День: 18.06.1982

Урок на тему:Отражение света

Конспект урока по теме

«Отражение света. Закон отражения света. Плоское зеркало»

Цель урока: Построение геометрической модели «отражение света» и применение её для объяснения явления отражения света от зеркальной и шероховатой поверхности.

Основной материал: Явления, наблюдаемые при падении луча света на отражающие поверхности. Отражение света. Законы отражения света. Плоское зеркало. Построение изображения в плоском зеркале. Особенности этого изображения.

Эпиграф:

Никогда не верь зеркалам и газетам.

Когда грустишь в одиночку, зеркало усиливает одиночество.

«Пшекруй»

Зеркало успешно отражало её попытки казаться красивой

План урока

1.Организационный момент. Мотивация учебной деятельности.

Вступление: Годы не властны над душой человека. Но им подвластно её вместилище. «Миф нашей молодости разбивается о зеркало» (Антоний Регульский). Как бы хорошо ты о себе ни думал, но «подошел к зеркалу и увидел обратную сторону медали» (Влодзимеж Счисловский). «Чем больше зеркало, тем меньше человек» (Леопольд Новак).

Зеркала бездушны – они отражают и то, что мы не желаем знать. Зеркала смотрят на нас нашими глазами, пытаясь понять нас. Мы не верим зеркалам. Они не способны понять нас, потому что в них отражается лишь наша внешность.

Мы сегодня познаем сущность зеркал. Исчезнет ли их притягательность и загадочность? Нет, их очарование в нас самих. Мы сами про них всё напридумывали, а потом сами поверили в это.

2.Изучениие нового материала.

Вопрос №1: Почему мы видим окружающие нас предметы? Могли бы мы их видеть в полной темноте?

Вывод: Мы видим окружающие предметы, потому что свет попадая на них, отражается и попадает нам в глаза. Отраженный свет был изменен отражающим предметом, поэтому свет несет информацию об этом предмете. В полной темноте все предметы невидимы, так как нет видимого излучения, которое нам бы передавало информацию о тех предметах, от которых свет отразился.

Вопрос №2: Будет ли виден тот предмет, от которого свет не отражается, а полностью поглощается его поверхностью?

Вывод: От этого предмета не будет идти излучение (информация) как и в полной темноте. Следовательно, он будет выглядеть абсолютно черным. Черные тела, которые мы видим вокруг нас при освещении, все-таки, хоть и незначительно, но отражают свет. Они нам кажутся черными, если интенсивность отраженного света незначительна (меньше определенной величины, равной пороговому значению цветового ощущения человеческого глаза).

Вопрос №3: Как человеку увидеть самого себя? Почему такое вообще возможно?

Вывод: Это возможно если свет, отраженный от человека попадет на другой предмет, отразившись от которого попадет в глаза человека.

Следовательно, чтобы понять, как человеку удается разглядеть себя в отражении от других предметов, необходимо выяснить законы отражения света.

Вопрос №4: Как надо поставить лампу у зеркала, чтобы лучше видеть в нём свое лицо?

Вывод: Лампа должна находиться между зеркалом и человеком, не загораживая его.

Опыт №1: Берем прибор для изучения законов оптики (модифицированную шайбу Гартля). Укрепив на шайбе плоское зеркало, демонстрируют два случая отражения лучей – перпендикулярного и наклонного к зеркалу. С помощью делений на шкале показывают, что угол отражения равен углу падения. Повторяют опыт для различных углов.

В

Рис. №1

ывод: Угол падения равен углу отражения. Луч, падающий и отраженный, находятся в одной плоскости с перпендикуляром, восставленным в точку падения луча на границе раздела двух сред (Рис. №1).

О

Рис. №2

пыт №2: В пучок света от проекционного фонаря или просто от лампы помещают зеркало, которое держат в руках. Лучи, отраженные от зеркала, направляют на экран, потолок и стены класса, демонстрируя направленное отражение света. Аналогичные опыты проделывают, используя кусок оконного стекла, какой-либо плоский никелированный предмет.

На пути лучей света от лампы под углом помещают лист белой бумаги. Повертывая лист, освещают различные места физического кабинета.

В

Рис. №3

ывод: Свет от гладких поверхностей отражается в соответствии с законами отражения света. От шероховатых, негладких поверхностей свет рассеивается, так как такая поверхность представляет собой совокупность по-разному ориентированных плоскостей. Свет от каждой плоскости, отражается в соответствии с законами отражения света в разных направлениях (Рис. №2).

Вопрос №5: Если посмотреться в полированную поверхность, то можно увидеть отражение в нем свое и других предметов. Как оно получается? Какими свойствами обладает это изображение?

Вывод: Возникновение отражения в зеркальной (гладкой) поверхности объясняется на основе законов отражения света и закона прямолинейного распространения света в однородной среде (Рис. №3)

Опыт №3: Берут зеркальное стекло и две одинаковые свечи, одну из них зажженную. Расположив её перед стеклом, ставят за ним вторую (незажженную) в таком месте, чтобы она при наблюдении сквозь стекло казалась горящей. Измерением доказывают, что свечи оказываются расположенными на перпендикуляре к стеклу на равных расстояниях от него. Для большей видимости опыта необходимо за стеклом поместить черный экран фона. Какими свойствами обладает изображение предмета в зеркале?

Вывод: Мнимое изображение предмета имеет те же размеры, что и предмет перед зеркалом и находится на том же расстоянии от зеркала, на каком находится сам предмет.

Вопрос №6: Является ли изображение предмета идентичным самому предмету?

Вывод: Изображение предмета отличается от предмета. У изображения левая сторона предмета поменялось с его правой стороной.

3.Закрепление изученного материала.

1.Почему у кошки в темноте светятся глаза?(на самом деле они не светятся, а лишь отражают свет, который в них попадает)

2.Почему блестит хорошо начищенная обувь?

3. Почему изображение предмета в воде всегда менее ярко, чем сам предмет?( Коэффициент светоотражения воды очень низок. Большая часть света излучаемого (отражаемого) предметом проходит сквозь воду и лишь небольшая отражается. Вот отражаемый поток светофотонов мы и видим.)

4.Почему киноэкран нельзя делать зеркальным?( зеркало просто направит луч обратно и в наш глаз сможет попасть свет только от какой-то малой области зеркального экрана. В результате мы увидим объектив проектора, расположенную за ним подсвеченную пленку, а не весь большой кадр.)

5.На поверхности озера или моря против Луны видна сверкающая лунная дорожка. Объясните, как она образуется? Можно ли наблюдать лунную дорожку на идеально гладкой, спокойной поверхности воды? Почему дорожка всегда направлена на наблюдателя?

4.Домашнее задание.

31

ПОЧЕМУ МИР РАЗНОЦВЕТНЫЙ | Наука и жизнь

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

‹

›

Представьте, что вы стоите на залитом солнцем лугу. Сколько вокруг ярких красок: зелёная трава, жёлтые одуванчики, красная земляника, сиренево-синие колокольчики! Но мир ярок и красочен только днём, в сумерках все предметы становятся одинаково серыми, а ночью и вовсе невидимыми. Именно свет позволяет увидеть окружающий мир во всём его разноцветном великолепии.

Главный источник света на Земле — Солнце, громадный раскалённый шар, в глубинах которого непрерывно идут ядерные реакции. Часть энергии этих реакций Солнце посылает нам в виде света.

