Orosz fény

1876-ban Londonban a precíz fizikai eszközök kiállításánárok orosz feltaláló Pavel Nikolaevich Ya blochkov rendkívüli eseményt mutatott be a látogatóknak elektromos gyertya. Alakja hasonló a közönséges sztearinhoz, uh az a gyertya vakítóan erős fénnyel égett. Ugyanebben az évben a "Jablochkov gyertyái" megjelentek Párizs utcáin. Fehér matt golyókba helyezve fényes kellemest adtak fény. BAN BENrövid ideig csodálatos gyertya orosz feltalálók mögöttkiharcolta az egyetemes elismerést. "Yablochkov gyertyák" világít legjobb szállodák, utcák és parkok legnagyobb városok Európa, Megszokta a gyertyák és petróleumlámpák halvány fényét, a múlt század emberei megcsodálták "Jablocskov gyertyáit". Új a fényt "orosz fénynek", "északi fénynek" nevezték. Újságok számáraA nyugat-európai országok ezt írták: „Északról érkezik hozzánk a fény – Oroszországból”, „Oroszország a fény szülőhelye”.

Didaktikai anyag

A fény terjedése

Mint tudjuk, a hőátadás egyik fajtája a sugárzás. A sugárzás során az energia átadása egyik testről a másikra akár vákuumban is végrehajtható. A sugárzásnak több fajtája van, ezek közül az egyik a látható fény.

A megvilágított testek fokozatosan felmelegszenek. Ez azt jelenti, hogy a fény valóban sugárzás.

A fényjelenségeket a fizika optika ága vizsgálja. Az „optika” szó görögül „láthatót” jelent, mivel a fény a sugárzás látható formája.

A fényjelenségek tanulmányozása rendkívül fontos az ember számára. Hiszen az információk több mint kilencven százalékát a látás, vagyis a fényérzékelési képesség révén kapjuk meg.

A fényt kibocsátó testeket fényforrásoknak nevezzük – természetes vagy mesterséges.

A természetes fényforrások példái a Nap és más csillagok, a villámlás, a világító rovarok és a növények. Mesterséges fényforrások egy gyertya, egy lámpa, egy égő és még sok más.

Bármely fényforrásban a sugárzás energiát fogyaszt.

A nap fényt bocsát ki a mélyében lezajló nukleáris reakciók energiájának köszönhetően.

A petróleumlámpa a kerozin égésekor felszabaduló energiát fénnyé alakítja.

fényvisszaverődés

Az ember akkor lát egy fényforrást, amikor az abból származó sugár belép a szemébe. Ha a test nem forrás, akkor a szem valamilyen forrásból származó sugarakat érzékelhet, amelyeket ez a test tükröz vissza, vagyis a test felületére esnek, és megváltoztatják a további terjedés irányát. A sugarakat visszaverő test lesz a visszavert fény forrása.

A test felszínére hulló sugarak megváltoztatják a további terjedés irányát. Visszaverődéskor a fény ugyanabba a közegbe tér vissza, amelyből a test felületére esett. A sugarakat visszaverő test lesz a visszavert fény forrása.

Amikor meghalljuk ezt a szót a „tükrözés”, először is egy tükör jut eszünkbe. A mindennapi életben leggyakrabban lapos tükröket használnak. Egy lapos tükör segítségével egyszerű kísérlettel megállapítható a fény visszaverődésének törvénye. Tegyük a megvilágítót az asztalon fekvő papírlapra úgy, hogy vékony fénysugár feküdjön az asztal síkjában. Ebben az esetben a fénysugár átcsúszik a papírlap felületén, és látni fogjuk.

Helyezzünk egy lapos tükröt függőlegesen egy vékony fénysugár útjába. Egy fénysugár visszaverődik róla. Ellenőrizhető, hogy a visszavert sugár, akárcsak a tükörre eső, átcsúszik a papíron az asztal síkjában. Jelölje meg ceruzával egy papírlapon mindkét fénysugár és a tükör egymáshoz viszonyított helyzetét. Eredményül kapjuk a kísérlet sémáját.A beeső sugár és a visszaverő felületre a beesési pontban visszaállított merőleges közötti szöget az optikában beesési szögnek szokták nevezni. Ugyanazon merőleges és a visszavert nyaláb közötti szög a visszaverődés szöge. A tapasztalat eredménye:

1. A beeső sugár, a visszavert sugár és a visszaverő felületre merőleges, a beesési pontban rekonstruált sugár ugyanabban a síkban fekszik.
2. Beesési szög egyenlő a szöggel tükröződések. Ez a két következtetés a reflexió törvényét képviseli.

Egy lapos tükörre nézve az előtte elhelyezkedő tárgyak képét látjuk. Ezek a képek pontosan ugyanazok kinézet tételeket. Úgy tűnik, hogy ezek az ikertárgyak a tükör felszíne mögött helyezkednek el.

Tekintsük egy pontforrás képét lapos tükörben. Ehhez a forrásból tetszőlegesen több sugarat húzunk, ezeknek megfelelő visszavert sugarakat megkonstruálunk, majd befejezzük a visszavert sugarak folytatását a tükör síkján túl. A tükör síkja mögött a sugarak minden folytatása egy ponton metszi egymást: ez a pont a forrás képe.

Mivel nem maguk a sugarak futnak össze a képen, hanem csak a folytatásaik, a valóságban ezen a ponton nincs kép: csak nekünk úgy tűnik, hogy a sugarak innen származnak. Az ilyen képet képzeletnek nevezzük.

