PHYSIC LESSONS: ΦΩΣ:ΟΡΑΣΗ ΚΑΙ ΕΝΕΡΓΕΙΑ

ΦΩΣ:ΟΡΑΣΗ ΚΑΙ ΕΝΕΡΓΕΙΑ

ΦΩΣ:ΟΡΑΣΗ ΚΑΙ ΕΝΕΡΓΕΙΑ

ΦΩΣ ΚΑΙ ΟΡΑΣΗ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Στη φυσική επιστήμη το φως ορίζεται ως το αίτιο,το οποίο ερεθίζοντας φυσιολογικά τον οφθαλμό προκαλεί το αίσθημα της όρασης.Σύμφωνα με τις σύγχρονες αντιλήψεις το φως αποτελεί μία μορφή ενέργειας.

Στη φυσική επιστήμη το φως ορίζεται ως το αίτιο,το οποίο ερεθίζοντας φυσιολογικά τον οφθαλμό προκαλεί το αίσθημα της όρασης

Η ενέργεια αυτή πολλές φορές ονομάζεται και ακτινοβολούμενη ενέργεια,την οποία αντιλαμβανόμαστε κάτω από ορισμένες συνθήκες δια του οφθαλμού.Υπάρχουν βέβαια και φαινόμενα,που οφείλονται στην ίδια φυσική αιτία και ακολουθούν τους ίδιους νόμους με τα φωτεινά φαινόμενα,τα οποία όμως δεν διεγείρουν τον οφθαλμό.

ΟΡΑΣΗ

Όραση ονομάζεται μία από τις πέντε αισθήσεις.Όργανο της όρασης είναι τα μάτια,ενώ το αντικείμενο της αντίληψης είναι το φως.Θεωρείται η πιο σημαντική από τις υπόλοιπες αισθήσεις,γιατί με αυτήν γίνεται άμεσα αντιληπτός ο εξωτερικός χώρος.

Η όραση είναι μία από τις πέντε αισθήσεις

Περίπου το 30% του ανθρώπινου εγκεφάλου ασχολείται με την επεξεργασία και ερμηνεία των ερεθισμάτων της όρασης.Αλλά η όραση,στο μεγαλύτερο μέρος,είναι σαν μια γλώσσα που πρέπει να μάθει κανείς λέξη προς λέξη και φράση προς φράση.Η αρχική ανάπτυξη της ανθρώπινης όρασης φαίνεται ότι αρχίζει με μια αντίδραση σε κάτι λαμπερό.Τούτο διαπιστώνεται εύκολα,γιατί και το πιο μικρό βρέφος ξαφνιάζεται και βλεφαρίζει στο αιφνίδιο φως.

ΑΡΧΑΙΑ ΑΠΟΨΗ ΓΙΑ ΤΗΝ ΟΡΑΣΗ

Από τους αρχαίους χρόνους υπήρξαν πολλές διαφορετικές αντιλήψεις για τη σχέση του φωτός με την όραση.Ορισμένοι αρχαίοι Έλληνες φιλόσοφοι όπως ο Πυθαγόρας και ο Δημόκριτος ερμήνευαν την όραση θεωρώντας ότι κάθε αντικείμενο που παρατηρούμε εκπέμπει σωματίδια.Τα σωματίδια αυτά εισέρχονται στο μάτι μας και διεγείρουν την όραση.

Η πρώτη αρχαία άποψη ήταν ότι κάθε αντικείμενο που παρατηρούμε εκπέμπει σωματίδια τα οποία εισέρχονται στο μάτι μας και διεγείρουν την όραση

Η πιο διαδεδομένη όμως άποψη διατυπώθηκε από τους Εμπεδοκλή,Πλάτωνα και Ευκλέιδη.Σύμφωνα με αυτή,διακρίνουμε ένα αντικείμενο όταν ρεύμα φωτιάς(θείο πυρ) εξέρχεται από τα μάτια μας και πέφτει πάνω στο αντικείμενο.Ο Αριστοτέλης δεχόταν απλά ότι το φως είναι ενέργεια ή ιδιότητα που διαδίδεται μέσα σ' ένα ιδιάζον μέσο,τον αιθέρα,του οποίου τη φύση άφηνε ακαθόριστη.

