Razmotrimo još jednu eksperimentalnu potvrdu zakona pravolinijskog širenja svjetlosti. Uradimo neke eksperimente.
Uzmimo običnu sijalicu kao izvor svjetlosti. Desno od njega objesit ćemo lopticu na konac. Kada provodimo eksperiment u mračnoj prostoriji, lako možemo vidjeti sjenu lopte na ekranu. Osim toga, u prostoru desno od lopte postojat će određeno područje u koje svjetlosni zraci (svjetlosna energija) ne prodiru. Ovaj prostor se naziva područje sjene.
Sada upotrijebimo sijalicu sa bijelim staklenim balonom. Videćemo da je senka lopte sada okružena polusenkom. A u prostoru desno od lopte postoji i oblast senke, u koju zraci svetlosti uopšte ne prodiru, i oblast polusenke, gde prodiru samo neki zraci koje emituje lampa.
Zašto je nastala penumbra? U prvom eksperimentu izvor svjetlosti je bila spirala svjetiljke. Imao je male (kažu: zanemarljive) dimenzije u odnosu na udaljenost do lopte. Stoga spiralu možemo smatrati tačkastim izvorom svjetlosti. U drugom eksperimentu, svjetlost je emitirana iz bijele sijalice. Njegova veličina u odnosu na udaljenost do lopte više se ne može zanemariti. Stoga ćemo balon smatrati proširenim izvorom svjetlosti. Zrake izlaze iz svake od njegovih tačaka, od kojih neke padaju u područje polusenke.
Dakle oboje fizičke pojave– formiranje senke i formiranje penumbre su eksperimentalna potvrda zakona pravolinijskog širenja svetlosti.
Pomračenja Sunca i Meseca(objašnjenje i eksperimenti sa uređajem za demonstriranje pomračenja Sunca i Mjeseca ili sa globusom i loptom osvijetljenim projektorom).
„Lopta je usijana, zlatna
Poslat će ogroman snop u svemir,
I dugačak stožac tamne sjene
Još jedna lopta će biti bačena u svemir."
A. Blok
Metoda triangulacije(određivanje udaljenosti do nepristupačnih objekata).
AB - osnova, α I β se mjere.
γ = 180° - α - β.
(sinus teorema)
Određivanje udaljenosti do zvijezda (godišnja paralaksa).
IV. Zadaci:
1. Na kojoj visini je lampa iznad horizontalne površine stola ako se pokaže da je sjena od olovke visine 15 cm postavljena okomito na sto jednaka 10 cm? Udaljenost od osnove olovke do osnove okomice spuštene od sredine lampe do površine stola je 90 cm.
2. Na kojoj visini je fenjer iznad horizontalne površine ako je senka od okomito postavljenog štapa visine 0,9 m dužine 1,2 m, a kada se štap pomeri 1 m od fenjera u pravcu senke, dužina sjene postaje 1,5 m?
3. Na osnovu 1 km, učenik je dobio sljedeće vrijednosti uglova: α = 59 0, β = 63 0 . Koristeći ova mjerenja, odredite udaljenost do nepristupačnog objekta.
4. Donja ivica sunca dodirnula je površinu Zemlje. Putnici su sa brda ugledali Smaragdni grad. Visina ugaone karaule izgledala je potpuno jednaka prečniku Sunca. Kolika je visina kule ako je putokaz pored kojeg su stajali putnici rekao da je grad udaljen 5 km? Kada se posmatra sa Zemlje, ugaoni prečnik Sunca je α ≈ 0,5 o.
5. Solarna konstanta I = 1,37 kW/m2 je ukupna količina energije zračenja od Sunca koja pada za 1 s na površinu od 1 m2 koja se nalazi okomito na sunčeve zrake i udaljena je od Sunca na udaljenosti jednakoj poluprečniku zemljina orbita. Koliko se energije zračenja emituje u svemir sa 1 m 2 površine Sunca za 1 s? Kada se posmatra sa Zemlje, ugaoni prečnik Sunca je α ≈ 0,5 o.
6. Iznad središta kvadratnog područja sa stranom A na visini jednakoj a/2, postoji izvor zračenja sa snagom R. Pod pretpostavkom da je izvor tačkasti, izračunajte energiju koju mjesto prima svake sekunde.
pitanja:
1. Navedite primjere hemijskog djelovanja svjetlosti.
2. Zašto dobijate prilično oštre senke od predmeta u prostoriji osvetljenoj jednom lampom, ali u prostoriji u kojoj je izvor osvetljenja luster takve senke se ne primećuju?
3. Mjerenja su pokazala da je dužina sjene od objekta jednaka njegovoj visini. Kolika je visina Sunca iznad horizonta?
4. Zašto se „žice“ u optičkim komunikacionim linijama mogu ukrštati?
5. Zašto je senka nečijih stopala na tlu oštro ocrtana, dok je senka nečije glave mutna?
6. Kako je Aristotel dokazao da je Zemlja sferna?
7. Zašto ponekad stavljaju abažur na sijalicu?
8. Zašto su na rubu šume krošnje drveća uvijek usmjerene prema polju ili rijeci?
9. Sunce koje zalazi osvjetljava rešetkastu ogradu. Zašto u senci koju baca rešetka na zidu nema senki vertikalnih šipki, dok su senke horizontalnih jasno vidljive? Debljina šipki je ista.
V.§§ 62.63 Pr.: 31.32. Revizijski problemi br. 62 i br. 63.
1. Ujutro, kroz malu rupu na zavjesi koja prekriva prozor, zraka pada na suprotni zid sunčeva svetlost. Procijenite koliko će se svjetlosna tačka na ekranu pomaknuti za minut.
2. Ako usmjerite uski snop svjetlosti sa grafoskopa kroz bocu kerozina, unutar boce će se jasno vidjeti plavkasto-bjelkasta pruga (fluorescencija kerozina). Posmatrajte ovaj fenomen u drugim rješenjima: rivanol, otpadni foto developer, šamponi.
3. Za pripremu cink sulfida pomešati jedan težinski deo sumpornog praha i dva težinska dela cinkovog praha (mogu se dodati bakarne strugotine), nakon čega se zagrevaju. Dobiveni prah se pomiješa s ljepilom i nanese na ekran. Osvetljavanje ekrana ultraljubičastih zraka, gledajte kako sjaji.
4. Napravite kameru obskuru (može se napraviti od aluminijske limenke ili kutije za cipele) i njome odredite prosječnu udaljenost između zavoja žarulje bez lomljenja. Zašto se oštrina slike objekta pogoršava kako se dužina kamere smanjuje?
5. Zapaljeni ugalj na kraju grane koja se brzo kreće doživljava se kao svjetleća traka. Znajući da oko zadržava osjet otprilike 0,1 s, procijenite brzinu kraja grančice.
6. Sa koje udaljenosti možete vidjeti sunčevu zraku?
„Onda sam nehotice podigao dlanove
Za moje obrve, držeći ih vizirom.
Da ne boli toliko svetlo...
Tako da mi se činilo da me udara u lice
Sjaj reflektovane svetlosti..."
Dante
„...Moramo samo da nam ga iznesemo pod otvoreno zvezdano nebo
Pun vode plovila, kako će se oni odmah u njemu odraziti
Zvijezde neba i zraci će blistati na površini ogledala"
Lukrecije
Lekcija 60/10. ZAKON REFEKCIJE SVETLOSTI
CILJ ČASA: Na osnovu eksperimentalnih podataka dobiti zakon refleksije svjetlosti i naučiti učenike kako ga primijeniti. Dajte ideju o ogledalima i konstrukciji slike objekta u ravnom ogledalu.
TIP ČASA: Kombinovani.
