close

Enter

Log in using OpenID

4. Svjetlost

embedDownload
4. Svjetlost
Svi znamo da su svjetlost i toplina koju dobivamo od Sunca izvor života na
Zemlji. Isto tako, znamo da je čovjek izumio brojne izvore svjetlosti kako bi
zamijenili Sunčevu svjetlost tijekom noći ili npr. kada je oblačno. Prema tome
izvore svjetlosti dijelimo na prirodne (Sunce) i umjetne (svijeća, žarulja i sl.).
Izvore svjetlosti možemo podjeliti i na primarne i sekundarne, ovisno o
tome zrače li vlastitu svjetlost ili su obasjani svjetlošću nekog drugog izvora.
Primarni izvori svjetlosti su zvijezde u čijim se središtima odvijaju nuklearni
procesi pri kojima nastaje velika količina energije pri čemu su svjetlost i toplina
samo neki od njih. Sunce, nama najbliža zvijezda, naš je primarni izvor svjetlosti.
Ono obasjava Zemlju kao i sva ostala tijela Sunčevog sustava (druge planete,
Mjesec itd.). Dakle, Mjesec vidimo zahvaljujući Sunčevoj svjetlosti pa zato
kažemo da je Mjesec sekundarni izvor svjetlosti.
Sve što smo do sada rekli o svjetlosti dio je našeg iskustva, ali ne daje
odgovor na pitanja što je svjetlost zapravo. Sada ćemo pokušati odgovoriti i na to
pitanje pomoću do sada stečenog znanja koje ćemo nadograditi sa nekoliko novih
znanstvenih ideja i pojmova.
4.1. Svjetlost-elektromagnetski val
U ovom naslovu prepoznajemo pojmove električno i magnetsko koji su nam
poznati iz prvog poglavlja ovog priručnika kada smo govorili o nabojima, struji,
izvorima struje, te pojam vala koji smo obradili u prošlom poglavlju (Valno
gibanje). Sada ćemo vidjeti kako su se ta tri pojma našla zajedno i kakve veze
imaju sa svjetlošću.
U uvodu smo spomenuli da je svjetlost jedan oblik energije kojeg stvara
neki izvor (Sunce, žarulja i sl.). Podsjetimo se kako se energija prenosi. Energija se
može prenositi s jednog mjesta na drugo gibanjem čestica (tijela) i pomoću valnog
gibanja. Zapitajmo se sada, ako je svjetlost energija, kako se ona prenosi? Je li
svjetlost u svojoj prirodi skup čestica ili val? Iznenađenje slijedi:
Svjetlost je i valne i čestične prirode.
U ovom trenutku to je teško razumijeti i prihvatiti, no svijet oko nas pun je takvih
"iznenađenja" koja predstavljaju izazov ljudskoj znatiželji . Dualna priroda
svjetlosti, isprva samo ideja, potkrijepljena je brojnim eksperimentima, te je danas
temelj za tumačenje brojnih efekata kako u klasičnoj tako i u kvantnoj fizici. O
tome ćete učiti više u srednjoj školi.
Svjetlost se, prema čestičnom aspektu, sastoji od velikog broja malih čestica
koje nazivamo fotoni.
Promotrimo sada što znači da je svjetlost elektromagnetski val. Iz 3.
poglavlja znamo da nam je za postojanje vala potreban izvor vala koji se giba
periodički tj. titra. Sada će nam postati jasno odakle naziv elekromagnetski val.
Naime, ono što titra i omogućuje širenje elektromagnetskog vala su električno i
magnetsko polje. Shematski prikaz širenja elektromagnetskog vala prikazan je na
slici 1.
Slika 1. Shematski prikaz širenja elektromagnestkog vala
Razmislimo što znači da električno i magnetsko polje titraju? Titra njihova
vrijednost, koja je na gornjoj slici predtavljena strijelicama. Dakle, vrijednosti
električnog i magnestkog polja mijenjaju se periodično u vremenu. Na gornjoj slici
opažamo i da su smjerovi titranja električnog i magnetskog polja okomiti na smjer
širenja elektromagnetskog vala, a takve valove nazivamo
transverzalnm
valovima.
Tko želi znati više, na linku http://shariqa.com/waves%20around%20us.htm
mogu se naći zanimljive animacije širenja zvučnih, elektromagnestkih valova i
valova na vodi. Ne znam smijete li to tako staviti. Samo izbrišite ako zbog nekih
pravnih razloga to ne smije ići.
