Фізична природа і властивості світла

Як і будь-які інші електромагнітні хвилі світло характеризується частотою, довжиною хвилі, поляризацією й інтенсивністю. У вакуумі світло розповсюджується зі сталою швидкістю, яка не залежить від системи відліку — швидкістю світла. Швидкість поширення світла в речовині залежить від властивостей речовини і загалом менша від швидкості світла у вакуумі. Довжина хвилі зв'язана з частотою законом дисперсії, який також визначає швидкість поширення світла в середовищі.

Взаємодіючи з речовиною, світло розсіюється і поглинається. При переході з одного середовища в інше змінюється швидкість розповсюдження світла, що призводить до заломлення. Поряд із заломленням на границі двох середовищ світло частково відбивається. Заломлення та відбиття світла використовується в різноманітних оптичних приладах: призмах, лінзах, дзеркалах, що дозволяють формувати зображення.

Випромінювання і поглинання світла відбувається квантами: фотонами, енергія яких залежить від частоти:

,

де E — енергія кванта, — частота, h — стала Планка.

Звичайне денне світло складається з некогерентних електромагнітних хвиль із широким набором частот. Таке світло заведено називати білим. Біле світло має спектр, що відповідає спектру випромінювання Сонця. Світло з іншим спектром сприймається як кольорове. Дисперсія світла, тобто різна швидкість розповсюдження світлових променів з різною частотою у середовищі, дозволяє розкласти світло на кольорові складові.

Як і будь-яка інша електромагнітна хвиля світло характеризується поляризацією. Денне світло зазвичай неполяризоване, або частково поляризоване. Ступінь поляризації світла змінюється при кожному акті відбиття від будь-якої поверхні або проходження через будь-яке середовище.

Світло переносить енергію. Зокрема, сонячне світло є одним із основних джерел енергії на Землі. Частина цієї енергії сприймається живими організмами при фотосинтезі. Використання сонячної енергії людством одна із найважливіших сучасних проблем.

         Розвиток уявлень про природу світла

Перші уявлення про природу світла виникли у стародавніх греків і єгиптян. У міру винаходи і вдосконалення різних оптичних приладів (параболічного дзеркала, мікроскопа, зорової труби) ці уявлення розвивалися і трансформувалися. В кінці XVII століття виникли дві теорії світла: корпускулярна (І. Ньютон) і хвильова (Р. Гук і Х. Гюйгенс).

Згідно нової теорії, світло являє собою потік частинок (корпускул), що випускаються світяться тілами. Ньютон вважав, що рух світлових корпускул підкоряється законам механіки. Так, віддзеркалення світла розумілося аналогічно відображенню пружного кульки від площини. Заломлення світла пояснювалося зміною швидкості корпускул при переході з одного середовища в іншу. Для випадку заломлення світла на межі вакуум-середу корпускулярна теорія приводила до наступного вигляду закону заломлення:

                                       

де c - швидкість світла у вакуумі, υ - швидкість поширення світла в середовищі. Так як n> 1, з корпускулярної теорії випливало, що швидкість світла в середовищах повинна бути більше швидкості світла у вакуумі. Ньютон намагався також пояснити появу інтерференційних смуг, допускаючи певну періодичність світлових процесів. Таким чином, корпускулярна теорія Ньютона містила в собі елементи хвильових уявлень.

 

Хвильова теорія, на відміну від корпускулярної, розглядала світло як хвильовий процес, подібний механічним хвилях. В основу хвильової теорії був покладений принцип Гюйгенса, згідно з яким кожна точка, до якої доходить хвиля, стає центром вторинних хвиль, а обвідна цих хвиль (площина A₁A₂ на рис. 3.6.1) дає положення хвильового фронту в наступний момент часу. Під хвильовим фронтом Гюйгенс розумів геометричне місце точок, до яких одночасно доходить хвильовий обурення. За допомогою принципу Гюйгенса були пояснені закони відбиття і заломлення. Рис. 3.6.1 дає уявлення про побудовах Гюйгенса для визначення напрямку поширення хвилі, преломленной на межі двох прозорих середовищ

Рисунок 3.6.1.

Для випадку заломлення світла на межі вакуум-середу хвильова теорія приводить до наступного висновку:

                                            

Закон заломлення, отриманий з хвильової теорії, виявився в суперечності з формулою Ньютона. Хвильова теорія приводить до висновку: υ <c, тоді як відповідно до корпускулярної теорії υ> c.

 

                                      45 Фотометрія.

Фотометрія (дав.-гр. φῶς, родовий відмінок φωτός — світло і μετρέω — вимірюю) — загальна для всіх розділів прикладної оптики наукова дисципліна, на основі якої проводяться кількісні вимірювання енергетичних характеристик поля випромінювання.

В основі фотометрії як науки лежить розроблена А. Гершуном теорія світлового поля.

Світлове випромінювання

Світлове випромінювання ядерного вибуху — це потік променистої енергії, який включає ультрафіолетові, інфрачервоні й видимі промені. Джерелом світлового випромінювання є світна сфера, яка складається з повітря і розжарених продуктів вибуху. Зі збільшенням світної сфери (при повітряному вибуху), температура на її поверхні знижується. Коли така куля досягає максимальних розмірів (діаметром понад 200 м), температура на її поверхні дорівнює 8000— 10 000 °С (температура на поверхні Сонця приблизно 6000 °С).

Залежно від потужності ядерного вибуху світлове випромінювання може тривати від кількох секунд до десятків секунд. При ядерному вибуху потужністю 20 кт світлове випромінювання триває 3 с, термоядерному в 1 Мт — 10 с, а потужністю 10 Мт — до 23 с.

Уражаюча дія світлового випромінювання визначається світловим імпульсом.

Світловий імпульс — це кількість світлової енергії, яка припадає на 1 м² (або на 1 см²) освітленої поверхні, розміщеної перпендикулярно поширенню випромінювань протягом всього часу існування світлового потоку ядерного вибуху. Світловий імпульс у системі СІ вимірюється в джоулях на квадратний метр (Дж/м²), несистемна одиниця вимірювання світлового імпульсу кал/см²,1 кал = 4,1868 Дж. Величина світлового імпульсу залежить від потужності та виду ядерного вибуху, відстані освітлювальної поверхні до місця вибуху і атмосферних умов.

Тривалість світлового імпульсу залежить від потужності вибуху і визначається за формулою

                         

де g — потужність вибуху, кт.

 

Точкове джерело світла.

На відміну від джерел направленого світла, точкові джерела знаходяться в певній точці простору з кінцевими координатами, і світло від них розповсюджується рівномірно по всіх напрямах. При розрахунку освітленості в крапці враховуватиметься напрям на таке джерело.

                      

Також для точкових джерел враховується ефект поглинання світла, коли інтенсивність випромінювання зменшується з відстанню (distance attenuation). Убування інтенсивності випромінювання з відстанню задається наступною формулою:

        

де - відстань від освітлюваної крапки до джерела світла.

⇐ Предыдущая14151617181920212223Следующая ⇒

Поделиться: