Интересное в сети! Еще интересные световые явления.

Общие определения

С точки зрения оптики, свет - это электромагнитное излучение, которое воспринимается глазом человека. За единицу изменения принято брать участок в вакууме 750 ТГц. Это коротковолновая граница спектра. Ее длина равна 400 нм. Что касается границы широких волн, то за единицу измерения берется участок в 760 нм, то есть 390 ТГц.

В физике свет рассматривается как совокупность направленных частиц, называемых фотонами. Скорость распределения волн в вакууме постоянна. Фотоны обладают определенным импульсом, энергией, нулевой массой. В более широком смысле слова, свет - это видимое Также волны могут быть и инфракрасными.

С точки зрения онтологии, свет - это начало бытия. Об этом твердят и философы, и религиоведы. В географии этим термином принято называть отдельные области планеты. Сам по себе свет - это понятие социальное. Тем не менее в науке оно имеет конкретные свойства, черты и законы.

Природа и источники света

Электромагнитное излучение создается в процессе взаимодействия заряженных частиц. Оптимальным условием для этого будет тепло, которое имеет непрерывный спектр. Максимум излучения зависит от температуры источника. Отличным примером процесса является Солнце. Его излучение близко к аналогичным показателям абсолютно черного тела. Природа света на Солнце обуславливается температурой нагревания до 6000 К. При этом около 40% излучения находится в пределах видимости. Максимум спектра по мощности располагается вблизи 550 нм.

Источниками света также могут быть:

1. Электронные оболочки молекул и атомов во время перехода с одного уровня на другой. Такие процессы позволяют достичь линейный спектр. Примером могут служить светодиоды и газоразрядные лампы.
2. которое образуется при движении заряженных частиц с фазовой скоростью света.
3. Процессы торможения фотонов. В результате образуется синхро- или циклотронное излучение.

Природа света может быть связана и с люминесценцией. Это касается и искусственных источников, и органических. Пример: хемилюминесценция, сцинтилляция, фосфоресценция и др.

В свою очередь, источники света разделяются на группы относительно температурных показателей: А, В, С, D65. Самый сложный спектр наблюдается у абсолютно черного тела.

Характеристики света

Человеческий глаз субъективно воспринимает электромагнитное излучение как цвет. Так, свет может отдавать белыми, желтыми, красными, зелеными переливами. Это лишь зрительное ощущение, которое связано с частотой излучения, будь оно по составу спектральным или монохроматическим. Доказано, что фотоны способны распространяться даже в вакууме. При отсутствии вещества скорость потока равняется 300.000 км/с. Это открытие было сделано еще в начале 1970-х годов.

На границе сред поток света испытывает либо отражение, либо преломление. Во время распространения он рассеивается через вещество. Можно сказать, что оптические показатели среды характеризуются значением преломления, равным отношению скоростей в вакууме и поглощения. В изотропных веществам распространение потока не зависит от направления. Здесь представлен скалярной величиной, определяющейся координатами и временем. В анизотропной среде фотоны проявляется в виде тензора.

Кроме того, свет бывает поляризованным и нет. В первом случае главной величиной определения будет вектор волны. Если же поток не поляризован, то он состоит из набора частиц, направленных в случайные стороны.

Важнейшей характеристикой света является и его интенсивность. Она определяется такими фотометрическими величинами, как мощность и энергия.

Основные свойства света

Фотоны могут не только взаимодействовать между собой, но и иметь направление. В результате соприкосновения с посторонней средой поток испытывает отражение и преломление. Это два основополагающих свойства света. С отражением все более-менее ясно: оно зависит от плотности материи и угла падения лучей. Однако с преломлением дело обстоит куда сложнее.

Для начала можно рассмотреть простой пример: если опустить соломинку в воду, то со стороны она покажется изогнутой и укороченной. Это и есть преломление света, которое наступает на границе жидкой среды и воздуха. Этот процесс определяется направлением распределения лучей во время прохождения через границу материи.

Когда поток света касается границы между средами, длина его волны существенно изменяется. Тем не менее частота распространения остается прежней. Если луч не ортогональный по отношению к границе, то изменению подвергнется и длина волны, и ее направление.

