Põhikooli Füüsika (2)

Füüsika on loodusteadus, mis uurib loodust kõige üldisemas mõttes: kõigi mateeriavormide üldisi omadusi. Füüsikud uurivad aine ja jõudude vastasmõju.
Optika on füüsika haru, mis kirjeldab valguse käitumist ja omadusi ning vastasmõju ainega. Optika seletab optikanähtusi. Tavaliselt kirjeldab optika nähtava, infrapunase ja ultravioletse valguse nähtusi. Et aga valgus on elektromagnetkiirgus , siis ilmnevad analoogilised nähtused ka röntgenikiirguse, mikrolainete, raadiolainete ning teiste elektromagnetkiirguse liikide korral.
Valgusallikas on valgust kiirgav keha. Valgusallikaid liigitatakse soojuslikeks (kuumadeks) ja külmadeks. Valgus on elektromagnetkiirgus, mille lainepikkus on vahemikus 380...760 nanomeetrit. Valguskiirgus tekitab inimese silmas valgusaistingu. Erineva lainepikkusega valguskiirgust tajub inimene erineva värvusena. Inimene on võimeline eristama 2 nanomeetri suurust muutust valguskiirguse lainepikkuses. Seega on inimene teoreetiliselt võimeline eristama umbes 150 spektrivärvi. Mõnikord mõistetakse valgusena ka ultraviolettkiirgust ja infrapunakiirgust. Valgus on energia, mis liigub edasi kiirguse teel.
Valgus jaguneb kolme ossa :
1. Nähtav valgus, mis tekitab nägemisaistingu ja inimene saab jälgida ümbritsevat keskkonda silmadega .
2. Infravalgus , see osa valgusest, mis kannab edasi soojust ja seega nimetatakse teda ka soojuskiirguseks.
3. Ultravalgus, samuti nähtamatu inimsilmale nagu infravalguski ja on inimorganismile suuramal või vähemal määral kahjulik.
Valgusallikate liigitus.
Soojuslikud valgusallikad kiirgavad valgust seetõttu, et nad on kuumad. Selliste valgusallikate hulka kuuluvad näiteks päike, lõke, hõõglamp.
Külmad valgusallikad kiirgavad valgust, olles ise jahedad. Sellisteks valgusallikateks on näiteks virmalised , kuvariekraan, jaanimardikad , luminofoorlamp .
Top of Form
Bottom of Form
Valgusallikad
jaanimardikad
hõõglamp
teler
lõke
luminofoorlamp
päike
virmalised

Peegelpinnale suunduvat valguskiirt (joonisel vasakpoolne valguskiir ) nimetame langevaks kiireks ja sealt lahkuvat kiirt (joonisel parempoolne valguskiir) peegeldunud kiireks. Kohta, kuhu valguskiir langeb, on joonistatud peegelpinnale ristsirge n.  Langemisnurgaks nimetatakse nurka langeva kiire ja peegelpinna ristsirge vahel ja seda tähistatakse kreeka tähega ( loe: alfa) Peegeldumisnurgaks nimetatakse nurka peegeldunud kiire ja peegelpinna ristsirge vahel ja seda tähistatakse kreeka tähega (loe: beeta) Sõltuvusi, mis kehtivad väga paljudel juhtudel, nimetatakse seaduspärasusteks või seadusteks. 
Paralleelse valgusvihu peegeldumine tasapeeglilt - ,ujutame langevat valgusvihku kahe kiire abil ja tähistame need tähtedega A ja B. Konstrueerime peegeldunud valgusvihu ja tähistame peegeldunud kiired vastavalt A´ja B´
Peegeldumisel tasapeeglilt vahetub parem-vasak pool, valgusvihk jääb aga endiselt paralleelseks. Valguse peegeldumist, mille tulemusena valgus levib kõikvõimalikes suundades, nimetatakse hajusaks peegeldumiseks. Keha pinda, mis peegeldab valguse kindlas suunas, nimetatakse peegelpinnaks. Keha pinda, mis peegeldab valgust hajusalt, nimetatakse mattpinnaks. Must pind neelab suurema osa pealelangevast valgusest. Valge pind peegeldab suurema osa pealelangevast valgusest. Mida tumedam on keha pind, seda gohkem valgust kehas neeldub ja vähem peegeldub. Valguse peegeldumisel ja neeldumisel kehtib energia jäävuse seadus: energia ei teki ega kao, vaid muundub ühest liigist teise. Keha pinnale langev valgusenergia on võrdne kehalt peegeldunud valgusenergia ja kehas neeldunud energia summaga : E=Epeegeldunud+Eneeldunud .
 
Valgus on nähtav ainult siis, kui ta silma levib. Täielikus pimeduses me ei näe midagi!
 
Valgusallikaid näeme neilt kiirguva valguse tõttu! 
 