OPREMA: Optička mašina za pranje sa priborom, ravno ogledalo, stalak, svijeća.
PLAN LEKCIJE:
1. Uvodni dio 1-2 min
2. Anketa 15 min
3. Objašnjenje 20 min
4. Pričvršćivanje 5 min.
5. Domaći zadatak 2-3 min
II. Fundamentalno istraživanje:
1. Izvori svjetlosti.
2. Zakon pravolinijskog širenja svjetlosti.
Zadaci:
1. B sunčan dan Dužina senke od vertikalno postavljenog metarskog lenjira je 50 cm, a od drveta - 6 m. Kolika je visina drveta?
2. Sa koje udaljenosti je vidljivo Kosi toranj u Pizi, čija je visina 60 m; od Ostankino kule visine oko 300 m? Koliko je udaljena od vas vidljiva linija horizonta u moru kada je potpuni zatiš?
3. Prečnik izvora svetlosti je 20 cm, njegova udaljenost od ekrana je 2 m. Na kojoj minimalnoj udaljenosti od ekrana treba postaviti loptu prečnika 8 cm da ne baca senku na ekran uopće, ali daje samo djelomičnu hladovinu? Prava linija koja prolazi kroz centre izvora svjetlosti i kugle je okomita na ravan ekrana.
4. Baka je ispekla lepinju prečnika 5 cm i stavila je na prozorsku dasku da se ohladi. U tom trenutku kada je Sunce donjom ivicom dodirnulo prozorsku dasku, djed je primijetio da je vidljivi prečnik Koloboka tačno jednak prečniku Sunca. Izračunajte udaljenost od Djeda do Koloboka.
5. U vedro veče, svetlost zalazećeg Sunca ulazi u prostoriju kroz uski vertikalni prorez na kapci. Koji je oblik i veličina svjetlosne tačke na zidu? Prorez je dugačak 18 cm, širok 3 cm, a udaljenost od prozora do zida je 3 m. Poznato je i da je udaljenost do Sunca približno 150 miliona km, a prečnik mu je 1,4 miliona km.
pitanja:
1. Navedite primjere prirodnih izvora svjetlosti.
2. Šta je veće: oblak ili njegova senka?
3. Zašto sijalica od baterijske lampe postaje sve gora i gora kako se udaljavate od nje?
4. Zašto su nepravilnosti na putu lošije vidljive danju nego noću kada je put osvijetljen farovima automobila?
5. Po kom znaku možete otkriti da se nalazite u polusjeni nekog izvora svjetlosti?
6. Tokom dana senke sa bočnih stubova fudbalskog gola menjaju dužinu. Kratki su tokom dana i dugi ujutru i uveče. Da li se dužina senke od gornje trake menja tokom dana?
7. Može li osoba trčati brže od svoje sjene?
8. Da li je moguće dobiti uvećanu sliku objekta bez pomoći sočiva?
III. Refleksija svjetlosti na granici između dva medija. primjeri: Spekularna i difuzna refleksija svjetlosti (demonstracija laserom). primjeri: Snijeg reflektira do 90% sunčeve zrake, što doprinosi povećanju zimske hladnoće. Posrebreno ogledalo reflektuje više od 95% zraka koji padaju na njega. Pod nekim uglovima, uz difuznu refleksiju, pojavljuje se i zrcalna refleksija svjetlosti od predmeta (blistavost). Ako sam objekt nije izvor svjetlosti, onda ga vidimo zbog difuzne refleksije svjetlosti od njega.
Zakon refleksije svjetlosti (demonstracija sa optičkom podloškom): Upadna zraka, reflektirana zraka i okomita na granicu između dva medija, rekonstruirani u tački upada zraka, leže u istoj ravni, a ugao refleksije jednaka uglu pada.
Čas fizike 7. razred „Izvori svjetlosti. Pravolinijsko širenje Sveta. Formiranje senke i penumbre."
UMKPurysheva N.S., Vazheevskaya N.E. "Fizika 7. razred"
Rješivi vaspitni zadaci (u učeničkim aktivnostima):
otkriti velika vrijednost svjetlost u životu ljudi, životinja i biljaka;
karakterizirati različite vrste izvori svjetlosti;
dati definicije pojmova tačkastih i proširenih izvora;
predstaviti koncept svjetlosni snop, zasnovan na zakonu pravolinijskog prostiranja svjetlosti;
identificirati uvjete za dobivanje sjene i polusjene, formiranje pomračenja Sunca i Mjeseca.
Vrsta lekcije: lekcija u otkrivanju novog znanja.
Oblici studentskog rada : grupni rad, individualni rad, samostalan rad.
Potrebna tehnička oprema:
džepne baterijske lampe sa jednom sijalicom i nekoliko u nizu;
neprozirne prepreke (imao sam kuglice od pene na stalcima napravljenim od ražnjića i testa za igru);
ekrani (bijeli karton) .
Skripta lekcije.
Uvod u temu.
Učitelj:20. marta 2015. godine oko podneva je sa piste na aerodromu Murmansk poleteo avion sa odličnim studentima.Murmansk-Murmansk. Ovaj čudni let vezan je za današnju temu lekcije. Šta mislite koji je događaj povezan sa ovim letom? Koja je tema lekcije?
Studenti:pretpostaviti i doći do zaključka da je događaj povezan sa pomračenjem, tema časa je sa svjetlom. Formulirajte temu lekcije.
Učitelj: 20. marta 2015. moglo se posmatrati pomračenje Sunca. Najbolje mjesto posmatranja sa teritorije Rusije, nakon uklanjanja sa glavne teritorijeFranz Josef Land, bio je gradMurmansk, gdje je u 13:18 po lokalnom vremenu maksimalna faza parcijalnog solarnogpomračenja. Školarci pobjednici fizičke olimpijadenagrađeni su mogućnošću da vide pomračenje iz aviona. Pokušaćemo da otkrijemo kako se danas dešavaju pomračenja.
Izvori svjetlosti. Raditi u parovima.
Učitelj:Koju smo temu učili U poslednje vreme? (posljednja proučavana tema bila je “Zvučni talasi”). Koji su uslovi neophodni da bi nastao zvučni talas?
Studenti:Zvučni talasi. Za pojavu zvučni talasi potreban vam je izvor vibracija i elastični medij.
Učitelj:Da li vam je potreban izvor da bi se svetlost pojavila? Navedite primjere izvora svjetlosti. Na stolovima imate kartice sa slikama izvora. Odredite vrste izvora i rasporedite kartice prema svojoj klasifikaciji.
Dva učenika zakače klasifikacione kartice sa magnetima na ploču. Ostalo zapisujem u svoju svesku.
Zakon pravolinijskog širenja svjetlosti. Zakon nezavisnosti širenja svetlosti.
Učitelj:Zamislite da idete kući iz škole sa svojim prijateljem Vasjom. Skrenuo si iza ugla zgrade, ali Vasja je oklevao. Vičete: "Vasja!" A prijatelj odgovara: "Dolazim, dolazim." Istovremeno, da li čujete svog prijatelja? Vidite li ga? Zašto se ovo dešava?
Studentipraviti pretpostavke.
Učitelj:demonstrira eksperiment koji pokazuje pravolinijsko i nezavisno širenje svjetlosti (zadimljena staklena posuda, laserski pokazivač). Možete pozvati dva učenika da pomognu.
Studenti:formulisati zakon pravolinijskog širenja svetlosti i nezavisnosti prostiranja svetlosti.
Svjetlost se širi pravolinijski u optički homogenom mediju.
Učitelj:E
Euklid je još 300. godine prije Krista zabilježio da su ga stari Egipćani koristili u građevinarstvu. Geometrijski koncept zraka nastao je kao rezultat posmatranja širenja svjetlosti.
