Svjetlost je oblik energije sačinjen od fotona. Fotoni su najmanja jedinica vidljive svjetlosti. Znate li da je svjetlost najbrža stvar u svemiru? Budući da se svjetlost sastoji od čestica bez mase zvanih fotoni, to joj omogućuje da bude najbrža stvar u svemiru. Svjetlost putuje u vakuumu brzinom od 300 000 km u sekundi. Svjetlost je jedinstvena jer postoji u dva vrlo različita oblika u isto vrijeme. Jedan oblik su sićušne čestice koje se nazivaju fotoni. Drugi oblik su valovi. Najlakši način razmišljanja o svjetlosti je kao o valovima.
Svjetlost će putovati u potpuno ravnoj liniji sve dok ne udari u predmet koji će je saviti ili reflektirati. Ovo svojstvo svjetlosti koja putuje ravnom crtom naziva se pravocrtno širenje svjetlosti.
Jeste li ikada primijetili snop svjetla koji ulazi u vašu mračnu komoru kroz malu rupu? Da, vidjet ćete snop svjetlosti kako putuje u ravnoj liniji.
Provedimo nekoliko osnovnih eksperimenata da dokažemo da svjetlost putuje ravnom crtom.
Eksperiment 1:
Potrebni predmeti: svijeća, štapić šibice i mala šuplja ravna lula, i mala šuplja savijena lula.
Upalite svijeću i gledajte u plamen svijeće kroz ravnu cijev. Ovdje se vidi svjetlost svijeće.
Sada pokušajmo pogledati plamen kroz savijenu cijev. Plamen nam sada neće biti vidljiv.
Opažanje: Plamen se ne vidi kroz zakrivljenu cijev. Ovaj eksperiment dokazuje da svjetlost putuje pravocrtno i da se blokira ako naiđe na bilo kakvu prepreku na svom putu.
Eksperiment 2:
Potrebni predmeti: Tri identična paravana i svijeća.
Probušite rupe u sredini ova tri paravana i montirajte ih na stol jedan iza drugog kao što je prikazano na donjem dijagramu. Držite svijeću s jedne strane ovih zaslona i gledajte kroz drugu stranu tri zaslona.
1. Pokušajte pogledati plamen svijeće. Namjestite otvore za zaslon i svijeću tako da možete vidjeti kako plamen prolazi kroz ove zaslone.
2. Sada pomaknite bilo koji zaslon u stranu i pokušajte vidjeti plamen svijeće. Neće se vidjeti.
Promatranje: Kada su sve tri rupice i plamen u istoj liniji, onda nam je plamen vidljiv. Čim jedan od sita prekine poravnanje, plamen se ne vidi. To je moguće samo kada svjetlost putuje pravocrtno, a ne cik-cak.
1. Formiranje sjene: Kad god neprozirna tvar ometa svjetlost, nastaje sjena. Isti je oblik kao predmet, iako može biti različite veličine.
2. Formiranje pomrčine: Još jedna posljedica ravnomjernog kretanja svjetlosti je postojanje pomrčine Sunca i Mjeseca. Shvaćate li zašto Zemlja, Mjesec i Sunce moraju biti u ravnoj liniji da bi izazvali pomrčinu Sunca? Svjetlost Sunca ne može se saviti oko Mjeseca. Ako sunčeva svjetlost ne može doprijeti do vaših očiju, onda ne možete vidjeti Sunce.
3. Formiranje dana i noći: Ako sunčeve zrake ne slijede pravocrtnu putanju tada bi svjetlost bila zakrivljena oko Zemlje i bilo bi sunčeve svjetlosti tijekom noći.
4. Pinhole kamera: Pinhole kamera temelji se na pravocrtnom širenju svjetlosti. Da vidimo kako to radi. Pinhole kamera jednostavan je uređaj koji se sastoji od male kutije koja je iznutra obojena u crno i na jednom kraju ima maleni otvor veličine pribadače. S druge strane nalazi se zaslon od paus papira ili mat stakla za gledanje. Ako stranu s rupom okrenete prema udaljenom drvetu ili možda svijeći i zatim pogledate ekran na suprotnoj strani, primijetit ćete sliku. Slika može biti mutna ovisno o tome koliko je daleko ili blizu objekt. No, zanimljivost slike je da je naopako okrenuta, ili kako mi kažemo u fizici, slika je obrnuta. Ova inverzija je ono što je dokaz da svjetlost putuje u ravnim linijama.
Svjetlost putuje od vrha stabla (točka A) i pada na točku X na ekranu. Zrake s dna stabla (točka B) padaju na Y. Stoga je XY umanjena obrnuta slika stabla na ekranu. Ako se zaslon zamijeni fotografskim filmom, može se snimiti fotografija stabla.
Kako se može promijeniti putanja svjetlosti?
U nastavku su navedeni razlozi zbog kojih svjetlost skreće sa svoje ravne putanje:
(i) Udara o površinu i odbija se natrag. To se zove refleksija.
(ii) Prelazi iz jednog prozirnog medija u drugi i mijenja svoj smjer, na primjer, kada svjetlost prelazi iz zraka u vodu, mijenja brzinu, zbog čega se svjetlost savija. To se zove refrakcija.
(iii) Svjetlost ulazi u objekt, ali ne prolazi kroz njega. Crne površine apsorbiraju gotovo svu svjetlost. To se zove apsorpcija.
