5.1: Tabia ya Mwanga
- Page ID
- 176064
Malengo ya kujifunza
Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:
- Eleza ushahidi wa mfano wa umeme wa Maxwell wa mwanga
- Eleza uhusiano kati ya wavelength, frequency, na kasi ya mwanga
- Jadili mfano wa chembe wa mwanga na ufafanuzi wa photon
- Eleza jinsi na kwa nini kiasi cha nuru tunachokiona kutoka kwa kitu kinategemea umbali wake
Imewekwa kwenye nuru na aina nyingine za mionzi zinazotufikia kutoka vitu vilivyo katika ulimwengu ni habari mbalimbali kuhusu vitu hivi vinavyo na jinsi vinavyofanya kazi. Ikiwa tunaweza kufafanua msimbo huu na kusoma ujumbe unao, tunaweza kujifunza kiasi kikubwa kuhusu ulimwengu bila kuacha Dunia au mazingira yake ya haraka.
Nuru inayoonekana na mionzi mingine tunayopokea kutoka nyota na sayari huzalishwa na michakato kwenye ngazi ya atomia—kwa mabadiliko katika jinsi sehemu za atomu zinavyoingiliana na kuhamia. Hivyo, ili kufahamu jinsi mwanga unavyozalishwa, ni lazima tuchunguze jinsi atomi zinavyofanya kazi. Kuna kidogo ya kejeli katika ukweli kwamba ili kuelewa baadhi ya miundo mikubwa katika ulimwengu, lazima tuwe na ufahamu na baadhi ya ndogo zaidi.
Angalia kwamba tumetumia mara mbili maneno “mwanga na mionzi mingine.” Mojawapo ya mawazo muhimu yaliyotafsiriwa katika sura hii ni kwamba mwanga unaoonekana sio wa pekee; ni mfano tu unaojulikana zaidi wa familia kubwa ya mionzi ambayo inaweza kubeba habari kwetu.
Neno “mionzi” litatumika mara kwa mara katika kitabu hiki, kwa hiyo ni muhimu kuelewa maana yake. Katika lugha ya kila siku, “mionzi” mara nyingi hutumiwa kuelezea aina fulani za chembe za nguvu za subatomic zinazotolewa na vifaa vya mionzi katika mazingira yetu. (Mfano ni aina ya mionzi inayotumiwa kutibu baadhi ya saratani.) Lakini hii sio tunayomaanisha tunapotumia neno “mionzi” katika maandishi ya astronomia. Mionzi, kama inavyotumika katika kitabu hiki, ni neno la jumla kwa mawimbi (ikiwa ni pamoja na mawimbi ya nuru) yanayog'ara nje kutoka chanzo.
Kama tulivyoona katika Orbits na Gravity, nadharia ya Newton ya mvuto inahusu mwendo wa sayari pamoja na vitu duniani. Matumizi ya nadharia hii kwa matatizo mbalimbali yaliongoza kazi ya wanasayansi kwa karibu karne mbili. Katika karne ya kumi na tisa, wataalamu wengi wa fizikia waligeuka kwenye utafiti wa umeme na magnetism, ambazo zinahusiana sana na uzalishaji wa mwanga.
Mwanasayansi ambaye alicheza jukumu katika uwanja huu kulinganishwa na jukumu la Newton katika utafiti wa mvuto alikuwa mwanafizikia James Clerk Maxwell, aliyezaliwa na elimu huko Scotland (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)). Aliongoza kwa majaribio kadhaa ya ujuzi yaliyoonyesha uhusiano wa karibu kati ya umeme na sumaku, Maxwell alianzisha nadharia inayoelezea umeme na magnetism na idadi ndogo tu ya equations kifahari. Ni nadharia hii inayotupa ufahamu muhimu katika asili na tabia ya nuru.
Nadharia ya Maxwell ya Umeme
Tutaangalia muundo wa atomu kwa undani zaidi baadaye, lakini tunaanza kwa kutambua kwamba atomi ya kawaida ina aina kadhaa za chembe, ambazo idadi yake hazina molekuli tu bali mali ya ziada inayoitwa chaji ya umeme. Katika kiini (sehemu ya kati) ya kila atomu ni protoni, ambazo zina chaji chanya; nje ya kiini ni elektroni, ambazo zina chaji hasi.
