Jak porusza się światło?

R110CdiJvWSQi

Grafika prezentuje osobę bujającą się na huśtawce zawieszonej na drzewie. Tło stanowi nocne rozgwieżdżone niebo z wyraźnie zaznaczoną Drogą Mleczną.

1. Światło i cień

Światło porusza się wyłącznie po linii prostej w określonym ośrodkuośrodekośrodku, np. próżni, powietrzu lub wodzie. Zasada ta dotyczy także promieni słonecznych. Rozchodzą się one od źródła światła (Słońca) w liniach prostych, docierając do tej części powierzchni Ziemi, która w danym momencie jest zwrócona ku Słońcu.

Podobnie jak wszystkie planety, Ziemia jest nieprzejrzysta. W związku z tym połowa kuli ziemskiej jest niemal zawsze oświetlona promieniami Słońca i panuje na niej dzień, a druga połowa jest w cieniucieńcieniu, więc panuje na niej noc.

RlrfeQkzNBcH4

Grafika przedstawia kulę ziemską. Po lewej stronie zaznaczona jest strona kuli, po której jest dzień oraz kierunek padania promieni słonecznych. Nad grafiką zaznaczona jest oś ziemi. Po prawej stronie zaznaczona jest część kuli ziemskiej, na której panuje noc oraz kolejno od północy koło podbiegunowe północne, zwrotnik Raka, równik, zwrotnik Koziorożca oraz koło podbiegunowe południowe.

Czasami występuje sytuacja, gdy w jednej linii ustawiają się Słońce, Księżyc i Ziemia. Wówczas na powierzchnię Ziemi pada cień Księżyca, a znajdujący się w tej strefie ludzie mogą obserwować zjawisko zaćmienia Słońca (tarcza Księżyca całkowicie przysłania Słońce). Jednak Księżyc jest znacznie mniejszy niż Słońce, dlatego jego cień jest widoczny jedynie na niewielkim obszarze Ziemi.

Gdy tarcza Księżyca nie przysłania Słońca całkowicie, wtedy obserwuje się częściowe zaćmienie Słońca.  

R1brQduxtvMK7

Ilustracja prezentuje mechanizm powstawania zaćmienia Słońca. W lewym dolnym rogu ilustracji znajduje się Słońce; naprzeciwko niego, blisko prawego górnego rogu ilustracji, znajduje się mały Księżyc oraz Ziemia. Księżyc znajduje się między Słońcem a Ziemią. Przerywanymi liniami zaznaczono orbitę księżyca wokół Ziemi oraz orbitę Ziemi wokół Słońca. Promienie świetlne wysyłane przez Słońce natrafiają na Księżyc, który zasłania cześć Ziemi zwróconą do niego. W efekcie Księżyc rzuca cień na Ziemię. Na Ziemi obserwujemy w dzień zasłonięcie tarczy Słońca przez Księżyc, czyli zaćmienie Słońca. W obszarze Ziemi, gdzie Księżyc całkowicie nie zasłania Słońca mamy zaćmienie częściowe.

W sytuacji, gdy Ziemia znajduje się w prostej linii między Słońcem, a Księżycem będącym w pełni, można zaobserwować zjawisko zaćmienia Księżyca. Jest to moment, w którym Księżyc znajduje się w cieniu rzucanym przez Ziemię.

RxvfCAsFOXpQS

Ilustracja prezentuje mechanizm powstawania zaćmienia Księżyca. W lewym dolnym rogu ilustracji znajduje się Słońce; naprzeciwko niego, blisko prawego górnego rogu ilustracji, znajduje Ziemia, a za nią Księżyc. Przerywanymi białymi liniami zaznaczono orbitę Księżyca wokół Ziemi oraz orbitę Ziemi wokół Słońca. Promienie świetlne wysyłane przez Słońce oświetlają część Ziemi zwróconą do niego. W efekcie na tej części Ziemi jest w dzień, a po przeciwnej stronie noc. Ziemia rzuca cień na znajdujący się za nią Księżyc, w efekcie obserwujemy zaćmienie Księżyca.

RkLGEgvhhY98u1

Grafika przedstawia częściowe zaćmienie Księżyca. Tylko część Księżyca jest oświetlona.