Kehad on nähtavad neilt peegeldunud valguse tõttu! 
Nägemine peegli abil.
Vaatlejale näib, et valgus lähtub valguskiirte pikenduste lõikepunktist B, kuid oma kogemuste põhjal teame, et valgust kiirgav laterrn pole mitte vees, vaid posti otsas!
Ruumipiirkonda eseme taga, mida valgusallikas ei valgusta, nimetatakse täisvarjuks. Ruumipiirkonda eseme taga, mida valgusallikas valgustab osaliselt, nimetatakse poolvarjuks. 


Vari väikesemõõtmelise valgusallika korral.
 
Valgus levib kollasest väikesest valgusallikast sirgjooneliselt tema teele jääva esemeni ja sellest mööda. Eseme taha valgus ei levi ja tekib täisvari.
Vari mitme väikesemõõtmelise valgusallika korral.
Mitme väikese valgusallika korral tekib täisvari väiksem ja lisandub ka poolvari , kuhu valgus paistab osaliselt. Eraldi võetuna tekitavad mõlemad valguspunktid täisvarju, kuid koosmõju on teistsugune ja sarnaneb suuremõõtmelise valgusallika tekitatud varju moodustumisele.
Vari suuremõõtmelise valgusallika korral.
Suuremõõtmelise valgusallika korral tuleb täisvarju leidmiseks konstrueerida vari valgusallika iga punkti jaoks ja leida see ruumiosa , mida valgusallika ükski punkt ei valgusta. Esmakordselt määras valguse kiiruse katseliselt taani astronoom Olaf Römer  1676. aastal ja sai selleks 220 000 km/s. 200 aastat hiljem määras ameerika teadlane Albert Michelson valguse kiiruse samuti katsete tulemusel ja sai selleks ligikaudu täpse tänaseks teadaoleva kiiruse, so ≈ 300 000 km/s. Valguse kiiruse tähis vaakumis on c.
Valguse kiirus erinevates ainetes.
AINE
VALGUSE KIIRUS SELLES
Õhk
300 000 km/s
Vesi
225 000 km/s
Klaas
200 000 km/s
Teemant
124 000 km/s
Kõikide läbipaistvate ainete ning õhutühja ruumi üldnimetuseks valgusõpetuses on optiline keskkond. Optilist keskkonda iseloomustatakse optilise tiheduse abil. Mida väiksem on valguse kiirus keskkonnas, seda optiliselt tihedamaks loetakse keskkonda. 
Valguse levimise aeg taevakehadelt Maale.
TAEVAKEHA
VALGUSE LEVIMISE AEG MAALE
Kuu
1,3 sekundit
Päike
8,3 minutit
Lähim täht päikesele
4,3 aastat
Põhjanael
500 aastat
Andromeeda udukogu
2 000 000 aastat
Kaugeim seni teadaolev galaktika
15 miljardit aastat
Valguse levimise suuna muutumist kahe optilise keskkonna piirpinnal nimetatakse valguse murdumiseks. Valguse murdumise iseloomustamiseks kasutatakse lisaks langeva kiire ja langemisnurga mõistele murdunud kiire ja murdumisnurga mõisteid. Valguskiirt, mis levib teise keskkonda nimetatakse murdunud kiireks. Murdumisnurgaks nimetatakse nurka murdunud kiire ja pinna ristsirge vahel ja seda tähistatakse kreeka väiketähega gamma : γ.

Valguse levimisel optiliselt hõredamast keskkonnast optiliselt tihedamasse keskkonda murdub valguskiir pinna ristsirge poole. Valguse levimisel optiliselt tihedamast keskkonnast optiliselt hõredamasse keskkonda murdub valguskiir pinna ristsirgest eemale.
Optiliselt ühtlases keskkonnas levib valguskiir sirgjooneliselt.
Valguse levimisel õhust klaasi on murdumisnurk langemisnurgast väiksem.
Kui valgus langeb pinnaga risti, siis valgus ei murdu, kõikidel ülejäänud langemisnurkade korral on murdumisnurk väiksem langemisnurgast.
Valguse levimisel klaasist õhku murdub valguskiir pinna ristsirgest eemale.
 
