Krievu gaisma

1876. gadā Londonā precīzu fizisko ierīču izstādēgrāvis krievu izgudrotājs Pāvels Nikolajevičs Ja bločkovs apmeklētājiem demonstrēja neparastu elektrisks svece. Pēc formas līdzīga parastajam stearīnam, uh tā svece dega ar apžilbinoši spožu gaismu. Tajā pašā gadā Parīzes ielās parādījās "Jabločkova sveces". Ievietotas baltās matētās bumbiņās, tās piešķīra košu patīkamu gaisma. INīsu laiku brīnišķīga svece krievu izgudrotāji aiz mugurascīnījās pret vispārēju atzīšanu. "Jabločkova sveces" izgaismotas labākās viesnīcas, ielas un parki lielākās pilsētas Eiropa, Pieraduši pie blāvas sveču un petrolejas lampu gaismas, pagājušā gadsimta cilvēki apbrīnoja "Jabločkova sveces". Jauns gaismu sauca par "krievu gaismu", "ziemeļu gaismu". Laikraksti parRietumeiropas valstis rakstīja: "Gaisma nāk pie mums no ziemeļiem - no Krievijas”, “Krievija ir gaismas dzimtene”.

Didaktiskais materiāls

Gaismas izplatība

Kā zināms, viens no siltuma pārneses veidiem ir starojums. Radiācijas laikā enerģijas pārnešana no viena ķermeņa uz otru var tikt veikta pat vakuumā. Ir vairāki starojuma veidi, viens no tiem ir redzamā gaisma.

Apgaismotie ķermeņi pakāpeniski uzsilst. Tas nozīmē, ka gaisma patiešām ir starojums.

Gaismas parādības pēta fizikas nozare, ko sauc par optiku. Vārds "optika" grieķu valodā nozīmē "redzams", jo gaisma ir redzams starojuma veids.

Gaismas parādību izpēte cilvēkam ir ārkārtīgi svarīga. Galu galā vairāk nekā deviņdesmit procentus informācijas mēs saņemam caur redzi, tas ir, spēju uztvert gaismas sajūtas.

Ķermeņus, kas izstaro gaismu, sauc par gaismas avotiem – dabīgiem vai mākslīgiem.

Dabisko gaismas avotu piemēri ir Saule un citas zvaigznes, zibens, gaismas kukaiņi un augi. Mākslīgie gaismas avoti ir svece, lampa, deglis un daudzi citi.

Jebkurā gaismas avotā starojums patērē enerģiju.

Saule izstaro gaismu, pateicoties tās dziļumos notiekošo kodolreakciju enerģijai.

Petrolejas lampa pārvērš petrolejas sadegšanas laikā izdalīto enerģiju gaismā.

gaismas atspulgs

Cilvēks redz gaismas avotu, kad stars no šī avota nonāk acī. Ja ķermenis nav avots, tad acs var uztvert starus no kāda avota, ko atspoguļo šis ķermenis, tas ir, krītot uz šī ķermeņa virsmas un mainot tālākās izplatīšanās virzienu. Ķermenis, kas atstaro starus, kļūst par atstarotās gaismas avotu.

Stari, kas nokrita uz ķermeņa virsmas, maina tālākās izplatīšanās virzienu. Atstarojot, gaisma atgriežas tajā pašā vidē, no kuras tā nokrita uz ķermeņa virsmas. Ķermenis, kas atstaro starus, kļūst par atstarotās gaismas avotu.

Izdzirdot šo vārdu "atspulgs", pirmkārt, mums atgādina spoguli. Ikdienā visbiežāk tiek izmantoti plakanie spoguļi. Ar plakana spoguļa palīdzību var veikt vienkāršu eksperimentu, lai noteiktu likumu, saskaņā ar kuru gaisma tiek atspoguļota. Uzliksim apgaismotāju uz papīra lapas, kas atrodas uz galda tā, lai galda plaknē atrodas plāns gaismas stars. Šajā gadījumā gaismas stars slīdēs pāri papīra loksnes virsmai, un mēs to varēsim redzēt.

Novietosim plakanu spoguli vertikāli tieva gaismas stara ceļā. No tā atleks gaismas stars. Var pārbaudīt, vai atstarotais stars, tāpat kā tas, kas krīt uz spoguļa, slīd pāri papīram galda plaknē. Ar zīmuli atzīmējiet uz papīra lapas abu gaismas staru un spoguļa relatīvo stāvokli. Rezultātā iegūstam eksperimenta shēmu.Leņķi starp krītošo staru un perpendikulu, kas atjaunots uz atstarojošo virsmu krišanas punktā, optikā parasti sauc par krišanas leņķi. Leņķis starp to pašu perpendikulu un atstaroto staru ir atstarošanas leņķis. Pieredzes rezultāti ir:

1. Kritošais stars, atstarotais stars un perpendikulārs atstarojošajai virsmai, kas rekonstruēts krišanas punktā, atrodas vienā plaknē.
2. Krituma leņķis vienāds ar leņķi pārdomas. Šie divi secinājumi atspoguļo refleksijas likumu.

Skatoties uz plakanu spoguli, mēs redzam objektu attēlus, kas atrodas tā priekšā. Šie attēli ir tieši tādi paši izskats preces. Šķiet, ka šie dvīņu objekti atrodas aiz spoguļa virsmas.

Apsveriet punktveida avota attēlu plakanā spogulī. Lai to izdarītu, mēs patvaļīgi izvelkam vairākus starus no avota, konstruējam tiem atbilstošus atstarotos starus un pēc tam pabeidzam atstaroto staru turpinājumu aiz spoguļa plaknes. Visi staru turpinājumi vienā punktā krustosies aiz spoguļa plaknes: šis punkts ir avota attēls.

Tā kā attēlā saplūst nevis paši stari, bet tikai to turpinājumi, tad patiesībā šajā brīdī attēla nav: mums tikai šķiet, ka stari nāk no šī punkta. Šādu attēlu sauc par iedomātu.

