Care ramură a fizicii studiază lumina. „Fenomene luminoase”

Ce este lumina? Care este natura luminii? De ce lumina albă se descompune în culori? Câte culori există, șapte sau milioane? Astfel de întrebări au stârnit curiozitatea omului practic de-a lungul întregii sale istorii, de la primii gânditori până în secolul XX. Dar pentru a răspunde la aceste și la alte întrebări, trebuie să înțelegeți natura luminii, care, după cum sa dovedit, este foarte complexă. Pe parcursul acestei lecții, veți face cunoștință cu conceptele științifice de bază despre natura luminii, veți învăța argumentele susținătorilor uneia sau altei teorii științifice.

Optică

Natura luminii. Viteza luminii

Optica este o ramură a fizicii care studiază fenomenele luminoase și legile stabilite pentru acestea, precum și interacțiunea luminii cu materia, natura luminii.

Informațiile despre lume vin unei persoane prin vedere. Cu ajutorul luminii, primim majoritatea informațiilor despre lumea din jurul nostru.

Primele informații despre lumină au apărut acum 2,5 mii de ani.

Pitagora a fost unul dintre primii oameni de știință care a dat o ipoteză științifică cu privire la natura luminii (vezi Fig. 1). El a fost primul nu numai că a ghicit, ci și a demonstrat că lumina se propagă în linie dreaptă. El și apoi alți geometri, până la Euclid, au folosit fenomenele luminoase de reflecție și refracție pentru a construi bazele geometriei. Nu este de mirare că una dintre secțiunile opticii se numește optică geometrică.

Figura: 1. Pitagora

Pitagora: „Lumina este un flux de particule care emit obiecte, pătrunzând în ochiul uman, ele aduc informații despre ceea ce ne înconjoară”.

În secolul al XVII-lea, Isaac Newton a devenit un susținător al acestei teorii (vezi Fig. 2). El a explicat multe fenomene luminoase pe baza faptului că lumina este un flux de particule speciale.

Figura: 2. Isaac Newton

„Corpuscul” provine din lat. corpusculul este o particulă. Prin urmare, teoria lui Newton a început să fie numită teoria corpusculară a luminii.

1. Propagarea luminii rectilinii.

2. Legea reflecției.

3. Legea formării unei umbre dintr-un obiect.

În același timp, a apărut o altă teorie - teoria undelor luminii.

Susținătorul acestei teorii a fost Christian Huygens (vezi Fig. 3). El a încercat să explice aceleași fenomene ca și Newton, numai din poziția că lumina este o undă.

Figura: 3. Christian Huygens

Huygens a construit teoria undelor luminii prin analogie cu procesele undelor în apă și în aer și, prin urmare, credea că undele luminoase ar trebui să se propage și într-un fel de mediu elastic, pe care l-a numit eterul luminii. Această idee a servit ca bază pentru optica undelor până la începutul secolului al XX-lea.

În acele zile s-a observat deja că lumina nu se propagă în linie dreaptă.

1. Lumina se poate îndoi în jurul obstacolelor - difracție (vezi Fig. 4).

Figura: 4. Difracția

2. Valurile se pot adăuga - interferențe (vezi Fig. 5).

Figura: 5. Interferență

Aceste fenomene sunt caracteristice numai undelor, de aceea Huygens credea că lumina este o undă.

Teoria corpusculară nu a putut explica modul în care o rază trece prin alta. Dacă considerăm lumina ca un flux de particule, atunci interacțiunea ar trebui observată, dar aceasta nu a fost observată, iar acest lucru a vorbit în favoarea faptului că lumina este o undă.

La mijlocul secolului al XIX-lea a fost creată teoria lui Maxwell. El a dovedit că câmpul electromagnetic se răspândește cu o viteză de 300 de mii de km pe secundă.

Ca rezultat al experimentelor, s-a constatat că și lumina se propagă cu o astfel de viteză.

Lumina este un caz special al unei unde electromagnetice.

Al XVII-lea - Omul de știință danez Roemer a efectuat un experiment în care s-a dovedit că viteza de propagare a luminii este de aproximativ 300 mii km pe secundă.

1848 - Hippolyte Fizeau a demonstrat că viteza luminii este de 300 de mii de kilometri pe secundă.

Toate acestea au confirmat faptul că lumina este o undă electromagnetică.

În secolul al XIX-lea, Heinrich Hertz (vezi Fig. 6) a studiat proprietățile undelor electromagnetice și a arătat că lumina poate fi o particulă. Hertz a descoperit fenomenul efectului fotoelectric.

Figura: 6. Heinrich Hertz

Heinrich Hertz a studiat undele electromagnetice, crezând inițial că nu există, și a arătat curaj real, fiind primul care le-a recunoscut realitatea ca obiect natural.

Efect fotoelectric: sub influența luminii, electronii sunt scoși dintr-o placă metalică încărcată negativ.

Acest lucru se poate face numai dacă lumina este un flux de particule.

În secolul XX, au ajuns la decizia finală prin introducerea conceptului de dualism undă-particulă al luminii.

În timpul propagării, lumina se comportă ca o undă (proprietăți de undă), iar în timpul emisiilor și absorbției - ca o particulă (cu toate proprietățile particulelor). Adică lumina are o natură dublă.

