Источники света: какие бывают, явление тени и полутени, распространение света

В жизни вы сталкиваетесь с различными источниками света – солнцем, лампами накаливания и флуоресцентными лампами, иногда свечами и костром. Эти источники, которые вы видите – мы говорим, что они излучают свет. Как вы видите разные предметы? Люди, машины, здания? Как распространяется свет? Везде ли он проходит?

Почему мы видим?

Когда темно, мы не можем различать цвета и формы предметов. Чтобы увидеть мир красивым и красочным, нужен свет.

Чтобы мы могли что-либо увидеть, свет должен попасть в наш глаз и создать визуальное впечатление. Этот свет может исходить непосредственно от источника света. Мы также можем видеть объекты, от которых свет отразился.

Действия света.

Самое известное действие света — это освещение.

Когда мы подносим руку к лампочке, мы чувствуем ее тепло, и точно так же в прекрасный солнечный день, если мы слишком долго загораем на пляже, мы можем обгореть. Это доказывает, что свет передает энергию (это ничто иное как тепловое действие света).

Интересный факт! Тёмная поверхность лучше поглощает свет, чем светлая. Поэтому в жаркую погоду лучше носить светлую одежду [2].

Свет может производить также химическое действие, то есть вызывать химические реакции. Например, свет используется в том числе и растениями в процессе фотосинтеза.

Под действием света из вещества могут вылетать электроны, в результате чего возникает электрический ток. Это — электрическое действие света. Его используют, например, в цифровых фотоаппаратах [2].

Какие бывают источники света?

Мы говорим, что некоторые тела излучают (испускают) радиацию. Что это такое? Это может быть посланная волна или поток частиц. О природе радиации, ее свойствах и о том, вредна ли она, вы можете узнать из соответствующих статей на нашем сайте.

Свет – это определенный тип излучения, который мы можем воспринимать с помощью зрения. Все тела, являющиеся источником светового излучения, будем называть источниками света.

Помните! Источник света – это любое тело, которое испускает световое излучение.

Известные нам источники света можно разделить на две группы:

  1. Естественные источники света (созданы самой природой);
  2. Искусственные источники света (созданы человеком).

Источники естественного освещения включают:

  • звезды, в том числе Солнце;
  • атмосферные разряды;
  • некоторые живые организмы (светлячки, гнилушки).

Примеры искусственных источников света включают:

  • электрические лампочки;
  • нагретая сталь;
  • костер;
  • свеча;
  • светодиоды.

Любопытно знать.

Первичным источником света, связанным с открытием человеком способа добывания огня, было горение дерева (костер). Очень скоро наши предки научились сжигать растительные и животные жиры, благодаря чему были изобретены лампы на оливковом масле (масляные лампы).

Масляная лампа
Рис. 1. Масляная лампа (источник: wikipedia.org)

Спустя какое-то время человек научился делать свечи. Прорывом в технике искусственного освещения стала конструкция керосиновой лампы. Это сделал в 1853 году поляк Игнаций Лукасевич.

Его изобретение произвело революцию в технологии освещения. Игнатий Лукасевич руководил работой первых в мире нефтеперерабатывающих заводов, которые были созданы в Подкарпатском регионе недалеко от Кросно. Со временем керосиновую лампу начали постепенно заменять электрическим освещением. Появилась первая электрическая лампочка.

Современным источником света являются органические светодиоды (OLED), которые в настоящее время используются в производстве телевизионных матриц. В отличие от телевизоров на основе жидкокристаллической технологии (LCD), OLED-телевизоры не требуют подсветки матрицы, поскольку органические диоды сами излучают разноцветный свет. Кроме того, эти диоды очень гибкие, что, помимо прочего, позволяет скрыть выдвижной мини-экран, например, в шариковой ручке!

Что не является источником света?

Не все предметы и объекты, которые кажутся светящимися, являются источниками света.

Планета Венера часто видна на небе перед восходом или сразу после захода солнца. Это третий по яркости объект на небе (после Солнца и Луны). Свет Венеры иногда настолько силен, что освещенные ею объекты отбрасывают тень. Однако этот объект вовсе не является источником света! Венера отражает солнечный свет настолько сильно, что кажется звездой. На самом деле, каждая планета, которую мы можем наблюдать в небе, кажется, сияет своим собственным светом – но это отраженный солнечный свет. Мы не можем считать планеты источниками света, потому что они не излучают свет, а только отражают его.

То же самое можно сказать и о Луне, которая в полнолуние очень хорошо освещает окружающий ландшафт и предметы. Луна также не излучает свет, а только отражает солнечный свет.

Помните! Не все объекты, которые излучают свет, являются источниками света. Объекты такого типа светятся отраженным светом. К ним относятся Луна и планеты, которые не излучают свет, а только отражают солнечный свет.

Распространение света

Давайте теперь рассмотрим, как свет распространяется в пространстве. Свет – это излучение, которое распространяется в вакууме с максимально возможной в природе скоростью (скоростью света), которая составляет c ≈ 300 000 км/c.

Основные свойства света были известны еще в древности. Ещё Древние греки на основании своих наблюдений пришли к выводу, что при распространении света возникают явления тени и полутени – оба явления являются доказательством того, что свет в однородной среде распространяется по прямой линии (прямолинейно). Тени людей, деревьев, зданий и других предметов хорошо наблюдаются на Земле в солнечный день.

Эксперимент

Попробуйте провести эксперимент для подтверждения этого наблюдения.

Опыт. Доказательство прямолинейного распространение света.

Что вам понадобится?

  • коробка для копировальной бумаги A4;
  • калька или бумага для завтрака (тонкая) формата A4;
  • чёрная самоклеящаяся плёнка или краска;
  • ножницы или нож для резки обоев;
  • толстая игла.

