Световые явления

                                               Оглавление

1.Введение………………………………………………………………………….2стр.

2.Закон прямолинейного света……………………………………………………3стр.

3.Оптические явления на границе раздела двух сред. Принцип Гюйгенса. Изображение в плоском зеркале…………………………………………6стр.

 

4. Изображение в плоском зеркале………………………………………………..8стр.

5.Поляризация…………………………………………………………………….9стр.

6.Линза…………………………………………………………………………...10стр.

7.Шкала электромагнитных  волн………………………………………………11стр.

 

                                                  Введение

Я выбрала тему «Световые  явления», так как значение света в нашей жизни очень велико. Трудно представить себе жизнь без света. Ведь все живое зарождается и развивается под влиянием света и тепла.

Первые представления  древних ученых о свете были весьма наивны. Считалось, что из глаз выходят  особые тонкие щупальца и зрительные впечатления возникают при ощупывании ими предметов. Тогда под оптикой  понимали науку о зрении. Именно такой точный смысл слова «оптика».  
В средние века оптика постепенно из науки о зрении превратилась в науку о свете. Этому способствовало изобретение линз. В современное время оптика - это раздел физики, в котором исследуется испускание света, его распространение в различных средах и взаимодействие с веществом.  
Наша планета окружена газовой оболочкой, которую мы называем атмосферой. Обладая наибольшей плотностью у земной поверхности и постепенно разрежаясь с поднятием вверх, она достигает толщины более сотни километров. 
И это не застывшая газовая среда с однородными физическими данными. Наоборот, атмосфера земли находится в постоянном движении. Под воздействием различных факторов, её слои перемешиваются, меняют плотность, температуру, прозрачность, перемещаются на большие расстояния с различной скоростью. 
Для лучей света, идущих от солнца или других небесных светил, земная атмосфера представляет собой своеобразную оптическую систему с постоянно меняющимися параметрами. Оказываясь на их пути, она и отражает часть света, рассеивает его, пропускает его сквозь всю толщу атмосферы, обеспечивая освещённость земной поверхности, в определённых условиях разлагает его на составляющие и искривляет ход лучей, вызывая, тем самим, различные атмосферные явления.  
Как часто люди попадают в такую ситуацию: глаз видит, а мозг отказывается верить! Явления природы – это ведь не только банальные восход и закат, отлив и прилив. Иногда окружающий мир подкидывает нам что-то совсем экстравагантное: северное сияние, мираж, солнечное и лунное гало и многое-многое другое. Здесь вы можете прочитать о самых интересных световых явлениях на земле. 

Закон прямолинейного распространения света. Скорость света  и методы ее измерения.

Свет в однородной среде  распространяется прямолинейно.

Луч – часть прямой, указывающей направление распространения света. Понятие луча ввел Евклид (геометрическая или лучевая оптика – раздел оптики, изучающий законы распространения света, основанные на понятии луча, без учета природы света).

Прямолинейностью распространения  света объясняется образование  тени и полутени.

При малых размерах источника (источник, находится на расстоянии, по сравнению с которым размерами  источника можно пренебречь) получается только тень (область пространства, в которую свет не попадает).

При больших размерах источника  света (или, если источник находится  близко к предмету) создаются нерезкие тени (тень и полутень).

В астрономии – объяснение затмений.

 

Световые пучки  распространяются независимо друг от друга. Например, проходя один через другой, они не влияют на взаимное распространение.

Световые пучки  обратимы, т.е., если поменять местами источник света и изображение, полученное с помощью оптической системы, то ход лучей от этого не изменится.

Скорость света и методы ее измерения.

Первые предложения выдвинуты Галилеем: фонарь и зеркало устанавливаются на вершинах двух гор; зная расстояние между горами и, измеряя время распространения, можно рассчитать скорость света.

 

Астрономический метод измерения скорости света

Впервые осуществлен датчанином Олафом Ремером в 1676 г. Когда Земля очень близко подошла к Юпитеру (на расстояние L₁), промежуток времени между двумя появлениями спутника Ио оказался 42 ч 28 мин; когда же Земля удалилась от Юпитера на расстояние L₂, спутник стал выходить из тени Юпитера на 22 мин. позднее. Объяснение Ремера: это запаздывание происходит за счет того, что свет проходит дополнительное расстояние Δ l= l ₂ – l ₁.

