Světlo Podmínky používání prezentace © RNDr. Jiří Kocourek 2013

Prezentace na téma: "Světlo Podmínky používání prezentace © RNDr. Jiří Kocourek 2013"— Transkript prezentace:

1 Světlo Podmínky používání prezentace © RNDr. Jiří Kocourek 2013
Stažení, instalace na jednom počítači a použití pro soukromou potřebu jednoho uživatele je zdarma. Použití pro výuku jako podpůrný nástroj pro učitele či materiál pro samostudium žáka, rovněž tak použití jakýchkoli výstupů (obrázků, grafů atd.) pro výuku je podmíněno zakoupením licence pro užívání software E-učitel příslušnou školou. Cena licence je 250,- Kč ročně a opravňuje příslušnou školu k používání všech aplikací pro výuku zveřejněných na stránkách Na těchto stránkách je rovněž podrobné znění licenčních podmínek a formulář pro objednání licence. Pro jiný typ použití, zejména pro výdělečnou činnost, publikaci výstupů z programu atd., je třeba sjednat jiný typ licence. V tom případě kontaktujte autora pro dojednání podmínek a smluvní ceny. OK © RNDr. Jiří Kocourek 2013

2 Světlo © RNDr. Jiří Kocourek 2013

3 Elektromagnetické vlnění – fyzikální jev, při němž dochází k šíření elektromagnetického pole od zdroje do prostoru. V závislosti na vlnové délce (resp. frekvenci) se výrazně mění jeho vlastnosti a projevy:

4 Elektromagnetické vlnění – fyzikální jev, při němž dochází k šíření elektromagnetického pole od zdroje do prostoru. V závislosti na vlnové délce (resp. frekvenci) se výrazně mění jeho vlastnosti a projevy: Vlnová délka (ve vakuu) Název Zdroj Význam ≈ 10km – 1m rádiové vlny elmg. oscilátor přenos informací (rozhlas, televize,..)

5 Elektromagnetické vlnění – fyzikální jev, při němž dochází k šíření elektromagnetického pole od zdroje do prostoru. V závislosti na vlnové délce (resp. frekvenci) se výrazně mění jeho vlastnosti a projevy: Vlnová délka (ve vakuu) Název Zdroj Význam ≈ 10km – 1m rádiové vlny elmg. oscilátor přenos informací (rozhlas, televize,..) ≈ 1m – 1mm mikrovlny mikrovlnná trouba, přenos informací (WiFi)

6 Elektromagnetické vlnění – fyzikální jev, při němž dochází k šíření elektromagnetického pole od zdroje do prostoru. V závislosti na vlnové délce (resp. frekvenci) se výrazně mění jeho vlastnosti a projevy: Vlnová délka (ve vakuu) Název Zdroj Význam ≈ 10km – 1m rádiové vlny elmg. oscilátor přenos informací (rozhlas, televize,..) ≈ 1m – 1mm mikrovlny mikrovlnná trouba, přenos informací (WiFi) ≈ 1mm – 760 nm infračervené záření tělesa zahřátá na běžné teploty – včetně živých organismů tepelné zářiče, noční vidění, termovize

7 Elektromagnetické vlnění – fyzikální jev, při němž dochází k šíření elektromagnetického pole od zdroje do prostoru. V závislosti na vlnové délce (resp. frekvenci) se výrazně mění jeho vlastnosti a projevy: Vlnová délka (ve vakuu) Název Zdroj Význam ≈ 10km – 1m rádiové vlny elmg. oscilátor přenos informací (rozhlas, televize,..) ≈ 1m – 1mm mikrovlny mikrovlnná trouba, přenos informací (WiFi) ≈ 1mm – 760 nm infračervené záření tělesa zahřátá na běžné teploty – včetně živých organismů tepelné zářiče, noční vidění, termovize 760 nm – 390 nm viditelné světlo hvězdy, žhavá tělesa, umělá svítidla získávání většiny informací o světě

