„Fenomene luminoase”. Optica este o ramură a fizicii care studiază fenomenele luminoase. Direcția nord în emisfera nordică este determinată de a sta la amiază cu spatele la Soare. Umbra aruncată de o persoană, ca o săgeată, va îndrepta spre nord. În emisfera sudică se va arăta umbra
Ce este lumina? Care este natura luminii? De ce lumina albă se împarte în culori? Câte culori sunt de fapt, șapte sau milioane? Astfel de întrebări au stârnit curiozitatea umană de-a lungul aproape întregii istorii a omenirii, de la primii gânditori până în secolul al XX-lea. Dar pentru a răspunde la aceste întrebări și la alte întrebări, trebuie să înțelegeți natura luminii, care, după cum se dovedește, este foarte complexă. În timpul acestei lecții, vă veți familiariza cu conceptele științifice de bază despre natura luminii și veți învăța argumentele susținătorilor unei anumite teorii științifice.
Optica
Natura luminii. Viteza luminii
Optica este o ramură a fizicii care studiază fenomene luminoaseși legile stabilite pentru ei, precum și interacțiunea luminii cu materia, natura luminii.
Informațiile despre lume ajung la o persoană prin viziune. Cu ajutorul luminii primim majoritatea informațiilor despre lumea din jurul nostru.
Primele informații despre lumină au apărut acum 2,5 mii de ani.
Pitagora a fost unul dintre primii oameni de știință care a dat o ipoteză științifică cu privire la natura luminii (vezi Fig. 1). El a fost primul care nu numai că a ghicit, ci și a demonstrat că lumina călătorește în linie dreaptă. El, și apoi alți geometri, până la Euclid, au folosit fenomenele luminii de reflexie și refracție pentru a construi bazele geometriei. Nu degeaba una dintre ramurile opticii se numește optică geometrică.
Orez. 1. Pitagora
Pitagora: „Lumina este un flux de particule care emit obiecte, pătrunzând în ochiul uman, aduc informații despre ceea ce ne înconjoară.”
În secolul al XVII-lea, Isaac Newton a devenit un susținător al acestei teorii (vezi Fig. 2). El a explicat multe fenomene luminoase pe baza faptului că lumina este un flux de particule speciale.
Orez. 2. Isaac Newton
„Corpuscula” provine din lat. corpuscule - particulă. Prin urmare, teoria lui Newton a ajuns să fie numită teoria corpusculară a luminii.
1. Propagarea rectilinie a luminii.
2. Legea reflexiei.
3. Legea de formare a umbrei dintr-un obiect.
În același timp, a apărut o altă teorie - teoria ondulatorie a luminii.
Un susținător al acestei teorii a fost Christiaan Huygens (vezi Fig. 3). A încercat să explice aceleași fenomene ca și Newton, doar din poziția că lumina este o undă.
Orez. 3. Christiaan Huygens
Huygens a construit o teorie ondulatorie a luminii prin analogie cu procesele ondulatorii din apa si aer si, prin urmare, a crezut ca undele de lumina ar trebui sa se propage si intr-un fel de mediu elastic, pe care l-a numit eterul de lumina. Această idee a servit drept bază pentru optica ondulată până la începutul secolului al XX-lea.
La acea vreme, s-a observat deja că lumina nu călătorește doar în linie dreaptă.
1. Lumina se poate îndoi în jurul obstacolelor - difracție (vezi Fig. 4).
Orez. 4. Difracția
2. Undele se pot adăuga - interferență (vezi Fig. 5).
Orez. 5. Interferență
Aceste fenomene sunt caracteristice doar undelor, motiv pentru care Huygens credea că lumina este o undă.
Teoria corpusculară nu a putut explica modul în care o rază trece prin alta. Dacă considerăm lumina ca un flux de particule, atunci interacțiunea ar trebui observată, dar nu a fost observată, iar acest lucru a vorbit în favoarea faptului că lumina este o undă.
ÎN mijlocul secolului al XIX-lea secolul, a fost creată teoria lui Maxwell. El a demonstrat că câmpul electromagnetic se propagă cu o viteză de 300 de mii de km pe secundă.
În urma experimentelor, s-a constatat că și lumina se deplasează cu această viteză.
Lumina este un caz special de unde electromagnetice.
Secolul XVII - Omul de știință danez Roemer a efectuat un experiment în care s-a dovedit că viteza de propagare a luminii este de aproximativ 300 de mii de km pe secundă.
1848 - Hippolyte Fizeau a dovedit că viteza luminii este de 300 de mii de km pe secundă.
Toate acestea au confirmat faptul că lumina este o undă electromagnetică.
În secolul al XIX-lea, Heinrich Hertz (vezi Figura 6) a studiat proprietățile undelor electromagnetice și a arătat că lumina poate fi o particule. Hertz a descoperit fenomenul efectului fotoelectric.
Orez. 6. Heinrich Hertz
Heinrich Hertz a studiat undele electromagnetice, inițial crezând că acestea nu există și a dat dovadă de curaj real fiind primul care le-a recunoscut realitatea ca obiect natural.
Efect fotoelectric: atunci când sunt expuși la lumină, electronii sunt scoși dintr-o placă metalică încărcată negativ.
Acest lucru se poate face numai dacă lumina este un flux de particule.
În secolul al XX-lea, au ajuns la o soluție finală prin introducerea conceptului de dualitate val-particulă a luminii.
