VI.3. Propagarea luminii. Indicele de refracție.

VI.3.1. Propagarea rectilinie a luminii.
VI.3.2. Viteza luminii. Anul-lumină. Indicele de refracție.

VI.3.1. Propagarea rectilinie a luminii.

👀 Experiment: Propagarea rectilinie a luminii

Materiale necesare:
Lanternă, corp.

Modul de lucru:

Luminează cu lanterna un pieptene.
Ce observi ?

La ieşirea din pieptene lumina apare sub formă de linii drepte, intercalate cu linii întunecate.

Concluzia experimentului:
La ieşirea din pieptene ea apare sub formă de linii drepte.
Unde sunt dinţii pieptănului se formează umbra lor, deoarece lumina nu poate să-şi schimbe direcţia de propagare pentru a ocoli obstacolele.
Deci lumina se propagă în linie dreaptă.

Lumina se propagă (se răspândește) prin mediile transparente și translucide în linie dreaptă, adică rectiliniu.

Lumina se propagă și în vid (spațiu unde nu există nicio substanță).

Raza de lumină indică direcția de propagare a luminii și se desenează printr-o linie dreaptă cu o săgeată care să indice sensul de propagare.

Un grup de mai multe raze de lumină învecinate, care suferă aceleași fenomene optice formează un fascicul de lumină.

Clasificarea fasciculelor de lumină:

a) Fascicul paralel, în care toate razele sunt paralele.

b) Fascicul convergent, în care razele se întâlnesc într-un punct.

c) Fascicul divergent, în care razele pleacă din același punct și se îndepărtează unele de altele.

👀 Experiment: Tipuri de fascicule
🔥Atenție când lucrezi cu obiecte ascuțite (foarfece)!

Materiale necesare:
Lanternă, hârtie (carton), foarfece, riglă, creion

Modul de lucru:

Decupează din hârtie sau carton două fante (deschideri) paralele, pe altă hârtie două fante convergente (un V).
Luminează pe rând cele două fante.
Ce observi ?

Lumina trece prin fante și formează cele trei tipuri de fascicule.

Concluzia experimentului:
Fasciculele de lumină sunt de trei feluri:

paralele (raze paralele),
divergente (raze care pornesc din același punct și apoi se îndepărtează) și
convergente (raze care se unesc) .

VI.3.2. Viteza luminii. Anul-lumină. Indicele de refracție.

În vid lumina se propagă cu viteza de 300.000.000 m/s și se notează cu litera "c " și nu cu "v", ca la viteză. Cu "v " notăm viteza luminii în celelalte medii (substanțe transparente). În alte medii viteza de propagare a luminii este mai mică.

Lumina își schimbă viteza de propagare în funcție de mediul traversat.

Viteza luminii este cea mai mare viteză cunoscută până acum. Dacă am reuși să ne deplasăm cu viteza luminii, într-o secundă am ajunge în America și ne-am și întoarce, adică ne-am putea teleporta. Dar suntem încă departe de acestă viteză. Cea mai mare viteză este a unei rachete cosmice, care pentru a se desprinde de gravitația Pământului are o viteză de 40.000km/h.

Pentru a măsura distanțele colosale dintre corpurile cerești (planete, stele, galaxii) se folosește ca unitate de măsură anul-lumină.

Anul-lumină ( a. l. ) este distanța pe care o străbate lumina într-un an de zile.

a.l. = c ∙ t = 300.000.000 m/s ∙ 1 an = 300.000.000 m/s ∙ 365 zile = 300.000.000 m/s ∙ 365 ∙ 24 h = 300.000.000 m/s ∙ 365 ∙ 24 ∙ 3600 s

a.l. = c ∙ t = 946.080 ∙ 10¹⁰ m

🔓 Probleme rezolvate

1. Cât este distanța de la Soare la Pământ, știind că luminii îi ia 8 minute pentru a ajunge pe Terra.

Rezolvare:

Notăm datele problemei:
t = 8 min
c = 300.000.000 m/s
d = ?

Scriem formula distanței:
d = c ∙ t = 300.000.000 m/s ∙ 8 min = 300.000.000 m/s ∙ 8 ∙ 60 s = 144.000.000.000 m = 144 ∙ 10⁹ m ( 144 de miliarde de metri ).

2. Proxima Centauri este o stea pitică roșie ce se află la o distanță de aproximativ 4 ∙ 10¹³ km de Terra în constelația Centaurului, fiind steaua cea mai apropiată de Sistemul nostru Solar. Află timpul în ani în care lumina parcurge această distanță

Rezolvare:

Notăm datele problemei:
t = ? ani
c = 300.000.000 m/s = 3 ∙ 10⁸ m
d = 4 ∙ 10¹³ km = 4 ∙ 10¹⁶ m

Scoatem timpul din formula vitezei și calculăm timpul în ani cu regula de trei simplă:

Indicele de refracție (notat cu n) al unui mediu transparent este dat de raportul dintre viteza luminii în vid ( c ) și viteza luminii în mediul respectiv (v).

c = viteza luminii în vid = 300.000.000 m/s

v = viteza luminii în mediul respectiv

Indicele de refracție nu are unitate de măsură și spunem că este o mărime adimensională, deoarece este raportul a 2 mărimi identice(viteze) și se simplifică unitățile lor de măsură. Indicele de refracție este o constantă de material, care se ia dintr-un tabel, fiind specific fiecărei substanțe transparente(vezi tabelul de mai jos.

Indicele de refracție este o constantă de material, care se ia dintr-un tabel, fiind specific fiecărei substanțe transparente (vezi tabelul de mai jos).

🔓 Probleme rezolvate

3. Să se calculeze indicele de refracție al apei, știind că viteza de propagare a luminii prin apă este 220.000.000 m/s. Voi trebuie să știți pe dinafară numai viteza luminii în vid.

Rezolvare:

Scriem datele problemei:
c = 300.000.000 m/s
v = 220.000.000 m/s

Scriem formula indicelui de refracție: