Skrivnostna svetloba

Osupljivo lepo zarjo sončnega zahoda, jesenske barve v gozdu, mavrico, Luno in zvezde na nebu, modrino morja, ognjemet, pisana oblačila, priljubljeno televizijsko oddajo in pravzaprav ves svet okoli nas zaznavamo in spoznavamo predvsem z vidom.

Tisto, kar naše oči sprejemajo, pa je svetloba.

Naprej

Svetloba ima nekatere zelo nenavadne in nepričakovane lastnosti, zato so si učenjaki dolga tisočletja prizadevali odkriti njeno pravo naravo. In tako imenovana vidna svetloba je le majhen del vse »svetlobe« v naravi.

Vsa telesa sevajo in s tem oddajajo toploto, ob čemer nastaja infrardeča svetloba, ki jo zaznajo toplotne kamere. Z njimi lahko človek »vidi« tudi tisti del svetlobe, ki je sicer neviden.

Naprej

Uh, pa smo te takoj izstrelili med zvezde ... Zakaj le, če bomo govorili o svetlobi? Zato, ker na začetku filmčka vidiš tudi posnetke, ki kažejo predmet v očem nevidnem spektru - rentgenski posnetek Kasiopeje in njeno infrardečo sliko. Potem pa pokaže tudi sliko vidnega spektra.

Kaj pa pomeni vidni spekter? Latinska beseda »spectrum« sicer pomeni videz ali prikaz.

Preveri

Včasih stvari v resnici niso takšne, kot so videti. To boš ugotovil tudi proti koncu učne poti, ko se boš srečal z optičnimi iluzijami.

V posnetku pa je prikazano, kako je Albert_Einstein odkril, da lahko predmeti z veliko maso odbijejo svetlobo. Zvezdo ponavadi vidimo kot svetlečo se liso. Če pa je med njo in opazovalcem predmet z veliko maso, se opazovalcu zdi, da je nebesno telo drugje in je videti drugače, je na primer v obliki obroča. To se zgodi zato, ker neko masivno telo ukrivlja pot elektromagnetnemu valovanju (in svetlobi), zato se okrog slike vira svetlobe za opazovalca na Zemlji pojavi navidezni obroč.

Kako se imenuje pojav, ki povzroči obročast privid zvezde?

Preveri

Začeli smo v vesolju, tam, kjer je začetek vseh stvari. Ampak zdaj gremo pa res lepo po vrsti, da bo bolj razumljivo ...

Pred mnogimi tisočletji, davno preden se je razvila znanost, so ljudje verjeli, da je svetloba povezana z bogovi. Verjetno so prav zato častili tudi ogenj. Šele starogrški misleci in naravoslovci so nekaj stoletij pred našim štetjem zares poskušali razumeti, kaj je svetloba in kako deluje vid. Grški matematik Pitagora je v 6. stol. pr. n. št. menil, da svetlobo oddajajo oči in z njo tipajo po okolici. Torej nekako tako kot Superman, ki z očesnimi žarki gleda skozi stene. O Pitagori se boš v šoli še učil, lahko pa pokukaš na to povezavo.

Prve »svetlobne« naprave so bila kovinska zrcala, ki so bila pomemben pripomoček predvsem pri lepotičenju. Izumili so jih že pred več tisočletji. Prava znanost o svetlobi pa se je rodila šele v 17. stoletju.

Kako se imenuje znanost, ki preučuje lastnosti svetlobe?

Preveri

Angleški fizik in matematik Isaac Newton, eden največjih znanstvenih umov vseh časov, je prvi pravilno pojasnil delovanje sil v naravi, zapisal zakon težnosti, sestavil prvi zrcalni daljnogled in odkril številne nove matematične metode.

Newton je preučeval tudi svetlobo. Ugotovil je, da je to nekakšna snov, ki jo oddajajo svetila, Sonce …

Prišel je tudi do pomembnega odkritja, da je bela svetloba, na primer svetloba Sonca, sestavljena iz mavričnih barv. Sončevo svetlobo je s stekleno prizmo, v trikotno obliko zbrušen kos stekla, razklonil v mavrico. Nato je z drugo prizmo spet združil v belo svetlobo.

Belo svetlobo torej sestavljajo mavrične barve od rdeče, oranžne, rumene, zelene, modre do vijolične barve. Kako nastane mavrica, si lahko ogledaš tukaj.

Katere barve vidiš v mavrici?

Preveri

Nekoč so učenjaki menili, da svetloba potuje z neskončno hitrostjo. Italijanski učenjak Galileo Galilej (1564‒1642) je pred 400 leti prvi zares poskušal izmeriti hitrost svetlobe. Pomočnike je razposlal na različno oddaljene gričke, ki so zaporedoma odstirali svetilke. Poskusil je izmeriti časovni zamik med njimi, a mu s tedanjimi urami to ni uspelo. Pomisli, da so čas merili kar s srčnim utripom ali peščenimi urami! Vse, kar je lahko Galilej ugotovil, je bilo, da je hitrost svetlobe zelo zelo velika.