Искусственное часто используется в исследовательских целях (микроскопы, линзы, лупы). Также к таковым источникам изменения характеристик волны относятся очки.

Классификация света

В настоящее время различают искусственный и естественный свет. Каждый из этих видов определяется характерным источником излучения.

Естественный свет представляет собой набор заряженных частиц с хаотичным и быстро изменяющимся направлением. Такое электромагнитное поле обуславливается переменным колебанием напряженностей. К естественным источникам относятся раскаленные тела, солнце, поляризованные газы.

Искусственный свет бывает следующих видов:

1. Местный. Его используют на рабочем месте, на участке кухни, стены и т.д. Такое освещение играет важную роль в дизайне интерьера.
2. Общий. Это равномерное освещение всей площади. Источниками являются люстры, торшеры.
3. Комбинированный. Смесь первого и второго видов для достижения идеальной освещенности помещения.
4. Аварийный. Он крайне полезен при отключениях света. Питание производится чаще всего от аккумуляторов.

Солнечный свет

На сегодняшний день это главный источник энергии на Земле. Не будет преувеличением сказать, что солнечный свет воздействует на все важные материи. Это количественная постоянная, которая определяет энергию.

В верхних слоях земной атмосферы содержится около 50% излучения инфракрасного и 10% ультрафиолетового. Поэтому количественная составляющая видимого света равна всего 40%.

Солнечная энергия используется в синтетических и природных процессах. Это и фотосинтез, и преобразование химических форм, и отопление, и многое другое. Благодаря солнцу человечество может пользоваться электроэнергией. В свою очередь, потоки света могут быть прямыми и рассеянными, если они проходят через облака.

Три главных закона

С древних времен ученые занимались изучением геометрической оптики. На сегодняшний день основополагающими являются следующие законы света:

Восприятие света

Окружающий мир человеку виден благодаря способности его глаз взаимодействовать с электромагнитным излучением. Свет воспринимается рецепторами сетчатки, которые могут уловить и отреагировать на спектральный диапазон заряженных частиц.

У человека есть 2 типа чувствительных клеток глаза: колбочки и палочки. Первые обуславливают механизм зрения в дневное время при высоком уровне освещения. Палочки же являются более чувствительными к излучению. Они позволяют человеку видеть в ночное время.

Зрительные оттенки света обуславливаются длиной волны и ее направленностью.

План:Первые сведения о свете в античной период.
Создание основ геометрической оптики (Евклид,
Архимед, Птолемей, Лукреций Кар).
Развития учения о свете в период средневековья
(Роджер Бэкон) и в эпоху Возрождения (Леонардо
да Винчи, Порта).
Развития учения о свете в XVII веке (Кеплер, Гук,
Гюйгенс, Галилей, Ферми). Создание начал
волновой оптики и первых оптических приборов
(Липперсгей, Галилей, Левенгук).
Развитие оптики в XIX веке. Создание
теоретических и экспериментальных основ
волновой оптики (Юнг, Френель, Стефан,
Больцман, Вин, Максвелл, Майкельсон).

1. Первые сведения о свете в античной период. Создание основ геометрической оптики (Евклид, Архимед, Птолемей, Лукреций Кар).

Уже в III в до н. э. сложилась геометрическая оптика, основы
которой изложены в трудах знаменитого Евклида (300г. до н.
э.), обобщающего Эмпирические данные предшественников
(труды «оптика» и «катоптрики»). Следуя Платону, Евклид
разделяет теорию зрительных лучей. Эти лучи - прямые линии.
Видимость предмета обусловлено тем, что из глаза, как из
вершины, идет контур лучей, образующие которого
направленные касательно к границе предмета. Величина
предмета определяется под угловым зрения.
В «оптике» впервые формируется закон прямолинейного
распространения света.
В «Катоптрике» Евклида рассматривается явление отражения
света. Здесь сформулирован закон отражения света. Этот закон
применим как и плоским так и сферическим зеркалам.

Легенда приписывает Архимеду
сожжение римского флота с помощью
вогнутых зеркал. Древним был известно
действие линз, точнее- стеклянных
шариков. Так, драматург Аристофан,
современник Сократа, советует
должнику растопить долговое
обязательство, написанное на восковой
дощечке, с помощью зажигательного
стекла.