Iz 3. poglavlja također znamo da je za širenje vala potrebno sredstvo, no to
nije slučaj sa svjetlošću, odnosno elektromagnetskim valovima. Budući da
električno i magnesko polje mogu postojati i titrati u zrakopraznom prostoru
(vakuumu), njihovo je širenje moguće u vakuumu kao i u bilo kojem drugom
sredstvu. Svjetlost sa Sunca dolazi do nas iako se između Zemlje i Sunca nalazi
vakuum. Sjetimo se da zvukove eksplozija na Suncu ne čujemo upravo zbog
vakuuma tj. jer je za širenje zvučnih valova potrebno sredstvo.
4.2. Brzina svjetlosti
Brzina svjetlosti u vakuumu je najveća moguća brzina u svemiru. Ona
predstavlja jednu od temeljnih konstanti koju označavamo slovom c, a njezin je
iznos po prvi puta točno odredio danski astronom Olaf Römer 1676. godine
promatrajući pomrčinu jednog od Jupiterovih satelita.
Brzina svjetlosti u zrakopraznom prostoru iznosi približno:
c= 300 000 km/s
Točan iznos dobiven preciznijim mjerenjima je:
c=299 792 458 km/s.
Kada se svjetost širi nekim sredstvom, njezina se brzina mijenja ovisno o gustoći
sredstva. Pri tome se svjetlost brže giba kroz rjeđe, a sporije kroz gušće sredstvo.
Primjer 1.
Promotrimo Römerov eksperiment kojim je odredio brzinu svjetlosti. On je
promatrao pomrčinu jednog od Jupiterovih satelita u dva različita položaja Zemlje
u odnosu na Jupiter- kada mu je najdalje i kada mu je najbliže.
Römer je primjetio da pomrčina duže traje kada je Zemlja udaljenija od Jupitera i
da se vremena trajanja pomrčine razlikuju za oko 1000 s. To je upravo vrijeme
potrebno svjetlosti da prijeđe putr koji je jednak promjeru Zemljine putanje (s=
300 000 000 km). Sada jednostavno možemo izračunati brzinu svjetlosti koristeći
poznatu formulu iz 2. poglavlja:
s 300000000 km 
v= =
t
 1000 s 
v = 300 000 km/s.
Udaljenosti na Zemlji izražavamo u glavnom u kilometrima. Za svemirska
prostranstva to je premala jedinica. Zato se za mjerenje udaljenosti u svemiru
koristi jedinica svjetlosna godina (s. g.).
Svjetlosna godina je udaljenost koju svjetlost u vakuumu prijeđe u godinu
dana.
Primjer 2
Pretvorimo 1 svjetlosnu godinu u kilometre.
Rješenje
Pretvorimo najprije vrijeme od 1 godine u s
t=1 godina =1god ∙ 365 dana ∙ 24 h ∙ 60 min ∙ 60 s = 31 536 000 s
c= 300 000 km/s
Iz formule za brzinu izrazimo prijeđeni put:
v=
s
→ s=v⋅t
t
s=300 000 km/s ∙ 31 536 000 s
s= 9 460 800 000 000 km
Vidimo da je to zaista ogromna udaljenost.
Primjer 3
Sad kada smo naučili nešto o brzini svjetlosti, objasnimo tvrdnju da je pogled u
noćno nebo zapravo pogled u daleku prošlost.
Odgovor
Objasnimo ovu tvrdnju na primjeru predivne Andromedine galaksije1 (slika dolje)
koja je najudaljeniji nebeski objekt vidljiv prostim okom.
Od Zemlje je udaljena 2,5 milijuna s.g. Razmislimo što znači ta udaljenost? To
znači da svjetlost od Andromedine galaksije putuje do Zemlje 2,5 milijuna godina.
Prema tome svjetlost Andromedine galaksije koju danas opažamo je krenula prema
nama prije tog vremena što znači da mi zapravo gledamo Andromedinu galaksiju
prije 2,5 milijuna godina.
4.3. Spektar elektromagnetskih valova
Elektromagnestki valovi su svi valovi čije se širenje odvija titranjem
električnog i magnetskog polja. Zajednička im je brzina širenja, a to je upravo
brzina svjetlosti, a razlikuju se po valnim duljinama i frekvencijama. Raspon svih
valnih duljina, odnosno frekvencija elektromagnetskih valova nazivamo spektrom.
