Šviesos banga. Ją apibūdinantys dydžiai

Naujos sąvokos:

šviesõs bangà
šviesõs bangõs il̃gis
šviesõs bangõs periòdas
šviesõs bangõs dãžnis

Kas yra šviesa?

Žmonės ištisus šimtmečius aiškinosi, kas yra šviesa. Antikos filosofas Titas Lukrecijus Karas (apie 55–97 m. pr. Kr.) manė, kad šviesa susideda iš mažų dalelių ir pasiekia mus iš Saulės. XVII a. pabaigoje pradėjo formuotis du požiūriai į šviesą. Izaokas Niutonas teigė, kad šviesa yra dalelių srautas. Olandų fizikas Kristianas Heigensas buvo įsitikinęs, kad šviesa yra bangos. 1862 m. Džeimsas Klarkas Maksvelas įrodė, kad šviesa yra tam tikro dažnio elektromagnetinės bangos. XX a. pradžioje Maksas Plankas ir Albertas Einšteinas patvirtino, kad šviesa turi dalelių savybių.

Šių dienų fizikos moksle išliko du skirtingi požiūriai į šviesą. Manoma, kad šviesa yra matomos elektromagnetinės bangos. Šviesos šaltinis šviesą spinduliuoja ne ištisai, o tam tikromis porcijomis, todėl į ją galima žiūrėti kaip į dalelių srautą. Vadinasi, šviesai būdingos ir bangų, ir dalelių savybės (3.1.1 pav.). Bangines šviesos savybes nagrinėja bañginė òptika.

3.1.1 pav.

Daugiau

Šviesos banga

Šviesõs bangà yra erdvėje sklindanti elektromagnetinė banga. Ją sudaro nuolat kintantis elektrinis ir magnetinis laukas – elektromagnetinis laukas (3.1.2 pav.). Laukù fizikoje įprasta laikyti medžiagas, kurių žmogus tiesiogiai nejunta (nemato, negali paliesti, neužuodžia). Elektromagnetinę bangą sudarantys laukai yra statmeni vienas kitam (3.1.2 pav.). Jie plinta erdvėje šviesos greičiu – 300 000 km/s.

Šviesos bangos yra skirtingo ilgio. Šviesõs bangõs il̃gis – trumpiausias atstumas tarp dviejų artimiausių vienodai svyruojančių elektrinio arba magnetinio lauko taškų (3.1.3 pav.). Bangos ilgis žymimas graikų abėcėlės raide λ. Pagrindinis matavimo vienetas – metras (m). Šviesos bangos yra labai trumpos, todėl matuojamos nanomètrais (1 nm = 0,000000001 m = 10^–9 m). Raudonos šviesos bangos ilgis yra didžiausias (665 nm), violetinės – mažiausias (400 nm).

3.1.2 pav.

3.1.3 pav.

3.1.4 pav.

Trumpiausias laikas, per kurį įvyksta vienas elektromagnetinio lauko svyravimas (susidaro viena banga), vadinamas bangõs svyrãvimo periodù. Jis žymimas simboliu T. Pagrindinis svyravimo periodo matavimo vienetas yra sekundė [s].

Žinant šviesos bangos svyravimo periodą, galima apskaičiuoti šviesos bangos ilgį vakuume. Jis lygus šviesos sklidimo greičio (c) ir svyravimo periodo (T) sandaugai:

\lambda=cT.

Suprasti šviesos bangos ilgio prasmę padeda kūno nueito kelio, greičio ir judėjimo laiko priklausomybė:

s=vt.

\lambda=cT.

Šviesos bangos periodas yra susijęs su šviesos bangos dažniu (f). Didėjant šviesos bangos dažniui (f), šviesos bangos periodas (T) mažėja:

T=\frac{1}{f}.

Šviesos bangos dažnis yra susijęs su jos ilgiu. Kuo didesnis dažnis, tuo trumpesnė banga (3.1.4 pav.).

Daugiau

Šviesos banga. Vandens banga

Suvokti šviesos bangą labai paprasta lyginant su vandens banga. Atstumas tarp dviejų jūros bangų keterų (iškilimų) yra lygus vandens bangos ilgiui (λ) (3.1.5 pav.). Laikas, per kurį susiformuoja dvi vandens bangų keteros, prilygsta vandens bangos dalelių svyravimo periodui (T). Kuo didesnis vandens bangos ilgis, tuo rečiau vandens bangos dūžta į krantą. Vadinasi, vandens bangų dažnis (f) yra mažesnis. Trumpesnės bangos dažniau atsimuša į krantą, jų dažnis yra didesnis.

Vandens ir šviesos bangų prigimtis yra skirtinga. Vandens bangos yra mechãninės, o šviesos bangos – elektromagnètinės, tačiau jas apibūdina tie patys fizikiniai dydžiai: bangos ilgis, svyravimų dažnis, svyravimo periodas.

3.1.5 pav.

Daugiau

Klausimai ir užduotys

Kas yra šviesa? Koks šviesos vaidmuo jūsų gyvenime?
Kas yra banga? Kokias bangų rūšis žinote? Kuo jos panašios? Kuo skiriasi?
Žvejodamas Benas skaičiavo į ežero krantą atsimušančias bangeles. Berniukas suskaičiavo, kad per 6 sekundes į krantą atsimušė 4 ežero bangų keteros. Kam lygus ežero bangų svyravimo periodas? Dažnis? (2 s; 0,5 Hz)
Raudonos šviesos bangos ilgis – 665 nm, o violetinės – 400 nm. Kurios bangos dažnis yra didesnis?
Įrodykite, kad šviesos bangos ilgį (λ), dažnį (f) ir greitį vakuume (c) sieja ši priklausomybė: \lambda=\frac{c}{f}.