Koliko je približna vrednost hitrosti svetlobe?

Preveri

Galileo pa ni doživljal le neuspehov kot pri meritvi hitrosti svetlobe. Med prvimi je leta 1609 izdelal posebno optično napravo, s katero je prvi začel opazovati vesolje.

Kaj vse je tam zgoraj odkril! Gore na Luni, pege na Soncu, Jupitrove štiri največje lune …

Kako se imenuje naprava, s katero je Galileo prvi opazoval nebesna telesa?

Imenuje se .

Preveri

Svetloba ima nenavadno lastnost, da potuje tudi po praznem prostoru, ki mu učeno pravimo vakuum, po katerem drvi s hitrostjo 300.000 kilometrov na sekundo.

Prazen prostor je mišljen kot prostor, kjer ni ničesar, nobene snovi in ne plina. Prazna soba v tem smislu ni prazen prostor, saj je v njej zrak, torej plin, ki ga sestavljajo drobceni delci – atomi in molekule. Da bi bila soba zares prazen prostor, bi morali iz nje izčrpati prav ves zrak, kar pa je na Zemlji zelo težko. V vesolju, na primer v prostoru med planeti in zvezdami, med Zemljo in Soncem, je tako malo snovi, da ta prostor štejemo kot prazen.

Nobeno telo se ne more gibati s svetlobno hitrostjo, kar je že pred več kot stoletjem dokazal fizik Albert Einstein.

Pomagaj si s povezavo ali kalkulatorjem in preračunaj, v koliko sekundah pride svetloba od Sonca do Zemlje. Razdalja med Soncem in Zemljo je 150.000.000 kilometrov. Vrednost zaokroži na desetice.

Svetloba pride od Sonca do Zemlje v sekundah.

Preveri

Prvi dokaz, da onkraj vidne svetlobe obstaja še nevidna svetloba, je leta 1800 prispeval nemško-angleški astronom Frederick William Herschel.

Tako kot Newton je svetlobo Sonca razklonil v mavrico, a je naredil še korak dlje. S termometri je meril, koliko se termometri segrejejo glede na barvo, ki jih obsije. En termometer je postavil tja, kjer se je v mavrici končala rdeča svetloba. Z njim naj bi meril temperaturo v sobi in jo primerjal z drugimi termometri. Presenečen je ugotovil, da je temperatura tega termometra višja od tistih, ki jih je obsejala mavrica. Tako je odkril nevidno infrardečo svetlobo. Če razumeš angleško, si lahko tukaj ogledaš poučen filmček o Herschelovem odkritju infrardeče svetlobe.

Ali veš, da so se pri nekaterih družinah kač razvila posebna čutila za zaznavanje infrardeče svetlobe? Z njimi lahko tudi v temi »vidijo« toplokrvne živali in z veliko natančnostjo planejo nanje.

Infrardečo svetlobo zaznavamo tudi ljudje kot:

Preveri

Sonce oddaja ultravijolično (UV) svetlobo. Visoko v ozračju je plast, ki vpije večino UV-svetlobe, zato je le malo pride do tal. Vseeno pa je je dovolj, da poleti naša koža porjavi.

Naše oči UV-svetlobe ne zaznajo. Toda očem je UV-svetloba škodljiva, kar dobro poznajo tisti, ki hodijo v visoke gore. Tam alpiniste brez zaščitnih očal začnejo oči zelo boleti in lahko začasno ali trajno oslepijo – snežna slepota.

Podobno je tudi z varilci, ki imajo prav zaradi ultravijolične svetlobe, ki nastane pri varjenju kovin, pred očmi posebne zaščitne maske s steklom, ki ne prepušča UV-svetlobe.

Kako se imenuje plast ozračja, ki nas ščiti pred ultravijolično svetlobo?

Preveri

Očala so izjemen optični pripomoček za kratkovidne in daljnovidne ljudi. Zgodovinski viri pričajo, da so lastnosti leč poznali že Egipčani pred 2500 leti. To pomeni, da so že takrat znali iz stekla izbrusiti leče. Toda očala so izumili mnogo kasneje.

Na tej angleški spletni strani je razložena zgodovina nastanka očal. Oglej si del Invention of eyeglasses in poišči letnico, ki ti bo pomagala odgovoriti na spodnje vprašanje. Lahko si pomagaš tudi s spletno stranjo v slovenščini, kjer podatek najdeš pri omembi nizozemskega optika Hansa Lippersheyja.

Katerega leta in kje naj bi izdelali prva očala?

Preveri

Lom svetlobe lahko opazujemo v vodi. Če daš žlico v kozarec vode, opaziš, da se ta zdi na gladini prelomljena.

