Cabang fisika yang mempelajari tentang cahaya. "Fenomena Cahaya"

Apa itu cahaya? Para filsuf Yunani kuno tidak mengetahui jawabannya. Bahkan Archimedes tidak memberikan penjelasan, meskipun dia tahu tentang hukum pemantulan dan berhasil menerapkannya. Hingga abad ke-16, banyak filsuf percaya bahwa penglihatan adalah sesuatu yang berasal dari mata dan seolah-olah merasakan benda.

Tetapi ada teori lain yang menyatakan bahwa cahaya adalah aliran materi yang berasal dari objek yang terlihat. Di antara hipotesis tersebut, sudut pandang Democritus paling dekat dengan gagasan modern. Dia percaya bahwa cahaya adalah aliran partikel dengan sifat fisik tertentu. Dia menulis: "Manis ada sebagai konvensi, kepahitan sebagai konvensi, warna sebagai konvensi, pada kenyataannya hanya ada atom dan kekosongan."

Huygens Christian () fisikawan Belanda Newton Isaac () Akhirnya, ternyata dua teori menjelaskan sifat cahaya sekaligus. Selain itu, kedua teori tersebut secara fisik dibuktikan dan dikonfirmasi oleh eksperimen.

1690: Risalah tentang Cahaya. Cahaya adalah gelombang elektromagnetik yang mampu membelokkan rintangan tahun: "Optik". Cahaya adalah aliran partikel.

Apa yang digetarkan oleh sinar malam yang cerah? Api tipis apa yang menyerang cakrawala? Bagaimana petir tanpa awan mengancam bercita-cita dari Bumi ke puncak? Bagaimana bisa uap beku di tengah musim dingin menimbulkan api? M. Lomonosov Apa yang ditulis Lomonosov? Di alam, masih banyak lagi fenomena menarik yang terkait dengan cahaya.

• Mari kita ingat tiga jenis perpindahan panas yang kita pelajari tahun ini.

• konveksi;

• konduktivitas termal,

• radiasi.

• Cahaya adalah radiasi, tetapi hanya bagian yang dirasakan oleh mata.

Sumber cahaya

- Anda mengikutinya - dia dari Anda, Anda dari dia - dia di belakang Anda?

• Bayangan adalah area ruang yang tidak terkena cahaya dari suatu sumber.

Penumbra

• Penumbra- area ruang tempat masuknya sebagian cahaya dari sumber.

Gerhana dijelaskan oleh hukum perambatan cahaya bujursangkar

Gerhana bulan

• Menariknya, cacing laut menyelamatkan nyawa.

• Saat kepiting menggigitnya, punggung cacing menyala terang. Kepiting bergegas ke sana, cacing yang terluka bersembunyi, dan setelah beberapa saat yang baru tumbuh menggantikan bagian yang hilang.

• Di Brasil dan Uruguay, kunang-kunang berwarna coklat kemerahan dengan deretan lampu hijau terang di sepanjang tubuhnya dan "bohlam" merah cerah di kepalanya.

• Ada kasus ketika lampu alami ini - penghuni hutan - menyelamatkan nyawa orang: selama Perang Spanyol-Amerika, dokter mengoperasi yang terluka dengan cahaya kunang-kunang yang dituangkan ke dalam botol.

• Pada abad ke-18, Inggris mendarat di pantai Kuba, dan pada malam hari mereka melihat dunia terang di dalam hutan. Mereka mengira terlalu banyak penduduk pulau dan mundur, tetapi sebenarnya mereka adalah kunang-kunang.

• Arah ke utara di belahan bumi utara ditentukan dengan berdiri pada siang hari dengan membelakangi Matahari. Bayangan yang dilemparkan oleh seorang pria, seperti anak panah, akan mengarah ke utara. Di belahan bumi selatan, bayangan akan mengarah ke selatan.

Merek alkemis Hamburg menghabiskan seluruh hidupnya mencari rahasia mendapatkan "batu filsuf" yang akan mengubah segalanya menjadi emas. Suatu kali dia menuangkan air seni ke dalam bejana dan mulai memanaskannya. Saat cairan menguap, endapan hitam tertinggal di dasar. Merek memutuskan untuk menyalakannya. Zat putih yang mirip dengan lilin mulai menumpuk di dinding bejana. Itu bersinar! Sang alkemis mengira dia telah memenuhi mimpinya. Sebenarnya dia punya unsur kimia yang sebelumnya tidak diketahui - fosfor (membawa cahaya).

Apa itu cahaya? Apakah sifat cahaya? Mengapa cahaya putih dapat terurai menjadi warna? Ada berapa warna, tujuh atau jutaan? Pertanyaan semacam itu membangkitkan rasa ingin tahu manusia hampir sepanjang sejarahnya, dari para pemikir pertama hingga abad ke-20. Tetapi untuk menjawab pertanyaan ini dan lainnya, Anda perlu memahami sifat cahaya, yang ternyata sangat kompleks. Selama pelajaran ini, Anda akan mengenal konsep-konsep ilmiah dasar tentang sifat cahaya, mempelajari argumen para pendukung teori ilmiah tertentu.

Optik

Sifat dunia. kecepatan cahaya

Optik adalah cabang fisika yang mempelajari fenomena cahaya dan hukum yang ditetapkan untuknya, serta interaksi cahaya dengan materi, sifat cahaya.

Informasi tentang dunia datang kepada seseorang melalui penglihatan. Dengan bantuan cahaya, kami menerima sebagian besar informasi tentang dunia di sekitar kami.

Informasi pertama tentang cahaya muncul 2,5 ribu tahun yang lalu.

