Светлина

Русенски университет „Ангел Кънчев“
Факултет „Природни науки и образование“
Катедра „Педагогика“

Разработка
на тема „Светлина“
по “Основи на природните науки“

Изготвил: Проверил:
Име: Евелин Каменова проф. д-р Тодорка Стефанова
Фак. №: 206429
Специалност: ПНУП

Видин, 2022

2015г.- Световна година на светлината и светлинните технологии
На 20 декември 2013 г., по време на своята 68-ма сесия, Общото събрание на Организацията на обединените нации (ООН) провъзгласи 2015 г. за Международна година на светлината и светлинно-базирани технологии. Чрез обявяване на Международната година на светлината вниманието на световната общественост се фокусира върху темата за светлината в науката и нейните приложения. Светлината играе жизнено важна роля в нашето ежедневие през 21 век, като направи революция в медицината, лежи в основата на международната комуникация чрез интернет и е от съществено значение за културните, икономическите и политически връзки на глобалното общество. 2015 година е естествен кандидат за Международна година на светлината, посветена на редица важни събития в историята на науката за светлината датиращи от преди 50, 100, 150, 200 години и дори по-далеч назад във времето.
През 1815 г., на О. Френел публикува първия научен труд посветен на вълновата теория за светлината, а през 1865 г., Джеймс К. Максуел изгражда „Общата теория на електромагнетизма“ и в частност доказва електромагнитната природа на светлината. През 1915 г., А. Айнщайн публикува „Общата теория на относителността“ (ОТО) в която показа, че светлината е в центъра на структурата на пространството и времето, като предсказа изкривяването на светлината от гравитацията. През 1965 г., А.Пензиас и Р.Уилсън откриват космическото микровълново фоново лъчение - електромагнитното ехо от самото създаване на Вселената. През 2015 година се отбелязват още 1000 години от пионерските творби по оптика на учения Ибн Ал-Хайтам, 400 години от изобретяването на първата соларна технология, захранваща прототип на слънчев двигател. Отбелязването на тези годишнини ще предостави ценни образователни и исторически перспективи.
Светлината- дар от Вселената. От къде идва естествената светлина? Как виждат птици, насекоми и животни? Какво виждат космонавтите?
Светлината е електромагнитно излъчване с дължина на вълната във видимия за човешкото око диапазон на електромагнитния спектър, приблизително от 400 до 750 nm. Съществуват много и различни видове източници на светлина, но условно могат да се разделят на два вида – естествени и изкуствени. Към естествените спадат звездите, галактиките, светкавиците и други. Звездите са небесни тела, представляващи голямо кълбо газ, произвеждащо енергия чрез термоядрен синтез, предимно превръщането на водород в хелий. Тази енергия се разпространява в пространството под формата на електромагнитно излъчване. Галактиките са системи от звезди, междузвезден прах, тъмна материя и плазма. Светкавицата е електрически искров газов разряд, съдържащ огромна енергия, която се освобождава под формата на силно лъчение. Друг естествен източник на светлина е полярното сияние. То се наблюдава вследствие на взаимодействието на заредени частици от слънчевия вятър с магнитосферата и образува поразително красиви разноцветни светлини в небето.
Животните виждат по различен начин светлината и света около нас. Бозайниците (с изключение на маймуните) не могат да различават цветовете. Те виждат само бяло-сиво-черни тонове и забелязват разликите между тяхната яркост. Обратно на популярното вярване, кучетата не виждат света в черно и бяло. Те не го виждат и толкова добре колкото хората. Погледът им е добър на късо разстояние и гледането на нещо, което не е наистина близо, значително размазва образите. Кучетата обаче имат обширно периферно зрение. И котките, също като кучетата и много други животни, имат рефлекторна мембрана (tapetum lucidum) - особен слой на покритие на окото зад ретината, която осигурява по-добро нощно виждане (затова и очите им светят в тъмното). В същото време обаче, това намалява цялостната зрителна чувствителност на котките.
