Как распространяется свет в комнате

У вас большие запросы!

Точнее, от вашего браузера их поступает слишком много, и сервер VK забил тревогу.

Эта страница была загружена по HTTP, вместо безопасного HTTPS, а значит телепортации обратно не будет.
Обратитесь в поддержку сервиса.

Вы отключили сохранение Cookies, а они нужны, чтобы решить проблему.

Почему-то страница не получила всех данных, а без них она не работает.
Обратитесь в поддержку сервиса.

Вы вернётесь на предыдущую страницу через 5 секунд.
Вернуться назад

Что такое свет, как он распространяется и какие бывают виды света

Большая часть жизни на Земле не могла бы существовать без него, и 95% информации об окружающем нас мире мы получаем от него, однако почти никто не знает, что такое свет на самом деле. Данная статья исправит это — объяснит его природу, способы распространения и познакомит со всеми типами не только классического видимого света, но и других видов электромагнитного излучения. И не волнуйтесь, мы будем кратки. Мы пролетим сквозь него почти со скоростью света.

Что такое свет?

Природа света очень сложна. Поэтому неудивительно, что величайшие ученые своего времени не смогли прийти к единому мнению. Рене Декарт и Исаак Ньютон считали, что это поток частиц, меньших, чем атомы. Роберт Гук и Христиан Гюйгенс считали ее волной. В итоге оба лагеря оказались правы. Свет — это и то, и другое одновременно.

Иногда он ведет себя как блок крошечных частиц, которые мы называем фотонами. Они не имеют массы и являются единственными частицами во Вселенной, которые могут двигаться с максимально возможной скоростью. Скорость света. В других случаях она подобна волне со своей частотой и длиной волны. Это явление известно как световой дуализм.

Итак, с физической точки зрения свет — это поперечные электромагнитные волны узкой области длин волн, которые также проявляются как поток фотонов. А поскольку фотоны позволяют передавать электрические и магнитные силы, мы также можем назвать свет электромагнитным излучением.

Как распространяется свет?

Однако окончательное решение вопроса о распространении света с точки зрения классической физики пришло только в 19 веке, когда вступил в силу так называемый принцип Гюйгенса. Согласно этому принципу, свет распространяется с помощью волновых фронтов. Каждое место, которого достигает волна, становится центром элементарной сферической волны. А результирующий волновой фронт является огибающей элементарных волновых фронтов.

Источники света

Свет распространяется источниками света. Так называют любое тело, в котором зарождается свет и из которого он излучается в окружающее пространство. Мы делим их на естественные и искусственные.

К естественным источникам относятся, например, солнце, звезды, луна, огонь, молния и раскаленная лава. Искусственные, т.е. созданные человеком, включают лампочки, флуоресцентные лампы, газоразрядные лампы или светоизлучающие диоды.

Оптическая среда

На распространение света также влияют свойства оптической среды, т.е. среды, в которой он возникает. Это может быть:

Прозрачный
Прозрачная оптическая среда пропускает свет без значительного ослабления, так что мы можем видеть сквозь нее.

Какие бывают виды света?

Свет — это далеко не только то, что мы видим глазами. Какие формы она может принимать? И чем они полезны? Давайте делать по одному шагу за раз. Начиная с самой длинной волны.

Радиоволны и микроволны

Электромагнитные волны размером более 1 мм называются радиоволнами и микроволнами. Первые передают, например, сигналы телевидения, радио или Wi-Fi, а вторые используются в печах и радарах. Сети Wi-Fi и микроволновые печи имеют почти одинаковую частоту, вот почему ваш интернет может иногда замедляться, пока ваша еда разогревается.

Инфракрасное излучение

Инфракрасное излучение имеет волны размером менее 1 мм. Его излучают все источники тепла. Как и люди. Вот почему с помощью инфракрасной камеры можно увидеть все живые существа даже в полной темноте. Ближний инфракрасный свет в диапазоне от 700 до 1000 нм широко используется в регенерации. Он глубже проникает в организм и оказывает лечебное воздействие на ткани, тем самым способствуя здоровью мышц и восстановительным процессам организма. Среднее и дальнее инфракрасное излучение содержится в инфракрасных саунах.

Видимый свет

Длины волн в диапазоне 380-740 нм называются видимым светом. Эта часть электромагнитного спектра вызывает зрительные ощущения, когда попадает на фоторецепторы человеческого глаза. Это так называемые спектральные цвета — красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый.

Того же цвета, что и радуга. И даже в том же порядке, потому что дождь разбивает солнечный свет на отдельные цвета в соответствии с длиной волны. Но есть и неспектральные цвета (белый, серый, черный, розовый, бирюзовый), которые создаются путем смешивания спектральных.

