SVĚTELNÉ JEVY

1. SVĚTELNÉ ZDROJE, ŠÍRENÍ SVĚTLA Proč vidíme věci kolem sebe?

Předměty vidíme, protože buď světlo vydávají, nebo ho odrážejí. Předměty, které světlo vydávají, nazýváme zdroje světla. Světelné zdroje jsou buď přirozené, nebo umělé. Přirozené zdroje světla: Slunce, světluška, oheň. Umělé zdroje světla: žárovka, zářivka.

SVĚTELNÉ ZDROJE – jsou to tělesa, ve kterých světlo vzniká - rozžhavená nebo studená tělesa – Slunce, plamen svíčky, rozžhavené vlákno v žárovce, světluška, oheň, výbojky, zářivky, světélkující rostliny, laser, … Zdroje dělíme podle velikosti na:

bodové světelné zdroje – jsou to zdroje, jejichž rozměry jsou zanedbatelné vzhledem ke vzdálenosti od pozorovatele (světluška, žárovka, plamen svíčky)

plošné zdroje – jsou to zdroje větších rozměrů (zářivka, Slunce) … nevnímáme jej jako bod, ale jako nějakou plochu

OPTICKÉ PROSTŘEDÍ – je to prostředí, kterým světlo prochází; dělíme je podle

viditelnosti předmětu na: průhledné (sklo, vzduch) … ostré jsou i detaily průsvitné (mlha, matné sklo) … nejsou ostré hrany

osvětlených předmětů neprůhledné … světlo tímto prostředím neprojde

nebo podle barevnosti na:

čiré (čiré sklo, tenká vrstva vody) … jsou zachovány jednotlivé barvy

barevné (různě zbarvená skla) … vše je v odstínech jedné barvy

JAK SE SVĚTLO ŠÍŘÍ? světlo se ve stejnorodém prostředí šíří přímočaře (tzn., že lze znázornit

přímkou) světlo se šíří od zdroje všemi směry (pokud mu v cestě nestojí nějaká

překážka, přes kterou se nedostane)

Pozn.: Prochází-li světlo čistým vzduchem, není vidět. Přesto každý už světelné paprsky jako světlé přímé čáry viděl – při průchodu světla znečištěným vzduchem – mlhou, mezi mraky, kouřem,… Důvodem, proč ho vidíme nyní je, že se světlo odráží od jednotlivých částeček např. prachu do našeho oka!

NA ČEM ZÁVISÍ VELIKOST OSVĚTLENÉ PLOCHY? vzdálenosti stínítka od clony velikosti otvoru ve cloně vzdálenosti zdroje od clony

2. STÍN, ZATMĚNÍ SLUNCE A MĚSÍCE Jestliže dáme světlu do cesty překážku, nebude se šířit do oblasti za ní, a tak vznikne za překážkou stín. To, jaký ten stín je a jak vypadá, závisí na tom, zda byl osvětlen bodovým zdrojem nebo plošným zdrojem.

Stín vzniká vždy na opačné

straně, než je zdroj světla. Velikost stínu závisí na

vzdálenosti zdroje světla.

Při osvětlení neprůhledného tělesa více zdroji světla z různých míst vzniká

několik polostínů.

Typickým využitím stínu jsou sluneční hodiny, které jsou zkonstruovány tak, aby podle toho odkud svítí Slunce, pomocí stínu ukazovaly správný čas.

Pokud vezmu neprůhledné těleso a osvítím jej bodovým

zdrojem (svíčkou, lampou s úzkým svazkem světla), mohu

na stínítku pozorovat ostrý tmavý obraz tělesa. Tato tmavá

oblast se nazývá stín.

Stín je místo, kam nedopadá žádné světlo.

Pokud vezmu neprůhledné těleso a osvítím je dvěma bodovými

zdroji, vznikne tmavé místo, kam nedopadá světlo ani z jednoho

zdroje – stín. Dále vzniknou světlejší místa, kam dopadá světlo

jen z jednoho zdroje – polostín.

