Термин света. В физике термин "свет" имеет гораздо более определенное значение. В узком смысле свет – это электромагнитные волны, вызывающие в глазу человека зрительные ощущения. Такой способностью обладают только волны с частотами 4·1014 – 8·1014 Гц. Однако, некоторые насекомые, например, пчелы способны видеть ультрафиолетовое излучение. А специальные приборы "ночного видения", часто используемые в военных целях, позволяют человеку видеть мир в инфракрасных лучах. Эти три вида излучения обладают очень многими схожими свойствами. Поэтому видимое, ультрафиолетовое и инфракрасное излучения объединяют общим названием – оптические излучения, а раздел физики, занимающийся их изучением, называют оптикой. Таким образом, свет в широком смысле этого слова – это все оптические излучения.

По виду испускаемого излучения источники света разделяют на тепловые и люминесцентные. Тепловые источники светят потому, что сильно нагреты, например, пламя свечи или расплавленный металл на сталелитейном заводе. Люминесцентный свет иначе называют "холодным светом". Источники этого света имеют невысокую температуру, например, лампа дневного света или экран телевизора. На фотографии изображена рука в резиновой перчатке, держащая колбу с самосветящейся (люминесцирующей) жидкостью. По происхождению источники света разделяют на искусственные, то есть созданные человеком, и естественные, то есть созданные природой. Примеры искусственных источников вы видите на фотографиях, а примерами естественных источников света являются звезды, вулканы, некоторые насекомые (светлячки) и т.д.

Световые лучи. Изображая распространение света на чертежах, световые пучки обычно заменяют лучами. Световой луч – это линия, указывающая направление распространения энергии в пучке света. Луч является геометрической моделью физического понятия "пучок света". Характерной особенностью светового луча, как и луча геометрического, является его прямолинейность. Однако, между ними есть и принципиальное различие: геометрический луч прямолинеен всегда, а луч света - только в прозрачной однородной среде.

Опыт. Проделаем опыт. В стеклянный аквариум примерно до половины нальем воды, подкрашенной специальной зеленой краской (она называется "флуоресцеин"). Затем, при помощи небольшого шланга, опущенного в нижнюю часть аквариума, вольем концентрированный раствор соли. Его плотность больше плотности подкрашенной воды, поэтому раствор заполнит нижнюю часть аквариума. Однако при вливании подкрашенная вода и раствор соли частично перемешаются друг с другом. Из-за этого, а также из-за диффузии жидкостей, в аквариуме образуется неоднородная среда. Ее плотность будет постепенно уменьшаться снизу вверх. Направим теперь внутрь аквариума луч света от маленького лазера. Мы обнаружим, что пока луч распространяется в воздухе, то есть однородной среде, он прямолинеен. На границе раздела двух однородных сред (воздуха и стенки аквариума) луч преломляется. В неоднородной же среде (жидкость в аквариуме) луч распространяется криволинейно. Однако после выхода в однородную среду – воздух – луч света опять становится прямолинейным. Итак, закон прямолинейного распространения света утверждает, что лучи света, распространяющегося в прозрачной однородной среде, являются прямыми линиями.

Отражение света. Введем несколько определений. Углом падения луча назовем угол между падающим лучом и перпендикуляром к отражающей поверхности в точке излома луча (угол a ). Углом отражения луча назовем угол между отраженным лучом и перпендикуляром к отражающей поверхности в точке излома луча (угол b ).

При отражении света всегда выполняются две закономерности: Первая. Луч падающий, луч отраженный и перпендикуляр к отражающей поверхности в точке излома луча всегда лежат в одной плоскости. Вторая. Угол падения равен углу отражения. Эти два утверждения выражают суть закона отражения света. На левом рисунке лучи и перпендикуляр к зеркалу не лежат в одной плоскости. На правом рисунке угол отражения не равен углу падения. Поэтому такое отражение лучей нельзя получить на опыте. Закон отражения является справедливым как для случая зеркального, так и для случая рассеянного отражения света. Обратимся еще раз к чертежам на предыдущей странице. Несмотря на кажущуюся беспорядочность в отражении лучей на правом чертеже, все они расположены так, что углы отражения равны углам падения. Взгляните, шероховатую поверхность правого чертежа мы "разрезали" на отдельные элементы и провели перпендикуляры в точках излома лучей:

Световые пучки. Обычно источники испускают свет одновременно во всех направлениях в пространстве, как, например, обычная лампа. Но если ее закрыть непрозрачным корпусом с отверстием, то свет будет распространяться в виде светового пучка, расширяющегося по мере удаления от источника. Например, на фотографии справа вы видите пучок желтоватого света от шахтерской лампы.