УФ-излучение

Мы больше не сможем увидеть волны ниже 380 нм. Фиолетовый цвет плавно переходит в ультрафиолетовый, при этом UltraViolet означает «выше фиолетового». Этот свет может быть опасен уже в большей степени. Именно поэтому мы пользуемся солнцезащитным кремом и защищаем глаза солнцезащитными очками с УФ-фильтром. Интересно, что птицы и рептилии могут видеть этот свет, поэтому они легко читают сообщения, написанные невидимыми чернилами. 🙂 Но остальным для этого нужны специальные инструменты.

Рентгеновские снимки

Электромагнитные волны с длиной волны менее 10 нм известны как рентгеновские лучи, которые используются для сканирования человеческого тела на предмет возможных переломов и разрывов. Причина этого проста — в нем много энергии, а значит, он может проходить через то, что обычному свету недоступно. Как мягкие ткани. Он попадает на кости и отскакивает от них, поэтому на полученных изображениях мы можем видеть детали скелета.

Гамма-излучение

Волны размером менее 10 пм известны как гамма-лучи. Их частота лишь немного меньше диаметра атомов, и они образуются, например, во время радиоактивного распада, когда ядру атома необходимо избавиться от избытка энергии. Гамма-излучение чрезвычайно опасно, и только очень, очень толстый слой свинца обеспечит достаточную защиту от него. К ним относится космическая радиация, которая может возникнуть во время ядерного взрыва, но, к счастью, эта опасность умиротворяется атмосферой, поэтому нам ничего не угрожает.

Откройте для себя красоту света

Мы часто воспринимаем свет как должное, хотя он является одним из самых ценных товаров во Вселенной. Она дает нам жизнь, здоровье, информацию, развлечения, счастье и возможность познать красоту окружающего нас мира. Откройте это для себя. В своей кристально чистой форме.

Световые явления. Часть 1

Беседуют два мальчика. Каждый хочет удивить другого чем-то простым и в то же время необычным. Один говорит: «Сейчас сломаю карандаш и снова сделаю целым». «Ничего у тебя не получится!» — говорит его друг. А первый мальчик берет стакан воды, опускает туда карандаш и, чудеса! Карандаш сломался! Мальчик достает карандаш из воды, а он целый. Почему так происходит? Ответ в следующем уроке.

План урока:

Что такое свет? Источники света

Много тысячелетий прошло прежде, чем была выяснена природа этого замечательного явления – свет. Десятки гипотез, предположений, догадок выдвигались учеными. Но вот в конце девятнадцатого века Д. Максвелл и Г. Герц установили, что природа света электромагнитная.

Значение света в жизни человека и в природе громадно. Зарождение и развитие всего живого происходит под влиянием тепла и, конечно, света.

Свет для человека – важнейшее средство познания окружающего мира.

Основной источник света для всей Земли – это Солнце. Световые потоки устремляются к планетам от Солнца благодаря ядерным реакциям, происходящим на нем.

При изучении тепловых явлений одним из видов теплообмена названо излучением, с помощью которого Земля получает от Солнца тепло. Тепло невидимо. Та часть излучения, которая видима глазом человека, называется видимым излучением.

Именно это излучение рассматривается как световое явление.

Раздел физики, посвященный световым явлениям называют оптикой (греч. «оптикос» — «глаз», «зрительный», «видимый»).

Не умея объяснить природу света, многие древние ученые придерживались мнения о том, что световые лучи исходят из глаз человека и «ощупывают» все вокруг. Некоторые считали, что есть другое объяснение свету, но не могли его сделать, не зная теории электромагнетизма. Как же далеки были эти люди от современных знаний в оптической области физики.

Сейчас известна природа света, свойства его, строение глаза, создано большое число оптических устройств и простых приборов. Световые явления широко используются в жизни человека.

Создается световое излучение источниками света, которые бывают естественными и искусственными. Сама природа создала естественные источники света. Искусственные источники придумал и изготовил человек.

Естественные (природные) источники света:

• Солнце и другие звезды;
• молния;
• полярные сияния;
• светящиеся вещества (фосфор, радий, актиний и другие);
• насекомые (например, светлячки, грибные комары);
• морские животные (медузы, электрические скаты, угри и другие);
• старые гниющие пни;
• светящиеся грибы.

Среди таких источников есть яркие, дающие много света, а есть едва видимые в темноте.

Например, науке известно уже около семидесяти видов светящихся грибов. Из них некоторые можно увидеть ночью на расстоянии десяти метров.

Светящиеся грибы.

Светиться могут подгнившие грузди и старые сыроежки.

Подкрашенный фосфором циферблат часов.

Светящиеся медузы.