Svjetlosni zrak je linija duž koje se širi svjetlost iz izvora.
Snopovi svjetlosnih zraka, koji se ukrštaju, ne stupaju u interakciju jedni s drugima i šire se nezavisno jedan od drugog.
4 . Praktični zadatak. Rad u grupama.
Učitelj:Na raspolaganju su vam dvije baterijske lampe, ekran i neprozirne prepreke. Pomoću ovog skupa odredite kako se formira sjena, šta određuje njenu veličinu i stepen zatamnjenja? Imate 10 minuta da odgovorite na ova pitanja. Nakon ovog vremena, svaka grupa prezentira svoje nalaze.
Jedna od baterijskih lampi sadrži jednu malu sijalicu (uslovno tačkasti izvor), druga sadrži nekoliko sijalica raspoređenih u nizu (uslovno prošireni izvor).
Studenti:Uz pomoć prve svjetiljke u sjeni dobijate jasnu senku na ekranu. Primjećuju da što je svjetiljka bliža objektu, to je sjena veća. Oni pokušavaju da konstruišu sliku senke. Primećuju da uz pomoć druge baterijske lampe senka na ekranu postaje nejasna. Na određenoj poziciji svjetiljke i objekta možete dobiti dvije sjene. Oni pokušavaju da konstruišu sliku senke i polusenke i daju objašnjenje za ovaj rezultat.
U 
studenti:skicirati dijagram formiranja sjene i polusjene.
Učitelj:Nacrtajmo snop iz tačkastog izvora (eksperiment sa prvom baterijskom lampom) duž granica prepreke (zrakeS.B.IS.C.). Dobili smo jasne granice sjene na ekranu, što dokazuje zakon pravolinijskog širenja svjetlosti.
U eksperimentima sa drugom baterijskom lampom (proširenoizvor), oko sjene se formira djelomično osvijetljen prostor - polusenka. To se dešava kada je izvor proširen, tj. Sastoji se od mnogo tačaka. Dakle, na ekranu postoje oblasti u koje svjetlost ulazi iz nekih tačaka, ali ne i iz drugih. Ovaj eksperiment također dokazuje linearnost širenja svjetlosti.
Olovkama u boji nacrtajte putanju zraka iz crvenih i plavih izvora. Odredite područja senke i polusenke na ekranu od neprozirne lopte. Objasnite zašto iskustvo dokazuje pravolinijsko širenje svjetlosti?
6. Ima o čemu razmišljati kod kuće.
Učitelj:demonstrira kameru obskuru napravljen od kutije. Pitanje studentima: Šta je ovo?
Studenti:oni iznose svakakve verzije koje su daleko od istine.
Učitelj:ali u stvari ovo je “predak” kamere. Uz njegovu pomoć možete dobiti sliku, pa čak i slikati, na primjer, ovaj prozor. Napravite kameru obskuru kod kuće i objasnite njen rad.
7. Domaći.
1.§ 49-50
napravite kameru obskuru, objasnite princip rada (linkovi za čitanje/gledanje
Priručnik iz fizike “Geometrijska optika”.
Pravost prostiranja svjetlosti.
Ako se između oka i nekog izvora svjetlosti stavi neproziran predmet, tada izvor svjetlosti nećemo vidjeti. To se objašnjava činjenicom da u homogenom mediju svjetlost putuje pravim linijama.
Objekti osvijetljeni tačkastim izvorima svjetlosti, kao što je sunce, bacaju dobro definirane sjene. Džepna baterijska lampa proizvodi uski snop svjetlosti. U stvari, mi procjenjujemo položaj objekata oko nas u prostoru, podrazumijevajući da svjetlost iz objekta ulazi u naše oko duž pravih putanja. Naša orijentacija u vanjski svijet je u potpunosti zasnovan na pretpostavci pravolinijskog širenja svjetlosti.
Upravo je ova pretpostavka dovela do ideje o svjetlosnim zracima.
Svjetlosni snop je prava linija duž koje se širi svjetlost. Konvencionalno, zrak je uski snop svjetlosti. Ako vidimo predmet, to znači da svjetlost ulazi u naše oko iz svake tačke objekta. Iako svjetlosni zraci izlaze iz svake tačke u svim smjerovima, samo uski snop ovih zraka dopire do oka promatrača. Ako posmatrač pomeri glavu malo u stranu, tada će mu u oko iz svake tačke objekta ući različiti snop zraka.
Slika prikazuje senku dobijenu na ekranu kada je neprozirna lopta osvetljena tačkastim izvorom svetlosti S M. Pošto je lopta neprozirna, ne propušta svjetlost koja pada na nju; Kao rezultat, na ekranu se pojavljuje sjena. Ova senka se može dobiti u mračnoj prostoriji osvjetljavanjem lopte baterijskom lampom.
Zakon je ispravan molinearno širenje svjetlosti : u homogenu transparentno okruženje svetlost putuje pravolinijski.
Dokaz ovog zakona je formiranje sjene i polusjenke.
Kod kuće možete izvesti nekoliko eksperimenata kako biste dokazali ovaj zakon.
Ako želimo spriječiti da svjetlost iz lampe uđe u oči, možemo staviti komad papira, ruku ili staviti abažur na lampu između lampe i očiju. Ako svjetlost ne putuje pravim linijama, mogla bi zaobići prepreku i ući u naše oči. Na primjer, ne možete "blokirati" zvuk svojom rukom, on će zaobići ovu prepreku i mi ćemo je čuti.
Dakle, opisani primjer pokazuje da se svjetlost ne savija oko prepreke, već se širi pravolinijski.
Sada uzmimo mali izvor svjetlosti, na primjer džepnu baterijsku lampu S. Postavimo ekran na određenoj udaljenosti od njega, to jest, svjetlost pada u svaku njegovu tačku. Ako se neprozirno tijelo, na primjer lopta, postavi između tačkastog izvora svjetlosti S i ekrana, tada ćemo na ekranu vidjeti tamnu sliku obrisa ovog tijela - tamni krug, pošto se iza njega stvorila senka - prostor u koji ne pada svetlost iz izvora S. Da se svetlost nije širila pravolinijski i da snop nije bio prava linija, senka se možda ne bi formirala ili bi imala različitog oblika i veličine.
Ali ne vidimo uvijek jasno ograničenu sjenu koja je dobivena u opisanom iskustvu u životu. Ova sjena je nastala jer smo kao izvor svjetlosti koristili sijalicu, čije su dimenzije spirale mnogo manje od udaljenosti od nje do ekrana.
Ako kao izvor svjetlosti uzmemo veliku lampu, u poređenju sa preprekom, čije su dimenzije spirale uporedive s udaljenosti od nje do ekrana, tada se oko sjene na ekranu formira i djelomično osvijetljen prostor - penumbra .
Formiranje penumbre nije u suprotnosti sa zakonom pravolinijskog širenja svjetlosti, već ga, naprotiv, potvrđuje. Uostalom, u u ovom slučaju izvor svjetlosti se ne može smatrati tačkastim izvorom. Sastoji se od mnogo tačaka i svaka od njih emituje zrake. Dakle, na ekranu postoje oblasti u koje svjetlost iz nekih tačaka izvora ulazi, ali ne ulazi iz drugih. Dakle, ova područja ekrana su samo djelimično osvijetljena i tu se formira polusjena. Centralno područje ekrana ne prima svjetlost ni sa jedne tačke lampe; tamo je potpuna sjena.
Očigledno, da je naše oko u zoni senke, ne bismo videli izvor svetlosti. Iz oblasti polusenke vidjeli bismo dio lampe. To je ono što posmatramo tokom pomračenja Sunca ili Meseca.
