Wybierz zamówienie dla zakupu lekcji

Czym jest światło w fizyce? Właściwości, dualizm i zastosowania | BUKI School

Czym jest światło w fizyce?

Gdyby zapytać przypadkowo spotkane na ulicy osoby „co jest źródłem informacji?”, pewnie padłoby wiele odpowiedzi. Najczęściej byłby to internet, czasem telewizja, gazeta, spotkany człowiek itd. Tymczasem prawdopodobnie nie padłaby dużo bardziej precyzyjna odpowiedź będąca wspólnym mianownikiem dla wszystkich powyższych. Na Ziemi za 95% informacji o świecie odpowiada… światło!

Jakie są podstawowe właściwości światła w fizyce?

Gdy myślimy o świetle w codziennym świecie, zazwyczaj jego parametry zawężamy do dwóch zestawień: jasne i ciemna, a także przyjemne i nieprzyjemne. Tymczasem spojrzenie na nie na gruncie fizyki jest ponownie nieco bardziej precyzyjne i obejmuje kilka kluczowych parametrów.

Pierwszym z nich jest prędkość światła. To wartość bardzo istotna, przez Alberta Einsteina w teorii względności określone zostało „granicą prędkości”, co oznacza, że nic nie może się poruszać szybciej od światła właśnie. Czyli jak szybko? Jeśli sprawdzilibyśmy to w próżni, wtedy byłoby to około 299 792 458 metrów na sekundę, co daje w przybliżeniu – uwaga – 300 000 kilometrów na sekundę. W próżni ta prędkość jest stała.

Do kolejnych właściwości można zaliczyć między innymi długość fali, ponieważ światło jest falą elektromagnetyczną właśnie. Parametr ten jest dla nas ważny, chociażby ze względu na to, że właśnie po długości fali rozróżniamy światło widzialne – ma ono od ok. 400 do 700 nanometrów. Poza tym zakresem mamy jeszcze np. ultrafiolet albo podczerwień – tego ludzkie oko nie jest w stanie dostrzec, ale za to możemy światło o takiej długości fali wykorzystywać np. w technologii.

Czytaj więcej: Fizyka w życiu codziennym

Ciekawostka

Światła podczerwonego nie widzimy, ale możemy je wyczuć w postaci ciepła. To właśnie ono jest emitowane np. przez grzejniki lub słońce, a obecnie również przez specjalne elementy grzejne w postaci promienników podczerwieni.

Kolejna sprawa to częstotliwość. W tej właściwości odnajdujemy odpowiedź, ile razy na sekundę fala elektromagnetyczna wykonuje pełne drganie. Zasada jest taka, że im wyższa częstotliwość, tym energia fali jest większa. Przy okazji warto również powiedzieć o kolejnym parametrze, czyli polaryzacji. Naturalne światło, np. słoneczne, nie ma polaryzacji (różnych kierunków drgań). Ale możemy sprawić, że tak będzie, np. przez powłokę polaryzacyjną w okularach przeciwsłonecznych. To z kolei pomaga w pozbyciu się odblasków (odbić światła od płaskich powierzchni), chroni przed szkodliwym promieniowaniem UV i poprawia nasz komfort widzenia.

Jakie są różnice między światłem falowym a cząsteczkowym?

Uważny czytelnik zauważy, że w poprzednim akapicie światło zostało określone mianem fali elektromagnetycznej. Zatem skoro jest falą, to czy może być jednocześnie cząsteczką? Z pozoru te dwa byty nie są spójne, ale w przypadku światła jest to możliwe, ze względu na jego dualizm korpuskularno-falowy. Na czym to polega? Otóż wszystko zależy od metody obserwacji i w praktyce… pozostaje tajemnicą. Tak, naukowcy do dziś „nie rozgryźli” tego, dlaczego światło, gdy badamy je jako falę, zachowuje się jak fala, a gdy poddamy je eksperymentom charakterystycznym dla cząstek, będzie wykazywało cechy cząstki. 