8 Elektromagnetické vlnění – fyzikální jev, při němž dochází k šíření elektromagnetického pole od zdroje do prostoru. V závislosti na vlnové délce (resp. frekvenci) se výrazně mění jeho vlastnosti a projevy: Vlnová délka (ve vakuu) Název Zdroj Význam ≈ 10km – 1m rádiové vlny elmg. oscilátor přenos informací (rozhlas, televize,..) ≈ 1m – 1mm mikrovlny mikrovlnná trouba, přenos informací (WiFi) ≈ 1mm – 760 nm infračervené záření tělesa zahřátá na běžné teploty – včetně živých organismů tepelné zářiče, noční vidění, termovize 760 nm – 390 nm viditelné světlo hvězdy, žhavá tělesa, umělá svítidla získávání většiny informací o světě 390 nm – ≈ 10 nm ultrafialové záření hvězdy, oblouková lampa opalování kůže, při vyšších dávkách škodlivé

9 Elektromagnetické vlnění – fyzikální jev, při němž dochází k šíření elektromagnetického pole od zdroje do prostoru. V závislosti na vlnové délce (resp. frekvenci) se výrazně mění jeho vlastnosti a projevy: Vlnová délka (ve vakuu) Název Zdroj Význam ≈ 10km – 1m rádiové vlny elmg. oscilátor přenos informací (rozhlas, televize,..) ≈ 1m – 1mm mikrovlny mikrovlnná trouba, přenos informací (WiFi) ≈ 1mm – 760 nm infračervené záření tělesa zahřátá na běžné teploty – včetně živých organismů tepelné zářiče, noční vidění, termovize 760 nm – 390 nm viditelné světlo hvězdy, žhavá tělesa, umělá svítidla získávání většiny informací o světě 390 nm – ≈ 10 nm ultrafialové záření hvězdy, oblouková lampa opalování kůže, při vyšších dávkách škodlivé ≈ 10 nm – 10 pm rentgenové záření rentgenová trubice lékařství, zkoumání struktury látek

10 Elektromagnetické vlnění – fyzikální jev, při němž dochází k šíření elektromagnetického pole od zdroje do prostoru. V závislosti na vlnové délce (resp. frekvenci) se výrazně mění jeho vlastnosti a projevy: Vlnová délka (ve vakuu) Název Zdroj Význam ≈ 10km – 1m rádiové vlny elmg. oscilátor přenos informací (rozhlas, televize,..) ≈ 1m – 1mm mikrovlny mikrovlnná trouba, přenos informací (WiFi) ≈ 1mm – 760 nm infračervené záření tělesa zahřátá na běžné teploty – včetně živých organismů tepelné zářiče, noční vidění, termovize 760 nm – 390 nm viditelné světlo hvězdy, žhavá tělesa, umělá svítidla získávání většiny informací o světě 390 nm – ≈ 10 nm ultrafialové záření hvězdy, oblouková lampa opalování kůže, při vyšších dávkách škodlivé ≈ 10 nm – 10 pm rentgenové záření rentgenová trubice lékařství, zkoumání struktury látek < ≈10 pm záření gama jaderné reakce nebezpečné, využití v lékařství

11 OPTIKA – obor fyziky zkoumající světlo, jeho podstatu, zákonitosti světelných jevů, které vznikají při šíření světla, jeho vzájemného působení s látkou atd.

12 OPTIKA – obor fyziky zkoumající světlo, jeho podstatu, zákonitosti světelných jevů, které vznikají při šíření světla, jeho vzájemného působení s látkou atd. Světlo – elektromagnetické vlnění o frekvencích 7,7·1014 – 3,9·1014 Hz. Tomu ve vakuu odpovídají vlnové délky 390 – 760 nm.

