Tas, ka jūs varat ieskatīties spogulī un redzēt savu atspulgu, šķiet tik pašsaprotami, ka ikdienā par to reti aizdomājamies. Tomēr aiz šī vienkāršā procesa slēpjas būtiska fizikāla parādība - gaismas atstarošanās. Līdzīgu piemēru var novērot arī dabā. Ja skatāties uz mierīgu ūdens virsmu, tajā var ieraudzīt apkārtējo ēku, koku vai ainavas atspulgu. Tas notiek tāpēc, ka daļa gaismas, sasniedzot ūdens virsmu, atstarojas un nonāk jūsu acīs.
Spogulis atstaro visus priekšmetus, nemainot to būtību.
Konfūcijs, ķīniešu filozofs
Atstarošanās nav raksturīga tikai gaismai. Arī skaņas viļņi var atstaroties no šķēršļiem, radot, piemēram, atbalsi. Seismiskie viļņi var atstaroties no dažādām Zemes iekšienes robežām, un šo parādību izmanto Zemes uzbūves pētīšanai. Taču viļņiem iespējama arī cita būtiska parādība, proti, laušana. Tā notiek, kad vilnis pāriet no vienas vides otrā un maina izplatīšanās virzienu vai ātrumu. Piemēram, ūdenī iegremdēts zīmulis var izskatīties saliekts, bet lēcas izmanto gaismas laušanu, lai fokusētu gaismu. Lai saprastu, kā darbojas atstarošanās un laušana, vispirms jāaplūko šo parādību saistība ar viļņu izplatīšanos.
Atstarošanās un laušana sākas ar viļņu uzvedību
Gan viļņu atstarošanās, gan viļņu laušana ir saistīta ar to, kas notiek, vilnim sastopoties ar robežu starp divām vidēm.
Vilnis pārnes enerģiju no vienas vietas uz citu. Atkarībā no viļņa veida un vides īpašībām, sastopot robežu vai šķērsli, tā enerģija var tikt atstarota, lauzta, absorbēta vai pārraidīta.
Mehāniskajiem viļņiem, piemēram, skaņai, nepieciešama materiāla vide. Skaņa var izplatīties gāzēs, šķidrumos un cietvielās. Savukārt elektromagnētiskajiem viļņiem, piemēram, gaismai un radioviļņiem, materiāla vide nav nepieciešama - tie var izplatīties arī vakuumā.
Vilnis, sastopot robežu starp vidēm, var atstaroties, lauzties, absorbēties vai tikt pārraidīts. Gaisma var izplatīties vakuumā, bet skaņai nepieciešama materiāla vide.
Svarīgi arī atcerēties, ka gaisma ir elektromagnētisks vilnis, bet skaņa ir mehānisks vilnis. Tāpēc to mijiedarbība ar vidi atšķiras.
Elektromagnētiskie viļņi un gaismas atstarošanās
Elektromagnētiskie viļņi ietver ne tikai redzamo gaismu, bet arī radioviļņus, mikroviļņus, infrasarkano starojumu, ultravioleto starojumu, rentgenstarojumu un gamma starojumu. Elektromagnētiskie viļņi var izplatīties vakuumā. Tomēr, nonākot saskarē ar vielu, to izplatīšanos var ietekmēt vielas īpašības. Gaisma var tikt atstarota, absorbēta vai pārraidīta, bet, pārejot no vienas optiskās vides citā, tā var arī lauzties. Piemēram, stikls lielu daļu redzamās gaismas caurlaiž, tāpēc mēs varam redzēt caur logu. Spogulis savukārt ir izveidots tā, lai gaisma no tā virsmas lielā mērā atstarotos, veidojot skaidru attēlu.
Kas ir atstarošanās?
Atstarošanās ir viļņa izplatīšanās virziena maiņa, vilnim sastopot robežu vai šķērsli, kā rezultātā vilnis atgriežas vidē, no kuras tas nācis.
Gaisma izplatās pa gaisu un, sasniedzot spoguļa virsmu, maina izplatīšanās virzienu. Atstarotā gaisma nonāk jūsu acīs, un jūs redzat spogulī savu attēlu.
Ja skaņas vilnis sastop pietiekami lielu un cietu šķērsli, daļa skaņas enerģijas var tikt atstarota. Ja atstarotā skaņa līdz klausītājam nonāk ar pietiekamu aizkavi, jūs varat dzirdēt atbalsi.