Fénytörés

Amikor a fény eléri a két közeg határfelületét, egy része visszaverődik, míg a másik része áthalad a határon, ugyanakkor megtörik, vagyis megváltoztatja a további terjedés irányát.

A vízbe merített érme nagyobbnak tűnik számunkra, mint amikor csak az asztalon hever. Egy pohár vízbe helyezett ceruza vagy kanál töröttnek tűnik számunkra: a vízben lévő rész megemelkedett és kissé megnagyobbodott. Ezeket és sok más optikai jelenséget a fénytörés magyarázza.

A fény törése annak a ténynek köszönhető, hogy a fény különböző közegekben eltérő sebességgel halad.

A fény terjedési sebessége egy adott közegben az adott közeg optikai sűrűségét jellemzi: minél nagyobb egy adott közegben a fény sebessége, annál kisebb az optikai sűrűsége.

Hogyan változik a törésszög, amikor a fény levegőből vízbe, és vízből levegőbe kerül? Kísérletek azt mutatják, hogy amikor levegőből vízbe kerül, a törésszög kisebb, mint a beesési szög. És fordítva: amikor a vízből a levegőbe kerül, a törésszög nagyobb, mint a beesési szög.

A fénytörési kísérletekből két tény vált nyilvánvalóvá: 1. A beeső nyaláb, a megtört nyaláb és a két közeg közötti határfelületre merőleges, a beesési ponton helyreállított, ugyanabban a síkban fekszik.

1. Amikor optikailag sűrűbb közegből egy optikailag kevésbé sűrű közegbe lépünk át, a törésszög nagyobb, mint a beesési szög.Amikor optikailag kevésbé sűrű közegből egy optikailag sűrűbb közegbe lépünk át, a törésszög kisebb, mint a beesési szög.

Érdekes jelenség figyelhető meg, ha a beesési szöget fokozatosan növeljük, amikor a fény optikailag kevésbé sűrű közegbe kerül. A törésszög ebben az esetben köztudottan nagyobb, mint a beesési szög, és a beesési szög növekedésével a törésszög is növekedni fog. A beesési szög bizonyos értékénél a törésszög 90o lesz.

Fokozatosan növeljük a beesési szöget, ahogy a fény optikailag kevésbé sűrű közegbe kerül. A beesési szög növekedésével a törésszög is nő. Amikor a törésszög kilencven fokossá válik, a megtört nyaláb nem jut át ​​a második közegbe az elsőből, hanem a két közeg közötti határfelület síkjában csúszik.

Ezt a jelenséget teljes belső visszaverődésnek nevezik, és a beesési szög, amelynél előfordul, a teljes belső visszaverődés határszöge.

A teljes belső reflexió jelenségét széles körben alkalmazzák a technikában. Ez a jelenség rugalmas optikai szálak használatán alapul, amelyeken keresztül a falakról többször visszaverődő fénysugarak áthaladnak.

A fény nem kerül ki a szálból a teljes belső visszaverődés miatt. Egy egyszerűbb, teljes belső visszaverődést használó optikai eszköz egy megfordítható prizma: a bejutó sugarak felcserélésével megfordítja a képet.

Kép lencsékben

Vékonynak nevezzük azt a lencsét, amelynek vastagsága kicsi az ennek a lencse felületét alkotó gömbök sugarához képest. A következőkben csak a vékony lencséket vesszük figyelembe. Tovább optikai sémák a vékony lencsék szegmensekként vannak ábrázolva, a végén nyilakkal. A nyilak irányától függően a diagramok különbséget tesznek konvergáló és széttartó lencsék között.

Nézzük meg, hogy a fő optikai tengellyel párhuzamos sugárnyaláb hogyan halad át a lencséken. Átjön

konvergáló lencse, a sugarak egy ponton gyűlnek össze. Miután áthaladtak egy széttartó lencsén, a sugarak különböző irányokba térnek el úgy, hogy minden folytatásuk egy ponton konvergál, amely a lencse előtt fekszik.

Azt a pontot, ahol a konvergáló lencsében történő törés után a fő optikai tengellyel párhuzamos sugarak összegyűlnek, az F lencse fő fókuszának nevezzük.

Egy széttartó lencsében a fő optikai tengelyével párhuzamos sugarak szétszóródnak. Az a pont, ahol a megtört sugarak folytatásai összegyűlnek, a lencse előtt fekszik, és a divergens lencse fő fókuszának nevezik.

A divergens lencse fókuszát nem maguknak a sugaraknak, hanem azok folytatásainak metszéspontjában kapjuk, ezért képzeletbeli, ellentétben a konvergáló lencsével, amelynek valódi fókusza van.

Az objektívnek két fő fókusza van. Mindkettő egyenlő távolságra fekszik a lencse optikai középpontjától annak fő optikai tengelyén.

Az objektív optikai középpontja és a fókusz közötti távolságot az objektív gyújtótávolságának nevezzük. Minél jobban megváltoztatja a lencse a sugarak irányát, annál kisebb a gyújtótávolsága. Ezért a lencse optikai teljesítménye fordítottan arányos a gyújtótávolságával.

Az optikai teljesítményt általában "DE" betűvel jelölik, és dioptriában mérik. Például a szemüvegrecept felírásakor jelzik, hogy hány dioptriás legyen a jobb és bal oldali lencse optikai teljesítménye.

dioptria (dptr) az 1 m-es gyújtótávolságú lencse optikai teljesítménye. Mivel a konvergens lencséknek valós, a divergens lencséknek képzeletbeli gócok vannak, megállapodtunk abban, hogy a konvergens lencsék optikai erejét pozitív értéknek, a divergens lencsék optikai erejét negatívnak tekintjük.

