3. GAISMAS IZPLATĪŠANĀS

Transkript

1 Gisms ātrum mērīšn Gisms elektromgnētiskie viļņi Gisms stri. Heigens princips Gisms tstrošnās Gisms lušn Gisms pilnā iekšējā tstrošnās. Gisms vdi Gisms dispersij. Stru git prizmā Vrvīksne Gisms izkliede tmosfērā Kopsvilkums Uzdevumi 3. GAISMAS IZPLATĪŠANĀS 77 Fiz12_03.indd 77 04/10/ :33:06

2 Gisms ātrum mērīšn Dži kilometri 3.1. tt. Glileo Glilejs, ko uzskt pr vienu no eksperimentālās fiziks pmtlicējiem, ju 16. gdsimtā mēģināj izmērīt gisms ātrumu. Pr to, cik ātri izpltās gism, vienot uzskt nv bijis kopš seniem likiem. Piemērm, stronoms Johns Keplers un filozofs Renē Dekrts domāj, k gisms ātrums ir bezglīgi liels. Vrbūt sv lom te bij tm, k nedz Keplerm debess spīdekļu novērojumos, nedz Dekrtm, domājot pr Psules iekārtojumu, nenācās sstpties r gismu, kā r kut ko tādu, ks līdzīgi kā ķermeņi kustās telpā. Skidrā nktī zvigznes tču bij redzms vienmēr! Turpretī tā pš likmet dbszinātniekiem Īzkm Ņūtonm un Robertm Hukm bij cits priekšstts pr gismu viņi uzsktīj, k gisms ātrums ir gn liels, tomēr glīgs. Ņūtons uzsktīj, k gism ir īpšu dļiņu korpuskulu plūsm. Bet ktrm ķermenim, li cik sīks ts rī nebūtu, ir noteikts ātrums. Ju 16. gdsimtā, kd liku vēl mērīj r ūdens un smilšu pulksteņiem, Glileo Glilejs mēģināj noteikt gisms ātrumu. Divi viņ plīgi r sveču lukturiem nostājās viens otrm pretī uz virākus kilometrus ttāliem uzklniem. Norunāj, k viens pceļ luktur izbīdni un uzspīdin gismu otrm. Un ts dr to pšu tikko ierug gisms spīdēšnu, norid gismu tpkļ pirmjm. Novērtējot liku, ko gism pvd ceļā turp un tpkļ, Glilejs mēģināj noteikt tās ātrumu. Tču iznāc, k bi plīgi sveču gismu ierudzīj vienlikus. Ko gn citu vrēj sgidīt!, teiktu mūsdienu novērotājs, zinot, k džus kilometrus lielo ttālumu strp pklniem gism noiet sekundes simts tūkstošās dļs likā. Vienīgis, ko Glilejs vrēj secināt, k gisms ātrums ir tik liels, k to nemz nevr izmērīt! Pirmis, km izdevās gisms ātrumu noteikt skitliski, blstoties uz stronomiskjiem novērojumiem, bij dāņu stronoms Ole Kristensens Rēmers. Glilej izgudrotjā teleskopā bij redzms, k Jupiter pvdonis Jo, priņķojot plnētu, ik pēc lik ieiet tās ēnā, un uz Zemes ir redzms Jo ptumsums. Zinot pvdoņ priņķošns periodu, lik brīdi, kd būtu jāsāks kārtējm ptumsumm, vrēj izrēķināt. Tču īstenībā periodiski ktru gdu Jo ptumsumi kvējās gd septembrī Rēmers prēķināj, k Jo ptumsumm jāsāks 9. novembrī 5 h 24 m 45 s, bet ts sākās 10 minūtes vēlāk. Jo Aptumsum zon Zemes orbīt Sule Zeme Jupiters 3.2. tt. Rēmer gisms ātrum noteikšns metode blstās uz to, k tkrībā no Zemes stāvokļ orbītā p Suli, gismi no Jupiter līdz Zemei nāks noiet džād grum ceļus. 78 Fiz12_03.indd 78 04/10/ :33:07

3 Rēmers sprt, k kvēšnās ir sistīt r ttālum minīšnos no Jupiter līdz Zemei, ks neizbēgmi notiek, Zemei riņķojot p orbītu. Pvdoņ ptumsum mksimālis kvēšnās liks ir vienāds r liku, kāds nepieciešms, li gism noietu ceļu, ks vienāds r Zemes orbīts dimetru. Pēc Rēmer prēķiniem iznāc, k šis liks ir pmērm 22 minūtes. Aptumsum novērojumi pstiprināj Rēmer spriedumus, un viņ izrēķinātis gisms ātrums bij km/s. Uz Zemes gisms ātrumu izmērīj gndrīz 100 gdus vēlāk. Gisms ātrum mērīšnā scentās slvenie frnču fiziķi Armns Fizo un Žns Fuko. Kā to izdrīt, pirmis izdomāj frnču fiziķis Armns Fizo. Viņš izveidoj iekārtu no nekustīg spoguļ un rotējoš zobrt, km bij 720 zobu. Eksperiment likā gisms strm ļāv iziet cur zobrt zobsprugu un pēc tm to fokusēj 7 jūdžu ttālumā uz kln glā esošu plknu nekustīgu spoguli, no kur gisms strs tstrojās tpkļ uz zobrtu. J zobrt griešnās ātrums bij tāds, k gisms strs tkl izgāj cur zobsprugu, td gism nonāc cī. Zinot zobrt griešnās ātrumu un zobu pltumu, vrēj prēķināt gisms ātrumu gisā. Fizo iegūtis gisms ātrums izrādījās lielāks nekā Rēmer novērojumos. Viņš ieguv, k ts ir km/s tt. Frnču fiziķis Armns Ipolits Fizo ( ) pirmis izmērīj gisms ātrumu Zemes pstākļos. 8,6 km Spogulis Zobrts Puscurspīdīgs spogulis 3.3. tt. Fizo pņēmiens gisms ātrum noteikšni. Svukārt frncūzis Žns Fuko gdu vēlāk izgtvoj citu ierīci, kurā bij rotējošs spogulis. Spogulis, līdzīgi kā Fizo zobrts, dlīj izstroto gismu īsos impulsos un ļāv noteikt impuls ceļā pvdīto liku turp un tpkļ no tstrotāj. Fuko ieguv, k gisā gisms ātrums ir km/s, ks izrādījās visi tuvs rezultāts Fizo iegūtjm ātrumm. Fuko izdevās noteikt rī gisms ātrumu pr gisu blīvākā vidē ūdenī. Gisms str ceļā noliekot curulīti r ūdeni, noskidrojās, k ūdenī gism izpltās 1,33 reizes lēnāk kā gisā gdā merikāņu fiziķis Alberts Abrhms Mikelsons ievērojmi pilnveidoj Fuko metodi, rotējošā spoguļ vietā izmntojot stoņstūru spoguļprizmu. Pr eksperiment norises vietu viņš izvēlējās Munt Vilsons observtorijs pkārtni Klifornijā (ASV). Vienu iekārts dļu uzstādīj Munt Vilson kln virsotnē, bet otru dļu Sn Antonio kln virsotnē, ks trdās 5800 m ugstumā virs jūrs līmeņ un 35 km ttālumā no Mount Vilson kln. Kā gisms votu zinātnieks izmntoj judīgu elektriskā lok lmpu. Sgtvošnās un pts eksperiments ilg gndrīz trīs gdus. Ts bij tolik 3.5. tt. Frnču fiziķis Žns Bernārs Leons ( ) Fuko pirmis izmērīj gisms ātrumu ūdenī tt. Amerikāņu fiziķis Alberts Mikelsons ( ) veic gisms ātrum precīzs noteikšns eksperimentu un pierādīj, k gisms ātrums nv tkrīgs no gisms vot kustībs. 79 Fiz12_03.indd 79 04/10/ :33:08

4 Rotējoš stoņstūru spoguļprizm Sprug Gisms vots 35 km Spogulis Sn-Antonio kln virsotnē Prizm Lēc Novērotājs 3.7. tt. Mikelson eksperiment plānojums gisms ātrum noteikšni. c = m s precīzākis iespējmis gisms ātrum mērījums. Ar šo metodi iegūtis gisms ātrums izrādījās ± 4 km/s. Tik mzu kļūdu pieļāv novērotāji. Vēlāk gisms ātrum skitlisko vērtību noteic, izmntojot lāzer strojumu. Mērījums tkārtoj dudzi zinātnieki, līdz pgājušā gdsimt noglē Strptutiskā mēru un svru komitej nolēm, k gisms ātrums vkuumā ir c = ± 1,2 m/s. Fizikālo konstnšu skiliskās vērtībs ik p likm tiek precizēts minās to pēdējie zīmīgie cipri. Gisms izpltīšnās ātrums vkuumā ir vien no nozīmīgākjām fundmentāljām konstntēm fizikā. Ar to izsk dudzus citus fizikālos lielumus un cits konstntes. Tāpēc ir vēlms, li gisms ātrumu izmērītu pēc iespējs rūpīgāk un to nevjdzētu bieži precizēt. Ptreiz to pieņem vienādu r c = m/s un uzskt pr bsolūtu. Bet cilvēku lēmums, protms, nevr būt bsolūts. Ts vr būt spēkā tiki kādu liku, līdz tm brīdim, kd rdīsies vjdzīb šo skitli precizēt. Frekvence, Hz Viļņ grums, m 3.1. Gisms elektromgnētiskie viļņi Infrsrknis strojums Redzmā gism Gisms viļņi Ultrvioletis strojums 3.8. tt. Gisms elektromgnētisko viļņu iedlījums. Gism, līdzīgi kā rdioviļņi, ir elektromgnētiskie viļņi. Tāpt kā tie, rī gisms viļņi ptver ļoti plšu dipzonu. Pr gisms viļņiem suc elektromgnētiskos viļņus, kuru viļņ grums ir sākot no milimetr (1 mm = m) līdz pt nnometrm (1 nm = m). Grāko viļņu grumu dipzonu šjā pgblā (viļņ grumi no 1mm līdz 780 nm) izņem infrsrknis strojums (IS). Sdzīvē šos viļņus mēdz dēvēt rī pr siltum strojumu. Redzmā gism, ko uztver mūsu redzes orgāns cs, izņem visi šuru viļņ grumu dipzonu. Redzmji gismi tbilst viļņ grumi, sākot no 770 nm līdz 380 nm. Gisms elektromgnētiskos viļņus, kuru viļņ grums ir īsāks nekā redzmji gismi, suc pr ultrvioleto gismu jeb ultrvioleto strojumu. Šī strojum viļņ grums ir robežās no 380 nm līdz pt 1 nm. Infrsrknjm strojumm, redzmji gismi un ultrvioletjm strojumm norādītie viļņu grum dipzoni, protms, tik krsi nv nodlāmi. Elektromgnētisko viļņu 80 Fiz12_03.indd 80 04/10/ :33:09