 

 

Лабораторный метод измерения скорости света

Метод Физо(1849). Свет падает на полупрозрачную пластину и отражается, проходя через вращающееся зубчатое колесо. Пучок, отраженный от зеркала, может попасть к наблюдателю, только пройдя между зубьями. Если знать скорость вращения зубчатого колеса, расстояние между зубьями и расстояние между колесом и зеркалом, то можно рассчитать скорость света.

Метод Фуко– вместо зубчатого колеса вращающаяся зеркальная восьмигранная призма.

с=313 000 км/с. 

В настоящее время вместо механических делителей светового  потока применяются оптоэлектронные (ячейка Керра – кристалл, оптическая прозрачность которого меняется в зависимости  от величины электрического напряжения).

Можно измерить частоту колебаний  волны и независимо – длину  волны (особенно удобно в радиодиапазоне), а затем рассчитать скорость света  по формуле  .

По современным данным, в вакууме с=(299792456,2 ± 0,8) м/с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оптические  явления на границе раздела двух сред. Принцип Гюйгенса. Изображение  в плоском зеркале.

Оптические явления на границе раздела двух сред.

На границе раздела двух сред наблюдаются: отражение, преломление и поглощение света. Отражение, преломление и поглощение падающего на тело излучения зависит от рода вещества, состояния поверхности, состава излучения и угла падения.

Угол между падающим лучом и  перпендикуляром, восставленным в  точку падения луча, называется углом падения (α).

Угол между перпендикуляром, восставленным  в точку падения луча, и отраженным лучом  называется углом отражения (γ).

Угол между перпендикуляром, восставленным  в точку падения луча, и преломленным лучом  называется углом преломления (β).

Отражение света.

Отражение, при котором пучок  параллельных лучей преобразуется в расходящийся, называется диффузным.

Диффузное, или рассеянное, отражение позволяет нам видеть тела.

Отражение, при котором пучок параллельных лучей остается параллельным, называется зеркальным.

Законы отражения  света.

1. Луч падающий и луч отраженный лежат в одной плоскости с перпендикуляром к отражающей поверхности.
2. Угол отражения луча равен углу его падения Δα=Δγ.

Законы отражения света были известны еще древним грекам, но теоретическое  доказательство стало возможно только на основе принципа Гюйгенса.

Принцип Гюйгенса (1690)

Каждая точка среды, до которой  дошло возмущение, является источником вторичных сферических волн, огибающая  которых показывает новое положение  волнового фронта. Например, сферическая волна распространяется в изотропной среде, т. е. скорость волны одинакова по всем направлениям. Пусть в момент времени 1 фронт волны находится в положении 1. За время Δt вторичная волна от каждой точки волновой поверхности распространится на расстояние

R=υ^.Δt по направлению луча. Огибающая этих элементарных волн (линия 2) определяет новое положение волнового фронта. Так ведут себя волны на поверхности воды: имеют форму окружностей. Используя рассмотренный принцип, можно объяснить отражение, дифракцию и другие явления.

Изображение в плоском  зеркале.

Из множества лучей, падающих из точки S на зеркало MN, выделим три произвольных луча: SO, SO₁, SO₂. Каждый луч отразится от зеркала под таким же углом, под каким падает на зеркало. Если продолжить отраженные лучи за зеркало MN, то они сойдутся в точке S₁. Глаз воспринимает их как бы исходящими из точки S₁. Т.о. точка S₁ является изображением точки S в зеркале.

Изображение любого предмета в плоском зеркале равно по размерам самому предмету и расположено  относительно зеркала симметрично  предмету.

Для построения изображения  предмета в плоском зеркале достаточно построить точки, симметричные точкам предмета.

Изображение в плоском  зеркале:

1. мнимое – т.е. находится на пересечении продолжений лучей, а не самих лучей;
2. прямое – т.е. не перевернутое;
3. равное.

