Θεωρία Φως -Ενέργεια φυσική γ γυμνασίου

  

Φωτεινή ενέργεια είναι η ενέργεια που μεταφέρει το φως. Η φωτεινή ενέργεια αποτελεί ειδική περίπτωση της ενέργειας ακτινοβολίας. Η μεταφορά της φωτεινής ενέργειας

γίνεται με μικρά σωματίδια που ονομάζονται φωτόνια. Τα φωτόνια ανάλογα με το είδος του χρώματος έχουν και διαφορετικό χρώμα. Φωτόνια ίδιου χρώματος μεταφέρουν το ίδιο ποσό ενέργειας. Για παράδειγμα τα φωτόνια του κόκκινου χρώματος έχουν μικρότερη ενέργεια από τα φωτόνια του πράσινου.

4. Περιγράψτε τη διαδικασία με την οποία ενεργοποιείται το αίσθημα της όρασης.

Απάντηση

Όταν φωτεινή ακτίνα φτάνει στα μάτια μας, τότε στα οπτικά κύτταρα πραγματοποιούνται χημικές αντιδράσεις με τις οποίες η φωτεινή ενέργεια μετατρέπεται σε χημική και έπειτα σε ηλεκτρική. Η ηλεκτρική ενέργεια μεταφέρεται μέσω του οπτικού νεύρου στο κέντρο του εγκεφάλου. Με αυτό τον τρόπο διεγείρεται το κέντρο του εγκεφάλου και προκαλείται το αίσθημα της όρασης.

5. Τι ονομάζουμε φωτεινές πηγές; Σε ποιες κατηγορίες διακρίνονται αυτές ανάλογα με τη φύση τους και ανάλογα με τη θερμόκρασία τους;

Απάντηση

Φωτεινή πηγή είναι κάθε συσκευή ή κάποιο σώμα που εκπέμπει φως. Στις φωτεινές πηγές η φωτεινή ενέργεια που εκπέμπεται μέσω των φωτονίων προέρχεται από τη μετατροπή κάποιας άλλης μορφής ενέργειας.

Ο Ήλιος αποτελεί τη σημαντικότερη φωτεινή πηγή.

Οι φωτεινές πηγές χωρίζονται σε φυσικές και τεχνητές ανάλογα με τη φύση τους. Έτσι για παράδειγμα ο Ήλιος αποτελεί μια φυσική φωτεινή πηγή ενώ ένας ηλεκτρικός λαμπτήρας αποτελεί τεχνητή φωτεινή πηγή.

Ακόμη, ανάλογα με το αν εκπέμπουν θερμότητα ταυτόχρονα με την εκπομπή φωτός οι πηγές διακρίνονται σε θερμές φωτεινές πηγές όπως είναι η φλόγα ενός κεριού, και ψυχρές φωτεινές πηγές, όπως είναι η οθόνη της τηλεόρασης.

6.2 ΔΙΑΔΟΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ

Ερωτήσεις - Απαντήσεις

1. Ποιος κλάδος της φυσικής ονομάζεται γεωμετρική οπτική; Ποια υλικά μέσα ονομάζονται ομογενή και γιατί αυτά παίζουν σημαντικό ρόλο στη διάδοση του φωτός;

Απάντηση

Γεωμετρική οπτική είναι ο κλάδος της φυσικής που βασίζεται στη μελέτη του φωτός χρησιμοποιώντας το σχεδίασμά της πορείας διάδοσης του φωτός. Μια πολύ λεπτή δέσμη φωτός την παριστάνουμε με μια ευθεία γραμμή και την ονομάζουμε ακτίνα φωτός.

Η γεωμετρική οπτική μελετά τα φαινόμενα της οπτικής χρησιμοποιώντας τη βοήθεια της γεωμετρίας και της ακτίνας φωτός.

Ομογενές υλικό μέσο είναι εκείνο που έχει τις ίδιες ιδιότητες σε όλα τα σημεία του. Είναι σημαντικό να είναι ομογενές ένα μέσο γιατί σε αυτό το φως διαδίδεται ευθύγραμμα.

Όπως θα δούμε παρακάτω, όταν αλλάζει η ακτίνα φωτός μέσο διάδοσης, σταματάει να διαδίδεται ευθύγραμμα.

