Šviesos bangos ir šaltiniai

Turinys

Įvadas..............................2psl.

I. Šviesos bangos ir šltiniai.......................3-4psl.

II. Mokslo apie šviesą raida........................5psl.

III. Šviesos bangų savybės.......................6-12psl.
Išvados..............................13psl.
Literatūros sąrašas..............................14psl.

Įvadas

Šviesa tai mūsų visų kasdienybė. Su šviesa mes susiduriame visur ir nuolatos.Be šviesos negalėtų pasaulyje egzistuoti gyvybė, neegzistuotume ir mes.Šviesa mums visiems aiškus ir ir akivaizdus reiškinys. Tačiau ar iš tiesų taip yra, kaip mes galvojame? Ar iš tiesų šviesa yra toks paprastas reiškinys, kaip mums atrodo? Į šį klausimą pabandysiu atsakyti šiame darbe.

I. Šviesos bangos ir šaltiniai

Fizikoje šviesos sąvoka vartojama platesne negu šnekamojoje kalboje: šviesa vadinamos infraraudonosios, regimosios ir ul ltravioletinės spektro srities elektromagnetinės bangos, tiriamos optiniais metodais.
Šviesa gali sklisti siauru pluoštu, o šviesos spindulio mes nematome. Šviesos greitis yra 300000 km/s ir ji sklinda tik tiesiai ir visomis kryptimis.
Taigi šviesos banga yra tam tikru dažniu kintančių elektrinio ir magnetinio laukų sklidimas erdve. Fiziologinius, fotocheminius, fotoelektrinius ir kitokius šviesos reiškinius sukelia tam tikru dažniu kintantis elektrinis laukas.
Mes matome įvairius kūnus, kai jie skleidžia šviesą ir šviesa patenka į mūsų akis. Vienus kūnus matome nepriklausomai nuo to, ar aplink mus tamsu, ar r šviesu. Jie patys spinduliuoja šviesą į aplinkinę erdvę. Tokie kūnai vadinami šviesos šaltiniais.
Visą šviesą žmogus mato 7 spalvomis: raudona, oranžinė, geltona, žalia, žydra, mėlyna, violetinė. Šios 7 spalvos vadinamos spektru, o šias spalvas sumaišius gaunama balta spalva. Baltos spalvos išskaidymas vadinamas šv

viesos dispersija.
Bet dauguma kūnų mes matome tik tada, kai jie, būdami patys apšviesti šviesos šaltinių, atspindi savo paviršiais šviesą.
Šviesos šaltinius galima suskirstyti į gamtinius ir dirbtinius. Šviesą skleidžia tik tie kūnai, kurie spinduliuoja energiją. Iš gamtinių šviesos šaltinių mums didžiausią reikšmę turi Saulė, nes jos spinduliuojama šviesa yra pirminis šaltinis daugumos energetinių išteklių, kuriais žmonija dabar naudojasi. Saulės šviesa yra visų gyvųjų organizmų- augalų, gyvulių, žmogaus-gyvybės šaltinis.
Dirbtiniai šviesos šltiniai, kuriuos vystydamasi įsisavindavo žmonija ir su kuriais kiekvienas iš mūsų susiduria iki šių dienų (laužai, degtukai, žvakės, žibalinės ir elektrinės lempos) , tai pat, kaip ir saulė, visada karšti.
Visi šaltiniai, kurie skleidžia šviesą, būdami įkaitę, vadinami šiluminiais šviesos šaltiniais. Šviesos neskleidžia šalti kūnai, jie šviesą atspindi.
Be šiluminių šaltinių, dabar vis plačiau ir pl lačiau technikoje ir buityje naudojami naujų rūšių šviesos šaltiniai, kuriuose švyti dujos, tekant pro jas elektros srovei. Specialiose lempose esančių dujų temperatūra, joms švytint, beveik nekinta, todėl jos kartais vadinamos „šaltosios šviesos“ šaltiniais. Tokios „dienos šviesos“ lempos dabar naudojamos daugelyje gamybos šakų.
Praktikoje mes visada susiduriame ne su taškiniais, o su tam tkrų matmenų kūnais, tad ir su tam tikrų matmenų šviesos šaltiniais. Kiekvieną tokį šaltinį galime laikyti šviečiančių taškų visuma.
Labai dažnai kaip šviesos šaltinis naudojama tam tikro didumo ir formos sk
kylė, pavyzdžiui rodyklė, skritulio formos skylė arba plyšys su tiesiais kraštais.

