Ruské svetlo

V roku 1876 v Londýne na výstave presných fyzikálnych prístrojovpriekopa ruský vynálezca Pavel Nikolajevič Ya blochkov predviedol návštevníkom nevšedné elektrický sviečka. Tvarom podobný bežnému stearu, uh tá sviečka horela oslepujúco jasným svetlom. V tom istom roku sa v uliciach Paríža objavili „Jabločkovove sviečky“. Umiestnené v bielych matných guličkách, dali svetlé príjemné svetlo. INkrátky čas nádherné sviečky ruských vynálezcov za seboubojovali proti všeobecnému uznaniu. "Jablochkovove sviečky" osvetlené najlepšie hotely, ulice a parky najväčšie mestá Európa, Zvyknutý na slabé svetlo sviečok a petrolejových lámp, ľudia minulého storočia obdivovali "Jablochkovove sviečky". Nový svetlo sa nazývalo „ruské svetlo“, „severné svetlo“. Noviny preZápadoeurópske krajiny napísali: „Svetlo k nám prichádza zo severu - z Ruska“, „Rusko je rodiskom svetla“.

Didaktický materiál

Šírenie svetla

Ako vieme, jedným z typov prenosu tepla je sálanie. Počas žiarenia sa prenos energie z jedného telesa na druhé môže uskutočniť aj vo vákuu. Existuje niekoľko druhov žiarenia, jedným z nich je viditeľné svetlo.

Osvetlené telesá sa postupne zahrievajú. To znamená, že svetlo je skutočne žiarenie.

Svetelné javy študuje odvetvie fyziky nazývané optika. Slovo „optika“ v gréčtine znamená „viditeľné“, pretože svetlo je viditeľná forma žiarenia.

Štúdium svetelných javov je pre človeka mimoriadne dôležité. Veď viac ako deväťdesiat percent informácií prijímame zrakom, teda schopnosťou vnímať svetelné vnemy.

Telesá, ktoré vyžarujú svetlo, sa nazývajú zdroje svetla - prirodzené alebo umelé.

Príkladmi prirodzených zdrojov svetla sú Slnko a iné hviezdy, blesky, svietiaci hmyz a rastliny. Umelé zdroje svetla sú sviečka, lampa, horák a mnoho ďalších.

V akomkoľvek zdroji svetla žiarenie spotrebúva energiu.

Slnko vyžaruje svetlo vďaka energii z jadrových reakcií prebiehajúcich v jeho hĺbkach.

Petrolejová lampa premieňa energiu uvoľnenú pri spaľovaní petroleja na svetlo.

odraz svetla

Osoba vidí zdroj svetla, keď lúč z tohto zdroja vstúpi do oka. Ak teleso nie je zdrojom, tak oko môže vnímať lúče z nejakého zdroja odrazené týmto telesom, teda dopadajúce na povrch tohto telesa a meniť smer ďalšieho šírenia. Teleso, ktoré odráža lúče, sa stáva zdrojom odrazeného svetla.

Lúče, ktoré dopadali na povrch tela, menia smer ďalšieho šírenia. Pri odraze sa svetlo vracia do rovnakého média, z ktorého dopadlo na povrch tela. Teleso, ktoré odráža lúče, sa stáva zdrojom odrazeného svetla.

Keď počujeme toto slovo „odraz“, v prvom rade sa nám vybaví zrkadlo. V každodennom živote sa najčastejšie používajú ploché zrkadlá. Pomocou plochého zrkadla je možné vykonať jednoduchý experiment na stanovenie zákona, podľa ktorého sa svetlo odráža. Položme iluminátor na list papiera ležiaci na stole tak, aby tenký lúč svetla ležal v rovine stola. V tomto prípade sa svetelný lúč bude posúvať po povrchu listu papiera a my ho budeme môcť vidieť.

Do dráhy tenkého svetelného lúča položme vertikálne ploché zrkadlo. Od nej sa odrazí lúč svetla. Dá sa overiť, že odrazený lúč, podobne ako ten, ktorý dopadá na zrkadlo, kĺže po papieri v rovine stola. Označte ceruzkou na list papiera vzájomnú polohu oboch svetelných lúčov a zrkadla. Výsledkom je schéma experimentu Uhol medzi dopadajúcim lúčom a kolmicou obnovenou k odrazovej ploche v bode dopadu sa v optike zvyčajne nazýva uhol dopadu. Uhol medzi tou istou kolmicou a odrazeným lúčom je uhol odrazu. Výsledky skúseností sú:

1. Dopadajúci lúč, odrazený lúč a kolmica k odrazovej ploche, rekonštruované v bode dopadu, ležia v rovnakej rovine.
2. Uhol dopadu rovný uhlu odrazy. Tieto dva závery predstavujú zákon odrazu.

Pri pohľade na ploché zrkadlo vidíme obrazy predmetov, ktoré sa nachádzajú pred ním. Tieto obrázky sú úplne rovnaké vzhľad položky. Zdá sa, že tieto dvojčatá sa nachádzajú za povrchom zrkadla.

Zvážte obraz bodového zdroja v plochom zrkadle. Aby sme to dosiahli, ľubovoľne nakreslíme niekoľko lúčov zo zdroja, zostrojíme im zodpovedajúce odrazené lúče a potom dokončíme pokračovanie odrazených lúčov za rovinou zrkadla. Všetky pokračovania lúčov sa pretnú za rovinou zrkadla v jednom bode: tento bod je obrazom zdroja.

Keďže sa v obraze nezbiehajú samotné lúče, ale len ich pokračovania, v skutočnosti v tomto bode neexistuje žiadny obraz: len sa nám zdá, že lúče pochádzajú z tohto bodu. Takýto obraz sa nazýva imaginárny.

Lom svetla

Keď svetlo dosiahne rozhranie medzi dvoma médiami, jeho časť sa odráža, zatiaľ čo druhá časť prechádza cez hranicu, pričom sa zároveň láme, čiže mení smer ďalšieho šírenia.

Minca ponorená do vody sa nám zdá väčšia, ako keď len tak leží na stole. Ceruzka alebo lyžica vložená do pohára vody sa nám zdá zlomená: časť, ktorá je vo vode, sa zdá byť vyvýšená a mierne zväčšená. Tieto a mnohé ďalšie optické javy sa vysvetľujú lomom svetla.

Lom svetla je spôsobený skutočnosťou, že svetlo sa šíri rôznymi rýchlosťami v rôznych médiách.

Rýchlosť šírenia svetla v určitom prostredí charakterizuje optickú hustotu daného prostredia: čím vyššia je rýchlosť svetla v danom prostredí, tým nižšia je jeho optická hustota.

Ako sa zmení uhol lomu, keď svetlo prechádza zo vzduchu do vody a keď prechádza z vody do vzduchu? Experimenty ukazujú, že pri prechode zo vzduchu do vody je uhol lomu menší ako uhol dopadu. A naopak: pri prechode z vody do vzduchu je uhol lomu väčší ako uhol dopadu.

Z experimentov s lomom svetla vyšli najavo dve skutočnosti: 1. Dopadajúci lúč, lomený lúč a kolmica na rozhranie medzi dvoma médiami, obnovené v bode dopadu, ležia v rovnakej rovine.

1. Pri prechode z opticky hustejšieho prostredia do opticky menej hustého prostredia je uhol lomu väčší ako uhol dopadu.Pri prechode z opticky menej hustého prostredia do opticky hustejšieho prostredia je uhol lomu menší ako uhol dopadu.

Zaujímavý jav možno pozorovať, ak sa pri prechode svetla do opticky menej hustého prostredia postupne zväčšuje uhol dopadu. Je známe, že uhol lomu je v tomto prípade väčší ako uhol dopadu a so zväčšujúcim sa uhlom dopadu sa bude zväčšovať aj uhol lomu. Pri určitej hodnote uhla dopadu bude uhol lomu rovný 90o.

Postupne budeme zväčšovať uhol dopadu pri prechode svetla do opticky menej hustého prostredia. Keď sa uhol dopadu zväčší, zväčší sa aj uhol lomu. Keď uhol lomu dosiahne deväťdesiat stupňov, lomený lúč neprechádza do druhého média z prvého, ale kĺže v rovine rozhrania medzi týmito dvoma médiami.

Tento jav sa nazýva úplný vnútorný odraz a uhol dopadu, pri ktorom k nemu dochádza, je hraničným uhlom celkového vnútorného odrazu.

Fenomén úplného vnútorného odrazu je v technike široko používaný. Tento jav je založený na použití pružných optických vlákien, ktorými prechádzajú svetelné lúče, opakovane odrážané od stien.

Svetlo neuniká z vlákna v dôsledku úplného vnútorného odrazu. Jednoduchšie optické zariadenie, ktoré využíva plnú vnútorný odraz, je obrátený hranol: prevracia obraz a zamieňa lúče, ktoré doň vstupujú.

Obraz v šošovkách

Šošovka, ktorej hrúbka je malá v porovnaní s polomermi guľôčok tvoriacich povrchy tejto šošovky, sa nazýva tenká. Ďalej budeme uvažovať len o tenkých šošovkách. Zapnuté optické schémy tenké šošovky sú zobrazené ako segmenty so šípkami na koncoch. V závislosti od smeru šípok diagramy rozlišujú medzi zbiehavými a divergentnými šošovkami.

Uvažujme, ako cez šošovky prechádza lúč lúčov rovnobežný s hlavnou optickou osou. Prechádza cez

zbiehavá šošovka, lúče sa zhromažďujú v jednom bode. Po prechode rozbiehavou šošovkou sa lúče rozchádzajú rôznymi smermi tak, že sa všetky ich pokračovania zbiehajú v jednom bode ležiacom pred šošovkou.

Bod, v ktorom sa po lomu v zbiehajúcej šošovke zhromažďujú lúče rovnobežné s hlavnou optickou osou, sa nazýva hlavné ohnisko šošovky-F.

V divergentnej šošovke sú lúče rovnobežné s jej hlavnou optickou osou rozptýlené. Bod, v ktorom sa zhromažďujú pokračovania lomených lúčov, leží pred šošovkou a nazýva sa hlavné ohnisko divergentnej šošovky.

Ohnisko divergencie šošovky sa nezíska v priesečníku samotných lúčov, ale ich pokračovaní, preto je imaginárne, na rozdiel od zbiehavej šošovky, ktorá má skutočné ohnisko.

Objektív má dve hlavné ohniská. Obidve ležia v rovnakej vzdialenosti od optického stredu šošovky na jej hlavnej optickej osi.

Vzdialenosť od optického stredu šošovky k ohnisku sa nazýva ohnisková vzdialenosť šošovky. Čím viac šošovka mení smer lúčov, tým je jej ohnisková vzdialenosť menšia. Preto je optická sila šošovky nepriamo úmerná jej ohniskovej vzdialenosti.

