Световые явления. Часть 1
Беседуют два мальчика. Каждый хочет удивить другого чем-то простым и в то же время необычным. Один говорит: «Сейчас сломаю карандаш и снова сделаю целым». «Ничего у тебя не получится!» — говорит его друг. А первый мальчик берет стакан воды, опускает туда карандаш и, чудеса! Карандаш сломался! Мальчик достает карандаш из воды, а он целый. Почему так происходит? Ответ в следующем уроке.
Много тысячелетий прошло прежде, чем была выяснена природа этого замечательного явления – свет. Десятки гипотез, предположений, догадок выдвигались учеными. Но вот в конце девятнадцатого века Д. Максвелл и Г. Герц установили, что природа света электромагнитная.
Значение света в жизни человека и в природе громадно. Зарождение и развитие всего живого происходит под влиянием тепла и, конечно, света.
Свет для человека – важнейшее средство познания окружающего мира.
Основной источник света для всей Земли – это Солнце. Световые потоки устремляются к планетам от Солнца благодаря ядерным реакциям, происходящим на нем.
При изучении тепловых явлений одним из видов теплообмена названо излучением, с помощью которого Земля получает от Солнца тепло. Тепло невидимо. Та часть излучения, которая видима глазом человека, называется видимым излучением.
Именно это излучение рассматривается как световое явление.
Раздел физики, посвященный световым явлениям называют оптикой (греч. «оптикос» — «глаз», «зрительный», «видимый»).
Не умея объяснить природу света, многие древние ученые придерживались мнения о том, что световые лучи исходят из глаз человека и «ощупывают» все вокруг. Некоторые считали, что есть другое объяснение свету, но не могли его сделать, не зная теории электромагнетизма. Как же далеки были эти люди от современных знаний в оптической области физики.
Сейчас известна природа света, свойства его, строение глаза, создано большое число оптических устройств и простых приборов. Световые явления широко используются в жизни человека.
Создается световое излучение источниками света, которые бывают естественными и искусственными. Сама природа создала естественные источники света. Искусственные источники придумал и изготовил человек.
- Солнце и другие звезды;
- молния;
- полярные сияния;
- светящиеся вещества (фосфор, радий, актиний и другие);
- насекомые (например, светлячки, грибные комары);
- морские животные (медузы, электрические скаты, угри и другие);
- старые гниющие пни;
- светящиеся грибы.
Среди таких источников есть яркие, дающие много света, а есть едва видимые в темноте.
Например, науке известно уже около семидесяти видов светящихся грибов. Из них некоторые можно увидеть ночью на расстоянии десяти метров.
Светиться могут подгнившие грузди и старые сыроежки.
Не может деятельность человека протекать без освещения. Трудно представить современный город в ночное время без освещенного дома, улицы, квартиры.
Основные виды молний — Zefirka
Распространение света
Чтобы лучше понять, как свет распространяется, введено понятие светового луча. А там, где лучи, там геометрия. Поэтому появился новый подход к световым явлениям, который называется геометрическая оптика.
Для практического изучения света учеными рассматриваются узкие пучки световых лучей. Для их получения используют непрозрачные экраны с отверстиями.
Каковы же главные законы, по которым свет распространяется?
Один из них подтверждается достаточно легко. Человек, который не хочет, чтобы яркий свет бил ему в глаза, приставляет ко лбу ладонь. Он видит окружающие предметы, а свет прямо в глаза ему не попадает.
Это говорит о том, что свет не может обогнуть ладонь и попасть в глаза наблюдателю. Этот пример показывает, что свет идет по прямой.
Значит, существует закон прямолинейного распространения света. Он звучит так:
Как на рисунке, луч света не пойдет. Он не может огибать препятствия.
Первая научная формулировка этого важного закона была дана в третьем веке до нашей эры Евклидом.
В соответствии с этим законом свет в одной и той же среде не может идти по ломаной траектории и огибать препятствия. Отсюда вытекает понятие тени. Тень сопровождает человека всюду.
Если поместить между источником света предмет, например, шар, он перекроет путь световых лучей. За шаром на экране в центре тень более темная, чем по краям. Почему так?
Первый. Источник по своим размерам очень мал по сравнению с шаром и расстоянием до экрана. Такой источник света называют точечным. Пусть это будет светящаяся точка А. Та часть прямых лучей, которая упирается на шар не дойдет до экрана, и в соответствующей области его образуется темное пятно – тень. Лучи, идущие выше и ниже шара достигают цели и на экране в этой области светло.
Второй эксперимент. Берется источник света большой или сравнимый с предметом, помещенным между источником и экраном. Такой источник содержит огромное число светящихся точек, испускающих лучи. Из каждой точки, которые находятся между А и В выходит такой же пучок света, как и в первом эксперименте.
Потоки лучей из разных точек источника устремляются к экрану, но доходят до него не все. Мешает шар, дающий для каждого потока свою тень. Все тени пересекаются в центре экрана и образуют общее темное пятно – общую тень. Вокруг нее образуется область размытая, куда от одних точек свет попадает, а от других нет – это полутень.
Природа предоставила человеку яркий пример распространения света, который очень напоминает второй эксперимент. Это солнечные и лунные затмения.
Они происходят, когда Солнце, Луна и Земля, двигаясь по законам Солнечной системы, выстраиваются в одну линию, как показано на схемах.
Затмения для науки представляют большой интерес, особенно солнечные. Они позволяют наблюдать, хоть и кратковременно, состояние солнечной атмосферы, процессы внутри ее и состав.
К какому виду источников света относится молния? Есть ответ на
Основные виды молний
Молния — гигантский электрический разряд в атмосфере, обычно наблюдаемый во время грозы. Проявляется яркой вспышкой света и сопровождается громом. Сила тока в разряде молнии достигает 10-300 тысяч ампер, напряжение — от десятков миллионов до миллиарда вольт. Мощность разряда — от 1 до 1000 ГВт. И при всем этом, молния одно из самых неизученных природных явлений.
Молния облако-облако
Поскольку верхняя часть облака заряжена позитивно, а нижняя — негативно, рядом стоящие грозовые облака могут простреливать электрическими зарядами друг друга.
Горизонтальная молния
Горизонтальная молния. Эта молния не бьет в землю, она распространяется в горизонтальной плоскости по небу. Иногда такая молния может распространяться по чистому небу, исходя от одной грозовой тучи. Такие молнии очень мощные и очень опасные.
Ленточная молния
Ленточная молния — несколько одинаковых зигзагообразных разрядов от облаков к земле, параллельно смещённых относительно друг друга с небольшими промежутками или без них.
Шторовая молния
Шторовая молния выглядит как широкая вертикальная полоса света, сопровождающаяся низким негромким гулом.
Объёмная молния
Объёмная молния – белая или красноватая вспышка при низкой полупрозрачной облачности, с сильным звуком треска “отовсюду”. Чаще наблюдается перед основной фазой грозы.
Эльфы
Эльфы представляют собой огромные, но слабосветящиеся вспышки-конусы диаметром около 400 км, которые появляются непосредственно из верхней части грозового облака. Высота эльфов может достигать 100 км, длительность вспышек — до 5 мс (в среднем 3 мс)
Джеты
Джеты представляют собой трубки-конусы синего цвета. Высота джетов может достигать 40-70 км (нижняя граница ионосферы), живут джеты относительно дольше эльфов.
