Gaisma

Gaisma parasti ir elektromagnētisks starojums, ko spēj uztvert cilvēka acs. Šī starojuma viļņa garums ir robežās no 400 līdz 740 nm. Vispārīgi ar terminu "gaisma" apzīmē jebkura viļņu garuma elektromagnētisko starojumu, tādēļ zinātniski to elektromagnētiskā starojuma daļu, kuru var redzēt cilvēks, sauc arī par redzamo gaismu. Dažādās redzamās gaismas frekvences cilvēka smadzenes interpretē kā krāsas — no violetās augstākajām frekvencēm caur zilu, gaiši zilu, zaļu, dzeltenu un oranžu līdz sarkanajai zemākajām frekvencēm.

Dažādas iekārtas un daži dzīvnieki spēj uztvert arī citus elektromagnētiskā starojuma viļņu garumus, ko cilvēks ar redzi neuztver, tāpēc šādu starojumu sauc par ultravioleto vai infrasarkano starojumu. Atšķirībā no vēl īsākiem vai garākiem elektromagnētiskajiem viļņiem, šiem stariem optika ir līdzīga redzamās gaismas optikai.

Gaismas īpašības un tās mijiedarbību ar matēriju pēta optika.

Gaismas izplatīšanās

1. Gaismas viļņus pēc viļņa garuma iedala infrasarkanajā starojumā (1 mm līdz 780 nm), redzamajā gaismā (770 nm līdz 380 nm) un ultravioletajā starojumā (380 nm līdz 1 nm).

2. Viendabīgā (homogēnā) vidē gaisma izplatās taisnā virzienā kā gaismas stari.

3. Vakuumā gaismas izplatīšanās ātrums ir $c\,$ (c ≈ 3 x 10⁸ m/s). Caurspīdīgā vidē gaismas ātrums $v<c\,$ .

$v={\frac {c}{n}}\,$ , kur $n>1\,$ ir gaismas laušanas koeficients videi, kurā gaisma izplatās.

4. Gaismas viļņu frontei krītot uz robežvirsmu, kas atdala divas caurspīdīgas vides, gaisma no robežvirsmas atstarojas un lūst.

5. Gaismas atstarošanos un lūšanu uz robežvirsmas izskaidro Heigensa princips. Pēc šī principa katru gaismas viļņa frontes punktu var pieņemt par jauna, sekundārā sfēriskā viļņa avotu. Sekundāro viļņu apliecējvirsmas kļūst par gaismas viļņa frontēm.

6. Gaismas atstarošanās likums: atstarotās gaismas stars atrodas gaismas krišanas plaknē, un atstarošanas leņķis $\beta \,$ ir vienāds ar krišanas leņķi $\alpha \,$ .

$\alpha =\beta \,$ .

7. Gaismas laušanas likums: lauztās gaismas stars atrodas gaismas krišanas plaknē un krišanas leņķa $\alpha \,$ sinusa attiecība pret laušanas leņķa $\gamma \,$ sinusu ir vienāda ar otrās un pirmās vides gaismas laušanas koeficientu attiecību:

{\frac {\sin \alpha }{\sin \gamma }}={\frac {n_{2}}{n_{1}}}\,

.

8. Gaismas pilnīgā iekšējā atstarošanās notiek, gaismai krītot no optiski blīvākas vides optiski mazāk blīvā vidē ( $n_{2}<n_{1}\,$ ). Ja gaismas krišanas leņķis sasniedz robežleņķi $\alpha _{0}\,$ , kuram

\sin \alpha _{0}={\frac {n_{2}}{n_{1}}}\,

gaisma optiski mazāk blīvajā vidē nenokļūst, un pastāv tikai atstarotais stars.

9. Gaismas dispersija ir gaismas laušanas koeficienta $n\,$ atkarība no gaismas viļņa svārstību frekvences $\nu \,$ .

10. Gaismas dispersijas dēļ notiek baltās gaismas sadalīšanās spektrā, gaismai ejot caur prizmu. Gaismas dispersiju izmanto spektrālajos instrumentos.

