UNIVERZITET U NOVOM SADU
PRIRODNO-MATEMATI
Č
KI
FAKULTET
DEPARTMAN ZA FIZIKU
Geometrijska optika u nastavi fizike za
osnovnu školu
- diplomski rad -
Mentor: Kandidat:
Dr Dušanka Obadovi
ć
, red.prof.
Nevenka Lelas - Todorov
Novi Sad, 2007.
1
Posebnu zahvalnost dugujem mom mentoru
prof. dr Dušanki Obadovi
ć
na predloženoj temi,
izuzetnoj stru
č
noj podršci i inventivnosti pri izradi
diplomskog rada.
4
1. UVOD
1.1 Razvoj teorija o prirodi svetlosti
Optika, ili nauka o svetlosti, je oblast fizike u kojoj se prou
č
avaju osobine svetlosti i njena
interakcija sa materijalnom sredinom, kao i promene koje se usled toga dešavaju. Nastala je
prvobitno kao pokušaj da se odgovori na pitanje zašto je
č
ovek u stanju da vidi predmete koji ga
okružuju. Još stari Grci su upotrebljavali re
č
“svetlost”, smatraju
ć
i da ona dolazi od tela i da
dejstvuju
ć
i na naše oko izaziva subjektivni ose
ć
aj vida. Kao osnovno svojstvo svetlosti, nau
č
nici
stare Gr
č
ke su isticali njeno pravolinijsko prostiranje u homogenoj sredini. Slede
ć
e bitno svojstvo
svetlosti je sposobnost svetlostnih zraka da pri presecanju ne ometaju jedan drugog.
Iako se razvitak optike, sve do po
č
etka 19. veka, bazirao na predstavama o svetlosnim
zracima koji se prostiru pravolinijski, još u 17.veku bile su poznate
č
injenice koje su ukazivale na to
da postoje odstupanja od pravolinijskog prostiranja svetlosti (na primer difrakcija). Prostiranje
svetlosti po liniji navodilo je na misao da svetlost predstavlja fluks (protok)
č
estica koje izle
ć
u iz
izvora i kre
ć
u se u homogenoj sredini pravolinijski i ravnomerno. Takva teorija o svetlosti nazvana
je korpuskularna ili teorija isticanja. Njen tvorac je Isak Njutn (Isaac Newton), engleski fizi
č
ar,
matemati
č
ar, astronom i jedan od najve
ć
ih li
č
nosti u istoriji nauke. On je smatrao da se svetlost
sastoji od
č
estica i predstavio je kao protok vrlo brzih
č
estica
č
ije kretanje podleže zakonima
klasi
č
ne fizike.
Uporedno sa korpuskularnom teorijom razvijala se i talasna teorija svetlosti, po kojoj
svetlost predstavlja talasni proces. Tu teoriju postavio je holandski nau
č
nik Kristijan Hajgens
(Christian Huygens) 1677. godine. On je smtrao da svetlost predstavlja prostiranje talasa u etru.
Hajgensovim principom može se objasniti zakon prostiranja svetlosti. Pobornik talasne teorije je bio
i M.V. Lomonosov (Mikhail Vasilyevich Lomonosov) koji je prvi pokušao da na
đ
e direktan dokaz
te teorije 1753. godine. Mogu
ć
e objašnjenje pojava difrakcije i interferencije svetlosti postavili su
tek Tomas J
а
ng (Thomas Young) i Avgustin Frenel (Augustin Fresnel) po
č
etkom 19. veka. Oni su
dokazali da svetlost predstavlja talase veoma male dužine. Vidljiva svetlost, tj. svetlost koja deluje
na ljudsko oko, ima talasne dužine u granicama od 0.4 mikrona (u zavisnosti od boje).
Spektar elektromagnetnog Sun
č
evog zra
č
enja sastoji se od ultraljubi
č
astog, vidljivog i
infracrvenog dela. Ultraljubi
č
asti deo nosi oko 9%, vidljivi oko 41,5% i infracrveni oko 49,5%
ukupne energije Sun
č
evog zra
č
enja (slika 1).
6
1.2 Izvori svetlosti
Svetlosni izvori su tela koja emituju svetlost i koja u oku izazivaju ose
ć
aj vida (Sunce, zvezde,
planete, sve
ć
a, sijalica). U svetlosnim izvorima se toplotna, hemijska, atomska i drugi oblici
energije pretvaraju i zra
č
e svetlost. Svi svetlosni izvori emituju istu prirodu svetlosti. Svetlosni
izvori dele se na: primarne i sekundarne, prirodne i vešta
č
ke.
1.
Primarni svetlosni izvori su tela koja zra
č
e svetlost na ra
č
un sopstvene energije (Sunce).
Ove izvore možemo podeliti u tri velike grupe: toplotni, luminescentni i stimulisani.
a.
Tela koja svetle usled svoje povišene temperature su toplotni (termi
č
ki) svetlosni
izvori (sijalica, sve
ć
a). Svako telo zra
č
i elektromagnetne talase bez obzira na
temperaturu do koje je zagrejano.
b.
Mnogi svetlosni izvori emituju svetlost i bez zagrevanja, to jest, rade na principu
jonizacije gasa. Takva tela nazivamo luminescentnim, hladnim, izvorima svetlosti
(beli fosfor, svitac, natrijumske, neonske i fluorescentne cevi}.
c.
Stimulisana emisija nastaje pod dejstvom spoljašnjeg elektromagnetnog zra
č
enja
odgovaraju
ć
e frekvence. Ona je zastupljena kod lasera, pa se na taj na
č
in dobija
intenzivan monohromatski snop svetlosti.
2.
Sekundarni svetlosni izvori su sva tela od kojih se svetlost odbija. Ova tela ne zra
č
e
sopstvenu svetlost ve
ć
svetlost koja poti
č
e od drugih izvora, koja se od njih odbija i stiže do
posmatra
č
a (Mesec, zgrade, knjige, sto).
3.
Prirodni izvori svetlosti su tela koja spontano emituju svetlost (Sunce, zvezde, fosfor). U
zvezdama se neprekidno odvijaju atomski procesi pri kojima se osloba
đ
a energija.
4.
Vešta
č
ki izvori svetlosti su tela koja svetle naj
č
eš
ć
e usled zagrevanja (sve
ć
a, elektri
č
na
sijalica, gasna lampa, svetle
ć
i gas u staklenim cevima).
Sva tela u prirodi možemo podeliti na providna i neprovidna. Providna tela su tela kroz koja
svetlost prolazi (voda, led, staklo, dijamant), a neprovidna su tela koja odbijaju ili upijaju svetlost
(planete, metali, ogledala, knjige, sto). Možemo ih videti samo ako ih osvetlimo nekim svetlosnim
izvorom.
Svetlosni zrak je uzan snop svetlosti i u geometrijskoj optici se predstavlja u vidu pravih linija.
Kada je izvor svetlosti ( na primer Sunce) veoma daleko od posmatranog tela tada se može
predpostaviti da su sun
č
evi zraci paralelni.
1.3 Brzina svetlosti
Brzina svetlosti je jedna od najvažnijih fizi
č
kih karakteristika svetlosti. Još 1632. godine
Galileo Galilej (Galileo Galilei) je pokušao da odredi njenu vrednost na Zemlji pomo
ć
u svetlosnih
![Kvantni prinos prelaza od 521kev iz raspada [196]Au](https://public-cdn.studenti.rs/132292/thumbnails/thumbnail-320.jpg)