Optická sila sa spravidla označuje písmenom „DE“ a meria sa v dioptriách. Napríklad pri písaní receptu na okuliare udávajú, koľko dioptrií by mala mať optická mohutnosť pravej a ľavej šošovky.

dioptria (dptr) je optická mohutnosť šošovky s ohniskovou vzdialenosťou 1m. Keďže zbiehavé šošovky majú skutočné ohniská a divergujúce šošovky majú imaginárne ohniská, dohodli sme sa, že optickú silu zbiehavých šošoviek budeme považovať za kladnú hodnotu a optickú silu divergentných šošoviek za negatívnu.

Kto stanovil zákon odrazu svetla?

V 16. storočí bola optika ultramodernou vedou. Vznikla zo sklenenej gule naplnenej vodou, ktorá sa používala ako zaostrovacia šošovka zväčšovacie sklo, a z neho mikroskop a ďalekohľad. Najväčšia námorná veľmoc v tých časoch, Holandsko, potrebovala dobré teleskopy, aby videla nebezpečné pobrežie v predstihu alebo aby sa včas dostala preč od nepriateľa. Úspech a spoľahlivosť navigácie zabezpečila optika. Preto práve v Holandsku sa tomu venovalo veľa vedcov. Holanďan Willebrord, Snel van Rooyen, ktorý si hovoril Snellius (1580 - 1626), pozoroval (čo, mimochodom, mnohí pred ním videli), ako sa v zrkadle odráža tenký lúč svetla. Jednoducho zmeral uhol dopadu a uhol odrazu lúča (čo pred ním nikto neurobil) a stanovil zákon: uhol dopadu sa rovná uhlu odrazu.

Zdroj. Zrkadlový svet. Gilde V. - M.: Mir, 1982. s. 24.

Prečo sú diamanty tak vysoko cenené?

Je zrejmé, že človek oceňuje najmä všetko, čo sa nehodí alebo je ťažké zmeniť. Vrátane drahých kovov a kameňov. Starovekí Gréci nazývali diamant "adamas" - neodolateľný, čo vyjadrovalo svoj osobitný postoj k tomuto kameňu. Samozrejme, pri hrubých kameňoch (diamanty sa tiež nebrúsili) boli najzrejmejšími vlastnosťami tvrdosť a lesk.

Diamanty majú vysoký index lomu; 2,41 pre červenú a 2,47 pre fialovú (pre porovnanie stačí povedať, že index lomu vody je 1,33 a skla, v závislosti od kvality, od 1,5 do 1,75).

Biele svetlo je tvorené farbami spektra. A keď sa jeho lúč láme, každý zo základných farebných lúčov sa odlišne odchyľuje, akoby sa rozdelil na farby dúhy. Preto je v diamante „hra farieb“.

To nepochybne fascinovalo aj starých Grékov. Kameň je výnimočný nielen leskom a tvrdosťou, ale má aj tvar jednej z Platónových „dokonalých“ pevných látok!

Skúsenosti

SKÚSENOSTI v optike č.1

Vysvetlite stmavnutie bloku dreva po jeho navlhčení.

Vybavenie: nádoba s vodou, drevený blok.

Vysvetlite vibrácie tieňa nehybného predmetu, keď svetlo prechádza vzduchom nad horiacou sviečkou. Vybavenie: statív, gulička na niti, sviečka, plátno, projektor.

Nalepte farebné kúsky papiera na lopatky ventilátora a sledujte, ako sa farby sčítavajú v rôznych režimoch otáčania. Vysvetlite pozorovaný jav.

SKÚSENOSTI #2

Interferenciou svetla.

Jednoduchá ukážka absorpcie svetla vodný roztok farbivo

Na jeho prípravu je potrebný iba školský iluminátor, pohár vody a biele plátno. Farbivá môžu byť veľmi rôznorodé, vrátane fluorescenčných.

Študenti s veľkým záujmom sledujú zmenu farby bieleho svetelného lúča pri jeho šírení farbivom. Neočakávaná je pre nich farba lúča vychádzajúceho z roztoku. Pretože svetlo je zaostrené šošovkou iluminátora, farba bodu na obrazovke je určená vzdialenosťou medzi sklom kvapaliny a obrazovkou.

Jednoduché experimenty so šošovkami. (EXPERIMENT č. 3)

Čo sa stane s obrazom objektu získaným šošovkou, ak sa časť šošovky rozbije a obraz sa získa pomocou jej zostávajúcej časti?

Odpoveď . Obraz sa získa na rovnakom mieste, kde bol získaný pomocou celej šošovky, ale jeho osvetlenie bude menšie, pretože. menšia časť lúčov vychádzajúcich z objektu dosiahne jeho obraz.

Položte malý lesklý predmet na stôl osvetlený Slnkom (alebo silnú lampu), napríklad guľu z ložiska alebo skrutku z počítača, a pozerajte sa naň cez malý otvor v kúsku fólie. Viacfarebné prstene alebo ovály budú dokonale viditeľné. Aký druh javu bude pozorovaný? Odpoveď. Difrakcia.

Jednoduché pokusy s farebnými sklami.(POKUS č. 4)

Na biely list papiera napíšte „výborne“ červenou fixou alebo ceruzkou a „dobré“ zelenou fixou. Vezmite dva úlomky skla z fľaše - zelené a červené.

(Pozor! Buďte opatrní, o okraje úlomkov sa môžete zraniť!)

Cez aké sklo sa musíte pozrieť, aby ste videli hodnotenie „vynikajúce“?

Odpoveď . Je potrebné pozerať sa cez zelené sklo. V tomto prípade bude nápis viditeľný čiernou farbou na zelenom papierovom pozadí, pretože červené svetlo nápisu „vynikajúce“ neprepúšťa zelené sklo. Pri pohľade cez červené sklo nebude na červenom pozadí papiera viditeľný červený nápis.

