Отримання знань

Джерела світла. Прямолінійне поширення світла.

Тінь і півтінь.

       (натисніть      на панелі плеєра)

З давніх-давен люди помітили, що світло розповсюджується прямолінійно. Про це писав ще засновник геометрії Евклід 3000 років тому назад. Навіть зараз користуються цією властивістю світла при будівництві, перевірці прямолінійності доріг, злітних смуг на летовищах та інших ліній. Але світло розповсюджується прямолінійно  лише в однорідних середовищах(так як швидкість його при цьому не змінюється).

Отже, світловий промінь - лінія,  вздовж якої розповсюджується світлова енергія. Зрозуміло,  що це фізична модель, яка потрібна, щоб виконувати побудови і показувати хід світла. Світловий пучок можна виділити за допомогою діафрагми (отвору в непрозорому тілі).   

Розміри і форми діафрагм можуть бути різними в різних предметах, приладах і в природі: в карманному ліхтарику, сценічних прожекторах, маяку, фарах автомобіля, в розривах хмар тощо.

Чому ж не завжди видно, як світловий пучок розповсюджується в повітрі? Виявляється, що в чистому повітрі - не видно. Але якщо в повітрі присутні частинки диму, пилу або туман то,  відбиваючись від них в різні боки, світло потрапляє нам в очі, і ми бачимо ці освітлені частинки, а таке враження, що бачимо промінь.

Світловий пучок графічно можна зобразити за допомогою світлових променів, що обмежують пучок (SA, SB), та променя, що розташований по вісі пучка (SO).

Розглянемо ще одну фізичну модель - точкове джерело світла. Будь-яке джерело світла має свої розміри, але якщо вони дуже малі в порівнянні з відстанями до нього, то його можна вважати точковим, наприклад, зорі для земного спостерігача. Точкове джерело світла - це джерело, розмірами якого можна знехтувати в умовах даної конкретної задачі.     

Якщо джерело, наприклад, зорі, дуже сильно віддалене від спостерігача, то розхідністю світлового пучка можна знехтувати і вважати промені, що йдуть від нього, паралельними.

На малюнку видно, що відстань між спостерігачами набагато менше, ніж відстань до зорі, тому всі три спостерігача бачать одну зорю. Пристрій, що зображено на малюнку, називається зоряною вказівкою.

Цікавим є той факт, що  якщо в просторі розповсюджується декілька світлових пучків, що перетинаються один з одним, то вони зовсім не впливають один на одного і не спотворюється інформація, яка несе кожний з них. Таке явище називають незалежністю розповсюдження світлових пучків. Кожний пучок розповсюджується так, ніби інших променів не існувало би.

Тінь - це область простору за непрозорим предметом, куди не потрапляє світло.

Півтінь - це область простору, куди світло потрапляє частково (не від усіх точок джерела).

Креслення допоможе зрозуміти, чому в першому випадку ми отримали лише тінь, а в другому - ще й півтінь.

Отже, тінь дає одне точкове джерело.

Ще один дослід, що демонструє появу тіні і півтіні (придивіться уважно - анімація)

 Розуміючи поняття «тінь» і «півтінь», можна зрозуміти місячне і сонячне затемнення. Коли Місяць заходить в область земної тіні, то спостерігаємо місячне затемнення. Якщо ж тінь від Місяця падає на Землю, то в цій області спостерігається повне сонячне затемнення, а в області півтіні - часткове. Під час повного сонячного затемнення видно корону Сонця - розпечені частинки сонячної атмосфери. На небі в цей час видно зорі і планети, понижується температура повітря, з являється навіть роса. Воно триває найчастіше

2-3 хв.  (максимум - 7хв 40сек). В одній і тій же місцевості повне сонячне затемнення буває дуже рідко.

      сонячне затемнення  (подивитися  -->>)

       місячне затемнення  (подивитися  -->>)

Це цікаво! Чорний ящик з малим отвором називається камерою-обскурою (камера-обскура - від латинського «темна кімната»). Розмір отвору приблизно від 0,2 мм до 0,6 мм. Розмір не можна робити дуже малим, тому що освітленість зображення буде дуже мала та при таких розмірах отвору починають проявлятись хвильові властивості світла, внаслідок чого зображення стає розмитим (нечітким). На задній внутрішній стінці камери можна отримати чітке зображення гарно освітленого об'єкту (лампи, свічки,  будинку і т. д. ).                      Подумайте, чому розмір отвору не можна зробити більшим?

 

Нові поняття

світловий промінь - лінія,  вздовж якої розповсюджується світлова енергія

діафрагма  - отвір в непрозорому тілі

Перетягуючи червону точку, змінюємо розміри тіла. Положення джерел світла змінюється при їх ввімкненні та перетягуванні.

Повзунок "Перспектива" дає змогу побачити вигляд зверху.

Цей аплет створений за допомогою GeoGebra з www.geogebra.org. Схоже, що у вас немає Java, будь ласка перейдіть на www.java.com