Класна стая

Тук ще научите всичко най-важно свързано със Светлината

Отражение и пречупване, цветове, лещи и огледала.

Светлина

Светлината е вид енергия, която хората и животните могат да възприемат с очите си. Например ние виждаме пламъка на горяща свещ, защото той излъчва светлина, част от която попада върху вашия зрителен орган. Телата, излъчващи светлина, се наричат източници на светлина. Всички тела, нагрети до висока температура, са топлинни източници на светлина, например Слънцето. Но има и други източници, чието излъчване не е свързано с температурата. Светлината може да се разпространява в празно пространство (вакуум). Преминава също така и през прозрачни среди: въздух, чиста вода, стъкло и други. А други вещества като дърво или метал, те не пропускат светлината през себе си.

Светлината се разпространява праволинейно. Пример за това са слънчевите лъчи, които преминават между листата на дърветата. Лъчите показват посоката, в която се разпространява светлината. Светлинните лъчи не могат да се изкривяват или да проникнат зад непрозрачни тела и така те образуват сенки. Светлината се разпространява със скорост c = 3 . 10⁸ m/s. Това е най-голямата възможна скорост в природата.

Отражение и пречупване

Отражението на светлината е явление, при което на границата на две среди тя се връща обратно в първата, от където идва. Явлението се нарича огледално отражение, ако повърхността е гладка. Типичен пример за това е отражението от огледало. Физичните свойства на повърхността влияят силно на начина, по който светлината се отразява, пречупва или поглъща. Ако средата е полупрозрачна, светлинните лъчи се поглъщат и дори се отразяват под повърхността.

Отражение на светлината – насочен слънчев лъч към гладка повърхност на огледало.

Лъч насочен към огледалото – падащ лъч;

Отдалечаващ се от огледалото лъч – отразен лъч;

Точка О – точка на падане;

Ъгълът между падащия лъч и перпендикуляра към огледалото, издигнато от точката на падане О – ъгъл на падане a_n;

Ъгълът между отразения лъч и перпендикуляра – ъгъл на отражение a_o;

Лъчи, падащи върху гладка повърхност, тяхното отражение се нарича огледално, а такива падащи на грапави повърхности се нарича дифузно отражение.

Пречупване на светлината - това явление можем да наблюдаваме, когато светлината преминава от една прозрачна среда в друга прозрачна среда, на границата на двете среди тя променя посоката си на разпространение.

Светлината се пречупва при преминаване на границата на две среди с различна оптична плътност. Тя навлиза във втората среда и променя посоката си на разпространение. Ъгълът на падане 𝛼 е по-голям или по-малък от ъгъла на пречупване β в зависимост от това, дали светлината преминава. Тогава пречупеният лъч е по-близо до перпендикуляра в точката О на пречупване. А ако светлинният лъч преминава от стъкло (плътна среда) във въздух (рядка среда), ъгълът β е голям и пречупеният лъч е по-далече от перпендикуляра в точката О.

зависимост през каква среда се разпространява - нейната оптична плътност, светлината преминава с различна скорост.

• по-голяма скорост > по-малка оптична плътност;

• по-малка скорост > по-голяма оптична плътност;

Пълно вътрешно отражение – явление при което светлината се разпространява в среда с по-голяма оптична плътност и изцяло се отразява от границата с друга среда с по-малка оптична плътност.

Когато насочим лъч на лазерна показалка към пълен с вода аквариум, наблюдаваме пълно вътрешно отражение границата вода – въздух.

Спектър на светлината

Слънчевата светлина изглежда бяла, но в действителност тя е съставена от различни цветове, които образуват спектъра на светлината. През XVII век физика Исак Нютон пръв прави изследване, като разлага бялата светлина със стъклена призма.

Нютон наблюдава, че светлината се състои от червена, оранжева, жълта, зелена, синя и виолетова ивица. Когато лъчите на всички цветове се смесят в един сноп, те се възприемат от окото като бяла светлина.

Светлината се пречупва два пъти: когато влиза в призмата (на границата въздух-стъкло) и когато излиза. Затова лъчите се пречупват различно, най-силно се пречупва виолетовата светлина, а най-слабо – червената. Призмата разделя лъчите и зад нея се наблюдава спектър на светлината.

Изследването на Нютон можем да открием и в природното явление - небесна дъга. Причината за образуването й са малките дъждовни капки, които разлагат бялата светлина.

Спектърът се състои от шест ивици, като три от тях са основни - червен, зелен и син.Останалите три могат да се получат чрез смесването на тези три основни цвята.

червен + зелен = жълт

червен + син = магента

син + зелен = циан

червен + зелен + син = бял

Смесване на цветовете, наблюдаваме при въртящ се с голяма скорост диск, оцветен в три основни цвята. Нашето око не може да раздели цветовете, те се смесват и дискът изглежда бял.

Плоски и сферични огледала

Плоското огледало е гладка отразяваща светлината повърхност, от която може да се наблюдава образ. Огледалата, това са стъклени пластинки, върху задната повърхност на които е нанесен слой от сребро, алуминий или друг метал. Металният слой не пропуска светлината, а я отразява почти изцяло.

Само можем да забележим една особеност на образа: в сравнение със самия предмет лявата и дясната страна на образа сменят местата си. Този образ, който разменя ляво и дясно се нарича огледален образ.