11. Saules baltajai gaismai lūstot ūdens pilieniņos, gaismas dispersijas dēļ ir novērojama varavīksne.

Gaismas ātrums

Pamatraksts: gaismas ātrums

Gaisma no Zemes līdz Mēnesim nonāk aptuveni 1,2 sekundēs

Gaismas ātrums vakuumā ir 299 792 458 m/s. Tā ir fizikāla konstante. Bieži dažādos aprēķinos gaismas ātrumu noapaļo uz 300 000 000 jeb 3×10⁸ m/s. Optiski aktīvās vidēs gaismas ātrums samazinās, piemēram, ūdenī gaismas ātrums ir aptuveni 2,26×10⁸ m/s.

Izmantojot gaismas ātrumu, ir definēts metra garums, tas ir, metrs ir 1/299 792 458 daļa no attāluma, kuru gaisma veic vienā sekundē.

Optika

Pamatraksts: optika

Zinātnes nozari, kurā nodarbojas ar gaismas pētīšanu, sauc par optiku. Optikā parasti aplūko ne tikai redzamo gaismu, bet arī infrasarkano un ultravioleto starojumu. Nozīmīgākās optikas apakšnozares ir ģeometriskā optika, kurā nodarbojas ar gaismas izplatīšanās, atstarošanās un laušanas pētījumiem, fotometrija, kurā nodarbojas ar gaismas fizikālo lielumu mērīšanu, un viļņu optika, kurā nodarbojas ar gaismas viļņu dabas izraisīto parādību pētījumiem.

Gaismas avoti

Mūsu galvenais gaismas avots ir Saule. Tā nosaka cilvēku dzīves, kā arī dzīvās un nedzīvās dabas norises uz Zemes. Saules virsas temperatūra ir ļoti augsta — vairāk nekā 6000 °C. Ja ķermenis ir sakarsēts līdz šādai temperatūrai, tad tas vienmēr spīd kā Saule — dzeltenzaļgani.

Dienas gaismu uz Zemes rada atmosfēra — gaisa slānis, kas aptver mūsu planētu. Atmosfērā saules stari izkliedējas un nonāk acīs no visām pusēm. Tāpēc dienā visa debess izskatās apgaismota. Ja atmosfēras nebūtu, tad dienā uz Zemes izskatītos tāpat kā kosmosā. No daudzkrāsainajiem Saules stariem, kas sasniedz Zemi, atmosfērā visvairāk izkliedējas zilās krāsas stari. Tāpēc tīra, nepiesārņota debess izskatās zila.

Gaismas mērīšana

Vēsturiski ir bijis ļoti grūti noteikt dažādu gaismas fizikālo lielumu skaitliskās vērtības. Laika gaitā ir ieviestas dažādas mērvienības dažādu lielumu mērīšanai. Ir pat attīstījušās divas apakšnozares: fotometrija un radiometrija, kurās nodarbojas ar gaismas mērīšanu. Viena no SI sistēmas pamatmērvienībām, kas saistīta ar gaismu, ir gaismas stipruma mērvienība kandela (cd). Fotometrijā plaši izmanto arī tādas mērvienības, kā gaismas plūsmas mērvienību lūmenus (lm) un apgaismojuma mērvienību luksus (lx).

Gaismas piesārņojums

Pamatraksts: gaismas piesārņojums

Gaismas piesārņojums ir debesu izgaismojums naktī no mākslīgajiem gaismas avotiem, kuru gaisma izkliedējas atmosfēras zemākajos slāņos. Lielāko gaismas piesārņojumu rada lielās pilsētas un rūpniecības objekti. Gaismas piesārņojumu rada ielu apgaismojums, lieli reklāmas paneļi, atsevišķu ēku izgaismojums un tā tālāk. Liels daudzums gaismas tiek virzīts vai arī atstarojas uz augšu. Gaismas piesārņojumu pastiprina arī putekļu daļiņas gaisā.

Gaismas piesārņojums ir kā blakusefekts civilizācijas industrializācijai. Tas ir sevišķi izplatīts blīvi apdzīvotās attīstītās valstīs.