Gaismas refrakcija

Kad gaisma sasniedz saskarni starp diviem nesējiem, daļa no tās tiek atstarota, bet otra daļa iziet cauri robežai, tajā pašā laikā laužoties, tas ir, mainot tālākās izplatīšanās virzienu.

Ūdenī iegremdēta monēta mums šķiet lielāka nekā tad, kad tā vienkārši guļ uz galda. Ūdens glāzē ievietots zīmulis vai karote mums šķiet salauzta: ūdenī esošā daļa šķiet pacelta un nedaudz palielināta. Šīs un daudzas citas optiskās parādības ir izskaidrojamas ar gaismas laušanu.

Gaismas laušana ir saistīta ar to, ka gaisma dažādos medijos pārvietojas ar dažādu ātrumu.

Gaismas izplatīšanās ātrums noteiktā vidē raksturo dotās vides optisko blīvumu: jo lielāks gaismas ātrums dotajā vidē, jo mazāks tā optiskais blīvums.

Kā mainīsies laušanas leņķis, gaismai pārejot no gaisa ūdenī un no ūdens gaisā? Eksperimenti liecina, ka, pārejot no gaisa uz ūdeni, laušanas leņķis ir mazāks par krišanas leņķi. Un otrādi: pārejot no ūdens uz gaisu, refrakcijas leņķis ir lielāks par krišanas leņķi.

Eksperimentos ar gaismas laušanu kļuva acīmredzami divi fakti: 1. krītošais stars, lauztais stars un perpendikulārs saskarnei starp divām vidēm, kas atjaunotas krišanas punktā, atrodas vienā plaknē.

1. Pārejot no optiski blīvākas vides uz optiski mazāk blīvu vidi, laušanas leņķis ir lielāks par krišanas leņķi.Pārejot no optiski mazāk blīvas vides uz optiski blīvāku vidi, laušanas leņķis ir mazāks par krišanas leņķi.

Interesantu parādību var novērot, ja krišanas leņķi pakāpeniski palielina, gaismai pārejot optiski mazāk blīvā vidē. Ir zināms, ka laušanas leņķis šajā gadījumā ir lielāks par krišanas leņķi, un, palielinoties krišanas leņķim, palielināsies arī laušanas leņķis. Pie noteiktas krišanas leņķa vērtības laušanas leņķis kļūs vienāds ar 90o.

Mēs pakāpeniski palielināsim krišanas leņķi, gaismai pārejot optiski mazāk blīvā vidē. Palielinoties krišanas leņķim, palielināsies arī refrakcijas leņķis. Kad laušanas leņķis kļūst par deviņdesmit grādiem, lauztais stars nepāriet otrajā vidē no pirmās, bet slīd saskarnes plaknē starp šīm divām vidēm.

Šo parādību sauc par kopējo iekšējo atstarošanos, un krišanas leņķis, kurā tā notiek, ir kopējās iekšējās atstarošanās ierobežojošais leņķis.

Tehnoloģijās plaši tiek izmantots pilnīgas iekšējās refleksijas fenomens. Šīs parādības pamatā ir elastīgu optisko šķiedru izmantošana, caur kurām iziet gaismas stari, kas atkārtoti atspoguļojas no sienām.

Gaisma neizplūst no šķiedras kopējās iekšējās atstarošanas dēļ. Vienkāršāka optiskā ierīce, kas izmanto pilnu iekšējā refleksija, ir apgriezta prizma: tā apgriež attēlu, mainot tajā ienākošos starus.

Attēls objektīvos

Lēcu, kuras biezums ir mazs salīdzinājumā ar sfēru rādiusiem, kas veido šīs lēcas virsmas, sauc par plānu. Tālāk mēs apsvērsim tikai plānās lēcas. Ieslēgts optiskās shēmas plānās lēcas ir attēlotas kā segmenti ar bultiņām galos. Atkarībā no bultiņu virziena diagrammas atšķir saplūstošās un atšķirīgās lēcas.

Apskatīsim, kā staru kūlis, kas ir paralēls galvenajai optiskajai asij, iziet cauri lēcām. Nāk cauri

saplūstošā lēca, stari tiek savākti vienā punktā. Pēc tam, kad tie iziet cauri atšķirīgam objektīvam, stari novirzās dažādos virzienos tā, ka visi to turpinājumi saplūst vienā punktā, kas atrodas objektīva priekšā.

Punktu, kurā pēc refrakcijas saplūstošā lēcā tiek savākti stari, kas ir paralēli galvenajai optiskajai asij, sauc par objektīva-F galveno fokusu.

Atšķirīgā objektīvā stari, kas ir paralēli tā galvenajai optiskajai asij, ir izkliedēti. Punkts, kurā tiek savākti lauzto staru turpinājumi, atrodas objektīva priekšā un tiek saukts par atšķirīgās lēcas galveno fokusu.

Diverģējošās lēcas fokuss tiek iegūts nevis pašu staru, bet gan to turpinājumu krustpunktā, tāpēc tas ir iedomāts, atšķirībā no saplūstošā objektīva, kuram ir reāls fokuss.

Objektīvam ir divi galvenie fokusi. Abas no tām atrodas vienādā attālumā no objektīva optiskā centra uz tā galvenās optiskās ass.

Attālumu no objektīva optiskā centra līdz fokusam sauc par objektīva fokusa attālumu. Jo vairāk objektīvs maina staru virzienu, jo mazāks ir tā fokusa attālums. Tāpēc objektīva optiskā jauda ir apgriezti proporcionāla tā fokusa attālumam.

Optiskā jauda, ​​kā likums, tiek apzīmēta ar burtu "DE", un to mēra dioptrijās. Piemēram, izrakstot briļļu recepti, tās norāda, cik dioptrijām jābūt labās un kreisās lēcas optiskajai jaudai.

dioptrija (dptr) ir objektīva ar 1 m fokusa attālumu optiskā jauda. Tā kā konverģējošām lēcām ir reāli perēkļi, bet atšķirīgām lēcām ir iedomāti perēkļi, mēs vienojāmies uzskatīt par pozitīvu vērtību saplūstošo lēcu optisko jaudu un par negatīvu vērtību.

