Проектно-исследовательская работа «Свойств света и световых технологий. Исследование волновых свойств света

Рудницкая Анна

Рудницкая Анна, ученица 10 А класса ГБОУ лицея №486 г. С.-Петербурга совместно с учителем физики Бородкиной Татьяной Ивановной провела исследовательскую работу по теме: "Свет-это волна". Данное исследование было представлено в РГПУ имени Герцена г.С.-Петербурга. Ученица за свою работу от ректората университета получила грамоту. Тезисы выступления были опубликованы в печатном сборнике университета.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Чтобы пользоваться предварительным просмотром создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Предварительный просмотр:

Исследование волновых свойств света?

Т.И. Бородкина, А. Рудницкая

(ГБОУ лицей №486 Выборгского района)

Из курса 8-ого класса мы знаем, что свет – это излучение. Различают искусственные и естественные, тепловые и люминесцентные источники света. О прямолинейном распространении света знали ещё в древнем Египте и использовали это для установления колонн по прямой линии . Закон прямолинейного распространения света позволяет объяснить образование тени и полутени, а также солнечные и лунные затмения (рисунок 1).

Рис. 1. Демонстрация солнечного затмения на приборе «Теллурий»

Любому волновому движению присущи явления интерференции и дифракции . Попробуем убедиться, что свет имеет волновую природу.

амплитуды двух или нескольких когерентных волн при их наложении друг на друга. Сопровождается чередованием максимумов (пучностей) и минимумов (узлов) интенсивности в пространстве. Результат интерференции (интерференционная картина) зависит от разности фаз накладывающихся волн .

Условие максимума и минимума интерференции волн можно записать, как: в этой формуле вместо µ должно стоять ± и , где k =0,1,2,….., Δ d – разность хода интерферирующих волн, λ – длина волны интерферирующих волн .

Дифракция волн – это явление, которое заключается в огибании волнами краёв препятствий .

Наглядную дифракционную и интерференционную картины поперечных механических волн можно наблюдать с помощью волновой ванны (рисунок 2).

Рис.2. Интерференция волн на волновой ванне

Проведём теперь опыты, которые позволяют нам увидеть интерференцию и дифракцию световых волн. Яркую интерференционную картину света можно наблюдать на плёнке мыльного пузыря (рисунок 3).

Рис.3. Интерференция света на плёнке мыльного пузыря

Опыты с капроновой лентой и лазерным диском показали, что световые волны огибают препятствия и складываются. То есть обладают свойством интерференции и дифракции. Дифракция света на щели 1 мм и тонкой нити 0,2 мм доказывают, что свет не только обладает свойствами интерференции и дифракции, но и то, что длина волны очень маленькая, поэтому световая волна может огибать только маленькие по размеру препятствия (рисунок 4).

а) б)

Рис.4. Дифракция света: а) на щели; б) на нити

При рассмотрении некоторых наших исследуемых образцов при помощи оптического микроскопа Nikon Eclipse на факультете физики РГПУ им. А.И. Герцена мы увидели штрихи на дифракционной решётке и дифракцию света. Дифракция света на капроновой ленте была не ярко выражена. На малом отверстии можно было наблюдать явление хроматической аберрации (рисунок 5). .

Рис.5. Хроматическая аберрация на малом отверстии

Кроме того, проведённый нами расчёт длины волны красного и синего света с помощью дифракционной решётки по формуле: ,где d -период решётки, λ -длина волны, k - 1,2,3,… показал, что длина волны красного света равна λ =725 нм, а синего цвета – λ = 440 нм.

После проведения опыта с источником света и кристаллом турмалина, можно утверждать, что свет - это поперечная поляризованная волна. У турмалина анизотропия оптических свойств проявляется в том, что он сильно поглощает излучение с колебаниями вектора Е одного определенного направления, а излучение с колебаниями в перпендикулярном направлении почти не поглощает. Это свойство кристаллов называют дихроизмом . На рисунке 6 показан опыт по поляризации света.

Рис.6. Поляризация света

Таким образом, в результате проведённых исследований мы убедились, что свет обладает волновыми свойствами.

Информационные источники:

1. А.В. Пёрышкин Учебник «Физика-8». – Москва: Дрофа, 2001 г. (стр.147,148)

2. Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, В.М. Чаругин Учебник «Физика 11 класс». – М. Просвещение, 2012 г. (стр.198)

5. 7. Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, В.М. Чаругин Учебник «Физика 11 класс». – М. Просвещение, 2012 г. (стр.210)

6. https://ru.wikipedia.org/wiki/Диафрагма_(оптика)

7. Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, В.М. Чаругин Учебник «Физика 11 класс». – М. Просвещение, 2012 г. (стр.390,391)

Предварительный просмотр:

Слайд 1. Тема моей работы: Исследование волновых свойств света?

Слайд 2. Из курса 8-ого класса мы знаем, что свет – это излучение. Различают искусственные и естественные, тепловые и люминесцентные источники света. О прямолинейном распространении света знали ещё в древнем Египте и использовали это для установления колонн по прямой линии. Закон прямолинейного распространения света позволяет объяснить образование тени и полутени, а также солнечные и лунные затмения.На слайде представлен опыт на приборе Теллурий.

Слайд 3. Существует также определение, что: «Свет – это электромагнитная волна». Мы исследовали в своих опытах свойства интерференции и дифракции волн. Так как понятия интерференции и дифракции волн изучают только в 11 классе, то для наглядности этих явлений, с помощью волновой ванны мы получили сферические и прямые волны. Волны на поверхности воды являются поперечными. На фото представлена сферическая волна, полученная с помощью волновой ванны.