Svjetlost je samo mali dio spektra elektromagneskih valova. To su one valne
duljine, odnosno frekvencije na koje je naše oko osjetljivo (400 nm – 800 nm).
Spektar elektromagneskih valova ili zračenja2
sastoji se od: radiovalova,
1Ako želite pokušati sami na nebu opaziti Andromedinu galaksiju (prostim okom ona izgleda samo
kao mala zamagljena mrlja) na linku http://www.cfa.harvard.edu/afoe/And.html možete naći kartu
neba i ostale informacije o zviježđu Andromeda.
2 Kod elektromagneskih valova koristi se i izraz zračenje. Najčešće se termin zračenje tumači kao
nešto štetno i povezuje sa radioaktivnim zračenjem, no zračenjem se nazivaju svi
elektromagnetski valovi
mikrovalova, infracrvenog zračenja, svjetlosti, ultraljubičastog zračenja,
rendgenskog zračenja te gama- zračenja. Na Slici 2. možemo vidjeti spektar
elektromagneskog zračenja i koje valne duljine odnosno frekvencije odgovaraju
kojem području.
Slika 2. Spektar elektromagnetskog zračenja
Nije bitno da je slika u boji ( znam da neće biti), bitne su brojke)
U prošlom smo poglavlju naučili formulu za brzinu širenja valova:
v = λ·f,
koja vrijedi za sve valove, a ona specijalno za elektromagnetske valove koji se šire
brzinom svjetlosti c postaje:
c = λ·f.
Primjer 4
Elektromagnestki val ima valnu duljinu 50 cm. Kolika mu je frekvencija i kojem
dijelu spektra elektromagnestkog zračenja pripada.
Rješenje
λ = 50 cm = 0.5 m
c= 300 000 km/s
duljinu u metrina, onda i brzinu svjetlosti
treba pretvoriti u m/srzinu širenje
= 300 000 ·1000 m/s= 300 000 000 m/s
f=?
c = λ · f → f = c/ λ
Ako u formulu želimo uvrstiti valnu
Koristimo izraz za brzinu širenja
elektromagnetskih valova te dijeljenjem s
λ dobivamo izraz za frekvenciju
f=
 300000000 m/s 
 0. 5m 
f = 600 000 000 Hz
Ovaj val je u graničnom području
radiovalova i mikrovalova (to možemo
vidjeti na slici 2, na donjoj skali koja
prikazuje frekvencije. Da bismo znali
čitati tu skalu potrebno je znati da
potencija broja 10 označava koliko nula
taj broj ima. Naš rezultat ima 8 nula i
vidimo da se broj 10 8 nalazi na granici
između radiovalova i mikrovalova).
Primjer 5
Otvoreni radio u Splitu može se slušati na frekvenciji od 106.5 Mhz. Kolika je
valna duljina elekktromagnetskih valova koje ta postaja emitira.
Rješenje
Ako vas je na trenutak zbunilo to što mi slušamo radio na frekvenciji
elektromagnetskih valova koje su puno veće od frekvencija zvučnih valova (20 Hz –
20 000 Hz) samo se prisjetite da naši radioprijemnici imaju antene kojima
prihvaćaju elektromagnestki val na zadanoj frekvenciji te se taj signal obrađuje i
pretvara u zvuk.
f = 106.5 MHz3= 106.5 ∙106 Hz
f = 106.5 ∙ 1 000 000 Hz = 106500000Hz
c= 300 000 km/s = 300 000 ·1000 m/s
c = 300 000 000 m/s
2.
λ=
c = λ · f → λ = c/ f
 300000000m /s 
=2 . 8m
 106500000Hz 
1.
odabiremo formulu kao u
prethodnom
primjeru te
dijeljenjem s f slijedi izraz za
valnu duljinu
Uvrštavamo zadane podatke
3Mhz je jedinica puno veća od Hz i čita se megaherc. Za pretvaranje ove jedinice u
herce potrebno je znati da je 1 Mhz = 10 6 Hz = 1 000 000 Hz, kao što smo naučili u
poglavlju o mjernim jedinicama i pretvaranju.
4.4. Rasprostiranje svjetlosti
Rasprostirenje svjetlosti i različite svjetlosne pojave proučava posebna
grana fizike koja se naziva optika.