Искусственные источники света:

• всевозможные фонари и лампы;
• прожекторы и маяки;
• экраны телевизоров, проекторов;
• гаджеты;
• светящиеся рекламы;
• свечи.

Ночной город.

Не может деятельность человека протекать без освещения. Трудно представить современный город в ночное время без освещенного дома, улицы, квартиры.

Созданные человеком источники света.

Искусственное освещение создано человеком лишь благодаря научному подходу к изучению таких интересных явлений природы – световых.

Распространение света

Чтобы лучше понять, как свет распространяется, введено понятие светового луча. А там, где лучи, там геометрия. Поэтому появился новый подход к световым явлениям, который называется геометрическая оптика.

Для практического изучения света учеными рассматриваются узкие пучки световых лучей. Для их получения используют непрозрачные экраны с отверстиями.

Каковы же главные законы, по которым свет распространяется?

Один из них подтверждается достаточно легко. Человек, который не хочет, чтобы яркий свет бил ему в глаза, приставляет ко лбу ладонь. Он видит окружающие предметы, а свет прямо в глаза ему не попадает.

Это говорит о том, что свет не может обогнуть ладонь и попасть в глаза наблюдателю. Этот пример показывает, что свет идет по прямой.

Значит, существует закон прямолинейного распространения света. Он звучит так:

Как на рисунке, луч света не пойдет. Он не может огибать препятствия.

Первая научная формулировка этого важного закона была дана в третьем веке до нашей эры Евклидом.

В соответствии с этим законом свет в одной и той же среде не может идти по ломаной траектории и огибать препятствия. Отсюда вытекает понятие тени. Тень сопровождает человека всюду.

На экране тень и полутень. Источник

Если поместить между источником света предмет, например, шар, он перекроет путь световых лучей. За шаром на экране в центре тень более темная, чем по краям. Почему так?

Объяснить это можно, проведя два эксперимента.

Первый. Источник по своим размерам очень мал по сравнению с шаром и расстоянием до экрана. Такой источник света называют точечным. Пусть это будет светящаяся точка А. Та часть прямых лучей, которая упирается на шар не дойдет до экрана, и в соответствующей области его образуется темное пятно – тень. Лучи, идущие выше и ниже шара достигают цели и на экране в этой области светло.

Второй эксперимент. Берется источник света большой или сравнимый с предметом, помещенным между источником и экраном. Такой источник содержит огромное число светящихся точек, испускающих лучи. Из каждой точки, которые находятся между А и В выходит такой же пучок света, как и в первом эксперименте.

Потоки лучей из разных точек источника устремляются к экрану, но доходят до него не все. Мешает шар, дающий для каждого потока свою тень. Все тени пересекаются в центре экрана и образуют общее темное пятно – общую тень. Вокруг нее образуется область размытая, куда от одних точек свет попадает, а от других нет – это полутень.

Природа предоставила человеку яркий пример распространения света, который очень напоминает второй эксперимент. Это солнечные и лунные затмения.

Солнечное затмение.

Они происходят, когда Солнце, Луна и Земля, двигаясь по законам Солнечной системы, выстраиваются в одну линию, как показано на схемах.

Схема солнечного затмения. Источник

Схема лунного затмения. Источник

Затмения для науки представляют большой интерес, особенно солнечные. Они позволяют наблюдать, хоть и кратковременно, состояние солнечной атмосферы, процессы внутри ее и состав.

Отражение света и его законы

Наверное, нет человека, который бы не наблюдал одно из явлений. Снежинки попадают в свет фар автомобиля или солнечные лучи попадают в запыленную комнату, или солнце освещает влажный воздух леса.

Сами снежинки не являются источниками света, но человек их видит. Но видит только те, которые падают на землю в свете фар. Падающий снег за пределами автомобиля человеческий глаз не фиксирует.

В пыльной комнате наблюдается плавное движение мелких пылинок в том месте, где через окно проникает солнечный свет. Но ведь это не значит, что пыль в комнате находится только там, где лучи света. Пылинки летают по всей комнате, но не видны глазом.

В утреннем влажном лесу там, куда прокрадываются яркие лучи, становятся видны мельчайшие капельки воды и лесные пылинки. Они тоже есть по всему лесу, но видны только, где свет.

Эти явления объясняются тем, что человеческий глаз воспринимает свет, идущий от источника или отраженный от освещенного тела.

Если взять в темноте лист бумаги, то сказать, какого цвета этот лист, невозможно. Лист – не источник света и не освещен, поэтому он невидим. Другое дело, если лист попал в руки в светлом помещении. Человек его видит, так как бумага отражает световые лучи, отраженные лучи уже попадают в глаз.

