Svetlo a jeho šírenie Nezačaté

0. Kľúčové fakty

1. Svetlo (svetelné žiarenie) — Svetlo je druh energie, ktorá sa šíri priestorom v podobe elektromagnetického žiarenia a naše oko ho dokáže vnímať. Práve vďaka svetlu vidíme predmety okolo seba — buď preto, že samy svietia, alebo preto, že odrážajú svetlo z iného zdroja. Bez svetla by sme nevideli nič, aj keby boli oči úplne zdravé.

2. Zdroj svetla — Zdroj svetla je teleso, ktoré samo vyžaruje (vysiela) svetlo do okolia. Príkladmi sú Slnko, horiaca sviečka, žiarovka, blesk alebo obrazovka mobilu. Zdroje svetla rozlišujeme preto, lebo väčšina telies okolo nás svetlo nevyrába, len ho odráža.

3. Prirodzené a umelé zdroje svetla — Prirodzené zdroje vznikli v prírode bez zásahu človeka — najdôležitejší je Slnko, ďalej hviezdy, blesk či svetluška. Umelé zdroje vytvoril človek — žiarovka, LED dióda, sviečka, baterka alebo neónová trubica. Toto delenie pomáha pochopiť, odkiaľ pochádza svetlo, ktoré nás obklopuje cez deň aj v noci.

4. Osvetlené telesá — Osvetlené (neaktívne) telesá samy svetlo nevyžarujú, len ho odrážajú do nášho oka, a preto ich vidíme. Patrí sem Mesiac, stôl, kniha, oblečenie aj samotný človek. Klasickým príkladom je Mesiac — svieti len preto, že odráža slnečné svetlo, sám žiadne svetlo nevyrába.

5. Priamočiare šírenie svetla — V rovnorodom (rovnakom) prostredí, napríklad vo vzduchu alebo vo vákuu, sa svetlo šíri po priamych čiarach, nie po krivkách. Tento zákon je základom celej optiky a vysvetľuje napríklad vznik tieňa alebo to, prečo nevidíme za roh. Dá sa overiť jednoducho — cez tri kartóny s otvormi vidíme plameň sviečky, len keď sú otvory v jednej priamke.

6. Svetelný lúč a svetelný zväzok — Svetelný lúč je myslená priama čiara, ktorá nám znázorňuje smer šírenia svetla. Skupina lúčov tvorí svetelný zväzok, ktorý môže byť rozbiehavý, zbiehavý alebo rovnobežný. Tieto pojmy používame ako jednoduchý model, aby sme vedeli kresliť a vysvetľovať, kadiaľ svetlo putuje.

7. Rýchlosť svetla — Svetlo sa vo vákuu šíri obrovskou rýchlosťou približne 300 000 km/s (presnejšie 299 792 458 m/s), čo je najvyššia možná rýchlosť v prírode. Vďaka tomu svetlo zo Slnka k nám doletí asi za 8 minút, hoci je vzdialené okolo 150 miliónov km. V iných prostrediach (voda, sklo) sa svetlo šíri pomalšie ako vo vákuu.

8. Priehľadné, priesvitné a nepriehľadné látky — Priehľadné látky (čisté sklo, vzduch, voda) prepúšťajú svetlo tak, že cez ne jasne vidíme. Priesvitné látky (matné sklo, papier, hmla) svetlo síce prepustia, ale rozptýlia ho, takže cez ne vidíme len nejasne. Nepriehľadné látky (drevo, kov, kameň) svetlo neprepustia vôbec — práve za nimi vzniká tieň.

9. Vznik tieňa — Tieň vzniká za nepriehľadným telesom, ktoré stojí v ceste svetlu, pretože svetlo sa šíri priamočiaro a nedokáže teleso „obísť". Tieň je teda miesto, kam sa svetlo zo zdroja nedostane. Veľkosť a tvar tieňa závisí od polohy a veľkosti zdroja aj telesa — čím bližšie je teleso k zdroju, tým väčší tieň vrhá.

10. Plný tieň a polotieň — Pri bodovom zdroji vzniká za telesom ostro ohraničený plný tieň. Pri väčšom (plošnom) zdroji vzniká okolo plného tieňa aj svetlejší pás — polotieň, kam dopadá svetlo len z časti zdroja. Toto rozlíšenie vysvetľuje, prečo majú tiene v skutočnosti často „rozmazané" okraje.

11. Zatmenie Slnka a Mesiaca — Zatmenia sú najznámejším prírodným dôkazom priamočiareho šírenia svetla a vzniku tieňa vo vesmíre. Pri zatmení Slnka sa Mesiac dostane medzi Slnko a Zem a vrhne svoj tieň na Zem. Pri zatmení Mesiaca sa naopak Zem ocitne medzi Slnkom a Mesiacom a Mesiac vstúpi do tieňa Zeme.

