Персональный сайт

Закони Заломлення Світла

DRS — Thu, 03 Oct 2013 06:40:41 GMT

ЗАКОНИ ЗАЛОМЛЕННЯ СВІТЛА

Щоб установити закони заломлювання світла на досліді, скористаємося вже знайомим вам оптичним диском.

Проведемо дослід

Направимо промінь світла на скляний півциліндр. Ми побачимо, що на межі «повітря-скло» промінь світла «роздвоюється» на два промені — відбитий і заломлений.

Зосередимо зараз увагу на заломленому промені. Перш за все ми помітимо, що справедливий

перший закон заломлення світла: заломлений промінь лежить у одній площині з променем, що падає, та перпендикуляром до межі поділу двох середовищ, поставленим у точці падіння променя.

Кутом заломлювання називають кут між заломленим променем і перпендикуляром до дзеркала, поставленим у точці падіння . Цей кут позначають часто грецькою літерою γ (гама). Як ми бачимо, у разі переходу з повітря у скло кут заломлювання менший, ніж кут падіння.

Другий закон заломлювання світла встановлює співвідношення між кутами падіння й заломлювання. Щоб сформулювати його, визначимо поняття синуса кута.

Нагадаємо, що сторону прямокутного трикутника, що лежить проти прямого кута, називають гіпотенузою, а інші сторони — катетами. Синусом гострого кута α (позначають «sinα») називають відношення катета, протилежного цьому куту, до гіпотенузи .

Досліди показують, що справедливий

другий закон заломлювання світла: відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлювання для двох конкретних середовищ є сталою величиною:

Величину п називають відносним показником заломлювання цих двох середовищ. Якщо промінь падає в певне середовище з вакууму, п називають абсолютним показником заломлювання (або просто показником заломлювання) цього середовища.

Показник заломлювання повітря відрізняється від одиниці всього на кілька десятитисячних. Показник заломлювання води дорівнює приблизно 1,33. Показник заломлювання звичайного скла дещо перевищує 1,5.

Коли кут падіння дорівнює нулю, кут заломлювання також дорівнює нулю. У решті випадків ці кути різні: наприклад, у разі переходу з повітря у скло або воду кут заломлювання менший від кута падіння. А в разі переходу зі скла в повітря, навпаки, кут заломлювання більший від кута падіння.

Фізичною причиною заломлення світла на межі двох середовищ є різна швидкість світла в різних середовищах: що менша швидкість світла в конкретному середовищі, то більший його абсолютний показник заломлювання.

Наприклад, те, що показник заломлювання води та скла більший від одиниці, означає, що швидкість світла у воді та склі менша, ніж у вакуумі.

ЗАЛОМЛЕННЯ СВІТЛА В ПРИЗМІ

Направимо промінь світла на скляну призму, як показано на рис. . Проходячи крізь призму, промінь заломлюється двічі. У результаті він відхиляється до основи призми .

Надалі ми побачимо, що призма не тільки відхиляє промені світла, а й розкладає біле світло в кольоровий спектр. Зараз же ми обмежимося розглядом пучків світла, що мають певний колір (найкраще з цією метою скористатися лазерним променем — наприклад, від лазерного ліхтарика).

Якщо паралельні промені світла падають на дві призми, розташовані так, то (залежно від розташування призм) промені стають або збіжними, або розбіжними. Це спостереження допоможе нам у наступному параграфі зрозуміти принцип дії лінз.

Чому ми бачимо предмети?

DRS — Thu, 03 Oct 2013 06:38:04 GMT

ЧОМУ МИ БАЧИМО ПРЕДМЕТИ?

Більшість навколишніх предметів ми бачимо завдяки тому, що вони відбивають світло, яке падає на них. Відбивають світло різні предмети не однаково — саме це й надає розмаїтості навколишньому світові.

Предмети, що відбивають майже все світло, яке падає на них, здаються нам зазвичай білими (але далеко не завжди: наприклад, дзеркала, що добре відбивають
світло, білими не виглядають!). Однак навіть сліпуче білий сніг відбиває не всі 100, а тільки 80—85 відсотків світла, що падає на нього.

