Zjawiska optyczne

1. Zjawiska optyczne Natalia Kosowska

2. ŚWIATŁO • Światło - pojęcie to ma inne znaczenie potoczne i w nauce. • Potocznie nazywa się tak widzialną część promieniowania elektromagnetycznego, czyli promieniowanie widzialne odbierane przez siatkówkę oka ludzkiego np. w określeniu światłocień. Precyzyjne ustalenie zakresu długości fal elektromagnetycznych nie jest tutaj możliwe, gdyż wzrok każdego człowieka charakteryzuje się nieco inną wrażliwością, stąd za wartości graniczne przyjmuje się maksymalnie 380-780 nm, choć często podaje się mniejsze zakresy (szczególnie od strony fal najdłuższych) aż do zakresu 400-700 nm. • W nauce pojęcie światła jest jednak szersze. Często używa się pojęcia promieniowanie optyczne, gdyż nie tylko światło widzialne, ale i sąsiednie zakresy, czyli ultrafiolet i podczerwień można obserwować i mierzyć korzystając z podobnego zestawu przyrządów, a wyniki tych badań można opracowywać korzystając z tych samych praw fizyki.

3. Przykłady wskazujące, że światłem należy nazywać szerszy zakres promieniowania, niż tylko światło widzialne: • wiele substancji barwiących płowieje nie tylko od kontaktu ze światłem widzialnym, ale i bliskim ultrafioletem pochodzącym ze Słońca; • rozszczepiając, za pomocą pryzmatu, światło emitowane przez rozgrzane ciała , można zaobserwować wzrost temperatury przesuwając termometr wzdłuż uzyskanych barw widmowych, wzrost ten jest mierzalny także dalej, w niewidocznej części widma, która jest również załamywana przez ten pryzmat; • wiele zwierząt ma zakresy widzenia światła wykraczające poza zakres widzenia ludzkiego oka. Tak więc można mówić o "świetle widzialnym" i "świetle niewidzialnym".

4. Promieniowanie optyczne W naukach ścisłych używa się określenia promieniowanie optyczne, czyli promieniowanie podlegające prawom optyki geometrycznej oraz falowej. Przyjmuje się, że promieniowanie optyczne obejmuje zakres fal elektromagnetycznych o długości od 10 nm do 1 mm, podzielony na trzy zakresy: • podczerwień, • światło widzialne, • ultrafiolet.

5. Źródła światła Źródłami światła są wszystkie ciała świecące światłem własnym. Najsilniejszymi źródłami światła docierającego do Ziemi są gwiazdy, a w szczególności Słońce. Źródłami światła są również inne ciała wysyłające światło w wyniku, np. • podgrzania do wysokiej temperatury (żarówka); • pobudzenia do świecenia cząsteczek gazów w silnym polu elektrycznym (świecące gazy np. w reklamach sklepowych, czy w neonówce używanej przez ludzi w doświadczeniach z elektrostatyki); • pochłaniania promieniowania ultrafioletowego (tzw. luminofor, mający zastosowanie w świetlówkach); • reakcji chemicznych (płomień świecy; niektóre organizmy żywe, np. świetliki, pewne gatunki ryb, meduz i rosnących na drzewach grzybów świecą). Wszystkie przedmioty oświetlone światłem, np. słonecznym, odbijają lub rozpraszają to światło, stając się wtórnymi jego źródłami.

6. ODBICIE ŚWIATŁA Jeżeli światło napotka na swej drodze gładki, wypolerowany, przedmiot przez ludzi znany jako lustro lub zwierciadło, wówczas odbija się od niego. Gdy przeglądamy się w lustrze wykorzystujemy właśnie owe odbicie światła. Człowiek wykorzystuje je również m. in. jadąc autem – nie musi odwracać się do tyłu, ponieważ może spojrzeć w lusterko samochodowe i obserwować jadące za nim auta - wykorzystuje się lustro też w stomatologii, gdy dentysta sprawdza nam stan zębów. Lustrem jest też łyżeczka po oby stronach lub tafla spokojnego jeziora, które odbija wszystko co wokół się znajduje.

7. Prawo odbicia światła Jeśli kąt padania i kąt odbicia leżą w jednej płaszczyźnie, to kąt padania jest równy kątowi odbicia: α = β .

8. Zwierciadła Wszystkie przedmioty odbijają światło, które trafia do naszych oczu z informacją o wyglądzie tych ciał. Kobiety potrafią godzinami stać przez lustrem i poprawiać swój wygląd. Nie podoba im się nos, kształt oczu czy kolor włosów. Większość z nich nie wie jednak, że obraz, który widzą w lustrze, jest tylko obrazem pozornym. Dzięki zjawisku odbicia widzimy nasze otoczenie. Są dwie konstrukcje geometryczne powstawania obrazów w zwierciadle płaskim: • Gdy źródłem jest świecący punkt. • Gdy źródłem jest świecący przedmiot.

9. ZAŁAMANIE ŚWIATŁA Jeżeli światło pada na granicę dwóch przezroczystych ośrodków, (np. powietrza i wody) to zwykle jego część odbija się zgodnie z prawem odbicia, a część wchodzi do drugiego ośrodka. Nazywamy to załamaniem światła. Zmiana kierunku promieni świetlnych podczas załamania nie jest przypadkowa. Opisuje to prawo załamania światła nazywane niekiedy prawem Snelliusa.

10. Prawo załamania światła Prawo załamania światła łączy ze sobą dwa kąty - kąt padania na powierzchnię rozgraniczającą dwa ośrodki i kąt załamania powstający gdy promień przejdzie granicę i zacznie się rozchodzić w drugim ośrodku. Stosunek sinusa kąta padania, do sinusa kąta załamania jest dla danych ośrodków stały i równy stosunkowi prędkości fali w ośrodku pierwszym, do prędkości fali w ośrodku drugim. Kąty padania i załamania leżą w tej samej płaszczyźnie.

11. Zobrazowane prawo załamania α – kąt padaniaβ – kąt załamaniav1 – prędkość światła w ośrodku 1v2 – prędkość światła w ośrodku 2

12. Przykłady Zjawisko załamania otacza nas w codziennym życiu zupełnie jak odbicie światła. „Załamuje” się np. • łyżeczka w szklance z herbatą; • wiosło w wodzie jeziora; • łodyga kwiatu w wodzie, która jest w wazonie; • pędzel w wodzie, gdy malujemy farbami itp. Pozorne zmiany kształtu i położenia tych przedmiotów są również spowodowane załamaniem.

13. Przejście promienia światła Jeżeli promień światła przechodzi z jednego ośrodka do drugiego rozróżniamy kilka przypadków: • Jeśli promień przechodzi z ośrodka, w którym szybkość światła jest większa, do ośrodka, w którym jest ona mniejsza, to wówczas kąt załamania jest mniejszy od kąta padania, czyli • Jeśli kąt padania jest równy zeru, to promień światła przechodzi z jednego ośrodka do drugiego bez zmiany kierunku. • Jeśli promień przechodzi z ośrodka, w którym szybkość światła jest mniejsza, do ośrodka, w którym jest ona większa, to wówczas kąt załamania jest większy od kąta padania . Gdy zwiększa się kąt padania, to zwiększa się kąt załamania.