Nadharia ya Maxwell inahusika na mashtaka haya ya umeme na madhara yake, hasa yanapohamia. Karibu na malipo ya elektroni, malipo mengine huhisi nguvu ya kivutio au kupinduliwa: mashtaka kinyume huvutia; kama mashtaka yanarudisha. Wakati mashtaka hayajaendelea, tunaona tu kivutio hiki cha umeme au kupinduliwa. Ikiwa mashtaka yanatembea, hata hivyo (kama yalivyo ndani ya kila atomu na katika waya inayobeba sasa), basi tunapima nguvu nyingine inayoitwa sumaku.
Magnetism ilifahamika sana kwa historia kubwa ya binadamu iliyorekodiwa, lakini sababu yake haikueleweka hadi karne ya kumi na tisa. Majaribio ya mashtaka ya umeme yalionyesha kuwa sumaku ilikuwa matokeo ya kusonga chembe za kushtakiwa. Wakati mwingine, mwendo huo ni wazi, kama katika coils ya waya nzito ambayo hufanya umeme wa viwanda. Wakati mwingine, ni hila zaidi, kama katika aina ya sumaku unayonunua katika duka la vifaa, ambamo elektroni nyingi ndani ya atomi zinazunguka kwa takribani mwelekeo uleule; ni alignment ya mwendo wao unaosababisha nyenzo kuwa magnetic.
Wataalamu wa Fizikia hutumia shamba la neno kuelezea hatua ya nguvu ambazo kitu kimoja kinaweka kwenye vitu vingine vya mbali. Kwa mfano, tunasema Jua linazalisha shamba la mvuto linalodhibiti obiti ya Dunia, japokuwa Jua na Dunia hazijafikiana moja kwa moja. Kutumia istilahi hii, tunaweza kusema kwamba mashtaka ya umeme yanazalisha mashamba ya umeme, na kusonga mashtaka ya umeme pia huzalisha mashamba ya magnetic.
Kweli, uhusiano kati ya matukio ya umeme na magnetic ni makubwa zaidi. Majaribio yalionyesha kuwa kubadilisha mashamba magnetic inaweza kuzalisha mikondo ya umeme (na hivyo kubadilisha mashamba ya umeme), na kubadilisha mikondo ya umeme inaweza kwa upande kuzalisha kubadilisha mashamba magnetic. Hivyo mara moja imeanza, mabadiliko ya shamba la umeme na magnetic yanaweza kuendelea kusababisha kila mmoja.
Maxwell kuchambua nini kitatokea kama mashtaka ya umeme walikuwa oscillating (kusonga mara kwa mara na kurudi) na kugundua kwamba muundo kusababisha ya mashamba ya umeme na magnetic ingekuwa kuenea nje na kusafiri haraka kupitia nafasi. Kitu kingine kinachotokea wakati mvua ya mvua inapiga uso wa maji au frog inaruka ndani ya bwawa. Usumbufu huenda nje na hujenga mfano tunayoita wimbi ndani ya maji (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)). Unaweza, kwa mara ya kwanza, kufikiri kuwa kuna lazima iwe na hali chache sana katika asili ambapo mashtaka ya umeme yanapungua, lakini hii sio wakati wote. Kama tutakavyoona, atomi na molekuli (ambazo zinajumuisha chembe za kushtakiwa) zinatembea na kurudi wakati wote. Matatizo ya umeme yanayotokana na umeme ni miongoni mwa matukio ya kawaida katika ulimwengu.