Când lumina se propagă, se comportă ca o undă (proprietăți ale undei), iar atunci când este emisă și absorbită, se comportă ca o particulă (cu toate proprietățile particulelor). Adică lumina are o natură dublă.
Prin urmare, toate fenomenele sunt considerate din perspectiva acestor două teorii.
- Fizică. Clasa a XI-a: Manual pentru învățământul general. instituții și școli cu profunzime studiind fizica: nivel profil / A.T. Glazunov, O.F. Kabardin, A.N. Malinin şi colab. A.A. Pinsky, O.F. Kabardina. Ross. acad. Științe, Ross. acad. educaţie. – M.: Educație, 2009.
- Kasyanov V.A. Fizică. Clasa a XI-a: Educațional. pentru invatamantul general instituţiilor. – M.: Dropia, 2005.
- Myakishev G.Ya. Fizica: manual. pentru clasa a XI-a educatie generala instituţiilor. – M.: Educație, 2010.
- Școala Sankt Petersburg ().
- Realphys.com ().
- SA „Energia” ().
Rymkevici A.P. Fizică. Cartea cu probleme. 10-11 clase – M.: Butarda, 2010. – Nr. 1019, 1021
- Ce fapte legate de propagarea luminii au fost folosite de susținătorii teoriei corpusculare a naturii luminii?
- A confirmat efectul fotoelectric conceptul ondulatoriu sau corpuscular al naturii luminii?
- Cum se numește conceptul naturii duale a luminii?
- În ce cazuri ar trebui considerată lumina ca un flux de particule?
Ce este lumina? Filosofii Greciei Antice nu știau răspunsul. Nici Arhimede nu a dat o explicație, deși știa despre legea reflecției și a aplicat-o cu succes. Până în secolul al XVI-lea, mulți filozofi credeau că viziunea este ceva ce emană din ochi și, parcă, obiecte simțitoare.
Dar au existat și alte teorii conform cărora lumina este un flux de materie care emană dintr-un obiect vizibil. Dintre aceste ipoteze, punctul de vedere al lui Democrit este cel mai apropiat de ideile moderne. El credea că lumina este un flux de particule cu certitudine proprietăți fizice. El a scris: „Dulcetatea există ca convenție, amărăciunea ca convenție, culoarea ca convenție, în realitate există doar atomi și gol”.
Huygens Christian () Fizicianul olandez Newton Isaac () În cele din urmă, sa dovedit că două teorii explică natura luminii deodată. Mai mult, ambele teorii sunt fundamentate fizic și confirmate prin experimente.
1690: „Tratat despre lumină”. Lumina este o undă electromagnetică care se poate îndoi în jurul obstacolelor: „Optică”. Lumina este un flux de particule.
De ce un fascicul clar se ondula noaptea? Ce flacără subțire se răspândește în firmament? Cum fulgerele, fără nori amenințători, se repezi de pe Pământ spre zenit? Cum se poate ca aburul înghețat în mijlocul iernii să dea naștere unui foc? M. Lomonosov Despre ce scrie Lomonosov? Există mult mai multe fenomene interesante legate de lumină în natură.
Să ne amintim ce trei tipuri de transfer de căldură am studiat anul acesta.
convecție;
conductivitate termică,
radiatii.
Lumina este radiație, dar numai acea parte care este percepută de ochi.
Surse de lumină
- O urmărești - ea este de la tine, tu ești de la ea - e în spatele tău?
O umbră este o zonă a spațiului care nu primește lumină de la o sursă.
Penumbră
Penumbră- o regiune a spațiului în care intră parțial lumina dintr-o sursă.
O eclipsă se explică prin legea propagării rectilinie a luminii
Eclipsa de luna
Interesant este că un vierme de mare salvează vieți.
Când crabul mușcă din el, spatele viermelui strălucește puternic. Crabul se repezi spre el, viermele rănit se ascunde și după un timp crește unul nou în locul părții lipsă.
În Brazilia și Uruguay, licuricii maro-roșcat se găsesc cu rânduri de lumini verzi strălucitoare de-a lungul corpului și un „bec” roșu strălucitor pe cap.
Se cunosc cazuri când aceste lămpi naturale, locuitori ai junglei, au salvat viețile oamenilor: în timpul războiului hispano-american, medicii operau răniții la lumina licuricilor turnați într-o sticlă.
În secolul al XVIII-lea, britanicii au aterizat pe coasta Cubei, iar noaptea au văzut o lume de lumini în pădure. Au crezut că sunt prea mulți insulari și s-au retras, dar de fapt erau niște licurici.
Direcția spre nord în emisfera nordică este determinată de a sta la amiază cu spatele la Soare. Umbra aruncată de o persoană, ca o săgeată, va îndrepta spre nord. În emisfera sudică, umbra va îndrepta spre sud.
Alchimistul din Hamburg și-a petrecut întreaga viață căutând secretul obținerii „pietrei filozofale”, care ar transforma totul în aur. Într-o zi a turnat urină într-un vas și a început să o încălzească. Când lichidul s-a evaporat, în partea de jos a rămas un reziduu negru. Brand a decis să-l încălzească pe foc. O substanță albă asemănătoare ceară a început să se acumuleze pe pereții vasului. Era strălucitor! Alchimistul credea că și-a realizat visul. De fapt a primit necunoscut anterior element chimic– fosfor (purtător de lumină).