Ki hozta létre a fényvisszaverődés törvényét?

A 16. században az optika ultramodern tudomány volt. Fókuszáló lencseként használt vízzel töltött üveggolyóból keletkezett nagyító, és abból egy mikroszkóp és egy távcső. Az akkori legnagyobb tengeri hatalomnak, Hollandiának jó távcsövekre volt szüksége ahhoz, hogy időben lássa a veszélyes partot, vagy időben elmeneküljön az ellenségtől. Az optika biztosította a navigáció sikerét és megbízhatóságát. Ezért Hollandiában sok tudós foglalkozott vele. A holland Willebrord, Snel van Rooyen, aki magát Snelliusnak nevezte (1580-1626), megfigyelte (amit egyébként sokan előtte is láttak), hogyan verődik vissza egy vékony fénysugár a tükörben. Egyszerűen megmérte a sugár beesési szögét és visszaverődési szögét (amit előtte senki sem csinált), és megállapította a törvényt: a beesési szög egyenlő a visszaverődés szögével.

Forrás. Tükör világ. Gilde V. - M.: Mir, 1982. p. 24.

Miért olyan nagyra értékelik a gyémántokat?

Nyilvánvalóan az ember különösen értékel mindent, ami nem illik vagy nehezen változtatható. Beleértve a nemesfémeket és a köveket. Az ókori görögök a gyémántot "adamasnak" nevezték - ellenállhatatlannak, ami kifejezte különleges hozzáállásukat ehhez a kőhöz. Természetesen a durva kövekben (a gyémántokat sem vágták) a legszembetűnőbb tulajdonság a keménység és a ragyogás volt.

A gyémántok magas törésmutatóval rendelkeznek; 2,41 a vörös és 2,47 az ibolya (összehasonlításképpen elég annyit mondani, hogy a víz törésmutatója 1,33, az üvegé pedig, a fokozattól függően, 1,5 és 1,75 között).

A fehér fény a spektrum színeiből áll. És amikor a nyalábja megtörik, az alkotó színes sugarak mindegyike másként térül el, mintha a szivárvány színeire hasadna. Ezért van a "színjáték" a gyémántban.

Ez kétségtelenül az ókori görögöket is lenyűgözte. A kő nemcsak ragyogásában és keménységében kivételes, hanem Platón egyik "tökéletes" szilárd testének alakja is!

Tapasztalatok

1. sz. optikában szerzett TAPASZTALAT

Magyarázza el egy fahasáb megsötétülését a nedvesítés után.

Felszerelés: edény vízzel, fa tömb.

Magyarázza el egy álló tárgy árnyékának rezgését, amikor a fény áthalad a levegőn egy égő gyertya felett! Felszerelés: állvány, golyó a cérnán, gyertya, vetítővászon, projektor.

Ragasszon színes papírdarabokat a ventilátor lapátjaira, és figyelje meg, hogyan állnak össze a színek a különböző forgási módok között. Magyarázza meg a megfigyelt jelenséget!

2. TAPASZTALAT

A fény interferenciájával.

A fényelnyelés egyszerű bemutatója vizesoldat festék

Az elkészítéséhez csak iskolai világító, egy pohár víz és egy fehér képernyő szükséges. A festékek nagyon sokfélék lehetnek, beleértve a fluoreszkálókat is.

A tanulók nagy érdeklődéssel figyelik a fehér fénysugár színváltozását, ahogy az a festéken keresztül terjed. Számukra nem várt az oldatból kilépő sugár színe. Mivel a fényt a megvilágító lencséje fókuszálja, a képernyőn lévő folt színét a folyadéküveg és a képernyő közötti távolság határozza meg.

Egyszerű kísérletek lencsékkel. (3. KÍSÉRLET)

Mi történik egy tárgy lencsével kapott képével, ha a lencse egy része eltörik, és a képet a maradék rész felhasználásával kapjuk?

Válasz . A képet ugyanott kapjuk meg, ahol egy egész lencse segítségével készült, de a megvilágítása kisebb lesz, mert. a tárgyból kilépő sugarak kisebb része eléri a képét.

Helyezzen egy kis fényes tárgyat a Nap által megvilágított asztalra (vagy egy erős lámpára), például egy golyót egy csapágyból vagy egy csavart a számítógépből, és nézze meg egy fóliadarabon lévő apró lyukon keresztül. A többszínű gyűrűk vagy oválisok tökéletesen láthatóak lesznek. Milyen jelenség lesz megfigyelhető? Válasz. Diffrakció.

Egyszerű kísérletek színes üvegekkel. (4. KÍSÉRLET)

Egy fehér papírlapra piros filctollal vagy ceruzával írd fel, hogy „kiváló”, zöld filctollal pedig „jó”. Vegyünk két üveg üvegdarabot - zöldet és pirosat.

(Figyelem! Vigyázat, a töredékek szélén megsérülhet!)

Melyik üvegen kell átnézni a „kiváló” értékeléshez?

Válasz . A zöld üvegen keresztül kell nézni. Ebben az esetben a felirat zöld papír alapon feketével lesz látható, mivel a „kiváló” felirat piros fényét a zöld üveg nem ereszti át. Piros üvegen keresztül nézve a piros felirat nem lesz látható a papír piros hátterén.