Maxwell aliweza kuhesabu kasi ambayo usumbufu wa sumakuumeme hupitia nafasi; aligundua kuwa ni sawa na kasi ya nuru, ambayo ilikuwa imepimwa kwa majaribio. Kwa msingi huo, alidhani kwamba nuru ilikuwa aina moja ya familia ya misukosuko ya umeme inayowezekana iitwayo mionzi ya sumakuumeme, hitimisho ambalo lilithibitishwa tena katika majaribio ya maabara. Wakati mwanga (unaojitokeza kutoka kwenye kurasa za kitabu cha astronomia, kwa mfano) inapoingia jicho la mwanadamu, mabadiliko yake ya umeme na magnetic yanachochea mwisho wa ujasiri, ambayo kisha hupeleka habari zilizomo katika nyanja hizi zinazobadilika kwenye ubongo. Sayansi ya astronomia ni hasa kuhusu kuchambua mionzi kutoka vitu vya mbali ili kuelewa ni nini na jinsi zinavyofanya kazi.
Tabia ya Wimbi-Like ya Mwanga
Mashamba ya umeme na magnetic yanayobadilika katika nuru yanafanana na mawimbi ambayo yanaweza kuanzishwa katika bwawa la maji la utulivu. Katika hali zote mbili, usumbufu husafiri haraka nje kutoka hatua ya asili na unaweza kutumia nishati yake kuvuruga mambo mengine mbali zaidi. (Kwa mfano, katika maji, mawimbi ya kupanua yanayoondoka kwenye chura yetu yanaweza kuvuruga amani ya joka lililopumzika kwenye jani katika bwawa moja.) Katika kesi ya mawimbi ya sumakuumeme, mionzi yanayotokana na kupeleka antenna kamili ya chembe kushtakiwa na elektroni kusonga katika kituo cha redio yako ya ndani unaweza, wakati mwingine baadaye, kuvuruga kundi la elektroni katika gari yako radio antenna na kuleta habari na hali ya hewa wakati wewe ni kuendesha gari kwa darasa au kazi asubuhi.
Mawimbi yanayotokana na chembe za kushtakiwa hutofautiana na mawimbi ya maji kwa namna fulani kubwa, hata hivyo Mawimbi ya maji yanahitaji maji kusafiri. Mawimbi ya sauti tunayoyasikia, kutoa mfano mwingine, ni misukosuko ya shinikizo ambayo yanahitaji hewa kusafiri ingawa. Lakini mawimbi ya sumakuumeme hayahitaji maji wala hewa: mashamba yanazalisha na hivyo yanaweza kuhamia kupitia utupu (kama vile angani ya nje). Hili lilikuwa wazo la kusumbua kwa wanasayansi wa karne ya kumi na tisa kwamba kwa kweli walitengeneza dutu kujaza nafasi-moja ambayo hapakuwa na ushahidi mmoja wa ushahidi-hivyo mawimbi ya mwanga yanaweza kuwa na kitu cha kusafiri: waliiita aether. Leo, tunajua kwamba hakuna aether na kwamba mawimbi ya sumakuumeme hawana shida wakati wote kusonga kupitia nafasi tupu (kama nyota zote zinazoonekana usiku wazi lazima hakika kufanya).
Tofauti nyingine ni kwamba mawimbi yote ya sumakuumeme yanahamia kwa kasi sawa katika nafasi tupu (kasi ya mwanga—takriban kilomita 300,000 kwa sekunde, au mita 300,000,000 kwa sekunde, ambayo inaweza pia kuandikwa kama 3 × 108 m/s), ambayo inageuka kuwa kasi ya haraka iwezekanavyo katika ulimwengu. Haijalishi wapi mawimbi ya umeme yanayotokana na na bila kujali mali nyingine wanayo, wakati wanahamia (na sio kuingiliana na jambo), huhamia kwa kasi ya mwanga. Hata hivyo unajua kutokana na uzoefu wa kila siku kwamba kuna aina tofauti za mwanga. Kwa mfano, tunaona kwamba mawimbi ya mwanga hutofautiana kutoka kwa kila mmoja katika mali tunayoita rangi. Hebu tuone jinsi tunavyoweza kutaja tofauti kati ya familia nzima pana ya mawimbi ya sumakuumeme.