Sigurno ste opazili da postoje tvari kroz koje svjetlost prolazi tj. prozirne
tvari (voda, staklo, zrak, prozirna plastika, kristal...), ali isto tako da postoje i tvari
kroz koje svjetlost ne prolazi, odnosno neprozirne tvari (različiti metali, drvo...). U
ovom području fizike prozirne tvari, odnosno one kroz koje se svjetlost širi,
nazivamo optička sredstva. Kada smmo govorili o brzini svjetlosti, naveli smo
njezin iznos u zraku. Brzina svjetlosti, kao i zvuka, ovisi o sredstvu kojim se širi.
Svatko od nas držao je u rukama ručnu svjetiljku. Jeste li primjetili da u
mraku vidimo samo predmete u koje usmjerimo svjetiljku? Na kakav nas zaključak
to navodi? Zaključak je:
Svjetlost se širi pravocrtno, ne skreće.
Pravac širenja svjetlosti prikazujemo svjetlosnom zrakom. U praksi susrećemo
skupove svjetlosnih zraka koje nazivamo snop svjetlosti, ali za prikazivanje i
objašnjavanje svjetlosnih pojava dovoljno je koristiti jednu ili dvije svjetlosne
zrake. Pojave koje ćemo upoznati su odbijanje i lom svjetlosti, a naučit ćemo i
kako nastaje duga.
4.5. Odbijanje ili refleksija svjetlosti
Svakodnevno gledamo svoj odraz u zrcalu, opažamo odraz brodova na
mirnoj morskoj površini, ponekad pokušavamo staklenom pločicom sata ili malim
zrcalom snop sunčeve svjetlosti usmeriti u smjeru kojem mi želimo npr. nekome u
oči itd. Sve su te pojave rezultat odbijanja svjetlosti. Svjetlost se odbija od različitih
površina: ravnih, zakrivljenih, hrapavih. Za početak razmotrimo najjednostavniji
primjer odbijanja svjetlosti, a to je odbijanje od ravnog zrcala.
Odbijanje svjetlosti od ravnog zrcala
Ravnim zrcalom nazivamo svaku dobro uglačanu plohu.
Ono što smo navikli zvati zrcalom je staklo koje je s
jedne strane metalizirano.
O zakonu odbijanja govorili smo i u poglavlju o
valovima i on jednako glasi i u slučaju svjetlosti.
Svjetlost koja pada na ravno zrcalo od njega se
odbija (reflektira) pod istim kutem pod kojim je na
njega upala, kao što se vidi na slici 3 i 4..
Slika 3.Zakon
Zakon odbijanja ili refleksije formalno zapisujemo :
α=β
Važno je ponoviti i zapamtiti da se kut upada α i kut odbijanja β mjere od okomice
na mjestu
upada zrake, a ne prema horizontali. Na linku
http://www.physicsclassroom.com/mmedia/optics/lr.cfm možete vidjeti animaciju
zakona loma svjetlosti.
Primjer 6
Primjer 7
Primjer 8
Slike predmeta u ravnom zrcalu
Ravno zrcalo dio je svakog kućanstva i svi se više puta dnevno nađemo
pred njime ne razmišljajući kako nastaje naš odraz u njemu. Na slikama 4. i 5.
prikazano je nastajenje slike. Slika 4. prikazuje kako nastaje slika jedne točke.
Vidimo svjetlosne zrake kojima je obasjan predmet (to je npr. danje svjetlo koje
pojednostavljeno crtamo pomoću svjetlosnih zraka) dolaze na zrcalo i od njega se
reflektiraju prema zakonu loma. Ako reflektirane zrake unatrag produžimo, na
mjestu njihovog presijecanja formirat će se slika objekta (točke). Svaka točka npr.
našeg lica tako dobiva sliku u zrcalu, a u konačnosti mi vidimo svoj odraz, što je
pojednostavljeno prikazano na slici 5. Animaciju nastajanja slike u ravnom zrcalu
možete vidjeti na stranici
http://www.physicsclassroom.com/mmedia/optics/ifpm.cfm
Slika 4. Formiranje slike točke u ravnom zrcalu
u ravnom zrcalu
Slika 5. Formiranje slike ljudskog lica
Što možemo reći o slici predmeta u ravnom zrcalu?
1.
Slika predmeta u ravnom zrcalu je prividna ili virtualna. To znači da ju je
nomoguće dobiti na zastoru ako ga postavimo iza zrcala
2.
Veličina slike jednaka je veličini predmeta
3.
Slika je jednako udaljena iza zrcala kao predmet ispred zrcala
4.
Slici su zamijenjene lijeva i desna strana u odnosu na predmet.