Kurš noteica gaismas atstarošanas likumu?

16. gadsimtā optika bija ultramoderna zinātne. No stikla lodītes, kas piepildīta ar ūdeni, kas tika izmantota kā fokusēšanas lēca palielināmais stikls, un no tā mikroskops un teleskops. Tolaik lielākajai jūrniecības lielvalstij Nīderlandei bija vajadzīgi labi teleskopi, lai pirms laika ieraudzītu bīstamo piekrasti vai laicīgi aizbēgtu no ienaidnieka. Optika nodrošināja navigācijas panākumus un uzticamību. Tāpēc tieši Nīderlandē ar to nodarbojās daudzi zinātnieki. Holandietis Vilebrors Snels van Rūiens, kurš sevi sauca par Snelliusu (1580 - 1626), novēroja (ko, starp citu, daudzi pirms viņa bija redzējuši), kā spogulī atspīd plāns gaismas stars. Viņš vienkārši izmērīja staru kūļa krišanas leņķi un atstarošanas leņķi (ko neviens pirms viņa nebija darījis) un noteica likumu: krišanas leņķis ir vienāds ar atstarošanas leņķi.

Avots. Spoguļu pasaule. Gilde V. - M.: Mir, 1982. lpp. 24.

Kāpēc dimanti tiek vērtēti tik augstu?

Acīmredzot cilvēks īpaši novērtē visu, kas nepadodas vai ir grūti maināms. Ieskaitot dārgmetālus un dārgakmeņus. Senie grieķi dimantu sauca par "adamas" - neatvairāmu, kas izteica viņu īpašo attieksmi pret šo akmeni. Protams, neapstrādātos akmeņos (arī dimanti netika griezti) visredzamākās īpašības bija cietība un spožums.

Dimantiem ir augsts refrakcijas indekss; 2,41 sarkanai un 2,47 violetai (salīdzinājumam pietiek pateikt, ka ūdens laušanas koeficients ir 1,33, bet stikla, atkarībā no pakāpes, no 1,5 līdz 1,75).

Balto gaismu veido spektra krāsas. Un, kad tā stars tiek lauzts, katrs no to sastāvā esošajiem krāsainajiem stariem tiek novirzīts atšķirīgi, it kā tas sadalās varavīksnes krāsās. Tāpēc dimantā ir "krāsu spēle".

Arī senie grieķi neapšaubāmi bija ar to aizrāvušies. Akmens ir ne tikai izcils ar spožumu un cietību, tam ir arī viena no Platona "ideālajām" cietajām vielām!

Pieredzes

PIEREDZE optikā Nr.1

Izskaidrojiet koka bluķa tumšumu pēc tā samitrināšanas.

Aprīkojums: trauks ar ūdeni, koka bloks.

Izskaidrojiet nekustīga objekta ēnas vibrāciju, kad gaisma iet caur gaisu virs degošas sveces. Aprīkojums: statīvs, bumba uz diega, svece, ekrāns, projektors.

Uzlīmējiet krāsainus papīra gabalus uz ventilatora lāpstiņām un novērojiet, kā krāsas sakrīt dažādos rotācijas režīmos. Izskaidrojiet novēroto parādību.

PIEREDZE #2

Ar gaismas iejaukšanos.

Vienkāršs gaismas absorbcijas demonstrējums ūdens šķīdums krāsviela

Tās sagatavošanai nepieciešams tikai skolas apgaismotājs, ūdens glāze un balts ekrāns. Krāsvielas var būt ļoti dažādas, arī fluorescējošas.

Skolēni ar lielu interesi vēro baltā gaismas stara krāsas maiņu, kad tas izplatās caur krāsvielu. Viņiem negaidīta ir no šķīduma izplūstošā stara krāsa. Tā kā gaismu fokusē apgaismotāja lēca, plankuma krāsu uz ekrāna nosaka attālums starp šķidruma glāzi un ekrānu.

Vienkārši eksperimenti ar lēcām. (EKSPERIMENTS Nr. 3)

Kas notiek ar objekta attēlu, kas iegūts ar objektīvu, ja daļa objektīva tiek salauzta un attēls tiek iegūts, izmantojot tā atlikušo daļu?

Atbildi . Attēls tiks iegūts tajā pašā vietā, kur tas iegūts ar vesela objektīva palīdzību, bet tā apgaismojums būs mazāks, jo. mazāka daļa staru, kas iznāk no objekta, sasniegs tā attēlu.

Novietojiet nelielu spīdīgu priekšmetu uz galda, ko apgaismo Saule (vai jaudīgu lampu), piemēram, lodi no gultņa vai skrūvi no datora, un apskatiet to caur niecīgu caurumu folijas gabalā. Lieliski būs redzami daudzkrāsaini gredzeni jeb ovāli. Kāda parādība tiks novērota? Atbilde. Difrakcija.

Vienkārši eksperimenti ar krāsainām brillēm. (EKSPERIMENTS Nr. 4)

Uz baltas papīra lapas ar sarkanu flomāsteru vai zīmuli uzrakstiet “izcili” un ar zaļu flomāsteru “labi”. Paņemiet divus pudeļu stikla lauskas - zaļu un sarkanu.

(Uzmanību! esiet uzmanīgi, varat savainoties uz šķembu malām!)

Caur kuru stiklu jāskatās, lai redzētu vērtējumu “izcili”?

Atbildi . Ir jāskatās caur zaļo stiklu. Šajā gadījumā uzraksts būs redzams melnā krāsā uz zaļa papīra fona, jo uzraksta “izcili” sarkano gaismu zaļais stikls nelaiž cauri. Skatoties caur sarkanu stiklu, sarkanais uzraksts uz papīra sarkanā fona nebūs redzams.