Слайд 4 . Свойства интерференции волн можно наблюдать на опыте с помощью этой волновой ванны. На слайде представлена картина интерференции двух сферических волн.

Слайд 5 Интерференция волн – это увеличение или уменьшение результирующей амплитуды двух или нескольких когерентных волн при их наложении друг на друга. Сопровождается чередованием максимумов (пучностей) и минимумов (узлов) интенсивности в пространстве. Интерференционная картина зависит от разности фаз накладывающихся волн. Для образования устойчивой интерференционной картины необходимы когерентные источники волн. Когерентные волны – это волны, имеющие одинаковые частоты, постоянную разность фаз, а колебания происходят в одной плоскости.

Слайд 6. Если поставить препятствие на пути распространения волны, то можно увидеть, что сферическая волна огибает это препятствие. А прямая волна становится источником вторичных волн, пройдя сквозь щель.

Слайд 7 . Дифракция волн – это явление, которое заключается в огибании волнами краёв препятствий.

Для света различают два вида дифракции: в параллельных лучах (Фраунгофера) и в расходящихся лучах (Френеля).

Дифракцию Фраунгофера можно наблюдать при освещении параллельным пучком света узкой щели. Если за щелью поместить собирающую линзу, то на экране в фокальной плоскости будет наблюдаться дифракционная картина в виде чередующихся светлых и темных полос.

Дифракция Френеля может наблюдаться на круглом отверстии или диске и имеет вид концентрических темных и светлых колец, причем для наблюдения их не требуется линзы.

Объяснить дифракцию можно с помощью принципа Гюйгенса-Френеля.: каждая точка волновой поверхности является вторичным точечным источником когерентных волн. Таким образом, дифракционную картину можно рассматривать как результат интерференции вторичных волн, идущих от точек волновой поверхности, совпадающей с препятствием, на котором происходит дифракция.

Слайд 8.Если поставить опыты со светом. То яркую интерференционную картину можно увидеть на мыльном пузыре и проволочной рамке. Причём интерференционные полосы имеют разную ширину, это зависит от толщины мыльной плёнки. Мыльная плёнка на рамке имеет клиновидную форму.

Слайд 9. Интерференцию света в тонких плёнках можно изобразить с помощью схемы, где видно сложение когерентных волн отражённых от внешней и внутренней поверхностей плёнки.

Слайд 10. Опыты с лазерным диском и капроновой лентой показывают, что световая волна огибает препятствия и складывается. То есть обладает свойством интерференции и дифракции.

Слайд 11 и 12.Дифракция света на тонкой нити 0,2 мм и щели 1мм доказывают, что свет не только обладает свойствами интерференции и дифракции. Но и то, что длина волны очень маленькая, поэтому световая волна может огибать только маленькие по размеру препятствия.

Слайд 13. На оборудовании L-micro были получены кольца Ньютона. Кольца Ньютона - это кольцеобразные интерференционные максимумы и минимумы, появляющиеся вокруг точки касания слегка изогнутой выпуклой линзы и плоскопараллельной пластины при прохождении света сквозь линзу и пластину.

Слайд 14.Кроме того, некоторые наши образцы были исследованы на оптическом микроскопе Nikon Eclipse на факультете физики РГПУ им. А.И. Герцена. Мы увидели штрихи на дифракционной решётке. Рассмотрели решётку в белом и синем свете.

Слайд 15. Исследование капроновой ленты показало слабую интерференционную картину.

Слайд 16.Исследование круглого отверстия показало картину аберрации света. Аберрация света возникает из-за того, что показатель преломления зависит от длины волны света Уменьшение действующего отверстия оптической системы (диафрагмирование) улучшает качество изображения, так как при этом из пучка лучей устраняются краевые лучи, на ходе которых в наибольшей степени сказываются аберрации . Это тоже подтверждает волновую природу света.

Слайд 17.Если провести опыт с источником света и кристаллом турмалина, то можно утверждать, что свет- это поперечная поляризованная волна. У турмалина анизотропия проявляется в том, что он сильно поглощает излучение с колебаниями вектора Е одного определенного направления, а излучение с колебаниями в перпендикулярном направлении почти не поглощает. Это свойство кристаллов называют дихроизмом .

Слайд 18.Расчёт длины волны красного света с помощью дифракционной решётки по формуле: ,где d-период решётки, λ-длина волны, m- 1,2,3,… показал, что длина волны красного света λ= 725нм, а синего 440 нм

Слайд 19.Из всех проведённых опытов и расчётов можно утверждать, что свет обладает волновыми свойствами.

Слайд 20. Хочу добавить, что явление интерференции и дифракции света нашло практическое применение в просветлённой оптике и проверке шероховатости поверхностей

Общие определения

С точки зрения оптики, свет - это электромагнитное излучение, которое воспринимается глазом человека. За единицу изменения принято брать участок в вакууме 750 ТГц. Это коротковолновая граница спектра. Ее длина равна 400 нм. Что касается границы широких волн, то за единицу измерения берется участок в 760 нм, то есть 390 ТГц.

В физике свет рассматривается как совокупность направленных частиц, называемых фотонами. Скорость распределения волн в вакууме постоянна. Фотоны обладают определенным импульсом, энергией, нулевой массой. В более широком смысле слова, свет - это видимое Также волны могут быть и инфракрасными.

