Fizikos šaka, susijusi su šviesos tyrimu. "Šviesos reiškiniai"

Kas yra šviesa? Senovės Graikijos filosofai nežinojo atsakymo. Net Archimedas nepaaiškino, nors žinojo apie atspindžio dėsnį ir sėkmingai jį taikė. Iki XVI amžiaus daugelis filosofų manė, kad regėjimas yra kažkas, kas kyla iš akies ir tarsi jaučia daiktus.

Tačiau buvo ir kitų teorijų, pagal kurias šviesa yra materijos srautas, sklindantis iš matomo objekto. Iš šių hipotezių Demokrito požiūris yra artimiausias šiuolaikinėms idėjoms. Jis tikėjo, kad šviesa yra dalelių, turinčių tam tikras fizines savybes, srautas. Jis rašė: „Saldumas egzistuoja kaip susitarimas, kartumas kaip susitarimas, spalva kaip susitarimas, iš tikrųjų yra tik atomai ir tuštuma“.

Huygens Christian () Olandų fizikas Newton Isaac () Galiausiai paaiškėjo, kad dvi teorijos paaiškina šviesos prigimtį vienu metu. Be to, abi teorijos yra fiziškai pagrįstos ir patvirtintos eksperimentais.

1690: Traktatas apie šviesą. Šviesa yra elektromagnetinė banga, galinti lenkti aplink kliūtis metus: "Optika". Šviesa yra dalelių srautas.

Ką vibruoja giedros nakties spindulys? Kokia plona liepsna įsiveržia į dangaus skliautą? Kaip žaibas be grėsmingų debesų veržiasi iš Žemės į zenitą? Kaip gali būti, kad viduržiemį užšalę garai sukelia gaisrą? M. Lomonosovas Apie ką rašo Lomonosovas? Gamtoje yra daug įdomesnių su šviesa susijusių reiškinių.

• Prisiminkime, kokius tris šilumos perdavimo tipus tyrėme šiais metais.

• konvekcija;

• šilumos laidumas,

• radiacija.

• Šviesa yra spinduliuotė, bet tik ta dalis, kurią suvokia akis.

Šviesos šaltiniai

– Tu ją seki – ji nuo tavęs, tu iš jos – ji už tavęs?

• Šešėlis yra erdvės sritis, kuri nėra veikiama šaltinio šviesos.

Penumbra

• Penumbra- erdvės plotas, į kurį iš dalies patenka šviesa iš šaltinio.

Užtemimas paaiškinamas tiesinio šviesos sklidimo dėsniu

Mėnulio užtemimas

• Įdomu tai, kad jūros kirminas gelbsti gyvybę.

• Kai krabas įkanda, kirmino užpakalinė dalis ryškiai įsiliepsnoja. Prie jo atskuba krabas, sužalotas kirminas pasislepia, o po kurio laiko vietoje trūkstamos dalies išauga naujas.

• Brazilijoje ir Urugvajuje yra rausvai rudų ugniagesių su ryškiai žalių lempučių eilėmis išilgai kūno ir ryškiai raudonos „lemputės“ ant galvos.

• Pasitaiko atvejų, kai šios natūralios lempos – džiunglių gyventojai – gelbėdavo žmonių gyvybes: Ispanijos ir Amerikos karo metu gydytojai sužeistuosius operuodavo į butelį supiltų ugniagesių šviesa.

• XVIII amžiuje britai išsilaipino Kubos pakrantėje, o naktį miške išvydo šviesų pasaulį. Jie manė, kad salos gyventojų per daug, ir pasitraukė, bet iš tikrųjų tai buvo ugniagesiai.

• Kryptis į šiaurę šiauriniame pusrutulyje nustatoma vidurdienį stovint nugara į Saulę. Žmogaus metamas šešėlis, kaip strėlė, nukreips į šiaurę. Pietiniame pusrutulyje šešėlis bus nukreiptas į pietus.