ΝΕΟΤΕΡΕΣ ΑΠΟΨΕΙΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΟΡΑΣΗ

Τον 11ο αιώνα μ.Χ ο Άραβας αστρονόμος Αλχαζεν έδειξε ότι η πρώτη άποψη είναι πιο κοντά στην πραγματικότητα. Ισχυρίστηκε ότι,αν από τα μάτια μας εξερχόταν ρεύμα φωτός,τότε θα ήταν δύσκολο να διακρίνουμε όλα τα αντικείμενα και σε απόλυτο σκοτάδι.

Ο Εμπεδοκλής,ο Πλάτωνας και Ευκλέιδης θεωρούσαν ότι διακρίνουμε ένα αντικείμενο όταν ρεύμα φωτιάς εξέρχεται από τα μάτια μας και πέφτει πάνω στο αντικείμενο

Κατά τους μεταγενέστερους χρόνους διατυπώθηκαν νεότερες θεωρίες για τη φύση του φωτός.Σύμφωνα με την αντίληψη του Νεύτωνα,τα φωτεινά σώματα εκπέμπουν σωματίδια,τα οποία κινούνται ευθύγραμμα και με την ταχύτητα του φωτός εισέρχονται στον οφθαλμό άμεσα ή έμμεσα.Ο Νεύτων με τη θεωρία αυτή εξήγησε ικανοποιητικά πολλά φαινόμενα της οπτικής επιστήμης.Οι μετέπειτα όμως ανακαλύψεις ορισμένων άλλων φαινομένων,τα οποία αφορούσαν στη φύση και στη συμπεριφορά του φωτός,δεν ήταν δυνατό να εξηγηθούν με τη θεωρία αυτή,ενώ εξηγούνται πληρέστερα με τη θεωρία των κυμάτων,η οποία διατυπώθηκε τον 17ο αιώνα από τον Huygens.

ΣΥΓΧΡΟΝΗ ΑΝΤΙΛΗΨΗ ΓΙΑ ΤΗΝ ΟΡΑΣΗ

Ας δούμε τώρα τις πιο σύγχρονες αντιλήψεις για την όραση.Για να διακρίνουμε ένα αντικείμενο,δεν είναι αρκετό να έχουμε τα μάτια μας ανοιχτά.Πρέπει ταυτόχρονα το αντικείμενο να φωτίζεται.Έτσι βλέπουμε κατά τη διάρκεια της ημέρας επειδή υπάρχει το φως του ήλιου,ενώ δεν βλέπουμε στο σκοτάδι το οποίο είναι η ανυπαρξία φωτός.

Η σύγχρονη αντίληψη για την όραση θεωρεί ότι βλέπουμε ένα αντικείμενο γιατί ακτίνα φωτός έρχεται από μία φωτεινή πηγή αντανακλά το αντικείμενο και καταλήγει στο μάτι μας

Με λίγα λόγια η σύγχρονη αντίληψη για την όραση θεωρεί ότι βλέπουμε ένα αντικείμενο γιατί ακτίνα φωτός έρχεται από μία φωτεινή πηγή αντανακλά το αντικείμενο και καταλήγει στο μάτι μας.Τα αντικείμενα τα βλέπουμε επειδή είναι αυτόφωτα.

ΑΥΤΟΦΩΤΑ ΣΩΜΑΤΑ

Αυτόφωτα σώματα ονομάζονται τα σώματα τα οποία είναι τα ίδια φωτεινές πηγές, δηλαδή εκπέμπουν φως.

Ο Ήλιος μας είναι αυτόφωτο σώμα διότι είναι το ίδιο φωτεινή πηγή και εκπέμπει φως

Παράδειγμα ενός αυτόφωτου σώματος είναι ο Ήλιος μας.

