„Lichtphänomene“. Die Optik ist ein Zweig der Physik, der Lichtphänomene untersucht. Interessanterweise rettet ein Meereswurm Leben

• Erinnern wir uns daran, welche drei Arten der Wärmeübertragung wir dieses Jahr untersucht haben.

• Konvektion;

• Wärmeleitfähigkeit,

• Strahlung.

• Licht ist Strahlung, aber nur der Teil, den das Auge wahrnimmt.

Lichtquellen

- Du folgst ihr - sie ist von dir, du bist von ihr - sie ist hinter dir?

• Ein Schatten ist ein Raumbereich, der kein Licht von einer Quelle erhält.

Halbschatten

• Halbschatten- ein Raumbereich, in den Licht von einer Quelle teilweise eindringt.

Eine Sonnenfinsternis wird durch das Gesetz der geradlinigen Ausbreitung von Licht erklärt

Mondfinsternis

• Interessanterweise rettet ein Meereswurm Leben.

• Wenn die Krabbe hineinbeißt, leuchtet die Rückseite des Wurms hell auf. Die Krabbe stürmt darauf zu, der verletzte Wurm versteckt sich und nach einer Weile wächst ein neuer an der Stelle des fehlenden Teils.

• In Brasilien und Uruguay findet man rotbraune Glühwürmchen mit Reihen hellgrüner Lichter entlang des Körpers und einer leuchtend roten „Glühbirne“ auf dem Kopf.

• Es gibt Fälle, in denen diese natürlichen Lampen, Bewohner des Dschungels, Menschenleben retteten: Während des Spanisch-Amerikanischen Krieges operierten Ärzte Verwundete mit dem Licht von Glühwürmchen, die in eine Flasche gegossen wurden.

• Im 18. Jahrhundert landeten die Briten an der Küste Kubas und sahen nachts eine Welt aus Lichtern im Wald. Sie dachten, es gäbe zu viele Inselbewohner und zogen sich zurück, aber in Wirklichkeit handelte es sich um Glühwürmchen.

• Die Richtung nach Norden auf der Nordhalbkugel wird bestimmt, indem man mittags mit dem Rücken zur Sonne steht. Der von einer Person geworfene Schatten zeigt wie ein Pfeil nach Norden. Auf der Südhalbkugel zeigt der Schatten nach Süden.

Der Hamburger Alchemist Brand suchte sein ganzes Leben lang nach dem Geheimnis des „Steins der Weisen“, der alles in Gold verwandeln würde. Eines Tages goss er Urin in ein Gefäß und begann, es zu erhitzen. Als die Flüssigkeit verdampfte, blieb am Boden ein schwarzer Rückstand zurück. Brand beschloss, es in Brand zu setzen. An den Gefäßwänden begann sich eine weiße, wachsartige Substanz anzusammeln. Es leuchtete! Der Alchemist glaubte, seinen Traum verwirklicht zu haben. Tatsächlich erhielt er ein bisher unbekanntes chemisches Element – ​​Phosphor (Licht tragend).

Was ist Licht? Was ist die Natur des Lichts? Warum zerfällt weißes Licht in Farben? Wie viele Farben gibt es wirklich, sieben oder Millionen? Solche Fragen haben in fast der gesamten Menschheitsgeschichte, von den ersten Denkern bis ins 20. Jahrhundert, menschliche Neugier geweckt. Doch um diese und andere Fragen zu beantworten, muss man die Natur des Lichts verstehen, die, wie sich herausstellt, sehr komplex ist. In dieser Lektion lernen Sie die grundlegenden wissenschaftlichen Konzepte zur Natur des Lichts kennen und lernen die Argumente von Befürwortern einer bestimmten wissenschaftlichen Theorie kennen.

Optik

Die Natur des Lichts. Lichtgeschwindigkeit

Die Optik ist ein Teilgebiet der Physik, das Lichtphänomene und die für sie aufgestellten Gesetze sowie die Wechselwirkung von Licht mit Materie, die Natur des Lichts, untersucht.