Primjer 9
Superman leti 800 m iznad zamrznutog jezera. Na kojoj udaljenosti vidi svoj
odraz?
Rješenje
udaljenost Supermana od jezera označimo slovom d, a udaljenost Supermana od
svoje slike u zrcalu sa d'.
d = 800 m
d' = ?
d'= d+d = 800 m+ 800 m = 1600 m
Znamo znamo da je slika predmeta
udaljena od zrcala isto koliko i
predmet od zrcala,
Primjer 10
Gledajući se u zrcalu opazili ste da netko stoji 1 m iza vas. Ako se nalazite 0.5 m
ispred zrcala koliko daleko od vas je odraz osobe koju vidite u zrcalu?
Rješenje
d = d 1 + d 2 ' = 0.5 m + 1.5 m = 2 m
Osoba koju vidite je od vas udaljena 1 m,
a vi ste od zrcala udaljeni d 1= 0.5 m.
Dakle, osoba je od zrcala udaljena d2 =
1.5 m. Prema tome njezina je slika d 2 '=
1.5 m iza zrcala.
Primjer 11
Ravnim zrcalom se mijenja smjer svjetlosti. To se svojstvo koristi u optičkom
uređaju kojeg koriste podmornice, periskopu. Skicirajmo princip rada periskopa.
Rješenje
Periskop se sastoji od dva ravna koja su postavljena
paralelno, s reflektirajućim površinama okrenutim jedna
prema drugoj.Kroz malu cijev na prvo ravno zrcalo upada
svjetlosna zraka iz vana koju ono reflektira u dugačku cijev
perskopa. Na dnu te cijevi nalazi se drugo ravno zrcalo
koje reflektira svjetlosnu zraku u drugu malu cijev kroz
koju podmorničar gleda i dobiva informaciju iz vana.
Sferna zrcala
Sferna zrcala su dobro uglačane sferne plohe koje su dijelovi kugline plohe.
Prema tome koja strana je dobro uglačana sferna zrcala mogu biti:
1.
Udubljena ili konkavna- uglačana (refleksivna)je udubljena strana kugline
plohe
2.
Ispupčena ili konveksna-uglačana (refleksivna) je ispupčena strana kugline
plohe
Kao i ravno zrcalo, i ova zrcala reflektiraju svjetlost. Kod konkavnih se zrcala
zrake svjetlosti nakon odbijanja sakupljaju u jednoj točki koju nazivamo žarište ili
fokus i označavamo slovom F. Od konkavnog se zrcala zrake odbijaju lepezasto i
izgleda da su došle iz jedne točke iza zrcala. To je prividno žarište.
F
Polumjer sfere od koje je zrcalo napravljeno nazivamo polumjer
zakrivljenosti zrcala, i označavamo sa r. Središte iste sfere je centar ili središte
zakrivljenosti zrcala, C. Točka u središtu zrcala je tjeme, T. Zamišljeni pravac na
kojem leže tjeme, žarište i središte zakrivljenosti zrcala nazivamo optička os
zrcala. Udaljenost tjemena i žarišta sfernog zrcala je žarišna udaljenost, f.
Karakteristične točke sfernog zrcala prikazane su na slici (rukom skicitati)
Žarište se nalazi točno na polovini polumjera zakrivljenosti, pa vrijedi:
1
f= ⋅r
2
Primjer primjene sfernog zrcala, točnije konveksnog, je prometno zrcalo. Koriste se
i u lunaparkovima u dvoranama ogledala jer iskrivljuju sliku.
Slike predmeta u sfernim zrcalima
Za crtanje nastanka slike u sfernim zrcalima i lećama (o kojima ćemo
govoriti u slijedećem odjeljku) koriste se tzv. karakteristične zrake:
1.
zraka upada na zrcalo usperedno s optičkom osi
2.
zraka upada na zrcalo kroz fokus
3.
zraka upada na zrcalo kroz središte zakrivljenosti
Za crtanje natajanje slike predmeta koritimo najmanje dvije zrake, koje nam dani
primjer omogućava ovisno o položaju predmeta. Proučimo slijedeće primjere
nastajanja slika u sfernim zrcalima.
Slike predmeta u udubljenom (konkavnom zrcalu)
Primjer 12
Primjer 13
Primjer 14
Primjer 15
Primjer 16
Animaciju nastajanja slike u sfernom zrcalu za zadani položaj predmeta možete
vidjeti na http://www.physicsclassroom.com/mmedia/optics/ifcmb.cfm
U donjoj tablici navedeni su zaključci o slici u udubljenom zrcalu ovisno o
položaju predmeta.