Что же такое свет? Учёные спорили об этом на протяжении столетий. Одни считали, что свет — поток частиц. Другие проводили опыты, из которых с очевидностью следовало: свет ведёт себя как волна. Правы оказались и те и другие. Свет — это электромагнитное излучение, которое можно представить как бегущую волну. Волна создаётся колебаниями электрического и магнитного полей. Чем выше частота колебаний, тем большую энергию несёт излучение. И в то же время излучение можно рассматривать как поток частиц — фотонов. Пока нам важнее, что свет — это волна, хотя в конце концов придётся вспомнить и о фотонах.

Человеческий глаз (к сожалению, а может быть, и к счастью) способен воспринимать электромагнитное излучение только в очень узком диапазоне длин волн, от 380 до 740 нанометров. Этот видимый свет излучает фотосфера — относительно тонкая (менее 300км толщиной) оболочка Солнца. Если разложить «белый» солнечный свет по длинам волн, получится видимый спектр — хорошо известная всем радуга, в которой волны разной длины воспринимаются нами как разные цвета: от красного (620—740 нм) до фиолетового (380—450 нм). Излучение с длиной волны больше 740 нм (инфракрасный) и меньше 380—400 нм (ультрафиолетовый) для человеческого глаза невидимо. В сетчатке глаза есть специальные клетки — рецепторы, отвечающие за восприятие цвета. Они имеют коническую форму, поэтому их называют колбочками. У человека три типа колбочек: одни лучше всего воспринимают свет в сине-фиолетовой области, другие — в жёлто-зелёной, третьи — в красной.

Что же определяет цвет окружающих нас вещей? Для того чтобы наш глаз увидел какой-либо предмет, нужно, чтобы свет сначала попал на этот предмет, а уже затем на сетчатку. Мы видим предметы, потому что они отражают свет, и этот отражённый свет, пройдя через зрачок и хрусталик, попадает на сетчатку. Свет, поглощённый предметом, глаз, естественно, увидеть не может. Сажа, например, поглощает почти всё излучение и кажется нам чёрной. Снег, напротив, равномерно отражает почти весь падающий на него свет и потому выглядит белым. А что будет, если солнечный свет упадёт на выкрашенную синей краской стену? От неё отразятся только синие лучи, а остальные будут поглощены. Поэтому мы и воспринимаем цвет стены как синий, ведь у поглощённых лучей просто нет шанса попасть на сетчатку глаза.

Разные предметы, в зависимости от того, из какого вещества они сделаны (или какой краской покрашены), поглощают свет по-разному. Когда мы говорим: «Мячик красный», то имеем в виду, что отражённый от его поверхности свет воздействует только на те рецепторы сетчатки глаза, которые чувствительны к красному цвету. А это значит, что краска на поверхности мячика поглощает все световые лучи, кроме красных. Предмет сам по себе не имеет никакого цвета, цвет возникает при отражении от него электромагнитных волн видимого диапазона. Если вас попросили отгадать, какого цвета бумажка лежит в запечатанном чёрном конверте, вы нисколько не погрешите против истины, если ответите: «Никакого!». И если красную поверхность осветить зелёным светом, то она покажется чёрной, потому что зелёный свет не содержит лучей, отвечающих красному цвету. Чаще всего вещество поглощает излучение в разных частях видимого спектра. Молекула хлорофилла, например, поглощает свет в красной и голубой области, а отражённые волны дают зелёный цвет. Благодаря этому мы можем любоваться зеленью лесов и трав.

Почему одни вещества поглощают зелёный свет, а другие — красный? Это определяется структурой молекул, из которых вещество состоит. Взаимодействие вещества со световым излучением происходит таким образом, что за один приём одна молекула «заглатывает» только одну порцию излучения, иначе говоря, один квант света или фотон (вот нам и пригодилось представление о свете как о потоке частиц!). Энергия фотона напрямую связана с частотой излучения (чем выше энергия — тем больше частота). Поглотив фотон, молекула переходит на более высокий энергетический уровень. Энергия молекулы повышается не плавно, а скачком. Поэтому молекула поглощает не любые электромагнитные волны, а только те, которые подходят ей по величине «порции».

Вот и получается, что ни один предмет не окрашен сам по себе. Цвет возникает из выборочного поглощения веществом видимого света. А поскольку способных к поглощению веществ — и природных, и созданных химиками — в нашем мире великое множество, мир под Солнцем расцвечен яркими красками.

***

Частота колебаний ν, длина волны света λ и скорость света c связаны между собой простой формулой:

λ = c/ν.

Cкорость света в вакууме постоянна (300млнм/с).

Длину волны света принято измерять в нанометрах.

1 нанометр (нм) — единица измерения длины, равная одной миллиардной доле метра (10^-9м).

В одном миллиметре содержится миллион нанометров.

Частоту колебаний измеряют в герцах (Гц). 1 Гц — это одно колебание в секунду.

Отражение света. Закон отражения света

На границе раздела двух различных сред, если эта граница раздела значительно превышает длину волны, происходит изменение направления распространения света: часть световой энергии возвращается в первую среду, то есть отражается , а часть проникает во вторую среду и при этом преломляется . Луч АО носит название падающий луч , а луч OD – отраженный луч (см. рис. 1.3). Взаимное расположение этих лучей определяют законы отражения и преломления света .

Рис. 1.3. Отражение и преломление света.

Угол α между падающим лучом и перпендикуляром к границе раздела, восстановленным к поверхности в точке падения луча, носит название угол падения .

Угол γ между отражённым лучом и тем же перпендикуляром, носит название угол отражения .

Каждая среда в определённой степени (то есть по своему) отражает и поглощает световое излучение. Величина, которая характеризует отражательную способность поверхности вещества, называется коэффициент отражения . Коэффициент отражения показывает, какую часть принесённой излучением на поверхность тела энергии составляет энергия, унесённая от этой поверхности отражённым излучением. Этот коэффициент зависит от многих причин, например, от состава излучения и от угла падения. Свет полностью отражается от тонкой плёнки серебра или жидкой ртути, нанесённой на лист стекла.

Законы отражения света

Законы отражения света были найдены экспериментально ещё в 3 веке до нашей эры древнегреческим учёным Евклидом. Также эти законы могут быть получены как следствие принципа Гюйгенса, согласно которому каждая точка среды, до которой дошло возмущение, является источником вторичных волн. Волновая поверхность (фронт волны) в следующий момент представляет собой касательную поверхность ко всем вторичным волнам. Принцип Гюйгенса является чисто геометрическим.

На гладкую отражательную поверхность КМ (рис. 1.4) падает плоская волна, то есть волна, волновые поверхности которой представляют собой полоски.

Рис. 1.4. Построение Гюйгенса.

А 1 А и В 1 В – лучи падающей волны, АС – волновая поверхность этой волны (или фронт волны).

Пока фронт волны из точки С переместится за время t в точку В, из точки А распространится вторичная волна по полусфере на расстояние AD = CB, так как AD = vt и CB = vt, где v – скорость распространения волны.

Волновая поверхность отражённой волны – это прямая BD, касательная к полусферам. Дальше волновая поверхность будет двигаться параллельно самой себе по направлению отражённых лучей АА 2 и ВВ 2 .

Прямоугольные треугольники ΔАСВ и ΔADB имеют общую гипотенузу АВ и равные катеты AD = CB. Следовательно, они равны.

Углы САВ = = α и DBA = = γ равны, потому что это углы со взаимно перпендикулярными сторонами. А из равенства треугольников следует, что α = γ .

Из построения Гюйгенса также следует, что падающий и отражённый лучи лежат в одной плоскости с перпендикуляром к поверхности, восстановленным в точке падения луча.

Законы отражения справедливы при обратном направлении хода световых лучей. В следствие обратимости хода световых лучей имеем, что луч, распространяющийся по пути отражённого, отражается по пути падающего.

