Rasprostiranje svjetlosti. Tijela iz kojih dolazi svjetlost do naših očiju zovemo izvori svjetlosti. Svjetlosni izvori koji zrače vlastitu svjetlost su primarni izvori, dok su tijela koja zrače svjetlost koja od njih odbija sekundarni izvori.
Odbijanje (refleksija) svjetlosti. Kad svjetlost padne na uglačanu plohu, ona mijenja pravac rasprostiranja - zrake svjetlosti se od nje odbijaju. Ravno zrcalo predstavlja uglačanu ravnu plohu.
Sferno zrcalo je dio uglačane kuglaste (ili neke druge zakrivljene) plohe. Paralelne zrake svjetlosti skupljaju se nakon odbijanja od površine zrcala u žarištu (fokusu). Sferno zrcalo može biti udubljeno (konkavno) ili izbočeno (konveksno). Udubljeno zrcalo daje realne (stvarne) slike, ako je predmet izvan žarišna daljine. Ako je predmet unutar žarišne daljine, slika je uvijek prividna (virtualna).
Za konstrukciju slike koju daje sferno zrcalo koristimo njegove tri karakteristične zrake (vrijedi i za udubljeno i ispupčeno zrcalo):
Realna (stvarna) slika se može uhvatiti na zastoru, uvijek je obrnuta a može se ponovno povećavati što se primjenjuje kod optičkih uređaja - dalekozora, teleskopa itd. Realna slika nastaje u sjecištu odbijenih zraka.
Lom (refrakcija) svjetlosti - pojava koja nastaje kod prijelaza svjetlosti iz jednog u drugo optičko sredstvo
Zakon loma:
Pojavu odbijanja svjetlosti od granice dvaju prozirnih sredstava nazivamo totalna refleksija (potpuno odbijanje) svjetlosti. Tada se granica dvaju prozirnih sredstava ponaša kao ravno zrcalo. Primjenjuje se u optičkim prizmama za skretanje zraka svjetlosti (dalekozori, optički miš i drugi optički instrumenti), u optičkim vlaknim i kabelima (telekomunikacije, pregled unutarnjih organa u medicini itd.); fatamorgana - optička varka nastala zbog zrcaljenja zraka svjetlosti od slojeva zraka nejednake zagrijanosti, a time i različite gustoće. Pri tome predmete vidimo u pogrešnom smjeru, zbog skretanja svjetlosnih zraka.
Optička leća je dio optičkog sredstva omeđenog kuglinim plohama.
Slike koju daju sabirne leće
Slike koju daju rastresne leće - Rastresne leće uvijek daju prividne, uspravne i umanjene slike, bez obzira na položaj predmeta. Prividne slike ne možemo uhvatiti na zastoru niti ih možemo naknadno povećavati. Te slike nastaju s iste strane kao i predmet a vidimo ih u produžetku lomljenih zraka.
Jakost loma zraka svjetlosti pomoću leće se naziva jakost leće. Leća koja ima manju žarišnu daljinu jače lomi zrake svjetlosti. Zato je žarišna daljina mjera za jakost loma leće ili kraće jakost leće. Jakost leće se računa po formuli: j = 1 / f, odakle dobivamo jedinicu za jakost leće: 1/m = m-1. Stariji naziv za jedinicu je dioptrija (dpt), pa vrijedi 1 dpt = 1 / m. Sabirne leće označujemo oznakom (+), a rastresne oznakom (-). Npr. sabirna leća žarišne daljine 0,5 m ima jakost 1/0,5 m = 2 m-1 ili + 2 dpt. Rastresna leća žarišne daljine 20 cm ima jakost 1/0,2 m = 5 m-1 ili -5 dpt.
Disperzija (rasap) svjetlosti - pojava razlaganja višebojne svjetlosti na sastavne boje
Disperzija svjetlosti nastaje zato što se svjetlost različitih boja (različitih valnih duljina) različito lomi. Crvena boja koja ima najveću valnu duljinu najmanje se lomi (ona u staklu ima najveću brzinu), a ljubičasta koja ima najmanju valnu duljinu najviše se lomi (u staklu ima najmanju brzinu od svih boja vidljive svjetlosti)
Priroda svjetlosti (izborna tema) - Svjetlost je elektromagnetski val koji možemo osjetiti našim očima (20. st.)
Elektromagnetski val za svoje širenje ne treba sredstvo (može prolaziti i kroz prazan prostor, vakuum), a kroz prazan prostor se širi brzinom svjetlosti, najvećom mogućom brzinom u prirodi (c = 300 000 km/s brzina svjetlosti u vakuumu, u prozirnim sredstvima je manja v < c).
Optičko sredstvo je tvar kroz koju prolazi svjetlost. Svjetlost se unutar istog sredstva rasprostire pravocrtno. Pravac širenja svjetlosti nazivamo zrakom svjetlosti. Skup svjetlosnih zraka koje zrači izvor svjetlosti zovemo snop zraka.
