Войти Регистрация
Уроки
Математика Алгебра Английский язык Русский язык Геометрия Физика Всеобщая история Обществознание География Биология
Тренажёры
Математика ЕГЭ Тренажёры для мозга История

Источники света. Распространение света. Тень и полутень

Содержание

    Настало время познакомиться с новым для вас разделом физики – оптикой.

    Оптика – это раздел физики, изучающий свет и световые явления.

    Свет исключительно важен как для человека, так и для большинства живых организмов на нашей планете. Благодаря ему мы хорошо ориентируемся в пространстве, различаем цвета. Он участвует во многих биологических процессах. Например, у человека свет регулирует выработку гормонов, ответственных за сон, активность и структуризацию настроения, а у растений под действием света происходит фотосинтез.

    Изучение света дало гигантские плоды в различных исследованиях. В астрономии установлены законы движения планет и звёзд, их химический состав, в биологии – строение клетки живых организмов.

    Свет кажется для нас абсолютно обыденной вещью. Но, если задуматься, появляется очень много вопросов. Что же такое свет? Какова его природа? Как он распространяется? В данном уроке вы узнаете ответы на эти вопросы.

    Свет как физическое явление

    Под действием света предметы, на которые он падает, нагреваются. Например, находясь на пляже в солнечный день, мы чувствуем тепло – наша кожа нагревается. Температура тел изменяется – изменяется и их внутренняя энергия. Это означает, что свет передает энергию этим телам.

    Происходит изменение внутренней энергии с изменением температуры тела. Это уже известное нам определение теплопередачи. Она бывает трех видов: теплопроводность, конвекция и излучение. Очевидно, что свет – это излучение, но лишь та его часть, которая заметна глазу. 

    Свет – это видимое излучение.

    Вспомним особенности излучения. Все они будут характерны и для света:

    • Перенос энергии может осуществляться в вакууме
    • Энергия частично поглощается телами, на которые падает свет. При этом они нагреваются.

    Источники света

    Источники света – это тела, от которых исходит свет.

    Они могут быть естественными и искусственными.

    К естественным источником света относятся те, присутствие в окружающем нас мире которых не связано с деятельностью человека, а только с природой. Солнце, звезды, атмосферные разряды – примеры естественных источников света. Также таковыми являются различные животные (рисунок 1). Например, светлячки, гнилушки, некоторые виды медуз и глубоководных рыб.

    Рисунок 1. Естественные источники света: а – медузы, б – светлячок

    Искусственные источники света, в свою очередь, делятся на два вида (рисунок 2): тепловые и люминесцирующие. Они определяются тем процессом, который лежит в основе излучения.

    Рисунок 2. Искусственные источники света: а – свеча (тепловой), б – лампа (люминесцирующий)

    Тепловыми искусственными источниками света являются электрические лампочки, пламя свечи, костра, газовой горелки и т. д. Люминесцирующие – это люминесцентные и газосветовые лампы.

    Согласитесь, что мы видим не только источники света, но и огромное количество других предметов вокруг нас. Дело в том, что видим мы их только тогда, когда на них попадает свет.

    Излучение от источников света, попав на предмет, меняет свое направление и попадает на сетчатку глаза. Она же содержит специальные светочувствительные клетки. Эти клетки работают как датчики: распознают сигналы и отправляют их в наш мозг. Мозг переводит эти сигналы в образы, которые мы видим.

    При изучении световых явлений для нас будет важен размер источника света.

    Точечный источник света – это светящиеся тело, размеры которого намного меньше расстояния, на котором мы оцениваем его действие.

    К примеру, гигантские звезды, чей размер во много раз превосходит размер Солнца, для нас будут точечными источниками света. Определяет этот факт огромное расстояние от них до Земли.

    Распространение света

    Говоря о распространении света, мы будем использовать понятие светового луча.

    Световой луч – это линия, вдоль которой распространяется энергия от источника света.