EKSPERIMENTS Nr.5: Izkliedes fenomena novērošana

Ir zināms, ka, šauru baltas gaismas staru izlaižot caur stikla prizmu, uz aiz prizmas uzstādītā ekrāna var novērot varavīksnes svītru, ko sauc par dispersijas (jeb prizmatisko) spektru. Šis spektrs tiek novērots arī tad, ja gaismas avots, prizma un ekrāns ir ievietoti slēgtā traukā, no kura ir evakuēts gaiss.

Jaunākā eksperimenta rezultāti liecina, ka pastāv stikla absolūtā laušanas koeficienta atkarība no gaismas viļņu frekvences. Šī parādība tiek novērota daudzās vielās, un to sauc par gaismas dispersiju. Ir dažādi eksperimenti, lai ilustrētu gaismas dispersijas fenomenu. Attēlā parādīta viena no tās ieviešanas iespējām.

Gaismas izkliedes fenomenu atklāja Ņūtons, un to uzskata par vienu no viņa svarīgākajiem atklājumiem. 1731. gadā uzceltajā kapa piemineklī attēlotas jaunu vīriešu figūras, kurām rokās ir Ņūtona svarīgāko atklājumu emblēmas. Vienam no jauniešiem rokās ir prizma, un pieminekļa uzrakstā ir šādi vārdi: "Viņš pētīja gaismas staru atšķirību un dažādās krāsu īpašības, kas tajā izpaužas, par ko neviens iepriekš nenojauta. ”.

6. PIEREDZE: Vai spogulim ir atmiņa?

Kā uz zīmēta taisnstūra uzlikt plakanu spoguli, lai iegūtu attēlu: trīsstūris, četrstūris, piecstūris. Aprīkojums: plakans spogulis, papīra lapa, uz kuras uzzīmēts kvadrāts.

JAUTĀJUMI

Caurspīdīgs organiskais stikls kļūst necaurspīdīgs, ja tā virsmu noberzē ar smilšpapīru. Tas pats stikls berzē atkal kļūst caurspīdīgs....Kā?

Objektīva diafragmas atvēruma skalā tiek izmantoti skaitļi, vienāds ar attiecību fokusa attālums līdz cauruma diametram: 2; 2,8; 4,5; 5; 5.8 utt. Kā mainīsies ekspozīcijas laiks, ja diafragma tiek pārvietota uz lielāku skalas iedalījumu?

Atbilde. Kā vairāk numuru diafragma, kas norādīta skalā, jo gaišāks attēls ir mazāks un fotografēšanai nepieciešamais aizvara ātrums ir lielāks.

Visbiežāk kameru objektīvi sastāv no vairākiem objektīviem. Gaisma, kas iet cauri objektīvam, daļēji tiek atstarota no lēcu virsmām. Kādus defektus tas rada fotografējot?Atbilde

Fotografējot sniegotos līdzenumos un ūdens virsmās Saulainas dienas ieteicams izmantot saules nosūcēju, kas ir cilindriska vai koniska caurule, kas nomelnēta iekšpusē, uzlikt
objektīvs. Kāds ir kapuces mērķis?Atbilde

Lai gaisma neatspīdētu objektīva iekšpusē, uz objektīva virsmas tiek uzklāta ļoti plāna caurspīdīga plēve, kuras izmērs ir desmit tūkstošdaļas milimetru. Šādas lēcas sauc par apgaismotām. Uz kādu fizikālu parādību balstās lēcas pārklājums? Paskaidrojiet, kāpēc lēcas neatstaro gaismu.Atbilde.

Jautājums priekš forums

Kāpēc melnais samts šķiet tik tumšāks par melno zīdu?

Kāpēc balta gaisma, izejot cauri loga stiklam, nesadalās sastāvdaļās?Atbilde.

Blitz

1. Kā sauc brilles bez deniņiem? (pince-nez)

2. Ko dod ērglis medību laikā? (Ēna.)

3. Kāpēc mākslinieks Kuinži ir slavens? (Spēja attēlot gaisa un mēness gaismas caurspīdīgumu)

4. Kā sauc lampas, kas izgaismo skatuvi? (sofīti)

5. Vai dārgakmens ir zils vai zaļgans?(Tirkīzs)

6. Norādiet, kurā punktā zivs atrodas ūdenī, ja makšķernieks to redz punktā A.

Blitz

1. Ko nevar noslēpt lādē? (gaismas stars)

2. Kādā krāsā ir balta gaisma? (Baltā gaisma sastāv no daudzkrāsainu staru sērijas: sarkana, oranža, dzeltena, zaļa, zila, indigo, violeta)

3. Kas ir vairāk: mākonis vai ēna no tā? (Mākonis met pret zemi sašaurinošu pilnas ēnas konusu, kura augstums ir liels mākoņa ievērojamā izmēra dēļ. Tāpēc mākoņa ēna pēc izmēra maz atšķiras no paša mākoņa)

4. Tu seko viņai, viņa seko tev, tu seko viņai, viņa seko tev. Kas tas ir? (Ēna)

5. Mala ir redzama, bet jūs to nesasniegsiet. Kas tas ir? (horizonts)

Optiskās ilūzijas.

Vai jums nešķiet, ka melnbaltās svītras virzās pretējos virzienos? Ja noliec galvu – tad pa labi, tad pa kreisi – mainās arī griešanās virziens.

Bezgalīgas kāpnes, kas ved augšā.

saule un acs

neesi kā acu saule,

Viņš neredzēja sauli... V. Gēte

Acs un saules pretstatījums ir tikpat vecs kā pati cilvēku rase. Šāda salīdzinājuma avots nav zinātne. Un mūsu laikos līdzās zinātnei vienlaikus ar jaunās dabaszinātnes atklāto un skaidroto parādību ainu turpina pastāvēt bērna un pirmatnējā cilvēka ideju pasaule un tīši vai netīši tos atdarinošo dzejnieku pasaule. . Dažkārt ir vērts ieskatīties šajā pasaulē kā vienā no iespējamajiem zinātnisko hipotēžu avotiem. Viņš ir pārsteidzošs un pasakains; šajā pasaulē drosmīgi tiek mesti tilti-sakari starp dabas parādībām, par kurām zinātne dažkārt vēl nenojauš. Dažos gadījumos šie savienojumi tiek uzminēti pareizi, dažreiz tie ir principiāli kļūdaini un vienkārši smieklīgi, taču tie vienmēr ir pelnījuši uzmanību, jo šīs kļūdas bieži palīdz saprast patiesību. Tāpēc ir pamācoši jautājumam par acs un Saules saistību vispirms pieiet no bērnu, primitīvo un poētisko priekšstatu viedokļa.