Jambo zuri kuhusu wimbi ni kwamba ni jambo la kurudia. Ikiwa ni mwendo wa juu-na-chini wa wimbi la maji au mashamba ya umeme na magnetic katika wimbi la mwanga, mfano wa usumbufu unarudia kwa njia ya mzunguko. Hivyo, mwendo wowote wa wimbi unaweza kuwa na mfululizo wa viumbe na mabwawa (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)). Kuhamia kutoka kwenye kiumbe kimoja kwa njia ya mto hadi kwenye kiumbe cha pili kinakamilisha mzunguko mmoja. Urefu usio na usawa unaofunikwa na mzunguko mmoja unaitwa wavelength. Mawimbi ya bahari hutoa mlinganisho: wavelength ni umbali unaotenganisha viumbe vya wimbi mfululizo.
Kwa mwanga unaoonekana, macho yetu yanaona wavelengths tofauti kama rangi tofauti: nyekundu, kwa mfano, ni wavelength ndefu zaidi inayoonekana, na violet ni mfupi zaidi. Rangi kuu za mwanga unaoonekana kutoka urefu mrefu hadi mfupi wavelength zinaweza kukumbukwa kwa kutumia monic ROY G BIV—kwa R nyekundu, O mbalimbali, Y njano, G kijani, B bluu, I ndigo, na V violet. Aina nyingine zisizoonekana za mionzi ya umeme zina wavelengths tofauti, kama tutakavyoona katika sehemu inayofuata.
Tunaweza pia kuonyesha mawimbi tofauti kwa mzunguko wao, idadi ya mizunguko ya wimbi ambayo hupita kwa pili. Ikiwa unahesabu viumbe 10 vinavyohamia kwa kila pili, kwa mfano, basi mzunguko ni mzunguko 10 kwa pili (cps). Kwa heshima ya Heinrich Hertz, mwanafizikia ambaye aliongozwa na kazi ya Maxwell-aligundua mawimbi ya redio, cps pia huitwa hertz (Hz). Angalia redio yako, kwa mfano, na utaona kituo kwa ajili ya kila kituo cha redio ni sifa ya mzunguko wake, kwa kawaida katika vitengo kHz (kilohertz, au maelfu ya hertz) au MHz (megahertz, au mamilioni ya hertz).
Wavelength (\(\lambda\)) na frequency (\(f\)) ni kuhusiana kwa sababu mawimbi yote sumakuumeme kusafiri kwa kasi sawa. Ili kuona jinsi hii inavyofanya kazi, fikiria gwaride ambalo kila mtu analazimika na hali ya trafiki iliyopo kuhamia kwa kasi sawa. Unasimama kwenye kona na uangalie mawimbi ya waandamanaji wanakuja. Kwanza unaweza kuona mstari baada ya mstari wa ponies miniature. Kwa sababu wao si kubwa sana na, kwa hiyo, wana wavelength mfupi, idadi nzuri ya ponies inaweza kusonga nyuma wewe kila dakika; tunaweza kusema wana mzunguko wa juu. Halafu, hata hivyo, kuja safu kadhaa za tembo za circus. Tembo ni kubwa na kuandamana kwa kasi sawa na ponies, hadi sasa wachache wao wanaweza maandamano nyuma wewe kwa dakika: Kwa sababu wana nafasi pana (muda mrefu wavelength), wao kuwakilisha frequency chini.