I poslednje iskustvo. Stavite komad kartona na sto i zabodite u njega dvije igle, udaljene nekoliko centimetara. Između ovih pribadača zabodite još dvije ili tri igle tako da, gledajući jednu od vanjskih, vidite samo nju, a ostale igle nam njome budu skrivene od pogleda. Izvadite igle, nanesite ravnalo na oznake na kartonu sa dvije vanjske igle i povucite ravnu liniju. Kako se nalaze oznake drugih pinova u odnosu na ovu liniju?
Pravost širenja svjetlosti koristi se pri crtanju pravih linija na površini zemlje i pod zemljom u podzemnoj željeznici, pri određivanju udaljenosti na kopnu, moru i u zraku. Kada se kontroliše ravnost proizvoda duž linije vida, ponovo se koristi pravost širenja svetlosti.
Vrlo je vjerovatno da je sam koncept prave linije proizašao iz ideje o pravolinijskom širenju svjetlosti.
optika8.narod.ru
Zakon pravolinijskog širenja svjetlosti
Svjetlost se širi pravolinijski u homogenom mediju. Dokaz zakona je formiranje senke i polusenke.
Zakon nezavisnosti svetlosnih zraka
Širenje svjetlosnih zraka u mediju odvija se nezavisno jedan od drugog.
Upadna zraka, reflektirana zraka i okomica u tački upada leže u istoj ravni. Upadni ugao jednak je uglu refleksije.
Upadne i prelomljene zrake leže u istoj ravni sa okomitom u tački upada na granicu. Omjer sinusa upadnog ugla i sinusa ugla prelamanja je konstantna vrijednost za dva data medija.
Kada svjetlost prođe iz optički gušće sredine (sa visokim indeksom loma) u optički manje gustoće, počevši od određenog upadnog ugla neće biti prelomljenog zraka. Fenomen se zove potpuna refleksija. Najmanji ugao iz kojeg počinje totalna refleksija naziva se granični ugao totalne refleksije. Pred svima veliki uglovi Nema pada prelomljenog talasa.
a) prelomljeni zrak postoji; b) granični ugao refleksije; c) nema prelomljenog zraka;
Kada zraci različitih valnih dužina prolaze kroz prizmu, oni se odbijaju pod različitim uglovima. Fenomen varijanse je povezana s ovisnošću indeksa prelamanja medija o frekvenciji širenja zračenja.
Fenomen disperzije dovodi do stvaranja duge zbog prelamanja sunčeve svjetlosti na sitne kapljice vode tokom kiše.
Zakon pravolinijskog širenja svjetlosti objašnjava nastanak sjene
- Kada tiigranjeAko se igrate skrivača ili puštate “sunčane zečiće”, onda, ne sluteći, koristite zakon pravolinijskog širenja svjetlosti. Hajde da saznamo šta je ovaj zakon i koje pojave objašnjava.
1. Naučiti razlikovati gredu provodadžija i gredu provodadžija
Za posmatranje svetlosnih snopova nije nam potrebna nikakva posebna oprema (slika 3.12).
Dovoljno je, na primjer, po vedrom sunčanom danu labavo pomaknuti zavjese u prostoriji, otvoriti vrata iz osvijetljene sobe u mračni hodnik ili upaliti baterijsku lampu u mraku.
Rice. 3. 12. U oblačnim danima, snopovi sunčeve svjetlosti probijaju se kroz pukotine u oblacima
U prvom slučaju, snopovi svjetlosti prolaze u prostoriju kroz razmak između zavjesa, u drugom padaju na pod kroz vrata; u potonjem slučaju, svjetlo iz sijalice usmjerava se u određenom smjeru pomoću reflektora svjetiljke. Snopovi svjetlosti u svakom od ovih slučajeva formiraju svijetle svjetlosne tačke na objektima koje osvjetljavaju.
IN pravi zivot mi imamo posla samo sa snopovima svetlosti, mada smo, vidite, navikli da kažemo: zrak sunca, reflektor, zeleni snop itd.
Zapravo, sa stanovišta fizike, bilo bi ispravno reći: snop sunčevih zraka, snop zelenih zraka, itd. Ali za šematski prikaz svjetlosnih snopova koriste se svjetlosne zrake (slika 3.13) .
- Svjetlosni snop- ovo je linija koja pokazuje smjer prostiranja svjetlosnog snopa.
Rice. 3.13. Shematska ilustracija svjetlosni snopovi pomoću svjetlosnih zraka: a - paralelni svjetlosni snop; b - divergentni svetlosni snop; c - konvergentni svetlosni snop
Rice. 3.14. Eksperiment koji pokazuje pravolinijsko širenje svjetlosti
2. Uverite se da se svetlost širi pravolinijski
Hajde da sprovedemo eksperiment. Postavimo u seriju izvor svjetlosti, nekoliko listova kartona sa okruglim rupama (otprilike 5 mm u prečniku) i ekran. Postavimo listove kartona tako da se na ekranu pojavi svetlosna tačka (slika 3.14). Ako sada uzmete, na primjer, iglu za pletenje i provučete je kroz rupe, tada će igla za pletenje lako proći kroz njih, odnosno ispostavit će se da se rupe nalaze na istoj pravoj liniji.
Ovaj eksperiment demonstrira zakon pravolinijskog širenja svjetlosti, ustanovljen u antičko doba. Drevni grčki naučnik Euklid pisao je o tome prije više od 2500 godina. Inače, u geometriji su koncepti zraka i prave linije nastali na osnovu ideje svjetlosnih zraka.
Zakon pravolinijskog širenja svjetlosti: u providnoj homogenoj sredini svjetlost se širi pravolinijski.
Rice. 3.15. Princip rada sunčanog sata temelji se na činjenici da sjena vertikalno lociranog objekta obasjanog suncem mijenja svoju dužinu i lokaciju tijekom dana.
Rice. 3.16 Formiranje potpune senke O 1 od objekta O osvetljenog tačkastim izvorom svetlosti S
3. Saznajte što je puna i djelomična sjena
Pravost prostiranja svjetlosti može objasniti činjenicu da svako neprozirno tijelo obasjano izvorom svjetlosti baca senku (slika 3.15).
Ako je izvor svjetlosti u odnosu na objekt točkast, tada će sjena objekta biti jasna. U ovom slučaju govore o potpunoj senci (slika 3.16).
- Potpuna sjena je ono područje prostora koje ne prima svjetlost iz izvora svjetlosti.
Ako je tijelo osvijetljeno s nekoliko točkastih izvora svjetlosti ili proširenim izvorom, tada se na ekranu formira sjena nejasnih kontura. U ovom slučaju se stvara ne samo puna senka, već i polusenka (slika 3.17).
- Penumbra je područje prostora osvijetljeno nekim od nekoliko dostupnih točkastih izvora svjetlosti ili dijelom proširenog izvora.
Mi posmatramo formiranje potpune senke i polusenke na kosmičkoj skali tokom lunarnih (slika 3.18) i solarnih (slika 3.19) pomračenja. Na onim mjestima na Zemlji na koja je pala potpuna sjena Mjeseca, uočava se potpuno pomračenje Sunca, na mjestima polusjene - djelomično pomračenje Sunca.
Rice. 3.17. Formiranje pune senke O1 i polusenke O2 iz objekta O osvetljenog produženim izvorom svetlosti S
U providnom homogenom mediju, svjetlost putuje pravolinijski. Linija koja pokazuje smjer prostiranja svjetlosnog snopa naziva se svjetlosna zraka.
Budući da svjetlost putuje pravolinijski, neprozirna tijela bacaju senku ( puna hladovina i penumbra). Potpuna sjena je područje prostora koje ne prima svjetlost od izvora svjetlosti. Penumbra je područje prostora osvijetljeno nekim od nekoliko dostupnih točkastih izvora svjetlosti ili dijelom proširenog izvora.