EXPERIMENT #5: Pozorovanie fenoménu disperzie

Je známe, že keď úzky lúč bieleho svetla prechádza cez sklenený hranol, na obrazovke inštalovanej za hranolom možno pozorovať dúhový pruh, ktorý sa nazýva disperzné (alebo hranolové) spektrum. Toto spektrum sa pozoruje aj vtedy, keď sa svetelný zdroj, hranol a clona umiestnia do uzavretej nádoby, z ktorej bol odčerpaný vzduch.

Výsledky najnovšieho experimentu ukazujú, že existuje závislosť absolútneho indexu lomu skla od frekvencie svetelných vĺn. Tento jav sa pozoruje v mnohých látkach a nazýva sa rozptyl svetla. Existujú rôzne experimenty na ilustráciu fenoménu rozptylu svetla. Na obrázku je znázornená jedna z možností jej realizácie.

Fenomén rozptylu svetla objavil Newton a je považovaný za jeden z jeho najdôležitejších objavov. Náhrobný kameň postavený v roku 1731 zobrazuje postavy mladých mužov, ktorí držia emblémy najdôležitejších Newtonových objavov. V rukách jedného z mladíkov je hranol a v nápise na pomníku sú tieto slová: „Skúmal rozdiel v svetelných lúčoch a rôzne vlastnosti farieb, ktoré sa v tomto prejavujú, čo nikto predtým netušil. ."

SKÚSENOSTI #6: Má zrkadlo pamäť?

Ako umiestniť ploché zrkadlo na nakreslený obdĺžnik, aby ste získali obrázok: trojuholník, štvoruholník, päťuholník. Vybavenie: ploché zrkadlo, list papiera s nakresleným štvorcom.

OTÁZKY

Priehľadné plexisklo sa stáva nepriehľadným, ak sa jeho povrch pretrie brúsnym papierom. To isté sklo pri trení opäť spriehľadní....Ako?

Na stupnici clony objektívu sa použijú čísla, rovný pomeru ohnisková vzdialenosť k priemeru otvoru: 2; 2,8; 4,5; 5; 5,8 atď Ako sa zmení expozičný čas, ak sa clona posunie na väčší dielik stupnice?

Odpoveď. Ako ďalšie číslo clona, ​​uvedená na stupnici, tým svetlejšia je snímka menšia a rýchlosť uzávierky potrebná na fotografovanie je väčšia.

Najčastejšie sa šošovky fotoaparátov skladajú z niekoľkých šošoviek. Svetlo prechádzajúce šošovkou sa čiastočne odráža od povrchov šošoviek. K akým defektom to vedie pri streľbe?Odpoveď

Pri fotografovaní zasnežených plání a vodných plôch v slnečné dni odporúča sa použiť solárny kryt, čo je valcová alebo kužeľová trubica vo vnútri začiernená, nasadená
šošovka. Aký je účel kapucne?Odpoveď

Aby sa zabránilo odrazu svetla vo vnútri šošovky, na povrch šošovky je nanesená veľmi tenká priehľadná fólia s hrúbkou rádovo desaťtisícín milimetra. Takéto šošovky sa nazývajú osvietené. Na akom fyzikálnom jave je založená povrchová úprava šošovky? Vysvetlite, prečo šošovky neodrážajú svetlo.Odpoveď.

Otázka pre fórum

Prečo sa čierny zamat zdá oveľa tmavší ako čierny hodváb?

Prečo? biele svetlo, prechádzajúci cez sklo okna, nerozkladá sa na zložky?Odpoveď.

Blitz

1. Ako sa nazývajú okuliare bez spánkov? (pince-nez)

2. Čo dáva orlovi počas lovu? (Tieň.)

3. Prečo je umelec Kuinzhi známy? (Schopnosť zobraziť priehľadnosť vzduchu a mesačného svetla)

4. Ako sa volajú lampy, ktoré osvetľujú javisko? (podhľady)

5. Je drahokam modrý alebo zelenkastý?(Tyrkysová)

6. Uveďte, v ktorom bode je ryba vo vode, ak ju rybár vidí v bode A.

Blitz

1. Čo nemôžeš ukryť v truhlici? (Lúč svetla)

2. Akú farbu má biele svetlo? (Biele svetlo pozostáva zo série viacfarebných lúčov: červená, oranžová, žltá, zelená, modrá, indigová, fialová)

3. Čo je viac: oblak alebo tieň z neho? (Oblak vrhá k zemi zužujúci sa kužeľ úplného tieňa, ktorého výška je vzhľadom na značnú veľkosť oblaku veľká. Preto sa veľkosť oblaku od samotného oblaku len málo líši)

4. Ty ideš za ňou, ona za tebou, ty za ňou, ona za tebou. Čo to je? (tieň)

5. Okraj je viditeľný, ale nedosiahnete ho. Čo je to? (horizont)

Optické ilúzie.

Nezdá sa vám, že čiernobiele pruhy sa pohybujú opačným smerom? Ak nakloníte hlavu - potom doprava, potom doľava - zmení sa aj smer otáčania.