По пътя на светлината през атмосферата. Какво виждат космонавтите? Разсейване на светлината. Пречупване на светлината. Отражение на светлината.
Слънчевото излъчване е съвкупността от електромагнитното и корпускулярното излъчване на Слънцето, което е основен източник на енергия и дневна светлина за Земята. То се разпространява във вид на електромагнитни вълни със скоростта на светлината и достига земната повърхност през атмосферата. Слънчевите лъчи преминават през нея, за да достигнат повърхността, а тя частично ги отразява, разсейва и изменя количеството и качеството им.
Слънчевата светлина и светлината на лампата изглеждат бели, но са смес от всички цветове. Основните цветове, от които е съставен белия цвят са червено, оранжево, жълто, зелено, синьо, индиго и виолетово. Те непрекъснато се преливат един в друг, така че в допълнение към основните цветове има голям брой различни нюанси. И всички могат да се видят в небето под формата на дъга. Въздухът, който изпълва земната атмосфера, е смес от молекули газ и малко количество твърди частици като прах, сажди. Слънчевите лъчи се разсейват от молекулите или твърдите частици в атмосферата като само около една четвърт от светлината достига земната повърхност. Когато слънчевата светлина навлиза земната атмосфера, молекулите на въздушните и водните пари поемат част от светлината и я излъчват отново към всички посоки. Това се нарича разсейване. Небето изглежда синьо, защото заради късата си дължина на вълната, синята светлина по-лесно се разсейва от тази с по-дълга вълна. Тъй като синият цвят се намира в късовълновия край на видимия спектър, се разсейва в атмосферата повече от червения. Затова, ако се вгледаме в небето (но не в слънцето), ще видим синя светлина. В космоса няма въздух. Тъй като не съществуват препятствия, които може да отразят светлината, тя пътува директно до очите на космонавтите. Светлинните лъчи не се разсейват и "небето" изглежда тъмно и черно.
Светлината се пречупва при преминаване на границата на две среди с различна оптична плътност. Тя навлиза във втората среда и променя посоката си на разпространение. Ъгълът на падане α (алфа) е по-голям или по-малък от ъгъла на пречупване β (бета) в зависимост от това, дали светлината преминава от оптично по-рядка в оптично по-плътна среда или обратно. Например при преминаване от въздух (рядка среда) във вода (по-плътна среда) ъгъл α е по-малък. Тогава пречупеният лъч е по-близо до перпендикуляра в точката О на пречупване. А ако светлинният лъч преминава от стъкло (плътна среда) във въздух (рядка среда), ъгълът β е голям и пречупеният лъч е по-далече от перпендикуляра в точката О. Връзката между ъглите на падане и на пречупване е доказана опитно от холандския математик и астроном Снелиус през 17-ти век. Неговият закон гласи: отношението на синусите на ъглите на падане и на пречупване е постоянна величина, наречена показател на пречупване (n) на втората среда спрямо първата.
Отражението е промяна в посоката на фронта на вълна на границата между две различни среди, при което фронтът на вълната се връща в средата, от която идва. Обичайни примери са отражението на светлина, звук или водни вълни. Отражение се получава, когато светлината се връща, отразява от дадена повърхност. Ако повърхността е гладка, явлението се нарича огледално отражение. Най-простият пример за това е отражението от огледало. При неравна повърхност, лъчите светлина се разпръскват в много различни посоки и това се нарича дифузно отражение, тъй като светлината е дифузирана и лъчите са разпръснати.
По пътя на светлината през облаците. Пречупване и отражение на светлината.