II. MOKSLO APIE ŠVIESĄ RAIDA

Optika, arba mokslas apie šviesą- antroji seniausia ( po mechanikos ) fizikos dalis: juk šviesa teikiažmogui svarbiausią infomaciją apie pasaulį. Vis dėlto senovės mokslininkai dar neskyrė šviesos nuo jos fiziologinio suvokimo, nesuprato, kaip veikia akis. Šviesa yra kur kas sudėtingesnis reiškinys negu kūnų smūgiai ar judėjimas, ir tikroji jos prigimtis paaiškėjo po ilgų tyrimų tik XIX a. pabaigoje. Tad senovės Graikijos mąstytojai, neturėdami tvirtesnio pagrindo, siūlė gana fantastiškas šviesos hipotezes. Labiausiai buvo paplitęs pitagoriečių mokymas, kad šviesa yra akių spinduliai, kurie atsispindi nuo daiktų ir grįžta atgal įakis, pranešdami joms apie sutiktus daiktus.

Viduramžių mokslininkus labiausiai domino optinės iliuzijos, regėjimo ypatybės ir apgaulės. XIII a. buvo išrastas lęšis, bet, matyt, tai padarė nagingas amatininkas. Tuo tarpu mokslininkai scholastai įtariai žiūrėjo į tą apgaulingą stiklą, nes jis galįs ir didinti, ir mažinti,o kartais net nuspalvinti daiktus.

Antroji atradimų banga kilo XVII a., kai Snelas ekspermentiškai, o Dekartas teoriškai atrado spindulių lūžio dėsnį.Kelperis išsprendė mįslę, kuri nedavė ramybės daugeliui jo pirmtakų,- kodėl daiktų atvaizdai veidrodyje matomi ten, kur nėra pačių daiktų. Anot Keplerio, akis negali žinoti, kokiu keliu į ją pakliuvo spinduliai, ji mato daiktų atvaizdus ta kryptimi, iš kur atėjo spinduliai. Grimaldis (1

1618-1663) atrado šviesos difrakcijos reiškinį. Hukas (1635-1703) jau tvirtai teigė, kad šviesa sklinda skersinėmis bangomis. Šiuo laikotarpiu buvo ir kitųreikšmingų optikos pasiekimų. 1675 m. Remeris nustatė šviesos sklidimo greitį.

XVIII a. Optika buvo vystoma silpniau. Šiame amžiuje vyravo šviesos kurpuskalų teorija, nors buvo ir švieos bangų teorijos šalininkų. Fizikai daug tyrė liuminescencijos reiškinius.

XIX a. vėl pradedama labiau domėtis optikos reiškiniais.

III. Šviesos bangų savybės
3.1 Šviesos atspindys

Atspindys- tai atšokančios nuo sandūros bangos krypties keitimas.Šviesos atspindys paprastai demonstruojamas veidrodžiais. Reikia pastebėti, kad, braižant daiktą ir jo atvaizdą veidrodyje (taip pat gaunamą lęšiu) , tariama, jog pats daiktas spinduliuoja šviesą. Iš tikrųjų spinduliai dažniausiai ateina iš šviesos šaltinio, pvz., Saulės, ir yra daikto išsklaidomi.
ŠVIESOS ATSPINDŽIO DĖSNIAI:
1. Krintantysis spindulys, atsispindėjęs spindulys bei iš kritimo taško iškeltas statmuo yra toje pačioje plokštumoje.
2. Kritimo kampas(α) lygus atspindžio kampui(β).
Dauguma kūnų kuriuos, mes matome, nėra šviesos šaltiniai. Mes tokius kūnus matome tik tada, kai juos apšviečia kokio nors šaltinio šviesa. Tačiau mes tegalime matyti tuos daiktus tik tada, kai nuo jų į mūsų akis patenka šviesa. Tokiu būdu prieiname išvadą, kad visi apšviesti kūnai atspindi šviesą.reikia skirti du šviesos atspindžio atvejus.
1. Veidrodinis atspindys- tai lygiagrečių krintančiųjų spindulių atspindys nuo plokščio paviršiaus, kai atsispindėję spinduliai taip pat lygiagretūs. Toks atspindys įmanomas tik nuo labai lygių paviršių, pvz., gerai nupoliruoto ve

eidrodžio paviršiaus.