Fomu ya uhusiano huu inaweza kuelezwa kama ifuatavyo: kwa mwendo wowote wa wimbi, kasi ambayo wimbi huenda sawa na mara za mzunguko wa wavelength. Mawimbi yenye wavelengths ndefu yana masafa ya chini. Kihisabati, tunaweza kueleza hii kama
\[c=λf \nonumber\]
ambapo herufi ya Kigiriki kwa “l” —lambda,\(\lambda\) -hutumiwa kuashiria wavelength na c ni ishara ya kisayansi kwa kasi ya nuru. Kutatua kwa wavelength, hii inaelezwa kama:
\[λ=cf. \nonumber\]
Mfano\(\PageIndex{1}\): Kupata na Kutumia Mlinganyo wa Wimbi
Ulinganisho wa uhusiano kati ya kasi na sifa nyingine za wimbi unaweza kupatikana kutokana na ufahamu wetu wa msingi wa mwendo. Kasi ya wastani ya kitu chochote kinachohamia ni:
\[\text{average speed}= \text{distance} \times \text{time} \nonumber\]
(Kwa hiyo, kwa mfano, gari kwenye barabara kuu inayosafiri kwa kasi ya kilomita 100/h inashughulikia kilomita 100 wakati wa saa 1.) Kwa wimbi la umeme kusafiri umbali wa moja ya wavelengths yake\(\lambda\),, kwa kasi ya mwanga\(c\), tuna\(c = \lambda /t\). Mzunguko wa wimbi ni idadi ya mizunguko kwa pili. Ikiwa wimbi lina mzunguko wa mzunguko milioni kwa pili, basi wakati wa kila mzunguko kwenda ni milioni ya pili. Hivyo, kwa ujumla,\(t = 1/f\). Kubadilisha katika equation yetu ya wimbi, tunapata\(c = \lambda \times f\). Sasa hebu tutumie hii kuhesabu mfano. Je, ni wavelength ya mwanga inayoonekana ambayo ina mzunguko wa 5.66 × 1014 Hz?
Suluhisho
Kutatua equation ya wimbi kwa wavelength, tunaona:
\[λ=cf \nonumber\]
Kubadilisha maadili yetu hutoa:
\[λ=3.00×10^8\, \text{ m/s} = 5.66×10^{14} \text{ Hz}=5.30×10^{–7}\, \text{ m} \nonumber\]
Jibu hili pia linaweza kuandikwa kama 530 nm, ambayo iko katika sehemu ya njano-kijani ya wigo inayoonekana (nm inasimama kwa nanometers, ambapo neno “nano” linamaanisha “billionths”).
Zoezi\(\PageIndex{1}\)
“Mawimbi ya mawimbi,” au tsunami, ni mawimbi yanayosababishwa na matetemeko ya ardhi yanayotembea haraka kupitia bahari. Ikiwa tsunami inasafiri kwa kasi ya 600 km/h na inakaribia pwani kwa kiwango cha wimbi moja kila dakika 15 (mawimbi 4/h), itakuwa umbali gani kati ya viumbe vya wimbi baharini?
- Jibu
-
\[ \lambda = \frac{600 \text{ km/h}}{4 \text{ waves/h}} =150 \text{ km} \nonumber\]
Mwanga kama Photon
Mfano wa wimbi la umeme wa nuru (kama ilivyoandaliwa na Maxwell) ulikuwa mojawapo kati ya ushindi mkubwa wa sayansi ya karne ya kumi na tisa. Mwaka 1887, wakati Heinrich Hertz kweli alifanya mawimbi ya sumakuumeme asiyeonekana (nini leo huitwa mawimbi ya redio) upande mmoja wa chumba na kugundua yao kwa upande mwingine, ni ulikaribisha zama mpya ambayo imesababisha umri wa kisasa wa mawasiliano ya simu. Majaribio yake hatimaye yalisababisha teknolojia za televisheni, simu za mkononi, na mitandao ya wireless ya leo duniani kote.
Hata hivyo, mwanzoni mwa karne ya ishirini, majaribio ya kisasa zaidi yalikuwa yamefunua kwamba mwanga hutenda kwa namna fulani ambazo haziwezi kuelezewa na mfano wa wimbi. Kwa kusita, wanafizikia walipaswa kukubali kwamba wakati mwingine mwanga hutenda zaidi kama “chembe” -au angalau pakiti yenyewe ya nishati-kuliko wimbi. Tunaita pakiti hiyo ya nishati ya umeme photon.