ΕΤΕΡΟΦΩΤΑ ΣΩΜΑΤΑ

Ετερόφωτα σώματα ονομάζονται τα σώματα τα οποία φωτίζονται από άλλες φωτεινές πηγές.

Παραδείγματα ετερόφωτων σωμάτων είναι ο πλανήτης μας και η σελήνη,γιατί εκπέμπουν φως μόνο όταν φωτίζονται από τον Ήλιο

Ένα ετερόφωτο αντικείμενο επανεκπέμπει προς κάθε κατεύθυνση ένα μέρος του φωτός που φθάνει σε αυτό.Παραδείγματα ετερόφωτων σωμάτων είναι ο πλανήτης μας και η σελήνη,γιατί εκπέμπουν φως μόνο όταν φωτίζονται από τον Ήλιο.

ΦΩΣ ΚΑΙ ΕΝΕΡΓΕΙΑ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Φωτεινή ενέργεια ονομάζεται η ενέργεια που μεταφέρει το φως η οποία αποτελεί ειδική περίπτωση της ενέργειας ακτινοβολίας.Έτσι η φωτεινή ενέργεια όπως και κάθε μορφή ενέργειας είναι δυνατό να μετασχηματιστεί σε άλλες μορφές.

Φωτεινή ενέργεια ονομάζεται η ενέργεια που μεταφέρει το φως

Φωτεινή ενέργεια χαρακτηρίζεται εκείνη η ενέργεια της οποίας δημιουργείται η αίσθηση της όρασης,δηλαδή η ενέργεια που γίνεται ορατή από το ανθρώπινο μάτι.Οι λαμπτήρες και οι φακοί μετατρέπουν την ηλεκτρική ενέργεια ή θερμική ενέργεια σε φως.Οι δε φωτεινές ακτίνες,υπό μορφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας φθάνουν στον αμφιβληστροειδή χιτώνα του ματιού δημιουργώντας ηλεκτρικά σήματα που διοχετεύονται δια των οπτικών νεύρων στον εγκέφαλο,όπου και δημιουργείται η αίσθηση της όρασης.

ΦΩΤΟΝΙΑ

Στη διάδοση της θερμότητας με ακτινοβολία,η φωτεινή ενέργεια μεταφέρεται με τα φωτόνια.Κάθε φωτόνιο μεταφέρει μια καθορισμένη ποσότητα ενέργειας.Φωτόνια που αντιστοιχούν σε φως πράσινου χρώματος έχουν όλα ακριβώς την ίδια ενέργεια.Το ίδιο ακριβώς συμβαίνει και με όλα τα φωτόνια που αντιστοιχούν σε κάποιο συγκεκριμένο χρώμα.Τα φωτόνια όμως που αντιστοιχούν σε διαφορετικά χρώματα μεταξύ τους δεν έχουν την ίδια ενέργεια.Για παράδειγμα,τα φωτόνια του κόκκινου χρώματος έχουν μικρότερη ενέργεια από τα φωτόνια του πράσινου.

Tα φωτόνια απεικονίζονται συχνά ως τεθλασμένες γραμμές

Η φωτεινή ενέργεια μπορεί να μετασχηματιστεί σε άλλες μορφές ενέργειας.Λόγω της διπλής φύσης τους (σωματίδια και κύματα),τα φωτόνια απεικονίζονται συχνά ως τεθλασμένες γραμμές.

ΜΕΤΑΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΙ ΤΗΣ ΦΩΤΕΙΝΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

α) Το φως μετατρέπεται σε θέρμανση.

Όταν απορροφώνται τα φωτόνια από τους δομικούς λίθους ενός σώματος,για παράδειγμα τα άτομα ή τα μόρια ενός σώματος,τότε αυξάνεται η κινητική τους ενέργεια με αποτέλεσμα να αυξάνεται η θερμοκρασία του σώματος.