2. Sklaidusis, arba difuzinis, atspindys- tai lygiagrečių spindulių atspindys nuo nelygių paviršių, kai atsispindėję spinduliai sklinda įvairiomis kryptimis ir šviesa sklaidoma. Šis atspindys pasitaiko dažniausiai, nes dauguma paviršių yra nelygūs, analizuojant juos masteliu, palyginamu juos su šviesos bangos ilgiu.

Plokščias veidrodis –tai plokščią paviršių turintis veidrodis. Jo formuojamas atvaizdas yra to paties dydžio, kaip daiktas, išsidėstęs už veidrodžio tokiu pat atstumu, kaip daiktas, kaip daiktas priešais veidrodį, ir apverstas harizantaliojoje plokštumoje (sukeista kairioji ir dešinioji pusė).

Kreivieji paviršiai, kaip ir plokštieji, atspindi šviesos spindulius pagal šviesos atspindžio dėsnius.Sferinių veidrodžių kuriamus atvaizdus praktikoje nesunku stebėti. Sferiniai veidrodžiai būna dviejų rūšių: įgaubtieji ir iškilieji.

Įgaubtasis,arba glaudžiamasis, veidrodis, kurio atspindintysis paviršius įgaubtas (vidinė sferos dalis). Pagrindiniai optiniai ašiai lygiagrečius spindulius jis atspindi taip, kad jie susirenka priešais veidrodį pagrindiniame židinyje. Atvaizdo dydis, padėtis ir tipas priklauso nuo daikto atstumo iki veidrodžio.

Iškilasis, arba sklaidomasis, veidrodis. Veidrodis, kurio atspindintysis paviršius išgaubtas (išorinė sferos dalis) Pagrindinei optiniai ašiai lygiagrečius spindulius jis atspindi taip, kad jie atrodo išeinantys iš pagrindinio židinio, esančio už veidrodžio.Kuriami atvaizdai visada yra neapversti ir sumažinti, be to, menamieji.

3.2 Šviesos lūžimas

LŪŽIMAS-tai iš vienos terpės į kitą sklindančios bet kokios bangos krypties pasikeitimas dėl jos greičio pakitimo. Patekusios į naują terpę, šviesos bangos lūžta pagal šviesos lūžimo dėsnius. Jų lūžimo kryptis priklauso nuo to, ar šviesa sklinda į tankesnę terpę ar retesnę terpę, taigi naujoje terpėje bangos arba sulėtėja, arba pagreitėja.
ŠVIESOS LŪŽIO DĖSNIAI:
1. Krintantysis spindulys, lūžęs spindulys bei statmuo, iškeltas iš kritinio taško, yra toje pačioje plokštumoje.
2. (Snelijaus dėsnis). Kritimo kampo sinuso ir lūžio sinuso santykis dviem duotoms terpėms yra pastovus. Ši konstanta- tai lūžio rodiklis. Kalbant apie šviesą, jis dar vadinamas optiniu tankiu. Kaip ir lūžio rodiklis kitais atvejais, optinis tankis apskaičiuojamas dalijant šviesos greitį pirmoje terpėje iš jos greičio antroje terpėje.
Krisdamas kreivųjų paviršių (lęšių) , kaip ir plokščiųjų, sandūrą, šviesos spinduliai lūžta pagal šviesos lūžimo dėsnius. Tačiau šiuo atveju, kitaip nei krintant spinduliams į plokščiųjų paviršių sandūrą, susidaro atvaizdai. Lęšiai būna dviejų pagrindinių rūšių:iškilieji ir įgaubtieji. Jie gali veikti kaip glaudžiamieji arba sklaidomieji lęšiai priklausomai nuo jų lūžio rodiklio supančios terpės atdžvilgiu. Visuose brėžiniuose, kuriuose vaizduojamas lūžtančių spindulių kuriamas daikto atvaizdas, daiktas laikomas šviesos šaltiniu, o tam tikri taškai kartu su spindulių eigos per juos dėsningumais naudojami lūžusiųjų spindulių eigai braižyti. Daiktų ir jų atvaizdų padėtį galima nustatyti taikant veidrodžio arba lęšio formulę.