Položaj predmeta (P)
slika
P<F
Prividna, uspravna i uvećanja
P=F
Slika nastaje u beskonačnosti
F<P<C
Realna, obrnuta, uvećana
P=C
Realna, obrnuta, iste veličine, formira se u središtu
zakrivljenosti
P > 2C
Realna, obrnuta, umanjena
Stvarne (realne) slike su one koje možemo uhvatiti na zastoru, a one koje vidimo
samo u zrcalu su prividne (virtualne).
Slike predmeta u ispupčenom zrcalu
Primjer 17
4.6. Lom ili refrakcija svjetlosti
Svjetlost se može širiti kroz različita optička sredstva, no što se događa na
granici dvaju optičkih sredstava? Pogledajmo donje slike. Kada svjetlost prelazi iz
jednog optičkog sredstva u drugo, na njihovoj granici ona mijenja smjer, odnosno
lomi se. Zbog toga nam se olovka uronjena u čašu vode čini slomljena (slika dolje)
Sa shematskog prikaza (slika dolje ) primjetimo da vrijedi slijedeće:
1.
Kada svjetlost prelazi iz zraka u vodu (dolje lijevo) kut upada veći je od
kuta loma:
α>β
2.
Kada svjetlost prelazi iz vode u zrak (dolje desno) kut upada manji je od
kuta loma:
α <β
Sa slika vidimo da se kut upada, odnosno loma mjeri od okomice na mjestu upada,
kao u slučaju kuta upada i refleksije
Napomena: na slici kod kut
upada dodati α, kod kut
loma β
Ako zraka svjetlosti na granicu sredstava upada okomito, ona prolazi bez loma.
Primjer 18.
Na skici su prikazane upadna i slomljena zraka, označite kut upada i kut loma.
Razlog loma svjetlosti je razlika u brzini širenja svjetlosti u različitim optičkim
sredstvima. Brzina svjetlosti u vodi manja je od brzine svjetlosti u zraku,
odnosno kažemo da je voda optički gušće sredstvo od zraka. Kao posljedicu toga,
sa slika opažamo da se pri prijelazu svjetlosti iz zraka u vodu (iz optički rjeđeg u
optički gušće sredstvo) ona lomi prema okomici dok se pri prijelazu iz vode u zrak
(iz optički gušćeg u optički rjeđe sredstvo) svjetlost lomi od okomice.
Primjer 19.
Za upadnu zraku svjetlosti prikazanu na skici nacrtaj slomljenu zraku
a) ako je sredstvo 1 optički gušće od sredstva 2
b) ako je sredstvo 2 optički gušće od sredtva 1.
Potpuno odbijanje (totalna refleksija) i granični kut
Promotrimo donju sliku. Gledano s desna na lijevo prva zraka (zelena)
putuje kroz staklo, dolazi na granicu stakla i zraka te se lomi pod kutem β prema
zaklonu loma za prijelaz iz optički gušće u optički rjeđe sredstvo. Druga zraka na
granicu sredstava dolazi pod većim kutem i ne prolazi dalje u optički rjeđe sredstvo
tj. zrak, nego klizi po površini optički gušćeg sredstva (kut loma je 90 °).
napomena za sliku- nazivi na
hrvatskom, kutevi neka budu
α1 i g (umjesto θ1 i C za
upadne i β za kut loma, a ne θ2.,
n-ovi sa desne strane ne
trebaju-oni ne uče pojam ineksa
loma.)
Kut upada kod kojeg dolazi do ove pojave naziva se granični kut, α g . Za sve
kuteve većeg od α g dolazi do potpunog odbijanja ili totalne refleksije. To znači
da se zraka odbila od granice dvaju sredstava odnosno da nije prešla u drugo
sredstvo.
Lom svjetlosti kroz leće
Leće su prozirna optička tijela omeđena barem s jedne strane kuglinom
plohom. Različiti oblici leća prikazani su na donjoj slici.
Napomena za slike – mogu se spojiti u
jednu kao što su gore stavljene, ali mogu i razdvojene,
kako će bolje izgledati. Na njima ne traba ništa pisati,
bitni su oblici.
Zrake svjetlosti koje dolaze na ispupčenu leću
nakon loma sakupljaju se u jednu točku (fokus, F) pa
naziva se stakva leća naziva sabirna ili konvergentna
leća. Lom svjetlosti na konvergentnoj leći prikazan je na
slici desno gore.