Nahor vedie nekonečné schodisko.

slnko a oko

nebuď ako slnko očí,

Nevidel slnko... W. Goethe

Spojenie oka a slnka je také staré ako ľudská rasa sama. Zdrojom takéhoto porovnania nie je veda. A v našej dobe, popri vedou, súčasne s obrazom javov, ktoré odhalila a vysvetlila nová prírodná veda, naďalej existuje svet ideí dieťaťa a primitívneho človeka a chtiac-nechtiac svet básnikov. ich napodobňovanie. Niekedy sa oplatí nahliadnuť do tohto sveta ako do jedného z možných zdrojov vedeckých hypotéz. Je úžasný a báječný; v tomto svete sa smelo vrhajú mosty-spojenia medzi javy prírody, o ktorých veda niekedy ešte ani netuší. V niektorých prípadoch sú tieto spojenia uhádnuté správne, niekedy sú zásadne chybné a jednoducho smiešne, ale vždy si zaslúžia pozornosť, pretože tieto chyby často pomáhajú pochopiť pravdu. Preto je poučné pristupovať k otázke spojenia oka a Slnka najskôr z pohľadu detských, primitívnych a poetických predstáv.

Pri hre na „schovávačku“ sa dieťa veľmi často rozhodne skryť tým najneočakávanejším spôsobom: zavrie oči alebo ich zakryje rukami, pričom si je istý, že ho teraz nikto neuvidí; lebo videnie sa stotožňuje so svetlom.

Ešte prekvapivejšie je však pretrvávanie rovnakého inštinktívneho zamieňania zraku a svetla u dospelých. Fotografi, teda ľudia, ktorí sú trochu skúsení v praktickej optike, sa často pristihujú, že zatvárajú oči, keď pri vkladaní alebo vyvolávaní platní treba dávať pozor, aby svetlo nepreniklo do tmavej miestnosti.

Ak pozorne počúvate, ako hovoríme, naše vlastné slová, aj tu sa okamžite nájdu stopy tej istej fantastickej optiky.

Ľudia bez toho, aby si to všimli, hovoria: "oči sa zaiskrili", "vyšlo slnko", "hviezdy sa pozerajú."

Pre básnikov je prenos vizuálnych zobrazení do svietidla a naopak, pripisovanie vlastností svetelných zdrojov očiam najbežnejšou, možno povedať, povinnou technikou:

Hviezdy noci

Ako obviňujúce oči

Posmešne sa naňho pozerajú.

Oči mu svietia.

A.S. Puškin.

Pozreli sme sa s vami na hviezdy

Sú na nás. Fet.

Ako vás vidia ryby?

Vďaka lomu svetla rybár nevidí rybu tam, kde v skutočnosti je.

Ľudové znamenia

ROZPTYL SVETLA

Častice látky, ktorá prepúšťa svetlo, sa správajú ako drobné antény. Tieto „antény“ prijímajú svetelné elektromagnetické vlny a vysielajú ich novými smermi. Tento proces sa nazýva Rayleighov rozptyl podľa anglického fyzika Lorda Rayleigha (John William Strutt, 1842-1919).

Skúsenosti 1

Položte list bieleho papiera na stôl s baterkou vedľa neho tak, aby sa zdroj svetla nachádzal v strede dlhšej strany listu papiera.
Naplňte dva bezfarebné, číre plastové poháre vodou. Pomocou fixky označte okuliare písmenami A a B.
Do pohára B pridajte kvapku mlieka a premiešajte
Zložte list bieleho kartónu s rozmermi 15 x 30 cm spolu s krátkymi koncami a ohnite ho na polovicu vo forme chatrče. Bude slúžiť ako vaša obrazovka. Nainštalujte obrazovku pred baterku s opačná strana list papiera.

Zatemnite miestnosť, zapnite baterku a všimnite si farbu svetelného bodu produkovaného baterkou na obrazovke.
Umiestnite sklo A do stredu listu papiera pred baterku a urobte nasledovné: všimnite si farbu svetelného bodu na obrazovke, ktorý sa vytvoril ako výsledok prechodu svetla z baterky cez voda; Pozrite sa pozorne na vodu a všimnite si, ako sa zmenila farba vody.
Opakujte kroky a vymeňte sklo A za sklo B.

V dôsledku toho môže byť farba svetelnej škvrny tvorenej na obrazovke lúčom svetla z baterky, v dráhe ktorej nie je nič iné ako vzduch, biela alebo jemne žltkastá. Keď lúč svetla prechádza cez čistú vodu, farba bodu na obrazovke sa nemení. Nezmení sa ani farba vody.
Ale po prejdení lúča cez vodu, do ktorej sa pridá mlieko, sa svetlý bod na obrazovke objaví žltý alebo dokonca oranžový a voda sa zmení na modrastú.

prečo?
Svetlo, podobne ako elektromagnetické žiarenie vo všeobecnosti, má vlnové aj časticové vlastnosti. Šírenie svetla má vlnový charakter a k jeho interakcii s hmotou dochádza akoby vyžarovanie svetla sa skladá z jednotlivých častíc. Svetelné častice – kvantá (inak fotóny), sú zväzky energie s rôznymi frekvenciami.

Fotóny majú vlastnosti častíc aj vĺn. Keďže fotóny zažívajú vlnové oscilácie, vlnová dĺžka svetla s príslušnou frekvenciou sa berie ako veľkosť fotónu.
Baterka je zdrojom bieleho svetla. Ide o viditeľné svetlo, pozostávajúce z rôznych odtieňov farieb, t.j. žiarenie rôznych vlnových dĺžok – od červeného, ​​s najdlhšou vlnovou dĺžkou, po modré a fialové, s najkratšími vlnovými dĺžkami vo viditeľnom rozsahu.Keď sa zmiešajú svetelné vibrácie rôznych vlnových dĺžok, oko ich vníma a mozog interpretuje túto kombináciu ako bielu, t.j. nedostatok farby. Svetlo prechádza čistou vodou bez toho, aby získalo akúkoľvek farbu.