Так снежинки в свете фар, капельки воды и пылинки на свету отражают лучи света, которые и воспринимает человек.

Приведенные примеры показывают, что свет обладает свойством отражения. Как и прямолинейность распространения света, древнегреческим ученым Евклидом был открыт первый закон отражения света. «Световые лучи обратимы» — утверждали древние ученые. Современная трактовка закона следующая:

Для экспериментального подтверждения этого закона используется устройство, называемое оптическим диском.

Оптический диск.

На светлый круг этого прибора нанесена шкала с градусами. Яркая лампочка осветителя находится в светонепроницаемом футляре с очень узким отверстием. В центре диска прикрепляется отражающая поверхность, например, зеркальная пластинка. Осветитель имеет возможность перемещаться вокруг диска.

Из осветителя луч света от лампочки падает на пластинку и отражается от нее. Если переместить осветитель, направление падения луча света изменится. Соответственно изменится и направление отражения света. Но все это происходит в одной плоскости диска, что подтверждает первый закон отражения света.

При сравнении углов, которые образуются световыми лучами в этих опытах, подтверждается второй закон отражения света. Но прежде, чтобы его понять, следует изучить геометрическую схему отражения света.

На схеме представлен геометрический подход к изучению световых явлений. Пучки света заменены геометрическими лучами и добавлены некоторые геометрические элементы, нужные для исследования.

• α – угол падения;
• β – угол отражения.
• прямая MN – плоскость отражения;
• СО – перпендикуляр к поверхности отражения;
• АО – падающий луч;
• ОВ – отраженный луч;

Нужно четко запомнить: углы падения и отражения берутся не к поверхности отражения, а к проведенному в точку падения перпендикуляру.

Если передвигать осветитель вокруг диска, угол падения будет меняться. Угол отражения тоже изменится и будет таким же, как угол падения. Это свойство отражения является вторым законом отражения света:

Если падающий луч пойдет от точки В по направлению ВО, то он отразится от поверхности MN как раз по линии ОА. Это свойство называют обратимостью световых лучей, о чем говорили еще в древности, но дать научного объяснения не могли.

Почему сломался карандаш?

Наблюдательный рыболов видит, что весла от его лодки при погружении в воду как будто ломаются. Когда весла над поверхностью воды, они снова прямые. Почему? Это объясняют оптические законы.

Взмахнуть рукой в воздухе гораздо легче, чем провести рукой внутри воды. Вот и свет проходит в разных средах (например, в вакууме, стекле, воздухе, алмазе, воде) тоже по-разному. На границе двух различных сред меняется направление хода лучей света.

Углы падения и преломления, которые определяются, как и при отражении, с помощью перпендикуляра к границе раздела, в данном случае не равны.

Вот почему карандаш выглядит в стакане сломанным. Здесь не нужно путать световые лучи и сам карандаш. Лучи идут человеку в глаз, как показано на чертеже. То, что карандаш воспринимается глазом в сломанном виде – это оптическая иллюзия, созданная ходом всех лучей, отражающихся от карандаша.

Как проходит свет в разных средах?

Различные среды преломляют лучи по-разному. Так, на границе между воздухом и водой угол преломления примерно 30 о , а на границе воздух – алмаз, угол преломления около 21 о . Причем, это с одним углом падения в 60 о .

Не всегда угол преломления меньше угла падения, как в приведенных примерах. Если вспомнить, что свет – это электромагнитная волна, то значит, он обладает скоростью (300 000 км/с в вакууме). В веществах скорость света другая, всегда меньше.

На своем пути лучи света проходят по различным прозрачным веществам, которые образуют оптическую среду. Если скорость света в одной среде больше, чем в другой, то первая среда называется оптически менее плотной, а вторая – оптически более плотной средой. Например, попадая в воду из воздуха, лучи света переходят из оптически менее плотной среды (воздух) в оптически более плотную (воду).

Преломление лучей на границе раздела связано с оптической плотностью каждой из сред следующим правилом:

Отсюда видно, что угол преломления может быть больше или меньше угла падения. Все объясняется оптическими свойствами среды, куда переходит световой луч.

Распространение света в физике

Свет — в физической оптике электромагнитное излучение, воспринимаемое человеческим глазом. В качестве коротковолновой границы спектрального диапазона, занимаемого светом, принят участок с длинами волн в вакууме 380−400 нм (750−790 ТГц).

На странице -> решение задач по физике собраны решения задач и заданий с решёнными примерами по всем темам физики.

Распространение света

Оптика — раздел физики, в котором изучаются природа света, законы его распространения и явления, наблюдаемые при взаимодействии света и вещества. Свет – это электромагнитные волны, вызывающие у человека зрительные ощущения.

