Světlo

Světlo je energie, kterou vyzařují atomy – ve formě malých balíčků zvaných fotony. Tyto fotony cestují jako vlny a nesou sebou světlo, teplo i informace. Světlo je elektromagnetické záření. Jedná se o formu energie.

Zajímavé je, že se z místa na místo šíří vždy nejkratší možnou vzdáleností. Pohybuje se maximální rychlostí, kterou lze ve vesmíru dosáhnout. Může si to dovolit díky tomu, že fotony, tedy částice tvořící světlo, mají nulovou hmotnost.

Rychlost světla dostala své vlastní označení:

c = 299 792 458 m/s ~ 300 000 km/s

Dvě teorie o povaze světla

Světlo je vlna

Tuto myšlenku podporovali vědci jako Christiaan Huygens (17. století).
Podle něj se světlo šíří jako vlny ve vodě – rozvlní se a šíří dál.
Tato teorie dobře vysvětlila jevy jako ohyb světla, interference (prolínání vln) nebo duhu.

Jedná se o podobný princip, který běžně sledujeme v kapalinách. Čím větší kámen – zdroj – hodím do vody, tím větší vlny vzniknou. Čím větší vlny, tím delší dopad budou mít. Stejné je to se světlem. Čím silnější zdroj, tím delší bude cesta světla, kterou zvládne urazit.

Světlo je proud částic

Jiný slavný vědec, Isaac Newton, tvrdil, že světlo je proud malých částic (on jim říkal „korpuskule“).
Věřil, že světelné paprsky jsou jako malé kuličky, které se odrážejí od předmětů.

Která teorie světla je ta správná?

Dlouho se zdálo, že Huygens měl navrch – díky objevům v 19. století (například pokus s dvojitou štěrbinou) vědci přijali, že světlo je vlna. Pak ale přišel na scénu fotoelektrický jev – a všechno se změnilo.

Ve 20. století si vědci všimli, že některé jevy (např. fotoelektrický) nejde vysvětlit vlnovou teorií. Světlo se někdy chovalo, jako by bylo složené z malých kousků – fotonů.

Albert Einstein navázal na práci Maxe Plancka a ukázal, že světlo opravdu někdy působí jako balíčky energie (fotonové částice). A právě to vysvětlovalo, proč elektrony z kovu vyskočí jen při určitém světle.

Dvojí povaha světla

– Vlnová (když se šíří, láme, ohýbá…),
– Částicová (když předává energii fotonem – např. ve fotoelektrickém jevu).

Tato zvláštní vlastnost se nazývá dualistická povaha světla. Spočívá v tom, že na světlo můžeme nahlížet oběma způsoby.

Světlo jako elektromagnetické vlnění

Světlo je elektromagnetického vlnění. To znamená, že je tvořeno vlnami elektrického a magnetického pole, které se šíří prostorem. Stejně jako se na vodní hladině šíří vlnky, šíří se i světelné vlny – jen nesrovnatelně rychleji. Rychlost světla ve vakuu je asi 300 000 km za sekundu.

Elektromagnetické vlnění zahrnuje celou škálu druhů záření:

📡 Rádiové vlny – nejdelší, používáme je k posílání signálu (rádio, TV)
🔥 Mikrovlny – ohřívají jídlo v mikrovlnce

---

🌡️ Infračervené světlo (záření) – vnímáme ho jako teplo, je důležité pro zdravý vývoj buňek
👁️‍🗨️ Viditelné světlo – to, co vidíme očima (červená až fialová)
🧴 Ultrafialové světlo (záření) – způsobuje opalování a spálení na slunci

---

🔍 Rentgenové záření – prohlíží kosti v nemocnici
☢️ Gama záření – velmi silné, vzniká při jaderných reakcích

Viditelné světlo

Je jen malý kousek z tohoto spektra – a to ten, který dokáží zachytit naše oči. Ty jsou nachystané na vlnové délky od 380 nm do 750 nm. (38 . 10^-8 m – 75 . 10^-8 m)

Barvy světla

Různé vlnové délky (frekvence) vnímáme pak jako různé barvy. Od červené na jednom konci spektra, až po fialovou na opačném konci . To znamená, že červené světlo bude mít menší vlnovou délku a frekvenci než fialové světlo.

Například červené světlo má delší vlny a nižší frekvenci, zatímco fialové světlo má kratší vlny a vyšší frekvenci. A čím vyšší je frekvence, tím větší energii světlo má (což hraje velkou roli při fotoelektrickém jevu).

Šíření světla

• Světlo se šíří prostorem všemi směry jako vlnění.
• Vlny si můžeme rozložit na jednotlivé paprsky.
• Paprsky světla se šíří přímočaře – po dokonalých přímkách.

• Rychlost světla je přibližně 300 000 km/s. Je to zároveň nejvyšší rychlost, které lze ve vesmíru dosáhnout.
• Při průchodu hustějším prostředím se rychlost světla zpomaluje.
• Narazí-li světlo na překážku, vzniká částice – FOTON. Tato částice nemá hmotnost!
• Jelikož foton nemá hmotnost, nepůsobí na něj síly tak, jak jsme zvyklí u běžných částic.

Vlnoplocha a unikátní experiment MIT

Následující video zachycuje vytváření tzv. vlnoplochy – jak jej zachytila unikátní kamera sestrojená v MIT, která dokáže zachytit 1000 miliard snímků za 1 sekundu.

Jedná se naprosto ojedinělý experiment, který poprvé v historii „zpomalil“ světlo a umožnil nám nahlédnout na to jak se šíří prostorem. Lahví od nápoje projde světlo za 0,000 000 000 83 sekund. Nebo-li, chceme-li sledovat dráhu světla, musíme si 1 sekundu umět rozdělit na 10 000 000 000 menších dílků!

Odraz a lom světla

Pokud světlo přechází mezi různým prostředím, tak se část ODRÁŽÍ a část se LÁME.
Platí, že: ÚHEL DOPADU = ÚHLU ODRAZU

To, jaká část se odrazí a jaká část se bude lámat, ovlivňují vlastnosti prostředí a materiálů. Některé materiály světlo pohlcují. Pohlcení znamená, že se energie světla přemění obvykle na teplo.

Samotná skutečnost, že vidíme nějaký předmět ale znamená, že se od něj nějaké světlo muselo odrazit.

Pro dokonalý odraz používáme ZRCADLA.