Odbicie i rozproszenie światła

Playlista:Optyka

Ten materiał posiada napisy w języku ukraińskim


Ten materiał posiada napisy w języku ukraińskim


Facebook YouTube

Z tego filmu dowiesz się:

  • jak brzmi prawo odbicia światła,
  • gdzie wykorzystujemy prawo odbicia światła,
  • jaka jest różnica między odbiciem a rozproszeniem światła.

Podstawa programowa

Autorzy i materiały

Wiedza niezbędna do zrozumienia tematu

Aby w pełni zrozumieć materiał zawarty w tej playliście, upewnij się, że masz opanowane poniższe zagadnienia.

Udostępnianie w zewnętrznych narzędziach

Korzystając z poniższych funkcjonalności możesz dodać ten zasób do swoich narzędzi.

Kliknij w ikonkę, aby udostępnić ten zasób

Kliknij w ikonkę, aby skopiować link do tego zasobu

Transkrypcja

Kliknij na zdanie, aby przewinąć wideo do tego miejsca.
Na pewno zdarzyło Ci się w dzieciństwie bawić się lusterkiem i puszczać zajączki. Świetlne plamki potrafią poruszać się naprawdę szybko choć Ty zmieniasz położenie lusterka tylko odrobinę. Jak szybko? Okazuje się, że szybciej od światła o ile powierzchnia, na którą rzucacie zajączka będzie wystarczająco daleko. Gdyby udało się poświecić laserem na księżyc a potem tylko odrobinę zmienić jego położenie ale szybko, jak podczas zabawy z kotem odbicie tego światła na księżycu przesunie się w tym samym czasie o tysiące kilometrów. Ruch zajączka nie jest pozorny. Tworzące go światło może być rejestrowane na przykład przez fotokomórki umieszczone na jego trasie. Taki zajączek nie może jednak przenieść materii ani energii. Nie jest przecież obiektem fizycznym lecz obrazem. Czyli prędkość światła która jak wiadomo jest maksymalną możliwą prędkością we wszechświecie nie zostaje w tym przypadku przekroczona. Świetlne zajączki jakie puszczasz na podłogę czy ścianę hycają o wiele wolniej ale bywają krnąbrne. Chcąc trafić świetną plamką w określone miejsce trzeba się nieźle nagimnastykować lusterkiem aby posłać promienie słoneczne pod odpowiednim kątem. Gdyby spojrzeć na sytuację z góry można by zauważyć że lusterko jest ustawione pod takim samym kątem do źródła światła i do miejsca w którym znajduje się nasz zajączek. Patrząc na rysunek widzisz że promień świetlny ma swój kierunek i zwrot. Fizyk powiedziałby, że kąt padania promieni jest taki sam jak kąt ich odbicia. Z tym, że fizyk nie mierzy kąta między lusterkiem, a promieniem tylko między promieniem a prostą prostopadłą do lusterka. Prostą tę nazywamy normalną. Dlaczego jednak kąt padania i kąt odbicia promienia światła przyrównujemy do jakiejś dorysowanej normalnej zamiast po prostu zmierzyć kąt między nim a powierzchnią, od której się odbija? Zaraz Ci pokażę. Załóżmy, że promień pada na płaszczyznę tak, że między nim a płaszczyzną tworzy się kąt 70 stopni. Jak pamiętamy, nie jest to kąt padania. Jaki będzie kąt między promieniem padającym, a odbitym? Możemy to policzyć na dwa sposoby. Między płaszczyzną, a kątem odbitym także jest 70 stopni. Razem te kąty to 140 stopni. Ponieważ płaszczyzna tworzy kąt 180 stopni pomiędzy promieniami musi być 180 minus 140, czyli 40. Możemy też obliczyć kąt padania czyli kąt między promieniem, a normalną. 90 minus 70, czyli 20 stopni a następnie pomnożyć go przez 2. Oba sposoby wymagają chwili zastanowienia. Jeśli jednak powiem Ci po prostu że kąt padania tego promienia to 20 stopni to wiedząc, że kąt odbicia jest taki sam możemy błyskawicznie podać kąt między oboma promieniami. 20 razy 2, czyli 40. Jeśli kąt padania to 30 stopni to kąt między promieniem padającym i odbitym wyniesie 60 i tak dalej. Jeśli kąt padania wyniesie 0 to kąt odbicia również. W takim wypadku promień nie zmieni swojego kierunku a jedynie zwrot. Kąt padania 0, zero zmiany kierunku. Ładnie się składa co jest kolejnym argumentem za właśnie takim sposobem mierzenia kątów. Ciekawym przykładem zastosowania odbicia światła w codziennym życiu są odblaski. Jeśli je nosimy osoba jadąca po zmroku autem będzie widziała nas lepiej niż gdybyśmy mieli w ręku latarkę. Jak to możliwe? Kiedy trzymasz w ręku latarkę jej światło musi się przebić przez dużo mocniejsze światło reflektorów samochodu. Światła samochodu są dla niego konkurencją przy której blask latarki wypada blado. A jak działa odblask? Po prostu wykorzystuje moc świateł nadjeżdżającego pojazdu. W jaki sposób? Gdyby spojrzeć na odblask w powiększeniu to jego przekrój przypomina zygzak albo schody. Powierzchnie są do siebie ustawione pod kątem 90 stopni. Przeanalizujmy drogę padającego na taki odblask promienia. Pada on na jedną z płaszczyzn pod pewnym kątem. Odbija się