Инструкция.

  1. Вырежьте прямоугольник в крышке коробки, оставив около 1,5 см с каждой стороны.
  2. Приклейте лист кальки на внутреннюю сторону.
  3. Покройте внутреннюю часть второй части коробки черной матовой клейкой фольгой или покрасьте ее в черный цвет.
  4. Проделайте отверстие в центре дна коробки толстой иглой.
  5. Установите подготовленную крышку на коробку и плотно запечатайте ее по всему периметру.
  6. Поверните коробку с отверстием к какому-либо источнику света – что вы наблюдаете?

Итог эксперимента.

Опыт для подтверждения прямолинейного распространения света
Рис. 2. Распространение света в камере-обскуре

То, что мы построили, является прототипом камеры. Это устройство для проецирования трехмерного изображения на плоскую поверхность, с помощью которого можно наблюдать за миром. Если на место черной поверхности поместить фотопластинку или светочувствительную матрицу от цифровой камеры, то такое изображение можно было бы даже записать. Наш прибор, который носит латинское название “camera obscura” (камера-обскура), работает по принципу прямолинейного распространения света (см. рисунок 2 ниже).

Луч, выходящий из верхней части лампы, идет по прямой линии к отверстию в коробке. Он проходит через отверстие внутрь и попадает на экран, создавая изображение верхней части лампочки на нижней части экрана. Аналогично, луч, выходящий из нижней части лампы, направляется к отверстию в коробке, а затем в верхнюю часть экрана. Это создает перевернутое изображение лампы или других объектов.

Интересный факт! Древние египтяне использовали закон прямолинейного распространения света для установления колонн по прямой линии. Колонны располагались так, чтобы из-за ближайшей к глазу колонны не были видны все остальные.

[1]

Явление тени и полутени

Там, где есть непрозрачное препятствие, световые лучи останавливаются, и создается область тени, то есть область, куда световые лучи не могут достичь. Другими словами, тень – это область, до которой не доходят лучи света.

Как создается тень
Рис. 3. Образование тени

Посмотрите на свою тень, когда вас освещает солнечный свет. Имеет ли она резкие края, или вы видите область, где тень “слабее”, а края тени размыты?

Эффект «более светлой» тени называется полутенью. Как это проявляется?

Образование полутеней
Рис. 4. Образование полутеней

Полутень создается, когда есть непрозрачный объект, освещенный протяжённым источником света (то есть источником света который относительно велик по сравнению с расстоянием между этим источником и освещаемым объектом). Другими словами, полутень – это та область, в которую попадает свет от части источника света. Тень без полутени создается только при освещении непрозрачного объекта точечным источником света.

Если непрозрачный объект освещается протяженным источником света или если объект освещается несколькими точечными источниками, то в дополнение к тени создается область полутени, которая получает свет только от части источника света.

Когда мы говорим о протяженных источниках света, мы имеем в виду источники света, размер которых относительно велик по сравнению с расстоянием до освещаемого объекта. Например, Солнце достаточно велико по сравнению с расстоянием между ним и Землей, чтобы мы могли рассматривать его как протяженный источник света.

Светящаяся электрическая лампочка является примером источника света, который, в зависимости от расстояния до освещаемого объекта, может рассматриваться как протяженный источник – если он находится близко – или как точечный источник – если расстояние, отделяющее его от освещаемого объекта, достаточно велико.

Точечный источник света – это источник, размер которого значительно меньше расстояния до освещаемого объекта. Например, звезда, удаленная от нас на тысячи световых лет, несмотря на свои огромные размеры, может рассматриваться как точечный источник света, поскольку ее диаметр по сравнению с расстоянием до Земли очень мал.

За освещенным объектом создается тень. Поскольку протяжённый источник света освещает объект под разными углами, часть лучей может освещать область позади объекта и таким образом создавать тень, которая немного светлее той, что создается непосредственно за объектом. Эта чуть более светлая тень называется полутенью. Когда мы находимся в зоне полутени, мы видим часть поверхности источника света.

Явления полного или частичного затмения

При движении вокруг Земли Луна может оказаться между Землёй и Солнцем или Земля – между Луной и Солнцем. В этих случаях наблюдаются солнечные или лунные затмения.

Это обосновывается тем фактом, что из области тени мы вообще не можем наблюдать источник света. Такая ситуация возникает, как раз, во время солнечных затмений. Если вы находитесь в конусе тени Луны, вы будете наблюдать закрытый диск Солнца. То есть, во время солнечного затмения тень от Луны падает на Землю.

Если вы находитесь в области полутеневого конуса Луны, вы увидите так называемое частичное затмение – часть диска Солнца будет заслонена диском Луны. То есть, во время лунного затмения Луна попадает в тень, отбрасываемую Землёй.

На той части Земли, там, где падает тень, будет видно полное солнечное затмение. Там, где полутень, только часть Солнца будет заслонена Луной, т.е. произойдет частичное солнечное затмение. На остальной части Земли затмения не будет.

[1]

Поскольку движения Земли и Луны неплохо изучены, затмения предсказываются на годы вперед. Исследователи используют каждое затмение для различных научных наблюдений и измерений. Полное солнечное затмение дает возможность наблюдать внешнюю часть атмосферы Солнца (солнечную корону). В обычных условиях солнечная корона невидима из-за слепящего блеска поверхности Солнца.

Список использованных источников

  1. Перышкин А.В. Физика 8. – М.: Дрофа, 2010.
  2. Генденштейн Л.Э, Кайдалов А.Б., Кожевников В.Б./Под ред. Орлова В.А., Ройзена И.И. Физика 8. – М.: Мнемозина.