Птолемей (19-ок. 160 в. до н.э.) исследовал
преломление света с помощью (диск)
прибора, но закон преломление он не нашел.
Лукреций Кар (94-51гг.до н. э.) в своей
поэме « о природе вещей» трактует свет как
некий материальный субстрат. В ней мы
находим прообраз корпускулярной природы
света.
Из поэмы видно, что он был знаком закон
отражения света:
«… отскакивать все от вещей заставляет
природа и отражается назад под таким же
углом, как упало».

2. Развития учения о свете в период средневековья (Роджер Бэкон) и в эпоху Возрождения (Леонардо да Винчи, Порта).

В период средневековья оптика не получила какого-нибудь развития,
за исключением высказываний и наблюдений за световыми явлениями
в работах Роджера Бекона, относящихся к XIIIв.
Роджер Бэкон объяснял возникновение радуги преломлением в
дождевых каплях; людям со слабым зрением советовал прикладывать
к глазу выпуклую линзу.
В период эпохи Возрождения (XV- XVI вв.) значительный вклад в
развитие оптики внес Леонардо да Винчи. Он впервые установил, что
глаз принципиально схож с камерой- обскурой. Он же объяснил
стереоскопичность зрения видением двумя глазами. Ему принадлежат
первые идеи о волновом движении.

3. Развития учения о свете в XVII веке (Кеплер, Гук, Гюйгенс, Галилей, Ферми). Создание начал волновой оптики и первых оптических приборов (Липпе

3. Развития учения о свете в XVII веке (Кеплер, Гук, Гюйгенс,
Галилей, Ферми). Создание начал волновой оптики и
первых оптических приборов (Липперсгей, Галилей,
Левенгук).
В XVII веке оптика пережила исключительный расцвет. К
концу века она превратилась в развернутую мощную отрасль
физической науки наряду с механикой, доставила
единственно надежный материал для теоретических
обобщений.
В это период развернулась теоретическая борьба вокруг
вопроса о природе света.
Расцвет оптики начался с усовершенствованием методов
шлифовки оптических стекол и поисков увеличительных труб.

В 1608 г. голландец Липперсгей подал
заявку на выдачу ему патента на
зрительную трубу.
Галилей (1564-1642), услышав о трубе,
стал думать над его возможным
устройством и самостоятельно
изготовил называемую сейчас трубу
Галилея. Она используется в биноклях.

4. Развитие оптики в XIX веке. Создание теоретических и экспериментальных основ волновой оптики (Юнг, Френель, Стефан, Больцман, Вин, Максвелл,

Майкельсон).
В XIX веке в развитие учения о свете внесли большой вклад
ученые Юнг и Больцман, . Рассмотрим их работы.
Юнг Томас (1773- 1829)- английский ученый, один из
создателей волновой оптики, член Лондонского Королевского
общества и его секретарь (1802-1829). В 2 года начал читать,
обнаружив феноменальную память. В 4 года знал на память
сочинения многих английских поэтов, в 8-9 лет овладел
токарным мастерством, мастерил различные физические
приборы, в 14 лет познакомился с дифференциальным
исчислением (по Ньютону), изучил много языков. Учился в
Лондонском, Эдинбургском и Геттинском университетах, в
начале изучал медицину, потом увлекся физикой, в частности,
оптикой и акустикой. АВ последние годы жизни занимался
составлением египетского словаря.

В 1793 г. объяснил явление аккомодации глаза изменением
кривизны хрусталика
2. В 1800 г. выступил в защиту теории света.
3. В 1801 г. объяснил явление интерференции света и кольца
Ньютона.
4. В 1803 г. ввел термин «интерференция».
5. В 1803 г. предпринял попытку объяснить дифракцию света от
тонкой нити, связывая ее с интерференцией.
6. Показал, что при отражении луча света от более плотной
поверхности происходит потеря полуволны.
7. Измерил длины волн разных цветов, получил для длины
волны красного цвета 0, 7 микрона, для фиолетового- 0, 42.
8. Высказал мысль (1807 г.), что свет и лучистая теплота
отличаются друг от друга только длиной волны.
9. В 1817 г. выдвинул идею поперечности световых волн.

