VALAISTUSTA
VALOSTA
Fysiikan ja kemian perusteet ja
pedagogiikka
Kari Sormunen
Kevät 2014
OPPILAIDEN KÄSITYKSIÄ VALOSTA

Oppilaat kuvittelevat, että valo etenee katsojan
silmästä katsottavaan kohteeseen.


Oppilaat ajattelevat, että silmä saa aikaan näkemisen.
Valo auttaa näkemään paremmin ja selvemmin.


Silmä ei saa aikaan näkemistä, vaan näkeminen
perustuu silmään tulevaan valoon.
Oppilaat päättelevät, että valo koostuu valonsäteistä.


Todellisuudessa valo tulee esineestä silmään.
Valonsäde on vain eräs tapa kuvata valoa, se on valon
malli.
Oppilaat ajattelevat, että valon näkee pimeässä
huoneessa.

Ihminen voi nähdä vain kohteet, joista valo tulee
silmään.
MITÄ VALO ON?


Valolla tarkoitetaan sitä sähkömagneettisen
säteilyn osaa, joka havaitaan ihmissilmällä.
Valoa, kuten muutakin sm-säteilyä, voidaan
mallintaa poikittaisella aaltoliikkeellä
(vrt. oheinen kuvio sekä 2. harj. työ 5).
Näkyvän valon aallonpituusalue 400 nm -700 nm (n tarkoittaa nanoa
eli 10-9), valon väri riippuu sen aallonpituudesta, ks. seuraava dia.
 Ns. valkoinen valo koostuu eri aallonpituuksista.



Valo etenee tyhjiössä nopeudella 300 000 km/s. Väliaineessa
valonnopeus pienenee. Valo ei siis välttämättä tarvitse
väliainetta, mutta etenee myös sopivissa väliaineissa (ilma, vesi,
lasi; ts. läpinäkyvissä aineissa).
Valolla on havaittu olevan sekä
ns. hiukkasluonne: valo koostuu massattomista hiukkasista,
fotoneista (ei peruskoulun asiaa) että
 ns. aaltoluonne: valo on etenevää poikittaista aaltoliikettä (vrt. edellä)


Kun valo osuu esineeseen, valo voi heijastua siitä, imeytyä siihen
tai mennä sen läpi. Monissa tapauksissa tapahtuu kaikki kolme
ilmiötä.

Sähkömagneettisen säteilyn lajeja: gammasäteily, röntgensäteily,
ultraviolettisäteily, näkyvä valo, infrapunasäteily, radioaallot (täydennä
kuvaan). Säteilyn energia pienenee aallonpituuden kasvaessa.
radioaallot
•
•
•
•
•
Ns. valkoinen valo saadaan hajotettua eri väreiksi esimerkiksi prisman
avulla. Prismassa violetti valo taittuu eniten ja punainen vähiten.
Aurinko lähettää sähkömagneettista säteilyä kaikilla näkyvän valon
aallonpituuksilla (lisäksi ultravioletti- ja infrapunasäteilyä)
Kaikki aineet lähettävät (emittoivat) valoa tarpeeksi korkeissa lämpötiloissa
(~5000 °C)
– Alkuaineita (tai niiden ioniyhdisteitä) voidaan tunnistaa tämän tiedon
avulla
Hehkulampussa sähkövirta kuumentaa hehkulangan, joka rupeaa
säteilemään valoa (ja lämpöä).
Loisteputkessa valo synnytetään ns. fluoresenssi-ilmiön (ei tämän
opintojakson sisältöä) avulla, samoin kuin energiansäästölampuissa.
VALON SUORAVIIVAINEN ETENEMINEN





Valonlähteen (aurinko, muut
tähdet, lamput, kynttilä jne.; joilla
siis säteilyyn riittävän korkea
lämpötila) lähettämän valon voi
nähdä vain jos sen ”tielle” osuu
hiukkasia (pölyä, savua, pieniä
vesipisaroita).
Hiukkasista heijastuvan valon
avulla nähdään ns. valokeila.
Valokeilan muoto kertoo sen, että
(valo-opin I perussääntö).
Valon suoraviivaista etenemistä
kuvaamaan käytetään
Varjo on valoton alue. Esineen
taakse muodostuu varjo, koska valo
etenee suoraviivaisesti eikä pääse
esineen taakse (vrt. harjoituksissa
käsitteet sydänvarjo ja puolivarjo).
VALAISTUSVOIMAKKUUS





Jos suuntaat taskulampun valon lähellä olevaan seinään, huomaat
valaistun alueen olevan pieni ja kirkas, mutta kauempana olevalla
seinällä se olisi suuri ja himmeä.
Valaistusvoimakkuus pienenee, kun etäisyys valonlähteestä kasvaa.
Valoa ei ”häviä” matkalla, mutta koska valaistava alue kasvaa, valo
jakaantuu suuremmalle alueelle.
Valaistusvoimakkuus on suure, jonka yksikkö on luksi (lx). Sitä
voidaan mitata valaistusmittarilla (vrt. 4 harjoitukset, työ 5).
Erilaisia valaistusolosuhteita







Talvinen täysikuutamo: 0,2 lx
Katujen yleisvalaistus: 30 lx
Opetustilat: suositus 300 lx
Opiskelutilat (lukeminen, kirjoittaminen): suositus 500 lx
Poikkeuksellista tarkkuutta vaativa työ: suositus 5000 lx
Tavallinen pilvinen päivä: 10 000 lx
Auringonvalo kirkkaimmillaan, leikkaussalin leikkausvalaistus: 100 000 lx
VALO ON NÄKEMISEN EDELLYTYS:
Esineen voi nähdä vain, jos se itse lähettää valoa (on siis valonlähde) tai
jos se heijastaa valoa.
VALON HEIJASTUMINEN

(valo-opin II pääsääntö; ks.
kuvio).

Tavallinen seinäpeli on tasopeili,
ts. sen pinta on suora.
Keskenään yhdensuuntaiset
valonsäteet heijastuvat siitä
yhdensuuntaisina; siksi
tasopeilissä näkyvä kuva on
samanlainen kuin itse esine.

Kovera peili


Esim.
Kuperan peilin

Esim.
VALON TAITTUU AINEIDEN RAJAPINNASSA

(valo-opin III pääsääntö).
LINSSIT SAAVAT VALON KOHDISTUMAAN
TAI HAJAANTUMAAN

Kupera linssi

Kovera linssi
ENNAKKOKÄSITYSTESTIN VALO-OPIN
VÄITTEET
1.
Näet kirjan pöydällä. Mihin seuraavista kirjan näkeminen perustuu?
a) Kirja lähettää valoa silmään
b) Kirja nähdään lampusta silmään tulleen valon avulla
c)
Lampusta lähtenyt valo heijastuu kirjasta silmään
Kirja – sen enempää kuin silmäkään – ei ole valonlähde! Kokeile vaikka
pimeässä!
2.
Mistä ihmisen väriaistimus riippuu?
a) Esineen materiaalista
b) Tilan valaistuksesta
c)
Valaistuksen voimakkuudesta
Kaikki em. seikat vaikuttavat väriaistimukseemme. Materiaalit voivat
olla itsessään erivärisiä, tarpeeksi ”hämärässä kaikki kissat ovat
harmaita”.
3.
Kuinka valo heijastuu tyynen veden pinnasta?
a) Takaisin tulosuuntaansa
b) Heijastuskulma on yhtä suuri kuin tulokulma
c) Vesi ei heijasta valoa
Ratkaisuna valo-opin II pääsääntö eli heijastumislaki.