13 OPTIKA – obor fyziky zkoumající světlo, jeho podstatu, zákonitosti světelných jevů, které vznikají při šíření světla, jeho vzájemného působení s látkou atd. Světlo – elektromagnetické vlnění o frekvencích 7,7·1014 – 3,9·1014 Hz. Tomu ve vakuu odpovídají vlnové délky 390 – 760 nm. Rychlost šíření světla ve vakuu (přibližně i ve vzduchu):

14 Rychlost šíření světla ve vakuu (přibližně i ve vzduchu):
OPTIKA – obor fyziky zkoumající světlo, jeho podstatu, zákonitosti světelných jevů, které vznikají při šíření světla, jeho vzájemného působení s látkou atd. Světlo – elektromagnetické vlnění o frekvencích 7,7·1014 – 3,9·1014 Hz. Tomu ve vakuu odpovídají vlnové délky 390 – 760 nm. Rychlost šíření světla ve vakuu (přibližně i ve vzduchu): Barva světla: Vjem různých barev je dán frekvencí vnímaného světla. Monochromatické (monofrekvenční) světlo – světlo o jediné frekvenci (barvě) Složené světlo – světlo složené z více monochromatických světel Bílé světlo – světlo složené ze všech frekvencí viditelného světla

15 OPTIKA – obor fyziky zkoumající světlo, jeho podstatu, zákonitosti světelných jevů, které vznikají při šíření světla, jeho vzájemného působení s látkou atd. Světlo – elektromagnetické vlnění o frekvencích 7,7·1014 – 3,9·1014 Hz. Tomu ve vakuu odpovídají vlnové délky 390 – 760 nm. Rychlost šíření světla ve vakuu (přibližně i ve vzduchu): Barva světla: Vjem různých barev je dán frekvencí vnímaného světla. Monochromatické (monofrekvenční) světlo – světlo o jediné frekvenci (barvě) Složené světlo – světlo složené z více monochromatických světel Bílé světlo – světlo složené ze všech frekvencí viditelného světla barva l [nm]

16 OPTIKA – obor fyziky zkoumající světlo, jeho podstatu, zákonitosti světelných jevů, které vznikají při šíření světla, jeho vzájemného působení s látkou atd. Světlo – elektromagnetické vlnění o frekvencích 7,7·1014 – 3,9·1014 Hz. Tomu ve vakuu odpovídají vlnové délky 390 – 760 nm. Rychlost šíření světla ve vakuu (přibližně i ve vzduchu): Barva světla: Vjem různých barev je dán frekvencí vnímaného světla. Monochromatické (monofrekvenční) světlo – světlo o jediné frekvenci (barvě) Složené světlo – světlo složené z více monochromatických světel Bílé světlo – světlo složené ze všech frekvencí viditelného světla barva l [nm] Poznámky: 1. Většina zákonů optiky platí i pro obory infračerveného a ultrafialového světla. 2. Všechny vlastnosti světla nelze vysvětlit pouze na základě modelu elmg. vlnění, při některých experimentech se světlo projevuje jako proud elementárních částic – fotonů.

17 Světelný zdroj – objekt nebo zařízení vyzařující světlo (hvězda, žárovka, LED dioda, ...)

18 Světelný zdroj – objekt nebo zařízení vyzařující světlo (hvězda, žárovka, LED dioda, ...)
Ve vakuu se světlo šíří od zdroje všemi směry; vlnoplochy (plochy spojující místa o stejné fázi) mají kulový tvar.

19 Světelný zdroj – objekt nebo zařízení vyzařující světlo (hvězda, žárovka, LED dioda, ...)
Ve vakuu se světlo šíří od zdroje všemi směry; vlnoplochy (plochy spojující místa o stejné fázi) mají kulový tvar. Směr šíření světla je určen kolmicí k vlnoploše – světelný paprsek.

20 Optické prostředí – prostředí, jímž se světlo šíří; ve vakuu a ve stejnorodém prostředí se světlo šíří přímočaře (paprsky jsou části přímek)

21 Průhledné optické prostředí – světlo jím úplně nebo částečně
Průhledné optické prostředí – světlo jím úplně nebo částečně prochází, nerozptyluje se. Příklady: sklo voda

22 Průsvitné optické prostředí – světlo jím prochází, ale rozptyluje se.
Příklady: matné sklo vosk

23 Neprůhledné optické prostředí – světlo jím neprochází, prostředí je
Neprůhledné optické prostředí – světlo jím neprochází, prostředí je odráží nebo absorbuje Příklady: kámen kovy