5. KÍSÉRLET: A diszperzió jelenségének megfigyelése

Ismeretes, hogy amikor egy keskeny fehér fénysugarat átengedünk egy üvegprizmán, a prizma mögé telepített képernyőn szivárványcsíkot figyelhetünk meg, amelyet diszperziós (vagy prizmás) spektrumnak nevezünk. Ez a spektrum akkor is megfigyelhető, ha a fényforrást, a prizmát és a képernyőt egy zárt edénybe helyezzük, amelyből a levegőt kiszívták.

Az utolsó kísérlet eredményei azt mutatják, hogy van függőség abszolút mutatóüveg törése a fényhullámok frekvenciájától. Ez a jelenség sok anyagnál megfigyelhető, és fénydiszperziónak nevezik. Különféle kísérletek vannak a fénydiszperzió jelenségének illusztrálására. Az ábra a megvalósítás egyik lehetőségét mutatja.

A fényszórás jelenségét Newton fedezte fel, és az egyik legfontosabb felfedezésének tartják. Az 1731-ben állított sírkő fiatal férfiak alakjait ábrázolja, akik Newton legfontosabb felfedezésének emblémáit tartják. Az egyik fiatalember kezében egy prizma látható, az emlékmű feliratában pedig a következő szavak olvashatók: "A fénysugarak különbségét és az ebben megnyilvánuló színek különböző tulajdonságait vizsgálta, amit korábban senki sem sejtett."

6. TAPASZTALAT: A tükörnek van memóriája?

Hogyan helyezzünk lapos tükröt egy rajzolt téglalapra, hogy képet kapjunk: háromszög, négyszög, ötszög. Felszerelés: lapos tükör, egy papírlap, amelyre négyzetet húztak.

KÉRDÉSEK

Az átlátszó plexi átlátszatlanná válik, ha felületét csiszolópapírral dörzsöljük. Ugyanaz az üveg újra átlátszóvá válik dörzsölve...Hogyan?

Az objektív rekesznyílás-skáláján számokat alkalmazunk, egyenlő az aránnyal fókusztávolság a furat átmérőjéhez viszonyítva: 2; 2,8; 4,5; 5; 5.8 stb. Hogyan változik az expozíciós idő, ha a rekesznyílást a skála nagyobb részébe mozgatjuk?

Válasz. Hogyan több szám rekeszértéket a skála jelzi, annál világosabb a kép, és nagyobb a fényképezéshez szükséges záridő.

A fényképezőgép lencséi leggyakrabban több objektívből állnak. A lencsén áthaladó fény részben visszaverődik a lencsék felületéről. Milyen hibákhoz vezet ez a felvétel során?Válasz

Havas síkságok és vízfelületek fényképezésekor napos Napok napkollektoros búra használata javasolt, mely belül megfeketedett hengeres vagy kúpos cső, felhelyezve
lencse. Mi a motorháztető célja?Válasz

Annak megakadályozására, hogy a fény visszaverődjön a lencsén belül, egy nagyon vékony, tízezred milliméteres nagyságrendű átlátszó filmet visznek fel a lencse felületére. Az ilyen lencséket megvilágosodottnak nevezik. Milyen fizikai jelenségen alapul a lencsebevonat? Magyarázza el, hogy a lencsék miért nem verik vissza a fényt.Válasz.

Kérdés a számára fórum

Miért tűnik a fekete bársony sokkal sötétebbnek, mint a fekete selyem?

Miért fehér fény, áthaladva az ablaküvegen, nem bomlik komponensekre?Válasz.

Blitz

1. Hogy hívják a halánték nélküli szemüveget? (pince-nez)

2. Mit ad egy sas a vadászat során? (Árnyék.)

3. Miért híres Kuinzhi művész? (A levegő és a holdfény átlátszóságának ábrázolásának képessége)

4. Hogy hívják a színpadot megvilágító lámpákat? (sofits)

5. A drágakő kék vagy zöldes?(Türkiz)

6. Jelölje meg, hogy a hal hol van a vízben, ha a halász az A pontban látja.

Blitz

1. Mit nem lehet egy ládába rejteni? (Egy fénysugár)

2. Milyen színű a fehér fény? (A fehér fény többszínű sugarak sorozatából áll: piros, narancs, sárga, zöld, kék, indigó, ibolya)

3. Mi több: felhő vagy árnyék belőle? (A felhő a talaj felé szűkülő teljes árnyékkúpot vet, melynek magassága a felhő jelentős mérete miatt nagy. Ezért a felhő árnyéka kis mértékben tér el magától a felhőtől)

4. Követed őt, ő követ téged, te követed őt, ő követ téged. Ami? (Árnyék)

5. A széle látszik, de nem éred el. Mi az? (horizont)

Optikai csalódások.

Nem gondolja, hogy a fekete-fehér csíkok ellentétes irányba mozognak? Ha megdönti a fejét - majd jobbra, majd balra - a forgásirány is megváltozik.

Végtelen lépcső vezet felfelé.

nap és szem

ne legyél olyan, mint a szemek Napja,

Nem látta a napot... W. Goethe

A szem és a nap szembeállítása olyan régi, mint maga az emberi faj. Az ilyen összehasonlítás forrása nem a tudomány. Korunkban pedig a tudomány mellett, az új természettudomány által feltárt és megmagyarázott jelenségképpel egyidejűleg tovább él a gyermek és az ősember eszmevilága, akarva-akaratlanul az őket utánzó költők világa. Érdemes néha ebbe a világba tekinteni, mint a tudományos hipotézisek egyik lehetséges forrására. Csodálatos és mesés; ebben a világban merészen húznak hidakat-összefüggéseket a természet jelenségei között, amelyeket a tudomány néha még nem sejt. Bizonyos esetekben ezeket az összefüggéseket helyesen kitalálják, néha alapvetően hibásak és egyszerűen nevetségesek, de mindig figyelmet érdemelnek, mivel ezek a hibák gyakran segítenek megérteni az igazságot. Ezért tanulságos a szem és a Nap kapcsolatának kérdését először a gyermeki, primitív és költői elképzelések felől közelíteni.

