Šviesos greitis. Šviesos lūžimas

Naujos sąvokos:

šviesõs greitis
vãkuumas
šviesõs lūžimas
kriñtantysis spindulỹs
kritimo kam̃pas
lūžęs spindulỹs
lūžio kam̃pas

Šviesos greitis

Kas gamtoje greičiausias? Atsakymas vienareikšmis – šviesa. Šviesa skrieję 300 tūkstančių kilometrų per sekundę greičiu. Ji gali per 1 sekundę net 7,5 karto apskrieti Žemės rutulį ties pusiauju. Jei išvystytume šviesos greitį, mūsų kelionė iš Žemės į Mėnulį truktų tik kiek ilgiau nei 1 sekundę, o šiek tiek daugiau nei per 3 minutes nukeliautume į Marsą ir grįžtume į Žemę.

Išmatuoti šviesos greitį nebuvo lengva dėl jo didumo. Nors ir ne visai tiksliai, pirmasis jį apskaičiavo danų astronomas Olė Kristensenas Riomeris, stebėjęs Jupiterio palydovų judėjimą. XX amžiuje šviesos greitis buvo patikslintas. Nustatyta, kad tuštumoje šviesos greitis yra lygus beveik 300 tūkstančių kilometrų per sekundę. Šviesõs greitis žymimas raide c:

c=\left(299\ 792,456\pm0,001\right)\mathrm{\frac{km}{s}}\mathrm{\approx300\ 000\ \frac{km}{s}}\approx3\cdot10^8\ \frac{m}{s}.

Tuščia erdvė vadinama vãkuumu. Vakuume šviesai sklisti niekas netrukdo. Mus supančioje aplinkoje normaliomis sąlygomis vakuumo nėra, tačiau yra daugybė skaidrių medžiagų, pavyzdžiui: oras, stiklas, ledas, vanduo. Jomis šviesa gali sklisti. Šviesos greitis skaidriose medžiagose (terpėse) tik šiek tiek mažesnis nei vakuume. Pavyzdžiui, šviesos greitis lede yra 2,3 · 10⁸ m/s, deimante – 1,2 · 10⁸ m/s. Šviesos greitis skaidriojoje terpėje yra mažesnis dėl jos sąveikos su terpės dalelėmis.

Daugiau

Šviesos lūžimas

Vienalytėje terpėje šviesa sklinda tiesiai. Šviesai pereinant iš vienos skaidriosios terpės į kitą, keičiasi jos sklidimo kryptis (2.5.1 pav., a). Šviesos spindulio krypties pasikeitimas šviesai pereinant iš vienos skaidriosios terpės į kitą vadinamas šviesõs lūžimù. Lūžtant šviesai maža jos dalis atsispindi (2.5.1 pav., b). Dėl šviesos lūžimo tariamai pakinta matomų daiktų forma, matmenys, padėtis (2.5.2 pav., a). Šviesos lūžimas sudaro mirgėjimo, blykčiojimo įspūdį. Dėl šviesos lūžimo atrodo, kad oras mirga virš vasarą įkaitusių namų stogų ar asfalto, o besileidžianti saulė yra suplota (2.5.2 pav., b).

2.5.1 pav., a

2.5.1 pav., b

2.5.2 pav., a

2.5.2 pav., b

Daugiau

Šviesos lūžimą apibūdinantys dydžiai

Žinoma, kad šviesa atsispindi kelyje sutikusi neskaidrią kliūtį, pavyzdžiui, žmogų, namo sieną, automobilį. Jei šviesa sutinka skaidrią kliūtį, tarkim, stiklą, vandenį, ledą, atsispindi tik maža jos dalis, kita dalis pereina į kitą terpę. Pereidama į kitą terpę šviesa keičia sklidimo kryptį, lūžta (2.5.3 pav.). Šviesos lūžimą apibūdina šios sąvokos:

krintantysis spindulys – pirmoje terpėje į dviejų terpių ribą krintantis spindulys;
kritimo kampas (α) – kampas tarp krintančiojo spindulio ir statmens terpių ribai kritimo taške;
lūžęs spindulys – į antrą terpę patekęs spindulys;
lūžio kampas (γ, skaitome „gama“) – kampas tarp lūžusio spindulio ir statmens terpių ribai lūžimo taške.