W momencie, gdy Księżyc wychodzi z cienia całkowitego (lub do niego wchodzi) i znajduje się w półcieniupółcieńpółcieniu, obserwuje się częściowe zaćmienie Księżyca.

Prostoliniowe rozchodzenie się światła

Obserwacja 1

Sprawdzenie, czy światło rozchodzi się w linii prostej.

Co będzie potrzebne

• źródło światła (np. lampka, latarka),

• ekran (może tu posłużyć gładka ściana lub płaskie drzwi).

• pudełko tekturowe z pokrywką, np. po butach.

Instrukcja

1. Na środku przeciwległych ścian pudła wykonaj małe otwory. Powinny mieć średnicę ołówka lub długopisu (5‑10 mm).

2. Ustaw pudełko w połowie drogi między źródłem światła a ekranem.

3. Wyłącz światła i zasłoń okna w pomieszczeniu.

4. Ustaw pudełko tak, aby źródło światła, obydwa otwory w pudle i ekran znajdowały się w jednej linii. Czy na ekranie pojawia się plamka światła?

5. Przesuń pudełko wzdłuż jego pionowej osi. Gdzie teraz widoczna jest plamka świetlna?

Podsumowanie

Jeśli lampka, otwory i ekran ustawione są w jednej linii, to światło pada na ekran, bo rozchodzi się wzdłuż linii prostych. Jeśli choć jeden z otworów przesuniemy, to światło trafia do pierwszego otworu, ale nie trafi już do drugiego ani na ekran.

RWX0TwvPn3yvh

Grafika przedstawia kolejno dwie ilustracje. Każda z nich przedstawia (kolejno od lewej) świecącą latarkę, pudełko z dwoma otworami i ekran. Na pierwszej ilustracji światło z latarki przechodzi przez pierwszy i drugi otwór (oba otwory ustawione są na tym samym poziomie) w pudełku i trafia na ekran. Na drugiej ilustracji światło przechodzi tylko przez pierwszy otwór (drugi jest w innym miejscu) i nie trafia na ekran.

Wnioski: W ośrodku jednorodnym (np. powietrze) światło rozchodzi się w linii prostej.

Gdy światło trafia na obiekt nieprzejrzysty, to bezpośrednio za nim pojawia się cieńcieńcień, czyli przestrzeń pozbawiona bezpośredniego dostępu do promieni światła. W cieniu nie panuje całkowita ciemność, ponieważ odrobina światła może dostać się tam na skutek odbicia i rozproszenia światłarozproszenie światłarozproszenia światła w sąsiednich obszarach.

R6ek2frwkG0fI

Fotografia prezentuje mechanizm powstawania cienia. Na fotografii widoczne są liście klonu sfotografowane od spodu. Część liści ma kolor jasnozielony. Na niektórych liściach znajduje się ciemnozielony cień liści, które są nad nimi. Tło stanowi błękitne niebo.

Powstawanie cienia

Obserwacja 2

Zbadanie, jak powstaje cień oraz od czego zależy jego wielkość.

Co będzie potrzebne

• dwie świeczki,

• zapałki lub zapalniczka,

• dowolny przedmiot, np. klocek,

• ekran, za który może posłużyć ściana lub duży, gładki karton.

Instrukcja

1. Zapal jedną świeczkę i postaw ją w pewnym oddaleniu od ekranu.

2. Ustaw przedmiot między świeczką a ekranem.

3. Przesuwaj ostrożnie świeczkę (najpierw w prawo i lewo, a później bliżej i dalej od przedmiotu) – co obserwujesz na ekranie?

4. Zapal drugą świeczkę i ustaw w odległości kilku centymetrów od drugiej. Obserwuj, jak teraz wygląda cień przedmiotu.

Podsumowanie

Po oświetleniu przedmiotu jedną świeczką na ekranie powstał cień, gdyż przedmiot zasłaniał go przed promieniami światła. Przemieszczanie świeczki w prawo i w lewo powoduje też przemieszczanie się cienia, gdyż zmienia się kierunek, z którego dochodzi światło. Przemieszczanie świeczki bliżej i dalej od przedmiotu powodował zmianę wielkości cienia. Im bliżej źródła światła znajdował się przedmiot, tym większy był jego cień. Dodanie drugiej świeczki powoduje powstanie dwóch cieni przedmiotu.

