Когда солнце можно считать точечным источником света

Точечные источники света

Все вопросы, связанные с определением световых величин, особенно просто решаются в том случае, когда источник излучает свет равномерно во всех направлениях. Таким источником является, например, раскаленный металлический шарик. Подобный шарик посылает свет равномерно во все стороны. Это означает, что действие источника на какой-либо приемник света будет зависеть только от расстояния между приемником и центром светящегося шарика. Во многих случаях действие света изучается на расстояниях, настолько превосходящих радиус светящегося шарика, что размеры последнего можно не учитывать. Тогда можно считать, что излучение света происходит как бы из одной точки — центра светящегося шара. В подобных случаях источник света называется точечным.

Само собой разумеется, что точечный источник не является точкой в геометрическом смысле, а имеет, как и всякое физическое тело, конечные размеры. Источник излучения исчезающе малых размеров не имеет физического смысла. Более того, источник, который мы можем считать точечным, не всегда должен быть малым. Дело не в абсолютных размерах источника, а в соотношении между его размерами и теми расстояниями от источника, на которых исследуется его действие. Так, для всех практических задач наилучшим образцом точечных источников являются звезды; хотя они имеют огромные размеры, расстояния от них до Земли во много раз превосходят эти размеры.

Определим более точно, что понимается под равномерным излучением света во все стороны. Для этого воспользуемся представлением о телесном угле Ω (рис.1), который равен отношению площади поверхности σ , вырезанной на сфере конусом с вершиной в точке S , к квадрату радиуса r сферы:

. (1)

Это отношение не зависит от величины r, так как с ростом расстояния вырезаемая конусом поверхность σ увеличивается пропорционально r 2 . Если r = 1, то Ω численно равен σ , т. е. телесный угол измеряется поверхностью, вырезанной конусом на сфере единичного радиуса. Единицей телесного угла является стерадиан (ср) — телесный угол, которому на сфере единичного радиуса соответствует поверхность с площадью, равной единице. Телесный угол, охватывающий все пространство вокруг точечного источника, равен 4π ср, ибо площадь полной поверхности сферы единичного радиуса есть 4π. В этом телесном угле и распределяется полное излучение от точечного источника.

Излучение называется равномерным (изотропным), если в одинаковые телесные углы, выделенные по любому направлению, излучается одинаковая мощность. Итак, точечным источником является источник, размеры которого малы по сравнению с расстоянием до места наблюдения и который посылает световой поток равномерно во все стороны.

Источник

Источники света (окончание)

Естественные и искусственные источники света

Источники света, созданные самой природой (от Солнца до светлячков), называют естественными. Созданные же человеком источники света называют искусственными.

Первым искусственным источником света было пламя костра. Древние греки считали, что огонь подарил людям отважный титан Прометей (рис. 23.6, а).

Тысячелетиями дома и улицы освещали огнём (рис. 23.6, б). Во второй половине 19-го века русские электротехники А. Н. Лодыгин и П. Н. Яблочков изобрели электрические лампы. Электрическое освещение преобразило жилища и улицы городов (рис. 23.6, в).

Точечные и протяженные и сточники света

Любой источник света имеет какой-то размер. Например, лампочка карманного фонарика меньше сантиметра, а диаметр Солнца — почти полтора миллиона километров.

Однако видимый размер источника света определяется не только размером самого источника, но ещё и расстоянием, с которого мы его наблюдаем. Например, некоторые звёзды намного больше Солнца, но все они кажутся нам светящимися точками из-за того, что находятся очень и очень далеко от нас (рис. 23.7, а).

Физическую модель источника света, размерами которого в данных условиях можно пренебречь, называют точечным источником света.

Таким образом, точечными источниками света для нас являются и огромная звезда, расстояние до которой сотни световых лет, и маленькая лампочка фонарика, когда она находится на расстоянии нескольких метров.

Если размером источника света пренебречь нельзя, источник называют протяжённым (рис. 23.7, б). Например, самая близкая к нам звезда — Солнце — является для нас протяжённым источником света: это не светящаяся точка, а светящийся диск.

Источник

Какой источник света можно считать точечным?

Точечный источник света — источник, излучающий свет по всем направлениям равномерно и размерами которого по сравнению с расстоянием, на котором оценивается его действие, можно пренебречь.

Например, Солнце можно считать точечным источником, так как оно расположено очень далеко, хоть его размеры кажутся большими. Радиус = 696340 км, расстояние от Земли до Солнца = 150 млн км => расстояние примерно в 215 раз больше. А вот лампочку в комнате нельзя считать точечным источником.

Непременное условие интерференции — когерентность источников света и их монохроматичность (немонохроматические источники по жизни не могут быть когерентными). На пальцах когерентность означает постоянство разности фаз между двумя волнами.

Пламя свечи — не монохроматическое. Это термодинамически равновесный источник света, то есть его спектр — весьма широкий, в нём присутствуют компоненты всех возможных длин волн (смотрим на формулу Планка). Поэтому такие источники света никак не могут быть когерентными. И даже если пропустить свет от каждой через узкополосный фильтр — всё равно не удастся получить интерференционной картины, опять же из-за полной независимости света одного источника от другого.

