Экзамен по физике за 8 класс

21. Прямолинейное распространение света

Что же представляет собой свет? Почему и как мы его воспринимаем? Свет нагревает тела, на которые он падает, т. е. передает этим телам энергию. Мы знаем, что существует вид передачи энергии, который называется излучением. Свет – это тоже излучение, но та лишь его часть, которая воспринимается глазом, поэтому свет называют еще видимым излучением.

Раздел науки, посвященный изучению света, называют также оптикой.

Световое (оптическое) излучение создается источниками света

Существуют естественные и искусственные источники света. К естественным источникам света относятся такие, как Солнце, звезды, полярные сияния, молния, различные светящиеся насекомые и растения. К искусственным – лампы, свечи, экран включенного телевизора и т. п.

Все источники можно разделить на собственные источники света или первичные и вторичные. К ним относятся тела, способные излучать световую энергию: спички, лазер и т. д. Вторичные источники света, это такие источники, которые отражают свет первичных источников, и поэтому видимы. Также все источники света можно поделить на точечные и протяженные.

Источники света мы видим потому, что создаваемое ими излучение попадает к нам в глаза. Но мы видим также и тела, не являющиеся источниками света, – деревья, дома и т. д. Однако мы видим их только тогда, когда они освещены источниками света. Излучение, идущее от источников света, упав на поверхность предметов, меняет свое направление и попадает в глаза.

Источники света излучают свет, который в геометрической оптике изображают с помощью луча.

Луч света – это линия, вдоль которой распространяется свет.

Закон прямолинейного распространения света гласит: свет в прозрачной однородной среде распространяется прямолинейно.

Существует несколько опытных доказательств этого закона.

Рассмотрим одно из них – образование тени. Для этого возьмем маленький источник света S. Расположим на некотором расстоянии от нее экран Э. Лампа освещает экран, т. е. в каждую его точку попадает свет. Поместим между лампочкой и экраном непрозрачное тело, например, металлический шар Т. Теперь на экране мы увидим темный круг, так как за шаром образовалась тень – пространство, в которое не попадает свет от источника S . Проведем прямую через точки S и А. На ней будет лежать и точка В. Прямая SВ – это луч света, который касается шара в точке А. Если луч не был бы прямой линией, то тень могла бы не образоваться или иметь другую форму и размеры.

Если в качестве источника взять большую лампу, размеры спирали которой сравнимы с расстоянием от нее до экрана, то вокруг тени на экране образуется частично освещенное пространство – полутень.

Образование полутени не противоречит закону прямолинейного распространения света, а, напротив, подтверждает его. Ведь в данном случае источник света состоит из множества точек и каждая из них испускает лучи. Поэтому на экране имеются области, в которые свет от одних точек источника попадает, а от других не попадает, там и образуется полутень. В центральную область экрана не попадает свет ни от одной точки лампы, там наблюдается полная тень.

В грандиозных масштабах тень и полутень наблюдаются при солнечном и лунном затмениях. Солнечное затмение происходит в новолунье. Явление заключается в том, что Земля, Луна и Солнце оказываются почти на одной прямой. Тень Луны скользит по поверхности Земли.

Лунное затмение – это явление покрытия тенью Земли Луны. Лунное затмение происходит в полнолунье и наблюдается на всей ночной стороне Земли.

Почти до конца 17 столетия многие ученые считали, что свет распространяется мгновенно. Другие ученые, в том числе Галилео Галилей, считали, что свет имеет какую-то определенную скорость, хотя и очень большую.

Для решения спора Галилей предложил провести опыт. Два человека становятся на некотором расстоянии друг от друга. Каждый из них имеет фонарь, снабженный заслонкой, которую можно быстро открыть. Наблюдатели договариваются, что сначала один из них открывает заслонку фонаря, посылает световой сигнал и замечает этот момент времени. Второй открывают свой фонарь, как только получит сигнал от первого. Получив ответный световой сигнал, первый наблюдатель отмечает момент его прихода. Таким образом, будет измерено время прохождения светом двойного расстояния между наблюдателями. Зная время и расстояние, легко вычислить скорость света:

с=2l/t

Неизвестно, провел ли Галилей или кто-нибудь другой такой опыт, но в то время из него нельзя было сделать правильного вывода из-за чрезвычайно большой скорости света. На каком бы расстоянии в пределах Земли ни находились друг от друга наблюдатели, время прохождения светом этого расстояния несоизмеримо меньше времени, в течение которого они могли среагировать на сигнал, открыть заслонку, замерить время.

Однако за Галилеем остается заслуга первой постановки этой проблемы в экспериментальном плане.

Первое измерение скорости света было осуществлено в 1676 г. почти по замыслу Галилея.

В 1672 г. астроном Кассини изучал движение спутников Юпитера. И с помощью некоторых наблюдений вычислил скорость света:

С = 3*10^5 км/с = 3*10^8 м/с.