Optica: propagarea luminii, reflexia, refractia, oglinzi si lentile

Ce vei învăța

• Să descrii propagarea rectilinie a luminii și să explici formarea umbrei.
• Să aplici legile reflexiei și ale refracției în situații concrete.
• Să deosebești oglinzile plane de lentilele convergente și divergente și să explici formarea imaginilor.

Explicația pe înțelesul tău

Lumina este o formă de energie care ne permite să vedem obiectele. Ea se deplasează în linie dreaptă, prin vid sau prin medii transparente (aer, apă, sticlă). Această proprietate se numește propagare rectilinie.

Cum se formează umbra? Când un obiect opac blochează lumina, în spatele lui apare o zonă întunecată – umbra. De exemplu, la ora prânzului, umbra ta este mai scurtă, pentru că Soarele este deasupra capului.

Reflexia luminii este fenomenul prin care lumina se întoarce în același mediu, întâlnind o suprafață netedă (oglindă, apă liniștită). Legea reflexiei spune:

• Unghiul de incidență (i) este egal cu unghiul de reflexie (r).
• Raza incidentă, raza reflectată și normala (perpendiculara pe suprafață) se află în același plan.

Refracția luminii apare când lumina trece dintr-un mediu în altul (de exemplu, din aer în apă) și își schimbă direcția. Acest lucru se datorează schimbării vitezei luminii. De aceea, un pai introdus într-un pahar cu apă pare „frânt”.

Oglinzile pot fi

• plane – reflectă lumina formând o imagine virtuală, dreaptă și de aceeași mărime cu obiectul.
• sferice – pot fi concave (adună lumina) sau convexe (împrăștie lumina).

Lentilele sunt confecționate din material transparent și au cel puțin o suprafață curbă. Ele refractă lumina:

• Lentile convergente (bombate la mijloc) adună razele de lumină într-un punct numit focar. Sunt folosite în lupe, aparate foto.
• Lentile divergente (subțiri la mijloc) împrăștie razele de lumină. Sunt folosite în ochelari pentru miopie.

Exemple din viața reală:

• Oglinda retrovizoare a mașinii este convexă – oferă un câmp vizual mai larg.
• O lupă este o lentilă convergentă – mărește obiectele mici.
• Când vezi un pește în apă, el pare mai aproape de suprafață din cauza refracției.

Exemple rezolvate

Exemplul 1: Reflexia într-o oglindă plană

Un băiat stă în fața unei oglinzi plane la distanța de 1 m. La ce distanță de el se află imaginea sa?

Raționament: În oglinzile plane, imaginea este simetrică față de oglindă. Dacă băiatul este la 1 m de oglindă, imaginea lui se află la 1 m în spatele oglinzii.

Rezolvare: Distanța totală dintre băiat și imagine = 1 m + 1 m = 2 m.

Exemplul 2: Refracția apei

Un fascicul de lumină trece din aer în apă sub un unghi de incidență de 40°. Știind că unghiul de refracție este de 30°, care este relația dintre cei doi unghiuri?

Raționament: Când lumina trece dintr-un mediu mai puțin dens (aer) într-unul mai dens (apă), viteza scade, iar raza se apropie de normală. Unghiul de refracție este mai mic decât unghiul de incidență.

Răspuns: 30° < 40°, ceea ce confirmă legea refracției.

Exemplul 3: Lentila convergentă

Un obiect este așezat la 10 cm de o lentilă convergentă cu distanța focală de 5 cm. Unde se formează imaginea?

Raționament: Folosim formula lentilelor subțiri: 1/f = 1/x₁ + 1/x₂, unde f = distanța focală, x₁ = distanța obiect, x₂ = distanța imagine.

Rezolvare: 1/5 = 1/10 + 1/x₂ → 1/x₂ = 1/5 - 1/10 = 2/10 - 1/10 = 1/10 → x₂ = 10 cm. Imaginea se formează la 10 cm de lentilă, de partea opusă obiectului.

Greșeli frecvente

1. Confuzia între reflexie și refracție. Eroare: „Lumina se reflectă în apă când o traversăm.” Corect: În apă, lumina se refractă (schimbă direcția), iar la suprafață poate avea loc și reflexie (ca în oglindă).
2. Oglinzile convexe nu măresc obiectele. Eroare: „Oglinda convexă mărește imaginea.” Corect: Oglinzile convexe micșorează imaginea, dar oferă un câmp vizual mai larg.
3. Lentilele divergente nu au focar real. Eroare: „Lentila divergentă adună lumina într-un punct.” Corect: Lentila divergentă împrăștie lumina; focarul este virtual (se află în spatele lentilei).

Verifică-te!

1. Întrebare: De ce un creion introdus într-un pahar cu apă pare „frânt” la suprafața apei?

*Indiciu:* Gândește-te la schimbarea direcției luminii la trecerea dintr-un mediu în altul.

1. Întrebare: O oglindă plană produce o imagine virtuală sau reală?

*Indiciu:* Poți proiecta imaginea pe un ecran? Dacă nu, este virtuală.

1. Întrebare: Care lentilă este folosită pentru a corecta miopia: convergentă sau divergentă?

*Indiciu:* Miopia înseamnă că ochiul este „prea lung” – lumina se adună în fața retinei. Ce lentilă împrăștie razele pentru a le întârzia?