Источники света

«Свет — необходимое условие для работы глаза, самого тонкого, универсального и могучего органа чувств,— писал академик С. И. Вавилов.— Ночь лишает человека этого органа, превращая жизнь из активной в пассивную.

Роль искусственного света — поддерживать деятельное, бодрствующее сознание. Свет фактически удлиняет сознательное существование человека, и в этом прежде всего его великое значение. Не удивительно поэтому, что в наше время вопрос о количестве света вырастает в очень большую технико-экономическую проблему».

Мы видим различные тела, когда от них исходит свет и попадает к нам в глаза. Одни тела мы видим независимо оттого, светло вокруг нас или темно. Они сами излучают свет в окружающее пространство, такие тела называются источниками света.

Большинство же тел мы видим только тогда, когда они освещены источниками света.

Источники света можно разделить на естественные и искусственные. Из естественных источников света главное значение имеет для нас Солнце, так как свет, излучаемый Солнцем, является первоисточником большинства энергетических запасов, которыми располагает человечество в настоящее время. Солнечный свет является источником жизни для всех живых организмов на земле — растений, животных, человека.

Искусственные источники света, которыми человечество овладевало по мере своего развития и с которыми каждый из нас до сих пор встречается (костры, спички, свечи, керосиновые и электрические лампы), как и Солнце, всегда горячие.

Все названные выше источники испускают свет в нагретом состоянии, поэтому они называются тепловыми источниками света.

Наряду с тепловыми источниками в настоящее время всё шире и шире начинают проникать в технику и быт новые виды источников света, в которых используется свечение газов под действием проходящих через них электрических токов. Температура газа в таких лампах при свечении почти не меняется, поэтому их называют иногда источниками «холодного света». Они, как мы увидим далее (§ 189), значительно экономичнее электрических ламп накаливания. Кроме того, в некоторых из них можно получить свет, одинаковый по своему составу с солнечным светом. Такие лампы «дневного света» сейчас используются во многих производствах; они, в частности, служат источником света на некоторых подземных станциях метро.

Солнце находится от Земли на расстоянии 150 млн. км. Расстояние от Земли до звёзд значительно больше. Каким же образом свет, излучаемый Солнцем, звёздами и другими светящимися телами, распространяется в пространстве? Что такое свет? — Все эти вопросы издавна занимали человечество. В настоящее время наукой выяснено многое о природе света и законах его распространения.

В учении о свете, как, впрочем, и в любой другой области научного знания, широким теоретическим обобщениям предшествовало изучение и накопление опытных фактов и установление на основании их законов явлений. Отчётливое знание этих законов необходимо для того, чтобы глубже понять сущность учений о природе и свойствах света.

К числу основных законов оптических явлений относятся:

1. Закон прямолинейного распространения света.
2. Закон отражения света.
3. Закон преломления света.

Закон прямолинейного распространения света

Известно, что если поместить между глазом и каким-нибудь небольшим источником света непрозрачный предмет, то источник света делается невидимым. Объясняется это тем, что в однородной среде(например, в воздухе) свет распространяется по прямым, линиям. Прямолинейность распространения света представляет собой опытный факт, установленный ещё в глубокой древности. Так, например, закон о прямолинейности распространения света излагается уже в сочинении Евклида (300 лет до нашей эры), но, вероятно, он был известен гораздо раньше.

Прямолинейностью распространения света в однородной среде объясняется всем хорошо известное явление образования тени.

Пусть S (рис. 243) есть очень маленький по размеру источник света, а К — тело, преграждающее путь падающему на него от S свету.

Так как свет распространяется прямолинейно, то он задерживается телом К; в результате за этим телом образуется конус тени. Каждая точка внутри этого конуса не получает света от источника света S. Поэтому на экране, помещённом под прямым углом к оси такого конуса, и получается хорошо очерченная тень тела К.

Если размеры источника света велики по сравнению с расстоянием от него до препятствий, то свет от каждой точки тела даёт отдельный конус тени позади препятствия. Свет совершенно не попадает лишь в пространство, общее всем этим конусам тени. На рисунке 244 показано сечение конусов тени, образованных за телом В светом, распространяющимся из двух точек источника света S. В пространство ВС свет не попадает ни от одной из точек светящегося тела S. Каждая же точка пространства, окружающего конус ВС, получает свет только от некоторых точек тела S, от других же не получает. Если между В и С поместить экран NN, то на нём мы увидим тень, окружённую полутенью.

Образование тени при падении лучей от источника света на непрозрачный предмет объясняет нам такие явления, как затмение Солнца и Луны.

Свойство прямолинейности распространения света используется в землемерных работах при провешивании прямых линий на поверхности земли, при определении расстояний на земле, на море и в воздухе.