Большинство тел лишь отражают падающее на них излучение, не являясь при этом источником света. Освещённые предметы видны со всех сторон, так как от их поверхности свет отражается в разных направлениях, рассеиваясь. Это явление называется диффузное отражение или рассеянное отражение . Диффузное отражение света (рис. 1.5) происходит от всех шероховатых поверхностей. Для определения хода отражённого луча такой поверхности в точке падения луча проводится плоскость, касательная к поверхности, и по отношению к этой плоскости строятся углы падения и отражения.

Рис. 1.5. Диффузное отражение света.

Например, 85% белого света отражается от поверхности снега, 75% — от белой бумаги, 0,5% — от чёрного бархата. Диффузное отражение света не вызывает неприятных ощущений в глазу человека, в отличие от зеркального.

– это когда падающие на гладкую поверхность под определённым углом лучи света отражаются преимущественно в одном направлении (рис. 1.6). Отражающая поверхность в этом случае называется зеркало (или зеркальная поверхность ). Зеркальные поверхности можно считать оптически гладкими, если размеры неровностей и неоднородностей на них не превышают длины световой волны (меньше 1 мкм). Для таких поверхностей выполняется закон отражения света.

Рис. 1.6. Зеркальное отражение света.

Плоское зеркало – это зеркало, отражающая поверхность которого представляет собой плоскость. Плоское зеркало даёт возможность видеть предметы, находящиеся перед ним, причём эти предметы кажутся расположенными за зеркальной плоскостью. В геометрической оптике каждая точка источника света S считается центром расходящегося пучка лучей (рис. 1.7). Такой пучок лучей называется гомоцентрическим . Изображением точки S в оптическом устройстве называется центр S’ гомоцентрического отражённого и преломлённого пучка лучей в различных средах. Если свет, рассеянный поверхностями различных тел, попадает на плоское зеркало, а затем, отражаясь от него, падает в глаз наблюдателя, то в зеркале видны изображения этих тел.

Рис. 1.7. Изображение, возникающее с помощью плоского зеркала.

Изображение S’ называется действительным, если в точке S’ пересекаются сами отражённые (преломлённые) лучи пучка. Изображение S’ называется мнимым, если в ней пересекаются не сами отражённые (преломлённые) лучи, а их продолжения. Световая энергия в эту точку не поступает. На рис. 1.7 представлено изображение светящейся точки S, возникающее с помощью плоского зеркала.

Луч SO падает на зеркало КМ под углом 0°, следовательно, угол отражения равен 0°, и данный луч после отражения идёт по пути OS. Из всего множества попадающих из точки S лучей на плоское зеркало выделим луч SO 1 .

Луч SO 1 падает на зеркало под углом α и отражается под углом γ (α = γ ). Если продолжить отражённые лучи за зеркало, то они сойдутся в точке S 1 , которая является мнимым изображением точки S в плоском зеркале. Таким образом, человеку кажется, что лучи выходят из точки S 1 , хотя на самом деле лучей, выходящих их этой точки и попадающих в глаз, не существует. Изображение точки S 1 расположено симметрично самой светящейся точке S относительно зеркала КМ. Докажем это.

Луч SB, падающий на зеркало под углом 2 (рис. 1.8), согласно закону отражения света отражается под углом 1 = 2.

Рис. 1.8. Отражение от плоского зеркала.

Из рис. 1.8 видно, что углы 1 и 5 равны – как вертикальные. Суммы углов 2 + 3 = 5 + 4 = 90°. Следовательно, углы 3 = 4 и 2 = 5.

Прямоугольные треугольники ΔSOB и ΔS 1 OB имеют общий катет ОВ и равные острые углы 3 и 4, следовательно, эти треугольники равны по стороне и двум прилежащим к катету углам. Это означает, что SO = OS 1 , то есть точка S 1 расположена симметрично точке S относительно зеркала.

Для того чтобы найти изображение предмета АВ в плоском зеркале, достаточно опустить перпендикуляры из крайних точек предмета на зеркало и, продолжив их за пределы зеркала, отложить за ним расстояние, равное расстоянию от зеркала до крайней точки предмета (рис. 1.9). Это изображение будет мнимым и в натуральную величину. Размеры и взаимное расположение предметов сохраняются, но при этом в зеркале левая и правая стороны у изображения меняются местами по сравнению с самим предметом. Параллельность падающих на плоское зеркало световых лучей после отражения также не нарушается.

Рис. 1.9. Изображение предмета в плоском зеркале.

В технике часто применяют зеркала со сложной кривой отражающей поверхностью, например, сферические зеркала. Сферическое зеркало – это поверхность тела, имеющая форму сферического сегмента и зеркально отражающая свет. Параллельность лучей при отражении от таких поверхностей нарушается. Зеркало называют вогнутым , если лучи отражаются от внутренней поверхности сферического сегмента. Параллельные световые лучи после отражения от такой поверхности собираются в одну точку, поэтому вогнутое зеркало называют собирающим . Если лучи отражаются от наружной поверхности зеркала, то оно будет выпуклым . Параллельные световые лучи рассеиваются в разные стороны, поэтому выпуклое зеркало называют рассеивающим .

Отраженный и падающий лучи лежат в плоскости, содержащей перпендикуляр к отражающей поверхности в точке падения, и угол падения равен углу отражения.

Представьте, что вы направили тонкий луч света на отражающую поверхность, — например, посветили лазерной указкой на зеркало или полированную металлическую поверхность. Луч отразится от такой поверхности и будет распространяться дальше в определенном направлении. Угол между перпендикуляром к поверхности (нормалью ) и исходным лучом называется углом падения , а угол между нормалью и отраженным лучом — углом отражения. Закон отражения гласит, что угол падения равен углу отражения. Это полностью соответствует тому, что нам подсказывает интуиция. Луч, падающий почти параллельно поверхности, лишь слегка коснется ее и, отразившись под тупым углом, продолжит свой путь по низкой траектории, расположенной близко к поверхности. Луч, падающий почти отвесно, с другой стороны, отразится под острым углом, и направление отраженного луча будет близким к направлению падающего луча, как того и требует закон.

Закон отражения, как любой закон природы, был получен на основании наблюдений и опытов. Можно его вывести и теоретически — формально он является следствием принципа Ферма (но это не отменяет значимости его экспериментального обоснования).

Ключевым моментом в этом законе является то, что углы отсчитываются от перпендикуляра к поверхности в точке падения луча. Для плоской поверхности, например, плоского зеркала, это не столь важно, поскольку перпендикуляр к ней направлен одинаково во всех точках. Параллельно сфокусированный световой сигнал — например, свет автомобильной фары или прожектора, — можно рассматривать как плотный пучок параллельных лучей света. Если такой пучок отразится от плоской поверхности, все отраженные лучи в пучке отразятся под одним углом и останутся параллельными. Вот почему прямое зеркало не искажает ваш визуальный образ.

Однако имеются и кривые зеркала. Различные геометрические конфигурации поверхностей зеркал по-разному изменяют отраженный образ и позволяют добиваться различных полезных эффектов. Главное вогнутое зеркало телескопа-рефлектора позволяет сфокусировать в окуляре свет от далеких космических объектов. Выгнутое зеркало заднего вида автомобиля позволяет расширить угол обзора. А кривые зеркала в комнате смеха позволяют от души повеселиться, разглядывая причудливо искаженные отражения самих себя.

