«Распространение света в однородной среде»

«Распространение света в однородной среде».

Что такое световой луч. Как образуется тень и полутень. Что такое точечный источник света. Когда возникают солнечные и лунные затмения.

Распространение света в однородной среде.

О прямолинейном распространении световых лучей люди узнали ещё в глубокой древности, наблюдая за тенями от предметов. Иногда, когда Солнце проглядывает из-за туч или сквозь листву, можно наблюдать хорошо всем знакомое явление, которое мы называем солнечными лучами.

СВЕТОВОЙ ЛУЧ

Закон распространения света сформулирован в первых дошедших до нас сочинениях по оптике, принадлежащих древнегреческому математику Евклиду. Описывая световые явления, Евклид основывался на понятии световых лучей.

Световой луч в геометрической оптике имеет геометрический смысл и рассматривается как линия, вдоль которой распространяется свет.

Обычно источники испускают свет одновременно во всех направлениях в пространстве, как, например, обычная лампа. Если включить карманный фонарь, то его корпус будет ограничивать световой поток, и свет будет распространяться в виде светового пучка, расширяющегося по мере удаления от источника.

ЗАКОН ПРЯМОЛИНЕЙНОГО РАСПРОСТРАНЕНИЯ СВЕТА

Почему мы не видим предметы, находящиеся за углом здания, за деревом, за другими препятствиями? Почему мы не видим источник света, если перед ним поставить непрозрачное тело? Для ответа на эти вопросы проведём следующий опыт.

Электрический фонарик испускает пучок света, направленный на экран. Между источником света и экраном расположим три листа картона с отверстиями так, чтобы на экране появилось пятно света. При этом отверстия на листах картона расположены на одной прямой. Сдвинем в сторону один из листов. Отверстия больше не будут находиться на одной прямой, и свет не достигнет экрана. Мы видим, что свет распространяется прямолинейно.

Закон прямолинейного распространения света, сформулированный Евклидом, гласит: свет в однородной прозрачной среде распространяется прямолинейно. Так же как и в воздухе, свет распространяется прямолинейно и в прозрачных твёрдых телах, и в жидкостях. Различают математический (геометрический) световой луч и физический световой луч.

Физический световой луч — это световой пучок конечной ширины или достаточно узкий пучок света, который можно считать нерасходящимся. Геометрический световой луч можно рассматривать как ось светового пучка.

Так как свет является излучением, а вы уже знаете, что любое излучение переносит энергию, то можно сформулировать ещё одно определение: световой луч указывает направление переноса энергии световым пучком.

ТЕНЬ И ПОЛУТЕНЬ

Прямолинейным распространением света объясняется хорошо всем знакомое явление образования тени и полутени от предметов.

В качестве источника света возьмём обычную маленькую электрическую лампочку. Недалеко от неё будем помещать различные предметы. Проводя опыт в тёмной комнате, мы увидим на экране тень от этих тел. Тень — это область экрана, в которую не попадают лучи от источника.

Чёткая тень получается только от источника света, размеры которого много меньше расстояния от него до экрана. Такой источник света называют точечным.

Точечный источник света — это источник света, размеры которого намного меньше расстояния, на котором оценивается его действие.

Обозначим точечный источник света S. Если провести прямую линию через точки S и А, то на ней будет лежать и точка В. Прямая SB является лучом света, который касается шара в точке А.

Если повторить вышеописанный опыт, но в качестве источника света использовать большую лампу, размеры которой сравнимы с расстоянием до экрана, то вокруг тени на экране образуется частично освещенное пространство — полутень.

Полутень — это область, в которую попадает свет от части источника света. В данном случае источник света состоит из множества точечных источников, каждый из которых испускает лучи. На экране появляются области, в которые свет от одних точек попадает, а от других нет. В этих областях образуется полутень. Часть области экрана оказывается совсем не освещена. Здесь образуется полная тень.

ЗАТМЕНИЯ

Закон прямолинейного распространения света позволяет объяснить возникновение солнечных и лунных затмений.

Во время лунного затмения Луна попадает в тень, отбрасываемую Землёй. Если вся Луна находится в области полной тени от Земли, наблюдается полное лунное затмение.

Если Луна погружена в тень не вся, то наблюдается частное лунное затмение. Если Луна попадает только в область полутени, то происходит полное или частное полутеневое затмение. Во время солнечного затмения тень от Луны падает на Землю. В тех местах, куда упала тень, будет наблюдаться полное затмение Солнца. В местах полутени только часть Солнца будет закрыта Луной. В остальных местах Земли затмения не будет.