Iškilasis lęšis-tai lęšis, kurio bent vienas iš paviršių yra iškilas, yra iškilasis, jei jo vidurys storesnis už kraštus (tai iškilasis, arba glaudžiamasis, meniksas). Stiklinis iškilasis lęšis ore veikia kaip glaudžiamasis lęšis. Jo kuriamo atvaizdo dydis, padėtis ir rūšis (tikrasis ar menamasis) priklauso nuo jo atstumo iki daikto.

Įgaubtasis lęšis- tai lęšis, kurio bent vienas iš paviršių yra įgaubtas, o kitas iškilas, yra įgaubtasis, jei jo vidurys plonesnis už kraštus (tai įgaubtasis, arba sklaidomasis,meniksas). Stiklinis įgaubtasis lęšis ore veikia kaip sklaidomasis lęšis. Daikto padėtį lęšio atžvilgiu galima įvairiai keisti, bet atvaizdas visuomet lieka tos pačios rūšies.

3.3 Interferencija ir jos taikymas

Nekintamas interferencinis vaizdas susidaro tada, kai bangos yra suderintos: jų ilgiai vienodi, o fazių skirtumas, bet kuriame erdvės taške laikui bėgant nekinta (koherentinės bangos). Atskirų šaltinių bangos nekoherentinės būtent dėl to, kad bangų fazių skirtumas nėra pastovus. Todėl maksimumų ir minimumų padėtis erdvėje kinta. Plonų plėvelių spalvas galima paaiškinti sudėtimi bangų, iš kurių viena (1) atspindi nuo išorinio, o kita (2) nuo vidinio paviršiaus. Čia vyksta šviesos bangų interferencija – tokia dviejų bangų sudėtis, kai atstojamasis šviesos intensyvumas įvairiuose erdvės taškuose yra nevienodas. Šviesa sustiprėja tada, kai lūžus 2 banga nuo atsispindėjusios 1 bangos atsilieka sveiku bangų ilgių skaičiumi. Jeigu antroji banga atilieka nuo pirmosios pusbangiu arba nelyginiu pusbangių skaičiumi, tai šviesa susilpnėja. Spalvos priklauso nuo šviesos bangų ilgio (arba dažnio). Skirtingų spalvų šviesos srautus atitinka skirtingo ilgio bangos. Jeigu tarp stiklinės plokštelės ir ant jos padėto plokščiai iškilo lęšio (kurio didelis kreivumo spindulys) yra plonas oro sluoksnis, susidaro interferencinis vaizdas – koncentriniai žiedai, vadinami Niutono žiedais. Šviesos, pereinančios iš vienos aplinkos į kitą, bangos ilgis pakinta. Jeigu tarp plokštelės ir lęšio pripildysime vandens ar kito skaidraus skysčio, kurio lūžio rodiklis n – tai interferencinių žiedų spinduliai sumažės.
Interferometrai, kurių veikmas pagrįstas interferencijos reiškiniu. Jų paskirtis – tiksliai matuoti šviesos bangų ilgius, dujų ar kitų mendžiagų lūžio rodiklius. Interferencijos dėka galima įvertinti gaminio paviršiaus nušlifavimo kokybę 1/10 bangos ilgio tikslumu. Kad šviesa mažiau atsispindėtų nuo optinių stiklų, sumažinamas atpindžio koeficientas. Tada prietaisu gaunamas atvaizdas būna ryškesnis. (optinės sistemos skaidrinimas). Optinio stiklo (lęšio) paviršius padengiamas plona plėvele, kurios lūžio rodiklis np mažesnis už stiklo lūžimo rodiklį ns. 1 ir 2 šviesos bangų, atsispindėjusių nuo viršutinio ir apatinio plėvelės paviršiaus,, eigos skirtumas lygus 2h. bangos ilgis lp plėvelėje mažesnis už ilgį l tuštumoje np kartų. lp=l/np. 1 ir 2 bangos slopins viena kitą, kai eigos skirtumas bus lygus pusei bangos ilgio plėvelėje: 2h=l/2np. Jeigu abiejų atsispindėjusių bangų amplitudės bus vienodos arba labai nedaug skirsis, tai šviesa visiškai užges. Plėvelės storis parenkamas ketvirtadalio bangos ilgio plėvelėje.