Поставяме горяща свещ пред вертикална стъклена пластинка, наблюдаваме образа на свещта, той има същата големина и форма, както предмета. Разстоянието от образа до огледалото е равно на разстоянието от предмета до огледалото.

Окото възприема хода на светлината само по права линия, която се състои от точки, намиращи се зад огледалото. Тези точки лежат върху продълженията на отразените лъчи и съставят образа на предмета. Този образ се нарича недействителен образ. Той се получава зад огледалото, където не проникват лъчите, а само техните мислени продължения.

Как да построим образ в плоско огледало?

Достатъчно е да построим образите на двете крайни точки А и В. От тези точки спускаме перпендикуляри към огледалото.

Образите А1 и В1 лежат върху перпендикулярите от другата страна на огледалото, като АО = А₁О₁и ВО₂ = В₁О₂

Затова когато поставим пръста си на мястото, където наблюдаваме образа на пламъка на свеща, няма да се изгорим – там не попадат никакви лъчи. Примери за плоски огледала можем да открием в магазините, фризьорските салони, огледалата за обратно виждане на автомобилите и други.

Сферични огледала това са огледала, чиято отразяваща повърхност е част от сфера.

∙вдлъбнато – вътрешната повърхност на сферата е отразяваща;

∙изпъкнало – външната повърхност на сферата е отразяваща.

Радиусът на сферичната повърхност се нарича радиус на кривината R на огледалото. Точка М е среда на огледалото, около която става отражението на светлина и се нарича връх на огледалото. Линията, която преминава през център О и върха М, се нарича главна оптична ос.

Светлинен сноп, успореден на главната оптична ос, след отражение се преобразува в сходящ сноп, който преминава през фокуса на вдлъбнатото огледало.

Разходящ сноп, който излиза от фокуса на вдлъбнато огледало, след отражение от огледалото се преобразува в сноп, успореден на главната оптична ос.

Отразените лъчи преминават през една точка, наречена фокус на огледалото. Фокусно разстояние на сферично огледало намираме:f = R/2.

Изпъкналото огледало, за разлика от вдлъбнатото, разсейва лъчите. Ако насочим към него успореден сноп от лъчи, след отражение снопът става разходящ.

В зависимост от положението на предмета пред вдлъбнато или изпъкнало огледало, образът може да бъде недействителен увеличен или недействителен умален.

Примери за вдлъбнати или изпъкнали огледала можем да открием в зъболекарските кабинети, при автомобилите – странични огледала, фарове.

Лещи

Лещата е една от основните части на оптичните уреди (микроскоп, телескоп и др.). Тя е прозрачно тяло, ограничено с две повърхности, които пречупват светлинните лъчи.

Видове лещи

∙изпъкнали (събирателни) – по-изпъкнали в средата, отколкото в краищата. Те се разделят на три вида: двойно-изпъкнали, плоско-изпъкнали и вдлъбнато-изпъкнали лещи;

∙вдлъбнати (разсейвателни) – по-тънки в средата, в сравнение с краищата. Те също са три вида: двойно-вдлъбнати, плоско-вдлъбнати и изпъкнало-вдлъбнати лещи.

Основни понятия при лещите

∙Оптиченцентър Н - точката в центъра на всяка леща.

∙Фокус F - точката, в която се пресичат лъчите (или продълженията им) след пречупване от лещата (всяка леща има два фокуса F1 и F2).

∙Фокусноразстояние f - разстоянието между оптичния център H и фокуса F. То определя разсейващата способност на лещата.

∙Оптична ос - правата, на която лежат фокусите, оптичния център и която минава през центровете на двете сферични повърхности на лещата.

∙Дебелина - разстоянието между дватавърха на лещата.

В зависимост от фокусното разстояние светлинните лъчи се пречупват различно. Колкото е по-малко фокусното разстояние (f) светлината се пречупва по-силно и обратното. Тази пречупваща способност на лещите , измерваме с величината оптична сила, която бележим с буквата P. P = 1/f

Единицата за оптична сила се нарича диоптър (D).

Окото като оптичен уред

Преобразува светлината

След като получим умален и обърнат образ върху ретината, чрез зрителния нерв се изпращат сигнали до мозъка. Мозъкът обработва тези импулси и дава информация за това, което виждаме.

Адаптация на окото

Тази функция се изпълнява от зеницата. При силна светлина тя се свива максимално, за да ограничи количеството светлина, влизаща в окото. По този начин се предпазва ретината от повреждане. В зависимост от силата на светлината диаметърът на зеницата е между 2 и 7-8 mm, за среден диаметър при дневна светлина може да се приеме 4mm.

Фокусира

При фокусиране на окото на различна далечина на гледане очната леща променя изпъкналостта си, като по този начин променя и оптичната си сила.

Далекогледство

При далекогледство (хиперметропия), главният фокус F на окото остава зад ретината.

Дефекта се коригира с очила или контактни лещи с положителен диоптър, както е показано на схемата.

При късогледство (миопия) главният фокус F на окото остава пред ретината.

Дефекта се коригира чрез очила или контактни лещи с отрицателен диоптър, както е показано на схемата, или чрез хирургична промяна на повърхностната кривина на роговицата.