Закону отражения подчиняется не только свет. Любые электромагнитные волны — радио, СВЧ, рентгеновские лучи и т. п. — ведут себя в точности так же. Вот почему, например, и огромные принимающие антенны радиотелескопов, и тарелки спутникового телевидения имеют форму вогнутого зеркала — в них используется всё тот же принцип фокусировки поступающих параллельных лучей в точку.

Свет является важной составляющей нашей жизни. Без него невозможна жизнь на нашей планете. При этом многие явления, которые связаны со светом, сегодня активно используются в разнообразных сферах человеческой деятельности, начиная от производства электротехнических приборов до космических аппаратов. Одним из основополагающих явлений в физике является отражение света.

Отражение света

Закон отражения света изучается еще в школе. Что следует знать о нем, а также много еще полезной информации сможет рассказать вам наша статья.

Основы знаний о свете

Как правило, физические аксиомы являются одними из наиболее понятных, поскольку они имеют наглядное проявление, которые можно легко пронаблюдать в домашних условиях. Закон отражения света подразумевает ситуацию, когда у световых лучей происходит смена направления при столкновении с различными поверхностями.

Обратите внимание! Граница преломления значительно увеличивает такой параметр, как длина волны.

В ходе преломления лучей часть их энергии возвратятся обратно в первичную среду. При проникновении части лучей в иную среду наблюдается их преломление.
Чтобы разбираться во всех этих физических явлениях, необходимо знать соответствующую терминологию:

• поток световой энергии в физике определяется как падающий при попадании на границу раздела двух веществ;
• часть энергии света, которая в данной ситуации возвращается в первичную среду, называется отраженной;

Обратите внимание! Существует несколько формулировок правила отражения. Как вы его не сформулируйте, но он все равно будет описывать взаимное расположение отраженных и падающих лучей.

• угол падения. Здесь подразумевается угол, который формируется между перпендикулярной линией границы сред и падающим на нее светом. Он определяется в точке падения луча;

Углы луча

• угол отражения. Он формируется между отраженным лучом и перпендикулярной линией, которая была восстановлена в точке его падения.

Кроме этого необходимо знать, что свет может распространяться в однородной среде исключительно прямолинейно.

Обратите внимание! Различные среды могут по-разному отражать и поглощать излучение света.

Отсюда выходит коэффициент отражения. Это величина, которая характеризует отражательную способность предметов и веществ. Он означает, сколько излучения принесенного световым потоком на поверхность среды составит та энергия, которая будет отражена от нее. Данный коэффициент зависит от целого ряда факторов, среди которых наибольшее значение имеют состав излучения и угол падения.
Полное отражение светового потока наблюдается тогда, когда луч падает на вещества и предметы, обладающие отражающей поверхностью. К примеру, отражение луча можно наблюдать при попадании его на стекло, жидкую ртуть или серебро.

Небольшой исторический экскурс

Законы преломления и отражения света были сформированы и систематизированы еще в ІІІ в. до н. э. Их разработал Евклид.

Все законы (преломления и отражения), которые касаются данного физического явления, были установлены экспериментальным путем и легко могут подтвердиться геометрическим принципом Гюйгенса. По этому принципу любая точка среды, до которой может дойти возмущение, выступает в роли источника вторичных волн.
Рассмотрим существующие на сегодняшний день законы более детально.

Законы – основа всего

Закон отражения светового потока определяется как физическое явление, в ходе которого свет, направляющийся из одной среды в другую, на их разделе будет частично возвращен обратно.

Отражение света на границе раздела

Зрительный анализатор человека наблюдает свет в момент, когда луч, идущий от своего источника, попадает в глазное яблоко. В ситуации, когда тело не выступает в роли источника, зрительный анализатор может воспринимать лучи от иного источника, которые отражаются от тела. При этом световое излучение, падающее на поверхность объекта, может изменить направление своего дальнейшего распространения. В результате этого тело, которое отражает свет, будет выступать в роли его источника. При отражении часть потока будет возвращаться в первую среду, из которой он первоначально направлялся. Здесь тело, которое отразит его, станет источником уже отраженного потока.
Существует несколько законов для данного физического явления:

• первый закон гласит: отражающий и падающий луч, вместе с перпендикулярной линией, возникающей на границе раздела сред, а также в восстановленной точке падения светового потока, должны располагаться в одной плоскости;

Обратите внимание! Здесь подразумевается, что на отражательную поверхность предмета или вещества падает плоская волна. Ее волновые поверхности являются полосками.

Первый и второй закон

• второй закон. Его формулировка имеет следующий вид: угол отражения светового потока будет равен углу падения. Это связано с тем, что они обладают взаимно перпендикулярными сторонами. Беря во внимание принципы равенства треугольников, становится понятным, откуда берется это равенство. Используя данные принципы можно легко доказать то, что эти углы находятся в одной плоскости с проведенной перпендикулярной линией, которая была восстановлена на границе разделения двух веществ в точке падения светового луча.

Эти два закона в оптической физике являются основными. При этом они справедливы и для луча, имеющего обратный ход. В результате обратимости энергии луча, поток, распространяющийся по пути ранее отраженного, будет отражаться аналогично пути падающего.

Закон отражения на практике

Проверить исполнение данного закона можно на практике. Для этого необходимо направить тонкий луч на любую отражающую поверхность. В этих целях отлично подойдет лазерная указка и обычное зеркало.

Действие закона на практике

Направляем лазерную указку на зеркало. В результате этого лазерный луч отразится от зеркала и распространится дальше в заданном направлении. При этом углы падающего и отраженного луча будут равны даже при обычном взгляде на них.

Обратите внимание! Свет от таких поверхностей будет отражаться под тупым углом и дальше распространяться по низкой траектории, которая расположена достаточно близко к поверхности. А вот луч, который будет падать практически отвесно, отразится под острым углом. При этом его дальнейший путь будет практически аналогичным падающему.

Как видим, ключевым моментом данного правила является тот факт, что углы необходимо отчитывать от перпендикуляра к поверхности в месте падения светового потока.

Обратите внимание! Этому закону подчиняется не только свет, но и любые виды электромагнитных волн (СВЧ, радио-, рентгеновские волны и т. п).

Особенности диффузного отражения

Многие предметы могут только отражать падающее на их поверхность световое излучение. Отлично освещенные объекты хорошо видны с разных сторон, так как их поверхность отражает и рассеивает свет в разных направлениях.

Диффузное отражение

Такое явление называется рассеянным (диффузным) отражением. Это явление образуется при попадании излучения на различные шероховатые поверхности. Благодаря ему мы имеем возможность различать объекты, которые не имеют способности испускать свет. Если рассеивание светового излучения будет равно нулю, то мы не сможем увидеть эти предметы.

Обратите внимание! Диффузное отражение не вызывает у человека дискомфорта.

Отсутствие дискомфорта объясняется тем, что не весь свет, согласно вышеописанному правилу, возвращается в первичную среду. Причем этот параметр у разных поверхностей будет различным:

• у снега – отражается примерно 85% излучения;
• у белой бумаги — 75%;
• у черного цвета и велюра — 0,5%.

Если же отражение идет от шероховатых поверхностей, то свет будет направляться по отношению друг к другу хаотично.

Особенности зеркального отображения

Зеркальное отражение светового излучения отличается от ранее описанных ситуаций. Это связано с тем, что в результате падения потока на гладкую поверхность при определенном угле они будут отражаться в одном направлении.

Зеркальное отражение

Это явление можно легко воспроизвести, используя обычное зеркало. При направлении зеркала на солнечные лучи, оно будет выступать в роли отличной отражающей поверхности.

