Kuidas joonistada Päikest?

Siin saame teada

  • Kuidas joonistada valgusallikaid ja valgusallikate poolt kiiratud valgust nii, et joonisest oleks kasu valgusnähtuste mõistmisel.

Huviäratajad

Esimene tutvus valgusnähtustega on nüüd tehtud. Edasi läheb selles mõttes igavamaks, et endale tuleb selgeks teha põhimõisted, millel kõik järgnevad selgitused ja tunnid põhinevad. 

Proovime siiski asju rõõmsas valguses näidata, sestap selline Päike.

Joonistaks Päikest?

Kõik saavad aru, et pildil on kujutatud Päikest. Aga kas see pilt annab edasi ka näiteks seda, millised varjud Päikese valguses tekivad? Või seda, et suvel on meil millegipärast soojem kui talvel?

Valgus ja valguskiir

Valgusõpetuses on valguskiir põhiline füüsikaline mudel, millega nähtuseid seletatakse. Nii on väga oluline, et õpilane mõistaks, mis see on, mida ta valguskiirena joonistab.

Teine oluline teema on valgusallika poolt kiiratav valgus. See on väga tihti arusaamatuste algpõhjuseks - õpilased ei saa aru, kuidas valgusallikas valgust kiirgab, mis väljendub selles, et ta ei oska valguskiiri mõistlikult joonisele kanda.

Lõpuks on eriti keeruline aru saada suure valgusallika poolt kiiratud valgusest. Seega võiks alustada lihtsamatest teemadest ning liikuda edasi keerulisematele. Kõige aluseks on punktvalgusallikas - sellest saadakse üldiselt aru. Kui on mitu punktvalgusallikat, siis nende valgused liituvad; see on järgmine etapp. Lõpuks tuleb üleminek valgusallikale, mis koosneb tihedalt üksteise lähedale asetatud punktvalgusallikatest, mille valgused jällegi liituvad.

Üksik LED-lamp ei ole ideaalne punktvalgusallikas, ent see on piisavalt väike, et tekiksid iseloomulikud pildid. Paneme kõigepealt lambi põlema.

Kuidas teha valgus nähtavaks, et saaksime seda uurida?

Ühenda LED-lamp patareiga, kinnita tekkinud valgusallikas paberiklambrile ja tekita alusele valguse jälg. Vasta küsimustele.

Niisiis, punktvalgusallika valguse uurimine. Siin võiksid õpilased veenduda, et kiired tõepoolest koonduvad valgusallika ehk LED-lambi juures.

Punktvalgusallika poolt kiiratud valguse „sõelumine"

„Sõelu" LED-lambi valgusest välja kolm kiirt, märgi need pliiatsiga paberile ja pikenda neid kuni valgusallikani.

Katse kolme LED-lambiga. Siin pole me üldreeglina õpilastel endil lasknud olukorda jooniseks teha. Õpilased on lihtsalt kirjeldanud, miks niisugune pilt tekib. Pärast seda saab teha tahvlile joonise.

Kolme punktvalgusallika poolt kiiratud valguse „sõelumine"

Uuri kolme LED-lambi poolt kiiratud valgust, sõeludes seda ühe ja kolme pilu süsteemiga. Märgi kiired paberile ja joonista nende pikendused LED-lampideni. 

Nüüd siis suur valgusallikas.

Suure valgusallika valguse „sõelumine"

Sõelu taskulambi suure LED-lambi valgust piluga. Kanna katse skeem paberile. Uuri, millistest valguskiirtest koosneb LED-lambi valgus pärast pilu läbimist.

Kuidas siis joonistada Päikest?

Päike on väga kaugel, ent mitte nii kaugel, et seda oleks võimalik sirge näoga punktvalgusallikana kujutada. Õppisime äsja, kuidas suuri valgusallikaid ette kujutada: igasuguse suure valgusallika valgus on seda moodustavate punktvalgusallikate valguste summa.

Selle harjutusega anname füüsikalise selgituse kõige tavapärasemale Päikese ja valguskiirte kujutamisele. Mõistame, et kui joonistame Päikesest igas suunas väljuvaid valguskiiri, siis kujutame Päikest kui kõigis suundades valgust kiirgavat punktvalgusallikat. Ja see ei ole väga vale ettekujutlus - ainus „patt" on see, et Päike ei asugi nii kaugel.

Suur valgusallikas ei ole kaugelt vaadates suur

Tee läbi järgnev mõtteharjutus, et saaksid järgmisel korral Päikest joonistades joonistatust paremini aru.

Kokkuvõte

Valguse levimine ja valguskiir

Valgus levib ruumis sirgjooneliselt. Valguskiirte levimise suunda kujutame joonistel sirgetena, mida nimetame valguskiirteks. 

Punktvalgusallikas

Punktvalgusallikaks nimetame sellist valgusallikat, milles valgust kiiratakse ainult ühest punktist.

Mitme valgusallika valguse liitumine

Mitmest valgusallikast kiiratud valgused liituvad ning ei „sega" üksteist. Kui näiteks kaks ühesugust lampi valgustavad paberit ühesugustelt kaugustelt, siis näeme paberit kaks korda heledamana.

Reaalne valgusallikas kui punktvalgusallikate summa

Suvalise kuju ja suurusega valgusallikat käsitleme punktvalgusallikate summana. Valgusallika poolt tekitatud valgus on seda moodustavate punktvalgusallikate valguste summa. Selliste valgusallikate kujutamisel joonisel märgime ära vaid kiired, mis on ühe või teise konkreetse ülesande või eesmärgi täitmiseks olulised.

Küsimused ja ülesanded

Vali välja üks valgusallikas. Kuidas joonistaksid selle valgusallika tekitatud valgust? 
Kui „suur" on Päike, st millise nurga all levivad Päikese vastasservadelt vaatlejani jõudvad valguskiired?
Minu lisamaterjalid