Pokud vezmu neprůhledné těleso a osvítím je plošným zdrojem, mohu na stínítku pozorovat temný střed a kolem světlejší část. Tmavá část je stín, světlejší je polostín .

Polostín je místo, kam dopadá světlo jen částečně.

ZATMĚNÍ SLUNCE K zatmění Slunce může dojít, když je Měsíc v Novu.

Dochází k němu, když se Země dostane do stínu Měsíce, to znamená, že Měsíc je přesně mezi Zemí s Sluncem a Měsíc brání slunečním paprskům, aby

dopadaly na Zem.

Měsíc jako neprůhledné těleso a Slunce jako plošný zdroj

světla způsobuje na Zemi vznik stínu (nedopadají tam žádné sluneční paprsky) a polostínu (dopadají tam sluneční paprsky jen částečně). Pokud se nacházíme na Zemi v místech stínu nebo polostínu můžeme vidět zatmění Slunce.

Zatmění Slunce je pozorovatelné vždy jen na malém území naší Země, neboť Měsíc je proti Zemi malý.

Druhy zatmění Slunce

Úplné zatmění. Slunce je v úplné stínu Měsíce. Slunce se postupně dostává do stínu Měsíce. V okamžiku, kdy je v plném stínu Měsíce, můžeme pozorovat koronu (záře kolem černého disku – stínu měsíce přes celé Slunce). Na Zemi je šero.

Částečné zatmění. Do plného stínu Měsíce se dostane jen část Slunce. Pozorujeme část Slunce ve stínu, zbylá část září.

Prstencové zatmění. Slunce se sice dostane celé do stínu Měsíce, ale Měsíc je od Země příliš vzdálen, a tak stín je moc malý na to aby zakryl Slunce celé.

Pozorujeme tady černý disk uprostřed (stín) a kolem prstenec (část Slunce, která není zakrytá).

ZATMĚNÍ MĚSÍCE K zatmění Měsíce může dojít, když je v úplňku.

Dochází k němu, když se Měsíc dostane do stínu Země, to znamená, že Země se dostane mezi Slunce a Měsíc. Měsíc se ocitne ve stínu Země a nemohou na něj dopadat

sluneční paprsky. Země je neprůhledné těleso, to znamená, že vrhá stín, to je oblast, kam

nedopadají žádné sluneční paprsky. Dále je ovšem ještě oblast, kam dopadají

sluneční paprsky částečně, to je polostín. Pokud se Měsíc dostává do polostínu a stínu, který vytváří Země, hovoříme o Zatmění Měsíce.

Druhy zatmění Měsíce

Úplné zatmění. Měsíc se dostává do stínu Země. Není tam úplná tma. Měsíc se zbarví do červena, to způsobují sluneční paprsky, které jsou rozptýlené zemskou atmosférou.

Částečné zatmění. Do plného stínu Země se dostane jen část Měsíce. Část měsíce je ve tmě a zbylá část svítí, ale méně než při úplňku.

Polostínové zatmění. Měsíc prochází pouze polostínem Země. Je téměř nepostřehnutelné, že Měsíc svítí méně než při úplňku.

FÁZE MĚSÍCE

Měsíc je kromě Země jediné kosmické těleso, po kterém se procházel člověk. Celkem po Měsíci chodilo 12 lidí v rámci amerického kosmického programu Apollo v letech 1969 až 1972, prvním byl Neil Armstrong 21. července 1969.

Měsíc je těleso tvaru koule, presto však vidíme vždy jen část z přivrácené poloviny. Proč?

Měsíc má takzvanou vázanou rotaci - oběhne kolem Země za stejnou dobu jako se otočí kolem své osy. Proto vždy vidíme jenom jednu jeho polokouli. Měsíc obíhá kolem Země, svítí jen odraženým světlem ze Slunce, a tak je pokaždé osvětlena ta jeho polovina, která je otočená ke Slunci, a ta druhá je temná. Jakou část z té osvětlené poloviny můžeme spatřit, závisí na poloze Měsíce na jeho dráze kolem Země. Jak se po ní Měsíc pohybuje, jeho tvar, tak jak se nám jeví, se stále proměňuje. Tyto různé tvary se nazývají fáze. Celý cyklus fází se neustále opakuje.

