Источники света могут быть разделены на естественные и искусственные.
1. Естественные источники света:
— Солнце: Основной источник света и тепла для Земли. Обеспечивает освещение днем.
— Луна: Отражает свет солнца и обеспечивает ночное освещение.
— Звезды: Источники света в ночном небе за счет собственного излучения.
2. Искусственные источники света:
— Электрические лампы: Наиболее распространенный тип искусственного источника света. Включают лампочки, люминесцентные лампы, галогенные лампы и светодиоды.
— Факелы: Источники открытого огня, часто используемые для освещения и декоративных целей.
— Свечи: Источники света, работающие на основе горения воска или других материалов, часто используемые в религиозных и торжественных церемониях.
— Костры: Открытые источники огня, используемые для освещения и обогрева, а также для кулинарных целей.
Прямолинейное распространение света является одним из основных принципов оптики, который утверждает, что свет распространяется по прямым линиям в однородной среде. Этот принцип был впервые сформулирован в древние времена и остается одним из основных принципов современной физики света.
Согласно этому принципу, световые лучи движутся в прямых линиях от источника света и не отклоняются, пока не встретятся с препятствием или изменением среды. Когда свет переходит из одной среды в другую с разной оптической плотностью, он может претерпеть преломление или отражение, но все равно его распространение будет по прямым линиям.
Прямолинейное распространение света объясняет множество явлений, таких как тень, формирование изображений при помощи линз и зеркал, а также взаимодействие света с объектами в окружающей среде. Этот принцип является одним из основных основ оптики и широко используется в изучении света и его характеристик.
Закон Снеллиуса устанавливает числовое соотношение между углами падения и преломления луча при переходе из одной среды в другую. Если θ1 и θ2 — углы, соответственно, падения и преломления относительно нормали (см. рисунок) при переходе луча из одной среды в другую, а n1 и n2 — коэффициенты преломления этих сред, то имеет место соотношение:
n1 sin θ1 = n2 sin θ2
Смысл этого закона в том, что если известны коэффициенты преломления света в двух граничащих средах и угол падения луча, можно рассчитать, насколько отклонится луч после пересечения границы между средами.
Угол падения и угол преломления луча
Давайте посмотрим на процесс преломления с точки зрения геометрии. Для этого обратимся к схеме ниже.
Угол α на картинке — угол падения — это угол между падающим лучом и перпендикуляром, проведенным в точку падения луча на границу раздела сред. Угол γ — угол преломления — это угол между преломленным лучом и перпендикуляром, проведенным в точку падения луча на границу раздела сред.
Теперь рассмотрим картинку ниже и разберемся, как меняется угол преломления света при переходе в вещества разной плотности оптической среды.
Из иллюстрации можно сделать такие выводы:
При переходе света из менее плотной оптической среды в более плотную, скорость уменьшается, и угол преломления меньше угла падения.
При переходе света из более плотной оптической среды в менее плотную, скорость увеличивается, и угол преломления больше угла падения.
При переходе света из одной среды в другую с такой же оптической плотностью, скорость распространения не изменяется, и угол падения равен углу преломления.
Абсолютный показатель преломления света
Абсолютный показатель преломления — безразмерная величина, показывающая отношение скорости света в вакууме к скорости распространения в среде.
Абсолютный показатель преломления обозначается буквой [n]. Его можно рассчитать по формуле:
n = c/v, где:
с — скорость света в вакууме (с=3 * 108 м/с),
v — скорость распространения света в среде.
Эта величина показывает, во сколько раз меняется скорость света при переходе из вакуума в воздух, воду, стекло и т. д. Абсолютный показатель преломления n некоторых веществ можно найти в таблице ниже.
Вещество
n
Воздух
1,00
Лед
1,31
Вода
1,33
Спирт
1,36
Стекло (обычное)
1,50
Стекло (оптическое)
1,47–2,04
Рубин
1,76
Алмаз
2,42
Относительный показатель преломления
Относительный показатель преломления — безразмерная величина, показывающая отношение абсолютных показателей преломления двух сред.
Этот показатель указывает на то, во сколько раз изменится скорость распространения луча при переходе из одной среды в другую. Его можно рассчитать по такой формуле:
n21 = n2/n1, где:
n1 — показатель преломления 1-й среды,
n2 — показатель преломления 2-й среды.
Закон преломления света
Давайте разберемся, как мы можем найти угол преломления и угол падения, если знаем относительный или абсолютный показатель. В этом нам помогут законы преломления света. В свое время их изучал голландский математик Виллеброрд Снелл, именно поэтому их часто называют законами Снеллиуса или Снелла.
Рассмотрим формулировку законов преломления.
Падающий и преломленный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости.
Отношение синуса угла падения α к синусу угла преломления γ — это постоянная величина для двух данных сред:
Задание № 1
Известно, что показатель преломления воздуха и некоторой среды равен 3. Если угол между лучом и границей двух сред 30°, то каким будет угол преломления?
Решение
Воспользуемся формулой, описанной во втором законе преломления:
Проанализировав текст задачи, мы видим, что нам дано значение угла между лучом и границей, а не угол падения. Найдем угол падения:
∠α = 90 – 30 = 60.
Выразим из формулы:
sin(y) = sinα / n21.
Подставим значения и рассчитаем угол преломления:
Ответ: 30°.