Nakon loma na udubljenoj leći, kao što vidimo na slici desno dolje, zrake
svjetlosti se raspršuju pa takvu leću nazivmo rastresnom ili divergentnom lećom.
Glavno obilježje leća je njihova žarišna udaljenost, f. To je udaljenost
središta leće i fokusa. Leće čije je žarišna duljina manja ječe lome svjetlost tj.
optički su jače. Jakost leće definirana je izrazom:
j=
1
f
Mjerna jedinica jakosti leća je recipročni metar odnosno 1/m. Ta je jedinica
poznatija pod nazivom dioptrija. Znamo da neki ljudi imaju pozitivnu, a neki
negativnu dioprtiju, ovisno jesu li dalekovidni ili su kratkovidni. Jakost sabirnih
leća obilježava se pozitivnim predznakom, a rastresnih negativnim.
Kao i sferna zrcala, leće su dijelovi prozirne kugle (ali sa obje strane propusne) , pa
su i njihove karakteristične točke jednake kao kod sfernih zrcala. Jedina je razlika
što smo kod sfernih zrcala imali tjeme T, a kod leća će to biti optičko središte leće,
O. Pregled karakterističnih točaka može se vidjeti na donjoj skici.
Umjesto 2F treba pisati C.
Nastajanje slike lomom svjetlosti na sabirnoj (konvergentnoj) leći
Kroz slijedećih 6 primjera objasnit ćemo pomoću karakterističnih zraka
kako se se svjetlost lomi na leći kako se formira slika. Isto tako vidjećemo kako
položaj predmeta utječe na prirodu slike, kao što smo to imali priliku vidjeti za
sferna zrcala.
Primjer 20
Primjer 21
Primjer 22
Primjer 23
Primjer 24
Primjer 25
Pregled rezultata za utjecaj položaja predmeta na prirodu slike nalazi se u donjoj
tablici.
Položaj predmeta (P)
Slika
P<F
Virtualna, uspravna, uvećana
P=F
Slika u beskonačnosti
F<P<C
Realna, obrnuta, uvećana
P=C
Realna, obrnuta, jednaka predmetu
P > 2C
Realna, obrnuta, umanjena
Predmet u beskonačnosti (jako daleko od leće)
Realna, obrnuta, umanjena
Realne (stvarne) slike su one koje možemo vidjeti na zastoru dok su virtualne
(prividne) one koje možemo opaziti samo okom jer je i ono sabirna leća.
Nastajenje slike lomom svjetlosti na rastesnoj (divergentnoj) leći
Slijedeći primjer prikazuje konstrukciju slike na rastresnoj leći.
Primjer 26
4.7.Dugine boje
Svatko tko je barem jednom vidio dugu zna da nam je za njeno stvranje
potrebna kiša i Sunce u isto vrijeme. Ako ste malo pažljivije promotrili situaciju u
kojoj je nastala duga primjetili ste da kada gledamo dugu, Sunce nam se uvijek
nalazi iza leđa. Što se zapravo događa i kako nastaje duga?
Naučimo najprije pojmove jednobojne ili monokromatske svjetlosti i
višebojne polikromatrske svjetlosti. Svjetlost koja dolazi od Sunca ili od žarulje
sastoji se od sedam svjetlosnih boja (ljubičasta, modra, plava, zelena, žuta,
narančasta i crvena) zato ju nazivamo vešebojna ili polikromatska. Svjetlost je val,
a znamo da se valovi međusobno razlikuju po valnim duljinama. Svaka boja ima
svoju valnu duljinu i takvu svjetlost nazivamo jednobojnom ili monokromatskom.
Naučili smo da se svjetlost lomi na granici dvaju sredstava. Svjetlost
različitih valnih duljina, lomi se pod različitm kutevima. To se naziva razlaganje ili
disperzija svjetlosti i uzrok je nastajanja duge. Sunčeva svjetlost lomi se na
kapljicama kiše (to je granica dvaju sredstava-zraka i vode), a kako je Sunčeva
svjetlost sačinjena od 7 boja, odnosno različitih valnih duljina, svaka će se boja,
odnosno valna duljina slomiti pod različitim kutem . Dakle doći će do disperzije
svjetlosti na kapljicama kiše. Nastanak duge skiciran je na donjim slikama.