Powstawanie cienia przy jednym i dwóch źródłach światła

R1CDXDbv8SI0p

Galeria prezentuje dwie fotografie. Na pierwszej widoczny jest kwadratowy przedmiot oświetlony przez pojedynczą świeczkę z jednej strony. Po drugiej stronie przedmiot nie jest oświetlony i rzuca cień na znajdującą się za nim ścianę.

R1Zjo54GgBhhx

Na drugiej fotografii ten sam kwadratowy przedmiot oświetlony jest przez dwie świeczki umieszczone w linii skośnej do przedmiotu. Za kwadratowym przedmiotem powstaje cień, bo nie dociera tam światło żadnej ze świeczek, a po jego bokach półcień, ponieważ dociera tam światło tylko z jednej z dwóch świeczek.

2. Czym jest camera obscura?

Zjawisko powstawania cienia i prostoliniowego rozchodzenia się światła wykorzystywano od wieków w prostym urządzeniu zwanym camera obscura, co oznacza „ciemny pokój”. Jest to po prostu pudełko, w którego jednej ścianie znajduje się maleńki otwór, a na przeciwległej jest materiał światłoczuły.

Camera obscura

Obserwacja 3

Obserwacja obrazu stworzonego przez camera obscura.

Problem

Dlaczego obraz stworzony przez camera obscura jest odwrócony?

Co będzie potrzebne

• kartonowe pudełko,

• czarny papier,

• folia aluminiowa,

• nożyczki,

• kalka techniczna,

• taśma,

• cienka, ostra igła,

• świeczka.

Instrukcja

1. W jednej ze ścian wytnij niewielki prostokątny otwór (np. 3 cm × 4cm)

2. Wytnij z kalki prostokąt o większych rozmiarach niż wycięty otwór (np. o wielkości ściany pudełka) i naklej go tak, by całkowicie zasłonił otwór.

3. Po przeciwnej stronie wytnij niewielki otwór i za pomocą taśmy zamocuj na nim folię aluminiową.

4. Używając igły, ostrożnie wykonaj w folii niewielki otwór. Uwaga – musi być on naprawdę mikroskopijny!

5. Wnętrze pudełka oraz przykrywkę wyklejamy czarnym papierem.

6. W ciemnym pomieszczeniu zapal świeczkę i skieruj na nią otwór zrobiony w folii.

7. Spójrz na kalkę od zewnętrznej strony pudełka. Co widzisz?

Podsumowanie

Jeśli urządzenie wykonano poprawnie, na kalce powinien powstać obraz płomienia świeczki.

R1282CzZILVPY

Ilustracja prezentuje wygląd i działanie camera obscura. Na ilustracji widoczne ściany prostokątnego pudełka. Na jednej ścianie widoczny jest niewielki otwór. Na zewnątrz pudełka po lewej stronie znajduje się czerwona paląca się świeca. Od wierzchołków świecy poprowadzono zielone promienie światła, które krzyżują się w otworze znajdującym się w ścianie pudełka. Promienie świetlne padają na tylną ciemną ścianę pudełka tworząc obraz odwróconej świecy.

Wnioski: Promienie świetlne przecięły się na swej drodze, na ekranie są więc odwrócone w stosunku do punktów, z których zostały wysłane. Wielkość obrazu zależy od odległości świeczki od otworu.

Ciekawostka

Wstawiając w miejsce kalki klisze fotograficzną można otrzymać zdjęcie.

3. Odbicie i rozproszenie światła

Ważną cechą światła jest jego zdolność do odbicia. Gdy światło pada na określoną powierzchnię, odbija się od niej w różnym stopniu. Od gładkiej powierzchni światło odbija się doskonale i nazywamy to odbiciem zwierciadlanymodbicie zwierciadlaneodbiciem zwierciadlanym. Obraz odbity jest odwrócony w stosunku do pierwotnego. Zjawisko odbicia jest wykorzystywane m.in. przy produkcji luster, a także elementów odblaskowych zwiększających widoczność pieszych i rowerzystów.

Zastosowanie odbicia światła

RRrzD5jEwaSfd

Fotografia prezentuje białą karetkę pogotowia ratunkowego stojącą przed budynkiem. Z przodu karetki na jej masce, czyli pod przednia szybą i między światłami, znajduje się czerwony napis SNALUBMA, który jest lustrzanym odbiciem napisu AMBULANS.