Spēlējot "paslēpes", bērns ļoti bieži nolemj paslēpties visnegaidītākajā veidā: aizver acis vai aizsedz tās ar rokām, būdams pārliecināts, ka tagad viņu neviens neredzēs; viņam redze tiek identificēta ar gaismu.

Tomēr vēl pārsteidzošāks ir tas pats instinktīvais redzes un gaismas apjukums pieaugušajiem. Fotogrāfi, tas ir, praktiskajā optikā zināmā mērā pieredzējuši cilvēki, bieži pieķer acis, kad, ielādējot vai attīstot plāksnes, jāraugās, lai tumšā telpā neiekļūtu gaisma.

Ja uzmanīgi ieklausās, kā mēs runājam, mūsu pašu vārdos, tad arī šeit uzreiz atrodamas tās pašas fantastiskās optikas pēdas.

To nemanot, cilvēki saka: "acis dzirkstīja", "iznāca saule", "zvaigznes skatās."

Dzejniekiem vizuālo priekšstatu nodošana gaismeklim un, gluži otrādi, gaismas avotu īpašību piedēvēšana acīm ir visizplatītākais, varētu teikt, obligātais paņēmiens:

Nakts zvaigznes

Kā apsūdzošas acis

Viņi skatās uz viņu izsmejoši.

Viņa acis mirdz.

A.S. Puškins.

Mēs kopā ar jums skatījāmies uz zvaigznēm

Viņi ir uz mums. Fet.

Kā zivis tevi redz?

Gaismas laušanas dēļ makšķernieks redz zivis ne tur, kur tā patiesībā atrodas.

Tautas zīmes

GAISMAS IZkliede

Vielas daļiņas, kas pārraida gaismu, uzvedas kā mazas antenas. Šīs "antenas" uztver gaismas elektromagnētiskos viļņus un raida tos jaunos virzienos. Šo procesu sauc par Reileja izkliedi pēc angļu fiziķa Lorda Reilija (Džons Viljams Struts, 1842-1919).

Pieredze 1

Novietojiet balta papīra lapu uz galda ar lukturīti blakus tā, lai gaismas avots atrastos papīra lapas garās malas vidū.
Piepildiet divas bezkrāsainas, caurspīdīgas plastmasas glāzes ar ūdeni. Izmantojiet marķieri, lai atzīmētu brilles ar burtiem A un B.
Pievienojiet glāzē B pilienu piena un samaisiet
Salieciet 15x30 cm baltu kartona loksni kopā ar īsajiem galiem un salieciet to uz pusēm būdiņas formā. Tas kalpos kā jūsu ekrāns. Uzstādiet ekrānu zibspuldzes priekšā, ar pretējā puse papīra loksne.

Aptumšojiet telpu, ieslēdziet lukturīti un ievērojiet luktura radītā gaismas punkta krāsu ekrānā.
Novietojiet stiklu A papīra loksnes centrā zibspuldzes priekšā un rīkojieties šādi: atzīmējiet ekrāna gaismas plankuma krāsu, kas izveidojās, gaismai no luktura izplūstot cauri lukturim. ūdens; uzmanīgi apskatiet ūdeni un atzīmējiet, kā mainījusies ūdens krāsa.
Atkārtojiet darbības, nomainot stiklu A ar stiklu B.

Rezultātā gaismas plankuma krāsa, ko uz ekrāna veido zibspuldzes gaismas stars, kura ceļā nav nekas cits kā gaiss, var būt balta vai viegli dzeltenīga. Kad gaismas stars iziet cauri tīram ūdenim, plankuma krāsa uz ekrāna nemainās. Arī ūdens krāsa nemainās.
Bet pēc stara izlaišanas caur ūdeni, kuram pievienots piens, gaišais plankums uz ekrāna parādās dzeltenā vai pat oranžā krāsā, un ūdens kļūst zilgans.

Kāpēc?
Gaismai, tāpat kā elektromagnētiskajam starojumam kopumā, piemīt gan viļņu, gan daļiņu īpašības. Gaismas izplatībai ir viļņveidīgs raksturs, un tās mijiedarbība ar vielu notiek it kā gaismas emisija sastāv no atsevišķām daļiņām. Gaismas daļiņas - kvanti (citādi fotoni), ir enerģijas kūlīši ar dažādām frekvencēm.

Fotoniem piemīt gan daļiņu, gan viļņu īpašības. Tā kā fotoni piedzīvo viļņu svārstības, attiecīgās frekvences gaismas viļņa garums tiek ņemts par fotona izmēru.
Lukturis ir baltas gaismas avots. Tā ir redzamā gaisma, kas sastāv no dažādu toņu krāsu, t.i. dažāda viļņa garuma starojums - no sarkanā, ar garāko viļņa garumu, līdz zilai un violetai, ar īsāko viļņu garumu redzamajā diapazonā.Ja sajaucas dažādu viļņu garumu gaismas vibrācijas, acs tās uztver un smadzenes šo kombināciju interpretē kā baltu, t.i. krāsas trūkums. Gaisma iziet cauri tīram ūdenim, neiegūstot nekādu krāsu.

Bet, kad gaisma iziet cauri ūdenim, kas tonēts ar pienu, mēs pamanām, ka ūdens ir kļuvis zilgans, un gaismas plankums uz ekrāna ir dzeltenīgi oranžs. Tas notika gaismas viļņu daļas izkliedes (novirzes) rezultātā. Izkliede var būt elastīga (atspoguļošana), kurā fotoni saduras ar daļiņām un atlec no tām, tāpat kā divas biljarda bumbiņas atlec viena no otras. Fotons ir visvairāk izkliedēts, kad tas saduras ar daļiņu, kuras izmērs ir aptuveni tāds pats kā pats.

