Valgusõpetus ehk optika (0)

Valgusõpetus e optika

Valgusallikad – kehad, mis kiirgavad valgust
Soojuslikud valgusallikad on näiteks päike, lõke, hõõglamp, küünlaleek.
Külmad valgusallikad on näiteks virmalised, teleriekraan, jaaniussid, teatud batkerid
Valgusega kandub energia ümbritsevasse ruumi, seepärast tuleb valgusallikale anda energiat. Me oleme harjunud , et valgusallikad kiirgavad valgust, mille tõttu me kehi näeme. Kuid valgusallikad kiirgavad ka sellist valgust, mida me ei näe. Valgust, mis tekitab valgusaistingu, nimetatakse nähtavaks valguseks.
Nähtamatu valgus: infrapuna- (IV) ja ultravalgus (UV). Infravalguse toimel kehad soojenevad ja seetõttu nimetatakse seda valgust soojuskiirguseks. Ultravalgust liigitatakse organismidele väheohtlikukuks ja ohtlikuks. Ohtlik osa võib tekitada nahavähki, mikroobidele mõjub aga surmavalt. Liigse UV eest kaitseb maad osoonikiht.
Valguse levimiseks nimetatakse valgusenergia kandumist ruumi. Valgus levib läbipaistvas aines kui ka tühjuses. Valguse levimine on füüsikaline nähtus.
Valgus levib sirgjooneliselt. Valguse levimise suuna kujutamiseks on kasutusele võetud valguskiirte mõiste. Valguskiired moodustavad valgusvihu . Valgusvihku, mis moodustub teineteisest eemalduvatest valguskiirtest, nimetatakse hajuvaks valgusvihuks. Vlagusvihku, mis koosneb paralleelsetest valguskiirtest, nimetatakse paralleelseks valgusvihuks. Valgusvihku, mis moodustub teineteisele lähenevatest valguskiirtest, nimetatakse koonduvaks valgusvihuks.Valgusel on energiat. Hajuvas VV-s olev ese saab seda vähem valgust, mida kaugemal ta on VA-st. paralleelses VV-s olev ese saab ühepalju energiat sõltumata eseme ja valgusallika vahelisest kaugusest. Koonduvas VV-s olev ese saab seda rohkem energiat, mida lähemal ta on valguskiirte lõikumiskohale ehk fookusele.
Langemisnurgaks nimetatakse nurka langeva kiire ja pinna ristsirge vahel. Langemisnurka tähistatakse kreeka tähestiku väiketähega alfaga. Peegeldumisnurgaks nimetatakse nurka pinnaristsirge ja peegeldunud kiire vahel, mille tähiseks on kreeka tähestiku täht beeta. Valguse peegeldumise korral kehtib seadus: peegeldumisnurk on alati võrdne langemisnurgaga.
Valgust, millel puudub kindel suund, nimetatakse hajusaks valguseks. Ruumis võib olla nii otsene ehk suunatud valgus kui ka hajus valgus. Hajus valgus tekib peegeldumisel mitmesusgustelt kehadelt, tolmult õhus, udult, lumelt. Valguse peegeldumist, mille tulemusena valgus levib kõikvõimalikes suundades, nimetatakse hajusaks peegeldumiseks. Keha pinda, mis peegeldab, valgust kindlas suunas, nimetatakse peegelpinnaks. Keha pinda, mis peegeldab, valgust hajusalt, nimetatakse mattpinnaks. Must pind neelab suurema osa valgusest. Valge pind peegeldab suurema osa valgusest. Keha pinda, millelt vähemalt 95% peegeldub pinnale langevast valgusest, nimetatakse valgeks. Mustalt pinnalt peegeldub alla 5%. Kega pinda, millelt peegeldub 5%-95%, nimetatakse halliks .
Nägemiseks on vaja valgust. Valgust on näha siis, kui see silma levib. Mida eredam on valgus, seda tugevam on silma erutus . Valgusallikaid näeme neilt kiirguva valguse tõttu. Neid kohti keha pinnal, is peegeldavad rohkem valgust, näeme heledamatena kui meid kohti, mis peegeldavad vähem valgust. Me tajume kehi valguse silma langemise sihis.
Ruumipiirkonda eseme taga, mida VA ei valgusta, nimetatakse täisvarjuks. Ruumipiirkonda eseme taga, mida VA valgustab osaliselt, nimetatakse poolvarjuks.
Valguskiiruse ligikaudne väärtus on 300000 km/s. Kõikide läbipaistvate ning õhutühja ruumi üldnimetus on optiline keskkond ( nt. õhk, vesi, klaas). Optilist keskkonda iseloomustatakse optilise tihduse abil. Mida väiksem on valguse kiirus keskkonnas, seda optiliselt tihedamaks loetakse keskkonda.
Valguse levimise suuna muutumist kahe keskkonna piirpinnal nimetatakse valguse murdumiseks. Valguse murdumise iseloomustamiseks kasutatakse lisaks langeva kiire ja langemisnurga mõistetele murdunud kiire ja murdumisnurga mõisteid. Murdumisnurgaks nimetatakse nurka murdunud kiire ja pinna ristsirge vahel. Murdumisnurka tähistatakse kreeka tähestiku väiketähega gamma.
