Moduł 01 kursu Optyka: Źródła światła pierwotne i wtórne, prostoliniowy bieg promieni świetlnych, prędkość c, powstawanie cienia i półcienia, zaćmienia oraz camera obscura.
Światło pozwala nam poznawać i podziwiać otaczający świat — to dzięki niemu widzimy barwy, kształty i odległości. W tym pierwszym module kursu optyki poznamy fundamenty zjawisk optycznych: czym różnią się ciała, które same emitują światło…
Który zestaw zawiera wyłącznie źródła światła wtórne?
Poprawna: a) Ciała wtórne nie wytwarzają światła, tylko odbijają i rozpraszają cudze — tak jak Księżyc, papier i lustro. Słońce i płomień świecy same emitują światło, więc są źródłami pierwotnymi.
Gdy w słoneczny dzień promienie przebijają się przez korony drzew w lesie lub przez szczelinę w żaluzjach w zakurzonym pokoju, widzimy wyraźne, proste smugi światła. To bezpośredni dowód na jedno z najważniejszych praw optyki geometrycznej:
W którym ośrodku światło nie rozchodzi się po linii prostej?
Poprawna: d) Prawo prostoliniowego biegu dotyczy ośrodka jednorodnego i przezroczystego; przy zmiennej temperaturze gęstość powietrza się zmienia i promień się zakrzywia. W próżni i w jednorodnym szkle światło biegnie prosto.
Bezpośrednią konsekwencją prostoliniowego rozchodzenia się światła jest powstawanie cienia . Gdy na drodze prostoliniowo biegnących promieni świetlnych postawimy nieprzezroczystą przeszkodę, światło nie może za nią…
| Rodzaj źródła światła | Co powstaje na ekranie? | Opis fizyczny |
|---|---|---|
| Źródło punktowe (bardzo małe względem przeszkody, np. dioda laserowa) | Tylko cień pełny o idealnie ostrych krawędziach | Do obszaru cienia nie dociera żaden promień świetlny. Każdy punkt poza cieniem jest w pełni oświetlony. |
| Źródło rozciągłe (duże, o wymiarach porównywalnych z przeszkodą, np. żarówka mleczna, Słońce) | Cień pełny otoczony pasem półcienia |
• Cień pełny: obszar, do którego nie dociera światło z żadnego punktu źródła.
• Półcień: obszar, do którego dociera światło tylko z części źródła (jest częściowo oświetlony, ma łagodne, rozmyte przejście tonalne). |
Kiedy za nieprzezroczystą przeszkodą powstaje półcień?
Poprawna: c) Półcień to obszar oświetlony tylko przez część źródła, więc warunkiem jest źródło rozciągłe. Źródło punktowe daje wyłącznie ostry cień pełny.
Układ Słoneczny to gigantyczne laboratorium optyczne. Słońce jest olbrzymim rozciągłym źródłem światła, a Ziemia i Księżyc to nieprzezroczyste przeszkody rzucające w przestrzeń kosmiczną potężne stożki cienia i półcienia.
Jaki jest układ ciał podczas zaćmienia Słońca?
Poprawna: b) Księżyc znajduje się między Słońcem a Ziemią (w nowiu) i rzuca cień na Ziemię. Układ Słońce – Ziemia – Księżyc odpowiada zaćmieniu Księżyca.
Już w starożytności Arystoteles, a w średniowieczu arabski fizyk Alhazen zauważyli niezwykłe zjawisko: jeśli w całkowicie zaciemnionym pokoju w rolecie okiennej zrobimy malutki otworek, na przeciwległej ścianie pokoju pojawi się kolorowy…
Dlaczego obraz w camera obscura jest odwrócony do góry nogami?
Poprawna: a) Promień ze szczytu przedmiotu przechodzi przez otworek po linii prostej i trafia w dolną część ekranu, a promień z podstawy — w górną. Soczewka ani odbicia od ścianek nie biorą w tym udziału.
W symulatorze zmniejszasz rozmiar źródła aż do bardzo małego. Co dzieje się z cieniem na ekranie?
Poprawna: d) Przy źródle punktowym każdy punkt ekranu jest albo całkowicie oświetlony, albo całkowicie zacieniony, więc półcień znika. Rozmycie krawędzi pojawia się przy źródle rozciągłym.
Treść: Podczas wielkiego zbliżenia planet odległość z Ziemi do Marsa wynosiła $s = 75\,000\,000\text{ km}$ ($75\text{ mln km}$). Po jakim czasie sygnał radiowy (który jest falą poruszającą się z prędkością światła $c = 300\,000\text{…
Sygnał radiowy z Ziemi do Marsa ma do pokonania $75\,000\,000\text{ km}$ i biegnie z prędkością $300\,000\text{ km/s}$. Po jakim czasie dotrze?
Poprawna: c) $t = s/c = 75\,000\,000\text{ km} / 300\,000\text{ km/s} = 250\text{ s}$, czyli 4 minuty 10 sekund. Wynik $25\text{ s}$ powstaje z pominięcia jednego zera w wartości drogi.
Nie liczy się do paska postępu. Odpowiedź znajdziesz w rozwijanym polu poniżej.
Czarna, okrągła plama widoczna na zdjęciu Ziemi wykonanym z ISS to:
Poprawna: b) Wewnątrz tej plamy tarcza Słońca jest całkowicie zasłonięta, więc jest to cień pełny. Szara obwódka wokół niej to półcień Księżyca, a nie sam cień pełny.