Mazās piena daļiņas ūdenī vislabāk izkliedē īsviļņu starojumu - zilu un violetu. Tādējādi, baltai gaismai izejot cauri ūdenim, kas tonēts ar pienu, gaiši zilas krāsas iespaids rodas īsu viļņu garumu izkliedes dēļ. Pēc īsa viļņa garuma piena daļiņu izkliedēšanas no gaismas stara tas galvenokārt paliek dzeltenā un oranžā viļņa garumā. Viņi turpina skatīt ekrānu.

Ja daļiņu izmērs ir lielāks par redzamās gaismas maksimālo viļņa garumu, izkliedētā gaisma sastāvēs no visiem viļņu garumiem; šī gaisma būs balta.

Pieredze 2

Kā izkliede ir atkarīga no daļiņu koncentrācijas?
Atkārtojiet eksperimentu, izmantojot dažādas piena koncentrācijas ūdenī, no 0 līdz 10 pilieniem. Vērojiet ūdens krāsu toņu izmaiņas un ūdens caurlaidīgo gaismu.

Pieredze 3

Vai gaismas izkliede vidē ir atkarīga no gaismas ātruma šajā vidē?
Gaismas ātrums ir atkarīgs no vielas blīvuma, kurā gaisma izplatās. Jo lielāks ir vides blīvums, jo lēnāk gaisma pārvietojas caur to.

Atcerieties, ka gaismas izkliedi dažādās vielās var salīdzināt, novērojot šo vielu spilgtumu. Zinot, ka gaismas ātrums gaisā ir 3 x 108 m/s, bet gaismas ātrums ūdenī ir 2,23 x 108 m/s, varam salīdzināt, piemēram, slapju upes smilšu spilgtumu ar sausu smilšu spilgtumu. . Šajā gadījumā jāņem vērā fakts, ka gaisma, kas krīt uz sausām smiltīm, iziet cauri gaisam, bet gaisma, kas krīt uz mitrām smiltīm, iziet cauri ūdenim.

Ielejiet smiltis vienreizējās lietošanas papīra šķīvī. Ielejiet nedaudz ūdens no šķīvja malas. Pēc tam, kad ir atzīmēts dažādu smilšu daļu spilgtums plāksnē, izdariet secinājumu, kurā smiltīs izkliede ir lielāka: sausās (kurās smilšu graudus ieskauj gaiss) vai mitrās (smilšu graudus ieskauj ūdens) . Varat arī izmēģināt citus šķidrumus, piemēram, augu eļļu.

Ievads

1. Literatūras apskats

1.1. Ģeometriskās optikas attīstības vēsture

1.2. Ģeometriskās optikas pamatjēdzieni un likumi

1.3. Prizmu elementi un optiskie materiāli

2. Eksperimentālā daļa

2.1. Materiāli un eksperimentālā tehnika

2.2. Eksperimentālie rezultāti

2.2.1. Demonstrācijas eksperimenti, izmantojot stikla prizmu ar laušanas leņķi 90º

2.2.2. Demonstrācijas eksperimenti, izmantojot stikla prizmu, kas piepildīta ar ūdeni, ar laušanas leņķi 90º

2.2.3. Demonstrācijas eksperimenti, izmantojot dobu stikla prizmu, kas piepildīta ar gaisu, ar laušanas leņķi 74º

2.3. Eksperimentālo rezultātu apspriešana

Izmantotās literatūras saraksts

Ievads

Eksperimenta noteicošā loma fizikas apguvē skolā atbilst dabaszinātņu galvenajam principam, saskaņā ar kuru eksperiments ir parādību izzināšanas pamats. Demonstrācijas eksperimenti veicina fizisko koncepciju radīšanu. Demonstrācijas eksperimentu vidū vienu no nozīmīgākajām vietām ieņem eksperimenti ģeometriskajā optikā, kas ļauj vizuāli parādīt gaismas fizikālo dabu un demonstrēt gaismas izplatīšanās pamatlikumus.

Šajā rakstā aplūkota problēma, kā izveidot eksperimentus ģeometriskā optikā, izmantojot prizmu vidusskola. Demonstratīvākie un interesantākie eksperimenti optikas jomā atlasīti, izmantojot iekārtas, kuras var iegādāties jebkurā skolā vai izgatavot patstāvīgi.

Literatūras apskats

1.1 Ģeometriskās optikas attīstības vēsture.

Optika attiecas uz tādām zinātnēm, kuru sākotnējās idejas radās senos laikos. Savā gadsimtiem ilgajā vēsturē tā ir piedzīvojusi nepārtrauktu attīstību, un šobrīd tā ir viena no fundamentālajām fiziskajām zinātnēm, ko bagātina jaunu parādību un likumu atklājumi.

Optikas vissvarīgākā problēma ir jautājums par gaismas dabu. Pirmās idejas par gaismas dabu radās senatnē. Senie domātāji centās izprast gaismas parādību būtību, balstoties uz vizuālajām sajūtām. Senie hinduisti domāja, ka acij ir "ugunīgs raksturs". Grieķu filozofs un matemātiķis Pitagors (582-500 p.m.ē.) un viņa skola uzskatīja, ka redzes sajūtas rodas tāpēc, ka no acīm uz priekšmetiem nonāk “karsti tvaiki”. Tālākajā attīstībā šie uzskati ieguva skaidrāku formu vizuālo staru teorijas formā, kuru izstrādāja Eiklīds (300. g. p.m.ē.). Saskaņā ar šo teoriju redze ir saistīta ar to, ka no acīm plūst “vizuālie stari”, kas ar galiem sajūt ķermeni un rada vizuālas sajūtas. Eiklīds ir gaismas taisnās izplatīšanās doktrīnas pamatlicējs. Pielietojot matemātiku gaismas izpētē, viņš noteica likumus par gaismas atstarošanu no spoguļiem. Jāņem vērā, ka ģeometriskās teorijas konstruēšanai par gaismas atstarošanu no spoguļiem gaismas izcelsmes raksturam nav nozīmes, bet svarīga ir tikai tās taisnvirziena izplatīšanās īpašība. Eiklida atrastās likumsakarības ir saglabājušās mūsdienu ģeometriskajā optikā. Eiklīds bija pazīstams arī ar gaismas laušanu. Vēlākā laikā līdzīgus uzskatus izstrādāja Ptolemajs (70.–147. g.). Viņi lielu uzmanību pievērsa gaismas laušanas parādību izpētei; jo īpaši Ptolemajs veica daudzus krišanas un laušanas leņķu mērījumus, taču viņam neizdevās izveidot refrakcijas likumu. Ptolemajs pamanīja, ka zvaigžņu stāvoklis debesīs mainās gaismas laušanas dēļ atmosfērā.