A "bújócska" játék közben a gyermek nagyon gyakran úgy dönt, hogy a legváratlanabb módon elrejtőzik: becsukja a szemét vagy letakarja a kezével, biztos abban, hogy most senki sem fogja látni; számára a látást a fénnyel azonosítják.

Még meglepőbb azonban, hogy a látás és a fény ugyanaz az ösztönös zavara a felnőtteknél is fennmarad. A fotósok, vagyis a gyakorlati optikában járatos emberek gyakran azon kapják magukat, hogy behunyják a szemüket, amikor a tányérok betöltésekor, előhívásakor ügyelni kell arra, hogy a fény ne hatoljon be a sötét helyiségbe.

Ha figyelmesen hallgatja, hogyan beszélünk, a saját szavainkra, akkor itt is azonnal megtaláljuk ugyanannak a fantasztikus optikának a nyomait.

Anélkül, hogy ezt észrevennék, az emberek azt mondják: "a szemek szikráztak", "kisütött a nap", "a csillagok néznek".

A költők számára a vizuális ábrázolások átadása a világítótestnek, és fordítva, a fényforrások tulajdonságainak a szemhez való hozzárendelése a leggyakoribb, mondhatni kötelező technika:

Az éjszaka csillagai

Mint a vádló szemek

Gúnyosan néznek rá.

A szeme ragyog.

A. S. Puskin.

Néztük veled a csillagokat

Rajtunk vannak. Fet.

Hogyan látnak téged a halak?

A fénytörés miatt a halász nem ott látja a halat, ahol valójában van.

Népi előjelek

FÉNYSZÓRÁS

A fényt áteresztő anyag részecskéi apró antennákként viselkednek. Ezek az "antennák" könnyű elektromágneses hullámokat fogadnak és új irányokba továbbítják. Ezt a folyamatot Lord Rayleigh angol fizikus (John William Strutt, 1842-1919) után Rayleigh-szórásnak nevezik.

Tapasztalat 1

Helyezzen egy fehér papírlapot egy asztalra, mellé egy zseblámpát úgy, hogy a fényforrás a papírlap hosszú oldalának közepén helyezkedjen el.
Töltsön meg két színtelen, átlátszó műanyag poharat vízzel. Jelölővel jelölje meg a szemüveget A és B betűkkel.
Adjunk hozzá egy csepp tejet a B pohárhoz, és keverjük össze
Hajtson össze egy 15x30 cm-es fehér kartonlapot a rövid végeivel, és hajlítsa félbe kunyhó formájában. Ez szolgál majd képernyőként. Telepítse a képernyőt a zseblámpa elé, azzal ellenkező oldal papírlap.

Sötétítse el a szobát, kapcsolja be a zseblámpát, és vegye észre a képernyőn a zseblámpa által keltett fényfolt színét.
Helyezze az A poharat egy papírlap közepére, a zseblámpa elé, és tegye a következőket: jegyezze fel a képernyőn lévő fényfolt színét, amely a zseblámpa fényének a vízen keresztül történő áthaladása következtében alakult ki; nézze meg alaposan a vizet, és figyelje meg, hogyan változott a víz színe.
Ismételje meg a lépéseket, és cserélje ki az A üveget B üvegre.

Ennek eredményeként a képernyőn egy zseblámpa fénycsóva által képzett fényfolt, amelynek útjában levegőn kívül más nincs, lehet fehér vagy enyhén sárgás. Amikor egy fénysugár áthalad a tiszta vízen, a képernyőn lévő folt színe nem változik. A víz színe sem változik.
Ám miután a sugarat átengedtük a vízen, amelyhez tejet adnak, a képernyőn a fényfolt sárgának vagy akár narancssárgának tűnik, és a víz kékes színűvé válik.

Miért?
A fénynek, mint az elektromágneses sugárzásnak általában, hullám- és részecsketulajdonságai is vannak. A fény terjedése hullámszerű, kölcsönhatása az anyaggal úgy történik, mintha fénykibocsátás egyedi részecskékből áll. A fényrészecskék - kvantumok (egyébként fotonok) különböző frekvenciájú energiakötegek.

A fotonok részecskék és hullámok tulajdonságaival is rendelkeznek. Mivel a fotonok hullámoszcillációt tapasztalnak, a megfelelő frekvenciájú fény hullámhosszát egy foton méretének vesszük.
A zseblámpa fehér fényforrás. Ez a látható fény, amely a színek különféle árnyalataiból áll, pl. különböző hullámhosszúságú sugárzás - a vöröstől, a leghosszabb hullámhosszútól a kékig és liláig, a látható tartományban a legrövidebb hullámhosszúak.A különböző hullámhosszú fényrezgések keveredésekor a szem érzékeli azokat, és az agy ezt a kombinációt fehérnek értelmezi, i.e. szín hiánya. A fény áthalad a tiszta vízen anélkül, hogy bármilyen színt kapna.

De amikor a fény áthalad a tejjel színezett vízen, észrevesszük, hogy a víz kékes színűvé vált, és a képernyő fényfoltja sárgás-narancssárga. Ez a fényhullámok egy részének szétszóródása (eltérése) eredményeként történt. A szórás lehet rugalmas (reflexió), amelyben a fotonok részecskékkel ütköznek és visszapattannak róluk, akárcsak két biliárdgolyó egymásról. A foton akkor szóródik a legjobban, ha egy magával körülbelül azonos méretű részecskével ütközik.