Больцман Людвиг (1844- 1906) - австрийский физик - теоретик,
член Австрийской и членкор. Петербургской АН.
В 1866 г. ввел закон распределения газовых молекул по
скоростям (статистика Больцмана).
В 1872 г. вывел основное уравнение кинетической энергии
газа:
p=2n m0 ˂v˃/2
3
где ˂v˃ – средняя скорость молекул, m0- масса молекулы, nконцентрация молекул (количество молекул в единице объема
газа).
В 1872 г. доказал статистический характер 2-го начала
термодинамики, показал несостоятельность гипотезы тепловой
смерти Вселенной.
Впервые к изучению применил принципы термодинамики.

Использую гипотезу Дж. Максвелла о световом давлении, в
1884 г. теоретически открыл закон теплового излучения:
4
E=ßT ,раннее (в 1879 г.) экспериментально установленный
Стефаном (закон Стефана- Больцмана).
В 1884 г. из термодинамических соображений вывел
существование давления света.
Отстаивал атомистическую теорию.
В честь Больцмана назван коэффициент пропорциональности в
уравнении:
p= knT,
-23
-1
равный 1,380662*10
Дж* К, названный постоянной
Больцмана- одной из важнейших постоянных в физике, равной
отношению температуры, выраженной в единицах энергии
(джоулях), к той же температуре, выраженной в градусах
Кельвина:
к=2/3*m(0) (v)*2/2/T

Вопросы:

1.
2.
3.
4.
5.
Кто открыл на Луне существование гор и
впадин?
Как называется поэма Лукреция Кара?
В период какой эпохи значительный вклад в
развитие оптики внес Леонардо да Винчи?
Какой термин вел Юнг Томас в 1803 году?
Кем и в каком году изобретен микроскоп?

Осветите свои знания в области науки нашими забавными легкими фактами для детей. Наслаждайтесь интересными мелочами, связанными с скоростью света, оптикой, солнечным светом, ультрафиолетовым светом и инфракрасным светом. Понимают, как работает электромагнитное излучение, и обнаруживают множество увлекательных свойств света.

В физике свет относится к электромагнитному излучению. Свет, о котором мы обычно говорим в повседневной жизни, относится к видимому спектру (части электромагнитного спектра, который может видеть человеческий глаз).

Другие животные могут видеть части спектра, которые люди не могут. Например, большое количество насекомых может видеть ультрафиолетовый (УФ) свет.

Ультрафиолетовый свет можно использовать для того, чтобы показать вещи, которые человеческий глаз не видит, пригодится для криминалистов.

Длина волны инфракрасного света слишком велика, чтобы быть видимой для человеческого глаза.

Ученые изучают свойства и поведение света в области физики, известной как оптика.

Исаак Ньютон заметил, что тонкий луч солнечного света, поражающий стеклянную призму под углом, создает полосу видимых цветов, включающую красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, индиго и фиолетовый (ROYGBIV). Это произошло потому, что разные цвета проходят через стекло (и другие среды) с разной скоростью, заставляя их преломляться под разными углами и отделяться друг от друга.

Свет проходит очень, очень быстро. Скорость света в вакууме (область, свободная от материи) составляет около 186 000 миль в секунду (300 000 километров в секунду).

Свет распространяется медленнее с помощью различных сред, таких как стекло, вода и воздух. Этим средам дается показатель преломления для описания того, насколько они замедляют движение света. Стекло имеет показатель преломления 1,5, что означает, что огни проходят через него со скоростью около 124 000 миль в секунду (200 000 километров в секунду). Показатель преломления воды составляет 1,3, а показатель преломления воздуха — 1.0003, что означает, что воздух лишь слегка замедляет свет.

Свет занимает 1,255 секунды, чтобы добраться от Земли до Луны.

Солнечный свет может достигать глубины около 80 метров (262 фута) в океане.