dokładnie pod takim samym i biegnie do drugiej płaszczyzny. Tu również kąt odbicia jest równy kątowi padania i otrzymujemy promień, którego kierunek jest dokładnie taki sam jak promienia który padł na oblask. Może to jednak przypadek? Spróbujmy zaświecić na odblask pod innym kątem. Promień pada na jedną z powierzchni odbija się, pada na drugą i znów to samo. Promień wraca skąd przybył przesunięty tylko o kilka milimetrów. W ten sposób cała wiązka światła padająca na taki odblask wraca do źródła czyli w kierunku samochodu. Dzięki temu kierowca doskonale widzi tak oznakowanego uczestnika ruchu. Wiesz już sporo o tym jak światło się odbija od gładkich powierzchni. Niewiele jest jednak na świecie powierzchni bardzo gładkich. Pomyśl, co się stanie gdy światło trafi na powierzchnię chropowatą? Też się odbije ale efekt tego odbicia będzie inny. W innym filmie tej playlisty mówiliśmy o cieniu i półcieniu. Cień definiowaliśmy jako miejsce gdzie nie dochodzi światło. Jeśli jednak w jakieś miejsce nie dochodzi światło to powinno być ono pogrążone w nieprzeniknionym mroku. Tak jest na przykład z ciemną stroną księżyca. Jednak w codziennych sytuacjach cień to tylko obszar nieco ciemniejszy od tego, który jest oświetlony. Dlaczego? Do obszaru cienia nie dociera światło bezpośrednie. Dociera jednak światło rozproszone. To pojęcie zaraz sobie wyjaśnimy. Wiemy, że kiedy światło pada na lustro odbija się od niego i to dzięki temu widzimy swoje odbicie. Co się jednak dzieje, kiedy światło pada na mniej gładką powierzchnię na przykład ścianę? Nawet najbardziej gładkiej ścianie dużo brakuje do lustra. Fakt, że ma dolinki, górki i fałdki nie zmienia jednak tego że i od niej światło będzie się odbijało i to zgodnie z zasadą mówiącą że kąt odbicia jest równy kątowi padania. Z tym, że z powodu nierówności ściany promienie światła padają na jej powierzchnię pod różnym kątem a więc i pod innym się odbijają. W efekcie równoległa wiązka promieni rozbiega się, czyli się rozprasza. Światło z lampy czy latarki rozchodzi się więc liniowo podając na meble i ściany nie dochodząc bezpośrednio do tych miejsc, które są przed nimi zasłonięte. Jednak po odbiciu od nierównych powierzchni rozchodzą się właściwie w każdy kąt pokoju sprawiając, że nawet najciemniejsze miejsca nie są całkowicie czarne. Aby lepiej zrozumieć pojęcie odbicia i rozpraszania światła zróbmy doświadczenie. Weźmy dwie kartki papieru. Jedną błyszczącą, a drugą zwykłą na przykład papier do drukarki. Oświetlmy obie światłem o takiej samej mocy. Co obserwujemy? Od pierwszej kartki promienie odbijają się w taki sposób, że duża ich część trafia do naszego oka co my obserwujemy jako jej błyszczenie się. Tego efektu nie daje powierzchnia kartki do drukarki. Wniosek? Kartka do drukarki rozprasza promienie światła w większym stopniu. Oznacza to, że choć powierzchnia takiej kartki w dotyku i na oko wydaje nam się gładka w rzeczywistości ma wiele nierówności podobnie jak ściana. Kartka, która się błyszczy ma tych nierówności znacznie mniej. A teraz zadanie dla Ciebie. Promień odbił się od dwóch płaszczyzn zgodnie z rysunkiem. Oblicz kąt odbicia promienia od drugiej płaszczyzny. Rozwiąż zadanie, a następnie porównaj swoje obliczenia z moimi. W zadaniu tym musimy posłużyć się zasadami geometrii. Między płaszczyznami i promieniem powstał trójkąt. Suma kątów trójkąta to 180 stopni. Jeden z kątów znamy. Ma on 110 stopni. Wiemy, że kąt padania jest równy kątowi odbicia. A więc kąt pomiędzy płaszczyzną a promieniem również jest równy po stronie promienia padającego i odbitego. Ten kąt ma więc także 38 stopni. Obliczmy teraz ten kąt. Aby to zrobić musimy od 180 stopni odjąć 110 i 38. Otrzymujemy 32 stopnie. Teraz możemy obliczyć kąt padania promienia na drugą płaszczyznę. 90 stopni minus 32 stopnie to 58 stopni. Kąt padania i kąt odbicia są dla tej płaszczyzny takie same. A więc 58 stopni to także kąt odbicia a tym samym nasz wynik. Prawo odbicia światła mówi że kąt odbicia jest równy kątowi padania a promień padający i odbity oraz normalna leżą w jednej płaszczyźnie. Normalna to prosta prostopadła do powierzchni, na którą pada i od której odbija się promień. Kąt padania to kąt zawarty między promieniem padającym, a normalną. Kąt odbicia to kąt zawarty między promieniem odbitym, a normalną. Rozproszenie polega na odbiciu światła w różnych kierunkach. Przyczyną rozproszenia może być nierówna powierzchnia a także mgła czy kurz w powietrzu. Zanim pójdziesz szukać lusterka i wybierzesz się puszczać świetlne zajączki, koniecznie polub ten film i zasubskrybuj nasz kanał.