A vízben lévő kis tejrészecskék a legjobban szórják a rövid hullámhosszú sugárzást - kék és lila. Így, amikor a fehér fény áthalad a tejjel színezett vízen, a halványkék szín benyomása a rövid hullámhosszak szórásának köszönhető. A fénysugárból rövid hullámhosszú tejrészecskékre szórva főként sárga és narancssárga hullámhossz marad. Továbbmennek a képernyőre.

Ha a részecskeméret nagyobb, mint a látható fény maximális hullámhossza, akkor a szórt fény minden hullámhosszból áll; ez a fény fehér lesz.

Tapasztalat 2

Hogyan függ a szórás a részecskekoncentrációtól?
Ismételje meg a kísérletet a tej különböző koncentrációival vízben, 0 és 10 csepp között. Figyelje meg a víz színárnyalatainak és a víz által átbocsátott fénynek a változását.

Tapasztalat 3

Függ-e a fény szóródása egy közegben a fény sebességétől?
A fény sebessége annak az anyagnak a sűrűségétől függ, amelyben a fény terjed. Minél nagyobb egy közeg sűrűsége, annál lassabban halad át rajta a fény.

Ne feledje, hogy a fény szóródása különböző anyagokban összehasonlítható ezen anyagok fényességének megfigyelésével. Tudva, hogy a fény sebessége levegőben 3 x 108 m/s, a fény sebessége vízben 2,23 x 108 m/s, összehasonlíthatjuk például a nedves folyami homok fényességét a száraz homok fényességével. Ebben az esetben szem előtt kell tartani azt a tényt, hogy a száraz homokra eső fény a levegőn, a nedves homokra eső fény a vízen halad át.

Öntse a homokot egy eldobható papírtányérba. Öntsön egy kis vizet a tányér széléről. Miután megjegyezte a lemezen lévő homok különböző részeinek fényességét, vonjon le következtetést, hogy melyik homokban nagyobb a szórás: szárazon (amelyben a homokszemeket levegő veszi körül) vagy nedvesben (a homokszemeket víz veszi körül). Kipróbálhat más folyadékot is, például növényi olajat.

Bevezetés

1. Irodalmi szemle

1.1. A geometriai optika fejlődéstörténete

1.2. A geometriai optika alapfogalmai és törvényei

1.3. Prizmaelemek és optikai anyagok

2. Kísérleti rész

2.1 Anyagok és kísérleti technika

2.2. Kísérleti eredmények

2.2.1. Demonstrációs kísérletek 90º-os törésszögű üvegprizmával

2.2.2. Demonstrációs kísérletek vízzel töltött üvegprizmával, 90º törésszöggel

2.2.3. Demonstrációs kísérletek levegővel töltött üreges üvegprizmával, 74º törésszöggel

2.3. A kísérleti eredmények megbeszélése

Felhasznált irodalom jegyzéke

Bevezetés

A kísérlet döntő szerepe a fizika iskolai tanulmányozásában megfelel a természettudományok fő elvének, mely szerint a kísérlet a jelenségek megismerésének alapja. A demonstrációs kísérletek hozzájárulnak a fizikai fogalmak létrehozásához. A demonstrációs kísérletek között az egyik legfontosabb helyet a geometriai optikában végzett kísérletek foglalják el, amelyek lehetővé teszik a fény fizikai természetének vizuális bemutatását és a fényterjedés alapvető törvényeinek bemutatását.

Ebben a cikkben a geometriai optikában prizmával végzett kísérletek beállításának problémája Gimnázium. A legszembetűnőbb és legérdekesebb optika kísérleteket olyan berendezések segítségével választották ki, amelyeket bármely iskola megvásárolhat vagy önállóan készíthet.

Irodalmi áttekintés

1.1 A geometriai optika fejlődésének története.

Az optika olyan tudományokra utal, amelyek kezdeti ötletei az ókorban merültek fel. Évszázados történelme során folyamatos fejlődésen ment keresztül, jelenleg az egyik alapvető fizikai tudomány, amelyet új jelenségek és törvényszerűségek felfedezései gazdagítanak.

Az optika legfontosabb problémája a fény természetének kérdése. Az első elképzelések a fény természetéről az ókorban merültek fel. Az ókori gondolkodók vizuális érzetek alapján próbálták megérteni a fényjelenségek lényegét. Az ókori hinduk úgy gondolták, hogy a szemnek "tüzes természete" van. A görög filozófus és matematikus, Püthagorasz (Kr. e. 582-500) és iskolája úgy gondolta, hogy a vizuális érzetek abból fakadnak, hogy a „forró gőzök” a szemből jutnak a tárgyakhoz. Ezek a nézetek további fejlődésük során világosabb formát öltöttek a vizuális sugarak elmélete formájában, amelyet Eukleidész (Kr. e. 300) dolgozott ki. Ezen elmélet szerint a látás annak a ténynek köszönhető, hogy a szemből „vizuális sugarak” áradnak ki, amelyek végével érzik a testet, és vizuális érzeteket keltenek. Euklidész a fény egyenes vonalú terjedéséről szóló tan alapítója. A matematikát a fény tanulmányozására alkalmazva megállapította a fény tükrökről való visszaverődésének törvényeit. Megjegyzendő, hogy a tükrökről való fényvisszaverődés geometriai elméletének felépítéséhez a fény eredetének természete nem számít, csak az egyenes vonalú terjedésének tulajdonsága a fontos. Az Euklidész által talált törvényszerűségeket a modern geometriai optika megőrizte. Euklidész is ismerte a fénytörést. Később hasonló nézeteket dolgozott ki Ptolemaiosz (i.sz. 70-147). Nagy figyelmet fordítottak a fénytörés jelenségeinek tanulmányozására; különösen Ptolemaiosz számos mérést végzett a beesési és törési szögekkel kapcsolatban, de nem sikerült megállapítania a fénytörés törvényét. Ptolemaiosz észrevette, hogy a csillagok helyzete az égbolton a légkör fénytörése miatt megváltozik.

