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.