Предмети ж, які поглинають майже все світло, що падає на них, здаються нам чорними. Але навіть чорне сукно все ж таки відбиває кілька відсотків світла. І розрахунки свідчать, що завдяки цьому чорне сукно в ясний сонячний день відбиває приблизно в десять тисяч разів більше світла, ніж білий сніг у місячну ніч! Чому ж тоді сукно здається нам чорним навіть у сонячний день, а сніг — білим навіть у місячну ніч? Річ у тім, що все пізнається в порівнянні: і сукно, і сніг ми порівнюємо з іншими предметами, освітленими так само.

Предмет, що відбиває всього 10 % світла, здається нам звичайно темно-сірим. Однак, дивлячись на повний Місяць мало хто назве його темно-сірим, хоча виміри показують, що він відбиває теж 10 % сонячного світла, що падає на нього. Річ у тім, що кружок ми бачимо на білому тлі, а Місяць — на тлі темного нічного неба.

Вид повного Місяця мало кого залишає байдужим, тож уявіть собі, яке величне видовище являє собою Земля, якщо спостерігати її з Місяця. Для спостерігача, що перебуває на Місяці, Земля «світить» як 45 Місяців для земного спостерігача!

ДЗЕРКАЛЬНЕ ВІДБИТТЯ

Тіла, що відбивають світло «краще» за всі інші, ми взагалі не бачимо! Це — дзеркала. Вони відбивають до 80 % світла, що падає на них, але спробуйте побачити чисте дзеркало! Ви побачите раму дзеркала, порошини й подряпини на його поверхні, предмети, відбиті в дзеркалі…, але самого дзеркала, як не намагайтеся, ви не побачите!

ЗАКОНИ ВІДБИВАННЯ СВІТЛА

Хід світлових променів вивчають за допомогою приладу, який називають оптичним диском.

ПРОВЕДЕМО ДОСЛІД

Направимо промінь світла в площині диска на дзеркало, розташоване перпендикулярно до площини диска. Після відбиття промінь також буде йти в площині диска. Це означає, що справедливий

перший закон відбивання світла: відбитий промінь лежить у одній площині з променем, що падає, та перпендикуляром до дзеркала, поставленим у точці падіння променя.

Щоб установити, як пов'язані напрями променів світла — того, що падає, та відбитого, — визначимо кути падіння та відбивання.

Кутом падіння променя називають кут між променем, що падає, і перпендикуляром до дзеркала, поставленим у точці падіння . Кут падіння позначають часто грецькою літерою α (альфа). А кут між відбитим променем і перпендикуляром до дзеркала називають кутом відбивання та позначають часто β (бета).

Змінюючи кут падіння й вимірюючи щоразу кут відбивання, ми переконаємося, що справедливий

другий закон відбивання світла: кут відбивання дорівнює кутові падіння.

Розглянуте відбиття світла називають дзеркальним. Воно відбувається в разі відбиття світла від дуже гладкої поверхні. У такому разі паралельний пучок променів після відбиття залишається паралельним .

РОЗСІЯНЕ ВІДБИВАННЯ

ПРОВЕДЕМО ДОСЛІД

Направимо тепер пучок світла на аркуш паперу. Цього разу ми побачимо не відбитий пучок, а світлу пляму. Річ у тім, що поверхня паперу шорсткувата, а після відбиття від шорсткуватої поверхні промені розсіюються в усі боки .

Таке відбивання світла називають розсіяним.

Наочною моделлю дзеркального й розсіяного відбиття є відбиття Місяця у воді .

Поверхня тихого озера відбиває світло дзеркально, і тому ми бачимо в озері чітке зображення Місяця. А на поверхні моря завжди є хвилі, завдяки яким відбиток Місяця «розбивається» та перетворюється на місячну доріжку.

Навколишні предмети ми бачимо саме тому, що вони відбивають світло розсіяної А дивлячись на поверхні, що відбивають світло дзеркально, ми бачимо відбивання інших предметів.