И только если у нас есть одна свеча с узкополосным фильтром и две щели, через которые пропускается её свет, — тогда можно получить интерференционную картину. Потому что в таком случае свет, прошедший через каждую щель, оказывается не независимым.

Не, не будем. При движении близком к скорости света из-за релятивистских эффектов зрачок к донышку глазного яблока приклеится. И фокусировка глаза нарушится.

Летать со скоростью света может только свет. Любой массивный и протяжённый объект не в состоянии достичь этой скорости. В качестве источника могу порекомендовать любой школьный учебник для старших классов по физике.

Это прежде всего известная нам радуга, которая доказывает, что белый солнечный свет имеет сложную структуру и может разлагаться на семь цветов (помним их с детства — «каждый охотник хочет знать. «.

Свет содержит электромагнитные волны разных частот и потому каждая переломляется по-разному в зависимости от среды (вещества), через которую проходит. Когда свет падает на какой-нибудь объект, то этот объект одни цвета поглощает, а другие отражает. Этим можно объяснить всё разнообразие красок в природе. Так, например листья зелёные, потому что они отражают именно этот спектр света, а лепестки розы отражают красный цвет. Так что благодаря этому свойству света (т.наз. дисперсия 2 0

Источник

Точечные источники света

Все вопросы, связанные с определением световых величин, особенно просто разрешаются в том случае, когда источник излучает свет равномерно во всех направлениях. Таким источником является, например, раскаленный металлический шарик. Подобный шарик посылает свет равномерно во все стороны. Это означает, что действие источника на какой-либо приемник света будет зависеть только от расстояния между приемником и центром светящегося шарика и не будет зависеть от направления радиуса, проведенного к приемнику из центра шарика.

Во многих случаях действие света изучается на расстоянии R, настолько превосходящем радиус r светящегося шарика, что размеры последнего можно не учитывать. Тогда можно считать, что излучение света происходит как бы из одной точки – центра светящегося шара. В подобных случаях источник света называется точечным источником.

Точечный источник не является точкой в геометрическом смысле, а имеет, как и всякое физическое тело, конечные размеры. Источник излучения исчезающе малых размеров не имеет физического смысла, т. к. такой источник должен был бы с единицы своей поверхности излучать бесконечно большую мощность, что является невозможным.

Более того, источник, который мы можем считать точечным, не всегда должен быть малым. Дело не в абсолютных размерах источника, а в соотношении между его размерами и теми расстояниями от источника, на которых исследуется его действие. Так, для всех практических задач наилучшим образцом точечных источников являются звезды; хотя они имеют огромные размеры, расстояния от них до Земли во много раз превосходят эти размеры.

Необходимо также помнить, что прообразом точечного источника является равномерно светящийся шарик. Поэтому источник света, посылающий свет неравномерно, не является точечным, хотя бы он был и очень маленьким по сравнению с расстоянием до точки наблюдения.

Полное излучение какого-либо источника распределяется в телесном угле 4π ср. Излучение называется равномерным,илиизотропным, если в одинаковые телесные углы, выделенные по каждому направлению, излучается одинаковая мощность. Чем меньше телесные углы, в которых производят сравнение мощности, тем с большей точностью проверяется равномерность излучения.

Итак, точечным источником является источник, размеры которого малы по сравнению с расстоянием до места наблюдения и который посылает свет равномерно во все стороны.

Источник

§ 63. Источники света. Распространение света

Ещё в глубокой древности учёные интересовались природой света. Что такое свет? Почему одни предметы цветные, а другие белые или чёрные?

Опытным путём было установлено, что свет нагревает тела, на которые он падает. Следовательно, он передаёт этим телам энергию. Вам уже известно, что одним из видов теплопередачи является излучение. Свет — это излучение, но лишь та его часть, которая воспринимается глазом. В этой связи свет называют видимым излучением.

Поскольку свет — это излучение, то ему присущи все особенности этого вида теплопередачи. Это значит, что перенос энергии может осуществляться в вакууме, а энергия излучения частично поглощается телами, на которые оно падает. Вследствие этого тела нагреваются.

Тела, от которых исходит свет, являются источниками света. Источники света подразделяются на естественные и искусственные.

Естественные источники света — это Солнце, звёзды, атмосферные разряды, а также светящиеся объекты животного и растительного мира. Это могут быть светлячки, гнилушки и пр.

Естественные источники света:
а — светлячок; б — медуза

Искусственные источники света, в зависимости от того, какой процесс лежит в основе получения излучения, разделяют на тепловые и люминесцирующие.

К тепловым относят электрические лампочки, пламя газовой горелки, свечи и др.

Искусственные источники света:
а — свеча; б — люминесцентная лампа

Люминесцирующими источниками являются люминесцентные и газосветовые лампы.