24 Odraz a lom světla na rozhraní dvou optických prostředí
Poznámka: Předpokládáme, že všechna optická prostředí, s nimiž budeme pracovat jsou průhledná, homogenní (stejnorodá) a izotropní (všechny směry jsou rovnocenné)

25 v1 v2 Odraz a lom světla na rozhraní dvou optických prostředí
Dorazí-li světlo na rozhraní dvou optických prostředí (v nichž se šíří různými rychlostmi v1 a v2), část světla se odrazí zpět a část pronikne do druhého prostředí: paprsek dopadajícího světla v1 v2

26 v1 v2 Odraz a lom světla na rozhraní dvou optických prostředí
Dorazí-li světlo na rozhraní dvou optických prostředí (v nichž se šíří různými rychlostmi v1 a v2), část světla se odrazí zpět a část pronikne do druhého prostředí: odražené světlo v1 v2

27 v1 v2 Odraz a lom světla na rozhraní dvou optických prostředí
Dorazí-li světlo na rozhraní dvou optických prostředí (v nichž se šíří různými rychlostmi v1 a v2), část světla se odrazí zpět a část pronikne do druhého prostředí: v1 v2 prošlé světlo

28 v1 v2 a Odraz a lom světla na rozhraní dvou optických prostředí
Dorazí-li světlo na rozhraní dvou optických prostředí (v nichž se šíří různými rychlostmi v1 a v2), část světla se odrazí zpět a část pronikne do druhého prostředí: Paprsek dopadá na rozhraní pod jistým úhlem a, který měříme vzhledem ke kolmici k rozhraní a nazýváme úhel dopadu. a v1 v2

29 v1 v2 a a Odraz a lom světla na rozhraní dvou optických prostředí
Dorazí-li světlo na rozhraní dvou optických prostředí (v nichž se šíří různými rychlostmi v1 a v2), část světla se odrazí zpět a část pronikne do druhého prostředí: Úhel, pod nímž se paprsek odráží – úhel odrazu – je vždy shodný s úhlem dopadu. a a v1 v2

30 v1 v2 a a b Odraz a lom světla na rozhraní dvou optických prostředí
Dorazí-li světlo na rozhraní dvou optických prostředí (v nichž se šíří různými rychlostmi v1 a v2), část světla se odrazí zpět a část pronikne do druhého prostředí: a a v1 v2 b Úhel, který svírá prošlý paprsek s kolmicí dopadu – úhel lomu – je obecně různý od úhlu dopadu a závisí na rychlosti šíření světla v jednotlivých prostředích.

31 v1 v2 a a b Odraz a lom světla na rozhraní dvou optických prostředí
Dorazí-li světlo na rozhraní dvou optických prostředí (v nichž se šíří různými rychlostmi v1 a v2), část světla se odrazí zpět a část pronikne do druhého prostředí: a a v1 v2 b Poznámka: Všechny tři paprsky i kolmice leží v jedné rovině.

32 v1 v2 a a b Odraz a lom světla na rozhraní dvou optických prostředí
Dorazí-li světlo na rozhraní dvou optických prostředí (v nichž se šíří různými rychlostmi v1 a v2), část světla se odrazí zpět a část pronikne do druhého prostředí: Zákon odrazu: Úhel odrazu je shodný s úhlem dopadu. a a v1 v2 b

33 v1 v2 a a b Odraz a lom světla na rozhraní dvou optických prostředí
Dorazí-li světlo na rozhraní dvou optických prostředí (v nichž se šíří různými rychlostmi v1 a v2), část světla se odrazí zpět a část pronikne do druhého prostředí: Zákon odrazu: Úhel odrazu je shodný s úhlem dopadu. a a v1 v2 Zákon lomu: b

34 v1 v2 a a b Odraz a lom světla na rozhraní dvou optických prostředí
Dorazí-li světlo na rozhraní dvou optických prostředí (v nichž se šíří různými rychlostmi v1 a v2), část světla se odrazí zpět a část pronikne do druhého prostředí: Zákon odrazu: Úhel odrazu je shodný s úhlem dopadu. a a v1 v2 Zákon lomu: b Index lomu: číselná veličina; vyjadřuje, kolikrát je rychlost světla v daném prostředí menší než ve vakuu:

