Фізика. 9 клас. Головко

§ 12. Закон прямолінійного поширення світла

• Світловий промінь і світловий пучок

• Закон прямолінійного поширення світла

• Сонячне та місячне затемнення

СВІТЛОВИЙ ПРОМІНЬ І СВІТЛОВИЙ ПУЧОК. Вам, напевно, до водилося спостерігати, як світло від Сонця, проходячи крізь хмари, поширюється вздовж прямих ліній — променів (рис. 12.1).

Світловий промінь — це лінія, вздовж якої поширюється енергія від джерела світла.

Рис. 12.1. Приклади поширення світла та утворення світлових пучків

Прикладами світлових променів є промені від лазерної указки та прожектора в нічному небі тощо. Сукупність світлових променів утворює напрямлені потоки світла, які називають світловими пучками. Якщо зі світної точки S промені розходяться в усіх напрямах як із спільного центра (рис. 12.2, а), такий пучок променів називають розбіжним. Якщо промені світлового пучка перетинаються в одній точці S' (рис. 12.2, б), його називають збіжним. Найпростішим є пучок паралельних променів світла (рис. 12.2, в), тому що всі промені пучка мають однакові властивості і достатньо дослідити лише один із них та вивчити закономірності його поширення.

Рис. 12.2. Види світлових пучків: а) розбіжний; б) збіжний; в) паралельний

А чи замислювалися ви над запитанням «Чому ми можемо бачити світлові пучки?». Виявляється, вони можуть бути видимим внаслідок відбивання світла від маленьких частинок у неоднорідному середовищі. Світловий пучок паралельних променів стає видимим, якщо у воді з’являються частинки речовини, здатні відбивати світло (рис. 12.3).

Рис. 12.3. Порівняйте світловий пучок, що проходить крізь чисту воду та розчин спирту у воді: а) чиста прозора вода; б) у воду додають краплі спирту; в) розчин спирту у воді

ЗАКОН ПРЯМОЛІНІЙНОГО ПОШИРЕННЯ СВІТЛА. Аналізуючи поширення світлових пучків у просторі, можна переконатися в справедливості закону прямолінійного поширення світла:

Світло в прозорому однорідному середовищі поширюється прямолінійно.

Ознайомимося детальніше з проявами цього закону. Прямолінійність поширення світла — це факт, який був установлений у сиву давнину. Про нього згадував ще за 300 років до н. е. засновник геометрії Евклід. Явищем прямолінійного поширення світла можна пояснити утворення тіні та напівтіні.

Тінь — ділянка простору, куди не потрапляє світло від джерела світла.

Розгляньте уважно рис. 12.4. Зверніть увагу на те, що границя тіні ВС лежить на прямих SA та SD, що з’єднують точкове джерело світла та крайні точки предмета AD, який відкидає тінь на екран.

Рис. 12.4. Утворення тіні світлом від точкового джерела

На рис. 12.5 зображено схему утворення на екрані ділянок тіні (чорна ділянка на екрані) та напівтіні (сіра ділянка на екрані) світлом, що поширюється від неточкового (протяжного) джерела світла.

Рис. 12.5. Утворення тіні та напівтіні світлом від неточкового джерела

Напівтінь — це ділянка простору, куди потрапляє світло від частини джерела світла.

Зверніть увагу на те, що будуючи тінь та напівтінь від неточкового джерела світла, достатньо взяти дві крайні точки на протяжному джерелі та, вважаючи їх точковими джерелами світла, виконати побудову.

СОНЯЧНЕ ТА МІСЯЧНЕ ЗАТЕМНЕННЯ. Проявом явища прямолінійного поширення світла є сонячні (рис. 12.6) та місячні (рис. 12.7) затемнення. Під час сонячного затемнення тінь від Місяця падає на Землю. У ділянці повної тіні на поверхні Землі спостерігатиметься повне затемнення Сонця, у ділянці напівтіні — часткове сонячне затемнення.

Рис. 12.6. Сонячне затемнення: а) схематичне зображення; б) фази

Місячне затемнення спостерігається коли Місяць потрапляє в ділянку тіні, що створюється Землею. Придивившись, можна помітити, що Місяць при цьому не зникає зовсім, а стає диском темно-червоного кольору. Спричинено це тим, що, проходячи крізь атмосферу Землі, сонячні промені трохи викривляються, унаслідок чого невелика їхня частина все-таки потрапляє на поверхню Місяця.

Рис. 12.7. Місячне затемнення: а) схематичне зображення; б) часткове та повне

! Головне в цьому параграфі

Світловий промінь — лінія, вздовж якої поширюється енергія від джерела світла.

Світло в прозорому однорідному середовищі поширюється прямолінійно.

Тінь — ділянка простору, куди не потрапляє світло від джерела світла.

Напівтінь — ділянка простору, куди потрапляє світло від частини джерела світла.

? Запитання для самоперевірки

• 1. Що називають світловим променем?
• 2. Поясніть, чому ми бачимо Сонце, Місяць, зорі, траву.
• 3. Наведіть приклад явища, яке підтверджує прямолінійність поширення світла.
• 4. Користуючись рис. 12.4, поясніть, як визначити ділянку тіні на екрані. Поміркуйте, за якої умови на екрані будуть тільки тінь і освітлена ділянка?
• 5. Користуючись рис. 12.5, поясніть, як визначити ділянку тіні, напівтіні та освітлену ділянку екрану. Поміркуйте за якої умови на екрані утворюється ділянка напівтіні?

Вправа до § 12

1 (с). Зобразіть на рисунку сонячне затемнення. Поміркуйте, чому ми не спостерігаємо його кожної доби?

2 (с). Що може бачити людина, яка перебуває в ділянці напівтіні та в ділянці тіні, спостерігаючи сонячне затемнення?

3 (д). Зобразіть на рисунку місячне затемнення. Чи можна його спостерігати кожної доби? Чому?

4 (д). Назвіть планети Сонячної системи, на яких можна спостерігати сонячне затемнення.

5 (в). На рисунку зображено схему досліду з одержання тіні та напівтіні від двох точкових джерел світла S₁ та S₂. Точкове джерело S₁ — має червоний колір, S₂ — зелений. Визначте колір кожної з ділянок, зображених на рис. 12.8.

Рис. 12.8. До завдання 5

6 (в). Лампи А і В розміщено в коридорі перед відчиненими дверима до кімнати. Покажіть ділянки тіні та напівтіні в кімнаті, коли ці лампи ввімкнуть увечері (рис. 12.9).

Рис. 12.9. До завдання 6

Домашній експеримент

Спробуйте в домашніх умовах дослідити умови утворення тіні та напівтіні.

Дайте відповіді на запитання:

• 1. Якими способами можна одержати чітку тінь від тіла на екрані?
• 2. Чому з наближенням тіла до екрана його тінь стає чіткішою?
• 3. За яких умов тінь на екрані стає більш розмитою?

Готуємося до виконання навчального проєкту

Чорний ящик із малим отвором називається камерою-обскурою (камера-обскура — від латинського «темна кімната»). Розмір отвору становить приблизно від 0,2 до 0,6 мм. На задній внутрішній стінці камери можна отримати чітке зображення гарно освітленого об’єкта (лампи, свічки, будинку тощо).

Використовуючи інформаційні джерела, виготовте камеру-обскуру, ознайомтеся з історією її створення та запропонуйте сфери застосування.