Svjetlost

Svjetlost ili vidljiva svjetlost je elektromagnetno zračenje vidljivo ljudskom oku.^[1] Vidljivo svjetlo se obično definira kao ono koje je na talasnim dužinama u rasponu od 400-700 nanometara (nm), što odgovara frekvencijama od 750-420 teraherca, između infracrvenog (sa dužim talasnim dužinama) i ultraljubičastog (sa kraćim talasnim dužinama).^[2][3]

U fizici, pojam "svjetlo" može se u širem smislu odnositi na elektromagnetno zračenje bilo koje talasne dužine, bilo vidljivo ili ne.^[4][5] U tom smislu, gama zraci, rendgenski zraci, mikrotalasi i radio talasi su takođe svjetlost. Primarna svojstva svjetlosti su intenzitet, smjer širenja, frekvencija ili spektar talasne dužine i polarizacija. Brzina svjetlosti u vakuumu, 299.792.458 metara u sekundi (m/s), jedna je od osnovnih prirodnih konstanti.[6] Kao i sve vrste elektromagnetnog zračenja, vidljiva svjetlost se širi elementarnim česticama bez mase koje se nazivaju fotoni koji predstavljaju kvante elektromagnetnog polja, a mogu se analizirati i kao valovi i kao čestice. Proučavanje svjetlosti, poznato kao optika, važno je istraživačko područje u modernoj fizici.

Glavni izvor prirodne svjetlosti na Zemlji je Sunce. Historijski gledano, još jedan važan izvor svjetlosti za ljude bila je vatra, od drevnih logorskih vatri do modernih kerozinskih lampi. Sa razvojem električnih rasvjeta i elektroenergetskih sistema, električna rasvjeta je efektivno zamijenila vatru.

• 
  Trouglasta prizma koja raspršava snop bijele svjetlosti. Duže talasne dužine (crvena) i kraće talasne dužine (zeleno-plava) su odvojene.
• 
  Elektromagnetski spektar, sa istaknutim vidljivim dijelom
• 
  Zbog prelamanja, slamka umočena u vodu izgleda savijena, a skala ravnala sabijena kada se gleda iz plitkog ugla.
• 
  Hong Kong obasjan šarenim vještačkim osvjetljenjem
• 
  Pierre Gassendi

Pierre Gassendi (1592–1655), atomista, predložio je teoriju čestica svjetlosti koja je objavljena posthumno 1660-ih. Isak Njutn je proučavao Gasendijev rad u ranoj mladosti i preferirao je njegovo gledište u odnosu na Descartesovu teoriju plenuma. On je u svojoj Hipotezi o svjetlosti iz 1675. godine izjavio da je svjetlost sastavljena od korpuskula (čestica materije) koje se emituju u svim smjerovima iz izvora. Jedan od Newton-ovih argumenata protiv talasne prirode svjetlosti bio je da je poznato da se talasi savijaju oko prepreka, dok svjetlost putuje samo pravim linijama. On je, međutim, objasnio fenomen difrakcije svjetlosti (što je primijetio Francesco Grimaldi) dopuštajući da svjetlosna čestica može stvoriti lokalizirani talas u eteru.

Christiaan Huygens (1629–1695) razradio je matematičku talasnu teoriju svjetlosti 1678. godine i objavio ju je u svom Traktatu o svjetlosti 1690. godine.

Christiaan Huygens

Skica Thomasa Younga eksperimenta sa dvostrukim prorezom koji pokazuje difrakciju. Youngovi eksperimenti su podržali teoriju da se svjetlost sastoji od valova.

Svjetlost – elektromagnetno zračenje

Elektromagnetno zračenje možemo predstaviti kao roj čestica koje se nazivaju fotoni. Svaki foton nosi određenu količinu energije. Cjelokupni raspon zračenja koje nastaje u svemiru nazivamo elektromagnetni spektar.

Vrste elektromagnetnog zračenja

• gama zračenje (γ-zrake)
• rendgensko zračenje (X-zrake)
• ultraljubičasto zračenje
• vidljivo zračenje (svjetlost)
• infracrveno zračenje
• mikrovalno zračenje
• radiotalasi

Elektromagnetna zračenja međusobno se razlikuju jedino frekvencijom. Svjetlost nastaje kada se električni naboji kreću u elektromagnetnom polju. Atom emituje svjetlost kada je neki od njegovih elektrona potaknut dodatnom energijom izvana. Zračenje pobuđenih elektrona predstavljamo talasom. Svjetlost manje energije ima manju frekvenciju, ali veću talasnu dužinu, a ona s više energije ima veću frekvenciju ali manju talasnu dužinu.

Talasna dužina = brzina svjetlosti / frekvencija

Brzina svjetlosti, kao i svih ostalih elektromagnetnih talasa, iznosi 299 743 km/s.

Boje

Ljudsko oko reaguje samo na vrlo ograničeni raspon talasanih dužina, na vidljivu svjetlost. Međutim, ono odlično raspoznaje i vrlo male razlike unutar tog raspona. Te male razlike nazivamo boje. Boje su dakle male frekvencijske razlike u području vidljive svjetlosti. Najkraću talasnu dužinu imaju ljubičasta i plava svjetlost, a najdužu crvena svjetlost.