С точки зрения онтологии, свет - это начало бытия. Об этом твердят и философы, и религиоведы. В географии этим термином принято называть отдельные области планеты. Сам по себе свет - это понятие социальное. Тем не менее в науке оно имеет конкретные свойства, черты и законы.

Природа и источники света

Электромагнитное излучение создается в процессе взаимодействия заряженных частиц. Оптимальным условием для этого будет тепло, которое имеет непрерывный спектр. Максимум излучения зависит от температуры источника. Отличным примером процесса является Солнце. Его излучение близко к аналогичным показателям абсолютно черного тела. Природа света на Солнце обуславливается температурой нагревания до 6000 К. При этом около 40% излучения находится в пределах видимости. Максимум спектра по мощности располагается вблизи 550 нм.

Источниками света также могут быть:

1. Электронные оболочки молекул и атомов во время перехода с одного уровня на другой. Такие процессы позволяют достичь линейный спектр. Примером могут служить светодиоды и газоразрядные лампы.
2. которое образуется при движении заряженных частиц с фазовой скоростью света.
3. Процессы торможения фотонов. В результате образуется синхро- или циклотронное излучение.

Природа света может быть связана и с люминесценцией. Это касается и искусственных источников, и органических. Пример: хемилюминесценция, сцинтилляция, фосфоресценция и др.

В свою очередь, источники света разделяются на группы относительно температурных показателей: А, В, С, D65. Самый сложный спектр наблюдается у абсолютно черного тела.

Характеристики света

Человеческий глаз субъективно воспринимает электромагнитное излучение как цвет. Так, свет может отдавать белыми, желтыми, красными, зелеными переливами. Это лишь зрительное ощущение, которое связано с частотой излучения, будь оно по составу спектральным или монохроматическим. Доказано, что фотоны способны распространяться даже в вакууме. При отсутствии вещества скорость потока равняется 300.000 км/с. Это открытие было сделано еще в начале 1970-х годов.

На границе сред поток света испытывает либо отражение, либо преломление. Во время распространения он рассеивается через вещество. Можно сказать, что оптические показатели среды характеризуются значением преломления, равным отношению скоростей в вакууме и поглощения. В изотропных веществам распространение потока не зависит от направления. Здесь представлен скалярной величиной, определяющейся координатами и временем. В анизотропной среде фотоны проявляется в виде тензора.

Кроме того, свет бывает поляризованным и нет. В первом случае главной величиной определения будет вектор волны. Если же поток не поляризован, то он состоит из набора частиц, направленных в случайные стороны.

Важнейшей характеристикой света является и его интенсивность. Она определяется такими фотометрическими величинами, как мощность и энергия.

Основные свойства света

Фотоны могут не только взаимодействовать между собой, но и иметь направление. В результате соприкосновения с посторонней средой поток испытывает отражение и преломление. Это два основополагающих свойства света. С отражением все более-менее ясно: оно зависит от плотности материи и угла падения лучей. Однако с преломлением дело обстоит куда сложнее.

Для начала можно рассмотреть простой пример: если опустить соломинку в воду, то со стороны она покажется изогнутой и укороченной. Это и есть преломление света, которое наступает на границе жидкой среды и воздуха. Этот процесс определяется направлением распределения лучей во время прохождения через границу материи.

Когда поток света касается границы между средами, длина его волны существенно изменяется. Тем не менее частота распространения остается прежней. Если луч не ортогональный по отношению к границе, то изменению подвергнется и длина волны, и ее направление.

Искусственное часто используется в исследовательских целях (микроскопы, линзы, лупы). Также к таковым источникам изменения характеристик волны относятся очки.

Классификация света

В настоящее время различают искусственный и естественный свет. Каждый из этих видов определяется характерным источником излучения.

Естественный свет представляет собой набор заряженных частиц с хаотичным и быстро изменяющимся направлением. Такое электромагнитное поле обуславливается переменным колебанием напряженностей. К естественным источникам относятся раскаленные тела, солнце, поляризованные газы.

Искусственный свет бывает следующих видов:

1. Местный. Его используют на рабочем месте, на участке кухни, стены и т.д. Такое освещение играет важную роль в дизайне интерьера.
2. Общий. Это равномерное освещение всей площади. Источниками являются люстры, торшеры.
3. Комбинированный. Смесь первого и второго видов для достижения идеальной освещенности помещения.
4. Аварийный. Он крайне полезен при отключениях света. Питание производится чаще всего от аккумуляторов.

Солнечный свет

На сегодняшний день это главный источник энергии на Земле. Не будет преувеличением сказать, что солнечный свет воздействует на все важные материи. Это количественная постоянная, которая определяет энергию.

В верхних слоях земной атмосферы содержится около 50% излучения инфракрасного и 10% ультрафиолетового. Поэтому количественная составляющая видимого света равна всего 40%.

Солнечная энергия используется в синтетических и природных процессах. Это и фотосинтез, и преобразование химических форм, и отопление, и многое другое. Благодаря солнцу человечество может пользоваться электроэнергией. В свою очередь, потоки света могут быть прямыми и рассеянными, если они проходят через облака.

Три главных закона

С древних времен ученые занимались изучением геометрической оптики. На сегодняшний день основополагающими являются следующие законы света:

Восприятие света

Окружающий мир человеку виден благодаря способности его глаз взаимодействовать с электромагнитным излучением. Свет воспринимается рецепторами сетчатки, которые могут уловить и отреагировать на спектральный диапазон заряженных частиц.