2.5.3 pav.

Daugiau

Kodėl šviesa lūžta? Tai labai paprasta!

Šviesos spindulys, pereidamas į kitą terpę, lūžta, nes pasikeičia šviesos sklidimo greitis. Pavyzdžiui, šviesai pereinant iš ledo į deimantą, jos greitis sumažėja. Pasikeitus šviesos sklidimo greičiui, keičiasi jos sklidimo kryptis.

Norėdami geriau suprasti, kodėl šviesos spindulys, pereidamas į kitą terpę, keičia sklidimo kryptį, panagrinėkime vieną iš automobilių avarijų priežasčių. Į kelią galima žiūrėti kaip į dviejų terpių – asfaltuotos dangos ir žvyruoto kelkraščio – visumą. Neatsargiai vairuojant, šoniniai automobilio ratai užkabina kelkraščio žvyrą ir ima suktis lėčiau. Ratai asfaltuotoje kelio dalyje sukasi greičiau, todėl keičiasi automobilio judėjimo kryptis. Jis ima slysti į kelkraštį ir įvyksta avarija. Tad į šviesos spindulio lūžimą galima žiūrėti kaip į šviesos spindulio avariją.

Jeigu mėgstate važinėti dviračiu, venkite žvyruoto kelkraščio, nes užvažiavus ant jo sunkiau išlaikyti pusiausvyrą. Be to, būtina išmanyti saugaus važiavimo dviračiu taisykles ir jų laikytis. Pavyzdžiui, negalima važiuoti dviračiu per pėsčiųjų perėją arba įsikibus į kitą transporto priemonę. Reikia dėvėti šalmą ir ryškiaspalvę liemenę su šviesą atspindinčiais elementais. Dviratis turėtų būti tvarkingas: su atšvaitais, skambučiu, gerai veikiančiais stabdžiais. Apsaugos priemonės, atidumas ir eismo taisyklių išmanymas padeda išvengti pavojingų situacijų.

Daugiau

Klausimai ir užduotys

Pateikite šviesos lūžimo pavyzdžių. Paaiškinkite, kokioje terpėje tai vyksta.
Išsiaiškinkite, kodėl besileidžianti saulė atrodo suplota (2.5.2 pav., b). Atsakymą papildykite aiškinamuoju brėžiniu.

Gerdami arbatą, pasidomėkite stiklinės su arbata ir arbatinio šaukštelio fizika. Įmerkite šaukštelį į stiklinę, pilną arbatos. Pažiūrėkite, kaip šaukštelis atrodo iš šono. Kodėl jis atrodo sulūžęs?
Benas lazerinio šaltinio spindulį nukreipė statmenai į arbatos stiklinėje paviršių. Ar galėjo berniukas pastebėti šviesos lūžimą? Pakartokite šį bandymą. Atsakymą papildykite aiškinamuoju brėžiniu.
Pavaizduokite šviesos lūžimo reiškinį, šviesai pereinant iš oro į arbatą. Tarkime, kad šviesos spindulio kritimo kampas yra 30°. Brėžinyje pažymėkite kritimo, lūžio kampus, lūžusį spindulį.
Atlikite eksperimentą, susijusį su šviesos lūžimu.
1. Paimkite baltą popieriaus lapą ir ant jo nupieškite rodyklę.
2. Paimkite du drabužių segtukus ir prisekite prie popieriaus lapo kraštų. Popieriaus lapą pastatykite vertikaliai.
3. Paimkite tuščią stiklinę ir pastatykite priešais popieriaus lapą su nupiešta rodykle.
4. Palengva pilkite vandenį į stiklinę ir stebėkite, kaip keičiasi rodyklės vaizdas.
5. Apibūdinkite stebimą reiškinį.

Daugiau