Z tego filmu dowiesz się:

  • na czym polega zjawisko załamania światła,
  • w jaki sposób można rozszczepić światło na poszczególne barwy,
  • jak powstaje tęcza.

Podstawa programowa

Pobieranie materiałów

wideo ekran podsumowujący napisy

Licencja: cc-by-nc-sa.svg

Poniższe materiały są udostępnione na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa-Użycie niekomercyjne-Na tych samych warunkach 4.0 Międzynarodowej (https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.pl). Możesz je wykorzystywać wyłącznie jako całość, bez rozdzielania ich na indywidualne elementy składowe. Zabronione jest wycinanie, pobieranie, modyfikowanie, edytowanie i zmienianie elementów składowych (np. grafik, tekstów, dźwięków, logotypów). Licencja CC BY-NC-SA 4.0 nie obejmuje wykorzystywania elementów składowych w utworach pochodnych. Jeśli chcesz wykorzystać ten materiał w swoim niekomercyjnym projekcie, nie zapomnij wymienić jego autorów: Pi-stacja / Katalyst Education.

Transkrypcja

Kliknij na zdanie, aby przewinąć wideo do tego miejsca.

Jeśli lubisz magiczne sztuczki to na pewno spodoba Ci się ta ze znikającą szklanką. Wkładamy szklankę w szklankę, wlewamy płyn i voila, mniejsza szklanka znika. Można patrzeć i patrzeć nie będzie jej widać. Magia? Nie. Fizyka. A konkretnie współczynnik załamania światła. Jeśli zostanie on odpowiednio dobrany przedmiot, na który patrzymy zniknie. Domyślasz się oczywiście że ciecz, którą wlewamy do szklanki nie może być przypadkowa. Jest nią olej który ma współczynnik załamania światła można powiedzieć idealnie dopasowany do szkła. Więcej o załamaniu światła dowiesz się w tej lekcji. Obserwując zanurzoną w wodzie słomkę możemy zauważyć ciekawe zjawisko. Kiedy patrzymy na nią z boku część zanurzona wydaje się być wygięta pod dziwnym kątem. Kiedy spojrzymy na nią z góry wydaje się być podejrzanie krótka. Jak to wyjaśnić? Wiemy przecież że ze słomką nic się nie dzieje. Jednak nasze oczy przeczą temu co wiemy. Aby wyjaśnić słomkowe anomalie zróbmy doświadczenie. Potrzebne nam będzie akwarium napełnione wodą i wskaźnik laserowy. Kierujemy światło lasera na powierzchnię wody, ale tak aby promień lasera dotykał ścianki akwarium. W ten sposób promień lasera będzie dla nas doskonale widoczny. Obserwuj, co się dzieje z promieniem na granicy wody i powietrza. Widać wyraźnie że zmienia się jego kierunek. Mówimy, że promień ulega załamaniu. W filmie o odbiciu i rozproszeniu światła mówiliśmy o kącie padania i kącie odbicia promienia. Kąty te mierzyliśmy między promieniem a normalną, czyli linią prostopadłą do powierzchni. W przypadku załamania będziemy postępować analogicznie. Kąt padania i kąt załamania to kąty między promieniem padającym i odpowiednio załamanym a normalną. Widzimy, że po przejściu z powietrza do wody promień załamał się tak aby być bliżej normalnej. Kąt padania jest więc większy niż kąt załamania. Tak dzieje się kiedy światło przechodzi z ośrodka w którym porusza się szybciej do ośrodka, w którym porusza się wolniej. Pomyśl, co się stanie, jeśli promień będzie przechodził z wody do powietrza? Tak, tym razem odchyli się on od normalnej. Jeśli więc mamy przejście promienia z jednego ośrodka do drugiego to zawsze kąt będzie większy po stronie tego ośrodka gdzie światło porusza się szybciej niezależnie od tego czy jest to kąt padania czy załamania. Dla przejścia między powietrzem, a wodą zawsze większy będzie kąt po stronie powietrza. A co by się stało gdybyśmy do doświadczenia zamiast wody wzięli szklaną bryłę? Podpowiem. W szkle światło porusza się wolniej niż w wodzie. Jeśli światło porusza się w szkle wolniej niż w wodzie to przechodząc z jednego ośrodka do drugiego zwalnia bardziej. Większa zmiana prędkości oznacza silniejsze załamanie promienia. Promień załamany w szkle zbliży się do normalnej bardziej niż w wodzie. Przy tym samym kącie padania kąt załamania będzie mniejszy. Z tą świeżo zdobytą wiedzą wróćmy do naszej krzywej słomki. Promienie, które odbijają się i docierają do naszego oka od tej części słomki która znajduje się nad powierzchnią wody lub oranżady, biegną prostoliniowo. Oko widzi więc tę część słomki dokładnie tam, gdzie się ona znajduje. Promienie, które biegną do naszego oka z fragmentu słomki zanurzonego w cieczy ulegają po drodze załamaniu. Tyle, że nasz mózg odbierając wrażenia z oka o tym nie wie. Dla niego promień powinien być prosty i tak go interpretuje. Gdybyśmy mentalnie wyprostowali nasze złamane promienie słomka znalazłaby się w innym położeniu. I taką właśnie wersję rzeczywistości nie do końca zgodną z prawdą kreuje nasz mózg. Zauważ, że końcówka naszej pozornej słomki znajduje się wyżej niż w rzeczywistej. To tłumaczy dlaczego wydaje nam się ona krótsza a wszystkie przedmioty leżące na dnie szklanki wydają się być dużo bliżej nas niż są w rzeczywistości. Wiemy już, że światło padając na jakąś powierzchnię, na przykład lustro ulega odbiciu. Wiemy także, że promień przechodząc z jednego ośrodka do drugiego ulega załamaniu jeśli światło rozchodzi się w każdym z tych ośrodków z różną prędkością. Jednak woda czy szkło tworzą także płaszczyznę odbijającą światło. Przekonał się o tym każdy kto oglądał swoje odbicie w sklepowej wystawie czy podziwiał widok odbity w powierzchni jeziora. Jak to więc jest? Światło się od powierzchni wody czy szkła odbija czy na niej załamuje? Często robi obie te rzeczy naraz. Część wiązki ulega odbiciu a część załamaniu. Jeśli część nieba jest zaciągnięta deszczowymi chmurami a na jego drugiej części rządzi słońce które jednak chyli się już nieco ku zachodowi możesz zacząć rozglądać się za charakterystycznym wielobarwnym łukiem. Jak widzisz, tęcza ma spore wymagania aby się nam ukazać. Nic więc dziwnego że jest rzadkim gościem. Jak powstaje tęcza? Aby wyjaśnić to zjawisko przeprowadzimy jeszcze jeden eksperyment. Umieszczamy pryzmat na drodze promienia lasera. Promień przechodzi najpierw z powietrza do szkła a następnie z powrotem ze szkła do powietrza. Załamuje się więc po drodze dwukrotnie. Do każdej z płaszczyzn przez które przechodzi promień rysujemy normalną. Widzimy, że promień przy pierwszym przejściu odchyla się w stronę tej linii a przy drugim się od niej oddala. Powtórzmy teraz to samo doświadczenie ale zamiast laserem oświetlmy pryzmat światłem słonecznym. Nie skupimy słonecznej wiązki dlatego nie widzimy tak dobrze drogi promieni przed pryzmatem. Za to to, co się dzieje za pryzmatem widzimy doskonale. Wszystkie barwy tęczy. Co się wydarzyło i dlaczego światło lasera nie dało takiego efektu? Laser emituje światło o jednej długości fali. Każdy pojedynczy promień w wiązce jest taki sam. Dlatego dokładnie w taki sam sposób przechodzi przez pryzmat. Takie światło nazywamy jednobarwnym lub monochromatycznym. Światło słoneczne jest bardziej złożone. Widzimy je jako białe ale tak naprawdę składa się z całego zakresu widzialnego fal elektromagnetycznych a nawet podczerwieni i ultrafioletu. Są tam więc fale o długości odpowiadającej barwie czerwonej pomarańczowej, żółtej i tak aż do fioletu. Każda barwa to inna długość fali a także inna częstotliwość. W próżni każda z tych fal porusza się z tą samą prędkością. W powietrzu różnice są znikome. Jednak w szkle są na tyle znaczące że fale odpowiadające różnym barwom załamują się na pryzmacie pod odrobinę innym kątem. Światło fioletowe załamuje się najbardziej a światło czerwone najmniej. Zachodzi wtedy zjawisko rozszczepienia światła białego na poszczególne barwy. Przekrój barw, jaki widzimy za pryzmatem nazywamy widmem światła białego. Na podobnej zasadzie światło rozszczepia się podczas powstawania tęczy. Tu za pryzmat służy mu kropla wody. Promień padający na taką kroplę ulega załamaniu a następnie odbiciu i drugiemu załamaniu. Kąt między promieniem padającym na kroplę a wychodzącym z kropli światłem czerwonym wynosi 42 stopnie. Dlatego warunkiem zobaczenia tęczy jest umiejscowienie słońca nie wyżej niż 42 stopnie nad horyzontem. Załamanie światła na granicy dwóch ośrodków przezroczystych oznacza zmianę kierunku rozchodzenia się promieni świetlnych na granicy tych ośrodków. Kąt padania i kąt załamania to odpowiednio kąt między promieniem padającym i załamanym a normalną. Przyczyną zjawiska załamania światła jest zmiana prędkości jego rozchodzenia się przy przejściu z jednego ośrodka do drugiego. Wiesz już, czym jest zjawisko załamania światła. Więcej świetlnych tajemnic rozwiązujemy w innych filmach tej playlisty.

