Despre lumina si fenomene optice

1. SCOPUL LUCRARII:
-ilustrarea fizicii prin arta
-evidentierea unui filon artistic reprezentat prin picturi contemporane si clasice
inspirate din fenomene optice in natura
-creearea unor exercitii interactive noi
-crearea unei animatii ce explica formarea aurorei boreale
-raspunsuri la semne de intrebare:De ce este cerul albastru ? De ce este amurgul
rosiatic ?
Proiect realizat de:
Pãdure Andreea Pictura de Frank Wilbert
Caracoti Diana Stokes (pictor american
Profesori indrumatori 1858-1955) – reprezentând
Laurentiu Rosu, si un fenomen fizic: Aurora
Gabriela Stoian Boreala

2. Cuprins
Reflexia luminii
Refractia, mirajul
Aurora boreala
Dispersia luminii
De ce este cerul albastru?
De ce sunt apusurile rosiatice?
Efectul Tyndall si Pictura de Frederic Edwin Church
împrastierea (1826-1900, pictor american)
Rayleigh reprezentând un fenomen optic: amurgul
roşiatic
Exercitii interactive

3. Lumina * Oamenii au fost dintotdeauna fascinati de lumina.
De-a lungul secolelor, fizica a studiat continuu proprietatile luminii, descoperirile au
fost surprinzatoare, relevând magia luminii, si totodata deschizând calea unor realizari
stiintifice si tehnice nebanuite: inventarea lentilelor, telescoapelor, microscoapelor,
ochelarilor ce corecteaza vederea, fibrelor optice prin care se transmite semnalul
internet, sau chiar aparatul de raze X folosit in medicina, cu radiatii asemanatoare
luminii, chiar daca ochii nostri nu le percep!
Pictura de Kevin Smith (pictor american
contemporan) reprezentând dispersia Fotografie artistica, ilustrând
luminii in valurile marii un HALOU solar

4. Reflexia
 Reflexia luminii reprezinta fenomenul de
intoarcere a luminii in mediul din care a venit
atunci cand se intalneste suprafata de
separare dintre doua medii.
Pictura de Camille Corot
(pictor francez )
REFLEXIA_Plein_air_lan
dscape_trees_reflection
Fotografie artistica,
ilustrând REFLEXIA

5. Refractia
Refractia este schimbarea directiei de
propagare a unei unde din cauza
schimbarii vitezei de propagare, cel mai
adesea la interfata dintre doua medii sau
la gradientul local al proprietatilor
mediului în care se propaga. Cel mai usor
de observat exemplu este în cazul luminii,
atunci când aceasta trece dintr-un mediu
transparent (aer, apa, sticla etc.) in altul.
Totusi fenomenul se petrece cu toate
undele, inclusiv cu cele sonore.
Pictura de Betsy Gray Bell (pictorita
americana contemporana) -

6. Efectele refractiei
 Cel mai adesea in viata de zi cu zi
se poate observa refractia atunci
cand privim intr-un vas cu apa
(precum vâsla din pictura:
 Obiectele par a fi mai aproape de
suprafata decat sunt, iar pozitia
lor pare a se schimba odata cu
unghiul din care sunt privite.
Pentru a determina pozitia unui Pictura de Jelaine Faunce (pictorita americana contemporana)
obiect creierul uman analizeaza o
pereche de raze de lumina venite
de la acel obiect, încercand sa
afle unde se intersecteaza (ca in
imagine:

7.  Seara, soarele se vede inca pe cer chiar si dupa ora la care
apune soarele- datorita refractiei, vedem pe cer o imagine
refractata a soarelui.
 Refractia in straturile calde de aer din preajma nisipului,
desertului sau şoselelor incinse vara produce mirajul
câmpului vizual
Exemplificare a aparitiei “razei verzi” de la
amurg (relativ rara) in pictura de Joseph
Wright of Derby, pictor englez. In plus, in
pictura se remarca si DISPERSIA luminii in
stropii de apa din atmosfera (ce conduce la
formarea curcubeului)

8. Aplicatii in medicina sau tehnica :
Formarea imaginilor in lentile se
explica cu ajutorul refractiei.
In practica, materialul lentilei
trebuie sa aiba un indice de
refractie mare (sticla optica).
Lentila divergenta Lentila convergenta
FOCAR

9. In cazul miopiei, imaginea In cazul hipermetropiei,
se formeaza inaintea retinei. imaginea se formeaza dupa
Se corecteaza cu lentile retina. Se corecteaza cu
divergente. lentile convergente.