Jeden cyklus (oběh) trvá asi:

- 27 dní 7,72 hod … siderický měsíc, což je doba úplného oběhu vzhledem ke hvězdám

- 29 dní 12,73 hod ... synodický měsíc, což je doba, kterou zabere dosažení téže fáze vzhledem k Zemi

Rozdíl mezi nimi je způsoben tím, že v průběhu oběhu urazí Země i Měsíc určitou vzdálenost na orbitě kolem Slunce.

Nov

1. čtvrť

úplněk 3. čtvrť

RYCHLOST SVĚTLA Světlo se pohybuje velmi rychle. To jakou se pohybuje

rychlostí, závisí na prostředí, kterým právě prochází. Přitom platí, že čím řidší je prostředí, tím je rychlost větší. Ve vakuu je tato rychlost největší. Přibližná hodnota je:

Stejnou rychlostí se ve vakuu šíří i televizní a rozhlasové signály.

3. ODRAZ SVĚTLA, ZRCADLA

ODRAZ SVĚTLA, ZÁKON ODRAZU Dopadá-li světlo na rozhraní dvou prostředí, může docházet k odrazu světla, jeho průchodu či pohlcení. Nejprve se budeme zabývat jeho odrazem. Jak se odráží paprsek

Světelný paprsek dopadá na rozhraní.

V místě dopadu sestrojme kolmici, této kolmici se říká kolmice dopadu. Dopadající paprsek svírá s touto kolmicí úhel, kterému říkáme úhel dopadu.

Paprsek se na rozhraní odrazí. Odrazí se pod stejným úhlem jako dopadá, to

znamená, že odražený paprsek svírá s kolmicí dopadu stejný úhel jako je úhle dopadu. Tento úhel nazýváme úhel odrazu.

ZÁKON ODRAZU: Úhel odrazu rovná se úhlu dopadu , přitom odražený paprsek leží v rovině dopadu. Jak odráží kout?

Kout jsou dvě plochy, které spolu svírají pravý úhel.

Na jednu z těchto ploch dopadá paprsek. Podle zákona odrazu se odráží pod stejným úhlem jako dopadá. Takto odražený paprsek dopadá na druhou plochu.

Takto dopadnutý paprsek se odráží opět podle zákona odrazu pod stejným úhlem.

Zjišťujeme, že paprsek se odráží zpět do směru, odkud dopadl. Použití:

Po odrazu svazku rovnoběžných paprsku na rovinném rozhraní dostaneme opět rovnoběžné paprsky. Paprsky se odráží i od jiných předmětů, pokud nejsou rovné ale zrnité, svazek rovnoběžných paprsku po odrazu už nebude rovnoběžný, ale nastane rozptyl světla – odrazí se pod různými úhly. Toho se využívá při osvětlování předmětů např. v galeriích – přes strop, světlo není tak ostré a nevytváří ostré hraniční stíny. Jak funguje odrazka?

Odrazka je vlastně mnoho malých koutů. Protože jsou to kouty, světlo, které dopadá

na odrazku se odráží zpět, odkud přišlo. Odrazku proto dobře vidíme, když na ni

svítíme například reflektory auta. Pokud ji mineme, ocitá se odrazka opět ve tmě.

Jak se odráží rovnoběžný světelný svazek?

Kam směřují odražené paprsky, záleží na povrchu, na který dopadají.

Pokud rovnoběžné paprsky dopadnou na hladkou plochu, odrazí se opět jako rovnoběžné paprsky. Je to způsobeno tím, že všechny úhly dopadu jsou shodné, proto jsou shodné i všechny úhly odrazu. Vzniká pravidelný obraz.