5 skl ir nepārtrukt, un pārej no vien dipzon uz citu notiek nemnāmi. Tomēr ktr dipzon viļņiem piemīt svs rksturīgs īptnībs. Infrsrkno strojumu pirmo reizi reģistrēj stronoms Viljms Heršels gdā, vēl ilgi pirms tm, kd kļuv skidrs, k redzmā gism ir elektromgnētiskie viļņi. Heršel likā ju bij zināms, k redzmā gism sdlās vrvīksnes krāsu spektrā. Novērojot termometr dzīvsudrb stbiņ celšnos Sules gisms spektrā, Heršels ievēroj, k tempertūr pugstinās rī td, j termometru novieto līdzās spektr srknji josli tur, kur redzmās gisms nemz virs nv. Tātd Sules strojums te tomēr nokļūst. Šo strojum dļu nodēvēj pr siltum striem iz srknās gisms infrsrkno strojumu. Tgd zināms, k infrsrkno strojumu izstro visi ķermeņi ssilusī zeme, dzīvās būtnes, skrsēti priekšmeti. Arī gndrīz pusi no Sules strojum veido siltumstrojums. Infrsrkno strojumu izmnto dudzās ierīcēs. Šjā dipzonā drbojs ierīces, ks ļuj redzēt nkts tumsā. Arī televizoru, mūziks centru un citu sdzīves ierīču vdībs pultīm tālvdību nodrošin infrsrknie stri. Infrsrkno stru detektori ir neizvietojmi glābšns drbos, jo migl un dūmi šo strojumu bsorbē mzāk nekā redzmo gismu. Infrsrknjā dipzonā drbojs rī dudzi teleskopi, r kuriem pēt Visumu, jo to uztveršns spēju mzāk trucē strpzvigžņu putekļu mākoņi, ks ir nopietns šķērslis novērojumiem r redzmās gisms teleskopiem. Elektromgnētiskos viļņus redzmās gisms dipzonā mēs uztverm kā džādu krāsu gismu. Redzmās gisms dipzons ir sdlīts septiņās krāsu joslās tā, kā tās ssktāms vrvīksnes lokā tt. Infrsrkno stru termogrmmā redzms cilvēks, ks ēd sldējumu. Sldējums ptiešām ir uksts! 1300 C 1540 C 1550 C 1560 C 1540 C 520 C 350 C 300 C tt. Gāzes degļ liesmi džādās vietās ir tšķirīg krās, jo tā ir tkrīg no liesms tempertūrs. 400 nm 450 nm 500 nm 550 nm 600 nm 650 nm 700 nm 750 nm tt. Redzmās gisms spektr josls un tām tbilstošie viļņ grumi. Dudzi redzmās gisms voti ir skrsēti ķermeņi. To spīdēšns pmtā ir tomu un molekulu sdursmes, ko izris viels dļiņu siltumkustīb. Sdursmes ierosin tomus, tie iegūst enerģiju, ko pēc tm tdod kā strojumu. Tempertūru intervāls, kurā ķermeņi spīd, ir plšs. Sākot no tikko kvēlojošu ogļu tempertūrs, ks ir tiki 600 C līdz 700 C, līdz Sules virsms tempertūri, ks pārsniedz sešus tūkstošus grādus. Un tā nebūt nv spīdošu ķermeņu tempertūru ugšējā robež. Sule ir glvenis redzmās gisms vots, km evolūcijs gitā ir piemērojusies mūsu redze. Jāpiebilst, k Sules redzmā gism piedlās rī fotosintēzes procesā, ks mūs nodrošin r elpošni nepieciešmo skābekli un ugos veicin orgnisko vielu sintēzi, bez kā dzīvīb uz Zemes būtu tt. Cilvēk cis uztver elektromgnētiskos viļņus, kur grums vidēji ir no 770 nm līdz 380 nm. Bet dudzi dzīvnieki redz psuli citu elektromgnētisko viļņu gismā. Piemērm, putni un bites redz rī ultrvioleto strojumu. 81 Fiz12_03.indd 81 04/10/ :33:11

6 3.13. tt. Ultrvioletis strojums, kur viļņ grums ir 320 nm līdz 400 nm (UV-A), nodrošin D vitmīn sintēzi ādā un iedegumu. J viļņ grums ir 290 nm līdz 320 nm (UV-B), ultrvioletis strojums ādā iekļūst dziļāk un izris grumbu veidošnos. Vēl īsāk viļņ grum strojums 200 nm līdz 290 nm (UV-C) ir bīstms dzīvībi. No tā mūs izsrgā Zemes tmosfēr un šis strojums līdz Zemes virsi vr nokļūt tiki cur tmosfērs ozon curumiem. neiespējm. Bez siltumkustībs pstāv vēl dudzi citi procesi, ks izris vielu spīdēšnu. Piemērm, spīd gāzizlādes spuldzes, televizor vi monitor ekrāns, spīd rī jāņtārpiņš. Ar šiem procesiem iepzīsimies, plūkojot tomu uzbūvi. Redzmās gisms spektr īsāko viļņ grumu violetā josl pāriet plšjā ultrvioletā strojum dipzonā. Ultrvioletis strojums ir būtisk Sules strojum sstāvdļ. Tā enerģij ir tik liel, k šāds strojums kļūst dzīvībi bīstms. J Sules ultrvioletis strojums pilnā pmērā nokļūtu uz mūsu plnēts, dzīvībs šeit nebūtu. Intensīvs ultrvioletis strojums noārd šūns, izsucot pdegumus un veicinot ļundbīgo udzēju veidošnos. Tču gndrīz visu Sules ultrvioleto strojumu, j tā viļņ grums ir mzāks pr 320 nm, iztur Zemes tmosfērs ugšējos slāņos esošis ozon slānis. Vēl īsāk viļņ grum ultrvioleto strojumu bsorbē rī tmosfērs skābeklis. Tāpēc Zemes virsu ssniedz tiki mz, grāko viļņ grumu un mzāk bīstmā ultrvioletā strojum dļ. Tā kā ultrvioleto strojumu tikpt kā neliž curi stikls, td cu izsrdzībi spilgtā sulē, ugstu klnos vi solārijos obligāti jālieto tumš stikl izsrgbrilles. Mzās devās ultrvioletis strojums ir nepieciešms un lietderīgs. Ts veicin D vitmīn sintēzi orgnismā, izris veselīgu iedegumu un ir izmntojms dezinfekciji Izskidro! ) Kāpēc cilvēkus uztruc ozon curumu veidošnās tmosfērā? b) Kurm gisms strojum dipzonm ir vislielākā nozīme dzīvībs pstāvēšnā uz Zemes? c) Vi gisms viļņ grums vr būt 1 mm? UZDEVUMS 3.2. Gisms stri. Heigens princips Vide n Giss 1,0003 Ledus ( 5 C) 1,31 Ūdens (+ 20 C) 1,33 Kusēts kvrcs 1,46 Krkstikls 1,51 Flintstikls 1,70 Dimnts 2, tb. Gisms lušns koeficients dzeltenji gismi (n Hz). Risinot uzdevumus pr gisms lušnu, pieņem, k gisms lušns koeficients gisā n 1. Gism izpltās tiki curspīdīgā vidē. Vkuumā un viendbīgā vidē gisms viļņu ātrums ir neminīgs. Vkuumā gisms ātrums ir vienāds r c m/s. Vidē ts ir mzāks un vienāds r v = c, kur skitlis n > 1 ir ktri videi rksturīgs n gisms lušns koeficients. Vkuumā, kd gisms ātrums v = c, gisms lušns koeficients n = 1. Arī tmosfērs gisā normālos pstākļos gisms lušns koeficients tik mz tšķirs no vien (n 1,0003), k tjā gism izpltās gndrīz tikpt ātri kā vkuumā (v c). Tā to uzsktīsim rī mēs. Vide vr izrādīties curspīdīg vien dipzon gisms viļņiem, bet necurlidīg cit dipzon gisms viļņiem. Giss, ūdens un stikls ir curspīdīgi redzmji gismi. Ptiešām, mēs redzm curi gism, ūdens slānim vi stikl rūtij. Tjā pt likā prstis logu vi sulesbriļļu stikls nebūt nv curspīdīgs ultrvioletji gismi. Konkrētībs lbd turpmāk plūkosim redzmās gisms izpltīšnos. 82 Fiz12_03.indd 82 04/10/ :33:11

7 v Viļņ frontes v v Viļņ fronte Gisms stri Svārstību fāze tt. Viļņ frontes, pārvietojoties r viļņ ātrumu v, pārnes telpā noteiktu viļņ svārstību fāzi tt. Gisms stri ir viļņ frontēm perpendikulāri stri, ks norād gisms izpltīšnās virzienu. Jebkuru viļņu, tātd rī redzmās gisms, izpltīšnos vr novērot, sekojot viļņ fronšu kustībi. Atgādināsim, k viļņ fronte ir virsm, uz kurs viļņ svārstībs notiek vienā fāzē. Svārstību izpltīšnās viļņ veidā notiek tā, k viļņ frontes telpā skrien r viļņ izpltīšnās ātrumu. Viļņ izpltīšnos vr ttēlot rī r frontēm perpendikulāriem gisms striem. Uzsktīsim, k vide, kurā izpltās gism, ir viendbīg (homogēn). Tādā vidē gisms ātrums ir neminīgs, viļņ frontes vienādos likos noiet vienādus ttālumus un gism izpltās p tisniem gisms striem. Ne velti lietojm pzīmējumu gisms strs. Gisms stru ptiešām vr ierudzīt, izsedzot viļņ fronti r ekrānu un tstājot tjā mzu tvērumu. Tā pirms virāk nekā trīssimts gdiem Sules gisms stru gitu pētīj Īzks Ņūtons, ptumšojot telpu un log izkrā tstājot curumiņu. J telp ir putekļin, strs lbi ssktāms no sāniem. Līdzīgi vr novērot rādāmkociņ srkno lāzer stru. Visos šādos gdījumos r gisms stru mēs sprotm šuru, virzītu gisms kūli virzienu, kurā plūst gisms viļņ enerģij. Gisms stri Viendbīgā vidē gism izpltās tisnā virzienā p gisms striem. Li izsekotu viļņ frontes kustībi, izmntosim Heigens principu. Sskņā r to, ktru ju esošās viļņ frontes punktu uzlūko kā junu, tā sukto sfērisko sekundāro viļņu votu. Iedomāsimies, k sekundārie viļņi no šiem punktiem izpltās uz visām pusēm un veidojs sfērisks sekundāro viļņu frontes. Td pēc brīž vr uzzīmēt sekundāro viļņu frontēm pliecēju virsmu. Tā rī ir uz priekšu skrejošā viļņ nākmā ) Sekundāro viļņu b) pliecēj Viļņ vots Sfēriskā sekundārā viļņ fronte Viļņ sākotnējā fronte tt. Heigens princips: ktr nākmā viļņ fronte ir sekundāro viļņu ārējā pliecošā virsm. ) Sfērisk gisms viļņ izpltīšnās homogēnā vidē p punktveid gisms votu. b) Plkn viļņ izpltīšnās homogēnā vidē. Viļņu frontes tt. No punktveid gisms vot nākošie gisms stri un viļņ frontes. Gisms stri Viļņu frontes tt. Plkn viļņ frontes ir plknes, uz kurām viļņ svārstībām ir vienād fāze. Priekšsttu pr plknu vilni vr izmntot, j gisms vots trods tālu. Td viļņ frontes vr ttēlot kā prlēls, vienu otri sekojošs plknes. 83 Fiz12_03.indd 83 04/10/ :33:11