Широко используется прямолинейность распространения света в производстве при контроле по лучу зрения прямолинейности изделий и инструментов.

Весьма вероятно, что понятие о прямой линии возникло из факта прямолинейности распространения света.

Прямолинейностью распространения света объясняется возможность получения изображений с помощью малого отверстия.

Положим, что АВ представляет собой светящийся предмет, помещённый перед малым отверстием С в стенке камеры К (рис. 245). Так как свет распространяется прямолинейно, то от каждой точки предмета АВ через отверстие С будет проходить свет, который на стенке E камеры образует небольшое пятнышко. Совокупность таких пятнышек, полученных от разных точек, образует на стенке камеры Е изображение предмета, которое по отношению к предмету будет перевёрнутым.

Однако закон прямолинейности распространения света теряет свою силу при прохождении через очень малые отверстия. Познакомимся с этим явлением на опыте. Будем уменьшать отверстие С и наблюдать при этом за изображением . Мы заметим, что с уменьшением размера отверстия отчётливость изображения скачала возрастает, уменьшается только его яркость, так как при уменьшенном отверстии меньше поступает и света. Но когда размер отверстия становится очень малым (в нашем опыте ), изображение теряет подобие предмета и при дальнейшем уменьшении отверстия становится размытым, а при диаметре отверстия порядка 0,0005 мм совершенно исчезает. Экран E камеры становится при этом слабо, но равномерно освещённым. Объясняется это тем, что при прохождении светом очень малых отверстий прямолинейность распространения его нарушается.

Явление, при котором наблюдается нарушение прямолинейности распространения света, называется дифракцией света, оно будет рассмотрено в главе IX.

Скорость света

В пределах земной поверхности скорость света определялась разными методами. Чтобы уяснить идею

подобных измерений, опишем опыт американского учёного Майкельсона.

Для своих измерений Майкельсон воспользовался двумя горными вершинами: Антонио и Вильсон (в Калифорнии), расстояние между которыми (35,426 км) было тщательно измерено. На вершине горы Вильсон был установлен сильный источник S (рис. 246), свет от которого, проходя через щель, падал на восьмигранную зеркальную призму А. Отражённый от зеркальной грани призмы свет попадал на вогнутое зеркало В, установленное на вершине горы Антонио. Далее свет падал на зеркало т и, отражаясь от него, падал на другую точку зеркала В, после чего попадал на вторую грань зеркальной призмы А и отражался. Отражённый свет улавливался с помощью зрительной трубы С. Вышедший из щели свет мог попасть в зрительную трубу только при том условии, если за время распространения света с одной горы на другую и обратно в расположении зеркал ничего не изменилось.

Зеркальная призма А при помощи мотора приводилась во вращение, причём скорость мотора регулировалась так, чтобы через зрительную трубу щель S была видна непрерывно. Это могло быть только при том условии, если за время поворота призмы на оборота свет проходил путь, равный двойному расстоянию между вершинами гор. Зная число оборотов зеркала в секунду и пройденный светом путь, Майкельсон нашёл, что скорость света в воздухе

Скорость света в различных веществах, как показывают опыты, неодинакова. В воде, например, скорость света около , в стекле около .

Световой поток. Точечный источник света

Энергия света оценивается по зрительному восприятию. Если на какую-либо площадку в течение времени t падает свет, энергия которого равна L, то величина называется световым потоком (Ф):

Количество энергии, излучаемой каким-либо источником света в единицу времени по всем направлениям, называется полным световым потоком источника .

Световой поток выражает собой величину мощности светового излучения.

Представим себе, что источником света является небольшой раскалённый шарик. Такой источник будет излучать свет по всем направлениям равномерно, а если действие света, излучаемого км, мы будем оценивать на расстоянии, значительном по сравнению с диаметром шарика, то размеры его но будут играть никакой роли. В этом случае источник света можно считать точечным.

Таким образом, точечным источником света называется источник, излучающий свет по всем направлениям равномерно и размерами которого по сравнению с расстоянием, на котором оценивается его действие, можно пренебречь.

На практике мы всегда имеем дело с протяжёнными телами, в том числе и с протяжёнными источниками света. Каждый из таких источников можно рассматривать как совокупность светящихся точек. Чем меньше размеры светящегося тела в сравнении с расстоянием, на котором мы оцениваем его действие, тем с меньшей погрешностью можно принимать его за светящуюся точку.

Сила света

Для характеристики источника света в светотехнике применяется величина, называемая силой света.

Представим себе точечный источник света и опишем вокруг него радиусом r шаровую поверхность. Вообразим внутри этого шара конус, вершина которого находится в центре шара. Такой конус вырезает на поверхности шара некоторую часть шаровой поверхности (рис.247).

