Naučite nešto o svjetionicima

Svjetlosni tijek
Jedinica svjetlosnog tijeka je lumen, obilježena SI jedinicom lm. Definirana je kao svjetlosna energija, odaslana u sekundi pod pravim kutom u jedinstvenu izvorišnu točku, od 1 jedinice svjetlosnog intenziteta; ili jednostavnije rečeno, umnoškom steradijana i kandele, što se obilježava formulom:
1 cd = 1 lm sr-1


Iluminacija - osvjetljivanje
Iluminacija je definirana kao svjetlosni tijek, koji dopire okomito na jedinicu površine. Međunarodna metrička SI jedinica za izmjeru iluminacije jest lumen po kvadratnom metru (lm/m2), koja se također naziva lux (lx).

Zakon svjetlosne iluminacije
Kad na neku površinu svjetlost padne pod nepravilnim kutom, dakle ukoso, iluminacija je proporcijalna kutu upada zraka svjetlosti.

Luminacija – svjetljivost
Luminacija ili svjetljivost, jest svjetlost, koja je odaslana po jedinici površine na određenome mjestu, a kada je projekcija svjetlosti okomita na smjer gledanja. Jedinica se po međunarodnom SI standardu označava kao kandela po kvadratnom metru (cd m2).

Da bismo mogli razumjeti o čemu pričamo prilikom raspravljanja o tehničkim detaljima, vezanim za rad svjetionika, moramo precizirati pojmove i definicije koje koristimo, te razumjeti neke osnovne mjerne jedinice i zakone fizike.


Kut upada svjetlosnog signala
Ovaj pojam najčešće upotrebljavamo kada svjetlost putuje kroz nekakav providni medij (tvar) 1 i susretne se s medijem 2. Kut upada je kutna udaljenost između zrake svjetlosti u mediju 1 i normalnog (okomitog) upada na površinu medija 2.
Jednostavnije, to je kut između upada snopa svjetlosti i površine od koju se svjetlost odbija.


Zakon obrnutog kvadrata
Doseg svjetlosnog signala je subjekt zakona obrnutog kvadrata, koji kaže da se energija rasipa (širi) prema kvadratu udaljenosti, koju svjetlost prijeđe.

U formuli to izgleda ovako: E = 1/d2 (E = energija; d = daljina). Intenzitet luminescencije, izmjeren s udaljenosti od 1 m, biti će 0.25 jači od onog s 2 m i 0.01 od onog od 10 m.


Svjetlosna jakost
Jedinicu svjetlosne jakosti nazivamo kandela, a skraćeno cd. To je standardizirana mjerna jedinica po Međunarodnom mjernom sustavi (sustav SI).
Kandela je svjetlosna jakost, usmjerena prema određenom smjeru od izvora, koji emitira monokromatsko (jednobojno) zračenje, frekvencije 540 x 1012 Hz, i da je svjetlosna jakost u tom smjeru 1/683 W po steradijanu (pomoćna jedinica SI, za mjerenje ugla)
Nadalje, kandela je svjetlosna jakost, okomita na ohlađenu površinu (temp. zamrznute platine) na koju svjetlost pada na 1/600 000 m2 , pod pritiskom od 1 Bara (101325 N po m2).

Kandela zamjenjuje stariju jedinicu, poznatu kao međunarodna kandela, koja je bila definirana kao svjetlost, koja se u sekundi emitira u svim smjerovima od određenog izvora svjetlosti. Omjer stare jedinice i nove je slijedeći:

1 cd = 0.982 međunarodne kandele

Treba uvijek imati na umu da je Zemlja zaobljena, zbog čega je sasvim dovoljno da svjetlost svjetionika doseže horizont. Svjetlost putuje pravocrtno, zbog čega se ne može vidjeti iza horizonta. Također je bitno naznačiti da je vidljivost svjetlosnog signala ograničena ne samo horizontom, već i nadmorskom visinom, na kojoj je svjetlosni signal smješten. Iz ovog se vidi da je svjetlost na višoj nadmorskoj visini moguće vidjeti na većoj udaljenosti, nego, primjerice, svjetlo na morskoj razini.

Na primjer, ako postavimo neki svjetlosni signal od 250 000 kandela na morsku razinu, on će biti vidljiv do udaljenosti horizonta od, primjerice, 18 km. No, ako svjetlosni signal postavimo na nadmorsku visinu od 100 m, onda će i horizont biti udaljeniji, pa će se moći vidjeti do udaljenosti od 40 km, s time da se i jačina svjetla mora tome prilagoditi, pa će ona biti u ovom slučaju 1 milijun kandela.