8 fronte. Turpinot līdzīgā veidā zīmēt sekundāros viļņus un to pliecējvirsms, sākotnējo viļņ fronti virz tālāk. Pēc tm nv grūti konstruēt viļņ frontēm perpendikulāros gisms strus, ks norād viļņ izpltīšnās virzienu. Heigens principu izmnto, noskidrojot gisms tstrošnās un lušns likumus. Aplūkosim bieži sstopmu gdījumu gism izpltās homogēnā curspīdīgā mteriālā un krīt uz gludu robežvirsmu, ks to tdl no cit mteriāl. Šādos gdījumos vienmēr sstopmies r gisms tstrošnās un lušns prādībām. Iegūt gisms viļņu tstrošnās un lušns likumus nozīmē noskidrot no robežvirsms tstroto un luzto gisms stru gitu Izskidro! Kurā vidē gisms ātrums ir lielāks: gisā vi stiklā; vkuumā vi gisā; srknā vi zļā stiklā? 3.3. Aprēķini! Cik reizes gisms ātrums flintstiklā ir lielāks (vi mzāks) pr gisms ātrumu ūdenī; dimntā; ledū? UZDEVUMI 3.3. Gisms tstrošnās tt. Gisms tstrošnās dēļ spogulī vrm redzēt svu ttēlu. Aplūkosim gisms tstrošnos no spoguļgluds virsms. Pieņemsim, k uz spoguli slīpi krīt plkns vilnis. Plknā viļņ frontēm perpendikulārie gisms stri, kurus suc pr krītošās gisms striem, ir prlēli. Leņķi, ko veido krītošās gisms strs un perpendikuls str krišns punktā, suc pr gisms krišns leņķi α. Svukārt plkni, kurā trods krītošis strs un perpendikuls pret virsmu, suc pr gisms krišns plkni. Atstrotās gisms stri veido no spoguļ tstroto gismu. Leņķi strp perpendikulu un tstroto stru suc pr gisms tstrošnās leņķi β. Izrādās, k krītošis strs, perpendikuls pret robežvirsmu un tstrotis strs trods vienā, gisms krišns, plknē. Li noskidrotu, cik liels ir gisms tstrošnās leņķis β, j gisms krišns leņķis ir α, un, tātd, iegūtu gisms tstrošnās likumu, izmntosim Heigens principu. Ar tā plīdzību noskidrosim, kā no krītošā viļņ frontēm veidojs tstrotā viļņ frontes. Pieņemsim, k kādā lik momentā t, krītošā viļņ fronte k 1 šķērso robežvirsmu punktā s 1. Šis punkts uzreiz kļūst pr sekundārā viļņ votu, bet fronte k 1 r viļņ izpltīšnās ātrumu v 1, kāds ts ir gismi šjā vidē, virzās tālāk (3.20. tt.). Pēc brīž, momentā t 2 viļņ fronte ju šķērso robežvirsmu tālākā punktā s 2 un ieņem stāvokli k 2. No punkt s 2 sāk veidoties juns sekundāris vilnis. Toties sekundārā viļņ fronte no punkt s 1 ju ir sfēr r rādiusu r 1 = v 1 t (3.21. tt.). Šjā formulā t ir liks, kurā krītošā viļņ fronte pārvietojs no 84 Fiz12_03.indd 84 04/10/ :33:11

9 k p k p s 1 t 1 k 1 v 1 v 1 b A B r 1 r 1 b s 1 d s 2 t 1 t 2 k 1 k tt. Gisms tstrošnās likum iegūšn. k 1 krītošā viļņ fronte, k krītošis strs, p perpendikuls pret robežvirsmu. sin = r d 1 sin b = r d 1 = b r 1 = v 1 Dt Dt = t 2 t tt. Gisms tstrošnās likum iegūšn. k 1 un k 2 krītošā viļņ frontes, tstrotā viļņ fronte, k krītošis strs, tstrotis strs, p perpendikuls pret robežvirsmu. stāvokļ k 1 stāvoklī k 2, noejot ttālumu r 1. Atstrošnās likums izriet no ttēl (3.21.tt.). Uzzīmējot tstrotā viļņ fronti un ti perpendikulāro tstroto stru, no tisnleņķ trīsstūru s 1 As 2 un s 1 Bs 2 vienādībs iegūst, k α = β. Gisms tstrošnās likums Atstrotās gisms strs un perpendikuls pret robežvirsmu str krišns punktā trods gisms krišns plknē. Gisms tstrošnās leņķis β ir vienāds r gisms krišns leņķi α. Ievērosim, k perpendikulāri pret robežvirsmu krītošā gism, kd krišns leņķis α = 0, tstrojs tieši tpkļ. Ptiešām, šjā gdījumā rī tstrošnās leņķis β = 0. Gisms tstrošnās prādību vr slīdzināt r ideāli elstīgu ķermeņu sdursmi. Ptiešām, no impuls nezūdmībs likum izriet, k līdzīgi kā gisms tstrošnās, notiek rī ideāli elstīgs bumbiņs tlekšn no tikpt ideāli elstīgs grīds: bumbiņs krišns leņķis α ir vienāds r tlēcien leņķi β. Gisms tstrošnās likums ir vispārīgs. Ts ir spēkā rī td, j tstrojošā virsm ir izliekt vi ieliekt. Arī krītošis vilnis vr nebūt plkns. Gism, piemērm, vr krist no punktveid vot un veidot sfērisku vilni. Atstrošnās likumu piemēro ktrā robežvirsms punktā, un, j krišns leņķis ir α, td rī tstrošnās leņķis β = α. β = α gisms krišns leņķis b gisms tstrošnās leņķis k b Robežvirsm tt. Gisms tstrošns likums ir spēkā jebkurs virsms (rī liekts) ktrā punktā. Krītošis strs k, tstrotis strs un perpendikuls pret robežvirsmu p trods vienā plknē. p UZDEVUMS 3.4. Izskidro! ) Prlēlu stru kūlis ir vērsts horizontālā virzienā lppuses plknē. Kā jānovieto spogulis, li pēc tstrošnās stru kūlis būtu vērsts vertikāli uz ugšu? b) Gisms str krišns leņķis uz spoguli ir α. Spogulis ir novietots perpendikulāri lppuses plknei. Pr cik lielu leņķi pgriezīsies tstrotis strs, j spoguli pgriezīs pr leņķi β ttiecībā pret zīmējum plkni? v v tt. Gisms tstrošnos vr slīdzināt r bumbiņs bsolūti elstīgu tlekšnu no grīds. 85 Fiz12_03.indd 85 04/10/ :33:12

10 3.4. Gisms lušn tt. Krītošā str sdlīšnās tstrotjā un luztjā stros. Krītošis strs k, tstrotis strs, luztis strs l un perpendikuls pret robežvirsmu p trods vienā plknē. k k p b g l p Robežvirsm Gisms lušn, piemērm, notiek gismi izpltoties no gis ūdenī. Šjā un citos līdzīgos gdījumos ir run pr divām curspīdīgām vidēm, kurās gisms izpltīšnās ātrums ir tšķirīgs. Norunāsim, k vide, kurā gism krīt uz robežvirsmu, ir pirmā vide (1), piemērm, giss, bet vide, kurā gism izpltās tālāk, ir otrā vide (2), mūsu piemērā ūdens. Pieņemsim, k slīpi no gis uz ūdens robežvirsmu krīt prlēli gisms stri un gisms krišns leņķis ir α. Tāpt kā no spoguļ, rī no gluds ūdens virsms dļ gisms tstrojs pirmjā vidē. Tču šoreiz gism nokļūst rī otrjā vidē ūdenī. Gisms strus, ks te izpltās, suc pr luztās gisms striem, un tie r perpendikulu pret robežvirsmu veido gisms lušns leņķi γ. Gisms lušnā iespējmi divi gdījumi. Gisms lušns leņķis γ, slīdzinājumā r gisms krišns leņķi α, vr būt gn mzāks, gn lielāks pr to. Pirmjā gdījumā gism lūzt vidē, kurs gisms lušns koeficients n 2 ir lielāks pr gisms lušns koeficientu n 1 videi, no kurs gism krīt (n 2 > n 1 ). Gismi krītot no gis ūdenī, tās stri noliecs uz perpendikul pusi. Turpretī otrjā gdījumā, j gism krīt no ūdens gisā (n 2 < n 1 ), notiek pretēji luztis vilnis izpltās vidē r mzāku gisms lušns koeficientu. Gismi krītot no ūdens gisā, gisms stri tliecs no perpendikul. Li uzrkstītu gisms lušns likumu, izmntojot Heigens principu, jākonstruē luztā viļņ frontes. Pieņemsim, k lik momentā t 1 gisms viļņ fronte k 1 šķērso gis un ūdens robežvirsmu punktā s 1. Šis punkts kļūst pr sekundāro gisms votu un izstro sfērisku sekundāro vilni. Krītošā viļņ fronte r ātrumu v 1 = c n 1 virzās tālāk (3.25. tt.). Pēc brīž, lik momentā t 2, fronte šķērso robežvirsmu punktā s 2 un ieņem stāvokli k 2. Likā t = t 2 t 1 pirmjā vidē viļņ fronte ir nogājusi ttālumu r 1 = v 1 t, bet sfēriskis sekundāris vilnis no sākotnējā punkt s 1 ttālumu r 2 = v 2 t. k p k 1 n 1 n 2 s 1 t 1 k A 1 k v 2 1 = c n r 2 1 n 1 d s 1 g s 2 t 1 r 1 t n 2 2 g B v 2 = c n 2 l r 1 = v 1 Dt l r 2 = v 2 Dt tt. Gisms lušns likum iegūšn. k 1 krītošā viļņ fronte, k krītošis strs, p perpendikuls pret robežvirsmu tt. Gisms lušns likum iegūšn. k 1 un k 2 krītošā viļņ frontes, l luztā viļņ fronte, k krītošis strs, l luztis strs, p perpendikuls pret robežvirsmu. 86 Fiz12_03.indd 86 04/10/ :33:12