    О том, как распространяется свет, известно с древних времён. Об этом писал основатель геометрии Евклид (300 лет до н. э.).

    Свет распространяется прямолинейно в однородной среде.

    Это легко проверить на практике. Если мы поместим между своими глазами и источником света непрозрачный предмет, то мы не можем увидеть источник света.

    В древние времена прямолинейность распространения света часто использовалась при строительстве. Например, древние египтяне таким образом устанавливали колонны на одной линии. Смысл в том, чтобы из-за ближайшей к глазу колонны не были видны остальные.

    Тень и полутень

    В солнечные дни мы наблюдаем тени, отбрасываемые различными предметами, людьми, зданиями, растениями. В физике дополнительно используется понятие полутени. Образование тени и полутени объясняется прямолинейностью распространения света в однородной среде.

    Рассмотрим получение тени (рисунок 3). Используя точечный источник света S (карманный фонарик), мы освещаем непрозрачный шар. Само слово “непрозрачный” говорит нам о том, что шар не пропускает свет, который на него падает. В затемненной комнате на экране образуется тень.

    Тень – это та область пространства, в которую не попадает свет от источника.

    Рисунок 3. Получение тени

    Возьмем точку A на краю шара. Проведем прямую через точки S и A. Продолжим ее до экрана с тенью. Точка B окажется тоже на этой прямой. Таким образом, прямая SB – это луч света, который касается шара в точке A.

    Проделав те же действия с другой стороны шара, мы получим луч света SC, который касается шара в точке B

    Если бы свет распространялся не прямолинейно, то мы могли и не получить тень. Мы же получили четкую тень. Такая тень называется полной. Это получилось, потому что расстояние между нашим источником света и экраном намного меньше размеров используемой лампочки в фонарике.

    Теперь возьмем большую лампу, размеры которой будут сравнимы с расстоянием от нее до экрана (рисунок 4).

    Рисунок 4. Получение полутени

    На экране мы увидим небольшую тень в центре и частично освещенное пространство вокруг нее – полутень.

    Полутень – это та область, в которую попадает свет от части источника света.

    Давайте рассмотрим, как этот опыт подтверждает прямолинейное распространение света. В данном случае наш источник света – это множество точек. Каждая из них испускает лучи. В итоге, на экране мы видим области, в которые попадает свет от одних точек, а от других не попадает. В таких областях и образуется полутень (области A и B). При этом в центре все же будет полностью неосвещенная область – полная тень.

    Солнечное и лунное затмения

    Такие явления, как затмения Солнца или Луны, объясняются образованием тени при попадании света на непрозрачный объект.

    Луна непрерывно движется вокруг нашей планеты. Иногда Земля оказывается в положении между Солнцем и Луной. Происходит лунное затмение (рисунок 5, а). А порой Луна находится между Землей и Солнцем. Тогда наблюдается солнечное затмение (рисунок 5, б).

    Рисунок 5. Лунное и солнечное затмения

    Во время лунного затмения Луна попадает в тень, которую отбрасывает Земля. При солнечном затмении на некоторые участки Земли падает тень – происходит полное затмение (область A на рисунке 5, б). Также есть области, в которых только часть Солнца закрыта Луной. В них образуется полутень (область B на рисунке 5, б). Это явление называется частным затмением. В других областях Земли затмение наблюдаться не будет.

    Солнечные и лунные затмения представляют большой интерес для ученых. Так как движения Луны и Земли хорошо изучены, существует их календарь на многие годы вперед. 

    При полном солнечном затмении ученые получают  возможность наблюдать внешнюю часть атмосферы Солнца – солнечную корону. В обычных условиях ее просто не видно из-за яркого блеска поверхности Солнца.

    5
    5
    5Количество энергии, полученное за урок

    Спасибо, что помогаете нам стать лучше!

    Вопросы
    Получить ещё подсказку

    Трудности? Воспользуйтесь подсказкой

    Верно! Посмотрите пошаговое решение