Rd0nxYm5EbLqA

Na ilustracji zaprezentowany jest schemat działania peryskopu. Po prawej stronie grafiki widać chłopca, który spogląda w dolny otwór peryskopu. Peryskop ma kształt rury o dwóch zakrętach. W każdym z nich znajduje się lusterko odbijające obraz. Dzięki temu chłopiec z obrazka może zobaczyć, co znajduje się za stojącą przed nim, wyższą od niego przeszkodą.

R1DSfFZ9zxWDm

Zdjęcie po lewej stronie przedstawia zieloną kamizelkę odblaskową. Zdjęcie po prawej stronie przedstawia dwa plastikowe odblaski, jeden biały, a jeden żółty.

Ciekawostka

Zjawisko odbicia światła zostało wykorzystane w światłowodach. Biegnący w nich strumień światła odbija się od ścian światłowodu, przesyłając w ten sposób informacje od jednego do drugiego końca. Obecnie światłowody przenoszą sygnały telefoniczne, telewizyjne i internetowe.

R1FP4IK2e0i1P

Fotografia prezentuje wiązkę cienkich rurek, które świecą na niebiesko i zielono. Każda rurka zakończona jest białym świecącym punktem. Tło zdjęcia jest czarne.

Ilość odbitego światła, zależy od rodzaju oraz barwy powierzchni odbijającej oraz od kąta pod jakim powierzchnia odbijająca jest ustawiona względem kierunku, z którego biegnie światło.

Przy powierzchniach gładkich światło odbija się pod takim samym kątem, pod jakim padało na powierzchnię odbijającą. Promienie odbite są równolegle do siebie i biegną w tym samym kierunku. 

RoOo8C6wWxtiK

Grafika przedstawia odbicie wiązek światła padających na płaską powierzchnię. Żródło światła emituje trzy równoległe wiązki światła. Każda wiązka światła odbija się od powierzchni pod tym samym kątem i w tym samym kierunku.

Jeżeli powierzchnia odbijająca światło jest nierówna, np. porowata, to następuje rozproszenie światłarozproszenie światłarozproszenie światła. Polega ono na tym, że promień po dobiciu od powierzchni chropowatej jest rozproszony w wiązkę promieni odbitych, które biegną w różnych kierunkach. Zjawisko to jest bardzo częste w przyrodzie, gdzie rzadko spotyka się powierzchnie bardzo gładkie.

RvXSoOPmtTHAG

Grafika przedstawia odbicie wiązek światła padających na nierówną powierzchnię. Żródło światła emituje trzy równoległe wiązki światła. Poszczególne wiązki padają na powierzchnie o różnym kącie nachylenia. Każda wiązka światła odbija się od powierzchni pod tym innym kątem i w tym innym kierunku, zależnie od kąta nachylenia powierzchni, na którą trafia.

RVWcH7u7cBoIB1

Grafika przedstawia przechodzenie światła przez pryzmat. Z lewej strony widzimy wchodzącą wiązkę białego światło, natomiast z prawej strony wychodzącą z pryzmatu wiązkę światła rozbitą na poszczególne kolory: czerwony, pomarańczowy, żółty, zielony, niebieski, indygo oraz fiolet.

Jeśli przedmiot ma barwę czarną, to nie odbija światła (i pochłania wszystkie kolory), natomiast jeśli przedmiot jest biały to odbija światło (i wszystkie kolory). Światło białe składa się z różnych barw, które tworzą tzw. widmo światła białego. Jeśli światło spotyka na swojej drodze szklany pryzmat lub krople wody, ulega w nich rozszczepieniu na barwy tęczy.

Podsumowanie

• Światło porusza się po linii prostej.

• Za oświetlonym obiektem nieprzepuszczającym światła powstaje cień.

• Jeśli na przedmiot pada światło z dwóch źródeł lub źródło światła ma duże rozmiary, to za tym przedmiotem jest obszar oświetlony tylko przez część źródła, a taki obszar nazywa się półcieniem.

• Napotykając nieprzezroczystą przeszkodę, światło może zostać odbite lub rozproszone.

Praca domowa

Słownik

Zadania