11 Turklāt r 2 < r 1, jo otrjā vidē vilnis izpltās r mzāku ātrumu v 2 = c n 2 nekā pirmjā vidē (v 2 < v 1 ). Konstruējot luztā viļņ fronti l un ti perpendikulāro luzto stru, no tisnleņķ trīsstūru s 1 As 2 un s 1 Bs 2 īpšībām iegūst krišns leņķ un lušns leņķ sinusu ttiecību sinα sin γ = v v 1 (3.26. tt.). Bet tā kā viļņ ātrumi bās vidēs tbilstoši ir v 1 = c n 2 un v 2 = c, td sinusu ttiecību pierkst rī 1 n 2 šādi sin α sin γ = n n 2. 1 Gisms lušns likums Luztās gisms strs un perpendikuls pret robežvirsmu trods gisms krišns plknē. Gisms krišns leņķ sinus ttiecīb pret luztā leņķ sinusu ir vienād r gisms lušns koeficientu ttiecību bās vidēs. sin sin g = n 2 n 1 gisms krišns leņķis g gisms lušns leņķis n 1 gisms lušns koeficients videi, no kurs gism krīt n 2 gisms lušns koeficients videi, kurā gism lūst k p l p b g g b l k tt. Krītošā un luztā stru pgriežmīb. Uzzīmējot stru gitu, ievērosim, k to iespējms rī pgriezt pretējā virzienā. Td luztis strs kļūst pr krītošo un pretēji krītošis strs kļūst pr luzto. Ar gisms lušns prādību nāks sstpties itin bieži. Piemērm, rugoties iesānis uz ūdenī iegrimušu priekšmetu, ts izsktās novietots seklāk un tālāk no tās viets, kur ts īstenībā ir. Ts izskidrojms r to, k no priekšmet nākošie gisms stri uz ūdens virsms lūzt un tiki pēc tm nonāk novērotāj cīs. Bet novērotājs priekšmetu sskt luztā str tiešjā turpinājumā ūdenī. Redzmis stāvoklis Giss Ūdens Īstis stāvoklis Giss Ūdens Redzmis stāvoklis Īstis stāvoklis tt. J gisms strs nāk no gis ūdenī, td lūztot ts noliecs uz perpendikul pusi. Tāpēc trodoties zem ūdens, cilvēku sejs izsktās tuvāk ūdens virsmi nekā īstenībā tt. Rugoties uz ūdenī iegremdēto zīmuli no gis, luztis strs tliecs no perpendikul un tā turpinājumā zīmulis izsktās pārlūzis. 87 Fiz12_03.indd 87 04/10/ :33:13

12 Sules ptiesis stāvoklis Atmosfēr Sules redzmis stāvoklis Zeme Novērotājs tt. Sules stru refrkcij Zemes tmosfērā. Šī pš iemesl dēļ mēs Suli no Zemes redzm nedudz ugstāk nekā tā ptiesībā trods. Šo prādību, ks sistīt r gisms stru lušnu, dēvē pr refrkciju. Sules un rī citu zvigžņu izstrotā gism Zemi ssniedz, izejot curi biezm tmosfērs slānim, kur blīvums pieug virzienā uz Zemi. Pkāpeniski plielinās rī gisms lušns koeficients un minās gisms stru izpltīšnās virziens. Sulei trodoties zenītā (virs novērotāj glvs), luztie stri sākotnējo virzienu nemin refrkcij ir vienād r nulli. Refrkcij pieug spīdeklim slīdot uz horizont pusi. Refrkcij horizont tuvumā izpužs kā ustošs un rietošs Sules disk šķietms splcinājums. Refrkcij pildzin diens grumu, jo td, kd redzmā Sules disk pkšējā ml tiki vēl pieskrs horizontm, Sule ptiesībā ir ju norietējusi Izskidro! ) Kādā gdījumā, gismi pārejot no ūdens gisā, tā nelūst? b) Vi gisms lušns leņķis un krišns leņķis vr būt vienādi? c) Dži ūdens kukiņi cilvēkm ūdenī nv redzmi. Vi tie būs redzmi gisā? Vi vr eksistēt orgnisms, ks nv redzms gisā? 3.6. Aprēķini! Gisms strs krīt 45 o lielā leņķī uz stiklu, kur lušns koeficients ir 1,5. Cik liels ir lušns leņķis? UZDEVUMI 3.5. Gisms pilnīgā iekšējā tstrošnās. Gisms vdi tt. Gisms pilnīgo iekšējo tstrošnos vr novērot trukā r ūdeni. Kā ju noskidrojām, j gism pāriet no vides, kur ir lielāks gisms lušns koeficients, vidē, kur ts ir mzāks (n 2 < n 1 ), td lušns leņķis γ ir lielāks pr krišns leņķi α. Šādā gdījumā luztis strs virāk nekā krītošis strs tliecs no perpendikul pret robežvirsmu. Tā, piemērm, notiek, gismi pārejot no ūdens gisā. No lušns likum sin α sin γ =n n 2 1 izriet, k, plielinot krišns leņķi α, lielāks kļūst rī lušns leņķis γ. Tču ts nevr pārsniegt 90. Acīmredzot td luztis strs otrjā vidē virs nenokļūst. Šādos pstākļos pstāv tiki tstrotis strs un vis gism tstrojs vidē, no kurs tā ir nākusi. Šo prādību suc pr gisms pilnīgo iekšējo tstrošnos. Luztās gisms stri n 2 < n 1 n 2 sin 0 = n 2 n 1 Atstrotās gisms stri Krītošās gisms stri tt. Pie noteikts krišns leņķ vērtībs 0 luztis strs slīd p robežvirsmu un otrjā vidē nenokļūst n Fiz12_03.indd 88 04/10/ :33:14

13 Pilnīgā iekšējā tstrošnās notiek td, kd gisms krišns leņķis ssniedz robežvērtību α 0. Ts notiek pie noscījum, kd lušns leņķis g = 90 un tātd lušns leņķ sin 90 = 1. No gisms lušns likum iegūst, k pilnīgās iekšējās tstrošnās robežleņķi vr izteikt kā sin α 0 = n n 2 1. Robežleņķ α 0 lielums ir tkrīgs tiki no gisms lušns koeficientu ttiecībs bās vidēs. Gismi pārejot no optiski blīvāks vides, piemērm, no stikl vi ūdens gisā, kurm gisms lušns koeficients n 2 = n g 1, pilnīgās iekšējās tstrošns robežleņķis sin α 0 1 n. Piemērm, gismi pārejot no stikl gisā, 1 robežleņķis ir mzāks pr 45. Neliels tšķirībs robežleņķ vērtībās rods tāpēc, k džād veid stiklm ir tšķirīgi gisms lušns koeficienti. sin 0 = n 2 n 1 0 pilnīgās iekšējās tstrošnās robežleņķis n 1 gisms lušns koeficients videi, kurā trods krītošis strs n 2 gisms lušns koeficients videi, uz kurs robežvirsms lūst krītošis strs Gisms pilnīgā iekšējā tstrošnās ir prādīb, kd vis gism, krītot uz robežvirsmu strp divām curspīdīgām vidēm, tstrojs vidē, no kurs tā krīt. n 2 n 2 > n 1 n 1 b Gisms pilnīgo iekšējo tstrošnos izmnto optiskjos instrumentos. Ar tās plīdzību, piemērm, binokļos pgriež krītošās gisms stru pr 90 vi pgriež ttēlu. Tm nolūkm izmnto tisnleņķ stikl prizmu. Prizms stiklā, gismi krītot 45 leņķī pret skldni, krišns leņķis pārsniedz robežleņķi α 0 un gism no stikl neiznāk tā tiki prizms iekšienē tstrojs. Izšķiroš lom gisms pilnīgji iekšēji tstrošni ir optiskjos kbeļos. Optiskis kbelis sstāv no virākiem tūkstošiem optisko šķiedru. Ktr šķiedr ir izgtvot no īpši ugsts kvlitātes kvrc stikl, ks ir turpt vi reižu gismu curlidīgāks nekā prstis logu stikls. Džādiem mērķiem rūpnieciski ržoto optisko šķiedru dimetrs ir sākot no 0,005 mm līdz pt 0,5 mm. Optisko šķiedru ptver ļoti plāns pvlks, kurm gisms lušns koeficients ir mzāks nekā pši šķiedri. Tā rezultātā gisms strm, ks p zigzgu ceļu izpltās šķiedrs grenss virzienā, piemīt pilnīgā iekšējā tstrošnās. Ārpus šķiedrs ts nenokļūst. Un tā kā šķiedrs stiklā gism bsorbējs mz, gisms impulsu bez ievērojmiem zudumiem vr pārridīt kilometriem lielā ttālumā tt. Pilnīgās iekšējās tstrošnās izmntošn pgriezējprizmās un pgriezējprizmās. b b n 2 n 1 n 2 > n 1 n 1 n tt. Gisms pilnā iekšējā tstrošnās optiskjā šķiedrā. Pilnīgās iekšējās tstrošnās prādībs izmntošn optiskjās šķiedrās pdr tās līdzīgs strāvs vdiem. Slīdzinot r ugstfrekvences rdioviļņiem, gisms viļņu frekvence ir vēl dudz ugstāk. J rdioviļņu frekvence ssniedz tt. Optiskā šķiedr un no tām veidotis optiskis kbelis ir lokns, ks nodrošin optiskā signāl izvdīšnu nepieciešmjā vietā. 89 Fiz12_03.indd 89 04/10/ :33:14

14 ν 10 9 Hz, td redzmji gismi tā ir turpt miljons reižu ugstāk ju Hz. Tāpēc informācijs ierkstm gisms vilnī ir pieejms dudzkārt lielāks frekvenču dipzons, ko vr sdlīt tsevišķs joslās. Tā pārridīt izdods dudzkārt lielāku informācijs pjomu. Optisko šķiedru izmnto ne tiki informācijs pārridei. Optiskā šķiedr vr izvdīt lāzer strā koncentrēto gisms viļņ enerģiju līdz vieti, kur to ptērē, piemērm, metālu kusēšni vi medicīnisko operāciju veikšni bez sklpeļ. Loknjā curulē ietilpst gisms vdi, r kuriem pārvd gismu un rid ttēlu, mzgājošis knāls, kā rī knāls instrumentu ievdīšni cilvēk orgnismā Okulārs Objektīvs Gisms vots Projektor lmp tt. Medicīniskjā dignostikā iekšējo orgānu psktei plši lieto endoskopus, kuros izmnto gisms vdus Izskidro! ) J cilvēki turpinās piesārņot Zemes tmosfēru, vi nevr notikt tā, k Sules stri sāks pilnībā tstroties no Zemes tmosfērs? b) Kāpēc binokļos izmnto prizms? c) Kā skrāpējumi gisms vdā ietekmē ttēl kvlitāti? 3.8. Aprēķini! Gisms vds ir veidots no diviem džād veid stikliem. Centrālās dļs stikl lušns koeficients ir 1,49, bet pvlk 1,45. Aprēķini gisms pilnīgās iekšējās tstrošnās robežleņķi šjā gisms vdā! UZDEVUMI 3.6. Gisms dispersij. Stru git prizmā Ar mūsu cīm redzmā psule ir krāsin. Krāsu uztvere ir subjektīv un ktrm no mums tā tšķirs. Apkārtējo priekšmetu dudzās krāsu ninses mēs ktrs uztverm džādi. Tču gisms krāsinībi, netkrīgi no mūsu subjektīvās uztveres, ir objektīvs cēlonis. To nosk gisms elektromgnētisko viļņu svārstību frekvence ν. Ktrs krāss gismi ir sv rksturīg svārstību frekvenču josl. Ju 17. gdsimtā Īzks Ņūtons konsttēj, k, virzot šuru Sules gisms kūli uz stikl prizms sānu skldni, gismi izejot no prizms, tā uz ekrān veidoj pltu, krāsinu joslu. Josls septiņs krāss bij skārtots tāpt kā vrvīksnes lokā, veidojot Sules jeb tā suktās bltās gisms spektru. Šīs septiņs vrvīksnes lok pmtkrāss ir srkn, ornž, dzelten, zļ, giši zil, zil, violet. Prizm Sules blto gismu sdl spektrā ktri krāsi tbilstošās gisms stri 90 Fiz12_03.indd 90 04/10/ :33:15