Tātad viļņu atstarošanās nav tikai optiska parādība. Tā var notikt ar dažādu veidu viļņiem, un tās pamatprincips ir vienāds: vilnis sastop robežu vai šķērsli un maina savu izplatīšanās virzienu.
Atstarošanās notiek, kad vilnis sastop robežu vai šķērsli un maina savu izplatīšanās virzienu. Piemēri ir gaismas atstarošanās spogulī un skaņas viļņa atgriešanās kā atbalss.
Gaismas atstarošanās un laušana: kas notiek, gaismai sastopot virsmu?
Tieši gaismas atstarošanās ir viena no visbiežāk novērojamajām viļņu atstarošanās izpausmēm. Tomēr gaisma neuzvedas vienādi uz visām virsmām. Kad gaismas vilnis sasniedz robežu starp divām vidēm, daļa gaismas var tikt atstarota, daļa - absorbēta, bet daļa - pārraidīta otrā vidē. Tas, kas notiek ar gaismu, ir atkarīgs no materiāla īpašībām, virsmas struktūras un gaismas viļņa garuma.
Piemēram, spoguļa virsma nodrošina galvenokārt virzienā sakārtotu atstarošanos, tāpēc tajā var redzēt skaidru attēlu. Savukārt ķieģeļu siena arī atstaro gaismu, taču tās nelīdzenā virsma izkliedē atstaroto gaismu dažādos virzienos. Tāpēc jūs tajā neredzat savu atspulgu.
Četri galvenie gaismas mijiedarbības veidi ar vielu
Kad gaisma sasniedz vielas virsmu vai pāriet citā vidē, iespējami vairāki procesi:
- pārraide: gaisma izplatās caur materiālu un nonāk otrā pusē. Caurspīdīgi materiāli, piemēram, tīrs stikls, lielu daļu redzamās gaismas pārraida,
- absorbcija: materiāls absorbē daļu gaismas enerģijas. Šī enerģija var pārvērsties, piemēram, siltumenerģijā,
- spoguļatstarošanās: gaisma atstarojas no gludas virsmas sakārtotā virzienā, tāpēc var veidoties skaidrs attēls,
- izkliedētā atstarošanās: gaisma atstarojas no nelīdzenas virsmas dažādos virzienos, tāpēc skaidrs attēls neveidojas.
Svarīgi: gaismas atstarošanās notiek arī no virsmām, kurās mēs neredzam atspulgu. Āda, papīrs, mēbeles, sienas un citi objekti atstaro daļu gaismas, un tieši tāpēc mēs tos varam redzēt.
Gaismas atstarošanās likums
Lai precīzi aprakstītu gaismas atstarošanos, fizikā izmanto atstarošanās likumu.
Atstarošanās likums nosaka: krišanas leņķis ir vienāds ar atstarošanās leņķi. Abi leņķi tiek mērīti attiecībā pret normāli: iedomātu taisni, kas novilkta perpendikulāri virsmai punktā, kur gaismas stars uz to krīt. Tātad, ja gaismas stars krīt uz virsmu 45° leņķī pret normāli, tas atstarojas 45° leņķī pret normāli.
Krišanas leņķis = atstarošanās leņķis. Abi leņķi tiek mērīti pret normāli - taisni, kas ir perpendikulāra virsmai.
Krišanas leņķis un atstarošanās leņķis
Ir svarīgi nejaukt leņķus ar leņķi starp gaismas staru un pašu virsmu. Krišanas leņķis ir leņķis starp krītošo gaismas staru un normāli, savukārt atstarošanās leņķis ir leņķis starp atstaroto staru un normāli.
Atstarošanās likums attiecas arī uz nelīdzenām virsmām, taču katrā konkrētajā virsmas punktā staru atstarošanās notiek saskaņā ar šo likumu. Tā kā virsmas mikroskopiskās daļas ir orientētas dažādos virzienos, kopumā rodas izkliedētā atstarošanās.
Kas nosaka gaismas atstarošanos?
Ar to, ka virsma ir „spīdīga” vai „gluda”, vien nepietiek, lai pilnībā izskaidrotu tās atstarojošās īpašības. Svarīga nozīme ir materiāla elektronu mijiedarbībai ar elektromagnētisko starojumu. Gaismas elektriskais lauks iedarbojas uz materiāla lādētajām daļiņām, tostarp elektroniem, un šī mijiedarbība nosaka, kā konkrētais materiāls reaģē uz dažādu frekvenču elektromagnētisko starojumu. Tas palīdz izskaidrot arī to, kāpēc dažādi materiāli absorbē un atstaro atšķirīgus gaismas viļņu garumus.