Hamburgo alchemikas Brandas visą gyvenimą ieškojo paslapties, kaip gauti „filosofinį akmenį“, kuris viską paverstų auksu. Kartą jis supylė šlapimą į indą ir pradėjo jį kaitinti. Skysčiui išgaravus, apačioje liko juodos nuosėdos. Brandas nusprendė jį padegti. Ant indo sienelių pradėjo kauptis balta medžiaga, panaši į vašką. Tai švytėjo! Alchemikas manė, kad išpildė savo svajonę. Tiesą sakant, jis gavo anksčiau nežinomas cheminis elementas – fosforas.(nešantis šviesą).

Kas yra šviesa? Kokia yra šviesos prigimtis? Kodėl balta šviesa skyla į spalvas? Kiek spalvų yra, septynios ar milijonai? Tokie klausimai žadino žmogaus smalsumą beveik visa jo istorija – nuo ​​pirmųjų mąstytojų iki XX a. Tačiau norint atsakyti į šiuos ir kitus klausimus, reikia suprasti šviesos prigimtį, kuri, kaip paaiškėjo, yra labai sudėtinga. Šios pamokos metu susipažinsite su pagrindinėmis mokslo sampratomis apie šviesos prigimtį, sužinosite konkrečios mokslinės teorijos šalininkų argumentus.

Optika

Pasaulio prigimtis. šviesos greitis

Optika – fizikos šaka, tirianti šviesos reiškinius ir jiems nustatytus dėsnius, taip pat šviesos sąveiką su medžiaga, šviesos prigimtį.

Informacija apie pasaulį žmogui ateina per regėjimą. Šviesos pagalba gauname didžiąją dalį informacijos apie mus supantį pasaulį.

Pirmoji informacija apie šviesą pasirodė prieš 2,5 tūkst.

Pitagoras buvo vienas pirmųjų mokslininkų, pateikusių mokslinę hipotezę apie šviesos prigimtį (žr. 1 pav.). Jis pirmasis ne tik spėjo, bet ir įrodė, kad šviesa sklinda tiesia linija. Jis, o vėliau ir kiti geometrai iki Euklido, naudojo šviesos atspindžio ir lūžio reiškinius, kad sukurtų geometrijos pagrindus. Nenuostabu, kad viena iš optikos sekcijų vadinama geometrine optika.

Ryžiai. 1. Pitagoras

Pitagoras: „Šviesa yra dalelių srautas, skleidžiantis objektus, prasiskverbiantis į žmogaus akį, jie atneša informaciją apie tai, kas mus supa“.

XVII amžiuje šios teorijos šalininku tapo Izaokas Niutonas (žr. 2 pav.). Daugelį šviesos reiškinių jis paaiškino remdamasis tuo, kad šviesa yra ypatingų dalelių srautas.

Ryžiai. 2. Izaokas Niutonas

„Korpuskulas“ kilęs iš lat. corpusculum – dalelė. Todėl Niutono teorija pradėta vadinti korpuskuline šviesos teorija.

1. Tiesus šviesos sklidimas.

2. Atspindžio dėsnis.

3. Šešėlio susidarymo iš daikto dėsnis.

Tuo pačiu metu atsirado ir kita teorija – šviesos bangų teorija.

Christianas Huygensas buvo šios teorijos šalininkas (žr. 3 pav.). Jis bandė paaiškinti tuos pačius reiškinius kaip ir Niutonas, tik iš pozicijos, kad šviesa yra banga.

Ryžiai. 3. Christianas Huygensas

Huygensas sukūrė šviesos bangų teoriją pagal analogiją su bangų procesais vandenyje ir ore, todėl manė, kad šviesos bangos taip pat turėtų sklisti tam tikroje elastingoje terpėje, kurią jis pavadino šviesos eteriu. Ši idėja buvo bangų optikos pagrindas iki XX amžiaus pradžios.

Tais laikais jau buvo pastebėta, kad šviesa sklinda ne tik tiesia linija.

1. Šviesa gali lenktis aplink kliūtis – difrakcija (žr. 4 pav.).