35 v1 v2 a a b Odraz a lom světla na rozhraní dvou optických prostředí
Dorazí-li světlo na rozhraní dvou optických prostředí (v nichž se šíří různými rychlostmi v1 a v2), část světla se odrazí zpět a část pronikne do druhého prostředí: Zákon odrazu: Úhel odrazu je shodný s úhlem dopadu. a a v1 v2 Zákon lomu: b Index lomu: číselná veličina; vyjadřuje, kolikrát je rychlost světla v daném prostředí menší než ve vakuu:

36 v1 v2 a a b Odraz a lom světla na rozhraní dvou optických prostředí
Dorazí-li světlo na rozhraní dvou optických prostředí (v nichž se šíří různými rychlostmi v1 a v2), část světla se odrazí zpět a část pronikne do druhého prostředí: Zákon odrazu: Úhel odrazu je shodný s úhlem dopadu. a a v1 v2 Zákon lomu: b Index lomu: číselná veličina; vyjadřuje, kolikrát je rychlost světla v daném prostředí menší než ve vakuu: Zákon odrazu a lomu lze odvodit na základě Huygensova principu. (viz např.

37 Odraz a lom světla na rozhraní dvou optických prostředí
Prostředí opticky hustší – prostředí s vyšším indexem lomu Prostředí opticky řidší – prostředí s nižším indexem lomu a a v1 , n1 Při přechodu z prostředí opticky řidšího do hustšího (n1 < n2) je úhel lomu menší než úhel dopadu – lom ke kolmici. v2 , n2 Zákon lomu: b

38 Odraz a lom světla na rozhraní dvou optických prostředí
Prostředí opticky hustší – prostředí s vyšším indexem lomu Prostředí opticky řidší – prostředí s nižším indexem lomu a a v1 , n1 b v2 , n2 Zákon lomu: Při přechodu z prostředí opticky hustšího do řidšího (n1 > n2) je úhel lomu větší než úhel dopadu – lom od kolmice.

39 Odraz a lom světla na rozhraní dvou optických prostředí
Prostředí opticky hustší – prostředí s vyšším indexem lomu Prostředí opticky řidší – prostředí s nižším indexem lomu am am v1 , n1 90° v2 , n2 Zákon lomu: Pro jistý úhel dopadu vychází (při lomu od kolmice) úhel lomu 90° – mezní úhel. Pokud je druhým prostředím vakuum (přibližně i vzduch):

40 Odraz a lom světla na rozhraní dvou optických prostředí
Prostředí opticky hustší – prostředí s vyšším indexem lomu Prostředí opticky řidší – prostředí s nižším indexem lomu a a v1 , n1 v2 , n2 Zákon lomu: Při úhlu dopadu větším než mezní už nemůže žádné světlo projít do řidšího prostředí; všechno světlo se odrazí – úplný (totální) odraz.

41 Odraz a lom světla na rozhraní dvou optických prostředí
Příklady odrazu a lomu: Světlovodná vlákna (totální odraz) Předměty ponořené do vody se zdají zalomené (lom ke kolmici) Odrazné hranoly (totální odraz) - používají se v optických přístrojích

42 Odraz a lom světla na rozhraní dvou optických prostředí
Index lomu některých látek: Látka Index lomu vakuum 1 vzduch 1,0003 voda 1,33 etanol 1,36 sklo 1,45 – 1,65 sůl kamenná 1,54 diamant 2,42

43 Disperze světla – závislost indexu lomu optického prostředí na frekvenci světla.

44 Disperze světla – závislost indexu lomu optického prostředí na frekvenci světla.
Tento jev pozorujeme například při průchodu bílého světla optickým hranolem. Díky rozdílnému indexu lomu se světlo o vyšší frekvenci láme více než světlo o nižší frekvenci:

45 Disperze světla – závislost indexu lomu optického prostředí na frekvenci světla.
Tento jev pozorujeme například při průchodu bílého světla optickým hranolem. Díky rozdílnému indexu lomu se světlo o vyšší frekvenci láme více než světlo o nižší frekvenci: Bílé světlo se hranolem rozloží na spektrum, v němž jsou zastoupeny všechny barvy (zobrazí se v pořadí: červená, oranžová, žlutá, zelená, modrá, fialová)

46 Vznik duhy odrazem a lomem na kapkách vody.
Disperze světla – závislost indexu lomu optického prostředí na frekvenci světla. Další příklady: Duha Vznik duhy odrazem a lomem na kapkách vody.