Закон независимости распространения света. Итак, закон независимости распространения света утверждает, что световые пучки, пересекаясь, не влияют друг на друга. Однако этот закон справедлив лишь для световых пучков небольшой интенсивности. Мощные пучки света, например, лазерные, будут оказывать влияние друг на друга. Другими словами, для пучков света большой энергии закон независимости распространения света перестает быть справедливым. Пучки света, строго говоря, невидимы. Однако на обеих фотографиях на этой странице мы явственно их различаем. Почему? Дело в том, что воздух в комнате, а, тем более, в шахте, всегда содержит мелкие частицы влаги и пыли. Ярко освещенные пучком света, они сливаются в матовую пелену: желтоватую – если свет желтый, розовую – если свет красный и голубую – если пучок света синий. Но если же на пучок посмотреть вблизи, то можно разглядеть и отдельные пылинки, кружащие там в причудливом танце. Вспомните, этот танец пылинок вы наверняка видели, когда в щель между закрытыми шторами в комнату врывается солнечный луч.

Солнечное затмение. Солнечное затмение затмение, которое происходит, когда Луна попадает между наблюдателем и Солнцем, и загораживает (затмевает) его. Поскольку Луна светит отражённым светом, и перед затмением обращена к нам неосвещённой стороной, то непосредственно перед затмением всегда имеет место новолуние, то есть Луна не видна. Создаётся впечатление, что Солнце закрывается чернотой неизвестной природы. Во время солнечного затмения космонавты, находящиеся на орбите, могут наблюдать на поверхности Земли тень от Луны. Те, кто на Земле попадают в эту тень наблюдают солнечное затмение.

Конус тени Луны, естественно, в диаметре намного меньше Земли, поэтому солнечное затмение наблюдается только на территории, по которой проходит во время затмения лунная тень. Поскольку орбита Луны эллиптическая, расстояние между Землёй и Луной в момент затмения может быть различным, соответственно, различным бывает и диаметр пятна лунной тени на поверхности Земли. При достаточно близком положении Луны и подходящем взаимном расположении Земли, Луны и Солнца конус лунной тени достигает земной поверхности. Такое затмение называется полным солнечным затмением. Наземный наблюдатель, находящийся в полосе прохождения тени, будет видеть, что Луна скрывает Солнце полностью, небо темнеет, на нём становятся видны звёзды. Вокруг скрытого Луной солнечного диска можно наблюдать солнечную корону, которую при обычном ярком свете Солнца не видно. При наблюдении затмения неподвижным наземным наблюдателем полная фаза длится не более нескольких минут. Минимальная скорость движения лунной тени по земной поверхности составляет чуть более 1 км/с.

Полоса полного затмения может достигать в ширину около двухсот километров. Наблюдатели, находящиеся вблизи полосы полного затмения, могут видеть его как частное солнечное затмение. При частном затмении Луна проходит по диску Солнца не точно по центру, скрывая только его часть. При этом небо темнеет гораздо слабее, чем при полном затмении, звёзды не появляются. Частное затмение может наблюдаться невооружённым глазом на расстоянии порядка двух тысяч километров от зоны полного затмения. Полнота солнечного затмения также выражается фазой Φ. Максимальная фаза частного затмения обычно выражается в сотых долях от единицы, где 1 – полная фаза затмения. Полная фаза может быть и больше единицы, например 1,01, если диаметр видимого лунного диска больше диаметра видимого солнечного диска. Частные фазы имеют обозначения 0,90, 0,85 и т.п. На краю лунной полутени фаза равна 0, т.е. Ф=0.

Линзы Линза- это прозрачное тело, ограниченное с двух сторон сферическими поверхностями. Линзой можно не только собирать и рассеивать пучки параллельных лучей. При помощи линз легко получать увеличенные и уменьшенные изображения предметов. Например, благодаря линзе на экране получается увеличенное перевернутое изображение золотой статуэтки.

Предмет, изображение которого мы получаем, может находиться на различных расстояниях от линзы (d). В зависимости от этого изображение предмета может получиться различным. Например, если расстояние от предмета до собирающей линзы больше ее фокусного расстояния, но меньше двойного фокусного расстояния (F < d < 2F), то линза даст увеличенное, перевернутое и действительное изображение предмета (см. вторую строку таблицы). Изображение, даваемое собирающей линзой:d < F увеличенное прямое мнимое F < d < 2F увеличенное перевернутое действительноеd < 2F уменьшенное перевернутое действительное Если изображение действительное, его можно увидеть на экране. При этом изображение можно видеть из любого места в комнате, из которого только виден сам экран. Если же изображение мнимое, то на экране его получить нельзя, а можно лишь увидеть глазом.Рассеивающие линзы дают уменьшенное прямое мнимое изображение при любом расстоянии от предмета до линзы.

Преломление света. Взглянем еще раз на рисунок аквариума в § 17-в. Луч, выходящий из лазера, сначала был прямолинейным. Но, дойдя до стеклянной стенки аквариума, изменил свое направление, то есть испытал преломление. Преломлением света называют явление изменения направления светового луча на границе раздела двух сред.

Рассмотрим три ситуации соприкосновения таких сред: воздуха и воды, воздуха и стекла, воды и стекла. Взгляните на чертежи справа. Как видите, разные вещества, прозрачные для оптических излучений, обладают неодинаковой преломляющей способностью. Стекло, например, преломляет лучи сильнее, чем вода. Преломляющую способность разных сред можно сравнивать.