Lista wszystkich autorów

Scenariusz: Dobrawa Szlachcikowska

Lektor: Dobrawa Szlachcikowska

Konsultacja: Anna Soliwocka, Małgorzata Załoga, Andrzej Pieńkowski

Grafika podsumowania: Patrycja Ostrowska

Kontrola jakości: Małgorzata Załoga

Napisy: Ewelina Łasa, Татьяна Кравец

Montaż: Dobrawa Szlachcikowska

Doświadczenia: Anna Soliwocka, Anna Bednarek

Opracowanie dźwięku: Aleksander Margasiński

Produkcja:

Katalyst Education

Lista materiałów wykorzystanych w filmie:

DinosoftLabs (Licencja Flaticon)
OpenClipart-Vectors (Licencja Pixabay)
Scigola (Licencja Pixabay)
HomeAdrift (Licencja Pixabay)
Pressmaster (Licencja Pexels)
Martina Tomšič (Licencja Pexels)
Martina Tomšič (Licencja Pexels)
Space Space (Licencja Pexels)
CESAR A RAMIREZ V TR (Licencja Pexels)
Zátonyi Sándor, Fizped (CC BY-SA 3.0)
Mikhail Kalugin (CC BY 3.0)
gziku (Licencja Pixabay)
cottonbro (Licencja Pexels)
Zátonyi Sándor, Fizped (CC BY-SA 3.0)
Tima Miroshnichenko (Licencja Pexels)
Freepik (Licencja Flaticon)
Bluesnap (Licencja Pixabay)
CLEARSTREAMFILM (Licencja Pixabay)

Licencja:

Creative Commons Uznanie autorstwa-Użycie niekomercyjne-Na tych samych warunkach 4.0 Międzynarodowej

cc-by-nc-sa.svg