4.8. Laserska svjetlost
(mislim da je ova tema presložena za ovaj uzrast pa sam navela samo neke opće informacije-ta
je tema navedena kao izborna i za samostalan rad. Nema zadataka koji bi mogli uključiti
lasersku svjetlost pa više informacija i ne treba)
Naziv laser dolazi od inicijala engleskog naziva Light Amplifikation by
Stimulated Emission of Radiation što znači pojačavanje svjetlosti stimuliraniom
emisijom zračenja.
Laserska je svjetlost monokromatska svjetlost vrlo visoke energije.
Stvaranje laserske svjetlosti je vrlo složeno i o tome ćete učiti u daljnjem
školovanju.
Laserska svjetlost ima vrlo široku primjenu. U medicini za operacije (npr.
Operacija uklanjanja dioptrije), zatim kao laseski čitači "bar kodova" sa proizvoda
u trovinama. CD i DVD pisači i čitači također koriste lasersku svjetlost....
4.9. Svjetlosna energija
U novije vrijeme postaje sve popularnije iskorištavanje Sunčeve energije.
Toplinska Sunčeva energija sakuplja se pomoću kolektora koji se postavljaju na
krovove kuća, a namjenjeni su grijanju vode za potrebe kućanstva.
Svjetlosna se energija može iskoristiti i za dobivanje električne energije
pomoću solarnih ćelija koje rade ne principu fotoelektričnog učinka.
Osim kao alternativni izvori energije, Sunčeva se svjetlost koristi i u
terapijske svrhe jer potiče procese regeneracije tkiva povećavajući unos kisika i
stimulirajući izmjenu tvari.
Ponovimo što smo naučili o svjetlosti
•
Svjetlost je elektromagnetski val.
•
Svjetlost je samo mali dio spektra elektromagnestkog
zračenja, koji je vidljiv našem oku, a nalazi se u rasponu valnih
duljina od 390nm do 750 nm .
•
Brzina svjetlosti (i ostalih elektromagnestkih valova) u vakuumu (i zraku)
je najveća brzina u svemiru i ona iznosi c = 300 000 km/s.
•
Valna duljina i frekvencija elektromagneskih valova (pa tako i svjetlosti)
povezane su formulom:
c= λ· f
•
Svjetlost se širi pravocrtno.
•
Zakon odbijanja ili refleksije svjetslosti: α = β
•
Brzina svjetlosi različita je za svako sredstvo, zbog čega dolazi do loma
svjetlosti na granici dvaju sredstava.
•
Optički gušće sredstvo je ono u kojem je brzina širenja svjetlosi manja.
•
Zakon loma glasi: upadna se zraka lomi prema okomici pri prijelazu iz
optički rjeđeg u optički gušće sredstvo, a od okomice u obrnutom slučaju.
•
Karakteristične točke sfernog zrcala i leća su centar zakrivljenosti C i
žarište ili fokus F te tjeme T, kod sfernih zrcala, odnosno središte S, kod leća.
•
Nastajanje slike kod sfernih zrcala ili leća prikazuje se karakterističnim
zrakama.
•
Položaj i priroda slike kod udubljenih (konkavnih) zrcala i sabirnih
(konvergentnih) leća ovisi o položaju predmeta u odnosu na karakteristične točke.
•
Položaji i priroda slike kod ispupčenih (konveksnih) zrcala i rastresnih
(divergentnih) leća neovisni su o položaju predmeta u odnosu na karakteristične
točke.
•
Sunčeva svjetlost i svjestlost žarulje su polikromatske, što znači da su
sačinjene od više boja tj. različitih valnih duljina
•
Svakoj boji odgovara jedna valna duljina. Najveću valnu duljinu ima
crvena boja, a najmanju plava
•
Svjetlost različitih valnih duljina, lome se pod različitim kutevima na
granici dvaju optičkih sredstava i to nazivamo disperzija svjetlosti;
•
Disperzija svjetlosti uzrokuje dugu, tj. razlaganje polikromatske (koju
nazivamo i bijela svjetlost) svjetlosti na dugine boje
•
laserska svjetlost je primjer monokromatske, jer se sastoji od samo jedne
valne duljine
•
Svjetlosna energija putem solarnih ćelija može se pretvoriti u električnu
ZADATAKA ZA PONAVLJANJE nema jer konstrukcije slika su takve kakve
jesu i nema mogućih dodatnih zadataka, a rasprostiranje svijetlosti i lom su
ubrađeni već kod gibanja.
Author
Document
Category
Uncategorized
Views
0
File Size
5 199 KB
Tags
1/--pages
Report inappropriate content