Światło i jego właściwości
Czym jest światło, skąd się bierze i jak się rozchodzi
Światło towarzyszy nam w każdej chwili, ale rzadko się nad nim zastanawiamy. To jedno z najciekawszych zjawisk w fizyce! Dzięki niemu widzimy świat, a jego badanie doprowadziło do rewolucyjnych odkryć – od teorii falowej po mechanikę kwantową i lasery.
Źródła światła
Źródło światła to ciało, które emituje (wysyła) światło. Dzielimy je na naturalne (Słońce, gwiazdy, błyskawica) i sztuczne (żarówka, laser, ekran).
Są też ciała, które same nie świecą, ale odbijają padające na nie światło – dzięki temu je widzimy. Księżyc nie jest źródłem światła – jedynie odbija promienie Słońca. To samo dotyczy planet i większości przedmiotów wokół nas.
- Słońce – naturalne źródło, gwiazda
- Żarówka, LED – sztuczne źródła
- Ogień, świeca – najstarsze źródła
- Ekran telefonu – diody LED
- Księżyc – odbija światło (nie świeci!)
- Tęcza – rozłożone światło słoneczne
Prostoliniowe rozchodzenie się światła
Światło rozchodzi się po liniach prostych – dlatego rysujemy je jako strzałki, zwane promieniami świetlnymi. Ta zasada tłumaczy powstawanie cieni, działanie aparatu otworkowego i sposób, w jaki widzimy przedmioty.
Gdyby światło nie szło po prostych, nie powstawałyby cienie. Cień istnieje, bo światło nie potrafi „skręcić” za przeszkodę – leci prosto i zostawia ciemny obszar za nią. O cieniach więcej w następnej lekcji.
Prędkość światła
Światło jest najszybszą rzeczą we Wszechświecie. W próżni porusza się z prędkością:
c = 300 000 km/s = 3 × 10⁸ m/s
To tak szybko, że światło obiegłoby Ziemię ponad 7 razy w ciągu jednej sekundy.
W ośrodkach materialnych (woda, szkło, diament) światło porusza się wolniej. Im gęstszy optycznie ośrodek, tym mniejsza prędkość. Ta różnica prędkości ma ogromne znaczenie – powoduje m.in. zjawisko załamania, o którym dowiesz się w jednej z kolejnych lekcji.
Światło ze Słońca potrzebuje ok. 8 minut i 20 sekund, żeby dotrzeć do Ziemi. To znaczy, że gdy patrzysz na Słońce, widzisz je takim, jakie było ponad 8 minut temu!
Rozszczepienie światła – pryzmat
Światło białe (np. słoneczne) to mieszanina wszystkich kolorów. Gdy przejdzie przez pryzmat szklany, rozkłada się na widmo – tęczowy wachlarz barw. Dzieje się tak, bo różne kolory mają różne długości fali i załamują się pod innymi kątami. Promień czerwony odchyla się najmniej, a fioletowy – najwięcej.
Widzialne widmo światła
Każdy kolor odpowiada innej długości fali. Czerwony ma najdłuższą (ok. 700 nm), fioletowy – najkrótszą (ok. 380 nm). Ludzkie oko widzi tylko ten wąski zakres. Po obu stronach widma istnieją fale niewidzialne: podczerwień (za czerwienią – odczuwamy ją jako ciepło) i ultrafiolet (za fioletem – opala skórę).
Tęcza powstaje, gdy krople deszczu rozkładają światło słoneczne na kolory – każda kropla działa jak maleńki pryzmat. Dlatego tęczę widzimy po deszczu, gdy Słońce świeci za naszymi plecami.
Fala czy cząstka?
Przez wieki fizycy spierali się, czy światło jest falą, czy strumieniem cząstek. Prawda okazała się bardziej złożona – światło przejawia cechy obu!
W zjawiskach takich jak interferencja i dyfrakcja zachowuje się jak fala elektromagnetyczna. W innych (np. efekt fotoelektryczny) zachowuje się jak zbiór cząstek – fotonów. Dziś mówimy o dualizmie korpuskularno-falowym.
Foton to kwant (najmniejsza porcja) energii świetlnej. Każdy foton niesie energię zależną od długości fali: im krótsza fala, tym większa energia. Dlatego ultrafiolet (krótka fala) jest groźny dla skóry, a podczerwień (długa fala) odczuwamy jedynie jako ciepło.