Одна из многих вещей, над которыми работал итальянский ученый Галилей Галилей, — это телескопы, производящие телескопы с 30-кратным увеличением в некоторых из его более поздних работ. Эти телескопы помогли ему обнаружить четыре крупнейшие луны, вращающиеся вокруг Юпитера (позже названные спутниками Галилея).

Фотосинтез — это процесс, который включает растения, использующие энергию от солнечного света, для превращения углекислого газа в пищу.

Оптика – раздел физики, который изучает световые явления и законы, установленные для них, а также взаимодействие света с веществом, природу света.

Информация о мире приходит к человеку посредством зрения. При помощи света мы получаем большую часть информации об окружающем мире.

Первые сведения о свете появились 2,5 тысячи лет назад.

Пифагор был одним из первых ученых, кто дал научную гипотезу относительно природы света (см. Рис. 1). Он первый не только догадался, но и доказал, что свет распространяется прямолинейно. Он, а затем и другие геометры, вплоть до Евклида, использовали световые явления отражения и преломления для построения основ геометрии. Недаром один из разделов оптики так и называется – геометрическая оптика.

Рис. 1. Пифагор

Пифагор: «Свет – поток частиц, которые излучают предметы, проникая в глаз человека, они приносят информацию о том, что же нас окружает».

В XVII веке сторонником этой теории стал Исаак Ньютон (см. Рис. 2). Он объяснял много световых явлений, основываясь на том, что свет – это поток специальных частиц.

Рис. 2. Исаак Ньютон

«Корпускула» происходит от лат. corpusculum – частица. Поэтому теория Ньютона стала называться корпускулярной теорией света.

1. Прямолинейное распространение света.

2. Закон отражения.

3. Закон образования тени от предмета.

В это же время появилась другая теория – волновая теория света.

Сторонником этой теории был Христиан Гюйгенс (см. Рис. 3). Он пытался объяснить те же явления, что и Ньютон, только с той позиции, что свет – это волна.

Рис. 3. Христиан Гюйгенс

Гюйгенс построил волновую теорию света по аналогии с волновыми процессами на воде и в воздухе и потому считал, что световые волны также должны распространяться в какой-то упругой среде, которую назвал световым эфиром. Эта идея прослужила основой волновой оптики вплоть до начала XX века.

В те времена уже было замечено, что свет распространяется не только прямолинейно.

1. Свет может огибать препятствия – дифракция (см. Рис. 4).

Рис. 4. Дифракция

2. Волны могут складываться – интерференция (см. Рис. 5).

Рис. 5. Интерференция

Эти явления свойственны только волнам, поэтому Гюйгенс считал, что свет – это волна.

Корпускулярная теория не могла объяснить, как один луч проходит через другой. Если рассматривать свет как поток частиц, то должно наблюдаться взаимодействие, а его не наблюдалось, и это говорило в пользу того, что свет – волна.

В середине XIX века была создана теория Максвелла. Он доказал, что электромагнитное поле распространяется со скоростью 300 тысяч км в сек.

Вследствие проведенных опытов было выяснено, что с такой скоростью распространяется и свет.

Свет – частный случай электромагнитной волны.

XVII в. – датский ученый Ремер провел эксперимент, в котором выяснилось, что скорость распространения света равна примерно 300 тысяч км в сек.

1848 г. – Ипполит Физо доказал, что скорость света составляет 300 тысяч км в сек.

Это все подтверждало тот факт, что свет является электромагнитной волной.

В XIX веке Генрих Герц (см. Рис. 6) изучал свойства электромагнитных волн и показал, что свет может быть частицей. Герц открыл явление фотоэффекта.

Рис. 6. Генрих Герц

Генрих Герц изучал электромагнитные волны, изначально считая, что их не существует, и проявил настоящее мужество, первым признав их реальность как природного объекта.

Фотоэффект: под действием света из металлической пластины, заряженной отрицательно, выбиваются электроны.

Это может выполняться только в том случае, если свет – поток частиц.

В XX веке пришли к окончательному решению, введя понятие корпускулярно-волнового дуализма света.

Свет ведет себя при распространении как волна (волновые свойства), а при излучении и поглощении – как частица (со всеми свойствами частиц). То есть свет имеет двойную природу.

Поэтому все явления рассматриваются с позиций этих двух теорий.