Tokom pomračenja Sunca i mjesečnih pomračenja, posmatramo formiranje senke i polusenke na kosmičkoj skali.
1. Kako se zove svjetlosni snop?
2. Šta je zakon pravolinijskog širenja svjetlosti?
3. Kojim eksperimentima se može dokazati linearnost širenja svjetlosti?
4. Koje pojave potvrđuju linearnost širenja svjetlosti?
5. Pod kojim uslovima će objekat formirati samo punu senku, a pod kojim uslovima punu senku i delimičnu senku?
6. U kojim uslovima dolazi do pomračenja Sunca i Meseca?
1. Tokom pomračenja Sunca, na površini Zemlje se formiraju senka i polusenka Meseca (slika a). Slike b, c, d su fotografije ovog pomračenja Sunca snimljene sa različitih tačaka na Zemlji. Koja je fotografija snimljena u tački I na slici a? u tački 2? u tački 3?
2. Astronaut, koji je na Mesecu, posmatra Zemlju. Šta će astronaut vidjeti u trenutku kada se završi pomračenje mjeseca? djelimično pomračenje mjeseca?
3. Kako treba da bude osvetljena operaciona sala da senka ruku hirurga ne zakloni hirurško polje?
4. Zašto avion koji leti na velikoj visini ne stvara senku čak ni po sunčanom danu?
1. Postavite ekran na udaljenosti od 30-40 cm od upaljene svijeće ili stolne lampe. Postavite olovku vodoravno između ekrana i svijeće. Promjenom udaljenosti između olovke i svijeće, promatrajte promjene koje se dešavaju na ekranu. Opišite i objasnite svoja zapažanja.
2. Predložite način da pomoću igle provjerite da li je linija nacrtana na kartonu ravna.
3. Uveče stanite blizu ulične lampe. Pažljivo pogledajte svoju senku. Objasnite rezultate svog zapažanja.
Kharkovsky Nacionalni univerzitet radio elektronika (KhNURE), osnovana 1930. godine, za koncentraciju naučnog, tehničkog i naučno-pedagoškog potencijala u oblasti radio elektronike, telekomunikacija, informacione tehnologije a kompjuterska tehnologija nema premca u Ukrajini i zemljama ZND.
Jedinstveni naučni rezultati rada univerzitetskih naučnika doprineli su razvoju desetina novih naučnih pravaca, učvršćujući prioritet domaće nauke u nizu najvažnijih oblasti nacionalne privrede i sektora odbrane. Prije svega, ovo se tiče proučavanja svemira u blizini Zemlje. Zahvaljujući mernim kompleksima koje su kreirali univerzitetski naučnici, a koji nemaju analoga u zemljama ZND, sastavljen je najkompletniji svetski katalog čestica meteorita u svemiru blizu Zemlje, izvršeno je visoko precizno poravnanje tokom lansiranja prvog ukrajinskog satelita. "Sech-1", globalni model tehnogenih nečistoća u stratosferi i mezosferi je izgrađen na Zemlji.
fizika. 7. razred: Udžbenik / F. Ya. Bozhinova, N. M. Kiryukhin, E. A. Kiryukhina. - X.: Izdavačka kuća "Ranok", 2007. - 192 str.: ilustr.
Ako imate ispravke ili prijedloge za ovu lekciju, pišite nam.
Ako želite vidjeti druga prilagođavanja i prijedloge za lekcije, pogledajte ovdje - Edukativni forum.
Zakon pravolinijskog širenja svjetlosti. Brzina svjetlosti i metode mjerenja.
Zakon pravolinijskog širenja svjetlosti.
Svjetlost se širi pravolinijski u homogenom mediju.
zraka– dio prave linije koji pokazuje smjer širenja svjetlosti. Pojam zraka uveo je Euklid (geometrijska ili zračna optika je grana optike koja proučava zakone širenja svjetlosti, na osnovu koncepta zraka, ne uzimajući u obzir prirodu svjetlosti).
Pravost širenja svjetlosti objašnjava nastanak sjene i polusjenke.
Kada je veličina izvora mala (izvor se nalazi na udaljenosti u odnosu na koju se veličina izvora može zanemariti), dobija se samo sjena (područje prostora u koje svjetlost ne pada).
Kada je izvor svjetlosti velik (ili ako je izvor blizu subjekta), stvaraju se neoštre sjene (umbra i penumbra).
U astronomiji - objašnjenje pomračenja.
Svjetlosni snopovi se šire nezavisno jedan od drugog. Na primjer, prolazeći jedan kroz drugi, oni ne utiču na međusobno širenje.
Svjetlosni snopovi su reverzibilni, tj. ako zamijenite izvor svjetlosti i sliku dobivenu korištenjem optički sistem, tada se tok zraka neće promijeniti.
Brzina svjetlosti i metode mjerenja.
Prve prijedloge iznio je Galileo: fenjer i ogledalo postavljeni su na vrhovima dvije planine; Poznavajući udaljenost između planina i mjereći vrijeme širenja, možete izračunati brzinu svjetlosti.
Astronomska metoda za mjerenje brzine svjetlosti
Prvi put izveo Danac Olaf Roemer 1676. Kada se Zemlja približila Jupiteru (na daljinu L 1), ispostavilo se da je vremenski interval između dva pojavljivanja satelita Io 42 sata i 28 minuta; Kada se Zemlja udaljila od Jupitera? L 2, satelit je počeo da izlazi iz Jupiterove senke 22 minuta. kasnije. Roemerovo objašnjenje: Ovo kašnjenje nastaje zbog svjetlosti koja putuje na dodatnu udaljenost ? l= l 2 – l 1 .
Laboratorijska metoda merenje brzine svetlosti
Fizeau metoda(1849). Svetlost pada na prozirnu ploču i reflektuje se dok prolazi kroz rotirajući zupčanik. Zraka koja se reflektuje od ogledala može doći do posmatrača samo prolaskom između zuba. Ako znate brzinu rotacije zupčanika, udaljenost između zubaca i udaljenost između točka i ogledala, možete izračunati brzinu svjetlosti.
Foucaultova metoda– umjesto zupčanika, rotirajuća ogledala osmougaona prizma.
s=313.000 km/s.
Trenutno umjesto mehaničkih razdjelnika svjetlosni tok koriste se optoelektronske (Kerrova ćelija - kristal čija optička prozirnost varira u zavisnosti od veličine električnog napona).
Možete izmjeriti frekvenciju oscilacije vala i, nezavisno, valnu dužinu (posebno zgodno u radio opsegu), a zatim izračunati brzinu svjetlosti koristeći formulu.
Prema savremenim podacima, u vakuumu s=(299792456,2 ± 0,8) m/s.
Primjena zakona pravolinijskog širenja svjetlosti.? Pinhole kamera
A. Zakon pravolinijskog širenja svjetlosti: istorijat, formulacija, primjena.
1. Formiranje senke i penumbre;
2. Pomračenje Sunca;
3. Pomračenje Mjeseca.
"Pinhole kamera"
Camera obscura je mračna prostorija (kutija) s malom rupom u jednom od njenih zidova kroz koju svjetlost prodire u prostoriju, zbog čega postaje moguće dobiti slike vanjskih objekata.
Vrijeme kada je kamera obscura izumljena i ko je vlasnik ideje nije tačno poznato.
Pominjanje camera obscure datiraju iz 5. vijeka prije nove ere. e. — Kineski filozof Mi Ti opisao je pojavu slike na zidu zamračene sobe. Pominjanje kamere obscure nalazi se i kod Aristotela.
