Источники света.

Что такое свет?
Способность видеть чрезвычайно важна, ибо зрение позволяет нам получать значительную
часть информации о внешнем мире. Как мы видим? Что представляет собой нечто
называемое нами светом, которое, попадая в наш глаз, вызывает зрительные ощущения? Что
же такое свет? Каким образом с его помощью нам удаётся видеть тот необычайно широкий
диапазон явлений, которые мы наблюдаем?
Первые представления людей о свете были довольно наивными с точки зрения современных
знаний. Считалось, что из глаз выходят особые щупальца, которыми человек ощупывает все
предметы. Согласно современным представлениям, свет имеет двойственную природу: с
одной стороны это - электромагнитные волны, а с другой - поток элементарных частичек фотонов.
Свет - это излучение, но та лишь его часть, которая воспринимается глазом, поэтому свет
называют ещё и видимым излучением.
Во время распространения света проявляются его волновые свойства, а при взаимодействии с
веществом больше проявляются свойства частичек света . Подробнее это изучается в курсе
физики в старших классах.
Раздел физики, в котором изучаются световые явления, называют оптикой (от греческого
слова « орііке » - наука о зрительном восприятии).
Любой объект становится видимым одним из двух способов:
• он сам может быть источником света, как,
например, электрическая лампа, свеча или звезда, и мы видим
свет, непосредственно испускаемый этим источником;
• чаще же видимый предмет отражает, падающий на него свет
(источником света в этом случае может быть солнце, лампа
или ещё что-нибудь).
Понять, каким образом тела испускают свет, удалось лишь в 20е годы прошлого века; но представления о том каким образом
свет отражается от предметов, возникло гораздо раньше.
"Горячие" и "холодные" источники света .
Солнце - основной естественный источник света и тепла. Поэтому с древнейших времен в
представлении человека свет и тепло неразрывно связаны между собой.
Костер, лучина, фитильные и газовые светильники, наконец электрическая лампочка - таков
долгий путь развития искусственных источников света.
В пламени костра, лучины и фитильных ламп свет
излучается раскаленными твердыми частичками
углерода. В электрических лампах накаливания светится
раскаленная металлическая нить. Таким образом, до
наших дней человечество в основном пользуется горячими источниками света.
Но в природе встречается и "холодный" свет, например, свет гнилушек, различных светлячков
и полярных сияний. Светящиеся тела в этом случае не раскалены.
В последние годы получил распространение "дневной свет" в виде энергосберегающих ламп
дневного света. Эти лампы в несколько раз экономичнее
электрических ламп накаливания, и их свет по оттенку
ближе к
дневном
у.
Тела,
которые
излучаю
т свет,
называю
т
источни
ками
света. И
сточники света делятся
на естественные и искусственные
.Естественными источниками является Солнце, звёзды, полярное сияние, молния, некоторые
виды насекомых, глубоководных рыб.
К искусственным источникам света относят различные лампы, свечка, экран телевизора,
костер, лазер. Некоторые тела не излучают самостоятельно, а светят отраженным светом,
например, Луна .
Точечный источник света.
При изучении световых явлений удобно пользоваться понятием "точечный источник света".
На практике все источники света имеют определенный размер. Но чем меньше размеры
светящегося тела в сравнении с расстоянием, на которое мы оцениваем его действие, тем с
меньшей погрешностью можно принимать его за светящуюся точку. Например, светящийся
шарик диаметром 1 см на расстоянии 30-35 м от глаза представляется нам светящейся
точкой.
Огромные звезды, во много раз превосходящие Солнце, воспринимаются нами как точечные
источники света потому, что находятся на колоссальном расстоянии от Земли.
Прямолинейность распространения света.
Если между глазом и каким-нибудь источником света поместить непрозрачный предмет, то
источник света мы не увидим. Объясняется это тем, что в однородной среде свет
распространяется по прямым линиям.
Прямолинейное распространение света — факт, установленный ещё в глубокой древности. Об
этом писал основатель геометрии Евклид (300 лет до нашей
эры).
Прямолинейностью распространения света в однородной
среде объясняется образование тени. Тени людей, деревьев,
зданий и других предметов хорошо наблюдаются на земле в
солнечный день.