47 Hranolový spektrometr
Disperze světla – závislost indexu lomu optického prostředí na frekvenci světla. Další příklady: Spektrální analýza Hranolový spektrometr Sluneční spektrum Poznámka: Analýzou spektra vyzařujících těles můžeme získat velice podrobné informace o jejich chemickém složení i podmínkách, za nichž bylo světlo vyzářeno. Spektrální analýza se používá zejména v astronomii.

48 Vnímání barev: Světelné zdroje vyzařují světlo různých frekvencí, to se dále může odrážet nebo rozptylovat na osvětlených předmětech. Výsledné světlo vnímáme pomocí fotoreceptorů v oku (tyčinky – citlivé pouze na světlo a stín, čípky – rozlišující barvu světla). Výsledný vjem je dán souhrnem nervových podnětů přicházejících z receptorů do mozku.

49 Vnímání barev: Světelné zdroje vyzařují světlo různých frekvencí, to se dále může odrážet nebo rozptylovat na osvětlených předmětech. Výsledné světlo vnímáme pomocí fotoreceptorů v oku (tyčinky – citlivé pouze na světlo a stín, čípky – rozlišující barvu světla). Výsledný vjem je dán souhrnem nervových podnětů přicházejících z receptorů do mozku. Barevné odstíny: V oku jsou tři druhy čípků, každé reagují na světlo o jiné frekvenci. Podle intenzity podnětů od jednotlivých druhů čípků vzniká vjem všech barevných odstínů.

50 Vnímání barev: Světelné zdroje vyzařují světlo různých frekvencí, to se dále může odrážet nebo rozptylovat na osvětlených předmětech. Výsledné světlo vnímáme pomocí fotoreceptorů v oku (tyčinky – citlivé pouze na světlo a stín, čípky – rozlišující barvu světla). Výsledný vjem je dán souhrnem nervových podnětů přicházejících z receptorů do mozku. Barevné odstíny: V oku jsou tři druhy čípků, každé reagují na světlo o jiné frekvenci. Podle intenzity podnětů od jednotlivých druhů čípků vzniká vjem všech barevných odstínů. Míchání barev aditivní (míchání zdrojů světla různých barev) subtraktivní (vkládání barevných filtrů před zdroj bílého světla)

51 Vnímání barev: Světelné zdroje vyzařují světlo různých frekvencí, to se dále může odrážet nebo rozptylovat na osvětlených předmětech. Výsledné světlo vnímáme pomocí fotoreceptorů v oku (tyčinky – citlivé pouze na světlo a stín, čípky – rozlišující barvu světla). Výsledný vjem je dán souhrnem nervových podnětů přicházejících z receptorů do mozku. Vjem barvy tělesa: Je dán jednak frekvencemi obsaženými ve zdroji světla, jednak schopností povrchu tělesa jednotlivé frekvence odrážet (rozptylovat).

52 Vnímání barev: Světelné zdroje vyzařují světlo různých frekvencí, to se dále může odrážet nebo rozptylovat na osvětlených předmětech. Výsledné světlo vnímáme pomocí fotoreceptorů v oku (tyčinky – citlivé pouze na světlo a stín, čípky – rozlišující barvu světla). Výsledný vjem je dán souhrnem nervových podnětů přicházejících z receptorů do mozku. Příklady využití: Barevná obrazovka (aditivní míchání barev RGB) Barevná tiskárna (subtraktivní míchání barev CMYK)

53 Obrázky, animace a videa použité v prezentacích E-učitel jsou buď originálním dílem autora, nebo byly převzaty z volně dostupných internetových stránek.