Перейти к содержимому
RanimusВетвь разума
ВойтиРегистрация

Распространение и отражение света

Источники света, прямолинейное распространение, тень, затмения, законы отражения, плоское зеркало.

ДоступнаСложность: ★★☆☆☆Время: 55 минЗа прохождение: 53 (с первой попытки 63)
Пройти тест Пропустить тему

Пожаловаться

ТеорияТестДомашняя работа3Самоконтроль3

Зачем это нужно

Мы видим окружающий мир благодаря свету: он идёт от предметов к нашим глазам. Почему возникают тени и как происходят солнечные и лунные затмения? Почему в зеркале мы видим себя «наоборот»? Как работают перископ, фары автомобиля, световозвращатели на одежде? Ответы даёт геометрическая оптика — раздел физики, в котором свет описывают лучами. Её законы лежат в основе фотоаппаратов, микроскопов, телескопов и оптоволоконной связи.

Источники света

Источники света — тела, которые сами излучают свет.

  • Естественные: Солнце, звёзды, молния, светлячки.
  • Искусственные: лампы, свечи, экраны, лазеры.

По природе свечения различают тепловые источники (Солнце, лампа накаливания, пламя — светятся, потому что сильно нагреты) и люминесцентные (светодиоды, лампы дневного света, светящиеся краски — светятся без сильного нагрева).

Большинство предметов вокруг (Луна, стены, книги) сами не светятся, а отражают свет.

Если размеры источника малы по сравнению с расстоянием до него, его считают точечным (звезда для нас — точечный источник).

Прямолинейное распространение света

Световой луч — линия, вдоль которой распространяется энергия света. В однородной прозрачной среде свет распространяется прямолинейно.

Доказательство — образование тени:

  • тень — область, куда свет от источника не попадает совсем;
  • полутень — область, куда попадает свет лишь от части протяжённого источника.

Затмения — тени в космическом масштабе. Солнечное затмение наступает, когда Луна оказывается между Солнцем и Землёй, и её тень падает на Землю. Лунное затмение — когда Земля оказывается между Солнцем и Луной, и Луна попадает в тень Земли.

Скорость света в вакууме c≈300 000c \approx 300\,000 км/с — от Солнца до Земли свет идёт около 8 минут 20 секунд.

Отражение света. Законы отражения

Плоское зеркало, падающий луч AO и отражённый луч OB; перпендикуляр к зеркалу в точке падения; угол падения α равен углу отражения β

Угол падения α\alpha — угол между падающим лучом и перпендикуляром к отражающей поверхности в точке падения. Угол отражения β\beta — угол между отражённым лучом и тем же перпендикуляром.

Законы отражения света:

  1. Падающий луч, отражённый луч и перпендикуляр к поверхности в точке падения лежат в одной плоскости.
  2. Угол отражения равен углу падения: β=α\beta = \alpha.

Если пустить луч по пути отражённого, он отразится по пути падающего — обратимость световых лучей.

Зеркальное и рассеянное отражение. От гладкой поверхности (зеркало, спокойная вода) параллельные лучи отражаются параллельным пучком — зеркальное отражение. От шероховатой поверхности (бумага, ткань) лучи отражаются во все стороны — рассеянное (диффузное) отражение. Именно благодаря рассеянному отражению мы видим несветящиеся предметы со всех сторон.

Разобранный пример 1

Угол между падающим лучом и зеркалом 35∘35^\circ. Найдите угол отражения и угол между падающим и отражённым лучами.

  1. Угол падения отсчитывают от перпендикуляра: α=90∘−35∘=55∘\alpha = 90^\circ - 35^\circ = 55^\circ.
  2. Угол отражения β=55∘\beta = 55^\circ.
  3. Угол между лучами: 55∘+55∘=110∘55^\circ + 55^\circ = 110^\circ.

Плоское зеркало

Изображение предмета в плоском зеркале:

  • мнимое — его образуют не сами лучи, а их продолжения за зеркалом (на экране его не получить);
  • прямое и равное по размеру предмету;
  • расположено симметрично предмету относительно плоскости зеркала: на таком же расстоянии за зеркалом, как предмет перед ним.

Зеркало меняет местами «право» и «лево»: поднимите правую руку — отражение поднимет левую.

Разобранный пример 2

Человек стоит в 1,5 м от зеркала. Каково расстояние между ним и его изображением? Как оно изменится, если человек подойдёт на 0,5 м ближе?

  1. Изображение — в 1,5 м за зеркалом, расстояние 1,5+1,5=31{,}5 + 1{,}5 = 3 м.
  2. После приближения: 1+1=21 + 1 = 2 м — уменьшилось на 1 м.

Применения отражения

  • Перископ — два зеркала, наклонённых под 45∘45^\circ, позволяют видеть поверх препятствия (подводные лодки, окопы).
  • Световозвращатели (катафоты) на велосипедах и одежде отражают свет фар точно назад к водителю: они состоят из множества уголков из трёх взаимно перпендикулярных зеркальных граней.
  • Зеркала заднего вида и уличные зеркала на опасных поворотах.
  • Солнечные электростанции башенного типа: тысячи зеркал направляют солнечный свет на один приёмник.

Типичные ошибки

  • Отсчитывать угол падения от поверхности зеркала, а не от перпендикуляра.
  • Считать изображение в плоском зеркале действительным.
  • Думать, что изображение находится на поверхности зеркала.
  • Путать тень и полутень.
  • Путать условия солнечного и лунного затмения.

Что дальше