2. Σε ποια μέσα διαδίδεται το φως; Πώς εξηγείτε την ύπαρξη διαφανών και αδιαφανών σωμάτων;

Απάντηση

Τα φως δε διαδίδεται σε όλα τα μέσα. Υπάρχουν μέσα στα οποία διαδίδεται και ονομάζονται διαφανή μέσα και άλλα στα οποία δε διαδίδεται το φως και λέγονται αδιαφανή μέσα. Επίσης υπάρχουν ορισμένα μέσα στα οποία διαδίδεται μερικώς το φως και στα οποία δε διακρί νουμε καθαρά τα σώματα. Αυτά είναι τα ημιδιαφανή μέσα.

Τα διαφανή σώματα είναι εκείνα στα οποία μπορούμε να διακρίνουμε τα αντικείμενα που υπάρχουν πίσω από αυτά, σε αντίθεση με τα αδιαφανή. Άρα το φως διαπερνά τα διαφανή σώματα σε αντίθεση με τα αδιαφανή.

Το φως, σε αντίθεση με τον ήχο, διαδίδεται στο κενό.

3. Πότε και πώς σχηματίζεται η σκιά ενός σώματος;

Απάντηση

Η σκιά ενός σώματος σχηματίζεται σε εκείνες τις περιοχές όπου δεν μπορούν να φτάσουν οι ακτίνες που προέρχονται από τη φωτεινή πηγή. Αυτό συμβαίνει γιατί στην ευθύγραμμη πορεία των ακτινών φωτός παρεμβάλλεται το αδιαφανές σώμα. Η δημιουργία της σκιάς είναι αποτέλεσμα της ευθύγραμμης διάδοσης του φωτός.

Απαραίτητη προϋπόθεση για τη δημιουργία σκιάς είναι η ύπαρξη φωτός και το σώμα να είναι αδιαφανές.

Η παρασκιά είναι μια περιοχή που φωτίζεται μερικώς και βρίσκεται γύρω από την κυρίως σκιά.

4. Πότε συμβαίνει έκλειψη Ηλίου; Σε τι διαφέρει από την έκλειψη Σελήνης;

Απάντηση

Έκλειψη Ηλίου συμβαίνει όταν η Σελήνη βρεθεί στην περιοχή μεταξύ Γης καιΉλιου. Τότε πάνω στην επιφάνεια της Γης σχηματίζεται σκιά. Σχηματική παράσταση της έκλειψης Ηλίου φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.

Στην επιφάνεια της Γ ης εκτός από σκιά σχηματίζεται και παρασκιά. Τότε οι κάτοικοι της περιοχής αυτής δεν αντιλαμβάνονται την ολική έκλειψη Ηλίου αλλά μερική έκλειψη.

Στην έκλειψη Σελήνης ανάμεσα στον Ήλιο και τη Σελήνη παρεμβάλλεται η Γη. Τ ότε η Σελήνη δεν είναι ορατή από τη Γ η.

 5. Πόσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητα του φωτός από την ταχύτητα του ήχου; Τι ονομάζουμε έτος φωτός;

Απάντηση

Η ταχύτητα διάδοσης του φωτός είναι περίπου 1.000.000 φορές μεγαλύτερη από την ταχύτητα διάδοσης του ήχου στον αέρα.

Ενώ η ταχύτητα του ήχου δε διαδίδεται στο κενό, η ταχύτητα του φωτός μπορεί να διαδοθεί σε αυτό. Αυτή είναι και η μεγαλύτερη δυνατή τιμή που μπορεί να πάρει η ταχύτητα του φωτός και είναι 300.000 km/s. Σε διαφορετικά μέσα διάδοσης της ακτίνας του φωτός η ταχύτητα παίρνει μικρότερες τιμές, ανάλογα με το μέσο διάδοσης.

Έτος φωτός είναι η απόσταση που διανύει το φως σε ένα έτος.

6. Διατυπώστε την αρχή του ελάχιστου χρόνου. Ποια χρήσιμα συμπεράσματα προκύπτουν από αυτήν;

Απάντηση

Η αρχή του ελάχιστου χρόνου διατυπώθηκε από τον Φερμά και έχει ως εξής:

Όταν το φως διαδίδεται από ένα σημείο σε ένα άλλο, ακολουθεί την πορεία για την οποία απαιτείται ο ελάχιστος χρόνος.

Δηλαδή ο χρόνος που απαιτείται για να διαδοθεί το φως από ένα σημείο σε ένα άλλο εξαρτάται από την ταχύτητα από την οποία διαδίδεται και από την απόσταση που πρέπει να διανύσει. Έτσι, σύμφωνα με την παραπάνω αρχή, σε κάθε ομογενές μέσο το φως διαδίδεται ευθύγραμμα, που είναι η συντομότερη διαδρομή.