СВІТЛО «ВИБИРАЄ» НАЙКОРОТШИЙ ШЛЯХ!

Як ви вже знаєте, у порожнечі або однорідному середовищі світло поширюється вздовж прямої, тобто найкоротшим шляхом.

Давньогрецький учений Герон помітив, що світло «вибирає» найкоротший шлях і в разі відбиття!

Можна довести, що, дотримуючись закону відбивання, світло проходить шлях, що дорівнює довжині відрізка S'А.

А якби світло відбилося від дзеркала в якійсь іншій точці, наприклад у точці С, то пройдений світлом шлях дорівнював би довжині ламаної S'СА. А довжина будь-якої ламаної завжди більша від довжини відрізка з тими самими кінцями — у розглядуваному випадку відрізка S'А.

ЯК ВИНИКАЄ ЗОБРАЖЕННЯ В ДЗЕРКАЛІ?

Якщо побудувати хід відбитих від дзеркала променів, що вийшли із точкового джерела світла 8 (рис. 18.1), ми помітимо, що продовження відбитих променів перетинаються в одній точці S'. Людині, в око якої потраплять відбиті промені, здаватиметься, що всі вони вийшли з точки S'.

Точку, у якій перетинаються продовження відбитих дзеркалом променів, що вийшли з точкового джерела, називають зображенням точкового джерела.

Зображення в дзеркалі називають уявним, тому що в точці-зображенні сходяться не промені, а їхні продовження.

ДЕ РОЗТАШОВАНО ЗОБРАЖЕННЯ В ДЗЕРКАЛІ?

Закріпимо червоний і синій олівці однакового розміру вертикально на столі, а точно між ними поставимо дзеркало так, щоб воно було перпендикулярно до відрізка, що з'єднує основи олівців. Висота дзеркала повинна бути меншою, ніж довжина олівців.

Ми побачимо, що зображення червоного олівця в дзеркалі збігається із синім олівцем!

Це означає, що зображення червоного олівця розташовано на такій же відстані від дзеркала, що й синій олівець, причому розмір зображення червоного олівця дорівнює розміру синього олівця.

Отже, дослід та геометрична побудова свідчать, що уявне зображення предмета в дзеркалі й сам предмет розташовані по різні боки від дзеркала на одній прямій, перпендикулярній до площини дзеркала, і на однакових відстанях від дзеркала.

Розмір зображення предмета в дзеркалі дорівнює розміру самого предмета.

Сонячні та Місячні Затемнення

DRS — Thu, 03 Oct 2013 06:33:35 GMT

СОНЯЧНІ ТА МІСЯЧНІ ЗАТЕМНЕННЯ

Величні приклади утворення тіні та півтіні являють собою сонячні й місячні затемнення.

Сонячні затемнення настають тоді, коли Місяць опиняється між Сонцем і Землею: завдяки цьому утворюються тінь і півтінь. На рис. 16.5 наведено схему сонячного затемнення (для наочності масштабу не дотримано). У тих точках земної поверхні, де Місяць повністю заслоняє Сонце, спостерігають повне сонячне затемнення (рис. 16.6). На рис. 16.7 схематично зображено різні фази повного сонячного затемнення.

Навколо області повної тіні на поверхні Землі розташовано кільце півтіні — у цих точках земної поверхні спостерігають часткове сонячне затемнення: Місяць лише частково закриває Сонце. Наявність півтіні під час сонячного затемнення означає, що ми не можемо вважати Сонце точковим джерелом світла, хоча відстань до нього більше ніж у 100 разів перевищує його діаметр!

Місячне затемнення спостерігають тоді, коли Місяць попадає в тінь Землі (рис. 16.8). Придивившись, можна помітити, що Місяць при цьому не зникає зовсім, а стає диском темно-червоного кольору. Спричинено це тим, що, проходячи крізь атмосферу Землі, сонячні промені трохи викривляються, унаслідок чого невелика їхня частина все-таки потрапляє на поверхню Місяця.

