Svetlo, tiene a rýchlosť svetla

Zisti, ako zdroje svetla, nepriehľadné predmety a priehľadné materiály vytvárajú tiene, a spoznaj kľúčové fakty o rýchlosti svetla.

Zdroje svetla

Svietiace predmety vyžarujú vlastné svetlo: Slnko, plameň sviečky, žiarovka.
Nesvietiace predmety sú viditeľné len preto, že odrážajú svetlo: Mesiac, táto kniha.

Tiene

Svetlo sa šíri priamočiaro, preto nepriehľadný predmet blokuje svetlo a vrhá tieň.

Jadro tieňa (umbra) – najtmavšia časť, kam svetlo vôbec nedopadá.
Polotieň (penumbra) – vonkajšia, svetlejšia oblasť, kde svetlo čiastočne dopadá (vyžaduje roztiahnutý zdroj svetla).

Poznámka Zatmenia Mesiaca a Slnka sú spôsobené tieňmi: Mesiac vstúpi do umbry Zeme (zatmenie Mesiaca) alebo Zem vstúpi do umbry Mesiaca (zatmenie Slnka).

Priehľadné, priesvitné, nepriehľadné

Vlastnosť	Priechod svetla	Príklad
Priehľadné	Takmer všetko svetlo prechádza	Číre sklo, voda
Priesvitné	Časť svetla prechádza, rozptýlene	Mliečne sklo, tkanivo
Nepriehľadné	Svetlo neprechádza	Drevo, kov

Rýchlosť svetla

Svetlo je najrýchlejšia vec vo vesmíre:

Rýchlosť svetla vo vákuu

c = 3 \times 10^8 \text{ m/s}

Približne 300 000 km/s. V iných prostrediach je svetlo pomalšie: v = c / n.

Svetlu trvá približne 8 minút, kým sa dostane zo Slnka na Zem (≈ 150 miliónov km).

Dierková komora

Malé otvorenie v nepriehľadnej škatuli prepúšťa lúče z každého bodu scény priamočiaro, čím vytvára prevrátený obraz na protľahlej stene. To je základný princíp fotoaparátov.

1
Identifikuj zdroj svetla
Je to bodový alebo rozplývavý zdroj?
2
Kresli lúče priamočiaro
Od zdroja ponad hrany predmetu.
3
Vyznač umbru a polotieň
Umbra = úplne zatienená oblasť; polotieň = čiastočne zatienená.

Bodový zdroj svetla osvetľuje loptu. Opíš tieň.

Bodový zdroj vytvára len umbru – ostrý, dobre ohraničený tieň bez polotieňa.

Prax: Zatmenie Mesiaca viditeľné zo Slovenska

Počas zatmenia Mesiaca vstúpi Mesiac do umbry Zeme. Slovenský pozorovateľ vidí, ako sa Mesiac zafarbí do červena — hovorí sa mu "krvavý Mesiac". Červená farba vzniká, pretože Zemská atmosféra rozptýli modré svetlo (rovnaký jav ako západ Slnka) a červené svetlo sa odkloni do tieňa. Polotieň (penumbra) vytvára pred úplným zatmením miernu tmu.

Prax: Dierková komora — predchodca fotoaparátu

Pred vznikom digitálnych fotoaparátov študenti fyziky stavali dierkové komory zo škatúľ. Malý otvor (pinhole) prepúšťa lúče z každého bodu scény, ktoré sa skrížia a vytvoria prevrátený obraz na zadnej stene škatule. Rovnaký princíp využívajú moderné fotoaparáty — objektív nahrádza otvor a prevráteý obraz elektronicky obracia senzor.

Tip Kde to vidíme v praxi? Tiene a šírenie svetla vysvetľujú slnečné hodiny (rotácia Zeme mení tieň), stroboskopické svetlá v diskotékach, tieňové divadlo a astronomické javy (zatmenia). Princíp priamočiareho šírenia svetla je základom optiky — od okuliarov cez teleskopy až po röntgen.

Cvičné príklady

Ako dlho trvá svetlu prejsť 300 000 km?

Zobraziť odpoveď

1 sekundu (300 000 km = 3 × 10⁸ m a c = 3 × 10⁸ m/s).

Z akého materiálu musí byť okenná tabuľa?

Zobraziť odpoveď

Z priehľadného – prepúšťa takmer všetko svetlo.

Zatmenie Slnka nastáva, keď tieň Mesiaca dopadne na Zem. V ktorej časti tieňa stoja pozorovatelia v pásme úplného zatmenia?

Zobraziť odpoveď

V umbre.