Обратите внимание! К зеркальным поверхностям можно отнести целый ряд тел. К примеру, в эту группу всходят все гладкие оптические объекты. Но такой параметр, как размеры неровностей и неоднородностей у этих объектов будут составлять менее 1 мкм. Величина длины волны света составляет примерно 1 мкм.

Все такие зеркальные отражающие поверхности подчиняются ранее описанным законам.

Использование закона в технике

На сегодняшний день в технике достаточно часто применяются зеркала или зеркальные объекты, имеющие изогнутую отражающую поверхность. Это так называемые сферические зеркала.
Подобные объекты представляют собой тела, которые имеют форму сферического сегмента. Для таких поверхностей характерно нарушение параллельности лучей.
На данный момент существуют два типа сферических зеркал:

• вогнутые. Они способны отражать световое излучение от внутренней поверхности своего сегмента сферы. При отражении лучи собираются здесь в одной точке. Поэтому их часто еще называют «собирающими»;

Вогнутое зеркало

• выпуклые. Для таких зеркал характерно отражение излучения от наружной поверхности. В ходе этого происходит рассеивание в стороны. По этой причине такие объекты получили название «рассеивающие».

Выпуклое зеркало

При этом существует несколько вариантов поведения лучей:

• паление почти параллельно поверхности. В данной ситуации он лишь немного касается поверхности, а отражается под очень тупым углом. Далее он идет по достаточно низкой траектории;
• при ответном падении, лучи отбиваются под острым углом. При этом, как мы говорили выше, отраженный луч будет следовать по пути очень близкому падающему.

Как видим, закон исполняется во всех случаях.

Заключение

Законы отражения светового излучения очень важны для нас, поскольку они являются основополагающими физическими явлениями. Они нашли обширное применение в различных сферах человеческой деятельности. Изучение основ оптики происходит еще в средней школе, что лишний раз доказывает важность таких базовых знаний.

Как самому сделать ангельские глазки для ваза?

ТЕНЬ ПЛАМЕНИ

Осветите горящую свечу мощной электрической лампой. На экране из белого листа бумаги появится не только тень свечи, но и тень ее пламени

На первый взгляд кажется стран­ным, что сам источник света может иметь собственную тень. Объясняется это тем, что в пламени свечи есть непрозрачные раскаленные частицы и что очень велика разница в яр­кости пламени свечи и освещающего ее мощного источника света. Этот опыт очень хорошо наблюдать, когда свечу освещают яркие лучи Солнца.

ЗАКОН ОТРАЖЕНИЯ СВЕТА

Для этого опыта нам понадобятся: небольшое прямоугольное зеркало и два длинных карандаша.
Положите на стол лист бумаги и проведите на нем прямую линию. Поставьте на бумагу перпендикулярно проведенной линии зеркало. Что­бы зеркало не упало, позади него положите книги.

Для проверки строгой перпендикулярности нарисованной на бумаге линии к зеркалу проследите, чтобы
и эта линия и ее отражение в зеркале были прямолинейными, без излома у поверхности зеркала. Это мы с вами создали перпендикуляр.

В роли световых лучей в нашем опыте выступят карандаши. Положите карандаши на листок бумаги по разные стороны от начерченной линии концами друг к другу и к той точке, где линия упирается в зеркало.

Теперь проследите, чтобы отражения карандашей в зеркале и карандаши, лежащие перед зеркалом, образовывали прямые линии, без излома. Один из карандашей будет играть роль падающего луча, другой — луча отраженного. Углы между карандашами и начерченным перпендикуляром получаются равными друг другу.

Если теперь вы повернете один из карандашей (например, увеличивая угол падения), то обязательно нужно повернуть и второй карандаш, чтобы не было излома между первым карандашом и его продолжением в зеркале.
Всякий раз, изменяя угол между одним карандашом и перпендикуляром, нужно проделывать это и с другим карандашом, чтобы не нарушить прямолинейности светового луча, который карандаш изображает.

ЗЕРКАЛЬНОЕ ОТРАЖЕНИЕ

Бумага бывает разных сортов и отличается своей гладкостью. Но даже очень гладкая бумага не способна отражать, как зеркало, она совсем не похожа на зеркало. Если такую гладкую бумагу рассматривать через увеличительное стекло, то сразу можно увидеть ее волокнистое строение, разглядеть впадинки и бугорки на ее поверхности. Свет, падающий на бумагу, отражается и бугорками, и впадинками. Эта беспорядочность отражений создает рассеянный свет.

Однако и бумагу можно заставить отражать световые лучи по-другому, чтобы не получался рассеянный свет. Правда, даже очень гладкой бумаге далеко до настоящего зеркала, но все-таки и от нее можно добиться некоторой зеркальности.

Возьмите лист очень гладкой бумаги и, прислонив его край к переносице, повернитесь к окну (этот опыт надо делать в яркий, солнечный день). Ваш взгляд должен скользить по бумаге. Вы увидите на ней очень бледное отражение неба смутные силуэты деревьев, домов. И чем меньше будет угол между направлением взгляда и листом бумаги, тем яснее будет отражение. Подобным образом можно получить на бумаге зеркальное отражение свечи или электрической лампочки.

Чем же объяснить, что на бумаге, хоть и плохо, все-таки можно видеть отражение?
Когда вы смотрите вдоль листа, все бугорки бумажной поверхности загораживают впадинки и превращаются как бы в одну сплошную поверхность. Беспорядочных лучей от впадин мы уже не видим, они нам теперь не мешают видеть то, что отражают бугорки.

ОТРАЖЕНИЕ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ЛУЧЕЙ

Положите на расстоянии двух метров от настольной лампы (на одном с ней уровне) лист плотной белой бумаги. На одном краю бумаги укрепите расческу с крупными зубьями. Сделайте так, чтобы свет от лампы проходил на бумагу сквозь зубья расчески. Около самой расчески получится полоска тени от ее «спинки». На бумаге от этой теневой полоски должны идти параллельные полоски света, прошедшие между зубьями расчески

Возьмите небольшое прямоугольное зеркало и поставьте его поперек светлых полосок. На бумаге появятся полоски отраженных лучей.

Поверните зеркало, чтобы лучи падали на него под некоторым углом. Отражен­ные лучи тоже повернутся. Если мысленно провести перпендикуляр к зеркалу в месте падения какого-ни­будь луча, то угол между этим перпендикуляром и падающим лучом будет равен углу отраженного луча. Как бы вы ни изменяли угол падения лучей на отражающую поверхность, как бы ни поворачивали зеркало, всегда отраженные лучи будут выходить под таким же углом.

Если нет маленького зеркала, его можно заменить блестящей стальной линейкой или лезвием безопасной бритвы. Результат будет несколько хуже, чем с зеркалом, но все-таки опыт провести можно.

С бритвой или линейкой возможно проделать еще и такие опыты. Согните линейку или бритву и поставьте на пути параллельных лучей. Если лучи попадут на вогнутую поверхность, то они, отразившись, соберутся в одной точке.

Попав на выпуклую поверхность, лучи отразятся от нее веером. Для наблюдения этих явлений очень пригодится та тень, которая получилась от «спинки» расчески.

ПОЛНОЕ ВНУТРЕННЕЕ ОТРАЖЕНИЕ

Интересное явление происходит с лучом света, который выходит из более плотной среды в менее плотную, например, из воды в воздух. Лучу света не всегда удается это сделать. Все зависит от того, под каким углом он пытается выйти из воды. Здесь угол — это угол, который луч образует с перпендикуляром к поверхности, через которую он хочет пройти. Если этот угол равен нулю, то он свободно выходит наружу. Так, если положить на дно чашки пуговицу и смотреть на нее точно сверху, то пуговица хорошо видна.