У давнину сонячні затемнення, що раптово наставали серед білого дня, викликали в людей жах.

Лякали людей і місячні затемнення, коли серед ночі зникав повний місяць, адже місячні затемнення відбуваються завжди під час повні. (Цю фазу Місяця називають – повним місяцем).

3. Самостійна робота учнів з мультимедійними додатками.

Світлові Явища

DRS — Tue, 01 Oct 2013 11:06:11 GMT

СВІТЛОВІ ЯВИЩЯ

Чи можна уявити собі що-небудь легше за світло? В англійській мові «світлий» і «легкий» навіть позначають одним словом «light».

Світло не тільки найлегше — воно ще й найшвидше! У порожнечі (вакуумі) й у повітрі світло поширюється зі швидкістю, що дорівнює близько 300 000 км/с. Ніщо на світі не може рухатися швидше, ніж світло. За одну секунду світло могло б «оббігти» навколо земної кулі майже вісім разів!

Природу світла вчені намагалися розгадати понад дві тисячі років, але змогли це зробити тільки у 20-му столітті. Виявилося, що світло має властивості як хвиль, так і частинок! Частинки світла назвали фотонами — від грецького слова «фотос», що означає «світло». Легше частинок світла дійсно нічого немає!

Учені встановили, що світло є різновидом електромагнітного проміння

ЯК РОЗВИВАЛИСЬ УЯВЛЕННЯ ПРО ПРИРОДУ СВІТЛА?

Світло стало для вчених одним з найміцніших «горішків»: його називали навіть «найтемнішою плямою» у фізиці! Дійсно, світло разюче відрізняється від уже знайомих вам фізичних тіл. Як Ви знаєте, кожне фізичне тіло має масу, об'єм, розміри, температуру. Але чи можна застосовувати всі ці поняття до світла?

У 17-му столітті великий англійський учений Ісак Ньютон припустив, що світло є потоком дуже дрібних частинок. Теорію Ньютона назвали корпускулярною теорією світла (у перекладі з латини «корпускулум» — частинка). Приблизно в той же час голландський учений Хрістіан Гюйгенс створив хвильову теорію світла, згідно з якою світло поширюється у формі хвиль — подібно звукові в повітрі або хвилям на воді. Протягом декількох століть представники корпускулярної та хвильової теорій світла вели запеклі суперечки про природу світла.

Установити природу світла вдалося тільки в першій половині 20-го століття: виявилося, що світло поєднує в собі як властивості частинок, так і властивості хвиль! Так природа «поєднала» те, що вченим довгий час здавалося несумісним. Тепер установлено, що світло має електромагнітну природу. Це означає, що радіохвилі, які приймає мобільний телефон або телевізор, мають таку саму фізичну природу, що й видиме світло.

А зараз скажемо тільки, що масивні тіла притягують світло: наприклад, астрономи встановили, що внаслідок притягання до Сонця промені світла, які йдуть до нас від далеких зір, трохи викривляються, завдяки чому видиме положення зір на небі змінюється.

У 20-му столітті вчені відкрили, що є космічні тіла, притягання яких настільки величезне, що навіть світло не може «вирватися» назовні! Ці масивні космічні об'єкти назвали «чорними дірами». Вони невидимі, оскільки світло не може перебороти їхнього притягання, однак їх можна виявити завдяки їхньому впливові на навколишні зорі. На рис. 13.4 схематично показано, як чорна діра «втягує в себе» зоряну речовину розташованої поблизу зорі. Подібна чорна діра є також у центральній частині нашої Галактики.

ЯК ВИМІРЯЛИ ШВИДКІСТЬ СВІТЛА?

