x
Učitavanje

5.7 Razlaganje svjetlosti na boje

Europska unija, Zajedno do fondova EU
Sadržaj jedinice
Povećanje slova
Smanjenje slova
Početna veličina slova Početna veličina slova
Visoki kontrast
a Promjena slova
  • Verdana
  • Georgia
  • Dyslexic
  • Početni
Upute za korištenje

Na početku...

Slika prikazuje prolazak snopa bijele svjetlosti kroz trostranu prizmu. Nakon prolaska bijela svjetlost razložena je na boje.

Na slici je:

  1. naslovnica jednog od najboljih rock-albuma svih vremena
  2. pokus kojim pokazujemo kako se bijela svjetlost razlaže na komponente.

Oba su odgovora točna.


O prirodi svjetlosti

Slika prikazuje kako Isaac Newton razlaže bijelu svjetlost uz pomoć prizme
Newtonow pokus s bijelom svjetlosti i prizmom

Posjedujemo različita osjetila, imamo osjetilo za sluh ili pak osjetilo za dodir. Međutim, većina onoga što znamo o svijetu oko sebe stečeno je zahvaljujući našemu vidu.

U uvodnom je primjeru slika koja nastaje kada uski snop bijele svjetlosti prođe kroz staklenu prizmu. Pogledajte sada videozapis.

Pokus je to koji je vjerojatno prvi izveo slavni Isaac Newton u 17. stoljeću. Newton je bio uvjeren da se svjetlost sastoji od sitnih čestica koje se gibaju pravocrtno, zagovarao je čestičnu (korpuskularnu) teoriju o prirodi svjetlosti.

Nasuprot njemu, njegov suvremenik Christian Huygens bio je uvjeren u valnu prirodu svjetlosti. Smatrao je da se svjetlost širi prostorom u obliku elektromagnetskog vala.

Tek će 20. stoljeće dati odgovor na pitanje o prirodi svjetlosti.

I Newton i Huygens imali su pravo, svjetlost pokazuje i valna i čestična obilježja.

Svaki val posjeduje valnu duljinu i frekvanciju. Ljudsko je oko savršeni instrument za mjerenje frekvencije i valne duljine svjetlosti, ono je u stanju razlikovati svjetlost frekvencije 700 THz i svjetlost frekvencije 670 THz . Spomenute frekvencije odgovaraju ljubičastoj i plavoj boji.
Znači, može razlikovati valove koji u jednoj sekundi naprave 790 · 10 12 i 620 · 10 12 titraja. Dojmljivo, zar ne?

Isto tako, naše oko razlikuje svjetlosti valnih duljina 420 nm i npr. 480 nm .
Spomenute valne duljine odgovaraju ljubičastoj i plavoj boji. Dakle, bojom zapravo izražavamo frekvenciju i valnu duljinu vidljive svjetlosti.
Najniže frekvencije vidljive svjetlosti vidimo kao crvenu boju, a najviše doživljavamo kao ljubičastu. Između tih graničnih frekvencija vidljiva je svjetlost – spektar vidljive svjetlosti.

Spektar vidljive svjetlosti
Spektar vidljive svjetlosti

Kao što je vidljivo na slici, frekvencija i valna duljina vidljive svjetlosti daju uvijek isti umnožak – brzinu svjetlosti c  .

Brzina svjetlosti u vakuumu je stalna, približno 300 000 km/s  , što znači da iz podatka za valnu duljinu možemo jednostavno izračunati frekvenciju i obratno.

c = λ · f   ​

300 000 km s = λ · f      

Zadatak 1.

Koja je valna duljina svjetlosti frekvencije 600 THz  ?

300 000 km/s = λ · f

300 000 000 m/s = λ · 700 THz

3 · 10 8 m/s = λ · 600 · 10 12 Hz

3 · 10 8 m/s = λ · 6 · 10 14 Hz

λ = 3 · 10 8 m/s : 6 · 10 14 Hz

λ = 0,5 · 10 - 6 m

λ = 0,5 µm


 Poredaj boje svjetlosti po valnoj duljini, od najmanje valne duljine do najveće.

  •  cijan
  •  plava
  •  zelena
  •  crvena
  •  ljubičasta
  •  narančasta
  •  žuta
null
null

Kako vidimo?

Miješanje svijetlosti
Miješanje svjetlosti

Sunce je primarni izvor svjetlosti za naš planet. Naše oči osjećaju frekvencije, odnosno valne duljine svjetlosti našeg Sunca i interpretiraju ih bojama.