Докато светлината преминава през облак, тя взаимодейства с водните капчици, които са много по-големи от атмосферните частици. Когато слънчевата светлина достигне атмосферна частица, синята светлина се разсейва по-силно от другите цветове, създавайки впечатление, че небето е синьо. Но в облака слънчевата светлина се разпръсква от много по-големите водни капчици. Те разпръскват всички цветове почти еднакво, което означава, че слънчевата светлина продължава да остава бяла и така облаците изглеждат бели на фона на синьото небе. По-големи частици като водните капчици в облака разсейват всички дължини на вълната с приблизително еднаква ефективност. Знаейки че в облака има милиони водни капчици, разсеяната светлина взаимодейства и се комбинира, за да генерира бял цвят. Когато облаците са дъждовни, количеството светлина, което разсейват е още по-голямо, тъй като водните капчици в тях са по-големи. Това означава, че по-малко светлина от Слънцето достига дъното на облака, придавайки на дъждовните облаци техния плашещ вид. Тъй като върховете на облаците имат постоянен източник на бяла светлина, те винаги са бели.
Слънчевата дъга е явление, което се изразява в пречупена и отразена в капчици вода светлина. За това най-често виждаме дъгата след дъжд. Дъгата е оптичен ефект и зависи от зрителната точка- ако ние на земята я виждаме като полуокръжности, то пътник в самолет би я видял като пълна окръжност. Това се обяснява с разположението на слънцето. Дъгите, които често наблюдаваме са слънчеви и се появяват в резултат на пречупването на слънчевите лъчи, но има и лунна дъга- резултат от пречупването на лунната светлина, която е по-слаба, за това я възприемаме като бяла светлина, без да осъзнаваме, че е дъга.
Светлинни явления в атмосферата и магнитосферата.
Съществуват много светлинни явления в природата. Част от тях са миражите, дъгата, халогени, слънчеви лъчи и слънчеви стълбове, паргелия, полярните светлини и други.
Мираж (от френски: mirage; на латински: mirare – „появявам се, изглеждам“) е атмосферно оптично явление, при което слънчевите лъчи се пречупват различно поради различната плътност на слоевете въздух. Представлява отражение на небето (което изглежда като вода на шосето) или на отдалечени предмети. Преминаването на слънчевата светлина през цирусовите облаци може да причини някой от оптичните явления, известни като ореоли, слънчеви лъчи или стълбове на слънцето. Когато слънчевата светлина блести през цирусови облаци, всеки малък леден кристал действа като стъклена призма, пречупвайки светлината под ъгъл от 22 ° или 46 °. "Pargelius" в превод от гръцки означава "фалшиво слънце" е една от формите на ореола едно или повече допълнителни изображения на Слънцето се наблюдават в небето, разположени на същата височина над хоризонта като истинското Слънце. Милиони вертикални ледени кристали, отразяващи слънцето, образуват този красив феномен. Сиянието Aurora Borealis, този феномен съществува и в атмосферите на други планети, например Венера. Сиянието е оптично явление, образуващо се в следствие на взаимодействието на заредени частици от слънчевия вятър с магнитосферата. Явлението може да се оприличи на поразително красив танц на разноцветни светлини в небето.
Светлина и познание
„Същността на светлината е бялата светлина. Цветовете са съставени от смес на светлината и тъмнината." -Епохата на Древна Гърция (Аристотел)
Основата на съвременното оптично поле е положена в древна Гърция в изследвания, проведени приблизително през 5-та пр.н.е. до 3-та пр.н.е. Тримата велики философи от древна Гърция, а именно Сократ (469-399 г. пр. н. е.), Платон (427-347 г. пр. н. е.) и Аристотел (384-322 г. пр. н. е.) установяват основите на дисциплините астрономия, биология, математика, политика и философия , и т.н. Тогава Евклид (330-275 г. пр. н. е.) обобщава фундаменталните познания за оптиката, като отражение, дифузия и зрение, в книга, наречена „Оптика“. Тези концепции за светлината, установени в епохата на Древна Гърция, оказват голям ефект до появата на Нютон в края на 17 век.
„Защо луната изглежда по-голяма наблизо хоризонта, отколкото го прави когато е по-високо в небето?" -Ибн ал-Хайтам (Алхазен) 965-1040
Ибн ал-Хайтам направил интензивно проучване на гръцките учени и оставя множество писания на по-късните поколения. В областта на све