10. ~Reflexia totala~
*In general,reflexia
si refractia se produc
amandoua odata.
*Daca reflexia se pro-
duce fara refractie
Pictura de Christina Wentzel : Reflexia
acest fenomen se nu-
meste reflexia totala.

11. ~Reflectia totala~
Reflexia totala se produce cand
lumina ajunge la suprafata de
separatie a doua medii optice
transparente sub un unghi de
incidenta mai mare decat un unghi
limita specific respectivelor medii
optice(apa si aer de exemplu).
~Reflectia difuzã~
Reflexia difuza se produce cand
lumina ajunge la suprafata de
separatie neregulata(ondulata).
Imaginea in acest caz e neclara si nu
e chiar identica cu obiectul.
Pictura de Nancy Poucher : REFLEXIA
DIFUZA

12. Mirajul
• Mirajul , este un efect al refractiei.
• Mirajul se produce in zile calduroase,in apropierea
nisipurilor sau soselelor incalzite de soare. Razele de lumina
isi schimba directia cand trec dintr-un strat cald de aer intr-
un strat mai rece, ajungând la ochi pe o noua directie, astfel
observam o imagine refractata care la prima vedere ne pare
reala ! Este insa mirajul !
AER MAI RECE
AER CALD
SUPRAFATA FIERBINTE
(NISIP INCINS DE LA SOARE)

13.  Mirajul nu se remarca numai
in desert ! Chiar si in România
poate fi vazut, vara când
şoseaua e fierbinte! Se creeaza
impresia ca ar fi apa pe şosea-
dar e doar imaginea cerului
albastru refractata prin
straturile de aer de lânga
şosea, mai calde decat aerul
ceva mai rece de deasupra.
 De asemenea, si pe mare AER CALD
poate avea loc mirajul.
Marinarii au povestit de
fenomenul “Olandezul
zburator”- o nava ce parea ca
zboara in loc sa plutesca pe AER MAI RECE
apa. Era un miraj- ca in

14. Vantul solar se apropie de campul magnetic al Pamtului si interactioneaza
cu acesta producandu-se Aurora.
Animatie realizata cu ajutorul programului Paint Shop Pro.

15. Cum se numeste ,schimbarea directiei razelor de soare la suprafata de
separare dintre doua medii si intoarcerea razei din mediul din care a
venit?
GRESIT
REFRACTIA
REFLEXIA CORECT
DISPERSIA MAI INCEARCA
POATE DATA
MIRAJ
VIITOARE

16. Pictura de Joseph Wright of Derby, pictor englez Fenomenul fizic ce
duce formarea
efectului luminos
din imagine este:
DAR CARE E
CURCUBEU FENOMENUL FIZIC
CE IL PRODUCE?
CORECT
DISPERSIE
REFRACTIE MAI INCEARCA
UN SEMN DE PACE DE VEZI CA SUNTEM LA REFLEXIA AI RASPUNS LA
LA DUMNEZEU INTAMPLARE?
FIZICA NU LA RELIGIE

17. Dispersia luminii
 Lumina alba este un
amestec al culorilor
curcubeului. Acesta
a fost demonstrata de
Isaac Newton, care a
folosit o prisma
pentru a separa
diferite culori si asa a
obtinut spectrul.
Culorile de lumina se
deosebesc prin Pictura de Jean Leon Huens (pictor englez)-
lungimii de unda. Portrait of Sir Isaac Newton

18. Sir Isaac Newton - pictura de Granger
(pictor englez)
 Partea vizibila a
spectrului începe de la
lumina rosie cu o
lungime de unda mai
mare: 720 nanometri,
iar culorile albastru si
violet au lungimea de
unda mica 380 -400
nanometri.
 Cei trei receptori ai
culorii din ochiului
uman percep mai mult
undele rosii, verzi si
albastre, care dau
vederea colorata.