Пространство, ограниченное конической поверхностью, называется телесным углом.

Телесный угол измеряется отношением . Если то телесный угол равен единице и называется стерадианом. Так как величина шаровой поверхности равна то телесный угол вокруг течки равен стерадианам.

Силой света (I) источника называется величина, измеряемая отношением светового потока Ф к величине телесного угла , в котором этот поток распространяется:

Следовательно, сила света измеряется тем световым потоком, который распространяется в 1 стерадиане.

Из определения точечного источника следует, что сила света точечного источника одинакова по всем направлениям. Сила же света таких источников, как лампа накаливания, дуговой фонарь и т. п., различна по различным направлениям. Применяя соответствующую арматуру, мы можем излучаемый’ источником поток направить так, как нам желательно. Концентрируя полный поток источника в небольшом телесном угле, мы получаем громадную силу света в одном каком-нибудь направлении. На этом принципе основано устройство современных прожекторов.

Освещённость

Читаем ли мы книгу, пишем ли, работаем ли у какого-нибудь станка, всегда объект, над которым мы трудимся, должен быть так или иначе освещён. Всем известно, например, что чтение при слабом свете утомляет глаза. Также утомляются глаза при очень сильном свете. Но слабый и сильный — понятия относительные и субъективные. Для объективной оценки освещения в светотехнике введена величина освещённости. Освещённостью Е называется величина, измеряемая отношением светового потока Ф, падающего на какую-либо поверхность, к величине площади этой поверхности S:

При равномерном распределении потока на поверхности освещённость численно равна световому потоку, падающему на единицу площади.

Единицы светотехнических величин

Основной светотехнической величиной является световой поток. Однако на практике в качестве основной единицы принята единица силы света. По международному соглашению за единицу силы света принята свеча (св). Свеча — определённая часть силы света, даваемого эталонной лампой накаливания особого устройства (рис. 248) в строго определённом направлении.

Так как

то

Полагая силы света угла, получим Ф=1 ед. светового потока.

За единицу светового потока принимается люмен (лм).

Люменом называется световой поток, излучаемый точечным источником света в 1 свечу внутри телесного угла в один стерадиан.

Если световой поток в 1 лм равномерно распределяется на единице площади поверхности, то освещённость равна единице.

За единицу освещённости принимают люкс (лк); люкс — освещённость, создаваемая равномерно распределённым световым потоком в 1 лм на поверхности в :

Чрезвычайно важное значение для производительности труда и сохранения зрения имеет надлежащая освещённость места работы. Установлены различные нормы освещённости для разных видов работы.

В качестве примера ниже приводятся значения некоторых освещённостей, встречающихся на практике:

Законы освещённости

Свет, исходящий из точечного источника, будет различным образом освещать предметы, находящиеся на разных расстояниях от источника. Чем дальше освещаемая поверхность находится от источника S, тем меньший световой поток приходится на каждую единицу этой поверхности (рис. 249), а следовательно,

тем меньше её освещённость. Совершенно очевидно, что при одинаковых расстояниях от источника освещённость зависит также от силы света источника.

Установим эту зависимость. Пусть имеется точечный источник света силой I. Опишем вокруг него радиусом r шаровую поверхность S. Освещённость этой поверхности равна:

Если сила света источника I, то полный световой поток Подставляя это значение в формулу (1), получим:

В рассматриваемом случае лучи перпендикулярны к любому элементу освещаемой поверхности.

Итак, освещённость поверхности лунами, падающими на неё перпендикулярно, прямо пропорциональна силе света источника и обратно пропорциональна квадрату расстояния его от освещаемой поверхности (это первый закон освещённости).

Этот закон строго выполняется в случае точечного источника света. На практике расчётные результаты, основанные на этом законе, тем ближе к опытным данным, чем меньших размеров источник и чем больше расстояние от него до освещаемой поверхности.

Кроме указанных факторов, освещённость зависит ещё и от угла, под которым свет падает на освещаемую поверхность.

Возьмём небольшой по размерам источник света S. Лучи, падающие от него на небольшую площадку б на достаточно большом расстоянии, будут практически параллельными (рис. 250). Если эту площадку наклонить, то на неё попадёт только часть светового потока.

На рисунке 251 один и тот же поток света падает на две прямоугольные площадки АС и АВ, расположенные перпендикулярно плоскости чертежа. Пусть высоты этих прямоугольных площадок равны 1 см, тогда площади их в квадратных сантиметрах численно будут равны длинам линий АС и АВ. На площадке АС, расположенной перпендикулярно к падающим лучам света, распределён световой поток Ф, тогда освещённость этой площадки будет:

Аналогично для площадки АВ:

Сравним освещённости

Освещённость поверхности пропорциональна косинусу угла падения лучей (второй закон освещённости).
Если — освещённость площадки перпендикулярными лучами света, то она равна ; тогда освещённость может быть вычислена по формуле:

Эта формула объединяет оба закона освещённости.