У человека есть 2 типа чувствительных клеток глаза: колбочки и палочки. Первые обуславливают механизм зрения в дневное время при высоком уровне освещения. Палочки же являются более чувствительными к излучению. Они позволяют человеку видеть в ночное время.

Зрительные оттенки света обуславливаются длиной волны и ее направленностью.

Творческое задание

Исследование «Свойства света и световых технологий»

Выполнили обучающиеся 9 класса МОУ Бурмакинской СОШ №2 Сироджов Мехрофарид, Иванов Павел, Завадский Сергей

с. Бурмакино 2015 год

Введение

Свет... Его значение в нашей жизни очень велико. Трудно представить себе жизнь без света. Ведь все живое существует и развивается под влиянием тепла и света.

Что самое первое, с чем сталкивается только что родившийся ребенок? Да, на него наваливается масса новых впечатлений - холод, шум, запахло чем-то. Но самое главное - это хлынувший в глаза поток света, который заставляет жмуриться младенца.

Растения производят кислород под воздействием света, большинство животных и насекомых ведут дневной образ жизни.

Жизнь человека в первые периоды его существования - добывание пищи, охота, защита от врагов - была зависима от дневного света. Потом человек научился обращаться с огнем, добывать и поддерживать его, готовить на нем пищу. Но во всех случаях человеческая деятельность не могла и не может протекать без освещения.

Очень часто я интересовался, как образуется радуга, почему солнечные «зайчики» бегают по утрам на ковре, как капитан Немо, глядя в перископ, видел все, что происходит на поверхности воды. Вот поэтому меня и заинтересовала эта тема. Я хочу понять, что же такое свет, чем он важен в нашей жизни, как видит наш глаз, как работают микроскоп и телескоп, как светит Луна, как и куда бежит свет.

Глава 1. Прямолинейность света

Раздел науки, изучающий свет, называют оптикой (от греческого слова видимый, зримый).

Световое излучение создается источниками света. Существуют естественные и искусственные источники. К естественным относятся Солнце, звезды, полярное сияние, молния, светлячки и др.. К искусственным - лампы, свечи и экран включенного телевизора.

Источники света мы видим потому, что создаваемое ими излучение попадает к нам в глаза.

В старину люди считали, что свет исходит из глаз и является своеобразными щупальцами. Отсюда и выражение «свет очей моих». С развитием науки знания о свете стали более верными.

От своего источника свет направляется во все стороны, отражается от окружающих нас предметов и делает эти предметы видимыми. Так мы видим деревья, дома, Луну. Свет бежит к нам по прямой линии.

Рис. 1.1. Прямолинейность солнечного света.

Можно ли загородиться от солнечного света? Конечно, при помощи ладони; зонтика; козырька головного убора. Если бы свет распространялся не прямолинейно, то он мог бы обогнуть края препятствия и попасть к нам в глаза. Таким образом, описанный выше пример показывает, что свет распространяется по прямой. Прямолинейность света доказывает образование теней(например, солнечное и лунное затмение).

Рис. 1.2. Солнечное затмение.

Когда же Земля находится между Солнцем и Луной, мы наблюдаем лунное затмение (рис. 1.3.).

Рис. 1.3. Лунное затмение.

Глава 2. Закон отражения света

Как уже говорилось, человек воспринимает окружающий мир благодаря тому, что лучи света отражаются от предмета и попадают нам в глаза. Например, мы воспринимаем Луну как светящееся небесное тело, но на самом деле доказано, что на ней нет ни одного источника света. Луна, как небесное зеркало, отражает лучи Солнца, и мы видим её светящейся.

Отраженный свет можно наблюдать не только от небесных тел. Все когда-нибудь пускали солнечных «зайчиков».

Наблюдения за солнечными «зайчиками» навели на открытие закона отражения света. Звучит он так: угол падения луча равен углу отражения луча (рис. 2.1.).

Рис. 2.1. Закон отражения света.

Данный закон иллюстрирует следующий опыт. Положим на стол лист бумаги и проведем на нем прямую линию. Поставим зеркало перпендикулярно этой линии. В роли световых лучей выбираем карандаши, которые расположим по разные стороны от начерченной линии. Добиваемся, чтобы карандаши и их отражения в зеркале образовали прямые линии. Один карандаш выполняет роль падающего луча, а другой - отраженного. Углы между карандашами и перпендикуляром равны.

Если поворачивать один из карандашей, то обязательно нужно повернуть и второй, чтобы не было излома между первым карандашом и его продолжением в зеркале, чтобы не нарушать прямолинейность светового луча, который карандаш изображает.

В этом опыте использовано замечательное изобретение человека - зеркало.

Зеркала помогают нам рассмотреть себя с разных сторон. Выпускают трехстворчатые зеркала, которые нужны актерам в их гримерных.

С помощью зеркал мы хохочем над своим отражением в комнатах смеха. Если зеркало выпуклое, то наше отражение растягивается в ширину и мы выглядим толстыми, так как происходит рассеивание лучей света. Если же зеркало вогнутое, то мы видим себя худыми, то есть происходит собирание лучей.

Эти особенности зеркал применяются на практике. Выпуклые зеркала используют водители для увеличения сектора обзора. Вогнутые зеркала применяют при изготовлении прожекторов, карманных фонариков, маяков, фар автомобиля.

Четыре зеркала, наклоненных под углом 45°, отражают лучи несколько раз в обход непрозрачного предмета, попадая в глаза наблюдателю. Вследствие чего наблюдатель видит спрятанный предмет. В военном деле широко используются подобные приборы, называемые перископами.