Valguse levimisel optilisest tihedamast keskkonnast hõredamasse murdub valguskiir pinna ristsirgest eemale ja vastupidi. Optiliselt ühtlases keskkonnas levib valgus sirgjooneliselt.
Valguse täielikuks peegeldumiseks nimetatakse peegeldumist kahe läbipaistva keskkonna piirpinnalt, kui sellega ei kaasne murdumist. Täielik peegeldumine esineb valguse levimisel optiliselt tihedamast keskkonnast hõredama keskkonna piirpinnale.Teatud langemisnurgast alates kaob murdunud valguskiir ja valgus peegeldub täielikult tagasi. Väikseimat langemisnurka, mille korral esineb täielik peegeldumine, nimetatakse täieliku peegeldumise piirnurgaks.
Läbipaistvast ainest keha, mis oondab või hajutab valgust nimetatakse läätseks. Läätsi liigitatakse kumer - ja nõugsläätsedeks. Kumer on keskelt paksem , koondab valgust. Nõguslääts on keskelt õhem, hajutab valgust. Läätse optiliseks peateljeks nimetatakse läätse kerapindade kskpunkte ühendavat sirget. Läätse optiliseks keskpunktiks 0 nimetatakse läätse keskel optilisel peateljel asuvat punkti. Paralleelse valgusvihu koondumise kohta läätse optilisel peateljel on hakatud nimetama fookuseks . Kumerläätse fookuseks (F) nimetatakse punkti, kus pärast kumerläätse läbimist koondub läätsele langev optilise peateljega paralleelne valgusvihk. Mida kumeramad on läätse pinnad, seda lähemal läätsele on fookus . Fookuskauguseks nimetatakse läätse keskpunkti ja läätse fookuse vahelist kaugust (f).
Läätse iseloomustavaks suuruseks peale fookuskauguse on läätse optiline tugevus. Läätse optiliseks tugevuseks nimetatakse läätse fookuskauguse pöördväärtust: optiline tugevus = 1/fookuskaugus. Läätse optilist tugevust tähistatakse tähega D ehk optilise tugevuse valem on D = 1/f. Läätse optilise tugevuse mõõtühik on 1 dioptria ( lühend 1 dptr).Üks dioptria on sellise läätse optiline tugevus, mille fookuskaugus on 1 meeter: 1 dptr = 1/1m. Et leidafookuskaugust, tuleb avaldada see optilise tugevuse valemist : f = 1/D.
Eseme kujutis on mõne optilise seadme (peegel, lääts, silm,...) poolt tekitatud esemega sarnane pilt. Olümpiaadil tuleb tavaliselt leida kujutise asukoht, kui on teada eseme enda asukoht, või vastupidi.
Kujutised jaotatakse 1) tõelisteks ja 2) näilisteks.
1) Tõeline kujutis. Kui eseme punktist A väljunud kiired koonduvad pärast optilise süsteemi läbimist ühte punkti, siis on tegemist tõelise kujutisega. Tekib kumerläätse ja nõguspeegli korral. Saab projitseerida ekraanile .
2) Näiline kujutis. Kui punktist A väljunud ja optilist süsteemi läbinud kiirte pikendused koonduvad ühte punkti (kiired näivad lähtuvat ühest punktist, vt joonis), on tegemist näiva kujutisega. Tekib nõgusläätse, kumerpeegli ja tasapeegli korral. Ei saa ekraanile projitseerida.
TÄHTIS! Ära õpi tuimalt pähe, milliste läätsede/ peeglite korral milline kujutis tekib. Alati saame teada, kas optilise süsteemi tekitatud kujutis on näiline või tõeline, lihtsalt selle põhjal, kas süsteemi läbimise järel lõikuvad (koonduvad) kiired või kiirte pikendused: kiired > tõeline; pikendused > näiline. Harjuta eseme kujutise leidmist joonisel erinevate läätsede ja peeglite korral.
Tõelist kujutist (1) saab tekitada ekraanile, näivat (2) ei saa.
Nii näilisest kui tõelisest kujutisest saab aga fotoaparaadiga pilti teha. Et teada saada, kuhu tekib punkti kujutis, tuleb leida kahe sellest punktist lähtuva ja optilist süsteemi läbiva kiire (või kiirte pikenduste) lõikepunkt. Et teada saada, kuhu tekib mingi eseme kujutis, piisab tavaliselt selle eseme kahe punkti kujutise asukoha leidmisest. Nende punktide vahele saab siis eseme kujutise joonistada.
Läätse/sfäärilise peegli optilisel peateljel asuva punkti A kujutise leidmine: Vali suvaline punkt (nt B) punkti A läbival optilise telje ristsirgel ning leia selle punkti B kujutis. Punkti A kujutis A’ asub optilisel peateljel, sama kaugel läätsest/peeglist kui B kujutis B’. Vt joonis.