Сравнение силы света двух источников

Приборы для сравнения силы света называются фотометрами. Пусть — источники, сила света которых равна и L (рис. 252). Установим между ними экран А так, чтобы освещённости какой-нибудь небольшой поверхности экрана справа и слева были равны:

Отсюда на основании равенства (1) можно написать:

Если вместо одного источника света поместить эталонную лампу и, установив равенство освещённостей экрана, измерить расстояния то можно определить силу света второго источника.

Схема одного из простейших фотометров показана на рисунке 253. На белые грани ВС и АС треугольной призмы ABC падает свет от источников Перемещением фотометра между ними добиваются одинаковой освещённости граней ВС и АС, это будет тогда, когда при наблюдении обе грани окажутся слившимися в одну; граница между ними исчезает.

Услуги по физике:

1. Заказать физику
2. Заказать контрольную работу по физике
3. Помощь по физике

Лекции по физике:

1. Физические величины и их измерение
2. Основные законы механики
3. Прямолинейное равномерное движение
4. Прямолинейное равнопеременное движение
5. Сила
6. Масса
7. Взаимодействия тел
8. Механическая энергия
9. Импульс
10. Вращение твердого тела
11. Криволинейное движение тел
12. Колебания
13. Колебания и волны
14. Механические колебания и волны
15. Бегущая волна
16. Стоячие волны
17. Акустика
18. Звук
19. Звук и ультразвук
20. Движение жидкости и газа
21. Молекулярно-кинетическая теория
22. Молекулярно-кинетическая теория строения вещества
23. Молекулярно — кинетическая теория газообразного состояния вещества
24. Теплота и работа
25. Температура и теплота
26. Термодинамические процессы
27. Идеальный газ
28. Уравнение состояния идеального газа
29. Изменение внутренней энергии
30. Переход вещества из жидкого состояния в газообразное и обратно
31. Кипение, свойства паров, критическое состояние вещества
32. Водяной пар в атмосфере
33. Плавление и кристаллизация
34. Тепловое расширение тел
35. Энтропия
36. Процессы перехода из одного агрегатного состояния в другое
37. Тепловое расширение твердых и жидких тел
38. Свойства газов
39. Свойства жидкостей
40. Свойства твёрдых тел
41. Изменение агрегатного состояния вещества
42. Тепловые двигатели
43. Электрическое поле
44. Постоянный ток
45. Переменный ток
46. Магнитное поле
47. Электромагнитное поле
48. Электромагнитное излучение
49. Электрический заряд (Закон Кулона)
50. Электрический ток в металлах
51. Электрический ток в электролитах
52. Электрический ток в газах и в вакууме
53. Электрический ток в полупроводниках
54. Электромагнитная индукция
55. Работа, мощность и тепловое действие электрического тока
56. Термоэлектрические явления
57. Распространение электромагнитных волн
58. Интерференционные явления
59. Рассеяние
60. Дифракция рентгеновских лучей на кристалле
61. Двойное лучепреломление
62. Магнитное поле и электромагнитная индукция
63. Электромагнитные колебания и волны
64. Природа света
65. Отражение и преломление света
66. Оптические приборы и зрение
67. Волновые свойства света
68. Действия света
69. Линзы и получение изображений с помощью линз
70. Оптические приборы и глаз
71. Фотометрия
72. Излучение и спектры
73. Квантовые свойства излучения
74. Специальная теория относительности в физике
75. Теория относительности
76. Квантовая теория и природа поля
77. Строение и свойства вещества
78. Физика атомного ядра
79. Строение атома

Присылайте задания в любое время дня и ночи в ➔

Официальный сайт Брильёновой Натальи Валерьевны преподавателя кафедры информатики и электроники Екатеринбургского государственного института.

Все авторские права на размещённые материалы сохранены за правообладателями этих материалов. Любое коммерческое и/или иное использование кроме предварительного ознакомления материалов сайта natalibrilenova.ru запрещено. Публикация и распространение размещённых материалов не преследует за собой коммерческой и/или любой другой выгоды.

Сайт предназначен для облегчения образовательного путешествия студентам очникам и заочникам по вопросам обучения . Наталья Брильёнова не предлагает и не оказывает товары и услуги.

В случае копирования материалов, указание web-ссылки на сайт natalibrilenova.ru обязательно.

© «Брильёнова Наталья Валерьевна»