Зеркальное отражение используется в известной игрушке - калейдоскопе. Горсточка пестрых осколков отражается в трех плоских зеркальцах и образует удивительно красивые узоры, которые меняются при малейшем повороте калейдоскопа. Сегодня калейдоскоп не вызывает такого живого интереса, с каким был встречен более ста лет назад, когда был еще новинкой. Его воспевали в прозе и стихах.

Смотрю - и что ж в моих глазах?

В фигурах разных и звездах

Сапфиры, яхонты, топазы,

И аметисты, и жемчуг,

И перламутр - все вижу вдруг!

Лишь сделаю рукой движенье -

И новое в глазах явленье!

Писал о калейдоскопе баснописец А.Измайлов. Изобрели же калейдоскоп в Англии в 1816 году.

О зеркальном устройстве, которое могло концентрировать световые лучи, мы можем прочитать в фантастическом романе Алексея Толстого «Гиперболоид инженера Гарина». Со временем выяснилось, что если бы такой прибор был построен, он не производил бы подобного эффекта. Хотя некоторые утверждают, что гиперболоид можно считать прообразом современного лазерного устройства.

Почему же поверхности одних предметов отражают свет хорошо, а других - нет? Почему одни выглядят матовыми, а другие - зеркальными? Наверняка, все дело в отполированности поверхностей. Поводив пальцем по зеркалу, мы убедимся, что оно гладкое, а фанера - шероховатая, то есть состоит из множества очень маленьких плоских поверхностей, расположенных беспорядочно. Поэтому зеркало отражает падающие лучи света направленно, а шероховатые поверхности - хаотично, под разными углами, в разных направлениях (рис. 2.4.).

Рис. 2.4.Отражение лучей света от разных поверхностей.

Глава 3. Закон преломления света

В предыдущей главе были рассмотрены непрозрачные предметы. А что же происходит с лучами, когда они падают на прозрачную поверхность окна, реки, стакана с водой?

Проведем опыт. Положим на дно пустой чашки монету. Поставим чашку на стол так, чтобы край чашки скрывал от нас монету. Затем осторожно наливаем воду. В какой - то момент монета начинает «всплывать». Когда заполнится вся чашка - монета видна целиком.

Какова же разгадка этого «фокуса»? Дело в том, что при переходе из одной среды в другую лучи света преломляются.

Наглядное преломление света можно воспроизвести на столе (прил.5). Накроем половину стола скатертью и, слегка наклонив стол. Заставим скатиться колесики от игрушечной машины.

Если направление колес и край скатерти составляют угол 90°, то преломления не происходит. Т.е. иллюстрируется правило: «Луч, перпендикулярный к плоскости раздела сред, не преломляется» (рис. 3.1.).

Рис. 3.1. Перпендикулярность луча к плоскости раздела сред.

При наклонном направлении пути, путь колес изламывается. Преломление происходит из-за разной скорости движения колес.

Случай I. Верхняя часть стола не покрыта скатертью.

В верхней части стола скорость больше, чем в той, которая покрыта скатертью. И в этом случае направление пути приближается к «перпендикуляру падения» (рис. 3.2.).

Рис. 3.2. Переход луча из менее плотной среды в более плотную.

Случай II. Верхняя часть стола покрыта скатертью.

В этом случае происходит удаление направления пути от «перпендикуляра падения» (рис. 3.3.).

Рис. 3.3. Переход луча из более плотной среды в менее плотную.

Этот случай описан в предыдущем опыте, когда угол преломления больше угла падения, и монета зрительно «всплывает» в чашке.

Преломление луча происходит из-за различной скорости прохождения через данную среду. Т.е. разные прозрачные вещества преломляют свет по-разному. Эта особенность используется при конструировании различных оптических приборов: бинокля, перископа, микроскопа, фотоаппарата и др. Главной частью всех этих приборов является линза.

Линзы бывают выпуклые - собирающие, и вогнутые - рассеивающие. Обыкновенные линзы не дают искажения, но бывают линзы, которые увеличивают либо по горизонтали, либо по вертикали.

Цилиндрическая линза увеличивает по горизонтали. Примером такой линзы может служить стакан с водой

Как уже говорилось, существует множество приборов, основной частью которых является линза. Прообразом одного из них, фотоаппарата, была камера-обскура, которую можно считать упрощенной моделью глаза человека.

Свет от ярко освещенных предметов проходит через маленькое отверстие в передней стенке темного ящика, и на матовом стекле, вставленном в его заднюю стенку, появляется уменьшенное перевернутое изображение.

В ХVI веке в отверстие стали вставлять линзу-объектив. Однако прошло три столетия, пока люди научились фиксировать изображение и подолгу их сохранять.

Оказывается, в нашем глазу хрусталик выполняет роль линзы, и имеет вид собирающей линзы, т.е. двояковыпуклой формы. Расстояние лучшего видения - 25см. А в кинотеатре при просмотре фильма это расстояние равно ширине картины, увеличенной в три раза. Т.е., если ширина изображения 6м, то лучшие места находятся на расстоянии 18м от экрана.

Глаз называется нормальным, если собирает лучи в одной точке на сетчатке. Но есть два недостатка зрения - близорукость и дальнозоркость (рис. 3.4, 3.5).

Близорукость и дальнозоркость устраняются с помощью линз. Изобретение очков явилось великим благом для людей, имеющих недостатки зрения. Близоруким выписывают очки с рассеивающей линзой, а для дальнозорких - с собирающей линзой (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Собирающая и рассеивающая линзы.