Поляризация

ПОЛЯРИЗАЦИЯ – это   ориентированность колебаний световой волны в пространстве. Эти колебания перпендикулярны направлению движения луча света. Элементарная световая частица (квант света) представляет  собой   волну, которую можно сравнить для наглядности с волной, которая побежит по канату, если, закрепив  один его конец, другой встряхнуть рукой. Направление колебаний каната может быть различным, смотря по тому, в каком направлении встряхивать канат. Точно так же и направление колебаний волны кванта может быть разным. Пучок света состоит из множества квантов. Если их колебания различны, такой свет не поляризован, если же все кванты имеют абсолютно одинаковую ориентацию, свет называют полностью поляризованным. Степень поляризации может быть различной в зависимости от того, какая доля  квантов в нем обладает одинаковой ориентацией колебаний.

Проведём опыт:

Свет, испускаемый лампой накаливания, не поляризован. Пройдя сквозь первый кристалл турмалина, свет становится плоскополяризованным. Второй кристалл пропускает поляризованный свет при определенной ориентации кристалла относительно плоскости поляризации. Поворот второй пластины относительно первой приводит к изменению интенсивности света.

Если анализатор повернуть на 90°, то поляризованный свет проходить не будет. Этот опыт обнаруживает поперечность световых волн.

Поляризация присуща только поперечным волнам. Продольные волны не поляризуются. Следовательно, световые волны имеют электромагнитную природу. Если свет поляризован, то колебания Е и В происходят в двух определенных плоскостях.

Но не только кристаллы турмалина  способны поляризовать свет. Таким  же свойством обладают поляроиды  в виде тонкой (0,1 мм) пленки кристаллов герапатита, нанесенной на целлулоид или стекло.

Применение поляризованного  света: регулировка освещенности, гашение  зеркальных бликов при фотографировании, предупреждение ослепления водителя встречным транспортом, наблюдение ярких источников света в астрономии (например, солнечной короны), в геологии и ряде других областей науки и техники.

Линза

Прозрачное для света  тело, ограниченное выпуклыми или  вогнутыми преломляющими поверхностями, называется линзой. Принцип работы линзы объясняется на основе анализа  хода лучей в призме и усеченной  призме.

Собирающие (положительные) линзы - это линзы, преобразующие  пучок параллельных лучей в сходящийся: двояковыпуклые (1), где 0₁0₂ — главная оптическая ось, R₁R₂— радиусы кривизны поверхности, плоско-выпуклые (2),выпукло-вогнутые (3).

Рассеивающие (отрицательные) линзы - это линзы, преобразующие  пучок параллельных лучей в расходящийся: вогнутовыпуклые (4), двояковогнутые(5), плоско-вогнутые (6).

Линзы, у которых середины толще чем края - собирающие, а у которых толще края — рассеивающие. Эти условия выполняются, если показатель преломления стекла, из которого изготовлена линза, больше показателя преломления среды, в которой используется линза.

Оптическая сила линзы: 

Единица оптической силы линзы в  СИ — диоптрия: 1 дптр =1 м^-1.

Оптическая сила линзы определяется кривизной ее поверхности, а также  показателем преломления ее вещества относительно окружающей среды:

где r₁ и R₂ - радиусы сферических поверхностей линзы; n - относительный показатель преломления.

Шкала электромагнитных волн

ЭЛЕКТРОМАГНИ́ТНЫЕ ВО́ЛНЫ-электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве с конечной скоростью, зависящей от свойств среды.

Длины электромагнитных волн, которые могут быть зарегистрированы приборами, лежат в очень широком  диапазоне. Все эти волны обладают общими свойствами: поглощение, отражение, интерференция, дифракция, дисперсия. Свойства эти могут, однако, проявляться  по-разному. Различными являются источники  и приемники волн.

Радиоволны

ν=10⁵- 10¹¹ Гц, λ=10^-3-10³ м.

Получают с помощью  колебательных контуров и макроскопических вибраторов. Свойства. Радиоволны различных частот и с различными длинами волн по-разному поглощаются и отражаются средами. Применение Радиосвязь, телевидение, радиолокация. В природе радиоволны излучаются различными внеземными источниками (ядра галактик, квазары).