Optikos samprata
Jūs galite skaityti šią vadovėlio temą, nes aplink šviesu. Gal už lango šviečia saulė, o gal kambaryje dega elektros lemputė. Mažai tikėtina, kad šį tekstą skaitote laužo, žaibo šviesoje arba prie žvakės. Šviesą skleidžia gam̃tiniai šviesõs šaltiniai: Saulė, žvaigždės, žaibas. Jūsų aplinkoje yra daugybė dirbtinių šviesõs šaltinių: įvairios elektros lempos, laužo, žvakės šviesa. Visi šviesos šaltiniai skleidžia šviesą visomis kryptimis. Šviesos reiškinius nagrinėja fizikos skyrius, vadinamas òptika. Tiek iš gamtinių, tiek iš dirbtinių šviesos šaltinių sklindanti šviesa patenka į mūsų akis ir sukelia šviesos pojūtį.
Šviesos spindulys
Šviesa mums svarbi, nes apie 90 % informacijos apie aplinką gauname iš jos. Piešiniuose Saulės šviesos sklidimo kelias vaizduojamas šviesos spinduliais (2.1.1 pav.). Kasdienėje aplinkoje mes negalime matyti pavienių šviesos spindulių. Mes matome šviesos pluoštus, kurie susidaro Saulės šviesai pereinant per lapiją (2.1.2 pav., a) ir debesis (2.1.2 pav., b). Šviesos pluoštą sudaro daugybė spindulių. Buityje siauri šviesos pluoštai vadinami šviesos spinduliais.
Fizikos mokslo požiūriu šviesõs spindulỹs yra linija, išilgai kurios sklinda šviesos energija. Realūs šviesos spinduliai neegzistuoja. Šviesos spinduliu vadinama įsivaizduojama tiesi linija (2.1.2 pav., a). Šviesos spindulio vaizdinys, kitaip – šviesos spindulys, yra labai svarbus paaiškinant šviesos sklidimo ypatumus.
Pačios sklindančios šviesos matyti negalime. Mes matome šviesos kelyje esančias dulkeles, tvyrantį rūką, dūmus. Jei šviesos kelyje yra daug dūmų, rūko lašelių ar dulkių, jie atspindi šviesą ir sukuria šviesos spindulio vaizdą. Muzikos atlikėjų koncertuose šviesos spindulių efektui sukurti naudojamos rūko, dūmų mašinos, lazeriai (2.1.3 pav.).
Tiesiaeigis šviesos sklidimas
Kaip šviesa sklinda mus supančioje aplinkoje (ore), nesunku suprasti atliekant kelis paprastus bandymus. Pirmam bandymui prireiks žvakės ir tuščiavidurės guminės žarnelės. Žvakę uždekite. Paimkite guminę žarnelę ir, ją įtempę, viena akimi stebėkite žvakės liepsną, o kitą užmerkite. Pro guminės žarnelės angą matysite žvakės liepsną. Dabar žarnelę atpalaiduokite ir truputį sulenkite. Žvakės liepsnos nebematysite, nes tiesiame šviesos kelyje atsirado kliūtis – lenkta žarnelė. Žvakės šviesą pamatysite vėl įtempę žarnelę.
Antram bandymui paimkite tris kartono lapus ir jų centre padarykite vienodo dydžio skylutes. Kartono lapus įtvirtinkite į stovelius ir išdėstykite taip, kad skylutės atsidurtų vienoje tiesioje linijoje (2.1.4 pav., a). Pro skylutę matysite žvakės liepsną. Vidurinį kartono lapą šiek tiek patraukite į šalį, kad skylutė nebebūtų vienoje linijoje su kitomis (2.1.4 pav., b). Dabar žvakės liepsnos nebematysite. Šie bandymai įrodo, kad vienalytėje terpėje šviesa sklinda tiesiai. Tą patį bandymą galite pakartoti kartoninius lapus pakeitę kompaktinėmis plokštelėmis. Jūs atlikote bandymus ore. Tokį patį rezultatą gautumėte ir kitoje terpėse: vandenyje, lede, stikle. Visose vienalytėse skaidriosiose terpėse šviesa sklinda tiesiai.
 2.1.4 pav., a |
 2.1.4 pav., b |
Tiesiaeigio šviesos sklidimo taikymas
Tikslius matavimus atlieka staliai, architektai, elektrikai, santechnikai, statybininkai. Jie naudoja lazerinius atstumų matuoklius, kurių veikimas pagrįstas tiesiaeigiu šviesos sklidimu. Lazeriniai matuokliai skleidžia labai siaurą šviesos spindulį, jais galima išmatuoti aukštų pastatų, stulpų aukštį (2.1.5 pav., a). Matuokliai praverčia ir statybinių plytelių klojėjams – šių matuoklių skleidžiamais tiesiais spinduliais pažymimos galimos plytelių tvirtinimo vietos (2.1.5 pav., b).
Išmanyti tiesiaeigio šviesos sklidimo dėsnį turi ir stulpų, kolonų statytojai. Jei kolonos pastatytos vienoje tiesioje linijoje, žiūrėdami iš kolonų linijos pradžios matysime tik pirmą koloną, nes kitas ji užstoja. Nuo antros kolonos šviesa į akis nepatenka, nes sutinka neskaidrią kliūtį – pirmą koloną. Norint tiksliau išdėstyti kolonas galima naudoti jau minėtus lazerinius matuoklius.
Klausimai ir užduotys
- Šviesa iš šviesos šaltinio sklinda visomis kryptimis. Kodėl automobilio žibintų šviesa nukreipta tik kelio kryptimi?
- Vasarą vaikai ilsėjosi kaime pas močiutę. Jie sumanė pažaisti slėpynių. Benas nusprendė pasislėpti iš lentų sukaltoje pašiūrėje. Įlindęs į pašiūrę berniukas pastebėjo, kad joje labai tamsu, tik pro plyšelius sienoje šen bei ten skverbėsi saulės spinduliai. Jie net akino Beną. Panagrinėkite aprašytą situaciją fizikiniu požiūriu ir atsakykite į klausimus.
- Kas yra tamsa?
- Ar fizikiniu požiūriu berniukas galėjo matyti šviesos spindulius?
- Ką iš tikrųjų matė Benas pro pašiūrės plyšius?
- Kodėl pro pašiūrės plyšius įsiveržusi saulės šviesa apakino berniuką?
- Fotoaparato pirmtakas yra camera obscura. Italų dailininkas Leonardas da Vinčis 1485 m. šią kamerą apibūdino taip:
Jeigu ryškiai apšviestų daiktų atvaizdas patenka pro apskritą skylutę į labai tamsų kambarį, pastatę netoli šios skylutės balto popieriaus lapą pamatysime visus atitinkamų dydžių ir spalvų daiktus. (2.1.6 pav.)
Paaiškinkite:- kaip susidaro daikto atvaizdas tokioje kameroje;
- kodėl vaizdas kameroje yra apverstas.
2.1.6 pav.
- Dėl meniškų nuotraukų šių laikų menininkai taip pat kartais naudoja camera obscura. Pasigaminti tokią kamerą nėra sudėtinga: reikia paimti metalinę kavos arba arbatos dėžutę ir vienoje sienelėje pragręžti skylutę, o prie priešingos sienelės iš vidaus pritvirtinti šviesai jautrią medžiagą. Jei turite galimybę, namuose pasigaminkite tokią kamerą, atlikite bandymą ir jo rezultatais pasidalykite su klasės draugais.
- Paslaugą teikia UAB "Biznio mašinų kompanija" ir "Star Cloud OÜ"