Název školyStřední odborná škola a Gymnázium Staré Město Číslo projektuCZ.1.07/1.5.00/ AutorMgr. Radomír Tomášů Název šablonyIII/2 – Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Název DUMuPodstata světla Stupeň a typ vzděláváníStřední odborná škola s maturitou Vzdělávací oblastFyzika Vzdělávací obor36-47-M/01 Tematický okruhFyzika pro stavaře Druh učebního materiáluVýukový materiál Cílová skupinaŽák, 1. ročník AnotaceŽáci získají nové znalosti z fyziky a naučí se orientovat v základních pojmech rychlost světla, vlnění, záření Vybavení, pomůcky- Klíčová slovaRychlost světla, vlnění, záření Datum PODSTATA SVĚTLA

2 OPTIKA Úvod do optiky Zrak je nejdůležitější smyslový orgán a světlo je prostředníkem k poznávání světa. Poznatky o světle a o zákonitostech světelných jevů se zabývá optika, která patří k nejstarším oborům fyziky. Již ve starověku znali lidé podstatu zobrazování zrcadly a v 17. století přidali lom světla a zobrazování zrcadly. V 19.století – světlo je elektromagnetické vlnění. Posledních 40 let prochází optika bouřlivým vývojem - objev laseru(lékařství, počítače….), holografie, optoelektronika a další.

3 Podstata světla Jeden z největších fyzikálních objevů v 19.století učinil J.C.Maxwell – světlo je elektromagnetické vlnění. El-mag. vlnění vzniká při kmitání elektronů v atomech. Elektrony v atomech mění svou energii a ta je z atomu vyzařována ve formě elektromagnetického vlnění – světla. Je to podobné vlnění jako jsou radiové nebo televizní vlnění, jen vlnová délka je podstatně menší! Světlo je elektromagnetické vlnění, které má ve vakuu vlnové délky 390 nm – 790 nm. Vlnová délka 790 nm – červená barva světla, 390 nm – fialová barva světla. Mezi nimi jsou oranžová, žlutá, zelená a modrá barva.

4 Názory na podstatu světla se vyvíjely až do 20. století. Podle dnešní představy je světlo duální povahy. V některých pokusech se chová jako vlnění a v jiných pokusech má částicovou povahu (proud fotonů) – touto částí se zabývá kvantová fyzika. Rozdělení el.-mag. vlnění a záření podle frekvence: 1)Technické frekvence (elektřina, zvuk,….) Hz 2)Radiové vlny (DV,SV,KV,VKV=FM) 100kHz-100MHz 3)Televizní vlny(UKV) MHz 4)Mikrovlny 1-300GHz 5)Infračervené záření IR do 3, Hz 6)Viditelné světlo 3, – 7, Hz

5 7) Ultrafialové záření UV 7, – Hz 8) Rentgenové záření Hz – Hz 9) Gama záření Hz + Mikrovlny(trouba, mobily, satelit) a IR záření(elektrické radiátory) – tepelné účinky. UV, rentgenové a gama záření - rakovinotvorné účinky. Frekvence některých elektromagnetických záření se překrývají (např. některá gama záření - vzniká při štěpení jader atomů - patří frekvencí do rentgenového záření. Radiové vlny jsou vyzařovány anténami a jejich frekvence končí až v IR oblasti. Viditelné světlo je dáno přesně a s nikým se nepřekrývá.

6 Rychlost světla (i el. mag. vlnění): Už od 17.století astronomové věděli, že rychlost světla je konečná. Holandský fyzik Huygens ji odhadl na km/s, Fyzeau 1849 (paprsky přes rotující ozubené kolo) – odhad 31300km/s. Dnes je rychlost světla ve vakuu fyzikální konstanta a jednotka délky – 1m – je odvozena z rychlosti světla! (dříve se rychlost světla snažili určit pomocí jednotky délky 1m a dnes je naopak metr je odvozen z rychlosti c) c = ms −1 (přesně). Při výpočtech bude stačit zaokrouhlená verze: c = kms -1 = ms -1 = kms -1 = ms -1

7 Rychlost světla ve vakuu je největší rychlost, které lze dosáhnout. Ve vzduchu je srovnatelná s vakuem, v jiných prostředích je nižší (voda – 225tisíc, sklo 150t.-200t.). Šíření světla ovlivňuje prostředí, kterým světlo prochází. Čiré – propouští všechny barvy Barevné – propouští jen některé vlnové délky (absorpce) Průsvitné – světlo prochází, ale rozptyluje se Neprůhledné – světlo se od povrchu odráží, nebo se v tělese silně pohlcuje. Světlo se ve stejnorodém prostředí šíří přímočaře. Světelné paprsky z několika zdrojů se neovlivňují. Na těchto dvou faktorech je založena paprsková optika (neuvažujeme přitom vlnové vlastnosti světla).

8 Př.: Základní charakteristikou el-mag. vlnění je frekvence, s níž kmitá. Určete frekvenci červeného a fialového světla, použijte vztah pro výpočet frekvence f = c/λ. Červené světlo λ = 790 nm f = / = 3, Hz Fialové světlo λ = 390 nm f = / = 7, Hz Př.: Urči dobu, za kterou světlo dorazí ze Slunce na Zemi, vzdálenost je asi km. t = s/c = / = 500 s Světlo urazí dráhu za 8 min 20 s.

9 Př.: Jedna z délek, které se používají v astronomii je světelný rok(l.y. – light year) = vzdálenost, kterou světlo urazí za jeden rok. Urči tuto vzdálenost. s = c.t = = 9, m Př.: Proč zelený list vidíme zeleně? Na list dopadají všechny barvy, on je všechny absorbuje kromě zelené, ta je odražena zpět a my ji vidíme! Př.: Proč považujeme paprsky, které k nám dopadají ze Slunce za rovnoběžné, když každý vychází z jiného bodu Slunce? Vzhledem ke vzdálenosti Z-S jsou téměř rovnoběžné.

Použité zdroje LEPIL, Oldřich. Fyzika pro střední školy vyd. Praha: Prometheus, 1995, 270 s. ISBN