Owa obserwacja światła pod kątem zjawisk falowych, bardzo często nawiązuje do interferencji oraz dyfrakcji. W pierwszym zjawisku możemy widzieć, jak fale nakładają się na siebie (wzmacniając lub osłabiając się wzajemnie). W dyfrakcji natomiast możemy zaobserwować np. coś przypominającego uginanie się światła po spotkaniu z przeszkodą lub podczas przechodzenia przez wąskie szczeliny.

Jeśli ktoś mówi o badaniu światła jako cząstki, z pewnością cząsteczkę tę nazwie fotonem. W praktyce foton niesie ze sobą określoną ilość energii, zależnej od częstotliwości światła. Wnikliwa osoba na tym etapie z pewnością zadałaby pytanie „jaką masę ma foton?” – przypominając sobie, że masa to jeden z podstawowych parametrów dla cząstek. Otóż fotony nie mają masy spoczynkowej, ale za to mają pęd i dzięki temu mogą wywierać niewielką siłę na obiekty.

Czytaj więcej: Pierwsza zasada dynamiki: łatwe wytłumaczenie

Jakie są praktyczne zastosowania teorii światła w nauce i technologii?

Odpowiedź na to pytanie mogłaby brzmieć: jest ich mnóstwo. Nie sposób byłoby je omówić, nawet poświęcając cały miesiąc na wykład na ten temat. Spójrzmy zatem na kilka przykładów:

  • W medycynie, świetnym przykładem może być chirurgia laserowa. To nie wszystko, mamy też całą gamę technik obrazowania, między innymi tomografię optyczną. Z kolei w walce z rakiem wykorzystuje się terapię fotodynamiczną.
  • W fotografii i kinie nasza wiedza na temat światła odegrała kluczową rolę. Dzięki wiedzy o częstotliwości i naturze falowej, mogliśmy np. przez wiele lat utrwalać filmy na nośnikach magnetycznych.
  • Technologie optyczne to cała osobna dziedzina. Ten artykuł czytasz w internecie, więc na jakimś etapie informacja ta przemieszczała się w sieci światłowodowej, której działanie opiera się właśnie o przenoszenie impulsów świetlnych.

Opisane w artykule podstawy dotyczące światła w fizyce, są tylko czubkiem góry lodowej. Informacji na ten temat kryją dziesiątki tysięcy stron publikacji naukowych. Jednak aby opanować podstawy, przyda się usystematyzowana i dobrze podana wiedza. Dzięki temu fizyka przestanie być trudna, a jej zrozumienie stanie się bardziej przystępne. Takie zajęcia cykliczne można odbyć w BUKI School – pracując indywidualnie z własnym nauczycielem. Ze względu na to, że jest to pakiet, można liczyć na lepsze ceny, niż przy klasycznych korepetycjach,. To idealna opcja dla każdego, kto ma kłopoty z fizyką, lub wręcz przeciwnie – chciałby poszerzyć swoją wiedzę!

Czytaj więcej: Co to jest elektrostatyka?

Autor:

Szukasz korepetytora?

Znajdź korepetytora, który spełnia wszystkie Twoje kryteria

Światło w fizyce – często zadawane pytania

Jakie są podstawowe właściwości światła?

Podstawowe właściwości światła to prędkość, długość fali, częstotliwość oraz polaryzacja. Światło porusza się w próżni z prędkością około 300 000 km/s.

Czym jest dualizm korpuskularno-falowy światła?

Światło wykazuje zarówno właściwości fali, jak i cząstki, w zależności od sposobu obserwacji. Zjawisko to wciąż jest przedmiotem badań naukowych.

Jakie są zastosowania teorii światła w technologii?

Teoria światła znajduje zastosowanie m.in. w medycynie (laseroterapia), fotografii, technologii światłowodowej oraz wielu innych dziedzinach.