"Физика", Изергин Э.Т.
Световые явления связаны с испусканием и распространением света, а также с образованием тени. Источники света бывают естественными и искусственными, а свет в однородной прозрачной среде распространяется прямолинейно. Благодаря свету мы видим не только Солнце, лампу или пламя, но и обычные предметы, отражающие свет. Эти представления помогают объяснить появление тени, полутени, солнечных и лунных затмений.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Источник света — тело, испускающее свет. Естественными источниками являются Солнце, звёзды, молния и пламя, а искусственными — электрическая лампа, свеча и экран телефона. Это понятие нужно, чтобы определить, откуда свет начинает распространяться.
Точечный источник света — источник, размеры которого можно не учитывать по сравнению с расстояниями до наблюдаемых объектов. Например, далёкую звезду в некоторых задачах считают точкой, хотя на самом деле она имеет огромные размеры. Такое упрощение помогает легче проводить границы тени и строить ход лучей.
Световой луч — условная линия, показывающая направление распространения света. Луч не является тонкой материальной нитью и не существует отдельно от светового потока. С его помощью удобно изображать путь света на схемах и объяснять, какие области освещены.
Тень — область за непрозрачным телом, куда свет от источника не попадает. Тело закрывает часть светового потока, поэтому за ним возникает неосвещённое место. По тени можно судить о направлении распространения света и взаимном расположении источника, преграды и экрана.
Светящиеся тела мы видим потому, что испускаемый ими свет попадает в глаза. Несветящиеся предметы сами света не излучают, но отражают часть падающего на них света, и отражённые лучи достигают глаз. Если убрать источник или полностью перекрыть путь света, предмет становится невидимым, даже если он находится рядом.
В однородной прозрачной среде свойства вещества одинаковы во всех точках, поэтому свет не меняет направление сам по себе и идёт по прямой. Это можно обнаружить, поставив несколько картонных пластинок с маленькими отверстиями на одной линии. Свет от лампы проходит через все отверстия только при их точном совмещении, а смещение одной пластинки прерывает световой путь.
Размер источника влияет на вид тени. Если источник считают точечным, за непрозрачным телом образуется область полной тени с достаточно чёткой границей. У протяжённого источника разные его части посылают лучи под разными направлениями, поэтому кроме полной тени возникает полутень.
Форма и размер тени зависят от положения всех трёх тел: источника, непрозрачного предмета и экрана. При приближении предмета к источнику он перекрывает больше расходящихся лучей, и тень обычно становится крупнее. При приближении экрана к предмету тень чаще меньше, а при удалении экрана она может увеличиваться.
Солнечное затмение происходит, когда Луна оказывается между Солнцем и Землёй и её тень падает на земную поверхность. Лунное затмение наблюдается, когда Земля располагается между Солнцем и Луной, а Луна входит в земную тень. В обоих случаях причина одна: непрозрачное небесное тело преграждает прямолинейно распространяющийся свет.
| Признак | Естественный источник | Искусственный источник |
|---|---|---|
| Примеры | Солнце, звёзды, молния, природное пламя | Лампа, свеча, фонарь, экран |
| Происхождение света | Природные процессы | Работа созданного человеком устройства или горение вещества |
| Использование человеком | Освещение и ориентирование в природе | Освещение помещений, улиц и приборов |
Таблицу удобно использовать, чтобы сравнить не только примеры, но и происхождение света. Главный признак источника — он сам испускает свет, а не просто отражает его. Один и тот же природный процесс человек может использовать, создавая искусственные источники.
Задача 1. Объяснить, почему нельзя увидеть предмет в закрытой непрозрачной коробке без источника света. Предмет не светится сам, а стенки коробки не пропускают внешние лучи. Нужно связать видимость с попаданием света в глаз.
Ответ: предмет не виден, потому что на него не падает свет и в глаза наблюдателя не попадает отражённый свет.
Задача 2. Определить, где появится тень от мяча на экране, если известны положения источника, мяча и экрана. Источник, мяч и экран расположены последовательно, поэтому нужно найти область за мячом, закрытую от источника.
Ответ: тень появится на экране за мячом, в области, ограниченной лучами, проведёнными от источника через края мяча.
Задача 3. Объяснить, почему при освещении тела протяжённым источником на экране видны полная тень и полутень. Разные части такого источника посылают лучи в разных направлениях, и тело закрывает их неодинаково.
Ответ: полная тень возникает там, где закрыт весь источник, а полутень — там, где видна только часть его светящейся поверхности.
Ошибка: считать, что все видимые тела сами испускают свет. Так думают, потому что глаз действительно получает свет от каждого видимого предмета, но обычно он отражённый. Проверка проста: спросите себя, есть ли у тела собственный источник энергии и светится ли оно в темноте.
Ошибка: представлять световой луч тонкой материальной нитью. Такое представление появляется из-за рисунков, где лучи изображают линиями, но линия лишь обозначает направление. Проверьте себя: луч нельзя потрогать или увидеть отдельно, хотя можно наблюдать световой пучок в пыли или тумане.
Ошибка: полагать, что тень всегда имеет чёткую границу. Чёткая граница характерна для модели точечного источника, а протяжённый источник создаёт полутень. Чтобы проверить ответ, выясните, имеет ли источник заметные размеры по сравнению с расстояниями в опыте.
Ошибка: объяснять затмение тем, что небесное тело перестаёт светиться. При затмении источник обычно продолжает излучать, но другое тело закрывает путь лучам и создаёт тень. Проверьте объяснение вопросом: какое тело оказалось между источником света и наблюдателем?
До изучения световых явлений нужно знать, что свет позволяет видеть предметы и может отражаться от их поверхности. Это объясняет, почему видны несветящиеся тела и почему направление лучей имеет значение.
Представления о прямолинейном распространении света пригодятся при изучении отражения и преломления. Они также нужны для понимания работы зеркал, линз и оптических приборов.
Почему мы видим Луну, если она не является источником света?
Луна не испускает собственного видимого света. Солнечные лучи падают на её поверхность и отражаются, а часть отражённого света попадает в наши глаза.
Что называют световым лучом и можно ли увидеть его отдельно?
Световой луч — условная линия, показывающая направление распространения света. Сам луч не является материальной нитью, поэтому отдельно увидеть его нельзя, но можно увидеть световой пучок, если свет рассеивается пылью, туманом или дымом.
Почему тень меняет размер, когда предмет приближают к источнику?
При приближении предмета к источнику он перекрывает больше направлений распространения света. Поэтому область, куда свет не попадает, обычно увеличивается.
Чем полная тень отличается от полутени?
В области полной тени свет от источника не попадает совсем. В полутень попадает свет от одной части протяжённого источника, но другая его часть закрыта предметом.
Почему происходят солнечные и лунные затмения?
Затмения возникают, когда одно небесное тело оказывается на пути световых лучей и отбрасывает тень. При солнечном затмении Луна закрывает Солнце для наблюдателя на Земле, а при лунном затмении Луна попадает в тень Земли.
§ 12. Световые явления