Eukleidész mellett az ókor más tudósai is ismerték a homorú tükrök hatását. Arkhimédész (Kr. e. 287-212) nevéhez fűződik az ellenséges flotta felégetése egy homorú tükrök rendszerével, amellyel gyűjtött. napsugarakés a római hajókra küldték. Bizonyos lépést tett előre Empedoklész (Kr. e. 492-432), aki úgy gondolta, hogy a kiáramlás a világító testekből a szemek felé irányul, a kiáramlás pedig a szemből a testek felé. Amikor ezek a kiáramlások találkoznak, vizuális érzések keletkeznek. A híres görög filozófus, az atomizmus megalapítója, Démokritosz (Kr. e. 460-370, pl.) teljesen elutasítja a vizuális sugarak gondolatát. Démokritosz nézetei szerint a látás annak köszönhető, hogy a tárgyakból származó kis atomok a szem felszínére esnek. Hasonló nézeteket vallott később Epikurosz (i. e. 341-270). A híres görög filozófus, Arisztotelész (Kr. e. 384-322), aki úgy vélte, hogy a vizuális érzetek oka az emberi szemen kívül van, szintén döntő ellenfele volt a "látássugarak elméletének". Arisztotelész kísérletet tett arra, hogy a színeket a fény és a sötétség keverékének eredményeként magyarázza.

Megjegyzendő, hogy az ókori gondolkodók nézetei főként a természeti jelenségek legegyszerűbb megfigyelésein alapultak. Az ókori fizika nem rendelkezett a szükséges alapokkal a kísérleti kutatások formájában. Ezért a régiek tanítása a fény természetéről spekulatív. Mindazonáltal, bár ezek a nézetek többnyire csak briliáns sejtések, minden bizonnyal nagy hatással voltak az optika további fejlődésére.

Alhazen (1038) arab fizikus számos optika problémát dolgozott ki kutatásai során. A szem tanulmányozásával, a fénytöréssel, a fény homorú tükrökben való visszaverődésével foglalkozott. A fénytörés tanulmányozása során Algazei – Ptolemaiosszal ellentétben – bebizonyította, hogy a beesési és törési szögek nem arányosak, ez volt a lendület a további kutatásokhoz a törés törvényének megtalálása érdekében. Alhazen ismeri a gömb alakú üvegszegmensek nagyító erejét. A fény természetének kérdésében Alhazen a megfelelő állásponton van, elutasítva a vizuális sugarak elméletét. Az Alhazen abból az elképzelésből indul ki, hogy egy világító tárgy minden pontjából sugarak áradnak ki, amelyek a szemet elérve vizuális érzeteket keltenek. Alhazen úgy vélte, hogy a fénynek véges terjedési sebessége van, ami önmagában is jelentős lépést jelent a fény természetének megértésében. Alhazen megadta a helyes magyarázatot arra, hogy a Nap és a Hold nagyobbnak tűnik a horizonton, mint a zenitben; az érzékek téveszméjeként magyarázta.

Reneszánsz. A tudomány területén fokozatosan nyer a természetkutatás kísérleti módszere. Ebben az időszakban számos kiemelkedő találmány és felfedezés született az optikában. Francis Mavrolik (1494-1575) nevéhez fűződik a szemüveg működésének meglehetősen pontos magyarázata. Mavrolik azt is megállapította, hogy a homorú lencsék nem gyűjtik, hanem szórják a sugarakat. Megállapította, hogy a lencse a szem legfontosabb része, és arra a következtetésre jutott, hogy a távollátás és a rövidlátás okai, amelyek a Mavrolik lencséje által okozott rendellenes fénytörés következményei, helyes magyarázatot adnak a Napról készült képek kialakulására, amelyeket akkor figyeltek meg, amikor a napsugarak kis lyukakon áthaladnak. Ezután meg kell neveznünk az olasz kikötőt (1538-1615), aki 1589-ben feltalálta a camera obscurát - a jövőbeli fényképezőgép prototípusát. Néhány évvel később feltalálták a fő optikai műszereket, a mikroszkópot és a távcsövet.

A mikroszkóp feltalálása (1590) Zachary Jansen holland optikus mester nevéhez fűződik. A céltávcsöveket nagyjából ugyanebben az időben (1608-1610) kezdték el készíteni Zachary Jansen, Jacob Metzius és Hans Lippershey holland látszerészek. Ezeknek az optikai műszereknek a feltalálása a következő években jelentős csillagászati ​​és biológiai felfedezésekhez vezetett. N. Kepler (1571-1630) német fizikus és csillagász az optikai műszerek elméletével és a fiziológiai optikával kapcsolatos alapvető munkákkal rendelkezik, amelyek megalapítójának joggal nevezhető, Kepler sokat dolgozott a fénytörés vizsgálatán.