Pravocrtnim rasprostiranjem objašnjavamo određivanje pravca u različitim poslovima, nastajanje sjene i polusjene, Mjesečeve faze, nastanak pomrčina Sunca i Mjeseca.
Pri odbijanju svjetlosti kut upadanja jednak je kutu odbijanja, α = α' (zakon odbijanja ili refleksije svjetlosti).
Ravno zrcalo daje prividne i uspravne slike iste veličine kao što je i predmet. Predmet je simetričan slici (nastaje prividno na istoj udaljenosti s druge strane zrcala).
Svjetlost se na neuglačanim plohama odbija u svim mogućim pravcima. Tako nastalu svjetlost odbijenu od neravne plohe nazivamo difuzna svjetlost.
1. Zraka koja dolazi paralelno s optičkom osi, nakon odbijanja od zrcala prolazi žarištem
2. Zraka koja prolazi žarištem odbija se paralelno s optičkom osi
3. Zraka koja pada na zrcalo tako da prolazi središtem zakrivljenosti odbija se tako da se vraća natrag istim putem.
Prividna (virtualna) slika je uvijek uspravna, a može se vidjeti u produžetku odbijenih zraka, a nastaje prividno tamo gdje se sijeku produžeci odbijenih zraka.
- upadni kut (α) - kut što ga čini dolazeća zraka s okomicom na granicu dvaju sredstava
- kut loma (β) - kut što ga čini lomljena zraka s okomicom na granicu dvaju sredstava
- optički gušće sredstvo - tvar u kojoj svjetlost ima manju brzinu (npr. voda je optički gušća od zraka).
- optički rjeđe sredstvo - tvar u kojoj svjetlost ima veću brzinu (npr. voda je optički rjeđa od stakla)
- Kada svjetlost prelazi iz optički rjeđeg u optički gušće sredstvo, lomi se prema okomici na graničnu plohu (upadni kut je veći od kuta loma).
- Kada svjetlosna zraka prelazi iz optički gušćeg u optički rjeđe sredstvo lomi se od okomice (upadni kut je manji od kuta loma).
Do loma svjetlosti dolazi pri svakom prijelazu između dva optička sredstva, ako se u njima brzine svjetlosti razlikuju. Koliko će zraka svjetlosti skrenuti s pravca, to ovisi o odnosu brzina u tim sredstvima. Veličina promjene smjera određena je indeksom loma kao omjerom brzina svjetlosti u ta dva sredstva:
- relativni indeks loma n12 = v1 / v2,
- apsolutni indeks loma n = c / v (u odnosu na brzinu svjetlosti u vakuumu)
c = brzina svjetlosti u vakuumu (3 × 108km/s),najveća moguća brzina u svemiru,
v = brzina svjetlosti u nekom optičkom sredstvu (v < c)
- konkavne ili rastresne leće su u sredini tanke, a na rubovima deblje. Imaju svojstvo da rasipaju zrake svjetlosti.
- konveksne ili sabirne leće su u sredini deblje, a na rubovima tanje. One imaju svojstvo da skupljaju zrake svjetlosti.
a) predmet se nalazi dalje od dvostruke žarišne daljine (a >> 2f) - slika nastaje u sjecištu lomljenih zraka na suprotnoj strani od predmeta, realna je, obrnuta i umanjena; što je predmet dalje, to je njegova slika bliže leće; ako je predmet vrlo daleko, njegova slika nastaje vrlo blizu žarišta; takvu sliku predmeta stvara leća našeg oka, objektiv fotoaparata itd.
b) predmet se nalazi između žarišta i dvostruke žarišne daljine (f < a < 2f) - slika nastaje izvan dvostruke žarišne daljine na suprotnoj strani od predmeta, realna je, obrnuta i uvećana; što je predmet bliže leće to je njegova slika dalje od leće; takvu sliku daje npr. mikroskop
c) predmet se nalazi između žarišta i leće (0 < a < f) - slika nastaje u produžetku lomljenih zraka na istoj strani na kojoj je predmet; prividna je, uspravna i uvećana; ovakav položaj predmeta se koristi kada leću koristimo kao povećalo
- bijela svjetlost - Sunčeva svjetlost i svjetlost užarenih čvrstih tijela koja se sastavljena od svih boja vidljive svjetlosti
- spektar - niz boja od kojih se sastoji određena svjetlost
- polikromatska = višebojna svjetlost
- monokromatska = jednobojna svjetlost
Rasipanje bijele svjetlosti u niz boja na kapljicama vode zovemo duga. Duga je posljedica loma svjetlosti u sitnim kapljicama vode u oblaku. Duga nastaje razlaganjem bijele Sunčeve svjetlosti na spektar boja na kapljicama vode.
Niz boja od kojih je sastavljena neka svjetlost zove se spektar. Samo bijela Sunčeva svjetlost daje neprekidni potpuni spektar boja.
U elektromagnetske valove pripadaju redom (idući prema višim frekvencijama): radio-valovi, infracrvene (toplinske) zrake, svjetlost, ultraljubičaste zrake, rendgenske zrake i gama zrake.