Ukweli kwamba mwanga hufanya kama wimbi katika majaribio fulani na kama chembe kwa wengine ilikuwa wazo la kushangaza sana na lisilowezekana. Baada ya yote, akili yetu ya kawaida inasema kwamba mawimbi na chembe ni dhana tofauti. Kwa upande mmoja, wimbi ni usumbufu wa kurudia ambao, kwa asili yake, sio sehemu moja tu, lakini huenea. Chembe, kwa upande mwingine, ni kitu ambacho kinaweza kuwa mahali pekee wakati wowote. Ajabu kama inaonekana, ingawa, majaribio isitoshe sasa yanathibitisha kwamba mionzi ya sumakuumeme wakati mwingine inaweza kuishi kama wimbi na wakati mwingine kama chembe.
Kisha, tena, labda hatupaswi kushangaa kwamba kitu ambacho husafiri kila wakati katika “kikomo cha kasi” cha ulimwengu na hakihitaji kituo cha kusafiri huenda hakitii mawazo yetu ya kila siku ya akili. Kuchanganyikiwa kwamba hii duality wimbi-chembe ya mwanga unasababishwa katika fizikia hatimaye kutatuliwa na kuanzishwa kwa nadharia ngumu zaidi ya mawimbi na chembe, sasa inaitwa quantum mechanics. (Hii ni moja ya mashamba ya kuvutia zaidi ya sayansi ya kisasa, lakini ni zaidi ya upeo wa kitabu chetu. Ikiwa una nia yake, angalia baadhi ya rasilimali zilizopendekezwa mwishoni mwa sura hii.)
Kwa hali yoyote, unapaswa sasa kuwa tayari wakati wanasayansi (au waandishi wa kitabu hiki) wakati mwingine wanajadili mionzi ya sumakuumeme kama ilihusisha mawimbi na wakati mwingine hutaja kama mkondo wa photoni. Photon (kuwa pakiti ya nishati) hubeba kiasi fulani cha nishati. Tunaweza kutumia wazo la nishati kuunganisha mifano ya photon na wimbi. Ni kiasi gani cha nishati photon inategemea mzunguko wake wakati unafikiri juu yake kama wimbi. Wimbi la redio la chini la nishati lina mzunguko wa chini kama wimbi, wakati X-ray ya juu-nishati katika ofisi yako ya meno ni wimbi la juu-frequency. Miongoni mwa rangi ya mwanga unaoonekana, photons za mwanga wa violet zina nishati ya juu na photons nyekundu-mwanga zina chini kabisa.
Jaribu kama uhusiano kati ya photons na mawimbi ni wazi kwako. Katika mfano hapo juu, ambayo photon ingekuwa na wavelength ndefu kama wimbi: wimbi la redio au X-ray? Ikiwa ulijibu wimbi la redio, wewe ni sahihi. Mawimbi ya redio yana mzunguko wa chini, hivyo mzunguko wa wimbi ni mrefu (ni tembo, si ponies miniature).
Uenezi wa Mwanga
Hebu fikiria kwa muda kuhusu jinsi mwanga kutoka kwenye bomba la taa huenda kupitia nafasi. Kama mawimbi yanapanuka, husafiri mbali na bulb, si tu kuelekea macho yako bali kwa pande zote. Kwa hiyo ni lazima ifunike nafasi inayozidi kuongezeka. Hata hivyo jumla ya mwanga inapatikana haiwezi kubadilika mara nuru imeacha bulb. Hii inamaanisha kwamba, kama shell moja ya kupanua ya mwanga inashughulikia eneo kubwa na kubwa, kuna lazima iwe chini na chini yake mahali popote. Mwanga (na mionzi mengine yote ya sumakuumeme) hupata dhaifu na dhaifu kama inapata mbali zaidi na chanzo chake.
Kuongezeka kwa eneo ambalo mwanga unapaswa kufunika ni sawa na mraba wa umbali ambao mwanga umesafiri (Kielelezo\(\PageIndex{4}\)). Ikiwa tunasimama mara mbili mbali na chanzo, macho yetu yatapinga mbili za mraba (2 × 2), au mara nne chini ya mwanga. Ikiwa tunasimama mara 10 mbali na chanzo, tunapata mraba 10, au mara 100 chini ya mwanga. Unaweza kuona jinsi hii kudhoofika ina maana shida kwa vyanzo vya mwanga katika umbali wa astronomical. Moja ya nyota zilizo karibu zaidi, Alpha Centauri A, hutoa nishati takriban jumla sawa na Jua. Lakini ni mara 270,000 mbali zaidi, na hivyo inaonekana kuhusu 73 bilioni mara fainter. Haishangazi nyota, ambazo karibu zingeonekana zaidi au chini kama Jua, zinaonekana kama pinpoints kali za mwanga kutoka mbali.