Глава 4. Свет - волна, свет - частица

Законы отражения и преломления света изучались и исследовались многими учеными, которые жили в разные эпохи: Герон Александрийский-древнегреческий ученый, Пьер Ферма-французский математик, Христиан Гюйгенс-голландский ученый, который разработал волновую теорию света, Томас Юнг-английский ученый, создатель волновой оптики, Жан Фуко-французский физик, разработал метод измерения скорости света, Альберт Эйнштейн-физик-теоретик, создатель квантовой теории света.

Как видим, ученые доказали, что свет-это волна и свет-это частица.

Волновую теорию света подтверждает радуга. Как возникает радуга? Образуется она благодаря мельчайшим капелькам воды, поэтому и возникает только после дождя. Преломляясь в крохотных каплях, белый свет разлагается на спектр. Исаак Ньютон-английский физик, выделил семь цветов, на которые разлагается белый свет.

Доказать это можно с помощью простой демонстрации (прил.11).

Раскрасим круг в цвета радуги. Закрепим его на карандаше и начнем быстро вращать. Видим, что все цвета слились в белый.

С отдельными цветами спектра можно проделать любопытные опыты. Например, «смешать» два основных цвета, взятых через один, и получить третий основной цвет спектра, стоящий между ними. Так красный и желтый превращаются при смешивании в оранжевый, голубой и желтый - в зеленый, зеленый и синий - в голубой.

С помощью спектрального анализа изучаются далекие звезды, химический состав твердых тел, Солнце. Поразительным открытием спектрального анализа стало открытие химического элемента - гелия - который сначала обнаружили на Солнце, а затем значительно позже на Земле.

Квантовую теорию света, т.е. свет - частица, взяли на вооружение многие выдающиеся ученые. Например, А.Эйнштейн применил эту теорию к явлению фотоэффекта, с которым мы встречаемся в метро, на проходных предприятий, где установлены турникеты. В них находятся устройства, которые преобразуют световой поток в электрический сигнал.

Заключение

Оказывается, свет нужен не только для того, чтобы мы жили и развивались, но, как оказалось, свойства света применяются широко в науке и технике. На основе преломления и отражения света, природы света изобретены приборы, которые позволяют людям исправить дефекты зрения, видеть из-под воды, использовать приборы для охраны помещений, исследовать организм человека на предмет заболеваний, и многое другое.

Список литературы

1. Ф.В. Рабиза. Простые опыты. Забавная физика для детей. «Детская литература», М., 1997.

2. А.В. Перышкин, Н.А. Родина. Физика. Учебник для 8 класса средней школы. «Просвещение», М., 1993.

3. Я.И. Перельман. Занимательная физика. «Наука», М., 1976.

4. А. Крейг, «Наука. Энциклопедия.», М., Росмэн, 1998.

Сказка о том, что случится, если исчезнет свет солнца.

Давным - давно была на севере страна, где не светило солнце. И луна не светила. Совсем темная была страна. Только звезды виднелись в черном небе. Но от звезд какой свет? Почти никакого. Одно мерцание...

Черное небо висело над страной, и так было темно, что люди различали друг друга по голосам. И огня не знали люди Темной страны. Жили они в вежах из дерна и прутьев, утепляли эти жилища как могли - землю насыпали, мхом утыкали... Но все равно дрожали от холода, потому что в Темной стране всегда дул лютый ветер с холодного моря, глухо закрытого льдом. Худо было людям в Темной стране. Совсем худо. И была в Темной стране высокая круглая гора.

Полнеба закрывала круглая гора, никто никогда не видел, какие звезды светят по ту сторону круглой горы...

А у подножия горы стоял длинный и высокий черный забор.

Такой длинный и такой высокий, что никто не мог его обойти. И никто не мог перелезть через этот забор, чтобы увидеть, что там.

Знали вежники только: стоит за забором большой дом из черных бревен, обитый для тепла оленьими шкурами.

И живут в том доме семьдесят черных братьев.

И пасутся за высоким забором сто тысяч оленей. И теплы шкуры оленей, и горяча их кровь, и вкусно их мясо...

Но вежники только слыхали про все это - не было у них самих ни оленей, ни домов, и ели они только рыбу, которую вытаскивали из-под черного льда. Так жили люди в Темной стране тысячу лет. И еще тысячу. И еще тысячу лет, и еще...

И не думал никто из вежников, что можно жить как-то иначе.

Но однажды случилось: увидели вежники - едет вдоль высокого черного забора старик на олене. На белом олене, на чудесном олене.

Олень был такой красивый и такой белый, что от него исходило тихое сияние. И в этом сиянии увидели вежники лицо старика, простое и мудрое лицо старого человека, который много жил, много видел, никому не завидует и хочет оставить людям добрую память о себе.

Здравствуйте, люди! - сказал старик и остановил оленя.

- Какая глухая тьма в вашей стране, - сказал старик, и люди увидели его длинную седую бороду, почти до колен.

- Неужели вы, вежники, никогда не видели солнца? - спросил старик.

Но никто ему не ответил, никто не понял, о чем он спрашивает.

Вежники не знали солнца. И луны не знали.

Знали только звезды - тусклые светлячки в черном небе.

- Да, - сказал старик, - я вижу, вы не знаете солнца... А солнце-это большая радость и большое тепло. И живет солнце по ту сторону круглой горы, за высоким забором. На самом быстром олене долго ехать, чтобы увидеть солнце. А пешком вдоль высокого забора до солнца никогда не дойти, для этого мало жизни человеческой...