Ćwiczenia

Interaktywne ćwiczenia związane z tą wideolekcją.

Materiały dodatkowe

Inne zasoby do wykorzystania podczas zajęć z tego tematu.

Lista wszystkich autorów


Scenariusz: Dobrawa Szlachcikowska

Lektor: Dobrawa Szlachcikowska

Konsultacja: Anna Soliwocka, Małgorzata Załoga, Andrzej Pieńkowski

Grafika podsumowania: Patrycja Ostrowska

Kontrola jakości: Małgorzata Załoga

Montaż: Dobrawa Szlachcikowska

Animacja: Patrycja Ostrowska

Opracowanie dźwięku: Aleksander Margasiński


Produkcja

Katalyst Education

Lista materiałów wykorzystanych w filmie


Boing Boing Video (CC BY)
awd42 (CC BY)
NASA (Domena Publiczna)
NASA Goddard (Domena Publiczna)
wirestock (Licencja Freepik)
NASA (Domena Publiczna)
master1305 (Licencja Freepik)
BSER Official (CC BY-NC-SA 3.0)
Freepik (Licencja Flaticon)
Clker-Free-Vector-Images (Licencja Pixabay)
Hietaparta (Licencja Pixabay)
Free-Photos (Licencja Pixabay)
Mercury (CC0)
mohamed_hassan (Licencja Pixabay)
Freepik (Licencja Flaticon)
Gabriel Hohol (Licencja Pexels)
FinnishCameraman (Licencja Pixabay)
PellissierJP (Licencja Pixabay)
Free-Photos (Licencja Pixabay)
cottonbro (Licencja Pexels)
Athena (Licencja Pexels)
Daria Shevtsova (Licencja Pexels)
Duane Wilkins (Licencja Pexels)
cottonbro (Licencja Pexels)
Magda Ehlers (Licencja Pexels)
Timotej Nagy (Licencja Pexels)
Marius Mann (Licencja Pexels)
Juan Pablo Serrano Ar (Licencja Pexels)
PIX1861 (Licencja Pixabay)
Freepik (Licencja Flaticon)
Katalyst Education (CC BY)