Pokud rovnoběžné paprsky dopadnou na hrbolatou plochu, odrazí se každý jiným směrem. Dochází k rozptylu světla. Je to působeno tím, že na nerovném povrchu jsou úhly dopadu různé a tedy i úhly odrazu jsou různé. Vzniká rozptýlený obraz.

ZRCADLA Jsou to tělesa, které dokonale odráží světelné paprsky. Zrcadla dělíme na rovinné a kulové (ty pak dělíme dále na duté a vypuklé).

ZOBRAZENÍ PŘEDMĚTU ROVINNÝM ZRCADLEM

Pokud se podíváme do zrcadla, vidíme v něm svůj obraz popř. obrazy okolních předmětů. Jak vznikají tyto obrazy a jaké mají vlastnosti?

Osvětlíme-li svíčkou zrcadlo, vidíme její obraz i v zrcadle. Ze svíčky vycházejí paprsky, ty se pak odráží od zrcadla podle zákona odrazu. Odražené paprsky jsou rozbíhavé. Přitom kdybychom je protáhli jakoby za zrcadlo, vycházely by z obrazu svíčky. Jak zobrazuje rovinné zrcadlo?

Při zobrazení stačí každým bodem vést dva paprsky. Paprsky prodloužíme jakoby za zrcadlo. Tam, kde se protnou, vzniká obraz bodu.

Obraz v rovinném zrcadle je: zdánlivý stejně velký jako předmět stranově převrácený Předmět a jeho obraz jsou souměrně sdružené podle

roviny zrcadla.

Pro konstrukci obrazu tedy můžeme použít znalosti z geometrie, jak se konstruuje obraz geometrického útvaru v osové souměrnosti. Příklady zobrazení rovinných i prostorových útvarů v rovinném zrcadle ÚKOL: napiš své jméno do sešitu, kousek od něj znázorni zrcadlo a nakresli obraz jména v rovinném zrcadle (podobně jako na obrázku, použij pravítka a kružítko)

ZRCADLA V PRAXI - VYPUKLÉ, DUTÉ A PARABOLICKÉ Pomocí rovinného zrcadla dostaneme vždy stejně velký obraz. Když však použijeme kulová zrcadla, obraz je bud zmenšený anebo zvětšený. Baňka, lžička – vnější i vnitřní strana, dávají různé obrazy našeho obličeje. Baňka – zmenšený, vnitřní strana lžičky – zmenšený i zvětšený … podle vzdálenosti. Kdy tedy co platí?

KULOVÁ ZRCADLA

Duté … světlo se odráží od vnitřního povrchu kulové plochy

Vypuklé … světlo se odráží od vnějšího povrchu kulové plochy

r … poloměr křivosti (SV), FV = FS = ½ r oo … optická osa a … vzdálenost předmětu od zrcadla b … vzdálenost obrazu od zrcadla (někdy se taky označuje a´)

CHARAKTERISTICKÉ PAPRSKY:

Paprsek jdoucí středem kulové plochy je na kulovou plochu kolmý, =0°;

podle zákona odrazu se odrazí pod stejným úhlem ´= 0° – kolmo na kulovou plochu … jde tedy stejnou cestou zpět

Paprsky rovnoběžné s optickou osou se odráží od zrcadla tak, jako by směřovaly směrem do ohniska (nebo z něj)

Paprsky procházející ohniskem se odráží rovnoběžné s optickou osou duté zrcadlo vypuklé zrcadlo

Jaké vlastnosti mají obrazy předmětu v jednotlivých zrcadlech? VYPUKLÉ

neskutečný (vznikl za zrcadlem po protažení paprsku, protože paprsky před zrcadlem se neprotkly)

zmenšený přímý

využití … zrcadla na silnicích, zpětná zrcátka v autech

DUTÉ vlastnosti obrazu závisí na vzdálenosti předmětu od zrcadla:

1.) vzdálenost … vetší než r skutečný zmenšený převráceny

2.) vzdálenost … leží mezi S a F

skutečný zvetšený převrácený

3.) vzdálenost … menší než ½ r ... mezi F a V

neskutečný (vznikl za zrcadlem po protažení paprsku, protože paprsky před zrcadlem se neprotkly)

zvetšený přímý

Využití … u zubaře, baterky, kosmetická zrcátka Poznámka: Speciální typ zrcadel se používá v reflektorech … parabolická zrcadla, které podle umístění žárovky světlo odráží rovnoběžně nebo rozbíhavě.