Ko pride svetloba v snov, na primer v vodo ali steklo, se njena hitrost zmanjša. Hitrost svetlobe v vodi je za 25 odstotkov manjša kot v praznem prostoru, v navadnem steklu pa za 33 odstotkov (torej je 200.000 km/s). Zato svetloba ne gre naravnost v vodo oziroma steklo ali iz njiju – svetloba se pri prehodu iz ene snovi v drugo lomi.

Lom svetlobe izkoriščamo pri:

Preveri

Leče naredijo tako, da debelejši kos stekla izbrusijo v izbočeno (konveksno) ali vbočeno (konkavno) obliko. Nekaj nenavadnega se zgodi, ko gredo skozi izbočeno lečo vzporedni žarki.

Oglej si filmček o lomu svetlobe.

Ugotovi, kaj se zgodi z vzporednimi žarki svetlobe, ki gredo skozi izbočeno lečo (namig: taki leči pravimo tudi zbiralna leča).

Preveri

Zbiralna leča vzporedne žarke zbere v eno točko. Točki, kjer se žarki križajo, pravimo gorišče. Razdaljo med lečo in goriščem imenujemo goriščna razdalja. Če tako lečo usmerimo proti Soncu in na mesto gorišča postavimo papir, nastane tam svetla pika, v kateri se sreča svetloba Sonca, ki jo je zbrala leča. Če malo počakamo, svetla točka papir vžge, zato je gorišče zelo primerno ime za točko, v kateri se zbere svetloba po prehodu skozi lečo. Lahko si ogledaš filmček, kako je mogoče s pomočjo velike leče speči celo zajtrk.

POZOR! Skozi lečo nikoli ne poglej proti Soncu, ker boš oslepel!

Zbiralna leča pa ni namenjena le zažiganju papirja. Če jo približamo predmetom, jih vidimo povečane – deluje kot povečevalno steklo. Če pa lečo usmerimo proti oddaljenim predmetom in jo postavimo na pravo oddaljenost od očesa, v njej vidimo sliko. Zbiralna leča torej zbira svetlobo in ustvari sliko okolice.

Zbiralna leča ustvari sliko oddaljenih predmetov. Kako je obrnjena taka slika?

Preveri

Zelo poenostavljeno povedano je oko optična naprava, ki ima spredaj zbiralno lečo, ta ustvari sliko na ozadju očesa, kjer je na svetlobo občutljiva mrežnica. Ta svetlobni signal pretvori v električni impulz, ki ga po živcih pošlje v možgane, kjer se pretvori v zaznavo. Več o človeškem vidu si lahko prebereš tukaj.

Zbiralna leča ustvari na glavo obrnjeno sliko. To velja tudi za očesno lečo.

Kako pa je mogoče, da vidimo pravilno sliko? Obrat se zgodi v možganih, ki se v zgodnjem otroštvu naučijo pravilno predelati podatke iz očesa. Znanstveniki so naredili zanimiv poskus. Prostovoljcem so dali posebna očala, ki so sliko obrnila na glavo. Seveda so prostovoljci videli sliko narobe. Toda čez nekaj ur so možgani sliko obrnili. Ko so prostovoljci sneli očala, so videli na glavo obrnjen svet, a so čez čas spet videli normalno.

Kaj lahko zaznavamo z očesom?

Preveri

Kratkovidnost je pogosta napaka očesa. Kratkovidni ljudje ostro vidijo le bližnje predmete, oddaljenih pa ne. Pri branju morajo knjigo držati čisto blizu nosa. Toda pomagajo že očala.

Daljnovidni ljudje pa ostro vidijo le daljne predmete, bližnje pa neostro. Tudi njim prav pridejo očala, a imajo ta drugačne leče.

Kateri dve trditvi držita?

Preveri

Ugotovili smo, da obstaja tudi svetloba, ki je ljudje ne vidimo. Ampak včasih pa stvari, ki jih vidimo, niso takšne, kot so v resnici.

Optična iluzija ali optična prevara je slika, ki jo možgani tolmačijo drugače, kot zares izgleda. Razlika med predmetom, kakršen v resnici je, in našim vtisom, ko ga gledamo, nastane, ker možgani po svoje razložijo podatke, ki jih dobijo od očesa. Naš vid nas zavede, da vidimo nekaj, česar oči v resnici niso zaznale.

Tukaj se poigraj z optičnimi prevarami in ugotovi, kako nas lahko možgani prevarajo.

Majhen preizkus je tudi spodaj. Ogleduj si sliko tako, da se zastrmiš v križec na sredi. Potem ugotovi, kakšne barve so pike v krogu.

Preveri

1. Which can travel through a vacuum (space with no substance)?

2. About how fast is light?

3. About how long does it take for light to travel from the sun?

Preveri

1. Was kann sich durch das Vakuum (leerer Raum ohne Luft) bewegen?

2. Wie schnell ist das Licht?

3. Wie lange braucht das Licht von der Sonne zur Erde?

Preveri

Označi, katere štiri trditve so pravilne.

Preveri