List na drvetu zelene je boje jer taj list jedino reflektira (odbija) zelenu komponentu bijele svjetlosti, a ostale komponente apsorbira (upija). Zrela jagoda odbija crvenu komponentu, ostale upija, pa je zato vidimo u crvenoj boji. Naravno, sve je povezano i s građom našeg oka.

Oko ima posebne receptore za boju – čunjiće, a posebne za svjetlost – štapiće. U uvjetima slabe osvijetljenosti, po noći, ne vidimo boju – sve je u crno-bijelim nijansama.

S pomoću čunjića, kojih je tri tipa, raspoznajemo boje. Postoje čunjići osjetljivi na „crvenu ˮ , na „zelenuˮ i na „plavu ˮ svjetlost.

Sve ostale „boje ˮ koje vidimo nastaju slaganjem crvene, plave i zelene svjetlosti.

Kombinacija kojih boja u mozgu promatrača generira osjet žute i  ljubičaste boje? Zapišite koje boje treba „promiješati ˮ.

Za žutu boju – kombinacija crvene i zelene

Za ljubičastu boju – kombinacija plave i crvene


Kutak za znatiželjne

Boje CMYK sustava miješanja boja
Boje CMYK sustava miješanja boja

U tiskarstvu se koristi drukčiji način miješanja boja, tzv. CMYK sustav miješanja boja.

Tu se miješaju četiri boje: Cijan – plava, Magenta – boja ciklame, Yellow – žuta i Key boja– crna,  za razliku od RGB miješanja boja (Red – crvena, Green – zelena i Blue – plava boja). Ovakav sustav miješanja boja rezultira kvalitetnim reprodukcijama fotografija, ilustracija ili npr. tekstova. Izrada letaka, brošura, kataloga ili vrhunski otisnutih časopisa poput National Geographica. Kao zanimljivost ističemo kako se vrijednost svake boje u CMYK sustavu iskazuje postotkom.

U tiskarstvu se zbog toga govori o klasičnome četverobojnom tisku.

Zanimljivost

Kako vidimo istu sliku u različitim periodima svojeg  života
Kako vidimo istu sliku u različitim razdobljima svojega života

S godinama ljudski vid slabi, leća u oku žuti – što djelomično blokira plavu komponentu vidljive svjetlosti. S druge strane leća u oku postaje manje propusna, gubi  elestičnost – posljedica toga je manja količina svjetlosti koja dolazi do štapića (receptora za svjetlost). Zbog toga je starijim ljudima svijet tamniji.

Zanimljivost

U likovnoj kulturi boje se dijele na:

  1. primarne  crvena žuta i plava​
  2. sekundarne – koje nastaju miješanjem dviju primarnih boja, npr. ljubičasta nastaje miješanjem plave i crvene
  3. tercijarne – koje nastaju kao kombinacija jedne primarne i jedne sekundarne boje.

Akromatske boje, crna, siva i bijela ne nalaze se u spektru, u likovnoj kulturi naziva ih se nešarenim bojama.

Ono što oko ne vidi – elektromagnetski spektar

Naravno, vidljivi dio svjetlosti samo je mali dio ukupnoga elektromagnetskog zračenja. Pogledajmo sliku.  

EM spektar i njegova uporaba u komunikaciji
EM spektar i njegova uporaba u komunikaciji

Kao što smo spomenuli, ljudsko oko osjeća EM valove u intervalu od 390   do 780 nm  . Za ostale smo praktično slijepi, ne vidimo ih, to jest nemamo senzore za te valne duljine i pripadajuće frekvencije.

Tijekom 19. stoljeća znanstvenici su otkrili i vizualizirali više različitih vrsta do tada nevidljive svjetlosti: ultraljubičasto i infracrveno zračenje, X-zračenje i gama zračenje, radiovalno i mikrovalno zračenje. Vidljiva svjetlost i tada novootkrivene vrste svjetlosti očitovanje je jedne pojave elektromagnetnog zračenja.

Zašto ne vidimo sve to ostalo zračenje?

Nekoliko je razloga. Na prvom je mjestu atmosfera našeg planeta, prozirna je, naravno, za vidljivu svjetlost, a poprilično neprozirna za ostale koje smo naveli. Visoko u atmosferi kisik i dušik upijaju i tako zaustavljaju gama i X-zračenje, ozon nas štiti od ultraljubičastog...