Ale keď svetlo prechádza vodou sfarbenou mliekom, všimneme si, že voda sa stala modrastou a svetlý bod na obrazovke je žltooranžový. Stalo sa tak v dôsledku rozptylu (odchýlenia) časti svetelných vĺn. Rozptyl môže byť elastický (odraz), pri ktorom sa fotóny zrážajú s časticami a odrážajú sa od nich, podobne ako sa od seba odrazia dve biliardové gule. Fotón je najviac rozptýlený, keď sa zrazí s časticou približne rovnakej veľkosti, ako je on sám.

Malé čiastočky mlieka vo vode najlepšie rozptyľujú krátkovlnné žiarenie – modré a fialové. Keď teda biele svetlo prechádza vodou sfarbenou mliekom, dojem bledomodrej farby je spôsobený rozptylom krátkych vlnových dĺžok. Po rozptýlení na časticiach mlieka krátkych vlnových dĺžok zo svetelného lúča ostávajú hlavne vlnové dĺžky žltá a oranžová. Pokračujú na obrazovku.

Ak je veľkosť častíc väčšia ako maximálna vlnová dĺžka viditeľného svetla, rozptýlené svetlo bude pozostávať zo všetkých vlnových dĺžok; toto svetlo bude biele.

Skúsenosť 2

Ako závisí rozptyl od koncentrácie častíc?
Opakujte experiment s rôznymi koncentráciami mlieka vo vode, od 0 do 10 kvapiek. Pozorujte zmeny odtieňov farieb vody a svetla, ktoré voda prepúšťa.

Skúsenosť 3

Závisí rozptyl svetla v médiu od rýchlosti svetla v tomto médiu?
Rýchlosť svetla závisí od hustoty látky, v ktorej sa svetlo šíri. Čím väčšia je hustota média, tým pomalšie svetlo prechádza.

Pamätajte, že rozptyl svetla v rôznych látkach možno porovnávať pozorovaním jasu týchto látok. Keď vieme, že rýchlosť svetla vo vzduchu je 3 x 108 m/s a rýchlosť svetla vo vode je 2,23 x 108 m/s, môžeme porovnať napríklad jas vlhkého riečneho piesku s jasom suchého piesku. . V tomto prípade je potrebné mať na pamäti, že svetlo dopadajúce na suchý piesok prechádza vzduchom a svetlo dopadajúce na mokrý piesok prechádza vodou.

Piesok nasypte do jednorazového papierového taniera. Nalejte trochu vody z okraja taniera. Po zaznamenaní jasu rôznych častí piesku v tanieri urobte záver, v ktorom piesku je rozptyl väčší: v suchom (v ktorom sú zrnká piesku obklopené vzduchom) alebo vo vlhku (zrnká piesku sú obklopené vodou) . Môžete vyskúšať aj iné tekutiny, napríklad rastlinný olej.

Úvod

1. Literárna revue

1.1. História vývoja geometrickej optiky

1.2. Základné pojmy a zákony geometrickej optiky

1.3. Hranolové prvky a optické materiály

2. Experimentálna časť

2.1 Materiály a experimentálna technika

2.2. Experimentálne výsledky

2.2.1. Demonštračné experimenty s použitím skleneného hranolu s uhlom lomu 90º

2.2.2. Demonštračné experimenty s použitím skleneného hranola naplneného vodou s uhlom lomu 90º

2.2.3. Demonštračné experimenty s použitím dutého skleneného hranola, naplneného vzduchom, s uhlom lomu 74º

2.3. Diskusia experimentálnych výsledkov

Zoznam použitej literatúry

Úvod

Rozhodujúca úloha experimentu pri štúdiu fyziky v škole zodpovedá hlavnej zásade prírodných vied, podľa ktorej je experiment základom poznania javov. Demonštračné experimenty prispievajú k vytváraniu fyzikálnych konceptov. Medzi demonštračnými pokusmi sú na jednom z najdôležitejších miest experimenty v geometrickej optike, ktoré umožňujú názorne ukázať fyzikálnu podstatu svetla a demonštrovať základné zákonitosti šírenia svetla.

V tomto príspevku je problém nastavenia experimentov v geometrickej optike pomocou hranola v stredná škola. Najnázornejšie a najzaujímavejšie experimenty v optike boli vybrané pomocou zariadenia, ktoré si môže kúpiť každá škola alebo vyrobiť samostatne.

Prehľad literatúry

1.1 História vývoja geometrickej optiky.

Optika sa vzťahuje na také vedy, ktorých počiatočné myšlienky vznikli v staroveku. Počas svojej stáročnej histórie zaznamenala neustály vývoj a v súčasnosti patrí medzi základné fyzikálne vedy, obohatené o objavy nových javov a zákonitostí.

