Verklegar æfingar í náttúrufræði

17 Eðlisfræðilegar útskýringar og hugtök Ljós Ljós er hátíðnisveiflur í rafsviði. Tíðnin er í kringum 5 • 10 14 Hz eða 500 milljónir milljóna sveiflna á sekúndu. Ljósið getur borist bæði um efni og lofttæmi. Sólarljósið berst okkur í gegnum óravíddir í lofttæmi áður en það kemur inn í lofthjúp jarðar. Útbreiðsluhraði í lofttæmi er c = 3 • 10 5 km/s, en nokkru hægari í efni. Öldulengd ljóss á sýnilega bilinu er í grennd við 0,5 µm eða hálfur þúsundasti hluti úr millimetra. Til samanburðar er algeng þykkt á mannshári 50 µm eða 100 öldulengdir. Allir hlutir geisla svokallaðri varmageislun. Við venjulegt hitastig er þessi geislun á tíðnibili sem augu okkar eru ekki næm fyrir. Þegar hitastig er í kringum 1000 °C er geislunin orðin rauðleit samanber glóandi hraun. Hitastig á glóðarþræði í venjulegri ljósaperu er að nálgast 2000 °C og geislar þráðurinn hvítu ljósi. Yfirborð sólar er við 6000 °C hita en andrúmsloft jarðar breytir litasamsetningunni sem berst til okkar svo sólin virðist gulleit. Hraða ljóss í efni, v, einkennum við með brotstuðli n = c/v. Brotstuðull andrúmslofts er mjög nálægt n = 1,0, vatns 1,33 og gler hefur brotstuðulinn n = 1,5. Brotstuðullinn dregur nafn sitt af því að hann stjórnar ljósbroti, þ.e. stefnubreytingu ljósgeisla við það að fara yfir skil tveggja efna með mismunandi ljóshraða. Geisli sem fer inn í efni með hærri brotstuðul (minni ljóshraða) brotnar í átt að línu sem er hornrétt á skilflötinn (normal). Safnlinsa safnar samsíða geislum í brennipunkt í fjarlægð sem kallast brennivídd frá lins- unni. Safnlinsa virkar sem stækkunargler þegar fyrirmyndin er innan brennivíddar frá linsunni og getur varpað mynd á skerm ef fyrirmyndin er utan brennivíddar frá linsunni. Myndin verður öfug, þ.e. það sem sneri upp á fyrirmyndinni verður niður á myndinni og víxlað er á hægri og vinstri. Gleraugu fjarsýnna eru safnlinsur en nærsýnir nota dreifilinsur. Með tveimur eða fleiri linsum má mynda bæði smásjá og kíki. Hvítt ljós er blanda af öldulengdum á bilinu 0,4 til 0,7 µm. Bilið milli 0,4 til 0,5 µm skynjum við sem blátt ljós, grænt og gult er á bilinu 0,5 til 0,6 µm og rautt ofan við 0,6 µm. Ljóshraði í mörgum efnum er svolítið breytilegur með öldulengd. Þennan eiginleika er hægt að nota og láta ljósbrot kljúfa hvítan geisla upp í geislavönd þar sem litirnir hafa hver sína stefnu. Regnboginn myndast við að hvítt sólarljós brotnar við það að fara inn í regndropa, speglast einu sinni á bakhlið dropans og brotnar svo aftur við að fara út úr dropanum í stefnu á augu okkar. Brothornin eru mismunandi fyrir mismunandi liti og því sjáum við liti regnbogans undir mismunandi hornum við línu frá okkur til sólar. Til að kljúfa ljós frá ljósaperu upp í liti er einfaldast að nota þrístrent gler, svokallað prisma.