19. De ce este cerul albastru?
 Pe planeta noastra, aerul e
compus in special din azot si
oxigen. Moleculele din
compozitia aerului sunt mici,
dar comparabile cu lungimea
de unda a luminii, de aceea,
când lumina albă întâlneşte
atomii de oxigen şi azot din Pictura de Camille Corot- pictor francez
atmosfera, componentele sale
de frecvenţă înaltă, asociate
culorii albastre, sunt
împrastiate in toate directiile,
generând culoarea albastra a
cerului !

20.  Acest lucru face ca lumina de frecvenţă înaltă din spectrul
vizibil să fie împrăştiată în toate direcţiile.
 Este vorba de componentele luminii albe din zona
culorilor violet, indigo şi albastru a spectrului vizibil.
Acestea sunt culorile reflectate de atomii din componenţa
atmosferei terestre şi, în consecinţă, aceste nuanţe dau şi
culoarea cerului, aşa cum îl percepe ochiul uman.

21.  Pe de altă parte, absorbtia si
Pictura de Anne Cameron Cutri
imprastierea luminii este cu atât (pictorita americana contemporana)
mai importantă, cu cat este mai
mică lungimea de undă a luminii.
Lumina albastră este de
aproximativ 5 ori mai mult
imprastiata decât cea roşie.
 Privind la tabelul de mai jos se
poate observa un lucru: lumina
violetă are lungimea de undă cea
mai mica.
 Prin urmare se naşte întrebare
firească: De ce nu este Zona vizibilă a spectrului electromagnetic
cerul violet? Răspunsul ţine Proporţia dispersiei
de biologie: pur şi simplu noi Lungimea de undă
luminii având ca reper
oamenii suntem mai sensibili la frecvenţa de 700 nm a
luminii roşii
culoarea albastră decât la violet şi
deşi, teoretic, cerul ar trebui să fie color
Color (nanometrii)
violet, pentru că suntem "contruiţi" Rosu 630 - 760 700nm 1.00
să receptăm mult mai bine Portocaliu 590 - 630 610nm 1.73
albastrul, frecvenţele Galben
Verde
560 - 590
490 - 560
575nm 2.20
525nm 3.16
corespondente culorii albastre sunt Albastru 450 - 490 470nm 4.92
decisive în stabilirea culorii cerului Violet 380 - 450 415nm 8.09

22.  Ziua, cerul însorit este albastru pentru ca moleculele
din aer imprastie si reflecta lumina albastra de la Soare
mai mult decât lumina rosie.
 Seara, la asfintit, putem observa culori rosii si
portocalii pentru ca lumina albastra este imprastiata si
reflectata pe parcurs, si componenta rosie din spectrul
luminii albe rãmâne predominanta.

23. Apusurile rosiatice
 Sunt doua motive pentru înrosirea
cerului la rasarit sau la apus:
 - primul motiv este dispersia puternica
a luminii albastre ce parcurge un strat
mai gros de aer când soarele apune;
Pictura Frederic Edwin Church (1826-1900,
pictor american) Fotografie artistica

24. Amurgul rosiatic
 - al doilea motiv este absorbtia si reflexia radiatiilor
luminoase cu lungimi de unde mici, adica albastre, de catre
particulele de praf (DISPERSIA RAYLEIGH) . Acesta este
motivul pentru care partea rosie din spectru domina.
Frederic Edwin Church (1826-1900, pictor Fotografie artistica
american) -

25.  Combinarea refracţiei şi
dispersiei razelor solare de
către particulele atmosferice
este responsabilă pentru
producerea amurgului, lumina
pe care o observăm pe cer
chiar dacă soarele este sub Imaginea
linia de orizont. refractata a
soarelui
 Razele roşii şi galbene sunt
mai puţin deviate decât cele
albastre şi verzi. Ca urmare,
ultimele raze ce dispar din
câmpul vizual al
observatorului sunt cele roşii,
vazute la amurg !.