Если же увеличивать угол, то может наступить момент, когда нам будет казаться, что предмет исчез. В этот момент лучи полностью отразятся от поверхности, уйдут в глубину и до наших глаз не дойдут. Такое явление называется полным внутренним отражением или полным отражением.

Опыт 1

Сделайте из пластилина шарик диаметром 10- 12 мм и воткните в него спичку. Из плотной бумаги или картона вырежьте кружок диаметром 65 мм. Возьмите глубокую тарелку и натяните на ней параллельно диаметру две нитки на расстоянии трех сантиметров друг от друга. Концы ниток закрепите на краях тарелки пластилином или лейкопластырем.

Затем, проткнув шилом кружок в самом центре, вставьте в отверстие спичку с шариком. Расстояние между шариком и кружком сделайте около двух миллиметров. Положите кружок шариком вниз на натянутые нитки в центре тарелки. Если посмотреть сбоку, шарик должен быть виден. Теперь налейте в тарелку воду до самого кружка. Шарик исчез. Световые лучи с его изображением уже не дошли до наших глаз. Они, отразившись от внутрен­ней поверхности воды, ушли в глубь тарелки. Произошло полное отражение.

Опыт 2

Надо найти шарик из металла с ушком или отверстием, подвесить его на кусочке проволоки и покрыть копотью (лучше всего поджечь кусочек ваты, смоченный скипидаром, машинным или растительным маслом). Дальше налейте в тонкий стакан воды и, когда шарик остынет, опустите его в воду. Виден будет блестящий шарик с «черной косточкой». Это происходит потому, что частицы сажи удерживают воздух, который создает вокруг шарика газовую оболочку.

Опыт 3

Налейте в стакан воду и погрузите в нее стеклянную пипетку. Если ее рассматривать сверху, немного наклонив в воде, чтобы хорошо была видна ее стеклянная часть, она будет так сильно отражать световые лучи, что станет словно зеркальной, будто сделана из серебра. Но стоит нажать на резинку пальцами и набрать в пипетку воду, как сразу же иллюзия исчезнет, и мы увидим только стеклянную пипетку — без зеркального наряда. Зеркальной ее делала поверхность воды, соприкасавшаяся со стеклом, за которым был воздух. От этой границы между водой и воздухом (стекло в данном случае не учитывается) отражались полностью световые лучи и создавали впечатление зеркальности. Когда же пипетка наполнилась водой, воздух в ней исчез, полное внутреннее отражение лучей прекратилось, потому что они просто стали проходить в воду, заполнившую пипетку.

Обратите внимание на пузырьки воздуха, которые иногда бывают в воде на внутренней стороне стакана. Блеск этих пузырьков тоже результат полного внутреннего отражения света от границы воды и воздуха в пузырьке.

ХОД СВЕТОВЫХ ЛУЧЕЙ В СВЕТОВОДЕ

Хотя световые лучи распространяются от источника света по прямым линиям, можно заставить их идти и по кривому пути. Сейчас изготовляют тончайшие световоды из стекла, по которым световые лучи проходят большие расстояния с различными поворотами.

Простейший световод можно сделать довольно просто. Это будет струя воды. Свет, идя по такому световоду, встретив поворот, отражается от внутренней поверхности струи, не может вырваться наружу и идет дальше внутри струи до самого ее конца. Частично вода рассеивает небольшую долю света, и поэтому в темноте мы все-таки увидим слабо светящуюся струю. Если вода слегка забелена краской, светиться струя будет сильнее.
Возьмите шарик для настольного тенниса и проделайте в нем три отверстия: для крана, для короткой резиновой трубки и против этого отверстия третье — для лампочки от карманного фонаря. Лампочку вставьте внутрь шарика цоколем наружу и прикрепите к нему два провода, которые потом присоедините к батарейке от карманного фонаря. Шарик укрепите на кране с помощью изоляционной ленты. Все места соединений промажьте пластилином. Затем обмотайте шарик темной материей.

Откройте кран, но не очень сильно. Струя воды, вытекающая из трубки, должна, изгибаясь, падать недалеко от крана. Свет погасите. Присоедините провода к батарейке. Лучи света от лампочки пройдут через воду в отверстие, из которого вытекает вода. Свет пойдет по струе. Вы увидите лишь ее слабое свечение. Основной поток света идет по струе, не вырывается из нее даже там, где она изгибается.

ОПЫТ С ЛОЖКОЙ

Возьмите блестящую ложку. Если она хорошо отполирована, то даже кажется немножко зеркальной, что-то отражает. Закоптите ее над пламенем свечи, да почернее. Теперь ложка ничего уже не отражает. Копоть поглощает все лучи.

Ну, а теперь опустите закопченную ложку в стакан с водой. Смотри: заблестела, как серебро! Куда же копоть-то девалась? Отмылась, что ли? Вынимаешь ложку — черна по-прежнему…

Дело здесь в том, что частички копоти плохо смачиваются водой. Поэтому вокруг закопченной ложки образуется как бы пленка, как бы «водяная кожа». Словно мыльный пузырь, натянутый на ложку, как перчатка! Но мыльный пузырь ведь блестит, он отражает свет. Вот и этот пузырь, окружающий ложку, тоже отражает.
Можете, например, закоптить над свечой яйцо и погрузить его в воду. Оно будет там блестеть, как серебряное.

Чем чернее, тем светлее!

ПРЕЛОМЛЕНИЕ СВЕТА

Вы знаете, что луч света прямолинеен. Вспомните хотя бы луч, пробившийся сквозь щелку в ставне или в занавесе. Золотой луч, полный кружащихся пылинок!

Но… физики привыкли все проверять на опыте. Опыт со ставнями, конечно, очень нагляден. А что вы скажите об опыте с гривенником в чашке? Не знаете, этого опыта? Сейчас мы с вами его сделаем. Положите гривенник в пустую чашку и присядьте так, чтобы он перестал быть виден. Лучи от гривенника шли бы прямо в глаз, да край чашки загородил им дорогу. Но я сейчас устрою так, что вы снова увидите гривенник.

Вот я наливаю в чашку воду… Осторожно, потихоньку, чтобы гривенник не сдвинулся… Больше, больше…

Смотрите, вот он, гривенник!
Появился, словно бы всплыл. Или, вернее, он лежит на дне чашки. Но дно это будто бы поднялось, чашка «обмелела». Прямые лучи от гривенника к вам не доходили. Теперь лучи доходят. Но как же они огибают край чашки? Неужели гнутся или ломаются?

Можно в ту же чашку или в стакан наклонно опустить чайную ложечку. Смотрите, сломалась! Конец, погруженный в воду, переломился вверх! Вынимаем ложечку — она и целая, и прямая. Значит, лучи действительно ломаются!

Источники: Ф. Рабиза «Опыты без приборов», «Здравствуй физика» Л.Гальперштейн

Свет и цвет: основы основ / Хабр

Мы часто говорим о таком понятии как свет, источниках освещения, цвете изображений и объектов, но не совсем хорошо себе представляем, что такое свет и что такое цвет. Пора разобраться с этими вопросами и перейти от представления к понимаю.