Naše su se oči prilagodile na svjetlost koja se kroz atmosferu probija do površine Zemlje, a naša znanost pokazala nam je kako u svakodnevici upotrebljavati ostale valne duljine.

Primjena različitih dijelova EM spektra u svakodnevnom životu

U svakodnevnom životu koristimo se različitim tehnikama, odnosno različitim uređajima koji se koriste onim dijelovima spektra koje oko ne osjeća.

Radio, televizija i komunikacija putem mobitela koriste se valovima čije su valne duljine od nekoliko kilometara do 0,3 m  .

Valove sličnih valnih duljina emitiraju različiti svemirski objekti. Analizirajući ih, doznali smo i doznajemo sve više o strukturi svemira. Ako promatramo svemir u području radiovalova, slika koju dobivamo je bitno drukčija od one u području vidljive svjetlosti.

Slika središta naše galaktike nastala promatranjem kroz radioteleskop bitno je drukčija od one koju vidimo običnim teleskopom.

Centar naše galaksije promatran radio teleskopom
Središte naše galaktike promatrano radioteleskopom Credit: Composite by B. Saxton using data from N. E. Kassim, T. J. W. Lazio, T. N. Larosa, D. S. Briggs; NRAO/AUI/NSF

Mikrovalovi su valovi valnih duljina od 0,3 m   do  0,1 mm  . Mikrovalovima se znanstvenici služe pri poučavanju svojstava materije. Naime, frekvencije kojima titraju molekule i atomi bliske su frekvencijama mikrovalova.

Radari nam služe za različite svrhe. Njima mjerimo brzine automobila u prometu, reguliramo promet u zrakoplovstvu i pomorstvu, njihove valne dulijne pripadaju dijelu radiovalova i dijelu mikrovalova.

Zanimljivost

Njemački inženjer C. Hilsmeyer patentirao je proces otkrivanja objekata s pomoću radiovalova davne 1904. Njegova ideja odnosila se na navigaciju u uvjetima smanjene vidljivosti.

Naš Nikola Tesla je 1917. godine opisao kako valovima kratkih valnih duljina otkriti podmornice. Tesla je pokazao i svoj brod na daljinsko upravljanje. Naravno, za upravljanje se koristio radiovalovima.

Što mislite, kako se danas upravlja različitim roverima koje šaljemo u različite dijelove Sunčeva sustava? Koji se to valovi koriste?

Infracrveni dio elektromagnetskog spektra čine valovi valnih duljina od 1 mm do 780 nm. Mnoge su primjene i načini kako se koristimo tim zračenjem. Granična policija upotrebljava to zračenje za noćni nadzor granica, za tzv. noćno gledanje. U medicini primjenom tih valova možemo vizualizirati različite temperature u tijelu te odrediti gdje su npr. nastali upalni procesi. Naravno, i astronomija je dio primjene.

Jedna od primjena ultraljubičastog zračenja je u zaštiti novčanica. Ako novčanicu promatramo pod ultraljubičastim svjetlom, uočavamo određene ugrađene detalje koje lažni novac ne posjeduje.

Kristalnu strukturu tvari možemo proučavati X-zračenjem, tj. rendgenskim zračenjem.

Isto tako, suvremena medicinska dijagnostika nezamisliva je bez uređaja koji se koriste rendgenskim zračenjem. Naravno, i svemir možemo promatrati u tom spektru.

Gama zračenje nastaje kao proizvod nuklearnih reakcija, u astronomiji se proučavaju svemirski objekti koji zrače u gama spektru. Valne duljine gama zračenja su od 10 - 13 do 10 - 16 m.

Kozmičko zračenje ima još manje valne duljine.

Kako sve bolje razumijemo prirodu svjetlosti, i kako naša tehnologija postaje sve bolja i bolja, svakodnevno se pronalaze novi inovativni načini uporabe različitih dijelova elektromagnetskog spektra.

Praktična vježba

Izradite jednostavni spektroskop

Pribor: ​

Uputa: Izrezati oprezno škarama model čiji se plan nalazi na slici ispod. Pozorno urezati dva bijelo obilježena mjesta. U predviđeni prostor zalijepiti dio CD-a ili starog DVD-a.

Sve pomno i čvrsto zalijepiti ljepljivom vrpcom.

Usmjeriti uski otvor prema nekom izvoru svjetlosti. Promotriti te zapisati i nacrtati što vidimo.