Pythagoras adalah salah satu ilmuwan pertama yang memberikan hipotesis ilmiah mengenai sifat cahaya (lihat Gambar 1). Dia adalah orang pertama yang tidak hanya menebak, tetapi juga membuktikan bahwa cahaya merambat dalam garis lurus. Dia, dan kemudian ahli geometri lainnya, hingga Euclid, menggunakan fenomena cahaya refleksi dan refraksi untuk membangun fondasi geometri. Tidak heran salah satu bagian optik disebut optik geometris.

Beras. 1. Pythagoras

Pythagoras: "Cahaya adalah aliran partikel yang memancarkan benda, menembus mata manusia, membawa informasi tentang apa yang mengelilingi kita."

Pada abad ke-17, Isaac Newton menjadi pendukung teori ini (lihat Gambar 2). Dia menjelaskan banyak fenomena cahaya berdasarkan fakta bahwa cahaya adalah aliran partikel khusus.

Beras. 2.Isac Newton

"Corpuscle" berasal dari lat. korpuskulum - partikel. Oleh karena itu, teori Newton mulai disebut teori sel cahaya.

1. Perambatan cahaya bujursangkar.

2. Hukum refleksi.

3. Hukum terbentuknya bayangan dari suatu benda.

Pada saat yang sama, teori lain muncul - teori gelombang cahaya.

Christian Huygens adalah pendukung teori ini (lihat Gambar 3). Dia mencoba menjelaskan fenomena yang sama dengan Newton, hanya dari posisi bahwa cahaya adalah gelombang.

Beras. 3. Christian Huygens

Huygens membangun teori gelombang cahaya dengan analogi dengan proses gelombang di air dan di udara, dan oleh karena itu percaya bahwa gelombang cahaya juga harus merambat dalam semacam media elastis, yang disebutnya eter cahaya. Gagasan ini menjadi dasar optik gelombang hingga awal abad ke-20.

Pada masa itu, sudah diketahui bahwa cahaya tidak hanya merambat dalam garis lurus.

1. Cahaya dapat membelok di sekitar rintangan - difraksi (lihat Gambar 4).

Beras. 4. Difraksi

2. Gelombang dapat bertambah - interferensi (lihat Gambar 5).

Beras. 5. Gangguan

Fenomena ini hanya karakteristik gelombang, jadi Huygens percaya bahwa cahaya adalah gelombang.

Teori korpuskular tidak dapat menjelaskan bagaimana satu sinar melewati sinar lainnya. Jika kita menganggap cahaya sebagai aliran partikel, maka interaksi harus diamati, tetapi tidak diamati, dan ini mendukung fakta bahwa cahaya adalah gelombang.

Teori Maxwell diciptakan pada pertengahan abad ke-19. Dia membuktikan bahwa medan elektromagnetik merambat dengan kecepatan 300.000 km per detik.

Dari hasil percobaan yang dilakukan, ternyata cahaya juga merambat dengan kecepatan seperti itu.

Cahaya adalah kasus khusus dari gelombang elektromagnetik.

abad ke-17 - Ilmuwan Denmark Remer melakukan percobaan yang ternyata kecepatan rambat cahaya kurang lebih 300 ribu km per detik.

1848 - Hippolyte Fizeau membuktikan bahwa kecepatan cahaya adalah 300 ribu km per detik.

Ini semua menegaskan fakta bahwa cahaya adalah gelombang elektromagnetik.

Pada abad ke-19, Heinrich Hertz (lihat Gambar 6) mempelajari sifat-sifat gelombang elektromagnetik dan menunjukkan bahwa cahaya dapat berupa sebuah partikel. Hertz menemukan efek fotolistrik.

Beras. 6.Heinrich Hertz

Heinrich Hertz mempelajari gelombang elektromagnetik, awalnya percaya bahwa gelombang itu tidak ada, dan menunjukkan keberanian yang nyata, orang pertama yang mengenali realitasnya sebagai objek alami.

Efek fotolistrik: Elektron dikeluarkan dari pelat logam bermuatan negatif di bawah pengaruh cahaya.

Ini hanya dapat dilakukan jika cahaya adalah aliran partikel.

Pada abad ke-20, mereka sampai pada keputusan akhir dengan memperkenalkan konsep dualitas gelombang-partikel cahaya.

Cahaya berperilaku selama perambatan sebagai gelombang (sifat gelombang), dan selama radiasi dan penyerapan - sebagai partikel (dengan semua sifat partikel). Artinya, cahaya memiliki sifat ganda.

Oleh karena itu, semua fenomena dipertimbangkan dari posisi kedua teori ini.

1. Fisika. Kelas 11: Buku teks untuk pendidikan umum. lembaga dan sekolah dengan dalam belajar fisika: level profil / A.T. Glazunov, O.F. Kabardin, A.N. Malinin dan lainnya.Ed. A A. Pinsky, O.F. Kabardin. Ros. acad. Sains, Ros. acad. pendidikan. – M.: Pencerahan, 2009.
2. Kasyanov V.A. Fisika. Kelas 11: Proc. untuk pendidikan umum institusi. – M.: Bustard, 2005.
3. Myakishev G.Ya. Fisika: Proc. untuk 11 sel. pendidikan umum institusi. – M.: Pencerahan, 2010.

1. Sekolah St. Petersburg ().
2. Realphys.com().
3. JSC "Energi" ().

Rymkevich A.P. Fisika. Buku tugas. 10–11 sel - M .: Bustard, 2010. - No. 1019, 1021

1. Fakta apa yang terkait dengan perambatan cahaya yang digunakan oleh para pendukung teori korpuskular tentang sifat cahaya?
2. Apakah efek fotolistrik mengkonfirmasi gelombang atau konsep sel tentang sifat cahaya?
3. Disebut apakah konsep sifat ganda cahaya?
4. Kapan cahaya harus dianggap sebagai aliran partikel?