15 nokļūst ekrān džādās vietās. Tātd šie stri rī no prizms skldnes iziet tšķirīgos leņķos. Kāpēc tā notiek? Li tbildētu uz šo jutājumu, jāizseko tm, ks notiek r bltās gisms prlēlu stru kūli, tm ieejot prizms stiklā. Pieņemsim, k uz prizms sānu skldni leņķī α krīt bltās gisms strs. Strs pirmo reizi lūzt, ieejot stiklā, un vēlreiz lūzt, izejot no prizms cur tās pretējo skldni. Leņķis ϕ strp biem striem prizmā ieejošo stru K un no tās iznākošo stru L norād, pr cik lielu leņķi prizm noliec krītošās gisms stru. Gisms stru nolieci prizmā nosk lušns likums, pēc kur krišns un lušns leņķu sinusu ttiecīb ir vienād r gisms lušns koeficienu ttiecību stiklā un gisā. Tāpēc izskidrojums tm, k džādām krāsām tbilstošie gisms stri prizmā noliecs tšķirīgos leņķos, ir meklējms vienīgi tjā pstāklī, k gisms lušns koeficients n ir tkrīgs no gisms viļņu svārstību frekvences ν jeb viļņ grum l. Šo prādību suc pr gisms dispersiju. Gisms dispersij ir gisms lušns koeficient tkrīb no gisms viļņu svārstību frekvences jeb viļņ grum. No redzmās gisms striem vismzākis nolieces leņķis prizmā ir srknji gismi, vislielākis violetji. Lielāk gisms str noliekšnās kādā vidē nozīmē lielāku gisms lušns koeficientu. Tātd prizms stiklā, plielinoties gisms viļņ svārstību frekvencei ν jeb smzinoties gisms viļņ grumm λ, gisms lušns koeficients n plielinās. Tā notiek rī citām vielām, j vien tās gismi ir curspīdīgs. Ne tiki Sules strojum bltjā gismā ir sjukti džādu viļņu grumu viļņi. Džādu viļņ grumu gismu izstro elektriskās spuldzes un dudzi citi gisms voti. Pārliecināties pr to, k bltās gisms sdlīšnā spektrā ptiešām ir vinojms gisms lušns koeficients, vr šādi. Izmntosim vienādsānu prizmu un izvēlēsimies krītošā str leņķi α tā, li, pēc lūšns stiklā strs ietu prlēli prizms pmtnei. Šis strs, izejot no prizms pretējās skldnes, nolieksies uz prizms pmtnes pusi tikpt lielā leņķī, kā krītošis strs. Šī cīmredzmā simetrij vienkāršo uzdevum trisināšnu. Kā redzms no ttēl (3.39. tt.), krītošā gisms str nolieces leņķis j = 180 δ, kur leņķis δ = 180 2e, kur e = α γ. No tā seko, k δ = 180 2(α γ). Tātd j = 2(α γ), un pēc gisms lušns likum sin α 2 sinγ = n seko, k str nolieces leņķis n1 j = 2α 2rcsin( n n 1 sin α). Lušns likumā n 1 = n gism = 1, bet n 2 = n stiklm. Acīmredzmi, k glrezultātā krītošā str nolieces leņķis j ir tkrīgs tiki no krišns leņķ α 2 un gisms lušns koeficient prizms stiklā r stiklm. Bltās gisms sdlīšnos spektrā novēro ne tiki stikl prizmā. Pt td, j īpš stikl prizm nv pie roks, bltā gism, lūstot uz curspīdīgu kristālu vi stikl šķutnēm, tāpt rd krāsinu tspulgu dispersijs dēļ. Gisms dispersiju izmnto optiskjos instrumentos, krītošās gisms sdlīšni krāsinu joslu vi līniju spektrā. Pēc tt. Bltās gisms sdlīšn spektrā, izmntojot stikl prizmu. n 1,7 1, tt. Gisms lušns koeficient tkrīb no gisms viļņ grum. k n 1 n 2 α e d g l, nm tt. Gisms lušn vienādsānu prizmā. Krītošā str nolieces leņķ j prizmā prēķināšn, tkrībā no gisms krišns leņķ α. j l 91 Fiz12_03.indd 91 04/10/ :33:15

16 Svācējlēc veido prlēlu stru kūli Svācējlēc fokusē ktrs krāss strus uz ekrān Ieejs sprug Prizm tt. Spektrālprātus, r kuriem spektrus novēro tiki vizuāli, suc pr spektroskopiem tt. Dispersijs spektrālprāt principiālā shēm. joslu vi līniju novietojum uz instrument skls ir iespējms noteikt krītošās gisms viļņ svārstību frekvenci n jeb viļņ grumu l. Šāds ierīces suc pr dispersijs spektrālprātiem. Spektrālprāt glvenās sstāvdļs ir sprug, svācējlēcs un prizm (3.40. tt.). Prizms uzdevums ir nošķirt džādu gismu strus, un tāpēc tās izgtvo no mteriāliem, kuriem vjdzīgjā viļņu grumu dipzonā ir pēc iespējs liel dispersij Izskidro! ) Kāpēc, gismi ejot cur trijstūr prizmu, tā sdlās spektr krāsās, bet ejot curi log stiklm nesdlās? b) Kurs krāss gismi zļji vi dzeltenji gisms lušns koeficients kādā noteiktā vidē ir lielāks? c) Ks notiks, j gisms stru kūli, ks izgājis cur vienu prizmu, virzīs vēlreiz cur citu prizmu? Vi iegūtis rezultāts būs tkrīgs no prizms pgriezien leņķ ttiecībā pret gisms stru kūli? Uzzīmē tbilstošu zīmējumu! UZDEVUMS 3.7. Vrvīksne tt. Vrvīksne fotogrfēt Vācijā, klnos 1835 m ugstumā virs jūrs līmeņ. Vrvīksne ir krāšņ gisms prādīb tmosfērā. Prsti vrvīksnes septiņu pmtkrāsu lokus novēro vsrā pēc lietus, kd Sule spīd iz mugurs. Ar vrvīksnes prādīšnos kopš seniem likiem ir sistīti ticējumi un tā uzsktīt pr lbu ziņu vēstnesi. Li gn vrvīksnes izcelsme ir interesējusi dbszinātniekus ju kopš pšiem fiziks izsākumiem, tomēr tās krāsu ršnos izskidroj tiki 17. gdsimtā. Vrvīksne rods, Sules bltās gisms striem lūstot ūdens pilieniņos, ks pēc lietus ir gisā. Krītošās gisms strs, nākot no Sules, pilieniņā lūst, tstrojs no pilien pretējās mls un vēlreiz lūst, izejot no tā gisā. Vrvīksni redz novērotājs, kurm Sule pēc lietus uzspīd iz mugurs. J visi pstākļi ir lbvēlīgi, td mitrjā gisā viņš sev priekšā ierug vrvīksnes loku. Atstrotā Sules gism nonāk cīs no visiem tiem lietus pilieniem, ks tstro gismu 42 leņķī. J ūdens pilieni trods ugstāk vi zemāk, td novērotājs tstrotos strus vispār nesskt. Kāpēc Sules gism ir sdlījusies septiņu krāsu un nokrāsu spektrā? Vrvīksnes ārējā josl ir srkn, bet iekšējā violet. Ts notiek gisms dispersijs dēļ. Gisms lušns 92 Fiz12_03.indd 92 04/10/ :33:16

17 42 No Sules Mākonis r lietus pilieniem tt. Stru git lietus pilieniņā, ks rd vrvīksni tt. Cilvēks redz tiki tos mākoņ pilieniņos luztos strus, ks nonāk viņ cīs 42 lenķī. koeficients ūdenī srknji gismi ir n 1,33, bet violetji ts ir lielāks n 1,34. Tāpēc srknji gismi tstrošnās leņķis ir nedudz virs 42, proti, 42 22, bet violetji mzāks, tiki Vrvīksnes redzmos gisms toņus nosk rī lietus pilienu izmērs. J to dimetrs ir 1 mm līdz 2 mm, td prsti redz spožu violeto, zļo un srkno loku. Smzinoties pilienu dimetrm, srknā krās pkāpeniski kļūst blāvāk. Kd pilienu dimetrs ir tiki desmitdļu milimetr liels, vrvīksnes lokā redz tiki izplūdušu violeto krāsu. J pilieni ir vēl mzāki, td vrvīksne ir pvism bāl. UZDEVUMS Izskidro! ) Vi Ltvijā iespējms redzēt vrvīksni vsrā pusdienlikā? Pskidro! b) Kd vrvīksne vsrā būs ugstāk plkst. 17 vi plkst. 18? c) Divi novērotāji sktās uz vrvīksni, bet ktrs to redz nedudz tšķirīgi. Kāpēc tā? tt. J izdotos ierudzīt vrvīksni, lidojot r lidmšīnu, td ti būtu riņķ līnijs form. Apgismosim no ugšs stikl truku, kurā ieliets tīrs ūdens. Rugoties uz truku no sāniem, nekāds īpšs izmiņs ūdenī nv pmnāms. Tikko ūdenī iepilin džus pilienus pien, in minās. Ūdens trukā izsktās sduļķots un no visām pusēm blāvi spīd. Iepilinot pienu, ūdens virs nv tīrs, un notiek gisms izkliede. Gisms stri, ks no gisms vot nokļūst ūdenī, sstop ceļā viels piejukumdļiņs, siltumkustībs rdītās blīvum izmiņs un vēl citus r nepbruņotu ci nesskmāmus šķēršļus. Tāpēc tie virs neizpltās tisnā virzienā, bet izklīst uz visām pusēm. Gisms izkliedes prādībs spilgti izpužs tmosfērā. Rugoties uz debesīm, vienmēr mēs tās redzm citāds. Skidrā likā, pusdienlikā tās ir zils. Mākoņu klātbūtne debess toņus min no tumši ziliem līdz mirdzoši sārtiem. Debess krās dienā minās rī tkrībā no ugstum, kādā trods novērotājs. Augstu klnos tā ir intensīvi zil, rugoties no kosmiskā lidprāt virākus simtus kilometru ugstumā, debess Gisms izkliede tmosfērā tt. J Zemei nebūtu tmosfērs, td debesis vienmēr būtu melns, kāds tās redzms Kosmosā. 93 Fiz12_03.indd 93 04/10/ :33:17