A Fermat-elv, amelyet az azt megfogalmazó francia tudósról, Pierre Fermat-ról (1601-1665) nevezték el, nagy jelentőséggel bírt a geometriai optikában. Ez az elv megállapította, hogy két pont között a fény olyan úton terjed, amelynek áthaladása minimális időt vesz igénybe. Ebből következik, hogy Fermat Descartes-szal ellentétben a fénysebességet végesnek tekintette. A híres olasz fizikus, Galileo (1564-1642) nem végzett szisztematikus munkát a fényjelenségek tanulmányozásával. Az optikában azonban olyan művei vannak, amelyek figyelemre méltó eredményeket hoztak a tudomány számára. Galilei továbbfejlesztette a távcsövet, és először alkalmazta a csillagászatban, amelynek során olyan kiemelkedő felfedezéseket tett, amelyek hozzájárultak az Univerzum szerkezetéről alkotott legújabb, Kopernikusz heliocentrikus rendszerén alapuló nézetek alátámasztásához. A Galileonak sikerült egy 30-as keretnagyítású távcsövet létrehoznia, amely sokszorosa volt az első feltalálói távcsövek nagyításának. Segítségével hegyeket, krátereket fedezett fel a Hold felszínén, műholdakat fedezett fel a Jupiter bolygó közelében, felfedezte a Tejútrendszer csillagszerkezetét stb.. Galilei megpróbálta földi körülmények között mérni a fény sebességét, de az erre a célra rendelkezésre álló kísérleti eszközök gyengesége miatt nem járt sikerrel. Ebből következik, hogy Galileinek már voltak helyes elképzelései a fény terjedésének véges sebességéről. Galilei napfoltokat is megfigyelt. A napfoltok Galilei általi felfedezésének elsőbbségét vitatta Pater Scheiner (1575-1650) jezsuita tudós, aki Kepler-séma szerint elrendezett távcső segítségével pontos megfigyeléseket végzett a napfoltokról és a napkitörésekről. Scheiner munkájában az a figyelemreméltó, hogy a teleszkópot projektorrá alakította, a szemlencsét a szem tisztánlátásához szükségesnél nagyobb mértékben kiterjesztve, így lehetővé vált, hogy a képernyőn a Napról képet kapjunk, és azt különböző nagyítási fokon egyszerre több embernek is bemutassuk.

A 17. századot a tudomány, a technológia és a termelés különböző területein történő további haladás jellemzi. A matematika jelentősen fejlődik. A tudósokat egyesítő tudományos társaságok és akadémiák Európa különböző országaiban jönnek létre. Ennek köszönhetően a tudomány egy szélesebb kör tulajdonába kerül, ami hozzájárul a tudomány nemzetközi kapcsolatainak kiépítéséhez. A 17. század második felében végül a természeti jelenségek kísérleti módszere győzött.

Ennek az időszaknak a legnagyobb felfedezései a zseniális angol fizikus és matematikus Isaac Newton / (1643-1727) nevéhez fűződnek. Newton legfontosabb kísérleti felfedezése az optikában a fény szóródása egy prizmában (1666). Egy fehér fénysugár háromszögű prizmán való áthaladását vizsgálva Newton azt találta, hogy a fehér fénysugár végtelen színes sugarak halmazává bomlik, amelyek folytonos spektrumot alkotnak. Ezekből a kísérletekből arra a következtetésre jutottak, hogy a fehér fény összetett sugárzás. Newton a fordított kísérletet is elvégezte, egy lencse segítségével összegyűjtve a fehér fénysugarat prizmán átengedve keletkezett színes sugarakat. Ennek eredményeként ismét fehér fényt kapott. Végül Newton a színek keverésével kísérletezett egy forgó kör segítségével, amelyet több szektorra osztottak, és a spektrum elsődleges színeivel festették meg. Amikor a lemezt gyorsan forgatták, minden szín egybeolvadt, fehér benyomást keltve.

Newton ezeknek az alapvető kísérleteknek az eredményeit a színelmélet alapjaira fektette, amely korábban egyik elődjének sem járt sikerrel. A színek elmélete szerint a test színét a spektrum azon sugarai határozzák meg, amelyeket ez a test visszaver; a test elnyeli a többi sugarat.

1.2 A geometriai optika alapfogalmai és törvényei. Az optika azon ágát, amely a fénysugarakat mint egyenes vonalakat, amelyek mentén a fényenergia terjed, geometriai optikának nevezik. Ezt a nevet azért kapta, mert a fény terjedésének összes jelensége itt vizsgálható a sugarak útjának geometriai konstrukcióival, figyelembe véve a fény visszaverődésének és törésének törvényét. Ez a törvény a geometriai optika alapja.

Ahol azonban jelenségekről beszélünk, a fénynek az akadályokkal való kölcsönhatásáról, amelyek méretei elég kicsik, ott a geometriai optika törvényei nem elegendőek, és a hullámoptika törvényeit kell alkalmazni. A geometriai optika lehetővé teszi azoknak a fő jelenségeknek a elemzését, amelyek a fény lencséken és egyéb optikai rendszerek, valamint a tükrök fényének visszaverődésével. A fénysugár fogalma, mint végtelenül vékony, egyenes vonalban terjedő fénysugár, természetesen a fény egyenes vonalú terjedésének és a fénysugarak független terjedésének törvényeihez vezet. Ezek a törvények a fénytörés és a visszaverődés törvényeivel együtt a geometriai optika alaptörvényei, amelyek nemcsak számos fizikai jelenséget magyaráznak meg, hanem számítások elvégzését és optikai eszközök tervezését is lehetővé teszik. Mindezek a törvények kezdetben empirikusként, azaz kísérleteken, megfigyeléseken alapultak.