Informationen über die Welt gelangen einem Menschen durch das Sehen. Mit Hilfe von Licht erhalten wir die meisten Informationen über die Welt um uns herum.

Die ersten Informationen über Licht erschienen vor 2,5 Tausend Jahren.

Pythagoras war einer der ersten Wissenschaftler, der eine wissenschaftliche Hypothese über die Natur des Lichts aufstellte (siehe Abb. 1). Er war der Erste, der nicht nur vermutete, sondern auch bewies, dass sich Licht geradlinig ausbreitet. Er und andere Geometer bis hin zu Euklid nutzten die Lichtphänomene der Reflexion und Brechung, um die Grundlagen der Geometrie zu legen. Nicht umsonst wird einer der Zweige der Optik als geometrische Optik bezeichnet.

Reis. 1. Pythagoras

Pythagoras: „Licht ist ein Strom von Teilchen, die Objekte aussenden, in das menschliche Auge eindringen und Informationen über das liefern, was uns umgibt.“

Im 17. Jahrhundert wurde Isaac Newton ein Befürworter dieser Theorie (siehe Abb. 2). Er erklärte viele Lichtphänomene damit, dass Licht ein Strom spezieller Teilchen sei.

Reis. 2. Isaac Newton

„Corpuscula“ kommt aus dem Lateinischen. Corpusculum - Teilchen. Daher wurde Newtons Theorie als Korpuskulartheorie des Lichts bezeichnet.

1. Geradlinige Lichtausbreitung.

2. Gesetz der Reflexion.

3. Das Gesetz der Bildung eines Schattens von einem Objekt.

Gleichzeitig erschien eine andere Theorie – die Wellentheorie des Lichts.

Ein Befürworter dieser Theorie war Christiaan Huygens (siehe Abb. 3). Er versuchte, die gleichen Phänomene wie Newton zu erklären, nur ausgehend von der Position, dass Licht eine Welle ist.

Reis. 3. Christiaan Huygens

Huygens baute eine Wellentheorie des Lichts in Analogie zu Wellenprozessen in Wasser und Luft auf und glaubte daher, dass sich Lichtwellen auch in einer Art elastischem Medium ausbreiten sollten, das er Lichtäther nannte. Diese Idee diente bis zum Beginn des 20. Jahrhunderts als Grundlage für die Wellenoptik.

Schon damals erkannte man, dass sich Licht nicht nur geradlinig ausbreitet.

1. Licht kann sich um Hindernisse herum biegen – Beugung (siehe Abb. 4).

Reis. 4. Beugung

2. Wellen können sich summieren – Interferenz (siehe Abb. 5).

Reis. 5. Einmischung

Diese Phänomene sind nur für Wellen charakteristisch, weshalb Huygens glaubte, dass Licht eine Welle sei.

Die Korpuskulartheorie konnte nicht erklären, wie ein Strahl einen anderen durchdringt. Wenn wir Licht als einen Teilchenstrom betrachten, dann müsste eine Wechselwirkung beobachtet werden, aber sie wurde nicht beobachtet, und dies spricht dafür, dass Licht eine Welle ist.

Mitte des 19. Jahrhunderts entstand Maxwells Theorie. Er bewies, dass sich das elektromagnetische Feld mit einer Geschwindigkeit von 300.000 km pro Sekunde ausbreitet.

Als Ergebnis der Experimente wurde festgestellt, dass sich auch Licht mit dieser Geschwindigkeit ausbreitet.

Licht ist ein Sonderfall einer elektromagnetischen Welle.

XVII Jahrhundert - Der dänische Wissenschaftler Roemer führte ein Experiment durch, bei dem sich herausstellte, dass die Lichtausbreitungsgeschwindigkeit etwa 300.000 km pro Sekunde beträgt.