18 3.47. tt. Molekulārā gisms izkliede ir tkrīg no gisms viļņ grum. Sulei rietot, tās gisms stri noiet dudz lielāku ttālumu nekā td, kd Sule ir zenītā. Zilā gism p ceļm izkliedējs un līdz mums nokļūst srknās gisms stri. ) b) tt. ) Relej izkliedē uz mzjām dļiņām visvirāk izkliedējs zilie un violetie stri, turpretī srknie tikpt kā virzienu nemin. b) Tindl izkliedē gn zilie un violetie, gn srknie stri izkliedējs vienādi uz visām pusēm tt. Piens un mākoņi pie debesīm ir bltā krāsā, jo dļiņu izmēri un krītošās gisms viļņ grums ir ptuveni vienāds, un izkliedētās gisms intensitāte no viļņ grum vispār nv tkrīg. ir meln. Un, j Zemei vispār nebūtu tmosfērs, debess meln izsktītos vienmēr. To, k mēs debesis dienā redzm džādās krāsās, nosk Sules gisms izkliede tmosfērā. Atmosfērā gisms izkliede notiek gn no gis molekulām, gn no džād lielum un izcelsmes dļiņām, ks ir gisā. Šīs dļiņs veido gis piesārņojumu. Piemērm, tie ir dūmi vi putekļi, ks gisā nokļūst tuksnešu smilšu vētru un vulkānu izvirdumu likā, cilvēk drbībs izrisītie putekļi, vi rī visdžādākie erosoli. Aerosolus rd gāzveid vidē izsēts šķidrum vi cietvielu dļiņs. Izpltītākie erosoli Zemes tmosfērā ir ūdens kondensācijs un sublimācijs produkti ūdens pilieniņi un ledus kristāliņi. Dļiņu, uz kurām notiek gisms izkliede, izmēri minās visi plšās robežās no mikrometriem (10 6 m) līdz mikrometr simtdļām (10 8 m). Tātd piesārņojum dļiņu izmērs vr būt gn lielāks, gn rī mzāks pr redzmās gisms viļņ grumu (λ 10 7 m). Atkrībā no tā, cik liels ir tmosfērā esošās dļiņs, minās gisms izkliedes rksturs un rezultāts. J piejukumu dļiņu izmēri nepārsniedz 1/5 līdz 1/10 no gisms viļņ grum λ, td džādos virzienos izkliedētās gisms intensitāte ir izteikti tkrīg no gisms viļņ grum. Šo izkliedi suc pr molekulāro jeb Relej izkliedi. Izkliedētās gisms intensitāte minās pgriezti proporcionāli viļņ grum ceturtji pkāpei: I ~ 1/λ 4. Ts nozīmē, k visintensīvāk izkliedējs īso viļņ grumu gism zilā un violetā. Turpretī grāko viļņ grumu (srknā) gism izkliedējs mzāk. Pie tm zilā gism izkliedējs ptuveni 16 reizes virāk nekā srknā gism. To rī novērojm, sktoties virzienā uz horizontu, no kurienes līdz mums nonākusī Sules gism curi biezjm gis slānim ir šķērsojusi grāko ceļu. Virāk ir plikuši neizkliedēti srknās gisms viļņi. Tāpēc Sule pie horizont prsti ir srknāk. Relej izkliedes cēlonis ir ne tiki sīku svešu dļiņu piejukums tmosfērs gisā. Relej izkliede notiek rī pvism tīrā, šķietmi homogēnā vidē (rī gisā). Izrādās, k tīrs giss nemz nv pilnīgi viendbīgs. To vr uzsktīt pr homogēnu ttālumos, ks lielāki pr gisms viļņ grumu (~10 7 m). Tču gis viendbīgumu izjuc nejušs blīvum izmiņs jeb fluktuācijs, ks jebkurā vielā pstāv vienmēr, jo tās izris hotiskā siltumkustīb. Šīs blīvum izmiņs ir tik neliels, k tās nevr konsttēt neviens mērinstruments. Tāpēc rī šo izkliedes veidu suc pr molekulāro izkliedi. Dudzu piejukum dļiņu izmēri ir lielāki pr gisms viļņ grumu, un šjos gdījumos gisms izkliede virs nv tkrīg no viļņ grum visu viļņ grumu gisms viļņi gisā izkliedējs vienādi intensīvi. Ts nozīmē, k tur, kur intensīvi notiek gisms izkliede uz dūmu un putekļu dļiņām, ledus kristāliņiem un erosolu dļiņām, debesis kļūst blāvi pelēks un mākoņi blti. Šo gisms izkliedes veidu suc pr Tindl izkliedi. 94 Fiz12_03.indd 94 04/10/ :33:17

19 1. Gisms viļņus pēc viļņ grum iedl infrsrknjā jeb siltum strojumā (1 mm līdz 780 nm ), redzmjā gismā (770 nm līdz 380 nm) un ultrvioletjā strojumā (380 nm līdz 1 nm). 2. Viendbīgā vidē gism izpltās tisnā virzienā kā gisms stri. 3. Vkuumā gisms izpltīšnās ātrums ir c (c ~ m/s). Curspīdīgā vidē gisms ātrums v < c. v = n c, kur n >1 ir gisms lušns koeficients videi, kurā gism izpltās. 4. Gisms viļņu frontei krītot uz robežvirsmu, ks tdl divs curspīdīgs vides, gism no robežvirsms tstrojs un lūst. 5. Gisms tstrošnos un lūšnu uz robežvirsms izskidro Heigens princips. Pēc šī princip ktru gisms viļņ frontes punktu vr pieņemt pr jun, sekundārā sfēriskā viļņ votu. Sekundāro viļņu pliecējvirsms kļūst pr gisms viļņ frontēm. 6. Gisms tstrošnās likums: tstrotās gisms strs trods gisms krišns plknē, un tstrošns leņķis β ir vienāds r krišns leņķi α. α = β 7. Gisms lušns likums: luztās gisms strs trods gisms krišns plknē un krišns leņķ α sinus ttiecīb pret lušns leņķ g sinusu ir vienād r otrās un pirmās vides gisms lušns koeficientu ttiecību. sin sin g = n 2 n 1 Kopsvilkums 8. Gisms pilnīgā iekšējā tstrošnās notiek, gismi krītot no optiski blīvāks vides optiski mzāk blīvā vidē (n 2 < n 1 ). J gisms krišns leņķis ssniedz robežleņķi α 0, kurm sin α 0 = n 2 n 1, gism optiski mzāk blīvjā vidē nenokļūst, un pstāv tiki tstrotis strs. 9. Gisms dispersij ir gisms lušns koeficient n tkrīb no gisms viļņ svārstību frekvences ν. 10. Gisms dispersijs dēļ notiek bltās gisms sdlīšnās spektrā, gismi ejot cur prizmu. Gisms dispersiju izmnto spektrāljos instrumentos. 11. Sules bltji gismi lūstot ūdens pilieniņos, gisms dispersijs dēļ ir novērojm vrvīksne. 95 Fiz12_03.indd 95 04/10/ :33:17

20 Uzdevumi Veido svu konspektu, tbildot uz jutājumiem! Kādos trīs dipzonos iedl gismu? Kur izmnto infrsrkno strojumu; ultrvioleto strojumu? Kā gisms frekvence ir sistīt r tās krāsu? Ko suc pr gisms lušns koeficientu? Ko šis lielums rksturo? Cik liels ir gisms lušns koeficients vkuumā? Ko suc pr gisms stru? Ks ir Heigens princips? Ko suc pr sekundāro vilni? Ko nozīmē jēdziens gisms tstrošnās? Kādiem noscījumiem jābūt spēkā, li gism izpltītos tisnā virzienā? Ko suc pr krišns leņķi; tstrošnās leņķi? Formulē gisms tstrošnās likumu! Vi gisms tstrošnās likums ir spēkā rī sfēriskiem spoguļiem; izliektiem spoguļiem? Cik procentu gisms tstrojs no tīr spoguļ? Ko suc pr lušns leņķi? Formulē gisms lušns likumu! Uzrksti formulu, ks prkst gisms lušns likumu! Uzrksti, ko nozīmē ktrs pzīmējums! Gism pāriet no gis tējā. Kāds ir gisms krišns leņķis slīdzinājumā r lušns leņķi? Kādā gdījumā, gismi pārejot no viens vides otrā, lušns leņķis ir lielāks nekā krišns leņķis; mzāks; tāds pts; ir nulle? Kur gism izpltās ātrāk retinātā vi blīvā gisā? Kādu prādību suc pr gisms pilnīgo iekšējo tstrošnos? Kā vr prēķināt gisms pilnīgās iekšējās tstrošnās robežleņķi? Kā notiek gisms tstrošnās gisms vdos? Vi iespējm gisms pilnīgā iekšējā tstrošnās uz robežvirsmām: ūdens- stikls; gissūdens; ūdens giss; ūdens ūdens? Kādā gdījumā notiek gisms pilnīgā iekšējā tstrošnās stiklā; dimntā? Kur izmnto gisms vdus? Ko suc pr gisms dispersiju? Vi gisms lušns koeficients ir tkrīgs no gisms frekvences? Kurš gisms strs, ejot cur trijstūr prizmu, noliecs virāk srknis vi zļis? Sules stri pgismo vienu ūdens pilienu. Vi, gismi lūstot pilienā, vrēs novērot viss vrvīksnes krss vi tiki vienu krāsu? Džreiz, lidojot lidmšīnā, vr redzēt vrvīksni, ks veido noslēgtu riņķi. Kur tādā gdījumā vr redzēt lidmšīns ēnu? Kāpēc, stāvot uz zemes, vrvīksni prsti neredz kā noslēgtu riņķi? Novērojot zvigznes no Zemes, tās mirgo. Vi zvigznes mirgotu rī, sktoties no Mēness? Kāpēc pienu cilvēks redz bltā krāsā, bet ūdens izsktās curspīdīgs? Kādm jābūt piejukum dļiņu izmērm slīdzinājumā r gisms viļņ grumu, li izkliede būtu tkrīg no gisms viļņ grum; li nebūtu tkrīg no gisms viļņ grum? Kā izpužs gisms izkliede, j piejukum dļiņu izmērs ir mzāks pr gisms viļņ grumu; lielāks pr gisms viļņ grumu; vienāds r gisms viļņ grums? Izvēlies preizo tbildi! Infrsrknis strojums ir elektromgnētiskis strojums. (jā / nē) Jo ugstāk ir ķermeņ tempertūr, jo lielāks ir izstrotā elektromgnētiskā viļņ grums. (jā / nē) Pārejot no viens optiski curspīdīgs vides citā, optiski mzāk blīvā, vidē, gisms strs vienmēr noliecs no sv sākotnējā izpltīšnās virzien. (jā / nē) Prlēli stri pēc tstrošnās no plkn spoguļ rī ir prlēli. (jā / nē) 96 Fiz12_03.indd 96 04/10/ :33:18