Papildus Eiklidam ieliekto spoguļu efektu zināja arī citi senatnes zinātnieki. Arhimēds (287-212 BC) tiek uzskatīts par ienaidnieka flotes sadedzināšanu ar ieliektu spoguļu sistēmu, ar kuru viņš savāca saules stari un nosūtīts uz romiešu kuģiem. Zināmu soli uz priekšu spēra Empedokls (492.-432.g.pmē.), kurš uzskatīja, ka izplūdes no gaismas ķermeņiem tiek virzītas uz acīm, bet no acīm uz ķermeņiem. Kad šīs aizplūdes satiekas, rodas vizuālas sajūtas. Slavenais grieķu filozofs, atomisma pamatlicējs Demokrits (460-370 BC, e.) pilnībā noraida ideju par vizuālajiem stariem. Saskaņā ar Demokrita uzskatiem, redze ir saistīta ar nelielu atomu nokrišanu uz acs virsmas, kas izplūst no priekšmetiem. Līdzīgi uzskati vēlāk bija arī Epikūram (341.-270.g.pmē.). Slavenais grieķu filozofs Aristotelis (384.-322.g.pmē.), kurš uzskatīja, ka redzes sajūtu cēlonis ir ārpus cilvēka acs, bija arī izšķirošs "redzamo staru teorijas" pretinieks. Aristotelis mēģināja izskaidrot krāsas kā gaismas un tumsas sajaukšanas rezultātu.

Jāpiebilst, ka seno domātāju uzskati galvenokārt balstījās uz vienkāršākajiem dabas parādību novērojumiem. Senajai fizikai nebija nepieciešamā pamata eksperimentālo pētījumu veidā. Tāpēc seno cilvēku mācība par gaismas dabu ir spekulatīva. Tomēr, lai gan šie uzskati lielākoties ir tikai izcili minējumi, tiem noteikti bija liela ietekme uz tālāko optikas attīstību.

Arābu fiziķis Alhazens (1038) savos pētījumos attīstīja vairākas problēmas optikas jomā. Viņš nodarbojās ar acs izpēti, gaismas laušanu, gaismas atstarošanu ieliektos spoguļos. Pētot gaismas laušanu, Algazejs, atšķirībā no Ptolemaja, pierādīja, ka krišanas un laušanas leņķi nav proporcionāli, kas bija stimuls turpmākiem pētījumiem, lai atrastu laušanas likumu. Alhazens zina sfērisku stikla segmentu palielināmo spēku. Jautājumā par gaismas dabu Alhazens atrodas pareizajās pozīcijās, noraidot vizuālo staru teoriju. Alhazens izriet no idejas, ka no katra gaismas objekta punkta izplūst stari, kas, sasniedzot aci, rada vizuālas sajūtas. Alhazens uzskatīja, ka gaismai ir ierobežots izplatīšanās ātrums, kas pats par sevi ir nozīmīgs solis gaismas būtības izpratnē. Alhazens sniedza pareizu skaidrojumu tam, ka Saule un Mēness pie apvāršņa šķiet lielāki nekā zenītā; viņš to skaidroja kā jutekļu maldināšanu.

Renesanse. Zinātnes jomā pamazām uzvaru gūst eksperimentālā dabas izpētes metode. Šajā periodā optikā tika veikti vairāki izcili izgudrojumi un atklājumi. Frensisam Mavrolikam (1494-1575) tiek piedēvēts diezgan precīzs briļļu darbības skaidrojums. Mavroliks arī atklāja, ka ieliektās lēcas nevis savāc, bet izkliedē starus. Viņš atklāja, ka lēca ir vissvarīgākā acs daļa, un secināja, ka tālredzības un tuvredzības cēloņi, kas radušies Mavrolika lēcas neparastās gaismas refrakcijas rezultātā, sniedz pareizu skaidrojumu Saules attēlu veidošanās procesam. novērots, kad saules stari iziet cauri maziem caurumiem. Tālāk jānosauc Itālijas osta (1538-1615), kas 1589. gadā izgudroja camera obscura – topošās kameras prototipu. Dažus gadus vēlāk tika izgudroti galvenie optiskie instrumenti – mikroskops un teleskops.

Mikroskopa izgudrojums (1590) ir saistīts ar holandiešu optiķa meistara Zaharija Jansena vārdu. Apmēram tajā pašā laikā (1608.–1610.) sāka izgatavot tālvadības tēmēkļus holandiešu optiķi Zakarijs Jansens, Džeikobs Metsijs un Hanss Liperšijs. Šo optisko instrumentu izgudrojums nākamajos gados noveda pie lieliem atklājumiem astronomijā un bioloģijā. Vācu fiziķim un astronomam N. Kepleram (1571-1630) pieder fundamentāli optisko instrumentu un fizioloģiskās optikas teorijas darbi, par kuru dibinātāju viņu pamatoti var saukt, Keplers daudz strādāja pie gaismas refrakcijas izpētes.

