Η διάθλαση του φωτός
Φυσική Στ΄ δημοτικού

Στόχοι:  Να διαπιστώσουν οι μαθητές πειραματικά το φαινόμενο της διάθλασης του φωτός και ότι μία σταγόνα νερό συμπεριφέρεται ως μεγεθυντικός φακό, να σχεδιάσουν την πορεία παράλληλων φωτεινών ακτίνων που προσπίπτουν σε συγκλίνοντα φακό και την πορεία παράλληλων φωτεινών ακτίνων που προσπίπτουν σε αποκλίνοντα φακό, να διαπιστώσουν πειραματικά ότι το νερό, ανάλογα με το σχήμα του δοχείου που το περιέχει, μπορεί να συμπεριφέρεται ως συγκλίνων ή ως αποκλίνων φακός και να διακρίνουν με βάση το σχήμα τους, συγκλίνοντες και αποκλίνοντες φακούς.

Όταν μια δέσμη από παράλληλες ακτίνες φωτός συναντήσει μία λεία και στιλπνή επιφάνεια, αλλάζει πορεία. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται ανάκλαση.

Όταν μια δέσμη από παράλληλες ακτίνες φωτός συναντήσει μια τραχιά και ακανόνιστη επιφάνεια, κάθε ακτίνα ανακλάται προς διαφορετική κατεύθυνση και τελικά η δέσμη διασκορπίζεται. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται διάχυση.

Για να δούμε ένα αντικείμενο δεν αρκούν μόνο τα μάτια μας. Δύο πράγματα πρέπει να συμβούν:

1. Να φύγουν από το αντικείμενο ακτίνες φωτός (ή φωτόνια). Οι ακτίνες φεύγουν από το αντικείμενο ή από ανάκλαση ή από διάχυση του φωτός. Αν το αντικείμενο είναι αυτόφωτο, όπως π.χ. μία λάμπα φεύγουν αμέσως.

2. Αυτές οι ακτίνες να φτάσουν στα μάτια μας.

Αν ωστόσο οι ακτίνες αυτές πριν φτάσουν στα μάτια μας συναντήσουν κάποιο διαφανές ή ημιδιαφανές υλικό (γυαλί, νερό), τότε κάτι παράξενο συμβαίνει, όπως π.χ. βλέπουμε μέσα σε ένα ποτήρι νερό ένα "σπασμένο" κουταλάκι.

ΓΙΑΤΙ ΣΥΜΒΑΙΝΕΙ ΑΥΤΟ; Εμείς βεβαίως βλέπουμε το κουταλάκι επειδή οι φωτεινές ακτίνες που πέφτουν πάνω του, ανακλώνται και φτάνουν στα μάτια μας.

Ωστόσο οι φωτεινές ακτίνες που ανακλώνται στο μέρος του κουταλιού που βρίσκεται έξω από το νερό, φτάνουν πιο γρήγορα στα μάτια μας, αφού ο αέρας είναι αραιός, δηλαδή δεν έχει πάρα πολλά μόρια, ώστε να τις καθυστερήσει. Οι φωτεινές ακτίνες όμως που ανακλώνται στο μέρος του κουταλιού που βρίσκεται μέσα στο νερό, φτάνουν αργότερα στα μάτια μας (κάτι χιλιοστά του δευτερολέπτου), αφού πρέπει να περάσουν μέσα από μια ποσότητα νερού, που είναι πιο πυκνό, έχει δηλαδή περισσότερα μόρια να προσπεράσουν.

Ο εγκέφαλός μας αυτή τη μικρή χρονική διαφορά την καταλαβαίνει! Χωρίς να γνωρίζει τον λόγο που συμβαίνει αυτό, υποθέτει ότι, αφού οι ακτίνες από το κουταλάκι που βρίσκεται μέσα στο νερό φτάνουν πιο αργά, τότε αυτό βρίσκεται λιγαααααάκι πιο κει! Έτσι κι εμείς βλέπουμε το κουταλάκι σπασμένο!

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ: Όταν οι φωτεινές ακτίνες περνούν από τον αέρα (αραιότερο σώμα) σε ένα άλλο διαφανές υλικό (πυκνότερο σώμα) ή και το αντίθετο, δηλαδή από ένα διαφανές υλικό προς τον αέρα, αλλάζουν πορεία. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται διάθλαση και συμβαίνει γιατί τα φωτόνια δεν κινούνται με την ίδια ταχύτητα σε διαφορετικά διαφανή υλικά.

ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΣΤΗΝ ΚΑΘΗΜΕΡΙΝΗ ΖΩΗ: Το φαινόμενο της διάθλασης το αξιοποιούμε με ειδικού σχήματος διαφανή σώματα, τους φακούς. Υπάρχουν δύο είδη φακών: οι συγκλίνοντες και οι αποκλίνοντες.

Ένας συγκλίνων φακός είναι παχύς στη μέση και λεπτότερος στα άκρα. Όταν μια φωτεινή δέσμη συναντήσει στην πορεία της ένα συγκλίνοντα φακό, οι φωτεινές ακτίνες κατευθύνονται, συγκλίνουν, προς ένα σημείο. Ένας αποκλίνων φακός είναι πασύς στα άκρα και λεπτότερος στη μέση. Όταν μία φωτεινή δέσμη συναντήσει στην πορεία της έναν αποκλίνοντα φακό, οι φωτεινές ακτίνες απλώνουν, όπως λέμε διαφορετικά αποκλίνουν.

Ο μεγεθυντικός φακός είναι συγκλίνων φακός. Συγκλίνοντες φακοί χρησιμοποιούνται στις κάμερες, στους φακούς επαφής, στους καθρέφτες των αυτοκινήτων, στα κιάλια, τα μικροσκόπια κλπ. Αποκλίνοντες φακοί χρησιμοποιούνται στα γυαλιά οράσεως. Στα τηλεσκόπια χρησιμοποιούνται συγκλίνοντες και αποκλίνοντες φακοί.

Οι φακοί ονομάστηκαν φακοί από τη φακή! Παρατηρήστε προσεκτικά μία φακή. Είναι λεπτή στα άκρα και παχιά στη μέση, όπως δηλαδή ένας συγκλίνων φακός. Η ομοιότητα στο σχήμα και στο όνομα δεν είναι τυχαία. Οι πρώτοι φακοί που ο άνθρωπος κατασκεύασε και χρησιμοποίησε ήταν συγκλίνοντες. Από την ομοιότητα του σχήματός τους με τη φακή προέκυψε και η ονομασία τους.

Σύνδεσμος  ΕΔΩ

Το πείραμα του σπασμένου μολυβιού

Το πείραμα με το λέιζερ

Συγκλίνοντες, αποκλίνοντες φακοί

ΕΡΓΑΣΙΕΣ

Κάνε στο σπίτι ένα πείραμα διάθλασης που σου αρέσει και παρουσίασέ το στην τάξη

Παίξε το κουίζ που βρίσκεται ΕΔΩ και ΕΔΩ.