- Закон прямолинейного распространения света
- Получение изображений предметов. Камера-обскура
- знать закон прямолинейного распространения света; понятие «точечный источник света»
- уметь строить тени и полутени; объяснять образование солнечных и лунных затмений; объяснять принцип работы камеры-обскуры
- Как объяснить солнечное затмение?
- Как образуется полутень?
- Как получить изображение предмета без использования фотоаппарата?
Закон прямолинейного распространения света
Законы распространения света, устанавливаемые геометрической оптикой, справедливы только для прозрачных однородных сред.
Среда называется однородной, если её свойства одинаковы во всех её точках.
Закон прямолинейного распространения света: в прозрачных однородных средах свет распространяется по прямым линиям.
Закон прямолинейного распространения света был сформулирован уже 300 лет до н. э. древнегреческим учёным Евклидом в труде под названием «Оптика».
Прямая линия, вдоль которой в однородной среде распространяется свет, называется лучом света.
Направление распространения энергии света совпадает с направлением луча.
Рис. 1. Пучки света видны при наличии частичек различных веществ в воздухе
Лучи света легко увидеть (рис. 1). Графически пучок света изображается в виде совокупности лучей со стрелками, указывающими направление распространения света.
Пучки света могут быть расходящимися, сходящимися и параллельными (рис. 2). Свет от настольной лампы представляет собой расходящийся пучок света, свет от лазерной указки близок к параллельному пучку.
Для описания законов распространения света часто используется понятие точечного источника света — это такой источник, размеры которого много меньше расстояний до освещаемых тел.
Рис. 2. Виды пучков света
Точечный источник света — это точечное тело, испускающее свет, размерами которого можно пренебречь.
Например, точечным источником света является удалённая от Земли звезда. Считается, что свет от точечного источника распространяется во всех направлениях.
Рис. 3. Образование тени и полутени
Образование теней при освещении непрозрачных предметов объясняется прямолинейным распространением света. Осветим один и тот же предмет — небольшой шарик — сначала точечным источником света, затем источником света, имеющим размеры (рис. 3).
Для построения тени от точечного источника света необходимо провести лучи, соединяющие источник света и поверхность освещаемого тела. На рисунке 3, а показано два таких луча.
Тень от точечного источника света будет иметь чёткие очертания.
На рисунке 3, б показана тень, полученная при освещении того же предмета источником света, имеющим шарообразную форму: в этом случае на экране будет видна так называемая область полутени В, образование которой объясняется тем, что в неё попадает только часть света, испускаемого источником.
Закон прямолинейного распространения света объясняет природу солнечных и лунных затмений. При солнечном затмении Луна оказывается между Солнцем и наблюдателем на Земле (рис. 4). При этом часть наблюдателей на Земле окажется в зоне полного затмения, часть — в зоне частичного затмения, другая часть не сможет наблюдать данное явление.
Рис. 4. Схема солнечного затмения
При лунном затмении Земля оказывается в области между Солнцем и Луной, в результате чего спутник оказывается в тени нашей планеты (рис. 5).
Рис. 5. Схема лунного затмения
В настоящее время известны все необходимые характеристики небесных тел: радиусы орбит, законы движения планет; благодаря этому не составляет труда точно предсказать даты солнечных и лунных затмений.
Получение изображений предметов. Камера-обскура
Рассмотрим установку, состоящую из точечного источника света S, и два непрозрачных экрана Э1 и Э. В экране Э1 есть маленькое круглое отверстие АВ (рис. 6).
Рис. 6. Получение изображения светящейся точки
При прохождении пучка света через отверстие АВ на экране Э получается круглое светлое пятнышко CD. Такое пятнышко называется изображением светящейся точки. Очевидно, что чем больше диаметр отверстия АВ, тем больше диаметр светящейся точки.
Аналогичным способом можно получить изображение освещённого предмета или источника света определённых размеров (рис. 7).
Рис. 7. Камера-обскура (тёмная комната)
Каждая точка на поверхности освещённого предмета отображается на экране в виде светящейся точки. Совокупность этих точек представляет собой перевёрнутое изображение освещаемого предмета.
Затемнённый ящик с маленьким отверстием на одной стенке и второй полупрозрачной стенкой, используемый для получения изображений предметов, называется камерой-обскурой и был изобретён ещё в Древнем Египте.
Первые фотографии предметов были получены именно с помощью камеры-обскуры. При этом для получения фотографий требовалось освещать предмет на протяжении нескольких часов.
Итоги
- Закон прямолинейного распространения света: в прозрачных однородных средах свет распространяется по прямым линиям.
- Прямая линия, вдоль которой в однородной среде распространяется свет, называется лучом света.
- Точечный источник света — это точечное тело, испускающее свет, размерами которого можно пренебречь.
Контрольные вопросы
1. Объясните причины возникновения областей полутени.
2. В чём причина солнечных затмений?
3. Что такое камера-обскура?