Мы видим не только источники света, но и тела, которые не являются источниками света, — книгу, ручку, дома, деревья и др. Эти предметы мы видим только тогда, когда они освещены. Излучение, идущее от источника света, попав на предмет, меняет своё направление и попадает в глаз.

На практике все источники света имеют размеры. При изучении световых явлений мы будем пользоваться понятием точечный источник света.

Если размеры светящегося тела намного меньше расстояния, на котором мы оцениваем его действие, то светящееся тело можно считать точечным источником.

Громадные звёзды, во много раз превосходящие Солнце, воспринимаются нами как точечные источники света, так как находятся на колоссальном расстоянии от Земли.

Ещё одно понятие, которым мы будем пользоваться в этом разделе, — световой луч.

Световой луч — это линия, вдоль которой распространяется энергия от источника света.

Если между глазом и каким-нибудь источником света поместить непрозрачный предмет, то источник света мы не увидим. Объясняется это тем, что в однородной среде свет распространяется прямолинейно.

Прямолинейное распространение света — факт, установленный в глубокой древности. Об этом писал ещё основатель геометрии Евклид (300 лет до нашей эры).

Древние египтяне использовали закон прямолинейного распространения света для установления колонн по прямой линии. Колонны располагались так, чтобы из-за ближайшей к глазу колонны не были видны все остальные (рис. 122).

Рис. 122. Применение закона прямолинейного распространения света

Прямолинейностью распространения света в однородной среде объясняется образование тени и полутени. Тени людей, деревьев, зданий и других предметов хорошо наблюдаются на Земле в солнечный день.

На рисунке 123 показана тень, полученная на экране при освещении точечным источником света S непрозрачного шара А. Поскольку шар непрозрачен, то он не пропускает свет, падающий на него. В результате на экране образуется тень.

Рис. 123. Получение тени

Тень — это та область пространства, в которую не попадает свет от источника.

Такую тень можно получить в тёмной комнате, освещая шар карманным фонарём. Если провести прямую через точки S и А (см. рис. 123), то на ней будет лежать и точка В. Прямая SB является лучом света, который касается шара в точке А. Если бы свет распространялся не прямолинейно, то тень могла бы не образоваться. Такую чёткую тень мы получили потому, что расстояние между источником света и экраном намного больше, чем размеры лампочки.

Теперь возьмём большую лампу, размеры которой будут сравнимы с расстоянием до экрана (рис. 124). Вокруг тени на экране образуется частично освещенное пространство — полутень.

Рис. 124. Получение полутени

Полутень — это та область, в которую попадает свет от части источника света.

Описанный выше опыт также подтверждает прямолинейное распространение света. Поскольку в данном случае источник света состоит из множества точек и каждая из них испускает лучи, то на экране имеются области, в которые свет от одних точек попадает, а от других нет. Там и образуется полутень. Это области А и Б.

Часть поверхности экрана окажется совершенно неосвещённой. Это центральная область экрана. Здесь наблюдается полная тень.

Образованием тени при падении света на непрозрачный предмет объясняются такие явления, как затмения Солнца и Луны.

При движении вокруг Земли Луна может оказаться между Землёй и Солнцем или Земля — между Луной и Солнцем. В этих случаях наблюдаются солнечные или лунные затмения.

Во время лунного затмения Луна попадает в тень, отбрасываемую Землёй (рис. 125).

Рис. 125. Лунное затмение

Во время солнечного затмения (рис. 126) тень от Луны падает на Землю.

Рис. 126. Солнечное затмение

В тех местах Земли, куда упала тень, будет наблюдаться полное затмение Солнца. В местах полутени только часть Солнца будет закрыта Луной, т. е. произойдёт частное затмение Солнца. В остальных местах на Земле затмение наблюдаться не будет.

Поскольку движения Земли и Луны хорошо изучены, то затмения предсказываются на много лет вперёд. Учёные пользуются каждым затмением для разнообразных научных наблюдений и измерений. Полное солнечное затмение даёт возможность наблюдать внешнюю часть атмосферы Солнца (солнечную корону, рис. 127). В обычных условиях солнечная корона не видна из-за ослепительного блеска поверхности Солнца.

Рис. 127. Солнечная корона

Вопросы

Что такое луч света?
В чём состоит закон прямолинейного распространения света?
Какое явление служит доказательством прямолинейного распространения света?
Пользуясь рисунком 123, объясните, как образуется тень.
При каких условиях наблюдается не только тень, но и полутень?
Пользуясь рисунком 124, объясните, почему в некоторых областях экрана получается полутень.

Упражнение 44

Какие источники света изображены на рисунке 128?

Рис. 128
На рисунке 129 изображена схема опыта по получению тени от двух источников света S₁ и S₂. Источник S₁ — маленькая лампочка красного цвета, источник S₂ — синего. Перечертите схему в тетрадь и раскрасьте рисунок. Объясните, почему опыт доказывает прямолинейность распространения света.

Рис. 129

При солнечном затмении на Землю падает тень и полутень от Луны (см. рис. 126). Видит ли Солнце человек, находящийся в области тени; полутени? Ответ обоснуйте.

Источник