21 3.50. J uz plknu spoguli krīt džādu krāsu prlēlu stru kūlis, td visu krāsu striem tstrošnās leņķi ir vienādi. (jā / nē) Gisms pilnīgā iekšējā tstrošnās vr notikt td, j gism krīt no optiski mzāk blīvs vides optiski blīvākā vidē. (jā / nē) Optisko kbeli izgtvo no stikl šķiedrs vi svijot sīkus kpr vdiņus. (jā / nē) Vi, gismi ejot curi stikl pkešu logiem, vr notikt gisms pilnīgā iekšējā tstrošnās. (jā / nē) Gisms lušns koeficients ir tkrīgs no vides tempertūrs. (jā / nē) Vi no rīt iespējms redzēt vrvīksni? (jā / nē) Debesis sulrietā ir srkns tāpēc, k vkros Sule izstro virāk srknji krāsi tbilstošo elektromgnētisko viļņu. (jā / nē) Giss ir optiski blīvāks nekā stikls. (jā / nē) Gisms ātrums ūdenī ir mzāks nekā gisā. (jā / nē) Gisms krišns leņķis uz plknu spoguli ir 20. Cik lielu leņķi veido krītošis un tstrotis strs? A 20 C 80 B 40 D Ks izskidro Sules redzmā disk splcināšnos, ti lecot un rietot? A gisms lušn B gisms tstrošnās C difrkcij D interference Gisms str krišns leņķis uz plknu spoguli ir 35. Cik liels ir tstrošnās leņķis? A 70 C 90 B 35 D Bltā gism krīt uz trijstūr prizmu. Kādā krāsā ir strs 1? Gisms ātrums vkuumā ir 3, m/s, bet stiklā 2, m/s. Cik liels ir gisms lušns koeficients stiklā? A 0,67 C 1,5 B 0, D 1, Srknās gisms strs pāriet no gis stiklā. Kuri gisms lielumi minās šjā procesā? A ātrums C viļņ grums B frekvence D krās Gisms frekvence ir Hz un ātrums kādā mteriālā ir 0,75c. Cik liels ptuveni ir šī mteriāl gisms lušns koeficients? A 0,75 C 3,8 B 0,15 D 1, Lāzer stru no gis rid uz gludu dīķ ūdens virsmu. Giss Kurš tiks pgismots r lāzer stru? A putns un zivs B putns un ūdenszāle C vēzis un ūdenszāle D vēzis un zivs Kurā zīmējum ttēlot gisms lušn? A Lāzers Glud dīķ virsm Vēzis Giss Ūdens C Zivs Putns Ūdenszāle Giss Ūdens 1 B D A bltā B melnā C violetā D srknā Giss Ūdens Giss Ūdens 97 Fiz12_03.indd 97 04/10/ :33:18

22 3.68. Attēlā prādīt gisms str git curi vidēm A un B. Vide A Vide B Kāds ir srknās gisms viļņ grums slīdzinājumā r dzeltenās gisms viļņ grumu? A lielāks B mzāks C tāds pts Gism no gis krīt uz stikl prlēlsklni vi trijstūr prizmu. Kuru ttēlu ppildinot, vr ilustrēt gisms dispersijs prādību? A Monohromtisk gism Kā minās gisms ātrums, gisms strm pārejot no vides A vidē B? A smzinās B plielinās C neminās D gisms ātrums vienmēr ir km/s, tā ir neminīg konstnte Ornžās gisms frekvence ir Hz. Cik liels ir tās viļņ grums vkuumā? A 1, m C 6, m B 1, m D 2, m B C D Monohromtisk gism Sules gism Sules gism Plknprlēl stikl plāksne ir uzlikt uz plkn spoguļ. Noteikts frekvences gism no gis krīt uz plāksni un tstrojs no spoguļ. Ar svītrlīniju ir novilkts perpendikuls str krišns punktā. Kurš ttēls visprecīzāk ttēlo str gitu curi stikl plāksnei? A B C D Plkns spogulis Plkns spogulis Plkns spogulis Plkns spogulis Aprēķini un ttēlo grfiski! Bltās gisms strs krīt uz plknu spoguli. Krītošis ) Pārzīmē ttēlu kldē! strs b) Konstruē perpendikulu str krišns punktā! c) Izmēri krišns leņķi, izmntojot trnsportieri! Pierksti krišns leņķ lielumu! d Konstruē tstroto stru! e) Uz spoguli krīt bltā gism. Vi tstrošns leņķis ir vienāds visu Giss viļņ grumu gismi? f) Ks minītos, j plknā spoguļ vietā būtu izliekts sfērisks spogulis; Spogulis ieliekts sfērisks spogulis? g) Pārzīmē vēlreiz doto ttēlu kldē! Attēlo tstrotos strus, j virsm nv spoguļglud! 98 Fiz12_03.indd 98 04/10/ :33:18

23 3.74. Attēlā prādīt gisms str pārej no viens vides otrā. Pirmās vides lušns koeficients ir n 1, bet otrās n Gisms strs pāriet no ūdens stiklā. Gisms krišns leņķis ir 30, bet lušns ir 24. Gisms lušns koeficients ūdenim ir 1,3. Ūdens Stikls n 1 n ) Kurš ir krišns leņķis (1, 2, 3, 4 vi 5)? b) Kurš ir lušns leņķis? c) Kur vide ir optiski blīvāk (pirmā vi otrā)? d) Kurs vides lušns koeficients ir lielāks (n 1 vi n 2 )? e) Kurā vidē gism izpltās ātrāk (pirmjā vi otrjā)? f) Vi gisms frekvence, pārejot no pirmās vides otrjā, minās? g) Cik liels ir gisms pilnīgās tstrošnās robežleņķis, j n 1 = 1,5 un n 2 = 1,4! h) Cik liels ir lušns leņķis, j krišns leņķis ir 45 ; 68 ; 75? i) Pr cik lielu leņķi strs ir novirzījies no sākotnējā izpltīšnās virzien, j krišns leņķis ir 45? No orgniskā stikl gisā pāriet srknās gisms strs. Aprēķini: ) gisms lušns koeficientu stiklm; b) reltīvo lušns koeficientu (n 2 /n 1 ), gismi pārejot no ūdens stiklā; c) krišns leņķi, j lušns leņķis ir 30 ; d) gisms ātrumu ūdenī; stiklā! Doti divi gdījumi: pirmjā gdījumā gism pāriet no stikl ūdenī, bet otrjā no stikl gisā. ) Attēlo bs situācijs zīmējumos! b) Vi kādā no šiem gdījumiem vr notikt gisms pilnīgā iekšējā tstrošnās? J vr, td prēķini pilnīgās iekšējās tstrošnās robežleņķi ktrm gdījumm! Gism krīt uz robežvirsmu stikls giss no stikl puses, un krišns leņķis ir 30 o. Giss n = 1,0 Stikls n = 1, Giss Orgniskis stikls ) Pārzīmē ttēlu kldē! b) Aprēķini lušns leņķi! Attēlo to zīmējumā! Pēc tm stiklm uzlej virsū ūdeni. Giss n = 1,0 Ūdens n = 1,3 Stikls n = 1,5 30 Veic mērījumus r lineālu vi trnsportieri un prēķini gisms lušns koeficientu orgniskjm stiklm! Attēls uzzīmēts mērogā. d) Aprēķini šjā gdījumā lušns leņķi, gismi no stikl pārejot ūdenī! e) Aprēķini gisms lušns leņķi, gismi pārejot no ūdens gisā! f) Cik lielm vjdzētu būt gisms krišns leņķim uz robežvirsms stikls ūdens, li notiktu gisms pilnīgā iekšējā tstrošnās no robežvirsms stikls ūdens; ūdens giss? 99 Fiz12_03.indd 99 04/10/ :33:18

24 3.79. Attēlā prādīts gisms strs, ks krīt uz plknu spoguli, un tā git pēc tstrošnās. P ir perpendikuls, ks novilkts str sskres punktā r spoguli. P Attēlā prādīt pentprizm, kādu izmnto sktu meklētājā džos profesionāljos fotoprātos. Mls AE, ED un DC ir psudrbots. Gism krīt uz mlu AB un iznāk ārā cur mlu BC. E A 112,5 D ) Kurš ir krišns leņķis (1, 2, 3, 4 vi 5)? b) Kurš ir tstrošnās leņķis? c) Vi ir minījies gisms viļņ grums, frekvence, mplitūd, ātrums? Krišns leņķis ir 65. d) Cik liels ir tstrošnās leņķis? e) Cik liels ir leņķis 4? f) Pr cik lielu leņķi strs ir novirzījies no sākotnējā izpltīšnās virzien? Str krišns leņķi plielin pr 20. g) Uzzīmē tbilstošu zīmējumu! h) Cik liels tgd ir ktrs no leņķiem (1, 2, 3, 4 un 5)? Gisms strs no gis ieiet gisms vdā, veidojot r vd grensi 15 lielu leņķi. Apvlks n 1 = 1,4 Pārzīmē ttēlu plielinātā veidā un turpini stru gitu pentprizmā, kmēr strs izkļūst no prizms! Curspīdīgā mteriālā gisms pilnīgās tstrošnās robežleņkis ir 38. Cik liels ts būs, j šo mteriālu ievietos ūdenī? Attēlā prādīt lāzer srknā str git džādās vidēs (1, 2, 3, 4 un 5). Vides sjuktā veidā ir: ūdens, divi džād veid stikli, giss. Četrām vidēm optiskie blīvumi ir tšķirīgi, bet divām vienādi. 5 B 112,5 C 15 Stikls n = 1,5 Apvlks n 1 = 1,4 4 ) Kā minās gisms frekvence, gismi pārejot no gis gisms vdā? Kā minās viļņ grums? Kā minās gisms ātrums? b) Cik liels ir gisms lušns leņķis uz gis un stikl robežvirsms? c) Cik liels ir gisms pilnīgās iekšējās tstrošnās robežleņķis gisms vdā? d) Kāpēc gisms vdm ir nepieciešms pvlks? Kādm jābūt pvlk gisms lušns koeficientm? Ks notiktu, j stikl vdm uzklātu pvlku, kur lušns koeficients ir lielāks nekā stiklm? e) Uzrksti vienu priekšrocību, kāpēc gisms vdu ir izdevīgāk izmntot nekā metāl vdu kbeli! ) Slīdzini optiskos blīvumus 1. un 2. vidēm; 3. un 4. vidēm; 4. un 5. vidēm! b) Kuri videi ir vislielākis optiskis blīvums? c) Kurām vidēm optiskie blīvumi ir vienādi? d) Noski, kurm skitlim tbilst ktr vide? 100 Fiz12_03.indd /10/ :33:18