Kāpēc objektiem ir dažādas krāsas?
Redzamā gaisma sastāv no dažāda viļņa garuma elektromagnētiskā starojuma, ko cilvēka acs uztver kā dažādas krāsas. Kad balta gaisma nonāk uz objekta virsmas, materiāls dažus viļņu garumus var absorbēt vairāk, bet citus — atstarot vairāk. Tieši atstarotās gaismas spektrālais sastāvs ietekmē to, kādu krāsu mēs redzam. Piemēram, sarkans objekts galvenokārt atstaro sarkanajai gaismai atbilstošo starojumu, bet lielā mērā absorbē citus redzamā spektra viļņu garumus.
Kas ir gaismas laušana?
Gaismas laušana ir gaismas izplatīšanās virziena maiņa, gaismai pārejot no vienas optiskās vides citā. Tā notiek tāpēc, ka gaismas izplatīšanās ātrums dažādās vidēs atšķiras. Piemēram, gaismai pārejot no gaisa stiklā vai ūdenī, tās ātrums mainās. Ja gaisma uz robežvirsmu krīt slīpi, mainās arī tās izplatīšanās virziens - gaisma lūst.
Svarīgi nošķirt pārraidi no laušanas: pārraide nozīmē, ka gaisma pāriet caur materiālu, savukārt laušana raksturo tās virziena maiņu, pārejot no vienas vides otrā.
Gaismas laušana prizmā
Viens no pazīstamākajiem gaismas laušanas piemēriem ir stikla prizma. Kad baltā gaisma ieiet prizmā, tā maina izplatīšanās virzienu. Tā kā dažādu viļņa garumu gaisma stiklā izplatās nedaudz atšķirīgi, dažādas redzamās gaismas spektra daļas tiek lauztas atšķirīgā pakāpē. Šo parādību sauc par dispersiju. Rezultātā baltā gaisma var sadalīties krāsu spektrā, kas atgādina varavīksnes krāsas. Tātad prizmas darbībā nozīme ir ne tikai gaismas laušanai, bet arī tam, ka laušanas pakāpe ir atkarīga no gaismas viļņa garuma.
Secinājums
Atstarošanās un laušana ir divas būtiskas parādības, kas raksturo viļņu, īpaši gaismas, uzvedību, saskaroties ar robežu starp vidēm. Atstarošanās gadījumā vilnis maina izplatīšanās virzienu un atgriežas sākotnējā vidē, savukārt laušanas gadījumā vilnis pāriet citā vidē un, mainoties tā izplatīšanās ātrumam, var mainīt arī virzienu.
Gaismas atstarošanās ļauj mums redzēt attēlus spoguļos, bet izkliedētā atstarošanās nodrošina iespēju saskatīt ikdienas priekšmetus un virsmas. Savukārt gaismas laušana ir pamatā tādu optisko ierīču darbībai kā lēcas un prizmas, kā arī izskaidro, kāpēc priekšmeti, kas atrodas ūdenī, dažkārt šķiet nobīdīti vai saliekti.Gan viļņu atstarošanās, gan viļņu laušana ir cieši saistīta ar viļņu īpašībām un mijiedarbību ar vidi. Izprotot šos procesus, jūs varat vieglāk izskaidrot daudzas optiskas parādības, ko novērojat ikdienā.
Atstarošanās un laušana īsumā
- Atstarošanās notiek, kad vilnis sastop robežu vai šķērsli un atgriežas sākotnējā vidē.
- Laušana notiek, vilnim pārejot no vienas vides citā un mainoties tā izplatīšanās ātrumam.
- Gaismas atstarošanās no gludas virsmas var veidot skaidru attēlu, piemēram, spogulī.
- No nelīdzenām virsmām gaisma galvenokārt atstarojas izkliedēti, tāpēc skaidrs atspulgs neveidojas.
- Atstarošanās likums nosaka, ka krišanas leņķis ir vienāds ar atstarošanās leņķi, un abi leņķi tiek mērīti attiecībā pret normāli.
- Gaismas laušana ir saistīta ar gaismas ātruma maiņu, tai pārejot starp dažādām optiskajām vidēm.
- Prizmā gaismas laušana kopā ar dispersiju sadala balto gaismu dažādu krāsu spektrā.
- Viļņu atstarošanās un viļņu laušana nav tikai gaismas parādības - līdzīgi procesi iespējami arī citiem viļņu veidiem.
Rezumēt ar MI
Vai jums patika šis raksts? Novērtējiet rakstu!
Loading...
