Свет

Это преобразование описывает закон сохранения энергии. Он гласит, что любая энергия не возникает ниоткуда и не исчезает в никуда. Она может только переходить из одной формы в другую.

1.10 Естественные источники света

Основным природным источником света для нас является Солнце, которое «работает» именно за счёт тепловой энергии. Но в природе светиться способно не только оно.

Так, яркая вспышка молнии – результат разряда электрических частиц в грозовом облаке. Или, например, фосфор светится зелёным при окислении его кислородом воздуха. Это явление называется хемилюминесценцией. Кроме того, свет способны излучать отдельные биологические организмы – светлячки, водоросли, медузы, некоторые жители океана.

Однако же, кроме Солнца, все остальные естественные источники света являются или слишком слабыми, или непостоянными. Лишь в сказках можно с помощью светлячков осветить себе путь через лес. В реальной жизни только Солнце более-менее постоянно даёт свет всем живым существам на нашей планете. Но, к сожалению, и оно не является идеальным источником освещения.

1.11 Искусственные источники света

Даже в древние времена Солнце не могло полностью удовлетворить потребности человека. К ночи небесное светило всегда скрывалось за горизонтом, и он оставался один на один с опасностями, которые таила в себе темнота.

Поэтому человек создал искусственные источники света, силу и время свечения которых мог контролировать. Сначала он научился добывать огонь, стал зажигать факелы и костры, затем придумал, как делать свечи и масляные лампы.

В середине XIX века была изобретена лампа накаливания, после чего появились многие другие виды ламп – галогенные, люминесцентные, ртутные, натриевые, светодиодные и т.д.

В основе устройства всех этих ламп лежат различные принципы получения света. В лампе накаливания используется, как следует из её названия, накальный принцип – нагревание проводника с помощью электрического тока. В ртутной лампе свет возникает в результате газового разряда. В люминесцентных лампах светится специальный порошок, нанесённый на стенки колбы.

В современной жизни мы используем три основные источника искусственного света – тепловые, люминесцентные и светодиодные лампы.

1.12 Свет и предмет

Лучи света, будь то солнечный свет или свет лампы, определённым образом взаимодействуют с разными предметами, которые они освещают. Возьмём лист белой бумаги, чёрный картон и обыкновенное стекло. В тёмной комнате посветим на них по очереди фонариком. Белый лист сразу выделится из темноты. Чёрный картон будет практически неразличим. Стекло тоже очень непросто заметить, но зато мы сможем разглядеть те предметы за ним, на которые попадёт луч фонарика.

Этот небольшой опыт показывает, что свет взаимодействует с поверхностью предмета, на которую он падает, тремя способами: отражается от поверхности; поглощается поверхностью; проходит через толщу вещества. Большую часть падающего света отражают белые предметы. А чёрные, наоборот, почти весь свет поглощают, но при этом нагреваются, поскольку световая энергия переходит в тепловую. Именно поэтому в солнечную погоду невозможно прикоснуться к капоту чёрного автомобиля – настолько он становится горячим. По такому принципу работают водонагревательные элементы на крышах зданий в южных странах, в то время как дома на юге стараются красить в белый цвет. А окна делают из стекла – ведь это один из тех материалов, которые лучше всего пропускают солнечные лучи.

1.13 Три части светового потока

Несмотря на то, что некоторые предметы кажутся нам светлее, другие – темнее, а третьи – прозрачнее, ни один материал не способен полностью поглотить, пропустить или отразить свет. Поток света, падающий на поверхность, всегда делится на три части – отражённую, поглощённую и прошедшую насквозь.

Поверхность белой бумаги отражает не весь падающий свет, а прозрачное стекло, даже очень тонкое и чистое, не весь свет пропускает. Поэтому мы видим и само стекло, и предметы за ним. Чёрные предметы тоже поглощают световую энергию не полностью.

Какую часть лучей поверхность отразит, какую поглотит, а какую пропустит, зависит от её свойств.

Окружающие нас предметы могут быть сделаны из разных материалов. Если вы завяжете себе глаза, то на ощупь всегда сможете отличить бумажную коробку от капота автомобиля, потому что у них разная фактура. Как и наши пальцы, световые лучи «различают» все эти поверхности и по-разному отражаются от них.

1.14 Отражённый свет

Освещая различные объекты. и отражаясь от их поверхности, лучи света попадают в наш глаз. По сути, мир вокруг нас мы воспринимаем в отражённом свете. Сами предметы не испускают никакого видимого излучения.

Световая энергия распространяется от источника во все стороны. Но каждый конкретный луч отражается от поверхности, на которую падает, в совершенно определённом направлении.

Это направление описывает закон отражения света: угол падения равен углу отражения.

Угол падения – это угол между падающим на поверхность лучом и перпендикуляром к ней, установленным в точке падения.

Угол отражения – это угол между отражённым от поверхности лучом и этим же перпендикуляром.

Справедливость этого закона легко проверить: попробуйте в тёмной комнате направить на зеркало, висящее на стене, луч фонарика, но не прямо, а под определённым углом. Вы увидите, как он под тем же углом отразится от зеркала. Точно так же свет отражается от любой другой поверхности.

1.15 Свойства различных поверхностей

Окружающие нас предметы могут быть сделаны из необработанного дерева, блестящего металла, грубого камня или мягкой шерсти. Если вы завяжете себе глаза, то на ощупь всегда сможете отличить бумажную коробку от капота автомобиля, потому что у них разная фактура. Как и наши пальцы, световые лучи «различают» все эти поверхности и по-разному отражаются от них.

Давайте сравним белый автомобиль и стену дома, выкрашенную белой краской. Поскольку и автомобиль, и стена – белые, они отражают примерно одинаковую часть падающего на них света. Но выглядят при этом совсем не одинаково.

У машины поверхность глянцевая и блестящая, а у стены – матовая. В начищенном крыле автомобиля мы можем рассмотреть отражения солнца, облаков, предметов вокруг, в то время как на стене дома мы ничего подобного не увидим. Таким образом, световые лучи ведут себя по-разному в зависимости от фактуры предметов.

1.16 Зеркальное отражение

Чтобы лучше понять, почему так происходит, давайте посмотрим, как ведут себя лучи, соприкасаясь с поверхностью автомобиля. Отражённые лучи попадают в наш глаз таким же упорядоченным параллельным потоком, как и падающие. Это происходит потому, что поверхность гладкая. Все лучи падают на неё под одинаковыми углами и под теми же углами отражаются, вызывая блеск и блики. Такое отражение называется зеркальным.

1.17 Диффузное отражение

Совсем по-другому взаимодействует со светом шероховатая поверхность. Стена имеет неровности, каждый луч из светового потока образует с ней угол своей величины, а свет отражается от неё в разных направлениях. Такое отражение называется диффузным или рассеянным.

Неровная поверхность всегда рассеивает свет, поэтому очертания шероховатых предметов и градации светотени кажутся нам мягкими, размытыми. Блики в данном случае не образуются.

Теперь понятно, почему в нашем примере две белые поверхности выглядели настолько разными. Крыло автомобиля было достаточно гладким, а стена – шероховатой.

1.18 Прозрачные материалы

Совершенно иначе ведут себя те материалы, которые больше света пропускают, чем поглощают или отражают. Лучи практически беспрепятственно проходят через них и попадают в наш глаз. Благодаря этому мы видим не только сами прозрачные предметы, но и то, что расположено за ними.