4. LOM SVĚTLA, ZOBRAZENÍ ČOČKA

LOM SVĚTLA

Ponoříme-li do vody nějaký předmět a pozorujeme-li ho v šikmém směru ze vzduchu, zdá se nám, jakoby byl výš než ve skutečnosti je. Obdobně tyčka se nám bude zdát zlomená. Proč? Dopadá-li světlo na rozhraní dvou optických prostředí,

nastává lom světla.

Když světlo postupuje z řidšího prostředí do hustšího, nastává lom ke kolmici (např. ze vzduchu do vody).

n … index lomu … souvisí s hustotou prostředí a vyjadřuje, kolikrát je v daném prostředí světlo pomalejší vzhledem k vakuu

n1 … index 1. prostředí n2 … index 2. prostředí

Když světlo postupuje z opticky hustšího prostředí do opticky řidšího, nastává lom od

kolmice (např. ze skla do vzduchu). Pokud světlo dopadá pod větším úhlem než je pro dané prostředí tato hodnota, nedojde k lomu, ale k takzvanému totálnímu odrazu, světlo se bude pouze odrážet.

ČOČKY A JEJICH CHARAKTERISTICKÉ VLASTNOSTI Určitě jste pozorovali nějaké předměty lupou, dalekohledem, mikroskopem či brýlemi. Tady všude se setkáte s čočkami. ČOČKY – tělesa z čirého skla, obě stěny jsou bud částmi kulových ploch nebo jedna z nich je rovinná. Světlo se při průchodu čočkou láme. Necháme-li na čočku dopadat svazek rovnoběžných paprsku rovnoběžných s optickou osou, tak po průchodu budou tyto paprsky sbíhavé nebo rozbíhavé.

Čočky, které mění svazek rovnoběžných paprsků na sbíhavé paprsky, nazýváme spojky. Čočky, které mění svazek rovnoběžných paprsků na rozbíhavé paprsky, nazýváme rozptylky.

Typ čočky poznáme tak

y podle tvaru, spojka je uprostřed nejsilnější, rozptylka nejtenčí.

Zajímá nás, jakým způsobem prochází světelné paprsky čočkami. Budeme-li hledat obraz nějakého předmětu zobrazeného pomocí nějaké čočky, použijeme k tomu charakteristické paprsky, které jsou podobné charakteristickým paprskům u zrcadel.

spojka … obrázek a, b, c rozptylka … obrázek d, e, f použitá symbolika: F … předmětové ohnisko F´… obrazové ohnisko S … střed čočky f, f´… předmětová a obrazová ohnisková vzdálenost a … vzdálenost předmětu Jsou tři charakteristické paprsky:

1. paprsek, který vede středem čočky, prochází nezměněn

2. paprsek rovnoběžný s optickou osou po průchodu čočkou směruje do obrazového ohniska (u rozptylky jakoby z něj vycházely, neboť obrazové ohnisko leží před rozptylkou na rozdíl od spojky)

3. paprsek jdoucí předmětovým ohniskem po průchodu čočkou je rovnoběžný

s optickou osou (u rozptylky je předmětové ohnisko za rozptylkou, takže paprsky přímo tímto ohniskem nejdou, ale směřují do něj)

Stínítko

http://www.astro.cz/rady/ukazy/zatmeni/mesic/

Použité zdroje:

S v ě t e l n é j e v y Převzato z materiálů ZŠ Ondřejov - http://www.zsondrejov.cz/Vyuka/