Слушали вежники старика и молча дивились: что же это за штука такая - солнце, которое сразу и большая радость, и большое тепло?..

Услышали старика и черные братья. Услышали - и вдруг закричали:

- Глупые вы, вежники! Глупые и темные! Разве может быть что-то такое, что сразу и радость и тепло? Разве может быть что-нибудь такое, чего бы мы не знали? Приехал на белом олене старый обманщик и рассказывает вам сказки, словно маленьким детям! Побьем его и прогоним! Нет на земле цвета лучше черного!.. Побьем старика и прогоним! Побьем! И прогоним! Побьем! И прогоним!

Задумались вежники. Разве за сказку бьют? А семьдесят черных братьев уже пошли на старика, уже окружили его вместе с оленем.

Покачал головой мудрый старик, и погасли его глаза, и лицо его потемнело, и потухло сияние от белого оленя.

Сказал старик:

- Трудно поверить в то, чего не видел. Но если есть забор - есть что-то и за забором. Если есть гора - есть земля и за горой. Если есть светлячки-звезды - может быть и такая большая звезда, яркая как сто тысяч звезд сразу, теплая и радостная... И есть на земле много разных красок, не одна черная. А черный цвет - это цвет большой неправды, цвет обмана и злой силы. Я ухожу. И покажусь теперь только тому, кто поверит в солнце.

Черные братья протянули руки, чтобы схватить старика, но белый олень ударил копытом, расступилась земля - и исчез олень, и старик исчез.

Разошлись люди по своим вежам, по своим делам. А черные братья ушли в свой большой дом, за высокий забор. И все стали жить, как жили.

И только один юноша не мог больше жить по-старому. Запомнил он слова старого человека о неведомом солнце, которое дает сразу и тепло и радость.

Пошел юноша к темным озерам, туда, где растет ягель - олений мох. Посмотрел он на черное небо, посмотрел он на черную воду, посмотрел он на черную землю и сказал:

- Как бы хорошо, если бы не все черное! Так хочется поверить в солнце! Так хочется увидеть солнце! Но пропал старик, обидели старика. И белый его олень пропал. Как теперь я найду их, в такой тьме?..

Только юноша сказал эти слова - раскрылся ягель и явился перед юношей чудесный олень. Был он такой белый, что от шкуры его исходило сияние...

- Я здесь, - сказал олень. - Я жду тебя. Садись верхом.

Юноша очень удивился и сел верхом на оленя. И помчались они по мхам и болотам, через черные озера, над черными лесами, над угрюмыми сопками...

Долго ли мчались, коротко ли - остановился чудесный олень.

И видит юноша: перед ним на гранитном камне сидит тот самый старик, седая борода до колен, лицо простое, мудрое, независтливое.

- Здравствуй, - сказал старик. - Спасибо тебе, что поверил ты в солнце. Среди самого темного народа всегда найдется герой. Не может быть народа без героев...

- Спасибо тебе за доброе слово, - сказал юноша. - Но скажи, как мне достать солнце для вежников? Хоть кусочек солнца, которое сразу и тепло и радость...

- Достанешь ты солнце, - сказал старик. - Но чтобы солнце всех согрело и всех обрадовало, нужно, чтобы все люди твоего племени поверили в солнце. Хоть на волосок, но поверили бы. Только тогда солнце дастся тебе в руки. Только тогда согреет всех.

- Хорошо, - сказал юноша, сел на оленя и вернулся обратно в свою Темную страну.

Приехал, рассказал, как было. И попросил у каждого по волоску.

Задумались вежники, но дали юноше по волоску, каждый дал по волоску, целый ворох набрался. Только черные братья не дали ни волоса. Но у черных братьев юноша и не просил ничего.

Начал юноша плести из волосков шкатулку. Трудная это была работа. Семьдесят дней и семьдесят ночей плел он шкатулку. Но это только так говорится - семьдесят дней. Потому что в Темной стране дни были похожи на ночи, а ночи - на дни. Не было разницы между днем и ночью - одинаково темно. А в темноте, на ощупь, сплести прочную шкатулку - непростое дело.

Но юноша крепче всех поверил в солнце - и он сплел шкатулку.

И вышел он снова к озеру, на берегу которого рос высокий ягель, олений мох. Посмотрел на черное небо и сказал:

- Готова моя шкатулка. Семьдесят дней и семьдесят ночей в глубокой тьме плел я ее. И вера многих людей вошла в меня через эти волоски, через глаза мои и через пальцы. Теперь я готов достать солнце для вежников.

Только он это сказал - раскрылся ягель, олений мох, и явился перед юношей белый олень.

- Садись, - сказал олень. - Садись на меня верхом.

И снова помчались они по черным мхам, над черными озерами, над черными лесами и черными болотами.

Долго мчались, так долго, что юноша счет времени потерял.

И вдруг вспыхнул вдали густой красный свет.

Видит юноша: на самом краю земли стоит огромное красное солнце. Стоит, переливается, жаром пышет, глаза слепит.

- Стой, - сказал юноша белому оленю. - Стой, погоди, глазам больно, дай привыкнуть.

Остановился олень и говорит юноше:

- Посмотри, какое солнце огромное, какое яркое, какое горячее! Такое солнце одному никак не унести. Мы с тобой отколем кусочек, покажем людям в Темной стране. Понравится им кусочек солнца- пусть сами приедут и возьмут остальное. А не понравится - придется вернуть на место и кусочек.

- Понравится! - сказал юноша. - Не может солнце вежникам не понравиться, не может такого быть! Едем скорей, глаза привыкли, рукам пора дело делать - скорей!

