Фізика. Повторне видання. 9 клас. Сиротюк

Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.

Розділ 2. Світлові явища

• Світлові явища • Джерела й приймачі світла • Швидкість поширення світла • Світловий промінь і світловий пучок • Закон прямолінійного поширення світла • Сонячне та місячне затемнення • Відбивання світла • Закон відбивання світла • Плоске дзеркало • Заломлення світла на межі поділу двох середовищ • Закон заломлення світла • Дисперсія світла • Спектральний склад природного світла • Кольори • Лінзи • Оптична сила й фокусна відстань лінзи • Формула тонкої лінзи • Отримання зображень за допомогою лінзи • Найпростіші оптичні прилади • Окуляри • Око як оптичний прилад • Зір і бачення • Вади зору та їх корекція

§ 9. Світлові явища. Джерела й приймачі світла. Швидкість поширення світла

Ми живемо у світі різноманітних світлових явищ. Багато з них, наприклад, вид зірок на вечірньому небосхилі (мал. 78), веселка (мал. 79), полярні сяйва (мал. 80) у полярних широтах, а також подібні сяйва у середніх широтах, мальовничі й красиві.

Сонце освітлює Землю, електрична лампа - кімнату. Чайна ложка, якщо помістити її у склянку з водою, сприймається зламаною, на поверхні озера ми бачимо хмари, що пливуть у небі. Чому?

Мал. 78

Мал. 79

Мал. 80

При освітленні предметів сонячним світлом або світлом від лампи ми бачимо їх різнокольоровими, а з настанням ночі - темними, сірими. Що таке колір, чому в різних умовах спостережень кольори предметів змінюються?

Щоб відповісти на ці та інші запитання, потрібно вивчити різні джерела світла і закони його поширення, дію світла на фізичні тіла.

Учення про світло і світлові явища називають оптикою.

Завдяки винаходу і використанню лінз було створено оптичні прилади, без яких на сьогодні складно уявити собі повсякденне життя: окуляри, лупи, мікроскопи, біноклі, фотоапарати, телескопи тощо.

Темної ночі або в затемненій кімнаті ми практично нічого не бачимо. Запаливши свічку, відразу побачимо її полум’я. Одночасно ми побачимо саму свічку, інші предмети, що знаходяться в кімнаті (мал. 81).

Мал. 81

Що потрібно для того, щоб бачити предмети?

1. Джерело світла. Полум’я свічки випромінює світло, яке поширюється в усіх напрямках.

Свічка - джерело світла. Предмети, що містяться в кімнаті, за відсутності світла невидимі. Якщо ці предмети освітлюють свічкою, ми їх бачимо, тому що світло відбивається від них.

2. Очі. Око людини, сприймаючи світло, що поширюється від якого-небудь джерела світла, дає змогу нам бачити це джерело. Так ми бачимо полум’я свічки та інші освітлені предмети.

Джерела світла — це тіла, які випромінюють світло.

За характером випромінювання розрізняють теплові і люмінесцентні (лат. lumen - «світло, холодне свічення») джерела світла. У теплових джерелах світла свічення досягається за рахунок нагрівання тіл до високих температур. Наприклад, тіла за температури 800 °С починають випромінювати світло.

Тепловими джерелами світла є Сонце, зірки, лампи розжарювання (мал. 82, а), дугова лампа (мал. 82, б), гасова лампа (мал. 82, в), вулканічна лава і т. д.

Мал. 82

Але світло можуть випромінювати і тіла, що мають температуру навколишнього середовища. Такі тіла називають люмінесцентними джерелами світла. Люмінесценція виникає в речовинах під час різних хімічних реакцій. Тихої літньої ночі на лісовій галявині можна побачити гнилий пеньок, що світиться. Це світяться бактерії, які спричиняють процес гниття. Світяться також гриби, що ростуть навколо пенька.

Цікаво спостерігати світлячків (мал. 83) - маленьких жучків, у верхній частині черевця яких є особлива речовина, що світиться.