3.4 Poliarizacija

Šviesa, kurioje elektrinio lauko virpesiai vyksta vienoje plokštumoje vadinama poliarizuota šviesa. O tokios šviesos išskyrimas iš natūralios šviesos vadinamas šviesos poliarizacija.

Virpesių kryptis poliarizuotoje šviesoje, praėjusioje pro minėtą skaidrią kristalinę plokštelę, priklausys nuo to, kaip toji plokštelė išpjauta iš kritalo, t. y. kokia kryptimi turi skverbtis šviesa pro kristalinę gardelę. Padėkime poliarizuotos šviesos kelyje antrą poliarizuojančią plokštelę. Jei plokštelių kristalinės gardelės bus orentuotos vienodai, šviesa praeis ir pro antrą plokštelę. Sukant antrą plokštelę toje pačioje plokštumoje, šviesa silpnės. O kai vienodo dalelių išsidėstymo plokštelėse taps statmenos, šviesa visai išnyks.

Šviesą poliarizuoja ne vien Islandijos špato ir Turmalino kristalai, bet ir daugelis kitų medžiagų. Labai stipria poliarizacija pasižymi Herapatito kristalai. 0,1 mm storio herapatito sluoksniu padengta plona lanksti celuloido plėvelė visiškai poliarizuoja praeinančią šviesą. Tokia optinė sistema vadinama poliaroidu arba poliarizaciniu šviesos filtru. Poloroidiniai akiniai saugo nuo saulės akinimo, pro juos žiurint stereofilmai ir stereoskopinės 9erdvinės)fotografijos. Padengus automobilių priekinius stiklus ir žibintus poloroido plėvelėmis, vairuotojų neakina priešais važiuojančių mašinų šviesa.

Įvairūs poliarizaciniai prietaisai naudojami plačiai moksliniuose tyrimuose ir technikoje.

3.5 Difrakcija
Bangų užlinkimas už kliūties- difrakcija. Bangos labiau užlinksta praėjusios tokias kliūtis, kurių matmenys mažai skiriasi nuo šviesos bangos ilgio. Bangos paviršius kiekvienu momentu yra ne paprasta antrinių bangų gaubtinė, o tų bangų interferencijos rezultatas (heigenco ir frenelio principas). Kadangi šviesos bangos ilgis labai mažas, spinduliai nukrypsta nuo tiesaus sklidimo kelio nedideliu kampu. Tiesiaeigio šviesos sklidimo ir kiti geometrinės optikos dėsniai pakankamai tikslūs tiktai tada, kai šviesos sklidimo kelyje esančių kliūčių matmenys yra daug didesni už šviesos bangos ilgį (tačiau jie niekada nebūna absoliučiai tixlūs). Tiktai banginė šviesos teorija gali paaiškinti kodėl optinių prietaisų skiriamoji geba ribota. Dėl difrakcijos smulkių daiktų atvaizdai neryškūs, nes šviesa sklinda ne visiškai tiesiai, bet užlinksta už kliūčių. Dėl to atvaizdas išplinta. Net ir labai didinančiu mikroskopu negalima atskirti daikto detalių, jeigu jų išplitę vaizdai dengia vienas kitą. Taip būna, kai daiktų tisiniai matmenys mažesni už šviesos bangos ilgį.
Difrakcijos gardelė- tai daugybė labai siaurų plyšių, atskirtų neskaidriais tarpais. Atspindžio gardeles sudaro pakaitomis išsidėsčiusios šviesą atspindinčios ir išsklaidančios sritys (rėžtuvu įbrėžtos nušlifuotos metalinės plokštelės vietos). Skaidraus plyšio (arba atspindinčios juostos) pločio a ir neskaidraus tarpelio (arba šviesą išsklaidančios juostos) pločio b suma d=a+b vadinama gardelės konstanta. Sakykime į gardelę krinta plokščioji monochrominė banga, kurios ilgis . Bangos sklinda kampu . Tada maximumus stebėsime kryptimis, kurias nusako kampų  vertės, tenkinančios sąlygą: dsin=k (k=0, 1, 2.). Kadangi maximumų padėtys (išskyrus centrinį, kurio k=0) priklauso nuo bangos ilgio, tai gardelė išsklaido baltą šviesą į spektrą. Juo didesnis , juo toliau nuo centrinio maximumo yra vienas ar kitas šio ilgio šviesos bangos maximumas. Tarp maximumų yra apšviestumo minimumų. Juo daugiau plyšių, juo ryškesni maksimumai ir juo platesni juos skiriantys minimumai. Difrakcine gardele galima labai tixliai išmatuoti bangos ilgį. Jeigu gardelės konstanta yra žinoma, tai bangos ilgis randamas išmatavus kampą  atitinkamo maximumo kryptimi.