Spektar vidljivog zračenja čine:

• ljubičasta boja (najveća frekvencija, najkraća talasna dužina)
• plava boja
• zelena boja
• žuta i narandžasta boja
• crvena boja (najniža frekvencija, najduža talasna dužina)

Bijela svjetlost sastavljena je od kontinuiranog niza svih boja vidljivog spektra. U praksi pod bojom nekog tijela možemo smatrati boju koje tijelo reflektuje kada je osvjetljeno bijelom svjetlošću, tj. tijelo će biti obojeno nekom bojom ako mu površina apsorbuje bijelu svjetlost samo na određenom talasnom području. Boja dakle zavisi od frekvencije reflektiranog zračenja. Bijela površina je ona koja u jednakoj mjeri reflektuje sva talasna područja bijele svjetlosti. Crna površina je ona koja u potpunosti apsorbuje bijelu svjetlost. Siva površina u jednakoj mjeri reflektuje sva valna područja bijele svjetlosti, ali ih i djelomično apsorbuje.

Apsorpcija svjetlosti i boje

Vegetacija apsorbira crvenu i plavu svjetlost, a reflektuje zelenu, pa nam zato biljke izgledaju zeleno. Stvar koja upija plavo, a reflektuje crveno izgleda nam crvena; ona koja upija crvenu svjetlost, a reflektuje plavu je plava; koja podjednako reflektuje svjetlost u svim bojama je bijela ili crna ili siva. Npr. ruža je crvena zato što se sve boje osim crvene upijaju unutar ruže, a samo se crvena boja reflektuje. Crno i bijelo su u osnovi isto, a razlika je samo u količini reflektovane svjetlosti, a ne u njihovoj boji.

Sve boje koje vidimo na Zemlji su samo pitanje koje se talasne dužine sunčeve svjetlosti najbolje reflektuju.

Kraće se talasne dužine učinkovitije šire po zraku nego duže talasne dužine. Nebo je plavo zato što se kratke talasne dužine (plava svjetlost) najradije šire.

Podjela boja

Bijela, crna i siva su ahromatske boje, a sve ostale boje su hromatske.

Osnovne karakteristike hromatskih boja:

• ton (pojam vezan za ime boje npr. crvena, zelena)
• svjetlina (zavisi od intenziteta zračenja)
• zasićenost (zavisi od čistoće boje)

Čovjek vidi vidljivu svjetlost iz dva razloga. Prvi je taj što je zrak proziran na vidljivu svjetlost, za razliku od drugih tvari pa tako svjetlost prolazi kroz atmosferu do posmatrača. Drugi razlog je taj što Sunce isijava najviše energije upravo u vidljivom dijelu spektra. Vrlo vruće zvijezde emituju većinu svjetlosti u ultraljubičastom području. Vrlo hladna zvijezda većinu emituje u infracrvenom. Sunce, po mnogo čemu prosječna zvijezda, emituje većinu energije u vidljivom dijelu spektra.

Izvori svjetlosti

Glavni članak: Svjetlosni izvori

Svjetlosni izvori su tijela koja stvaraju svjetlost. Razlikujemo prirodne (npr.zvijezde) i umjetne (npr. sijalice ili svijeće) svjetlosne izvore. Svjetlost se od izvora na sve strane rasprostire pravolinijski. Pravci po kojima se rasprostire svjetlost nazivaju se svjetlosne zrake. Dio prostora iza nekog tijela nasuprot svjetlosnom izvoru u koji ne dolazi neposredna svjetlost izvora naziva se sjena. Odbijanje svjetlosti naziva se refleksija, a lom svjetlosti refrakcija. Razlaganje bijele svjetlosti u boje naziva se disperzija.

Dopplerov efekt

Dopplerov efekt je promjena posmatrane talasne dužine talasa zbog međusobnog približavanja ili udaljavanja izvora talasa i posmatrača. Talasne dužine linija povećavaju se (pomiču prema crvenom području spektra) kada se izvor udaljava, a smanjuju se (pomiču prema plavom području spektra) kada se izvor približava posmatraču.

Također pogledajte

• Prizma (optika)

Reference

1. CIE (1987). International Lighting Vocabulary Arhivirano 27. 2. 2010. na Wayback Machine. Number 17.4. CIE, 4th edition. ISBN 978-3-900734-07-7.
   By the International Lighting Vocabulary, the definition of light is: "Any radiation capable of causing a visual sensation directly."
2. Pal, G.K.; Pal, Pravati (2001). "chapter 52". Textbook of Practical Physiology (1st izd.). Chennai: Orient Blackswan. str. 387. ISBN 978-81-250-2021-9. Arhivirano s originala, 8. 10. 2022. Pristupljeno 11. 10. 2013. The human eye has the ability to respond to all the wavelengths of light from 400–700 nm. This is called the visible part of the spectrum.
3. Buser, Pierre A.; Imbert, Michel (1992). Vision. MIT Press. str. 50. ISBN 978-0-262-02336-8. Pristupljeno 11. 10. 2013. Light is a special class of radiant energy embracing wavelengths between 400 and 700 nm (or mμ), or 4000 to 7000 Å.
4. Gregory Hallock Smith (2006). Camera lenses: from box camera to digital. SPIE Press. str. 4. ISBN 978-0-8194-6093-6. Arhivirano s originala, 8. 10. 2022. Pristupljeno 15. 11. 2020.
5. Narinder Kumar (2008). Comprehensive Physics XII. Laxmi Publications. str. 1416. ISBN 978-81-7008-592-8.