Мал. 83

У морях і океанах світиться вода, причина цього - численні дрібні організми, що світяться. Світяться медузи (мал. 84), глибоководні риби.

Мал. 84

ЧИ ЗНАЄТЕ ВИ, ЩО...

Учені добре вивчили світіння жуків-світлячків. Їхні органи свічення складаються з клітин, що містять дві білкові речовини - люциферин і фермент люцифераза (лат. lucifer - «носій світла»). Люциферин за присутності люциферази окислюється, і при цьому виділяється енергія, велика частина якої (до 92 %) перетворюється на світло.

Серед тварин, які живуть на суходолі, світяться дуже мало, а ось серед мешканців морів й океанів свічення дуже поширене. Багато тварин живе на великій глибині, куди не доходить сонячне світло. Існують риби, у яких органи, що світяться, розташовані по всьому тілу, як гірлянди електричних ламп.

У деяких тварин світлові органи складаються з клітин, що відбивають і заломлюють світло. Інші тварини можуть світитися за рахунок мікроорганізмів, що живуть у них.

Існують природні і штучні джерела світла. До природних джерел належать, наприклад, Сонце, зірки, блискавки, комахи, що світяться, рослини, риби, бактерії. До штучних - полум’я свічки, вогнища, екран комп’ютера, електричні лампи, газосвітні й люмінесцентні лампи: неонові, денного світла, ртутні, галогенні (мал. 85).

Мал. 85

А що ми називаємо приймачами світла?

Приймачі світла - це тіла, чутливі до світла.

Це, наприклад, наші очі. Світло, що падає на зоровий нерв, подразнює його. Це подразнення передається в головний мозок, формуючи зорове зображення.

Якщо на кіно-, фотоплівку (нині - ще й на світлочутливу матрицю цифрового фотоапарата чи відеокамери) або фотопапір потрапляє відбите від навколишніх предметів світло, на них утворюються зображення цих предметів (мал. 86, 87).

Мал. 86

Мал. 87

Коли на сонячні батареї, установлені на літаку (мал. 88), космічному кораблі, супутнику або на даху будинку, падає світло, вони виробляють електричний струм, який використовують для живлення різних електроприладів. Невеликі сонячні батареї застосовують для живлення кишенькових ліхтариків, мікрокалькуляторів і мобільних телефонів (мал. 89).

Мал. 88

Мал. 89

Практично всі живі істоти на Землі потребують світла і є його приймачами. Так, світло потрібне для нормального зростання і розвитку рослин. На малюнку 90 показано дві капустини, одну з яких вирощено за недостатнього освітлення, а другу - у звичайних умовах. У першому випадку капустина світла, а у другому - яскраво-зелена і має великі розміри.

Мал. 90

На різних етапах розвитку фізики використовували різні способи вимірювання швидкості поширення світла. Першим її спробував розрахувати Галілей, але йому не вдалося цього зробити. У XVII ст. її вперше визначив датський астроном Оле Ремер, вивчаючи рухи супутника Юпітера - Іо. Реєструючи його появу із-за планети, він отримав приблизні дані швидкості поширення світла - 215 000 км/с. Американський фізик Альберт Майкельсон розробив досконалий метод вимірювання швидкості поширення світла із застосуванням обертових дзеркал. Було визначено швидкість у різних прозорих речовинах. У 1862 р. французький фізик Жан Фуко застосував для вимірювання швидкості світла в повітрі й воді метод обертового дзеркала, ідея якого належить Домініку Араго. Визначаючи швидкість поширення світла у воді, учений з’ясував, що вона менша від швидкості поширення світла в повітрі. Точне порівняння швидкості світла у воді та в повітрі, яке здійснив Майкельсон, показало, що швидкість у воді в 1,33 раза менша, ніж у повітрі. За сучасними даними швидкість поширення світла у вакуумі дорівнює 299 792 458 ± 1,2 м/с.

ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО