti različne slike predmetov. Zahvaljujoč tej sposobnosti leč se le-te pogosto uporabljajo v praksi. Torej leča v filmski kameri daje stokratno povečavo, v kameri pa leča daje tudi pomanjšano sliko fotografiranega predmeta.

1. Če se predmet nahaja med lečo in njenim goriščem, je njegova slika povečana, navidezna, neposredna in se nahaja dlje od leče kot predmet.

To sliko dobimo pri uporabi povečevalnega stekla pri sestavljanju ur, branju drobnega besedila itd.

2. Če je predmet med žariščem in dvojnim fokusom leče, ga leča poveča, obrne, prava slika; nahaja se na drugi strani leče glede na predmet, za dvojno goriščno razdaljo.

Ta slika se uporablja v projekcijski napravi, v filmski kameri.

3. Predmet je za dvojno razdaljo od leče.

V tem primeru daje leča pomanjšano, obrnjeno, resnično sliko predmeta, ki leži na drugi strani leče med svojim Foxom in dvojnim fokusom.

Ta slika se uporablja v fotografski opremi.

Leča z bolj konveksnimi površinami bolj lomi žarke kot leča z manjšo ukrivljenostjo. Zato je goriščna razdalja bolj konveksne leče manjša od manj konveksne leče. Objektiv s krajšo goriščno razdaljo povzroči večjo povečavo kot leča z daljšo goriščno razdaljo.

Povečava predmeta bo tem večja, čim bližje žarišču je predmet. Zato je z uporabo leč mogoče dobiti slike z veliko in zelo veliko povečavo. Na enak način lahko dobite slike z različnimi zmanjšanji.

Literatura

1. Svetloba. Viri svetlobe.

2. Kratkovidnost in daljnovidnost. Očala.

3. Svetloba. Uredil N.A. domovina