1. Poučka

Svetlo je forma energie, ktorá sa v rovnorodom (priehľadnom a rovnakom) prostredí šíri priamočiaro — po priamych čiarach nazývaných svetelné lúče. Keď svetlu stojí v ceste nepriehľadné teleso, za telesom vzniká tieň. Telesá delíme na zdroje svetla (samy svetlo vyžarujú) a osvetlené telesá (svetlo iba odrážajú).

2. Vysvetlenie

• Svetlo potrebuje zdroj. Niečo musí svetlo vytvoriť — Slnko, plameň, žiarovka, displej.
• Šíri sa priamo. V rovnakom prostredí (vzduch, voda, sklo) ide svetlo stále rovno, nezahýba. Preto cez ohnutú trubicu Slnko neuvidíš.
• Šíri sa veľmi rýchlo. Vo vákuu má rýchlosť asi 300 000 km/s (presnejšie 299 792 km/s) — najväčšiu rýchlosť v prírode.
• Tieň vzniká, lebo svetlo nepreniká cez prekážku. Nepriehľadné teleso zachytí lúče a za ním ostane tmavé miesto — tieň. Pri malom (bodovom) zdroji je tieň ostrý; pri veľkom zdroji má tieň aj svetlejší okraj — polotieň.
• Rozlišujeme zdroje a osvetlené telesá. Mesiac, stôl či kniha svetlo nevytvárajú — len odrážajú svetlo zo Slnka alebo lampy, preto ich vidíme.

3. Príklady a prečo je to dôležité

Príklad 1 — ako dlho letí svetlo zo Slnka: Slnko je od Zeme vzdialené asi s = 150 000 000 km. Svetlo má rýchlosť c ≈ 300 000 km/s. Za aký čas k nám doletí?
Čas vypočítame: t = s ÷ c
t = 150 000 000 ÷ 300 000 = 500 s
500 s = 8 · 60 s + 20 s = 8 min 20 s

Príklad 2 — zdroj svetla, alebo osvetlené teleso: Roztrieď: Mesiac, horiaca sviečka, zapnutá lampa, kniha.
Zdroj svetlo sám vytvára (horí, žiari). Osvetlené teleso svetlo len odráža.
Sviečka a zapnutá lampa svietia samy. Mesiac aj kniha len odrážajú svetlo iného zdroja.
Výsledok → zdroje: sviečka, lampa; osvetlené telesá: Mesiac, kniha

Príklad 3 — tieň stromu: Prečo za stromom vzniká tieň a prečo je ráno dlhší ako na obed?
Svetlo sa šíri priamočiaro, kmeň je nepriehľadný a lúče zastaví.
Za kmeň priame lúče nedopadnú, vzniká tam tieň v tvare stromu.
Ráno je Slnko nízko, lúče dopadajú šikmo a tieň sa natiahne. Na obed je Slnko vysoko a tieň je krátky.
Odpoveď → tieň je miesto, kam nedopadnú priame lúče; pri nízkom Slnku je dlhší

Príklad 4 — zatmenie Slnka a Mesiaca: V akom poradí musia byť Slnko, Zem a Mesiac pri každom zatmení?
Zatmenie Slnka: Slnko – Mesiac – Zem. Mesiac je v strede a vrhá tieň na Zem.
Zatmenie Mesiaca: Slnko – Zem – Mesiac. Zem je v strede a vrhá tieň na Mesiac.
Pravidlo → teleso v strede vrhá tieň na to tretie

Príklad 5 — reflexná vesta (prax): Prečo má chodec v noci pri ceste nosiť reflexnú vestu?
Svetlo z reflektorov auta letí priamočiaro k chodcovi.
Bežné tmavé oblečenie svetlo skoro celé pohltí, reflexná vesta ho silno odrazí späť k vodičovi.
Odpoveď → vodič uvidí chodca z oveľa väčšej vzdialenosti

Prečo je to dôležité: vďaka priamočiaremu šíreniu svetla vieme, prečo vznikajú tiene, ako fungujú slnečné hodiny, zatmenia, fotoaparát aj naše videnie. Rozlíšenie zdroja a osvetleného telesa nám vysvetľuje, prečo v noci „svieti" Mesiac, hoci sám svetlo nevytvára.

Precvič si

1. Ktoré z týchto telies sú zdrojmi svetla: hviezda, oblak, plameň sviečky, zrkadlo?
2. Prečo vidno v hmle alebo v prachu rovné pruhy svetla?
3. Za aký čas prejde svetlo vzdialenosť 600 000 km?
4. Svetlo z Mesiaca letí k Zemi asi 384 000 km. Ako dlho mu to trvá?
5. Baterku približuješ k lopte pred stenou. Ako sa mení tieň lopty na stene?
6. Obvod Zeme po rovníku je asi 40 000 km. Koľkokrát by ju svetlo obletelo za 1 sekundu?