Першу спробу вимірити швидкість світла здійснив Ґалілео Ґалілей на початку 17-го століття. Він хотів вимірити проміжок часу, потрібний світлу для того, щоб пройти від вершини однієї гори до вершини другої та, відбившись там від дзеркала, повернутися назад. Але цей проміжок часу виявився настільки малим, що вимірити його Ґалілею не вдалося. Сьогодні, коли ми вже знаємо, що швидкість світла становить близько 300 000 км/с, легко підрахувати, що всього за «одну мить», тобто час миготіння оком (близько 0,1 с), світло встигло би обігнути майже всю земну кулю! А Ґалілей міг користуватися тільки водяним годинником, який не забезпечував потрібної точності.

Уперше вимірив швидкість світла в другій половині 17-го століття данський астроном Оле Ремер. Протягом декількох років він спостерігав рух одного із супутників Юпітера — найбільшої планети Сонячної системи. Цей супутник було добре видно в телескоп, коли він виходив з тіні величезного Юпітера.

Ремер помітив, що протягом однієї половини земного року період обертання супутника чомусь поступово збільшується, а протягом другої — знову зменшується до попередньої величини. І Ремер здогадався, у чому річ!

Близько півроку Земля віддаляється від Юпітера, а потім близько півроку — наближається. Коли Земля віддаляється від Юпітера, світлу доводиться щоразу пролітати більшу відстань, щоб «повідомити» земного астронома про чергову появу супутника з тіні Юпітера. Ось астрономові й здається, що кожна нова поява супутника відбувається трохи пізніше від «призначеного терміну»! Зате протягом наступної половини року, коли Земля наближається до Юпітера, супутник починає виходити з тіні Юпітера з дедалі більшим «випередженням», оскільки світлу щоразу потрібно проходити меншу відстань.

Вимірявши відповідні «запізнення» й «випередження» в появі супутника з тіні Юпітера, Ремер зміг обчислити швидкість світла. За його розрахунками вона становила близько двохсот тисяч кілометрів за секунду, тобто в півтора рази менше, ніж показали проведені пізніше точніші виміри. Виконали їх незалежно один від одного в середині 19-го століття французькі фізики Жан Фуко й Арман Фізо Вони, як і Ґалілей, вимірювали проміжок часу, протягом якого світло «пробігало туди й назад» на відстань у кілька кілометрів. Цей дуже малий проміжок часу вчені виміряли за допомогою пристроїв, які не можна було побудувати за часів Ґалілея: Фуко скористався швидкообертовою дзеркальною призмою, а Фізо — швидкообертовим зубчастим колесо.

Факти з фізики

DRS — Wed, 04 Sep 2013 17:47:00 GMT

Фі́зика (від грец. φυσικός природний, φύσις природа) — природнича наука, яка досліджує загальні властивості матерії та явищ у ній, а також виявляє загальні закони, які керують цими явищами; це наука про закономірності Природи в широкому сенсі цього слова. Фізики вивчають поведінку та властивостіматерії в широких межах її проявів, від субмікроскопічних елементарних частинок, з яких побудоване все матеріальне (фізика елементарних частинок), до поведінки всього Всесвіту, як єдиної системи (космологія).

Деякі з закономірностей, які встановлені фізикою, є загальними для всіх матеріальних систем. До таких можна віднести, наприклад, закон збереження енергії. Такі закономірності називають законами фізики. Фізику вважають фундаментальною наукою, тому що всі інші природничі науки (хімія, геологія,біологія тощо) мають справу з певними різновидами матеріальних систем, які підкоряються законам фізики. Наприклад, властивості хімічних речовин визначаються властивостями молекул та атомів, які їх складають, а ці властивості досліджують в таких галузях фізики, як квантова механіка, термодинамікаі/або електрика (електромагнетизм).

Фізика тісно пов'язана з математикою. Фізичні теорії, як правило, побудовані на основі певного математичного апарату і цей апарат часто набагато складніший в порівнянні з іншими природничими науками. Але відмінність фізики від математики в тому, що фізика принципово зосереджена на описі матеріального світу, тоді як математика має справу з абстрактними ідеями та формулюваннями, які не обов'язково мають якесь реальне відображення. Хоча чіткого поділу не існує. На перетині цих двох наук постала спеціальна дисципліна — математична фізика, яка вибудовує математичні структури фізичних теорій.