Světelné jevy Optika I.

Obsah Optika I. Zdroje světla, optická prostředí Stín, fáze Měsíce, zatmění Slunce a Měsíce Rychlost světla Rozhraní optických prostředí Odraz světla, rovinné zrcadlo Kulová zrcadla Optika II. Lom světla Čočky Rozklad světla, vznik duhy Lidský zrak Optika v praxi – mikroskop a dalekohled

1. Zdroje světla, optická prostředí Světelné zdroje jsou zdroje elektromagnetického záření o vlnové délce v rozsahu 350 nm – 700 nm: Tělesa o vysoké teplotě - vlákno žárovky, oheň, Slunce, hvězdy, … Plyny při průchodu elektrického proudu – zářivka, blesk Luminiscence (studené světlo) – TV obrazovka, světluška Ostatní tělesa nejsou zdroji světla, vidíme je proto, že světlo odrážejí! Světelné zdroje dělíme na: Bodové – světlo se šíří z jednoho bodu všemi směry Plošné – světlo se vyzařuje z plochy Optické prostředí = šíří se jím světlo (je tvořeno proudem částic – fotonů, proto se šíří i vakuem) Druhy optických prostředí: Průhledné Průsvitné Čiré – propouští světlo všech barev Barevné – propouští světlo pouze jedné barvy Světlo se šíří přímočaře! – důkaz: tělesa umístěné na jedné přímce se překrývají, využití: zaměřování – stavby, geodeti Definice zdroje – pro 9.ročník, jinak nutné upravit!

2. Stín, fáze Měsíce, zatmění Slunce a Měsíce Stín je prostor, kam nedopadá světlo z žádného světelného zdroje zdroj Promítací stěna Neprůsvitné těleso stín Polostín je prostor, kam dopadá světlo jen z některých zdrojů nebo jejich části Zdroj B Promítací stěna Neprůsvitné těleso Zdroj A polostín Plný stín Je nutné připomenout, že stínem je celý prostor mezi stínítkem a promítací stěnou!

Toto je pohled na odvrácenou stranu Měsíce Fáze Měsíce Toto je pohled na odvrácenou stranu Měsíce Měsíc je těleso asi 6x menší než Země, obíhá ve vzdálenosti asi 270 000 km Jeden oběh trvá 28 dní K Zemi je natočen stále stejnou stranou Vidíme ho díky světlu odraženému od Slunce

Země Měsíc Sluncem je osvětlená odvrácená strana Měsíce – na Zemi Měsíc nevidíme: NOV Je třeba hned na začátku upozornit, že Měsíc by při těchto rozměrech byl zhruba 70x vzdálenější a jeho stín dopadá na Zemi jen vzácně – zatmění!

Měsíc se pohybuje kolem Země a po 7 dnech přichází 1.čtvrť: Na Zemi pozorujeme polovinu osvětlené části – jako písmeno D

POZOR! Na obrázku jsou paprsky procházející KOLEM Země! Po dalších 7 dnech se Měsíc dostává za Zemi (z hlediska Slunce) a pokud se nedostane do jejího stínu, pozorujeme úplněk (tj. celou osvětlenou část) Země Měsíc POZOR! Na obrázku jsou paprsky procházející KOLEM Země!

Po 3.týdnu pohybu přichází 3.čtvrť: Měsíc Na Zemi pozorujeme opět polovinu osvětlené části – jako písmeno C Země

Zatmění Slunce a Měsíce K těmto jevům dochází, pokud se Slunce, Země a Měsíc dostanou do jedné přímky Stín Měsíce dopadající na Zemi = zatmění Slunce Pokud se Měsíc v úplňku dostane do stínu Země = zatmění Měsíce Určete, které zatmění je vzácnější a proč! Vzácnější je zatmění Slunce: Stín Měsíce zanechává na Zemi jen poměrně úzkou „stopu“ a zatmění Slunce proto vidí jen lidé v tomto pásu Naproti tomu Měsíc ve stínu Země vidí všichni, kdož jsou na „noční“ straně Země (pokud nespí, není zataženo, nečučí radši na TV, DVD, PC apod.)