- Раскрой свою шкатулку, - говорит олень, - и держись покрепче за меня.

Раскрыл юноша шкатулку - и понеслись они прямо на солнце. На полном скаку ударил олень своими рогами по солнцу, отскочил от солнца кусочек и упал прямо в шкатулку. Юноша сразу крышку шкатулки захлопнул, а чудесный олень помчался обратно.

Достигли они Темной страны, слез юноша с оленя и низко поклонился ему. А олень ударил копытом - и пропал.

Стоит юноша среди своих людей, среди вежников, и говорит:

- Все вы дали мне по волоску. Сплел я шкатулку и привез вам кусочек солнца. Совсем маленький кусочек. Давайте выпустим его, пусть он осветит наше небо и нашу землю. И если частица солнца придется вам по душе - я знаю, как достать остальное солнце. Оно много больше, мне одному не под силу, нужно всем взяться.

Только он сказал эти слова, прибежали с круглой горы из-за высокого забора семьдесят черных братьев. Бегут, руками машут, кричат во все горло:

- Не смей выпускать! Высохнут наши озера! Железо в земле расплавится и зальет наши дома! Сам ты ослепнешь, и все мы сгорим!

Отвечает им юноша:

- Не высохнут озера, и не расплавится железо. Видел я солнце, видел я землю вокруг настоящего солнца. Прекрасна та земля, нет ничего красивее! Потому что солнце не терпит черного цвета!

Обступили черные братья юношу со всех сторон, хотят вырвать шкатулку. Но тут вежники заступились за своего.

- Нет, - сказали они, - не дадим вам шкатулку. Она из нашей веры сплетена, она из нашей надежды. И если он привез частицу солнца, пусть покажет всем!

Но черные братья схватили юношу и потащили его к черному болоту, чтобы утопить вместе со шкатулкой. Видят вежники - плохо дело, не помогают слова. Подняли они с земли камни и кинулись на черных братьев. Началась битва, и поднялся черный ветер, настоящая черная буря.

И вдруг раскрылась шкатулка. И кусочек солнца вылетел из нее. Ветер подхватил и поднял маленькое солнце над черной землей.

Сначала тусклой звездочкой замерцало солнышко над людьми. Потом ветер начал раздувать его, как раздувает угли в костре.

И солнышко засветилось, все ярче, все ярче, и красным светом вспыхнуло небо. Озарились болота, озарились озера, и ягель на берегу, олений мох, засветился...

Смотрят вежники: вода в озерах стала голубой, мхи окрасились в желтый цвет, в розовый, в зеленый. И даже камни стали разноцветными. Никогда не думали вежники, что так красива их Темная страна.

А черные братья стали еще чернее, совсем как мокрые уголья. Потом вспыхнули жарким пламенем и сгорели без остатка. И ветер развеял пепел. Потому что тот, кто не верит в солнце, не сможет выдержать света его и тепла. Кому солнце не в радость - тому оно на беду.

- Спасибо тебе! - закричали вежники юноше. - Спасибо тебе! Научи нас, как добыть все солнце! Научи!

- Идите туда, где жили черные братья, - сказал юноша. - Идите и сломайте высокий забор. И возьмите сто тысяч оленей. И тогда мы все вместе поедем и добудем солнце. Вежники так и сделали.

Сломали высокий забор, взяли оленей и поехали туда, куда указывал юноша.

Долго ехали, и показалось вдали огромное красное солнце. Слезли вежники с оленей и низко поклонились солнцу.

Юноша сказал:

- А теперь поставьте оленей большим кругом, головами в одну сторону.

Вежники так и сделали.

И вдруг расступилась земля, и появился чудесный белый олень, тот самый, на котором когда-то приезжал в Темную страну мудрый старик.

Чудесный олень тронул солнце рогом, оно качнулось, приподнялось и плавно легло на рога всех оленей. И сто тысяч оленей бережно понесли солнце в Темную страну.

И они донесли солнце в целости и сохранности, и Темная страна перестала быть темной: поднялись навстречу солнцу цветы и травы, потянулись в небо деревья.

И люди в тундре научились улыбаться друг другу, детям и солнцу.

С тех пор и светит над тундрой солнце.

И тысяча лет прошла с тех пор, а потом еще тысяча и еще...

Другие люди живут в тундре, и они совсем не знают, как это может быть сплошная тьма, когда день не отличить от ночи. Но память о смелом юноше, который поверил в солнце, - память до сих пор живет и никогда не умрет, она вечна. Как вечно само солнце - большая радость и большое тепло.

Фантастическая история о том, что случится, если исчезнет свет солнца.

На 8й день работы адронного коллайдера планету охватил трепет. Ведь подачу питания на его ускорители прекратили на третий.

Случайный прокол метрики пространства перекачивал недра звезды в иное измерение.

Звезды по имени Солнце. Все произошло так внезапно, обыденно и страшно.

Словно повернули выключатель в палате с безнадежным больным. И наступила Тьма.

Прекратился фотосинтез, исчезли пчелы, пропали птицы.

Но это был лишь ничтожный штришок на полотне картины под названием "катастрофа". Земля перестала получать тепло, а тоненькая скорлупа атмосферы вмиг проморозилась космическим холодом.

Реки замерзли, вслед за этим начались снегопады со снежинками из замерзшего воздуха. Из-за исчезновения звезды - планеты сошли со своих орбит и беззвучно столкнулись, слепившись в единый ком - песчинку на просторах равнодушного космоса.