3.6 Dispersija

Lūžio rodiklis nepriklauso nuo spindulių pluošto kritimo kampo, tačiau priklauso nuo jo spalvos (spalva – materialiųjų objektų savybė, suvokiama kaip regėjimo pojūtis). Skirtingų spalvų spinduliai skiriasi lūžimo laipsniu (skirtingi jų lūžimo rodikliai). Lūžio rodiklis priklauso nuo šviesos greičio v medžiagoje. Absoliutinis lūžio rodiklis n=c/v. Mažiausiai lūžtančių raudonų spindulių greitis didžiausias, o violetinių – mažiausias. Tik dėl to prizmė išskaido šviesą. Įvairių spalvų spindulių greitis tuštumoje yra vienodas. Dispersija vadiname šviesos lūžio rodiklio priklausomybę nuo virpesių dažnio (arba bangos ilgio).

Niutonas atrado, kad šviesos spinduliai, eidami pro stiklo prizmę, išsklaidomi į spektrą, kurį sudaro skirtingų spalvų seka- nuo tamsiai raudonos iki violetinės. Tokį bespalvės, arba „baltos“, šviesos išsklaidymą vadiname šviesos dispersija. Ją gauname todėl, kad įvairių spalvų, taigi ir skirtingo bangos ilgio spinduliai lūžta violetiniai, o silpniau- raudonieji. Paprastai šviesosbangos ilgiui didėjant, lūžio rodiklis mažėja. Tokio pobūdžio dispersiją vadiname normaliąja. Normaliosios dispersijos kreivės eigą primena Niutono gautas sukryžiuotų prizmių būdu šviesos spektras.Šviesa išsisklaido ,preidama ne tik tam tikros, pvz., prizmės,m formos, bet apskritai medžiagos sluoksnį;disperguojančioje medžiagoje violetiniai spinduliai sklinda lėčiau, oraudonieji- greičiau. Šviesai sklindant labai greitai, nedideliuose nuotoliuose dispersijos pastebėti negalime.
Pačioje absorbacijos juostoje dispersijos kreivės eiga yra priešinga, kaip jos išorėje: bangos ilgiui didėjant, lūžio rodiklis didėja. Tokią dispersiją vadiname anomalia.Praeinančių pro medžiagą šviesos spindulių stiprumas silpnėja, nes iš dalies spinduliavimo energija virsta kitos, dažniausiai šiluminės formos energija. Šį reiškinį vadiname šviesos absorbacija.

Išvados

Šiame darbe aprašiau šviesos bagas, jų savybes, istoriją.Galime spręsti,kad šviesos bangos tai ne toks paprastas reiškinys koks gali pasirodyti.

Leave a Comment