Fermā principam, kas nosaukts pēc franču zinātnieka Pjēra Fermā (1601-1665), kurš to formulēja, bija liela nozīme ģeometriskajā optikā. Šis princips noteica, ka gaisma starp diviem punktiem izplatās pa tādu ceļu, kura pāreja prasa minimālu laiku. No tā izriet, ka Fermā, atšķirībā no Dekarta, uzskatīja gaismas ātrumu par ierobežotu. Slavenais itāļu fiziķis Galilejs (1564-1642) neveica sistemātisku darbu pie gaismas parādību izpētes. Taču optikā viņam pieder darbi, kas zinātnē devuši ievērojamus rezultātus. Galilejs uzlaboja teleskopu un pirmo reizi to izmantoja astronomijā, kurā viņš veica izcilus atklājumus, kas palīdzēja pamatot jaunākos uzskatus par Visuma uzbūvi, pamatojoties uz Kopernika heliocentrisko sistēmu. Galileo izdevās izveidot teleskopu ar kadra palielinājumu 30, kas daudzkārt pārsniedza tā pirmo izgudrotāju teleskopu palielinājumu. Ar tās palīdzību viņš atklāja kalnus un krāterus uz Mēness virsmas, atklāja pavadoņus netālu no planētas Jupiters, atklāja Piena ceļa zvaigžņu uzbūvi u.c.. Galileo mēģināja izmērīt gaismas ātrumu zemes apstākļos, taču tas neizdevās. šim nolūkam pieejamo eksperimentālo līdzekļu vājuma dēļ. No tā izriet, ka Galileo jau bija pareizi priekšstati par gaismas izplatīšanās ātrumu. Galileo novēroja arī saules plankumus. Galileo Saules plankumu atklāšanas prioritāti apstrīdēja jezuītu zinātnieks Paters Šeiners (1575-1650), kurš veica precīzus saules plankumu un saules uzliesmojumu novērojumus, izmantojot teleskopu, kas sakārtots pēc Keplera shēmas. Ievērojamais Šeinera darbā ir tas, ka viņš teleskopu pārvērta par projektoru, pagarinot okulāru vairāk nekā nepieciešams skaidrai acs redzamībai, kas ļāva iegūt Saules attēlu uz ekrāna un demonstrēt to dažādās pakāpēs. palielinājumu vairākiem cilvēkiem vienlaikus.

17. gadsimtu raksturo turpmāks progress dažādās zinātnes, tehnikas un ražošanas jomās. Matemātika ievērojami attīstās. Dažādās Eiropas valstīs tiek veidotas zinātniekus apvienojošas zinātniskās biedrības un akadēmijas. Pateicoties tam, zinātne kļūst par plašāka loka īpašumu, kas veicina starptautisko attiecību nodibināšanu zinātnē. 17. gadsimta otrajā pusē beidzot uzvarēja eksperimentālā dabas parādību izpētes metode.

Lielākie šī perioda atklājumi ir saistīti ar izcilā angļu fiziķa un matemātiķa Īzaka Ņūtona / (1643-1727) vārdu. Ņūtona svarīgākais eksperimentālais atklājums optikā ir gaismas izkliede prizmā (1666). Pētot baltās gaismas stara pāreju caur trīsstūrveida prizmu, Ņūtons atklāja, ka baltās gaismas stars sadalās bezgalīgā krāsainu staru kopumā, kas veido nepārtrauktu spektru. No šiem eksperimentiem tika secināts, ka baltā gaisma ir sarežģīts starojums. Ņūtons veica arī apgriezto eksperimentu, ar objektīva palīdzību savācot krāsainos starus, kas radušies pēc baltas gaismas stara izlaišanas caur prizmu. Rezultātā viņš atkal saņēma baltu gaismu. Visbeidzot, Ņūtons eksperimentēja ar krāsu sajaukšanu, izmantojot rotējošu apli, kas sadalīts vairākos sektoros un krāsots spektra primārajās krāsās. Kad disks tika strauji griezts, visas krāsas saplūda vienā, radot baltuma iespaidu.

Šo fundamentālo eksperimentu rezultātus Ņūtons lika par pamatu krāsu teorijai, kas iepriekš nebija bijusi veiksmīga nevienam no viņa priekšgājējiem. Saskaņā ar krāsu teoriju ķermeņa krāsu nosaka tie spektra stari, kurus šis ķermenis atspoguļo; ķermenis absorbē citus starus.

1.2. Ģeometriskās optikas pamatjēdzieni un likumi. Optikas nozari, kuras pamatā ir ideja par gaismas stariem kā taisnām līnijām, pa kurām izplatās gaismas enerģija, sauc par ģeometrisko optiku. Šāds nosaukums tam dots tāpēc, ka visas gaismas izplatīšanās parādības šeit var izpētīt ar staru ceļa ģeometriskām konstrukcijām, ņemot vērā gaismas atstarošanas un laušanas likumu. Šis likums ir ģeometriskās optikas pamats.

Savukārt tur, kur runa ir par parādībām, gaismas mijiedarbību ar šķēršļiem, kuru izmēri ir pietiekami mazi, ģeometriskās optikas likumi ir nepietiekami un ir jāizmanto viļņu optikas likumi. Ģeometriskā optika ļauj analizēt galvenās parādības, kas saistītas ar gaismas pāreju caur lēcām un citām optiskās sistēmas, kā arī ar gaismas atstarošanu no spoguļiem. Gaismas stara jēdziens kā bezgalīgi plāns gaismas stars, kas izplatās taisnā līnijā, dabiski noved pie gaismas taisnās izplatīšanās un gaismas staru neatkarīgas izplatīšanās likumiem. Tieši šie likumi kopā ar gaismas laušanas un atstarošanas likumiem ir ģeometriskās optikas pamatlikumi, kas ne tikai izskaidro daudzas fizikālās parādības, bet arī ļauj veikt aprēķinus un projektēt optiskās ierīces. Visi šie likumi sākotnēji tika izveidoti kā empīriski, tas ir, pamatojoties uz eksperimentiem, novērojumiem.