Arapski fizičar i matematičar iz 10. stoljeća Ibn Al-Haytham (Alhazen), proučavajući kameru obskuru, zaključio je da je širenje svjetlosti linearno. Najvjerovatnije je Leonardo da Vinci prvi koristio kameru obskuru za skiciranje iz života.
Godine 1686. Johannes Zahn dizajnirao je prijenosnu kameru obskuru opremljenu ogledalom od 45° i projicirajući sliku na mat, horizontalnu ploču, omogućavajući umjetnicima da prenesu pejzaže na papir.
Razvoj pinhole kamera išao je na dva puta. Prvi pravac je stvaranje prijenosnih kamera.
Mnogi umjetnici su koristili kameru obskuru za stvaranje svojih djela – pejzaža, portreta i svakodnevnih skica. Camera obscura tog vremena bile su velike kutije sa sistemom ogledala za odbijanje svjetlosti.
Često se umjesto jednostavne rupe koristilo sočivo, što je omogućilo značajno povećanje svjetline i oštrine slike.
S razvojem optike, sočiva su postala složenija, a nakon pronalaska fotoosjetljivih materijala pinhole kamere postali kamere.
Drugi pravac u razvoju pinhole kamera je stvaranje posebnih prostorija.
Ranije i sada, takve prostorije se koriste za zabavu i edukaciju.
Međutim, i danas neki fotografi koriste tzv. steno?py» - kamere sa malom rupom umjesto sočiva. Slike dobivene uz pomoć takvih kamera odlikuju se jedinstvenim mekim uzorkom, idealnom linearnom perspektivom i velikom dubinom polja.
Kamere se postavljaju na krovove i na takve „ploče“ projektuju pogled sa njih.
Pogledajte sadržaj dokumenta
"Pomračenja Mjeseca i Sunca"
Lunar i pomračenja sunca.
Kada Mjesec, dok se kreće oko Zemlje, potpuno ili djelimično zakloni Sunce, dolazi do pomračenja Sunca. Tokom potpunog pomračenja Sunca, Mjesec prekriva cijeli disk Sunca (ovo je moguće zbog činjenice da su prividni prečnici Mjeseca i Zemlje isti). Sa ovih tačaka može se posmatrati potpuno pomračenje Sunca zemljine površine, gdje prolazi puni fazni pojas. Sa obe strane ukupnog faznog pojasa dolazi do delimičnog pomračenja Sunca, tokom kojeg Mesec ne zaklanja ceo solarni disk, već samo njegov deo.
Djelomično pomračenje Sunca se promatra sa onih mjesta na zemljinoj površini koja pokrivaju divergentni stožac mjesečeve polusjenice.
Potpuno pomračenje Sunca, koje se moglo posmatrati iz Rusije, dogodilo se 9. marta 1997. godine (istočni Sibir). Češće se dešavaju 2 sunčeva i 2 lunarna pomračenja godišnje. Godine 1982. bilo je 7 pomračenja - 4 delimična solarna i 3 potpuna lunarna.
Ne može svaki mlad mjesec imati pomračenje Sunca, jer je ravan u kojoj se Mjesec kreće oko Zemlje nagnuta prema ravni ekliptike (kretanje Sunca) pod uglom od približno pet stepeni. U Moskvi će sledeće potpuno pomračenje Sunca biti posmatrano 16. oktobra 2126. godine. Potpuno pomračenje Sunca obično traje 2-3 minuta. 1999. godine, 11. avgusta, potpuno pomračenje Sunca prošlo je Krimom i Zakavkazjem.
Pomračenja Sunca dokazuju linearno širenje svjetlosti.
Ako Mjesec, tokom svoje orbite oko Zemlje, padne u sjenu koju baca Zemlja, tada se posmatra pomračenje Mjeseca. Tokom potpunog pomračenja Mjeseca, lunarni disk ostaje vidljiv, ali poprima svoju uobičajenu tamnocrvenu nijansu. Ovaj fenomen se objašnjava lomom zraka u zemljina atmosfera. Prelamajući se u zemljinoj atmosferi, sunčevo zračenje ulazi u Zemljin senčasti stožac i obasjava Mesec.
Potpuno pomračenje Sunca će se posmatrati u oblasti senke na Zemlji. Oko senke na Zemlji postojaće oblast polusenke. Djelomično pomračenje Sunca će se promatrati na ovoj lokaciji na Zemlji.
Tokom potpunog pomračenja Sunca brzo pada mrak. Temperatura vazduha pada, pojavljuje se čak i rosa, a na nebu se vidi crni disk Sunca sa biserno sivom koronom koja sija oko njega.
U prošlosti neobičan izgled Mjesec i sunce tokom pomračenja užasavaju ljude. Sveštenici, znajući za ponavljanje ovih pojava, koristili su ih da potčinjavaju i zastrašuju ljude, pripisujući pomračenja natprirodnim silama.
Dnevna svjetlost toliko slabi da ponekad možete vidjeti na nebu sjajne zvezde i planete. Mnoge biljke uvijaju svoje listove.
Dajte pismene odgovore na pitanja:
1. Od ponuđenih opcija odgovora odaberite koje kretanje Zemlje i Mjeseca poznajete?
Zemlja se kreće oko svoje ose i oko Sunca.
Mjesec rotira samo oko svoje ose.
Mjesec rotira oko Zemlje i svoje ose.
Mjesec i Zemlja se okreću samo oko Sunca.
2. Ako se Mjesec tokom svog kretanja nalazi između Zemlje i Sunca, tada će baciti sjenu na Zemlju. Nastavite put sunčevih zraka i skicirajte formiranje područja sjene i polusjene.
4. Pregledajte crtež koji ste dobili i objasnite zašto se osim senke formira i polusenka.
5. Pronađite razliku između potpune i djelimične pomračenja Sunca (koristite dijagram koji ste dobili).
6. Šta čovjek može vidjeti na Zemlji dok je u području potpune pomračenja Sunca?
7. Na osnovu prethodnih odgovora dovršite misao: „Pomračenje Sunca nastaje kada. »
8. Koji obrazac širenja svjetlosti objašnjava pomračenja Sunca?
Pogledajte sadržaj prezentacije
"Lekcija br. 2"
“Primjena zakona pravolinijskog širenja svjetlosti. Pinhole kamera"
O svjetlo! Vi ste čudo od čuda i budite interesovanje. Više puta ćete okupirati umove ljudi svojom teorijom.
Zakon pravolinijskog prostiranja svjetlosti:
Zakon pravolinijskog širenja svjetlosti prvi put je formuliran u 3. stoljeću. BC. starogrčki naučnik Euklid. Pod pravilnošću prostiranja svjetlosti on je mislio na pravoliniju svjetlosnih zraka. Sam Euklid je, međutim, poistovetio zrake svjetlosti sa "vizuelnim zracima" koji su navodno izašli iz očiju osobe i, kao rezultat "osjećanja" objekata, omogućili da se vide. Ovo gledište je bilo prilično rašireno u antički svijet. Međutim, Aristotel je već pitao: „Ako je vid zavisio od svetlosti koja dolazi iz očiju, kao od fenjera, zašto onda ne bismo videli u mraku?“ Sada znamo da ne postoje „vizuelni zraci“, a vidimo ne zato što neki zraci izlaze iz naših očiju, već naprotiv, zato što svjetlost raznih objekata ulazi u naše oči.
Svetlost se prostire pravolinijski u prostoru .
Pod svetlosnim snopom moderna fizika razumjeti prilično uzak snop svjetlosti, koji se u području u kojem se proučava njegovo širenje može smatrati nedivergentnim. Ovo fizički svetlosni snop . Postoje također matematički (geometrijski) zrak — ovo je linija duž koje svjetlost putuje. Ovo je koncept koji ćemo koristiti.