1848 – Hippolyte Fizeau bewies, dass die Lichtgeschwindigkeit 300.000 km pro Sekunde beträgt.

Dies alles bestätigte die Tatsache, dass Licht eine elektromagnetische Welle ist.

Im 19. Jahrhundert untersuchte Heinrich Hertz (siehe Abbildung 6) die Eigenschaften elektromagnetischer Wellen und zeigte, dass Licht ein Teilchen sein könnte. Hertz entdeckte das Phänomen des photoelektrischen Effekts.

Reis. 6. Heinrich Hertz

Heinrich Hertz untersuchte elektromagnetische Wellen, glaubte zunächst, dass sie nicht existierten, und bewies echten Mut, als er als Erster deren Realität als natürliches Objekt erkannte.

Photoelektrischer Effekt: Bei Lichteinwirkung werden Elektronen aus einer negativ geladenen Metallplatte herausgeschlagen.

Dies ist nur möglich, wenn das Licht ein Teilchenstrom ist.

Im 20. Jahrhundert gelangten sie zu einer endgültigen Lösung, indem sie das Konzept der Welle-Teilchen-Dualität des Lichts einführten.

Wenn sich Licht ausbreitet, verhält es sich wie eine Welle (Welleneigenschaften), und wenn es emittiert und absorbiert wird, verhält es sich wie ein Teilchen (mit allen Eigenschaften von Teilchen). Das heißt, Licht hat eine duale Natur.

Daher werden alle Phänomene aus der Perspektive dieser beiden Theorien betrachtet.

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Rymkevich A.P. Physik. Problembuch. 10–11 Klassen – M.: Bustard, 2010. – Nr. 1019, 1021

1. Welche Fakten im Zusammenhang mit der Lichtausbreitung wurden von Befürwortern der Korpuskulartheorie der Natur des Lichts herangezogen?
2. Hat der photoelektrische Effekt das Wellen- oder Korpuskularkonzept der Natur des Lichts bestätigt?
3. Wie nennt man das Konzept der Dualität des Lichts?
4. In welchen Fällen sollte Licht als Teilchenstrom betrachtet werden?

Was ist Licht? Die Philosophen des antiken Griechenlands kannten die Antwort nicht. Selbst Archimedes gab keine Erklärung, obwohl er das Reflexionsgesetz kannte und erfolgreich anwendete. Bis zum 16. Jahrhundert glaubten viele Philosophen, dass das Sehen etwas sei, das vom Auge ausgeht und sozusagen Gegenstände erfühlt.

Es gab aber auch andere Theorien, denen zufolge Licht ein Materiestrom ist, der von einem sichtbaren Objekt ausgeht. Unter diesen Hypothesen kommt der Standpunkt von Demokrit den modernen Ideen am nächsten. Er glaubte, dass Licht ein Strom von Teilchen mit bestimmten physikalischen Eigenschaften sei. Er schrieb: „Süße existiert als Konvention, Bitterkeit als Konvention, Farbe als Konvention, in Wirklichkeit gibt es nur Atome und Leere.“

Huygens Christian () Niederländischer Physiker Newton Isaac () Schließlich stellte sich heraus, dass zwei Theorien gleichzeitig die Natur des Lichts erklären. Darüber hinaus sind beide Theorien physikalisch untermauert und durch Experimente bestätigt.

1690: „Abhandlung über das Licht“. Licht ist eine elektromagnetische Welle, die sich um Hindernisse herum biegen kann: „Optik“. Licht ist ein Strom von Teilchen.

Warum kräuselt sich ein klarer Strahl nachts? Welche dünne Flamme breitet sich bis zum Firmament aus? Wie sausen Blitze ohne bedrohliche Wolken von der Erde zum Zenit? Wie kann es sein, dass gefrorener Dampf mitten im Winter ein Feuer entstehen lässt? M. Lomonosov Worüber schreibt Lomonosov? Es gibt in der Natur noch viele weitere interessante Phänomene im Zusammenhang mit Licht.