Мы окружены

Осознаем мы этого или нет, но мы находимся в постоянном взаимодействии с окружающим миром и принимаем на себя воздействие различных факторов этого мира. Мы видим окружающее нас пространство, постоянно слышим звуки от различных источников, ощущаем тепло и холод, не замечаем, что пребываем под воздействием естественного радиационного фона, а также постоянно находимся в зоне излучения, которое исходит от огромного количества источников сигналов телеметрии, радио и электросвязи. Почти всё вокруг нас испускает электромагнитное излучение. Электромагнитное излучение — это электромагнитные волны, созданные различными излучающими объектами – заряженными частицами, атомами, молекулами. Волны характеризуются частотой следования, длинной, интенсивностью, а также рядом других характеристик. Вот вам просто ознакомительный пример. Тепло, исходящее от горящего костра – это электромагнитная волна, а точнее инфракрасное излучение, причем очень высокой интенсивности, мы его не видим, но можем почувствовать. Врачи сделали рентгеновский снимок – облучили электромагнитными волнами, обладающими высокой проникающей способностью, но мы этих волн не ощутили и не увидели. То, что электрический ток и все приборы, которые работают под его действием, являются источниками электромагнитного излучения, вы все, конечно же, знаете. Но в этой статье я не стану рассказать вам теорию электромагнитного излучения и его физическую природу, я постараюсь более мене простым языком объяснить, что же такое видимый свет и как образуется цвет объектов, которые мы с вами видим. Я начал говорить про электромагнитные волны, чтобы сказать вам самое главное: Свет – это электромагнитная волна, которая испускается нагретым или находящимся в возбужденном состоянии веществом. В роли такого вещества может выступить солнце, лампа накаливания, светодиодный фонарик, пламя костра, различного рода химические реакции. Примеров может быть достаточно много, вы и сами можете привести их в гораздо большем количестве, чем я написал. Необходимо уточнить, что под понятием свет мы будем подразумевать видимый свет. Всё выше сказанное можно представить в виде вот такой картинки (Рисунок 1).

Рисунок 1 – Место видимого излучения среди других видов электромагнитного излучения.

На Рисунке 1 видимое излучение представлено в виде шкалы, которая состоит из «смеси» различных цветов. Как вы уже догадались – это спектр. Через весь спектр (слева направо) проходит волнообразная линия (синусоидальная кривая) – это электромагнитная волна, которая отображает сущность света как электромагнитного излучения. Грубо говоря, любое излучение – есть волна. Рентгеновское, ионизирующее, радиоизлучение (радиоприемники, телевизионная связь) – не важно, все они являются электромагнитными волнами, только каждый вид излучения имеет разную длину этих волн. Синусоидальная кривая является всего лишь графическим представлением излучаемой энергии, которая изменяется во времени. Это математическое описание излучаемой энергии. На рисунке 1 вы также можете заметить, что изображенная волна как бы немного сжата в левом углу и расширена в правом. Это говорит о том, что она имеет разную длину на различных участках. Длина волны – это расстояние между двумя её соседними вершинами. Видимое излучение (видимый свет) имеет длину волны, которая изменяется в пределах от 380 до 780nm (нанометров). Видимый свет — всего лишь звено одной очень длинной электромагнитной волны.

От света к цвету и обратно

Ещё со школы вы знаете, что если на пути луча солнечного света поставить стеклянную призму, то большая часть света пройдет через стекло, и вы сможете увидеть разноцветные полосы на другой стороне призмы. То есть изначально был солнечный свет — луч белого цвета, а после прохождения через призму разделился на 7 новых цветов. Это говорит о том, что белый свет состоит из этих семи цветов. Помните, я только что говорил, что видимый свет (видимое излучение) — это электромагнитная волна, так вот, те разноцветные полосы, которые получились после прохождения солнечного луча через призму – есть отдельные электромагнитные волны. То есть получаются 7 новых электромагнитных волн. Смотрим на рисунок 2.

Рисунок 2 – Прохождение луча солнечного света через призму.

Каждая из волн имеет свою длину. Видите, вершины соседних волн не совпадают друг с другом: потому что красный цвет (красная волна) имеет длину примерно 625-740nm, оранжевый цвет (оранжевая волна) – примерно 590-625nm, синий цвет (синяя волна) – 435-500nm., не буду приводить цифры для остальных 4-х волн, суть, я думаю, вы поняли. Каждая волна – это излучаемая световая энергия, то есть красная волна излучает красный свет, оранжевая – оранжевый, зеленая – зеленый и т. д. Когда все семь волн излучаются одновременно, мы видим спектр цветов. Если математически сложить графики этих волн вместе, то мы получим исходный график электромагнитной волны видимого света – получим белый свет. Таким образом, можно сказать, что спектр электромагнитной волны видимого света – это сумма волн различной длины, которые при наложении друг на друга дают исходную электромагнитную волну. Спектр «показывает из чего состоит волна». Ну, если совсем просто сказать, то спектр видимого света – это смесь цветов, из которых состоит белый свет (цвет). Надо сказать, что и у других видов электромагнитного излучения (ионизирующего, рентгеновского, инфракрасного, ультрафиолетового и т.д.) тоже есть свои спектры.

Любое излучение можно представить в виде спектра, правда таких цветных линий в его составе не будет, потому, как человек не способен видеть другие типы излучений. Видимое излучение – это единственный вид излучений, который человек может видеть, потому-то это излучение и назвали – видимое. Однако сама по себе энергия определенной длины волны не имеет никакого цвета. Восприятие человеком электромагнитного излучения видимого диапазона спектра происходит благодаря тому, что в сетчатке глаза человека располагаются рецепторы, способные реагировать на это излучение.

Но только ли путем сложения семи основных цветов мы можем получить белый цвет? Отнюдь. В результате научных исследований и практических экспериментов было установлено, что все цвета, которые способен воспринимать человеческий глаз, можно получить смешиванием всего лишь трех основных цветов. Три основных цвета: красный, зеленый, синий. Если с помощью смешивания этих трех цветов можно получить практически любой цвет, значит можно получить и белый цвет! Посмотрите на спектр, который был приведен на рисунке 2, на спектре четко просматриваются три цвета: красный, зеленый и синий. Именно эти цвета лежат в основе цветовой модели RGB (Red Green Blue).

Проверим как это работает на практике. Возьмем 3 источника света (прожектора) — красный, зеленый и синий. Каждый из этих прожекторов излучает только одну электромагнитную волну определенной длины. Красный – соответствует излучению электромагнитной волны длиной примерно 625-740nm (спектр луча состоит только из красного цвета), синий излучает волну длиной 435-500nm (спектр луча состоит только из синего цвета), зеленый – 500-565nm (в спектре луча только зеленый цвет). Три разных волны и больше ничего, нет никакого разноцветного спектра и дополнительных цветов. Теперь направим прожектора так, чтобы их лучи частично перекрывали друг друга, как показано на рисунке 3.

Рисунок 3 — Результат наложения красного, зеленого и синего цветов.

Посмотрите, в местах пересечения световых лучей друг с другом образовались новые световые лучи – новые цвета. Зеленый и красный образовали желтый, зеленый и синий – голубой, синий и красный — пурпурный. Таким образом, изменяя яркость световых лучей и комбинируя цвета можно получить большое многообразие цветовых тонов и оттенков цвета. Обратите внимание на центр пересечения зеленого, красного и синего цветов: в центре вы увидите белый цвет. Тот самый, о котором мы недавно говорили. Белый цвет – это сумма всех цветов. Он является «самым сильным цветом» из всех видимых нами цветов. Противоположный белому – черный цвет. Черный цвет – это полное отсутствие света вообще. То есть там, где нет света — там мрак, там всё становится черным. Пример тому — иллюстрация 4.