Budući da svjetlost putuje pravolinijski, kada naiđe na neprozirne objekte, formira se sjena. Područje u koje svjetlost ne ulazi naziva se sjenka. Ako je izvor svjetlosti mali, sjena koju baca predmet ima jasne konture; ako je velika, sjene su mutne. Prijelaz iz svjetla u sjenu naziva se penumbra: Ovdje dopire samo dio emitirane svjetlosti.
Laboratorijski rad: “Formiranje senke i polusjenke”
Cilj: naučite kako dobiti sjenu i polusjenu na ekranu.
Oprema: 2 svijeće, lopta na postolju ili bilo koje neprozirno tijelo; ekran; nekoliko različitih geometrijskih tijela.
1. Postavite svijeće na udaljenosti
5-7 centimetara jedan od drugog. Ispred njih
postavite loptu. Stavite ga iza lopte
2. Zapali svijeću. Na ekranu
vidljiva je jasna senka lopte.
3. Ako sada upalite drugu lampu,
senka i polusenka su vidljivi na ekranu.
Pomračenje Mjeseca i Sunca
Kozma Prutkov ima aforizam: „Ako vas pitaju: šta je korisnije, sunce ili mjesec? - odgovor: mjesec. Jer Sunce sija danju, kada je već svijetlo, a mjesec sija noću.” Da li je Kozma Prutkov u pravu? Zašto?
Navedite izvore svjetlosti koje ste ikada koristili prilikom čitanja.
Zašto vozači prebacuju sa dugih na kratka svjetla kada se susreću s automobilima noću?
Zagrijano željezo i gori svijeća su izvori zračenja. Po čemu se zračenje koje proizvode ovi uređaji razlikuju jedno od drugog?
Iz drevne grčke legende o Perseju: „Ne dalje od leta strijele bilo je čudovište kada je Persej poleteo visoko u vazduh. Njegova senka je pala u more, i čudo je jurnulo od bijesa — vische na senci heroja. Persej je odozgo jurnuo na čudovište i zabio mu svoj zakrivljeni mač duboko u leđa.”
Šta je senka i koji fizički zakon objašnjava njeno formiranje?
Vruća lopta, zlatna
Poslat će ogroman snop u svemir,
I dugačak stožac tamne sjene
Još jedna lopta će biti bačena u svemir.
Koje se svojstvo svjetlosti odražava u ovoj pjesmi A. Bloka? O kojoj se pojavi govori u pesmi?
Camera obscura naziva se tamna soba (kutija) s malom rupom u jednom od njenih zidova, kroz koju svjetlost prodire u prostoriju, zbog čega postaje moguće dobiti slike vanjskih objekata.
Uzmimo Kutija šibica, napravite malu rupu u sredini, prečnika pola milimetra, na dno kutije stavite foto papir ili film za kameru (ne izlažući ga) i, usmjeravajući objektiv na ulicu, ostavite četiri sata. Hajde da ga otvorimo i vidimo šta će se desiti. Zraci padaju na subjekt, odbijaju se od njega, prolaze kroz rupu u camera obscuri i snimaju se na fotografskom papiru. Što je rupa manja, to će manje stranih zraka iz svake tačke objekta moći proći kroz nju i pojaviti se na fotografskom papiru. Shodno tome, slika prikazanog objekta će biti jasnija. A ako je rupa velika, štampanje fotografija neće raditi - papir će jednostavno svijetliti. Uz malo sofisticiraniju i povećanu kutiju za fotoaparat, otisci fotografija će biti jasniji i veće veličine. A možete to zakomplicirati ovako: uzmite kutiju velike veličine, na sredini zida gdje će se nalaziti rupa, izrežite pravougaonik od oko 2-3 cm, na njegovo mjesto pričvrstite foliju trakom, prethodno u njoj napravite urednu rupu. Stavite foliju u kutiju, na stranu suprotnu od rupe. Još je lakše uzeti stari fotoaparat, odvrnuti objektiv s njega, pokriti rupu crnim papirom ili folijom i napraviti malu rupu u njoj. Samo zapamtite da uklonite zavjesu zatvarača kako biste omogućili svjetlosti da udari u film.
- Izvrši laboratorijski rad u posebnoj bilježnici s izgradnjom svjetlosnog snopa i formiranjem područja sjene i polusjene.
- Pošalji mi e-mail odgovore na pitanja na temu “Pomračenja Sunca i Mjeseca”.
- Svoje odgovore na pitanja Testirajte se e-poštom.
- Napravite kameru obskuru.
Osnovni zakoni geometrijska optika poznat od davnina. Tako je Platon (430 pne) uspostavio zakon pravolinijskog širenja svjetlosti. Euklidovi traktati formulirali su zakon pravolinijskog širenja svjetlosti i zakon jednakosti upadnih i refleksijskih uglova. Aristotel i Ptolomej proučavali su prelamanje svjetlosti. Ali tačne formulacije ovih zakoni geometrijske optike grčki filozofi nije mogao biti pronađen.
Geometrijska optika je granični slučaj valne optike, kada talasna dužina svetlosti teži nuli.
Najjednostavniji optički fenomeni, kao što je pojava senki i stvaranje slike u optičkim instrumentima, mogu se razumeti u okviru geometrijske optike.
Formalna konstrukcija geometrijske optike zasniva se na četiri zakona , empirijski utvrđeno:
· zakon pravolinijskog širenja svjetlosti;
· zakon nezavisnosti svetlosnih zraka;
· zakon refleksije;
· zakon prelamanja svjetlosti.
Za analizu ovih zakona, H. Huygens je predložio jednostavnu i vizualnu metodu, kasnije nazvanu Hajgensov princip .
Svaka tačka do koje dopire svjetlosna pobuda je ,sa svoje strane, centar sekundarnih talasa;površina koja obavija ove sekundarne talase u određenom trenutku pokazuje položaj fronta talasa koji se stvarno širi u tom trenutku.
Na osnovu svoje metode, objasnio je Hajgens ravnost prostiranja svjetlosti I izneo zakoni refleksije I refrakcija .
Zakon pravolinijskog širenja svjetlosti :
· svjetlost se širi pravolinijski u optički homogenom mediju.
Dokaz ovog zakona je prisustvo senki sa oštrim granicama od neprozirnih objekata kada su osvetljeni malim izvorima.
Pažljivi eksperimenti su, međutim, pokazali da se ovaj zakon krši ako svjetlost prolazi kroz vrlo male rupe, a odstupanje od pravosti širenja je veće što su rupe manje.
Senka koju baca objekat određena je ravnost svetlosnih zraka u optički homogenim medijima.
Astronomska ilustracija pravolinijsko širenje svjetlosti a posebno, formiranje umbre i penumbre može biti uzrokovano senčenjem nekih planeta od strane drugih, npr. pomračenje Mjeseca , kada Mesec padne u Zemljinu senku (slika 7.1). Zbog međusobnog kretanja Mjeseca i Zemlje, Zemljina senka se kreće po površini Mjeseca, a pomračenje Mjeseca prolazi kroz nekoliko parcijalnih faza (slika 7.2).
Zakon nezavisnosti svetlosnih snopova :
· efekat koji proizvodi pojedinačni snop ne zavisi od toga da li,da li drugi snopovi djeluju istovremeno ili su eliminirani.
Podjelom svjetlosnog toka na zasebne svjetlosne snopove (na primjer, korištenjem dijafragme), može se pokazati da je djelovanje odabranih svjetlosnih snopova nezavisno.