26. APUSULROSIATIC REPREZENTAT IN ARTA (EXPLICATA
FIZICA ESTE DATA DE DISPERSIA RAYLEIGH
Pictura de Frederic Edwin Church (1826-1900, pictor american) -
Twilight_in_the_Wilderness_1860

27. Efectul Tyndall si împrastierea Rayleigh
 Primul pas în a explica culoarea cerului a fost facut
de John Tyndall în 1859. El a descoperit ca atunci
când lumina trece printr-un lichid limpede tinând
mici particule suspendate, undele scurte de lumina
albastra sunt dispersate mai mult decât cele rosii.

28.  Aceasta poate fi demonstrata trimitând un fascicol de
lumina alba într-un rezervor cu apa cu putin lapte sau
sapun amestecat. Din lateral, fascicolul poate fi
observat cu lumina albastra în dispersie; dar lumina
care se vede la sfârsit devine rosiatica dupa ce trece de
rezervor.

29. Pictura de Paul Sachtleben(pictor american
contemporan)
 Acesta este numit si
efectul Tyndall, dar
este mai cunoscut de
fizicieni sub numele
de dispersia Rayleigh
-dupa Lord Rayleigh,
care l-a studiat în
detaliu câtiva ani mai
târziu. Se arata ca
lumina albastra este
imprastiata si
absorbita mai mult
decat lumina rosie cu
un factor de
(700/400)4 ~= 10 ori.

30.  Tyndall si Rayleigh au
crezut ca acea culoare
albastra a cerului poate
fi cauzata de mici
particule de praf sau
datorita prezentei
vaporilor de apa în
atmorfera. Chiar si
astazi, oamenii spun
incorect acelasi lucru.
Mai târziu cercetatorii
si-au dat seama ca daca
acest lucru nu este
adevarat, înseamna ca
ar trebui sa fie mai
multe variatii ale culorii
cerului cu umiditate
sau conditii de ceata Pictura de
Sorin Adam
fina.

31. • Aceste variatii de culoare a cerului au fost
observate, deci au presupus corect ca moleculele de
oxigen si azot din aer sunt suficient de relevante
pentru imprastierea si reflexia luminii. Cauza a fost
stabilita în final de Einstein în 1911, care a calculat în
detaliu formula de imprastierea moleculelor de
lumina.
LUNGIME DE UNDA

32. Pictura de Jean Leon Huens (pictor
englez)- Portrait of Sir Isaac Newton
Ce fenomen necunoscut
pana atunci a descoperit
Newton despre lumina
alba?
REFLEXIA GRESIT
REFRACTIA GERSIT
CURCUBEUL POATE DATA
VIITOARE
DISPERSIA CORECT
PROPAGAREA
LUMINII IN MAI INCEARCA
LINIE DREAPTA

33. Unde apare reflexia?
GRESIT
LA TRECEREA
LUMINII PRINTR-
UN MEDIU OPTIC
TRANSPARENT
LA TRECEREA
LUMINII
PRINTR-UN
MEDIU OPAC
LA SUPRAFATA DE
SEPARARE INTRE
CORECT
DOUA MEDII TE-AI PACALIT
OPTICE COMPLET

34. AURORA APARE
DATORITA
INTERACTIUNII
DINTRE
ELECTRONII
VANTULUI
SOLAR SI
CAMPUL
MAGNETIC AL
PAMANTULUI
INTERACTIUNII
DINTRE
ELECTRONII
CAMPULUI
SOLAR CU
GRAVITATIA
PAMANTULUI Frederic Edwin Church
(1826-1900, pictor american) -
Aurora_Borealis_1865

35. Ce reprezinta fenomenul
din imagine:
REFRACTIE GRESIT
REFLEXIE
GRESIT
Pictura de Paul Sachtleben DISPERSIA
(pictor american contemporan) COREC
T
EFECTUL TYNDALL
GRESIT

36. CORECT

37. MAI INCEARCA