Источники света. Действия света

Оптика

Благодаря свету и органам зрения мы видим окружающий мир. Наблюдая самые разнообразные явления природы, открывая ее законы, мы приходим к выводу, что без света невозможно существование жизни на Зем­ле. Солнечный свет не только позволяет нам видеть все, что нас окружает, но и обогревает нашу планету. Например, за одну секунду свет от Солнца приносит на Землю столько энергии, сколько ее выделяется при сгорании 40 миллионов тонн каменного угля.

О природе света и световых явлениях люди задумывались с древнейших времен. Поэтому неудивительно, что оптика (от греч. отт%Т| — «взгляд»; в дальнейшем: наука о зрительном восприятии) является одним из старей­ших разделов физики. Некоторые античные мыслители (Аристотель, Эпи­кур) высказывали о природе света догадки, довольно близкие к современ­ным представлениям. Они считали, что зрительные ощущения возникают под действием попадающих в глаз мельчайших частиц света — корпускул, ис­ходящих или отражающихся от наблюдаемых предметов.

Представления о свете неоднократно менялись в процессе изучения особенностей световых явлений. Оптикой занимались величайшие физи­ки: Ньютон, Гюйгенс, Френель, Максвелл, Эйнштейн и многие другие. Большой вклад в развитие оптики внесли российские ученые: П.Н. Лебе­дев, СИ. Вавилов, Л.И. Мандельштам, Н.Г. Басов, А.М. Прохоров. В на­стоящее время о природе света уже многое известно. Вы, например, уже знаете, что видимый свет представляет собой электромагнитные волны в диапазоне от 0,38 до 0,76 мкм. Позднее, в старших классах, вы продол­жите изучение природы света.

О

птика представляет собой раздел физики, изучающий природу. света, различные световые явления и законы, которым эти явления подчиняются.

Изучение оптики мы начнем с геометрической (лучевой) оптики. В этом разделе рассматривают установленные опытным путем законы распростране­ния света. Полученные знания используют для создания различных оптиче-

231.

ских устройств. При этом в геометрической оптике не рассматривают во­просы, связанные с природой света и причинами световых явлений.

Следует отметить, что в геометрической оптике используют физические модели (мы обязательно скажем о них), которые предназначены для решения определенного круга задач. Всякая модель связана с упрощением реального физического явления. Поэтому законы геометрической оптики при опреде­ленных условиях нарушаются. Границы применимости этих законов и причи­ны их нарушения мы рассмотрим в старших классах при изучении физиче­ской оптики. Тогда же вы сможете больше узнать о том, что такое свет и како­ва его природа.

§36

Источники света. Действия света

Мы видим объекты, которые либо сами испускают свет, либо от­ражают свет, испущенный другими телами — источниками света.

Источники света можно разделить в зависимости от их температуры на два класса: тепловые и холодные.

Тепловые источники испускают свет благодаря тому, что они разогреты до достаточно больших температур. Так, температура в пламени свечи обыч­но составляет около 1000 °С; нити накала осветительных ламп за счет выде­ления тепла при прохождении по ним электрического тока разогревают­ся до температуры 2000-3000 °С; поверхность Солнца имеет температуру около 6000 °С, а температура поверхности некоторых звезд может достигать 50 000 °С. Разогрев Солнца и других звезд обусловлен термоядерными реак­циями, о которых вы узнаете в последней главе этого учебника.

Источники света, температуры которых мало отличаются от комнатной, называют холодными. Примерами таких источников являются некоторые светящиеся организмы, гнилушки. Свечение подобных объектов связано с происходящими в них сложными физико-химическими процессами. Други­ми примерами холодных источников света могут служить полярные сияния, молнии, газоразрядные трубки (в том числе лампы дневного света), свето-диоды и некоторые типы газовых и полупроводниковых лазеров. Свечение этих объектов возбуждает электрический ток. Известны вещества, которые светятся под действием падающих на них электронов. Такими веществами покрывают экраны большинства телевизоров и мониторов.

Тела, которые не являются источниками света, мы видим, только если
они освещены. Свет от источника попадает на эти тела, отражается от их по­
верхности, меняя направление, и доходит до глаз. Так, Луна не является ис-
________ ■ 232

точником света, несмотря на свое яркое свечение на ночном небе. Она освещается Солнцем и поэтому светит отраженным светом.

Световые пучки от разных источников света не действуют друг на друга

Свет может оказывать самые различ­ные воздействия на окружающие тела. Наи­более явно выраженное действие света — это нагревание тел (в частности, нагрева­ние воздуха, воды, почвы солнечным све­том). Очень часто под действием света изменяется проводимость веществ и дру­гие их свойства. Облучаемые светом веще­ства могут испускать заряженные частицы — электроны. Под действием света происхо­дит фотосинтез в листьях растений, начи­наются либо ускоряются многие химиче­ские реакции. Наконец, свет оказывает определенное давление. Эксперименталь­но это давление (не только на твердые тела, но и на газы) впервые было об­наружено и измерено в конце XIX в. профессором Московского универси­тета П.Н. Лебедевым (1866-1912).

А как действуют световые пучки от разных источников света друг на друга? В начале XVIII в. экспериментально было установлено, что если на некоторую область действует свет от разных источников, то эти действия происходят независимо друг от друга. Иными словами, действия света от разных источников складываются. Это свойство света часто называют законом независимости световых пучков. Кроме того, при пересече­нии световых пучков не только не изменяется характер их распростране­ния, но не изменяется и распределение энергии в каждом из них, т. е. пе­ресекающиеся световые пучки от разных источников света не дейст­вуют друг на друга.

Для примера на рис. 143 показаны световые пучки от двух проекционных аппаратов, в которые вставлены разные диапозитивы. Несмотря на то что пучки пересекаются, на экранах видны четкие изображения диапозитивов.

Итоги

Оптика — это раздел физики, изучающий природу света, ран личные световые явления и законы, которым эти явления под чиняются.

В геометрической (лучевой) оптике рассматривают установ­ленные опытным путем законы распространения света. Полу-

ченные знания используют для создания различных оптиче­ских устройств. При этом в геометрической оптике не рассмат­ривают вопросы, связанные с природой света и причинами све­товых явлений.

Зрительные ощущения возникают при попадании в глаз света, исходящего от источников света, или света, отражающегося от наблюдаемых предметов.

Источники света можно разделить в зависимости от их темпе­ратуры на два класса: тепловые и холодные. Закон независимости пучков света: если на некоторую область оказывает действие свет от разных источников, то эти действия происходят независимо друг от друга, т. е. действия света от раз­ных источников складываются. Пересекающиеся световые пучки не влияют друг на друга.