Στους ηλιακούς θερμοσίφωνες αξιοποιούμε την ενέργεια του ηλιακού φωτός για να θερμάνουμε το νερό

Σε αυτή την περίπτωση η φωτεινή ενέργεια μετασχηματίζεται σε θερμική.Για παράδειγμα στους ηλιακούς θερμοσίφωνες αξιοποιούμε την ενέργεια του ηλιακού φωτός για να θερμάνουμε το νερό.

β) Το φως μετατρέπεται σε κίνηση.

Ακτινόμετρο είναι ένα όργανο που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της έντασης της θερμότητας της ακτινοβολίας.Χρησιμοποιείται στη μετεωρολογία για τη μέτρηση της ηλιακής ακτινοβολίας.

Το ακτινόμετρο χρησιμοποιείται στη μετεωρολογία για τη μέτρηση της ηλιακής ακτινοβολίας

Όταν εκθέσουμε ένα ακτινόμετρο στο ηλιακό φως ή στο φως ενός επιτραπέζιου φωτιστικού,τότε τα πτερύγιά του περιστρέφονται.Η ενέργεια των φωτονίων που προσπίπτουν στο ακτινόμετρο μετατρέπεται σε κινητική ενέργεια των πτερυγίων του.

γ) Το φως μετατρέπεται σε χημικές αντιδράσεις.

Τα πράσινα μέρη των φυτών απορροφούν ορισμένα από τα φωτόνια που προέρχονται από τον ήλιο.Η ενέργεια αυτών των φωτονίων προκαλεί τη χημική αντίδραση που ονομάζεται φωτοσύνθεση.Κατά τη φωτοσύνθεση παράγεται μία χημική ένωση που ονομάζεται γλυκόζη.

Τα πράσινα μέρη των φυτών απορροφούν ορισμένα από τα φωτόνια που προέρχονται από τον ήλιο

Με τη φωτοσύνθεση η φωτεινή ενέργεια μετατρέπεται σε χημική που αποθηκεύεται στη γλυκόζη,που είναι οι θρεπτικές ουσίες των φυτών.Κατά την φωτοσύνθεση στα φυτά η φωτεινή ενέργεια δεσμεύεται και χρησιμοποιείται για τη μετατροπή διοξειδίου του άνθρακα και νερού σε οξυγόνο και ενεργειακά πλούσιες οργανικές ενώσεις,κυρίως υδατάνθρακες.

δ) Το φως μετατρέπεται σε ηλεκτρικό ρεύμα.

Τα φωτοβολταϊκά στοιχεία είναι συσκευές που μετασχηματίζουν τη φωτεινή ενέργεια σε ηλεκτρική.

Στα ηλιακά αυτοκίνητα αλλά υπάρχουν φωτοβολταϊκά στοιχεία στα οποία η φωτεινή ενέργεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική

Στους υπολογιστές τσέπης,στα ηλιακά αυτοκίνητα αλλά και σε διαστημικά οχήματα υπάρχουν φωτοβολταϊκά στοιχεία στα οποία η φωτεινή ενέργεια μετατρέπεται σε ηλεκτρική.

ε) Το φως μετατρέπεται σε όραση.

Όταν φθάσει στα μάτια μας φως προκαλούνται χημικές αντιδράσεις στα οπτικά κύτταρα και τελικά η φωτεινή ενέργεια μετατρέπεται σε χημική και στη συνέχεια σε ηλεκτρική.

Όταν φθάσει στα μάτια μας φως προκαλούνται χημικές αντιδράσεις στα οπτικά κύτταρα και τελικά η φωτεινή ενέργεια μετατρέπεται σε χημική και στη συνέχεια σε ηλεκτρική

Το ηλεκτρικό σήμα που παράγεται μεταφέρεται μέσω του οπτικού νεύρου στον εγκέφαλο και έτσι δημιουργείται το αίσθημα της όρασης.