Wazo hili-kwamba mwangaza dhahiri wa chanzo (jinsi unavyoonekana kwetu) hupata dhaifu kwa umbali katika njia tuliyoelezeza-inajulikana kama sheria ya mraba inverse kwa uenezi wa mwanga. Katika suala hili, uenezi wa mwanga ni sawa na madhara ya mvuto. Kumbuka kwamba nguvu ya mvuto kati ya raia mbili kuvutia pia inversely sawia na mraba wa kujitenga yao.
Mfano\(\PageIndex{2}\): Sheria ya Mraba ya Inverse kwa Mwanga
Ukubwa wa taa ya taa ya 120-W iliyozingatiwa kutoka umbali wa m 2 ni 2.4 W/m2. Je, itakuwa kiwango gani ikiwa umbali huu uliongezeka mara mbili?
Suluhisho
Ikiwa tunahamia mara mbili mbali, basi jibu litabadilika kulingana na mraba wa inverse wa umbali, hivyo kiwango kipya kitakuwa cha kiwango\((1/2)^2 = 1/4\) cha awali, au 0.6 W/m 2.
Zoezi\(\PageIndex{2}\)
Mara ngapi nyepesi au kukata tamaa ingekuwa nyota itaonekana kama ingehamishwa kwenda:
- mara mbili umbali wake wa sasa?
- mara kumi umbali wake wa sasa?
- nusu umbali wake wa sasa?
- Jibu
-
\[\text{a. } \left( \frac{1}{2} \right)^2= \frac{1}{4}; ~ \text{b. } \left( \frac{1}{10} \right)^2= \frac{1}{100} \left( \frac{1}{10} \right)^2= \frac{1}{100}; ~ \text{c. } \left( \frac{1}{1/2} \right)^2= 4 \nonumber\]
Dhana muhimu na Muhtasari
James Clerk Maxwell alionyesha kwamba kila chembe za kushtakiwa zinabadilisha mwendo wao, kama zinavyofanya katika kila atomi na molekuli, zinatoa mawimbi ya nishati. Mwanga ni aina moja ya mionzi hii ya umeme. Wavelength ya mwanga huamua rangi ya mionzi inayoonekana. Wavelength (\(\lambda\)) ni kuhusiana na frequency (\(f\)) na kasi ya mwanga (\(c\)) na equation\(c = \lambda f\). Mionzi ya sumakuumeme wakati mwingine hutenda kama mawimbi, lakini wakati mwingine, hutenda kama ni chembe—pakiti kidogo ya nishati, inayoitwa fotoni. Mwangaza dhahiri wa chanzo cha nishati ya sumakuumeme hupungua kwa umbali unaoongezeka kutoka chanzo hicho kwa uwiano wa mraba wa umbali-uhusiano unaojulikana kama sheria ya mraba inverse.
faharasa
- mionzi ya umeme
- mionzi yenye mawimbi yaliyoenea kwa njia ya mashamba ya umeme na magnetic mara kwa mara na kusafiri kwa kasi ya mwanga
- marudio
- idadi ya mawimbi ambayo huvuka hatua fulani kwa wakati wa kitengo (katika mionzi)
- kinyume sheria za mraba
- (kwa mwanga) kiasi cha nishati (mwanga) kinachozunguka eneo fulani kwa wakati fulani hupungua kulingana na mraba wa umbali kutoka chanzo cha nishati au mwanga
- fotoni
- kitengo cha kipekee (au “pakiti”) ya nishati ya umeme
- masafa
- umbali kutoka kwa kiumbe hadi kwenye kiumbe au kupitia nyimbo katika wimbi