Предметы, освещаемые точечными источниками света,
например солнцем, отбрасывают четко очерченные тени.
Карманный фонарик даёт узкий пучок света. Фактически о
положении окружающих нас предметов в пространстве мы
судим, подразумевая, что свет от объекта попадает в наш глаз по прямолинейным
траекториям. Наша ориентация во внешнем мире целиком основана на предположении о
прямолинейном распространении света.
Именно это допущение привело к представлению о световых лучах.
Световой луч - это прямая, вдоль которой
распространяется свет. Условно лучом называют узкий
пучок света. Если мы видим предмет, то это означает, что
нам в глаз попадает свет
от каждой точки
предмета. Хотя
световые лучи выходят
из каждой точки по всем направлениям, лишь узкий пучок
этих лучей попадает в глаз наблюдателя. Если
наблюдатель сдвинет голову чуть в сторону, то в его глаз
от каждой точки предмета будет попадать уже другой
пучек лучей.
На рисунке показана тень, полученная на экране при освещении точечным источником света S
непрозрачного шара М. Так как шар непрозрачен, то он не пропускает свет, падающий на него;
в результате на экране образуется тень. Такую тень можно получить в тёмной комнате,
освещая шар карманным фонарём.
Если шар осветить двумя фонарями, то можно получить две
тени и менее тёмные, чем тень от одного фонаря, так как
тень освещена одним фонарём, а другая тень— вторым
фонарем . Частично
освещенные участки экр
ана и называются
полутенями.
Можно так расположить два источника света, что обе
полутени будут частично перекрывать друг друга и часть
поверхности экрана окажется совершенно неосвещённой.
Это полная тень.
Закон прямолинейного распространения света : в
однородной прозрачной среде свет распространяется прямолинейно.
Доказательством этого закона является образование тени и полутени.
В домашних условиях можно выполнить несколько опытов - доказательств этого закона.
Если мы хотим, чтобы свет от лампы не попадал в глаза,
мы можем поместить между лампой и глазами лист
бумаги, руку или надеть на лампу абажур. Если бы свет
распространялся не по прямым линиям, то он мог бы
обогнуть препятствие и попасть к нам в глаза. Например
от звука нельзя "загородиться" рукой, он обогнёт это
препятствие и мы будем его слышать.
Таким образом, описанный пример показывает, что свет
не огибает препятствие, а распространяется прямолинейно.
Теперь возьмём маленький источник света, например карманный фонарик S. Расположим на
некотором расстоянии от неё экран, то есть в
каждую его точку попадает свет. Если между
точечным источником света S и экраном разместить
непрозрачное тело, например мячик, то на экране
увидим темное изображение очертаний этого тела тёмный круг, поскольку за ним образовалась тень пространство, куда не попадается свет от
источника S. Если бы свет распространялся не
прямолинейно и луч не был бы прямой линией, то тень
могла бы не образоваться или имела бы другую форму и размеры.
Но чётко ограниченную тень, которая получена в описанном опыте, мы видим в жизни не
всегда. Такая тень образовалась, потому что в качестве источника света мы использовали
лампочку, размеры спирали которой намного меньше, чем
расстояние от неё до экрана.
Если в качестве источника света взять большую,
сравнительно с препятствием, лампу, размеры спирали
которой сравнимы с расстоянием от неё до экрана, то
вокруг тени на экране образуется еще и частично
освещенное пространство - полутень.
Образование полутени не противоречит закону прямолинейного распространения света, а,
наоборот, подтверждает его. Ведь в данном случае источник света нельзя считать
точечным. Он состоит из множества точек и каждая из них испускает лучи. Поэтому на
экране имеются области, в которые свет от одних точек источника попадает, а от других не
попадает. Таким образом эти области экрана освещены лишь частично, там и образуется
полутень. В центральную область экрана не попадает свет ни от одной
точки лампы, там наблюдается полная тень.
Очевидно, что если наш глаз находился бы в области тени, то мы не увидели
бы источник света. Из области полутени мы видели бы часть лампы. Это
мы и наблюдаем при солнечном или лунном затмении.