Zakon refleksije (Slika 7.3):
· reflektovana zraka leži u istoj ravni kao i upadna zraka i okomita,privučeni sučelju između dva medija na mjestu udara;
· upadnog uglaα jednaka uglu refleksijeγ: α = γ
Rice. 7.3 Sl. 7.4
Izvesti zakon refleksije Koristimo Hajgensov princip. Pretpostavimo da je ravan talas (talasni front AB sa brzinom With, pada na interfejs između dva medija (Sl. 7.4). Kada je talasni front AB doći će do reflektirajuće površine u tački A, ova tačka će početi da zrači sekundarni talas .
Da talas putuje na daljinu Ned potrebno vrijeme Δ t = B.C./ υ . U isto vreme, front sekundarnog talasa će doći do tačaka hemisfere, poluprečnika AD što je jednako: υ Δ t= sunce. Položaj fronta reflektovanog talasa u ovom trenutku, u skladu sa Hajgensovim principom, dat je ravninom DC, a pravac prostiranja ovog talasa je zrak II. Iz jednakosti trouglova ABC I ADC teče zakon refleksije: upadnog uglaα jednaka uglu refleksije γ .
Zakon prelamanja (Snellov zakon) (Slika 7.5):
· upadna zraka, prelomljena zraka i okomica povučena na sučelje u tački upada leže u istoj ravni;
· omjer sinusa upadnog ugla i sinusa ugla prelamanja je konstantna vrijednost za dati medij.
Rice. 7.5 Sl. 7.6
Izvođenje zakona refrakcije. Pretpostavimo da je ravan talas (talasni front AB), koji se širi u vakuumu duž pravca I brzinom With, pada na granicu sa sredinom u kojoj je brzina njegovog širenja jednaka u(Sl. 7.6).
Pustite vrijeme potrebno valu da pređe put Ned, jednako D t. Onda BC = s D t. U isto vrijeme, prednji dio vala pobuđen točkom A u okruženju sa brzinom u, će dostići tačke hemisfere čiji radijus AD = u D t. Položaj fronta prelomljenog talasa u ovom trenutku, u skladu sa Hajgensovim principom, dat je ravninom DC, i pravac njegovog širenja - zrakom III . Od sl. 7.6 jasno je da
ovo implicira Snellov zakon :
Nešto drugačiju formulaciju zakona širenja svjetlosti dao je francuski matematičar i fizičar P. Fermat.
Fizičke studije uključuju uglavnom optici, gdje je 1662. uspostavio osnovni princip geometrijske optike (Fermatov princip). Analogija između Fermatovog principa i varijacionih principa mehanike odigrala je značajnu ulogu u razvoju moderna dinamika i teorija optičkih instrumenata.
Prema Fermatov princip , svjetlost se širi između dvije tačke duž putanje koja zahtijeva najmanje vremena.
Pokažimo primjenu ovog principa na rješavanje istog problema prelamanja svjetlosti.
Zraka iz izvora svjetlosti S nalazi u vakuumu ide do tačke IN, koji se nalazi u nekom mediju izvan interfejsa (slika 7.7).
U svakom okruženju najkraći put će biti ravan S.A. I AB. Tačka A karakteriše udaljenost x od okomice ispuštene od izvora do sučelja. Odredimo vrijeme utrošeno na prelazak staze SAB:
.
Da bismo pronašli minimum, nalazimo prvi izvod od τ u odnosu na X i postavite ga na nulu:
odavde dolazimo do istog izraza koji je dobijen na osnovu Hajgensovog principa: .
Fermatov princip je zadržao svoj značaj do danas i poslužio je kao osnova za opštu formulaciju zakona mehanike (uključujući teoriju relativnosti i kvantnu mehaniku).
Iz Fermatovog principa slijedi nekoliko posljedica.
Reverzibilnost svetlosnih zraka : ako okrenete snop III (sl. 7.7), uzrokujući da padne na interfejs pod uglomβ, tada će se prelomljeni zrak u prvom mediju širiti pod uglom α, tj. ići će u suprotnom smjeru duž grede I .
Drugi primjer je fatamorgana , što često zapažaju putnici na vrućim putevima. Pred sobom vide oazu, ali kad stignu, svuda je pijesak. Suština je da u ovom slučaju vidimo kako svjetlost prolazi preko pijeska. Vazduh je veoma vruć iznad samog puta i unutra gornjih slojeva hladnije. Vrući vazduh, šireći se, postaje sve razrijeđeniji i brzina svjetlosti u njemu je veća nego u hladnom zraku. Dakle, svjetlost ne putuje pravolinijski, već duž putanje sa najmanje vremena, umotana u tople slojeve vazduha.
Ako dolazi svjetlost mediji sa visokim indeksom prelamanja (optički gušće) u medijum sa nižim indeksom prelamanja (optički manje gusto)( > ) , na primjer, iz stakla u zrak, zatim, prema zakonu prelamanja, prelomljeni zrak se udaljava od normale a ugao prelamanja β je veći od upadnog ugla α (slika 7.8 A).
Kako se upadni ugao povećava, ugao prelamanja raste (slika 7.8 b, V), sve dok pri određenom upadnom kutu () ugao prelamanja ne bude jednak π/2.
Ugao se zove granični ugao . Pri upadnim uglovima α > sva upadna svjetlost se potpuno odbija (slika 7.8 G).
· Kako se upadni ugao približava graničnom, intenzitet prelomljenog zraka opada, a intenzitet reflektovanog zraka raste.
· Ako je , tada intenzitet prelomljenog zraka postaje nula, a intenzitet reflektovanog zraka jednak je intenzitetu upadnog (slika 7.8 G).
· Dakle,pri upadnim uglovima u rasponu od do π/2,snop se ne lomi,i u potpunosti se odražava na prvu srijedu,Štaviše, intenziteti reflektovanih i upadnih zraka su isti. Ovaj fenomen se zove potpuna refleksija.
Granični ugao se određuje iz formule:
;
.
Fenomen totalne refleksije se koristi u prizmama totalne refleksije (Sl. 7.9).
Indeks prelamanja stakla je n » 1,5, stoga je granični ugao za interfejs staklo-vazduh = arcsin (1/1.5) = 42°.
Kada svjetlost padne na sučelje staklo-vazduh na α > 42° će uvijek biti potpuni odraz.
Na sl. 7.9 prikazane su prizme totalne refleksije koje omogućavaju:
a) rotirati snop za 90°;
b) rotirati sliku;
c) umotajte zrake.
Prizme totalne refleksije koriste se u optičkim instrumentima (na primjer, u dvogledima, periskopima), kao i u refraktometrima, koji omogućavaju određivanje indeksa prelamanja tijela (prema zakonu loma, mjerenjem određujemo relativni indikator indeks prelamanja dva medija, kao i apsolutni indeks prelamanja jednog medija, ako je poznat indeks prelamanja drugog medija).
Fenomen totalne refleksije se također koristi u svjetlosni vodiči , koji su tanke, nasumično zakrivljene niti (vlakna) napravljene od optički prozirnog materijala.
Dijelovi od vlakana koriste staklena vlakna, čije je jezgro za vođenje svjetlosti (jezgro) okruženo staklom - školjkom drugog stakla sa nižim indeksom prelamanja. Upad svjetlosti na kraj svjetlovoda pod uglovima većim od granice , prolazi kroz interfejs jezgro-ljuska totalna refleksija i širi se samo duž jezgra svjetlosnog vodiča.
Za kreiranje se koriste svjetlosni vodiči telegrafsko-telefonski kablovi velikog kapaciteta . Kabl se sastoji od stotina i hiljada optičkih vlakana tankih kao ljudska kosa. Ovaj kabl, debljine obične olovke, može istovremeno prenijeti do osamdeset hiljada telefonskih razgovora.
Osim toga, svjetlosni vodiči se koriste u optičkim katodnim cijevima, u elektronskim mašinama za brojanje, za kodiranje informacija, u medicini (na primjer, želučana dijagnostika) i za potrebe integrirane optike.