Ryžiai. 4. Difrakcija

2. Bangos gali sumuotis – trukdžiai (žr. 5 pav.).

Ryžiai. 5. Trikdžiai

Šie reiškiniai būdingi tik bangoms, todėl Huygensas tikėjo, kad šviesa yra banga.

Korpuskulinė teorija negalėjo paaiškinti, kaip vienas spindulys praeina per kitą. Jei šviesą laikysime dalelių srautu, tai turėtų būti stebima sąveika, tačiau ji nebuvo pastebėta, ir tai pasisakė už tai, kad šviesa yra banga.

Maksvelo teorija buvo sukurta XIX amžiaus viduryje. Jis įrodė, kad elektromagnetinis laukas sklinda 300 000 km per sekundę greičiu.

Atlikus eksperimentus buvo nustatyta, kad tokiu greičiu sklinda ir šviesa.

Šviesa yra ypatingas elektromagnetinės bangos atvejis.

XVII a – Danų mokslininkas Remeris atliko eksperimentą, kurio metu paaiškėjo, kad šviesos sklidimo greitis yra maždaug 300 tūkstančių km per sekundę.

1848 – Hippolyte Fizeau įrodė, kad šviesos greitis yra 300 tūkstančių km per sekundę.

Visa tai patvirtino faktą, kad šviesa yra elektromagnetinė banga.

XIX amžiuje Heinrichas Hercas (žr. 6 pav.) ištyrė elektromagnetinių bangų savybes ir parodė, kad šviesa gali būti dalelė. Hertzas atrado fotoelektrinį efektą.

Ryžiai. 6. Heinrichas Hercas

Heinrichas Hertzas tyrinėjo elektromagnetines bangas, iš pradžių manydamas, kad jų nėra, ir parodė tikrą drąsą, pirmasis atpažinęs jų tikrovę kaip natūralų objektą.

Fotoelektrinis efektas: elektronai išstumiami iš neigiamą krūvį turinčios metalinės plokštės veikiami šviesos.

Tai galima padaryti tik tuo atveju, jei šviesa yra dalelių srautas.

XX amžiuje jie priėmė galutinį sprendimą, įvesdami šviesos bangos ir dalelių dvilypumo koncepciją.

Šviesa sklidimo metu elgiasi kaip banga (bangų savybės), o spinduliavimo ir sugerties metu – kaip dalelė (su visomis dalelių savybėmis). Tai yra, šviesa turi dvejopą prigimtį.

Todėl visi reiškiniai nagrinėjami iš šių dviejų teorijų pozicijų.

1. Fizika. 11 klasė: Bendrojo ugdymo vadovėlis. įstaigos ir mokyklos su gilia studijuoja fiziką: profilio lygis / A.T. Glazunovas, O.F. Kabardinas, A.N. Malininas ir kt. Red. A.A. Pinskis, O.F. Kabardinas. Ros. akad. Mokslai, Ros. akad. išsilavinimas. – M.: Švietimas, 2009 m.
2. Kasjanovas V.A. Fizika. 11 klasė: proc. bendrajam lavinimui institucijose. – M.: Bustard, 2005 m.
3. Myakishev G.Ya. Fizika: Proc. 11 ląstelių. bendrojo išsilavinimo institucijose. – M.: Švietimas, 2010 m.

1. Sankt Peterburgo mokykla ().
2. Realphys.com ().
3. UAB „Energija“ ().

Rymkevičius A.P. Fizika. Užduočių knyga. 10-11 ląstelių - M .: Bustard, 2010. - Nr. 1019, 1021

1. Kokiais faktais, susijusiais su šviesos sklidimu, naudojosi korpuskulinės šviesos prigimties teorijos šalininkai?
2. Ar fotoelektrinis efektas patvirtino banginę ar korpuskulinę šviesos prigimties sampratą?
3. Kaip vadinama dvigubos šviesos prigimties samprata?
4. Kada šviesa turėtų būti laikoma dalelių srautu?