Valguse levimise suuna muutumisel vastupidiseks jääb valguskiire tee samaks.
Kas selline joonisel kujutatud valguskiirte liikumine on võimalik?  On küll! Siin kehtib valguse levimise pööratavuse seaduspärasus. 
Valguse levimine prismas
Valguse levimisel läbi prisma murdub valgus prisma aluse poole. 
Valguskiir - valgusenergia levimist näitav joon. Päikesevarjutus tekib,kui Kuu oma liikumisel ümber Maa on varjanud Päikese. Kuuvarjutus tekib,kui Kuu on sattunud Maa varju koonusesse.
Valguse peegeldumine - Korrapärane peegeldumine-tekib siis,kui pinna konaruse mõõtmed on lainepikkusest väiksemad. Hajus ehk difuusne peegeldumine-tekib siis,kui pinna konaruse mõõtmed on lainepikkusest suuremad. Peegeldumisseadus-langev kiir,peegeldunud kiir ja pinna ristsirge on ühes tasandis .Langemisnurk ja peegeldumisnurk on võrdsed.
Valguse murdumine - valguse levimissuuna muutumine kahe läbipaistva keskkonna piirpinnal. Murdumisseadus - langev kiir,murdunud kiir ja pinna ristsirge on ühes tasandis. Langemisnurga ja murdumisnurga siinuste suhe on kahe keskkonna jaoks jääv.
Keskkond on optiliselt tihedam, kui valguse kiirus temas on väiksem.Kui valgus läheb hõredamast tihedamasse keskkonda,murdub ta pinna ristsirge poole.
Täielik peegeldus - kui valgus läheb tihedamast hõredamasse keskkonda ja sellega ei kaasne murdumist,siis teatud langemisnurga korral tekib täielik peegeldus ja valgus peegeldub tihedamasse keskkonda tagasi.Täieliku peegelduse piirnurk -langemisnurk,millele vastav murdumisnurk on 90 kraadi.
Lääts - sfääriliste pindadega piiratud läbipaistev keha. Läätsi on kahte liiki:1) kumerlääts - keskelt paksem kui servades, koondab valgust.
2 )nõguslääts - keskelt õhem kui servadest, hajutab valgust.
Fookus - punkt,kuhu koondub paralleelne valgusvihk pärast kumeläätses murdumist. Fookuskaugus - läätse ja fookuse vaheline kaugus. Läätse optiline tugevus - fookuskauguse pöördväärtus(D=1/f). Läätse optiline peatelg - ühendab kerapindade keskpunkte.
Kujutis nõgusläätses - kujutis on alati vähendatud, samapidine, näiv, samal pool läätse. Kui lääts on koondav , siis fookuskaugus on positiivne, kui hajutav on fookuskaugus negatiivne. Kui kujutis on tõeline, siis kujutise kaugus positiivne, kui näiv, siis kujutise kaugus negatiivne.
Sarvkest - toimub valguse esimene murdumine. Silmalääts - kinnitub silmalihaste abil,mis muudavad läätse kumerust . Klaaskeha - läbipaistev, poolvedel . Võrkkest - siia tekib kujutis. Kujutis on vähendatud, ümberpööratud, tõeline, asub läätse ja kahekordse fookuse vahel. Võrkkestal on valgustundlikud rakud - kolvikesed ja kepikesed.
Parima nägemise kaugus on 25cm. Nägemise järgi jaotatakse inimesed:1) normaalnägija - kujutis tekib võrkkestale nii lähedastest kui kaugetest esemetest.~30% 2) lühinägija - lähedale näeb hästi, kaugele halvasti.Lähedastest esemetest tekib kujutis võrkkestale,kaugetest tekib kujutis võrkkesta ette.Kasutab nõgusläätsedega prille.~20% (ahjutab valgust). 3) kaugelenägija - näeb kaugele hästi, lähedale halvasti. Kaugetest esemetest tekib kujutis võrkkestale, lähedastest võrkkesta taha. Kasutab koondavaid läätsi.~50 (koondab valgust).
Valguslaine - ruumis levivate elektri-ja magnetvälja perioodiline muutumine. Laineperiood - aeg, mis kulub ühe lainepikkuse läbimiseks. Laine sagedus - näitab mitu võnget teeb laine sekundis. Laine kiirus - on võrdne lainepikkuse ja sageduse korrutisega. Laine intensiivsus - näitab,kui palju energiat kannab valguslaine ajaühikus läbi pinnaühiku.
Reflektsioon – peegeldumine. Refraktsioon – murdumine. Difraktsioon – paindumine. Interferents – liitumine. Dispersioon – lagunemine .
Disperisoon - aine absoluutse murdumisnäitaja sõltuvus valguse lainepikkusest. Aine murdumisnäitaja on seda suurem, mida väiksem on valguse lainepikkus.

Valge valgus on liitvalgus , mis koosneb värvilistest valgustest. Spekter vikerkaarevärviline riba. Spekter tekib siis, kui valge valgus murdub läbi prisma, sest eri värvi valgused murduvad prismas erinevalt. Kõige rohkem murdub violetne, kõige vähem punane valgus. Spektri värvid on punane, oranž, kollane, roheline, helesinine, sinine ja violetne. Valgusfiltriks nimetatakse läbipaistvat keha, millega eraldatakse valgusi. Värviline pind peegeldab seda värvi valgust, mis värvi ta ise on ja neelab kõik ülejäänud värvi valgused.
Täht on astronoomias ise valgust kiirgav plasmast koosnev taevakeha, mille