25 3.84. Srknās gisms strs krīt uz lodveid ūdens pilienu prlēli dimetrm AB. Pilien centrs ir O. ) Pārzīmē plielinātu ttēlu kldē! Srkno stru ttēlo r srknu krāsu! b) Aprēķini gisms pilnīgās iekšējās tstrošnās robežleņķi uz ūdens un A gis robežvirsms! c) Uzzīmē srknā str tālāko gitu, kmēr strs iznāk ārā no ūdens pilien! d) Ks izminītos, j srknā str vietā uz pilienu kristu zilās gisms strs? e) Attēlo zilā (r zilo krāsu) str gitu pilienā tjā pšā zīmējumā! Grfikā ttēlot gisms lušns koeficient tkrīb no viļņ grum. ) Cik liels ir gisms lušns koeficients srknji gismi; violetji gismi? b) Attēlo grfiski gisms ātrum stiklā tkrību no gisms viļņ grum, pr pmtu ņemot srknās un violetās gisms ātrumu. Izvēlies optimālu mērogu! n 1,342 1,330 Giss Ūdens O B l, nm Li koncentrētu prožektor gisms enerģiju, izmntoj divus slīpi novietotus spoguļus. Turpini zīmēt stru gitu! Pskidro, kāds būs rezultāts! Vi r šo metodi vr izstāt lāzer gisms stru? Gisms strs no gis krīt uz plknprlēlu plāksni, kurs biezums ir d un gisms lušns koeficients ir n. Gisms krišns leņķis ir, lušns leņķis ir g, gisms str ceļš otrjā vidē ir AC. Attālums, kādā izejošis strs nobīdīts no krītošā str ir l. Šie lielumi tbulā skārtoti 5 uzdevumiem. Pārzīmē ttēlu kldē! Aprēķini nezināmos lielumus! Nr. n, d, cm g, AC, cm l, cm 1. 1,5 30 5,0 2. 7,8 35 7,0 3. 1, ,5 45 1,8 5. 1,6 5, Trijstūr prizms (A, B, C, D) izgtvots no vien veid stikl. Tā lušns koeficients ir 1,5. Uz prizmu no gis krīt srknās krāss stri. Zīmējumos, kuros nv norādīts krišns leņķis, strs krīt prlēli prizms pmtnei. A B C D d A g C l n ) Pārzīmē kldē zīmējumus! b) Aprēķini gisms pilnīgās iekšējās tstrošnās robežleņķi! c) Turpini stru gitu, kmēr ts izkļūst no prizms! d) Aprēķini, cik liels ir gisms ātrums prizmā? Fiz12_03.indd /10/ :33:19

26 3.89. Uz ūdens virsmu krīt gisms stru kūlis, ks sstāv tiki no divu viļņ grumu gisms srknās un violetās. Izskidro! Rūpniecībā liel nozīme ir šķidrumu kvlitātes noteikšni. Piemērm, vi eļļs blīvums tbilst stndrtm, vi lus ržošns procesā ir pievienots pietiekms dudzums cukur. To pārbud, izmntojot refrktometru, r kuru vr noteikt gisms lušns koeficientu. Ts drbojs šādi: divos vienādos stikl trīsstūrveid trukos ielej šķidrumus. Kreisās puses trukā ielej šķidrumu r īsto gisms lušns koeficientu. 102 Pārzīmē zīmējumu un r džādām krāsām uzzīmē luztos strus! Gisms vdu kbelis (ttēlā prādīts šķērsgriezumā) sstāv no dudzām šķiedrām. Ktr no tām vr pārridīt informāciju r ātrumu 2,4 gigbiti sekundē. Šādā vdā informācijs pārridi nodrošin lāzer gism, kurs viļņ grums ir 0,8 mm līdz 0,9 mm vi 1,3 mm līdz 1,55 mm. Nesējfrekvence ir pmērm Hz. Gisms vd serdes un pvlk izmēri doti zīmējumā. Gisms lušns koeficients serdes mteriālm ir 1,5, bet pvlk mteriālm ir 1,2. ) Cik liels ir viļņ grums (metros), ks tiek izmntots informācijs pārridei? b) Kādā elektromgnētisko viļņu spektr dļā trods nesējfrekvences strojums? c) Cik liels (metros) ir gisms vd dimetrs? d) Cik liels (metros) ir pvlk biezums? e) Kāpēc serde un pvlks ir izgtvoti no džādiem mteriāliem? f) Kādm jābūt serdes mteriāl gisms lušns koeficientm slīdzinājumā r pvlk mteriāl gisms lušns koeficientu? g) Attēlo grfiski, kā gisms lušns koeficients minās tkrībā no ttālum no vd viens mls! h) Aprēķini, cik liels ir pilnīgās tstrošns robežleņķis strp serdi un pvlku! Prksē izmnto rī cit veid gisms vdus. Tjos gisms lušns koeficients minās nevis lēcienveidīgi, bet gn pkāpeniski. Šķidrums r īsto lušns koeficientu Lbās puses trukā ielej pārbudāmo šķidrumu. Curi šķidrumiem liž gisms stru. ) Izskidro, kā drbojs refrktometrs! b) Kā novirzīsies gisms strs, j pārbudāmā šķidrum lušns koeficients būs mzāks nekā īstjm? Stikls 20 Ūdens 125 mm Gisms lušns koeficients smzinās pkāpeniski virzienā no centr uz mlām i) Kur ir lielāks gisms lušns koeficients centrā vi mlās? j) Pierādi, k rī šādā gisms vdā iespējm gisms pilnīgā iekšēj tstrošnās! Pārbudāmis šķidrums Nenovirzītis strs Novirzītis strs Ržotāji un pārdevēji pglvo, k utomšīnu tāljām gismām izmntojot spuldzes r zilu stiklu, redzmīb ir pt pr 50% lbāk nekā izmntojot tāds pšs spuldzes r curspīdīgu stiklu. Pmto vi tspēko ržotāju un pārdevēju pglvojumu! 60 mm Apvlks r mzāku gisms lušns koeficientu Serde r lielāku gisms lušns koeficientu Fiz12_03.indd /10/ :33:19

27 3.93. Bltā lāč splv sstāv no curspīdīgiem mtiņiem, kuriem ir tukšs vidus. Kāpēc tomēr lācis izsktās blts? Kāpēc, brucot r utomšīnu nktī un miglā, ir slikt redzmīb? Kā minītos zvigžņu redzmis izvietojums pie debess, j Zemei nebūtu tmosfērs? Pskidro, kāpēc sniegs ir blts, bet ledus curspīdīgs? Kāpēc dien īstenībā ir grāk nekā rkstīts klendārā? Kur tšķirīb ir lielāk mūsu pltum grādos vi uz Zemes ekvtor? Kā vr izskidrot, k tklātā jūrā ūdens izsktās zils, bet seklākās vietās zļš? Kāpēc dienā nevr redzēt zvigznes? Kāpēc debesis džreiz ir zils, bet citreiz pelēks? Kāpēc Sule un Mēness džreiz pie horizont izsktās ovāli; džreiz ļoti lieli (īpši klnos)? Kā vr izskidrot zvigžņu mirgošnu? Kuri stri zilie vi srknie virāk izkliedējs tmosfērā? Kāpēc lidmšīnu melnās kstes krāso ornžs? Kāpēc gišs kļūst vēl pirms sullēkt? Kāpēc vsrā sulinā dienā tālumā uz šosejs vr redzēt peļķēm līdzīgus tspulgus? Kāpēc ēku logi dienā izsktās tumši? Kāpēc mūsdienu utomšīnu lukturus neizgtvo no glud stikl, bet no reljefin? Eksperimentālie uzdevumi Gisms tstrošnās likum pārbude Drb piederumi: plkns spogulis 8 cm x 5 cm, 3 zīmuļi, plstilīns, lineāls, trnsportieris, blt ppīr lp (A4). Izmntojot plstilīnu, nostiprini spoguli vertikāli uz blts ppīr lps! O Gr spoguli novelc līniju! Novieto zīmuli A spoguļ priekšā un novēro ttēlu spogulī! Novieto zīmuļus B un C p kreisi no zīmuļ A, tā, li visi trīs zīmuļi (zīmuļi B un C, kā rī A spoguļttēls) izsktītos B uz viens tisnes! Atzīmē zīmuļu tršnās viets! A C Svieno punktus B un C, un turpini līniju līdz spogulim punktā O! Arī no punkt A turpini līniju līdz spogulim! Punktā O konstruē perpendikulu pret spoguļ virsmu! Ar trnsportieri izmēri krišns un lušns leņķus, un slīdzini tos! Izdri secinājumus! Curspīdīg mteriāl nosukum noteikšn r lineālu Drb piederumi: curspīdīg mteriāl prlēlskldnis, lāzers, lineāls, blt ppīr lp (A4). Ļuj gisms strm krist uz prlēlskldni tā, li būtu redzm str git! Uzzīmē str gitu uz ppīr! Ar lineālu izmēri ttālumus un prēķini leņķus! Prādi prēķinu gitu! Izmnto gisms lušns likumu un noski gisms lušns koeficientu prlēlskldņ mteriālm! Pēc tbulām noski, no kād mteriāl vrētu būt izgtvots prlēlskldnis! Lāzer gisms strs Giss Nezināmis mteriāls 103 Fiz12_03.indd /10/ :33:19

28 Gisms pilnīgās tstrošnās robežleņķ novērošn Drb piederumi: stikl prizm (r vienu tisnu leņķi); lāzers. Skties cur stikl prizmu uz pkārtnē novietotiem priekšmetiem un novēro pr 90 un 180 pgrieztus ttēlus! Lāzer stru ridi perpendikulāri īsākji un pēc tm grākji skldnei! Novēro stru gitu! Attēlo stru gitu kldē! Izdri secinājumus! Pilnīgās tstrošnās robežleņķ noteikšn Drb piederumi: curspīdīg mteriāl puscilindrs, lāzers, lineāls vi trnsportieris. Virzi lāzer stru tā, kā redzms ttēlā! Mini str krišns leņķi tik ilgi, kmēr luztis strs sāk slīdēt p puscilindr virsmu! Izmēri pilnīgās iekšējās tstrošnās robežleņķi! 100 nm Pilnīgās tstrošnās robežleņķis x 1. lbortorijs drbs. Gisms ātrum noteikšn r lineālu Drb uzdevums: noteikt gisms ātrumu orgniskā stikl prlēlskldnī. Drb piederumi: orgniskā stikl prlēlskldnis, lineāls, 4 kniepdts, krton gbls, blts ppīrs (A4), zīmulis. Uz krton gbl uzliec ppīru un prlēlskldni. Ar zīmuli pvelc prlēlskldņ kontūru! Iedur 2 kniepdts vienā pusē prlēlskldnim tā, li tās trstos uz krītošā str! Iedur vēl 2 kniepdts otrā pusei prlēlskldnim, tā, li, sktoties cur to, viss kniepdts trstos uz viens tisnes! Noņem plāksni no ppīr, izņem kniepdts no krton un svieno stru pirms plāksnes, iz tās un plāksnē! Izveido tbulu un ierksti tjā izmērītos nogriežņus! Aprēķini leņķus, ierksti tos tbulā! Aprēķini gisms ātrumu orgniskjā stiklā (gisā gisms ātrums ir m/s). Slīdzini to r tbulās doto gisms ātrumu un izdri secinājumus! 104 Lbortorijs drbi Kniepdt Plknprlēl plāksne Fiz12_03.indd /10/ :33:20