U praksi je dokazano da za svjetlost svjetionika nije nužno imati goleme izvore svjetlosne energije. U magli ili niskoj naoblaci, svjetlo se raspršuje kroz vodenu paru u zraku, stoga uopće nije važno koliko je jak svjetlosni sjaj, kad on uopće ne može prodrijeti na veliku udaljenost. Rješenje za poboljšanje vidljivosti može biti postavljanje svjetionika na najvišu nadmorsku visinu, ali ako je svjetionik često omotan maglom ili niskom naoblakom, to ga čini potpuno neučinkovitim. U takvim slučajevima se koriste sirene za maglu, no o njima će se još govoriti…

Logično je zapitati se koja je praktična korist od toga da svjetlo svjetionika možemo vidjeti s udaljenosti od primjerice 50, 60, pa čak i 80 km, ako je to moguće ostvariti? Razlog je taj što je to dovoljna udaljenost, na kojoj saznanje o potencijalnoj opasnosti može značiti sigurnost, jer posada plovila ima dovoljno vremena ako odmah i ne uoče svjetlo, da izbjegnu opasnost. Tijekom vremena je aktivnim praćenjem, te sugestijama pomoraca, utvrđena ravnoteža između potreba za razumnom jačinom svjetlosti, koja se trebala vidjeti na sigurnoj udaljenosti.

Znanstvenici su počeli mjeriti svjetlo i sve vezano s tim za vrijeme 17. i 18. stoljeća. Upotrebljavali su brojne metode klasifikacije svjetlosnih izvora. Jedna od najranijih jedinica za izmjeru svjetlosne jakosti je bila kandela (lat. candela). (Svjetlosnom izvoru se dodavao broj kandela, zavisno o njegovom intenzitetu i jakosti. Isprva, ova jedinica se nazivala kandela, zatim lux ili lumen (lat. lumen = svjetlo), termini koji su precizniji, te su još i danas u upotrebi). Iako se termin "kandela" i danas u upotrebljava u laičkim okvirima, jer ga je najlakše razumjeti, on nije i najpreciznije rješenje za mjerenje svjetlosne jakosti svjetionika. Tako se zna dogoditi da nestručnjaci krivo ocijenjuju svjetlosni intenzitet nekog pomorskog svjetla.

Inače, uobičajena svjetlosna jakost svjetionika na otvorenom moru je oko 100,000 kandela, dok se najjača oceanska pomorska svjetla penju na jačinu od nekoliko milijuna kandela, te se uz adekvatnu visinu tornja, vidljivost penje i do nekoliko desetaka nautičkih milja.

Pretpostavimo da možemo jedino vidjeti svjetlo intenziteta od 1W po metru četvornom. Koliko trebamo biti udaljeni, a da ga i dalje vidimo? Ako uzmemo razdaljinu (udaljenost) "R", te napišemo jednadžbu 400/(R x R) = 1, iz koje možemo lako vidjeti da R iznosi 20 m. Stoga, svjetlost od 1W/m2 možemo vidjeti na udaljenosti od najdalje 20 m, a ako se i najmanje odmaknemo od te udaljenosti, nećemo vidjeti ništa. Tako da ako želimo vidjeti svjetlost na većoj udaljenosti od 20 m, moramo je učiniti sjajnijom, zbog čega je potrebno osigurati više energije.
Noću vidimo zvijezde, koje su na nevjerojatnim udaljenostima od Zemlje. Svjetlu je nerijetko potrebno i nekoliko milijuna godina da dođe do nas – ipak, i dalje ga vidimo. Zamislite samo koliko sjajni ti objekti moraju biti i koliku količinu energije odašilju…

Svjetlost je energija, koja se mjeri u watt-ima (W). No, ono što nam je trenutno važno, jest količina te energije, koja pada na određeno područje našeg oka. Prema tome, tu energiju mjerimo jedinicom koja se naziva "svjetlosni intenzitet". U pogledu navedenog, obratit ćemo pažnju na svjetlosni sjaj ili svjetlosnu jakost (luminanciju). Područje našeg oka je fiksirano. Ako stojimo bliže svjetlu, učinit će nam se sjajnije, no ukoliko se udaljimo na veliku udaljenost, puno je nejasnije-tamnije, ili ga uopće ne vidimo. Što se svjetlost više raspršuje, to je energija, koja pada na naše oko sve manja.

Tako, primjerice, možemo izmjeriti svjetlosnu jakost u W po kvadratnom metru. U fizici, svjetlosna jakost opada obrnutom kvadratnom vrijednošću udaljenosti od izvora osvjetljenja do promatrača. Što to znači? Pretpostavimo da uzmemo jedan kvadrat; bijelu plohu, koji je širok točno 1 metar sa svake strane. Recimo da plohu postavimo 1 metar udaljen od svjetlosnog izvora, a svjetlosni intenzitet energije, koja pada na plohu je, primjerice, 400 W. U tom slučaju, ako plohu pomaknemo na udaljenost od 2 m, tada je svjetlosni intenzitet na plohi 400/(2x2) = 25 W. i tako dalje… Na ovaj način lako izračunavamo ono što se kod svjetlosti može izmjeriti, a vidljivo je oku, odnosno njen intenzitet ili jakost. Svjetlost je sjajnija, što izvor emitira više energije.

Autor fotografije: Marko Gross