Pozor! Poměry rozměrů a vzdáleností těles neodpovídají skutečnosti!!! Zatmění Slunce Pozor! Poměry rozměrů a vzdáleností těles neodpovídají skutečnosti!!! Země M Slunce Polostín – částečné zatmění Plný stín – úplné zatmění

Pozor! Poměry rozměrů a vzdáleností těles neodpovídají skutečnosti!!! Zatmění Měsíce Pozor! Poměry rozměrů a vzdáleností těles neodpovídají skutečnosti!!! Z M Slunce Polostín – částečné zatmění Plný stín – úplné zatmění

3. Rychlost světla Světlo se šíří obrovskou rychlostí – ve vakuu 300.000km/s! – pro srovnání: nejrychlejší rakety získávají rychlost kolem 16km/s … Rychlost světla označujeme c Stejnou rychlostí se šíří i radiové vlny V ostatních optických prostředích (vzduch, sklo, voda) se světlo šíří nepatrně pomaleji Řešení: Příklad 1.: s = 150.000.000km, c = 300.000km/s t = s : c = 150.000.000 : 300.000 = 500 s = 8min 20s Světlo za Slunce k nám dolétne za 8min a 20s. Příklad 2.: t = 2h 30min = 9.000s, c = 300.000km/s s = c . t = 300.000 . 9.000 = 2.700.000.000km Astronomové používají násobky vzdálenosti Země – Slunce (AU): 2.700.000.000km : 150.000.000 = 18 AU  Sonda se nachází někde poblíž Příklad 1.: Urči za jak dlouho doletí světlo ze Slunce na Zemi, vzdálenost obou těles je 150.000.000km. Příklad 2.: Vesmírná sonda vyslala radiový signál – na Zemi dorazil za 2h 30min. Urči, z jaké vzdálenosti byl vyslán a podle tabulek zkus zjistit, v kterých místech Sluneční soustavy by se mohla sonda nacházet.

4. Rozhraní optických prostředí Paprsky světla se na rozhraní optických prostředí mohou: Odrážet – zrcadla, lesklé a světlé plochy Lámat a procházet průhledným nebo průsvitným prostředím Pohlcovat látkou – tmavé a matné plochy, světelná energie se mění na tepelnou

5. Odraz světla, rovinná zrcadla Na drsném povrchu tělesa (např. papír) se svazek rozptýlí: Vzniká tak nepřímé světlo (měkké – nevytváří ostré stíny) – příjemné osvětlení obytných místností Na hladkém (lesklém) povrchu se paprsky odráží shodně – podle zákona odrazu: Po vysvětlení zákona odrazu se zeptat znovu na rozptyl na papíru – zákon odrazu platí i zde! Úhel odrazu je roven úhlu dopadu! α = β k β α

Odraz na rovinném zrcadle  zrcadlo  Na rovinném zrcadle pozorujeme obraz: Zdánlivý – nelze ho zachytit na promítací desku Stranově převrácený Vzpřímený Je stejně velký jako předmět

Odraz na rovinném zrcadle –další příklady Zrcadlový kout: 2 zrcadla svírající pravý úhel způsobí, že paprsek se odráží rovnoběžně s paprskem příchozím Využití: odrazky – jsou tvořené soustavou plošek svírajících pravý úhel – paprsky se vrací stejným směrem

Odraz na rovinném zrcadle – další příklady Periskop = soustava 2 zrcadel pod úhlem 45° Vzniká vzpřímený, stranově nepřevrácený obraz Především vojenské použití (ponorky, pevnosti, … - spojené s dalekohledem) Zkuste si vyrobit vlastní periskop!

Kulová zrcadla

Základní popis Povrch kulových zrcadel je tvořen: Vnitřkem kulové plochy – zrcadla dutá Vnějškem kulové plochy – zrcadla vypuklá I pro kulová zrcadla platí zákon odrazu – kolmicí dopadu je osa kulové plochy (prochází středem křivosti zrcadla)

Zobrazení na dutém zrcadle Rovnoběžný svazek paprsků se odráží do jednoho bodu -ohniska  použití: * antény * využití solární energie (zrcadla soustředí energii do jednoho místa)

Zobrazení na dutém zrcadle Paprsky vycházející z ohniska se odráží rovnoběžně (vzniká svazek paprsků)  použití: * reflektory * duté zrcátko u zubaře

Zobrazení na dutém zrcadle Tento obraz vzniklý na dutém zrcadle je: *skutečný *zmenšený *převrácený

Zobrazení na vypuklém zrcadle Použití vypuklého zrcadla: Na nepřehledných křižovatkách V obchodech Některá zpětná zrcátka Obraz na vypuklém zrcadle je: *zdánlivý *zmenšený *vzpřímený

Fotogalerie Prstencové zatmění Slunce – zkus určit, za jakých okolností k němu dochází  Měsíc je dále od Země a jeho kotouč má menší rozměr (zdánlivě) než Slunce Úplné zatmění Slunce, „paprsky“ = sluneční korona Zpět – zatmění Slunce

Fotogalerie Částečné zatmění Slunce – zakryto Měsícem asi 55% Zpět – zatmění Slunce