Prin urmare, toate fenomenele sunt considerate din punctul de vedere al acestor două teorii.

1. Fizică. Clasa 11: Manual pentru învățământ general. instituții și școli. cu adâncirea studiul fizicii: nivel profil / A.T. Glazunov, O.F. Kabardin, A.N. Malinin și colab., Ed. A.A. Pinsky, O.F. Kabardina. A crescut. acad. Științe, Ros. acad. educaţie. - M.: Educație, 2009.
2. Kasyanov V.A. Fizică. Clasa a XI-a: Manual. pentru învățământul general. instituții. - M.: Bustard, 2005.
3. Myakishev G.Ya. Fizică: manual. pentru 11 cl. educatie generala. instituții. - M.: Educație, 2010.

1. Școala St. Petersburg ().
2. Realphys.com ().
3. SA "Energia" ().

A.P. Rymkevich Fizică. Carte cu probleme. 10-11 cl. - M.: Bustard, 2010. - Nr. 1019, 1021

1. Ce fapte legate de propagarea luminii au fost folosite de susținătorii teoriei corpusculare a naturii luminii?
2. A confirmat fotoefectul conceptul de undă sau particulă al naturii luminii?
3. Cum se numește conceptul naturii duale a luminii?
4. Când ar trebui considerată lumina ca un flux de particule?

• Să ne amintim ce trei tipuri de transfer de căldură am studiat anul acesta.

• convecție;

• conductivitate termică,

• radiații.

• Lumina este radiație, dar numai acea parte percepută de ochi.

Surse de lumină

- O urmărești - este de la tine, tu de la ea - te urmărește?

• Umbra este o zonă a spațiului care nu primește lumină de la o sursă.

Penumbră

• Penumbră- aria spațiului în care lumina de la sursă cade parțial.

Eclipsa se explică prin legea propagării luminii rectilinii

Eclipsa de Lună

• Este interesant faptul că viermele de mare salvează viața.

• Când crabul roade pe el, partea din spate a viermelui se aprinde puternic. Crabul se repede spre el, viermele rănit se ascunde și, după un timp, crește unul nou în locul părții lipsă.

• În Brazilia și Uruguay, există licurici maronii roșiatici cu rânduri de lumini verzi strălucitoare de-a lungul trunchiului și un „bec” roșu aprins pe cap.

• Există cazuri în care aceste lămpi naturale - locuitorii junglei - au salvat viețile oamenilor: în timpul războiului hispano-american, medicii au operat răniții sub lumina licuricilor turnate într-o sticlă.

• În secolul al XVIII-lea, britanicii au aterizat pe coasta Cubei, iar noaptea au văzut mirade de lumini în pădure. Au crezut că sunt prea mulți insulari și s-au retras, dar de fapt erau licurici.

• Direcția spre nord în emisfera nordică este determinată de a sta la prânz cu spatele la soare. O umbră aruncată de o persoană, ca o săgeată, va indica spre nord. În emisfera sudică, umbra va indica spre sud.

Alchimistul Hamburg Brand și-a petrecut toată viața căutând secretul obținerii „pietrei filosofale”, care să transforme totul în aur. Odată ce a turnat urina într-un vas și a început să o încălzească. Când lichidul s-a evaporat, un precipitat negru a rămas în partea de jos. Brand a decis să-l aprindă pe foc. O substanță albă asemănătoare cu ceara a început să se acumuleze pe pereții vasului. Strălucea! Alchimistul a crezut că și-a realizat visul. De fapt, a primit element chimic necunoscut anterior - fosfor. (purtând lumina).

Ce este lumina? Filozofii Greciei antice nu știau răspunsul. Chiar și Arhimede nu a dat o explicație, deși știa legea reflecției și a aplicat-o cu succes. Până în secolul al XVI-lea, mulți filozofi credeau că viziunea este ceva ce emană din ochi și, parcă, atinge obiecte.

Dar au existat alte teorii, potrivit cărora lumina este un flux de materie care emană dintr-un obiect vizibil. Printre aceste ipoteze, punctul de vedere al lui Democrit este cel mai apropiat de conceptele moderne. El credea că lumina este un flux de particule cu anumite proprietăți fizice. El a scris: „Dulceața există ca o convenție, amărăciunea - ca o convenție, culoare - ca o convenție, în realitate există doar atomi și goliciune."

Huygens Christian () fizician olandez Newton Isaac () În cele din urmă, sa dovedit că două teorii explică simultan natura luminii. Mai mult, ambele teorii sunt confirmate fizic și confirmate de experimente.

1690: Un tratat despre lumină. Lumina - o undă electromagnetică capabilă să se îndoaie în jurul obstacolelor anul: „Optică”. Lumina este un flux de particule.

Ce pâlpâie o rază limpede pe timp de noapte? Ce este o flacără subțire care lovește firmamentul? Cât fulgere fără nori formidabili se străduiește de la Pământ la zenit? Cum se poate ca aburul înghețat din mijlocul iernii să nască un foc? M. Lomonosov Despre ce scrie Lomonosov? Există mult mai multe fenomene interesante asociate cu lumina în natură.