Model jednostavnog spektroskopa
Model jednostavnog spektroskopa

LASER

Albert Einstein je u jednome svojemu radu iz 1917. godine dao teorijski koncept rada lasera. Prvi laser izrađen je 1960. godine, godinama nakon Einsteinova rada. Često znanstvenici predlože teorijski model, a onda proteknu godine prije nego što tehnološki napredak omogući konstrukciju zamišljenih naprava i uređaja.

Kratica LASER nastala je od engleskog naziva:

Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, prijevod na hrvatski jezik  glasio bi: pojačavanje svjetlosti s pomoću stimulirane emisije zračenja.

U prvome su laseru atomi kristala rubina pobuđivani svjetlosnom lampom.

Pogledajmo animaciju.

Kako radi laser?

Svjetlost se unutar kućišta odbija, jedno je zrcalo propusno pa laserska svjetlost izlazi na tome dijelu. ​

Laser je izvor svjetlosti, no u mnogočemu se razlikuje od uobičajenih izvora svjetlosti. Laserska svjetlost je koherentna (svi valovi su u fazi), usmjerena (zraka je ograničena u relativno uzak prostorni kut) i monokromatska (jednobojna).

Zbog usmjerenosti se laserska zraka rasprostire na velike udaljenosti, za razliku od npr. svjetlosti obične žarulje koja se rasprostire u svim smjerovima podjednako.

Danas postoje različite vrste lasera i teško je zamisliti svijet bez njihove uporabe.

Neke od primjena lasera su:

Zanimljivost

Dvije godine nakon prve izrade učinkovitih lasera u svijetu, skupina znanstvenika na čelu s prof. Branimirom Markovićem, na Institutu Ruđera Boškovića u Zagrebu izradila je laser. Aktivno sredstvo tog lasera, prvog u Hrvatskoj, bila je smjesa plinova helija i neona.

...i na kraju

Ponovimo!

Bijelu svjetlost koja nam stiže sa Sunca možemo prizmom razložiti na boje boje spektra.

Svjetlost se širi kao elektromagnetski val, ali pokazuje i čestična obilježja.

Najniže frekvencije vidljive svjetlosti vidimo kao crvenu boju, a najviše doživljavamo kao ljubičastu. Između tih graničnih frekvencija vidljiva je svjetlost spektar vidljive svjetlosti.

Umnožak valne duljine i frekvencije svjetlosti je stalan. Brzina svjetlosti u vakuumu je stalna, približno 300 000 km/s  , obilježavamo je malim slovom c  .

c = λ · f  

Infracrveno zračenje čine valovi čija je valna duljina veća od valne duljine vidljive svjetlosti.

Ultraljubičasto zračenje ima valne duljine manje od valnih duljina vidljive svjetlosti.

Elektromagnetski valovi imaju različite primjene:

Radiovalove upotrebljavamo za prijenos radijskih i televizijskih signala, rendgenskim se zračenjem koristimo npr. u medicini i znanosti. Rendgensko zračenje pristiglo iz svemira daje nam uvid u prirodu nebeskih objekata. Gama zračenje primjenjujemo za liječenje tumora ili ako želimo ispitati svojstva različitih materijala.

Lasersku svjetlost upotrebljavamo na različite načine, primjenjujemo ju za prijenos informacija, u medicini i tehnici.

PROCIJENITE SVOJE ZNANJE

1

Svjetlost ima i valnu prirodu.

null
null
2

Svjetlost ima i čestičnu prirodu.

null
null
3
Brzina širenja elektromagnetskih valova iznosi km/s  . Ta se brzina naziva brzina svjetlosti i obilježava slovom .
null
null
4

Poveži parove.

radiovalovi
infracrveno zračenje
ultraljubičasto zračenje
rendgensko zračenje
gama zračenje
null
null
5

Izračunaj valnu duljinu elektromagnetnih valova koje emitira radijska postaja na frekvenciji 100 MHz? Valna duljina u metrima iznosi:

 

Postupak:

f = 100 MHz = 100 · 10 6 Hz c = 3 · 10 8 m/s c = λ · f 3 · 10 8 m/s = λ · 100 · 10 6 Hz λ = 3 · 10 8 m/s : 100 · 10 6 Hz λ = 3

6

Laserska je svjetlost:

7

Poredaj.

  • električnoga i magnetnoga
  • Elektromagnetni valovi
  • su
  • širenje
  • polja
  • titranja
null
null
ZAVRŠITE PROCJENU