Najdôležitejším problémom v optike je otázka povahy svetla. Prvé myšlienky o povahe svetla vznikli v staroveku. Starovekí myslitelia sa snažili pochopiť podstatu svetelných javov na základe vizuálnych vnemov. Starovekí hinduisti si mysleli, že oko má „ohnivú povahu“. Grécky filozof a matematik Pytagoras (582 – 500 pred n. l.) a jeho škola verili, že zrakové vnemy vznikajú vďaka tomu, že „horúce pary“ prichádzajú z očí do predmetov. Vo svojom ďalšom vývoji nadobudli tieto názory jasnejšiu podobu v podobe teórie zrakových lúčov, ktorú rozpracoval Euklides (300 pred Kr.). Podľa tejto teórie je videnie spôsobené tým, že z očí prúdia „zrakové lúče“, ktoré svojimi koncami cítia telo a vytvárajú vizuálne vnemy. Euklides je zakladateľom doktríny priamočiareho šírenia svetla. Aplikovaním matematiky na štúdium svetla stanovil zákony odrazu svetla od zrkadiel. Treba si uvedomiť, že pre konštrukciu geometrickej teórie odrazu svetla od zrkadiel nezáleží na povahe vzniku svetla, ale dôležitá je len vlastnosť jeho priamočiareho šírenia. Euklidom nájdené zákonitosti sa zachovali v modernej geometrickej optike. Euklides tiež poznal lom svetla. Neskôr podobné názory vyvinul Ptolemaios (70-147 po Kr.). Veľkú pozornosť venovali štúdiu javov lomu svetla; najmä Ptolemaios vykonal veľa meraní uhlov dopadu a lomu, ale nepodarilo sa mu stanoviť zákon lomu. Ptolemaios si všimol, že poloha hviezd na oblohe sa mení v dôsledku lomu svetla v atmosfére.

Okrem Euklida poznali účinok konkávnych zrkadiel aj iní vedci staroveku. Archimedes (287-212 pred n. l.) sa pripisuje podpáleniu nepriateľskej flotily systémom konkávnych zrkadiel, pomocou ktorých zbieral slnečné lúče a poslali na rímske lode. Istý krok vpred urobil Empedokles (492-432 pred Kr.), ktorý veril, že výlevy smerujú zo svietiacich telies do očí a výlevy prichádzajú z očí k telám. Keď sa tieto výlevy stretnú, vznikajú vizuálne vnemy. Slávny grécky filozof, zakladateľ atomizmu, Democritus (460 - 370 pred Kristom, e.) úplne odmieta myšlienku vizuálnych lúčov. Podľa názoru Demokrita je videnie spôsobené pádom malých atómov vyžarujúcich z predmetov na povrch oka. Podobné názory mal neskôr aj Epikuros (341-270 pred Kr.). Rozhodujúcim odporcom „teórie zrakových lúčov“ bol aj slávny grécky filozof Aristoteles (384-322 pred Kr.), ktorý veril, že príčina zrakových vnemov leží mimo ľudského oka. Aristoteles sa pokúsil vysvetliť farby ako výsledok zmesi svetla a tmy.

Treba poznamenať, že názory starovekých mysliteľov boli založené najmä na najjednoduchších pozorovaniach prírodných javov. Staroveká fyzika nemala potrebný základ v podobe experimentálneho výskumu. Preto je učenie starých ľudí o podstate svetla špekulatívne. Napriek tomu, hoci sú tieto názory z veľkej časti len brilantnými dohadmi, určite mali veľký vplyv na ďalší vývoj optiky.

Arabský fyzik Alhazen (1038) vo svojom výskume rozvinul množstvo problémov v optike. Zaoberal sa štúdiom oka, lomu svetla, odrazom svetla v konkávnych zrkadlách. Pri skúmaní lomu svetla Algazei na rozdiel od Ptolemaia dokázal, že uhly dopadu a lomu nie sú úmerné, čo bolo podnetom pre ďalší výskum s cieľom nájsť zákon lomu. Alhazen pozná zväčšovaciu silu sférických sklenených segmentov. V otázke povahy svetla je Alhazen na správnej pozícii a odmieta teóriu vizuálnych lúčov. Alhazen vychádza z myšlienky, že z každého bodu svietiaceho objektu vychádzajú lúče, ktoré po dopade do oka spôsobujú zrakové vnemy. Alhazen veril, že svetlo má konečnú rýchlosť šírenia, čo samo o sebe predstavuje hlavný krok v pochopení podstaty svetla. Alhazen podal správne vysvetlenie skutočnosti, že Slnko a Mesiac sa zdajú byť väčšie na obzore ako v zenite; vysvetlil si to ako klam zmyslov.

renesancie. V oblasti vedy postupne víťazí experimentálna metóda skúmania prírody. Počas tohto obdobia sa v optike uskutočnilo množstvo vynikajúcich vynálezov a objavov. Francis Mavrolik (1494-1575) sa zaslúžil o pomerne presné vysvetlenie pôsobenia okuliarov. Mavrolik tiež zistil, že konkávne šošovky nezhromažďujú, ale rozptyľujú lúče. Zistil, že šošovka je najdôležitejšou časťou oka, a dospel k záveru, že príčiny ďalekozrakosti a krátkozrakosti ako dôsledok abnormálneho lomu svetla Mavrolikovou šošovkou poskytujú správne vysvetlenie pre vznik obrazov Slnka, pozorované, keď slnečné lúče prechádzajú malými otvormi. Ďalej by sme mali menovať Talianskeho prístavu (1538-1615), ktorý v roku 1589 vynašiel camera obscura – prototyp budúceho fotoaparátu. O niekoľko rokov neskôr boli vynájdené hlavné optické prístroje, mikroskop a ďalekohľad.

Vynález mikroskopu (1590) je spojený s menom holandského majstra optika Zacharyho Jansena. Pozorovacie ďalekohľady začali vyrábať približne v rovnakom čase (1608-1610) holandskí optici Zachary Jansen, Jacob Metzius a Hans Lippershey. Vynález týchto optických prístrojov viedol v nasledujúcich rokoch k veľkým objavom v astronómii a biológii. Nemecký fyzik a astronóm N. Kepler (1571-1630) vlastní zásadné diela o teórii optických prístrojov a fyziologickej optike, za zakladateľa ktorých ho možno právom označiť, Kepler veľa pracoval na štúdiu lomu svetla.