Свет – это удивительное явление, он в прямом и переносном смысле озаряет нашу жизнь множеством способов. ООН объявила 2015 год Международным годом света, чтобы продемонстрировать "жителям Земли важность света и оптических технологий в жизни, для будущего и для развития общества". Вот несколько интересных фактов о свете, о которых, возможно, вы не знали.

Солнечный свет

1. Солнце на самом деле белое, если смотреть из космоса, так как его свет не рассеивается нашей атмосферой. С Венеры вы вообще не увидите Солнце, так как там атмосфера слишком плотная.

2. Люди биолюминесцентны благодаря реакциям обмена веществ, но наше свечение в 1000 раз слабее, чем можно увидеть невооруженным взглядом.

3. Солнечный свет может проникать на глубину океана примерно на 80 метров. Если спуститься на 2000 метров глубже, то там можно обнаружить биолюминесцентного морского черта, который заманивает своих жертв светящейся плотью.

4. Растения зеленые, так как они отражают зеленый свет и впитывают другие цвета для фотосинтеза. Если вы поместите растение под зеленый свет, оно, скорее всего, погибнет.

5. Северное и южное полярное сияние возникает, когда "ветер" от солнечных вспышек взаимодействует с частицами земной атмосферы. Согласно легендам эскимосов, полярное сияние – это души умерших, играющих в футбол с головой моржа.

6. За 1 секунду Солнце излучает достаточно энергии, чтобы обеспечить ею весь мир в течение миллиона лет.

7. Самой долгогорящей лампой в мире является столетняя лампа в пожарной части Калифорнии. Она непрерывно горит с 1901 года.

8. Световой чихательный рефлекс, который вызывает неконтролируемые приступы чихания в присутствии яркого света, встречается у 18-35 процентов людей, хотя никто не может объяснить, почему он возникает. Один из способов справится с ним - носить солнечные очки.

9. При двойной радуге, свет отражается дважды внутри каждой капли воды, а цвета во внешней радуге расположены в обратном порядке.

10. Некоторые животные видят свет, который мы не можем видеть. Пчелы видят ультрафиолетовый свет, в то время как гремучие змеи видят инфракрасный свет.

11. Ниагарский водопад был впервые электрически подсвечен в 1879 году, и освещение было равноценно подсветке 32 000 свечей. Сегодня подсветка Ниагарского водопада равноценна освещению 250 миллионами свечей.

12. Когда свет проходит через разные вещества, он замедляется и преломляется. Таким образом линза фокусирует лучи в одной точке и может поджечь бумагу.

Законы света

13. Свет обладает импульсом. Ученые разрабатывают способы использования этой энергии для дальних космических путешествий.

14. Глаза лягушки настолько чувствительны к свету, что исследователи из Сингапура используют их для разработки невероятно точных фотонных детекторов.

15. Видимый свет является лишь частью электромагнитного спектра, который видят наши глаза. Именно поэтому светодиодные лампы такие экономичные. В отличие от ламп накаливания, светодиодные лампы излучают только видимый свет.

16. Светлячки излучают холодное свечение через химическую реакцию со 100-процентной эффективностью. Ученые работают над имитацией светлячков для создания более экономичных светодиодов.

17. Чтобы изучить, как наши глаза воспринимают свет, Исаак Ньютон вставлял иглы в глазницу. Он пытался понять является ли свет результатом того, что исходит извне или изнутри. (Ответ: оба предположения верны, так как палочки в глазах реагируют на определенные частоты).

18. Если бы Солнцу внезапно пришел конец, никто на Земле не заметил бы этого еще в течении 8 минут 17 секунд. Это время, которое требуется солнечному свету, чтобы достичь Земли. Но не беспокойтесь, у Солнца осталось топлива еще на 5 миллиардов лет.

19. Несмотря на название, черные дыры на самом деле являются самыми яркими объектами во Вселенной. Несмотря на то, что мы не можем заглянуть за горизонт событий, они могут генерировать больше энергии, чем галактики, в которых они расположены.

20. Радуга возникает, когда свет встречается с каплями воды в воздухе, преломляется и отражается внутри капли и снова преломляется, оставляя ее.