Veľký význam pre geometrickú optiku mal Fermatov princíp, pomenovaný podľa francúzskeho vedca Pierra Fermata (1601-1665), ktorý ho sformuloval. Tento princíp stanovil, že svetlo medzi dvoma bodmi sa šíri po takej dráhe, ktorej prechod trvá minimálne. Z toho vyplýva, že Fermat na rozdiel od Descarta považoval rýchlosť svetla za konečnú. Slávny taliansky fyzik Galileo (1564-1642) nevykonával systematickú prácu na štúdiu svetelných javov. V optike však vlastní diela, ktoré priniesli pre vedu pozoruhodné výsledky. Galileo zdokonalil ďalekohľad a po prvýkrát ho aplikoval v astronómii, v ktorej urobil vynikajúce objavy, ktoré prispeli k podloženiu najnovších názorov na štruktúru vesmíru, založených na heliocentrickom systéme Koperníka. Galileovi sa podarilo vytvoriť ďalekohľad s rámovým zväčšením 30, ktoré bolo mnohonásobne väčšie ako zväčšenie teleskopov jeho prvých vynálezcov. S jej pomocou objavil hory a krátery na povrchu Mesiaca, objavil satelity v blízkosti planéty Jupiter, objavil hviezdnu stavbu Mliečnej dráhy atď.. Galileo sa pokúsil zmerať rýchlosť svetla v pozemských podmienkach, ale neuspel kvôli slabosti experimentálnych prostriedkov dostupných na tento účel. Z toho vyplýva, že už Galileo mal správne predstavy o konečnej rýchlosti šírenia svetla. Galileo tiež pozoroval slnečné škvrny. Prioritu objavenia slnečných škvŕn Galileom spochybnil jezuitský vedec Pater Scheiner (1575-1650), ktorý vykonal presné pozorovania slnečných škvŕn a slnečných erupcií pomocou ďalekohľadu usporiadaného podľa Keplerovho schémy. Pozoruhodnou vecou na Scheinerovej práci je, že premenil ďalekohľad na projektor, pričom okulár predĺžil viac, ako bolo potrebné pre jasné videnie oka, čo umožnilo získať obraz Slnka na obrazovke a demonštrovať ho v rôznych stupňoch. zväčšenie viacerým ľuďom súčasne.

17. storočie je charakteristické ďalším pokrokom v rôznych oblastiach vedy, techniky a výroby. Výrazne sa rozvíja matematika. V rôznych európskych krajinách vznikajú vedecké spoločnosti a akadémie združujúce vedcov. Vďaka tomu sa veda stáva majetkom širšieho okruhu, čo prispieva k nadväzovaniu medzinárodných vzťahov vo vede. V druhej polovici 17. storočia konečne zvíťazila experimentálna metóda štúdia prírodných javov.

Najväčšie objavy tohto obdobia sa spájajú s menom geniálneho anglického fyzika a matematika Isaaca Newtona / (1643-1727). Najdôležitejším Newtonovým experimentálnym objavom v optike je rozptyl svetla v hranole (1666). Pri skúmaní prechodu lúča bieleho svetla cez trojstenný hranol Newton zistil, že lúč bieleho svetla sa rozpadá na nekonečnú sadu farebných lúčov, ktoré tvoria súvislé spektrum. Z týchto experimentov sa dospelo k záveru, že biele svetlo je komplexné žiarenie. Newton tiež vykonal opačný experiment, keď pomocou šošovky zbieral farebné lúče vytvorené po prechode lúča bieleho svetla cez hranol. V dôsledku toho opäť dostal biele svetlo. Nakoniec Newton experimentoval s miešaním farieb pomocou rotujúceho kruhu, rozdeleného do niekoľkých sektorov, namaľovaných v primárnych farbách spektra. Pri rýchlom otáčaní kotúča sa všetky farby spojili do jednej, čo vytváralo dojem bielej.

Newton položil výsledky týchto základných experimentov na základy teórie farieb, ktorá predtým nebola úspešná pre žiadneho z jeho predchodcov. Podľa teórie farieb je farba telesa určená tými lúčmi spektra, ktoré toto teleso odráža; telo pohlcuje iné lúče.

1.2 Základné pojmy a zákony geometrickej optiky. Odvetvie optiky, ktoré je založené na myšlienke svetelných lúčov ako priamych čiar, pozdĺž ktorých sa šíri svetelná energia, sa nazýva geometrická optika. Tento názov dostal preto, lebo všetky javy šírenia svetla sa tu dajú skúmať geometrickými konštrukciami dráhy lúčov, berúc do úvahy zákon odrazu a lomu svetla. Tento zákon je základom geometrickej optiky.

Kde však hovoríme o javoch, interakcii svetla s prekážkami, ktorých rozmery sú dostatočne malé, sú zákony geometrickej optiky nedostatočné a je potrebné použiť zákony vlnovej optiky. Geometrická optika umožňuje analyzovať hlavné javy spojené s prechodom svetla šošovkami a iné optické systémy, ako aj s odrazom svetla od zrkadiel. Pojem svetelný lúč ako nekonečne tenký lúč svetla šíriaci sa priamočiaro prirodzene vedie k zákonitostiam priamočiareho šírenia svetla a nezávislého šírenia svetelných lúčov. Práve tieto zákony sú spolu so zákonmi lomu a odrazu svetla základnými zákonmi geometrickej optiky, ktoré nielen vysvetľujú mnohé fyzikálne javy, ale umožňujú aj vykonávať výpočty a navrhovať optické zariadenia. Všetky tieto zákony boli spočiatku stanovené ako empirické, teda na základe experimentov, pozorovaní.