Рисунок 4 – Отсутствие светового излучения

Я как-то незаметно перехожу от понятия свет к понятию цвет и вам ничего не говорю. Пора внести ясность. Мы с вами выяснили, что свет – это излучение, которое испускается нагретым телом или находящимся в возбужденном состоянии веществом. Основными параметрами источника света являются длина волны и сила света. Цвет – это качественная характеристика этого излучения, которая определяется на основании возникающего зрительного ощущения. Конечно же, восприятие цвета зависит от человека, его физического и психологического состояния. Но будем считать, что вы достаточно хорошо себя чувствуете, читаете эту статью и можете отличить 7 цветов радуги друг от друга. Отмечу, что на данный момент, речь идет именно о цвете светового излучения, а не о цвете предметов. На рисунке 5 показаны зависимые друг от друга параметры цвета и света.

Рисунки 5 и 6– Зависимость параметров цвета от источника излучения

Существуют основные характеристики цвета: цветовой тон (hue), яркость (Brightness), светлость (Lightness), насыщенность (Saturation).

Цветовой тон (hue)

– Это основная характеристика цвета, которая определяет его положение в спектре. Вспомните наши 7 цветов радуги – это, иначе говоря, 7 цветовых тонов. Красный цветовой тон, оранжевый цветовой тон, зелёный цветовой тон, синий и т.д. Цветовых тонов может быть довольно много, 7 цветов радуги я привел просто в качестве примера. Следует отметить, что такие цвета как серый, белый, черный, а также оттенки этих цветов не относятся к понятию цветовой тон, так как являются результатом смешивания различных цветовых тонов.

Яркость (Brightness)

– Характеристика, которая показывает, насколько сильно излучается световая энергия того или иного цветового тона (красного, желтого, фиолетового и т. п.). А если она вообще не излучается? Если не излучается – значит, её нет, а нет энергии — нет света, а там где нет света, там черный цвет. Любой цвет при максимальном снижении яркости становится черным цветом. Например, цепочка снижения яркости красного цвета: красный — алый — бордовый — бурый — черный. Максимальное увеличение яркости, к примеру, того же красного цвета даст «максимально красный цвет».

Светлость (Lightness)

– Степень близости цвета (цветового тона) к белому. Любой цвет при максимальном увеличении светлости становится белым. Например: красный — малиновый — розовый — бледно-розовый — белый.

Насыщенность (Saturation)

– Степень близости цвета к серому цвету. Серый цвет является промежуточным цветом между белым и черным. Серый цвет образуется путем смешивания в равных количествах красного, зеленого, синего цвета с понижением яркости источников излучения на 50%. Насыщенность изменяется непропорционально, то есть понижение насыщенности до минимума не означает, что яркость источника будет снижена до 50%. Если цвет уже темнее серого, при понижении насыщенности он станет ещё более темным, а при дальнейшем понижении и вовсе станет черным цветом.

Такие характеристики цвета как цветовой тон (hue), яркость (Brightness), и насыщенность (Saturation) лежат в основе цветовой модели HSB (иначе называемая HCV).

Для того чтобы разобраться в этих характеристиках цвета, рассмотрим на рисунке 7 палитру цветов графического редактора Adobe Photoshop.

Рисунок 7 – Палитра цветов Adobe Photoshop

Если вы внимательно посмотрите на рисунок, то обнаружите маленький кружочек, который расположен в самом верхнем правом углу палитры. Этот кружочек показывает, какой цвет выбран на цветовой палитре, в нашем случае это красный. Начнем разбираться. Сначала посмотрим на числа и буквы, которые расположены в правой половине рисунка. Это параметры цветовой модели HSB. Самая верхняя буква – H (hue, цветовой тон). Он определяет положение цвета в спектре. Значение 0 градусов означает, что это самая верхняя (или нижняя) точка цветового круга – то есть это красный цвет. Круг разделен на 360 градусов, т.е. получается, в нем 360 цветовых тонов. Следующая буква – S (saturation, насыщенность). У нас указано значение 100% — это значит, что цвет будет «прижат» к правому краю цветовой палитры и имеет максимально возможную насыщенность. Затем идет буква B (brightness, яркость) – она показывает, насколько высоко расположена точка на палитре цветов и характеризует интенсивность цвета. Значение 100% говорит о том, что интенсивность цвета максимальна и точка «прижата» к верхнему краю палитры. Буквы R(red), G(green), B(blue) — это три цветовых канала (красный, зеленый, синий) модели RGB. В каждом в каждом из них указывается число, которое обозначает количество цвета в канале. Вспомните пример с прожекторами на рисунке 3, тогда мы выяснили, что любой цвет может быть получен путем смешивания трех световых лучей. Записывая числовые данные в каждый из каналов, мы однозначно определяем цвет. В нашем случае 8-битный канал и числа лежат в диапазоне от 0 до 255. Числа в каналах R, G, B показывают интенсивность света (яркость цвета). У нас в канале R указано значение 255, а это значит, что это чистый красный цвет и у него максимальная яркость. В каналах G и B стоят нули, что означает полное отсутствие зеленого и синего цветов. В самой нижней графе вы можете увидеть кодовую комбинацию #ff0000 — это код цвета. У любого цвета в палитре есть свой шестнадцатиричный код, который определяет цвет. Есть замечательная статья Теория цвета в цифрах, в которой автор рассказывает как определять цвет по шестнадцатеричному коду.
На рисунке вы также можете заметить перечеркнутые поля числовых значений с буквами «lab» и «CMYK». Это 2 цветовых пространства, по которым тоже можно характеризовать цвета, о них вообще отдельный разговор и на данном этапе незачем вникать в них пока не разберетесь с RGB.
Можете открыть цветовую палитру Adobe Photoshop и поэксперовать со значением цветов в полях RGB и HSB. Вы заметите, что изменение числовых значений в каналах R, G, и B приводит к изменению числовых значений в каналах H, S, B.

Цвет объектов

Пора поговорить о том, как так получается, что окружающие нас предметы принимают свой цвет, и почему он меняется при различном освещении этих предметов.

Объект можно увидеть, только если он отражает или пропускает свет. Если же объект почти полностью поглощает падающий свет, то объект принимает черный цвет. А когда объект отражает почти весь падающий свет, он принимает белый цвет. Таким образом, можно сразу сделать вывод о том, что цвет объекта будет определяться количеством поглощенного и отраженного света, которым этот объект освещается. Способность отражать и поглощать свет определятся молекулярной структурой вещества, иначе говоря — физическими свойствами объекта. Цвет предмета «не заложен в нем от природы»! От природы в нем заложены физические свойства: отражать и поглощать.

Цвет объекта и цвет источника излучения неразрывно связаны между собой, и эта взаимосвязь описывается тремя условиями.

— Первое условие: Цвет объект может принимать только при наличии источника освещения. Если нет света, не будет и цвета! Красная краска в банке будет выглядит черной. В темной комнате мы не видим и не различаем цветов, потому что их нет. Будет черный цвет всего окружающего пространства и находящихся в нем предметов.

— Второе условие: Цвет объекта зависит от цвета источника освещения. Если источник освещения красный светодиод, то все освещаемые этим светом объекты будут иметь только красные, черные и серые цвета.

— И наконец, Третье условие: Цвет объекта зависит от молекулярной структуры вещества, из которого состоит объект.

Зеленая трава выглядит для нас зеленой, потому что при освещении белым светом она поглощает красную и синюю волну спектра и отражает зеленую волну (Рисунок 8).

Рисунок 8 – Отражение зеленой волны спектра

Бананы на рисунке 9 выглядят желтыми, потому что они отражают волны, лежащие в желтой области спектра (желтую волну спектра) и поглощает все остальные волны спектра.

Рисунок 9 – Отражение желтой волны спектра

Собачка, та что изображена на рисунке 10 – белая. Белый цвет – результат отражения всех волн спектра.

Рисунок 10 – Отражение всех волн спектра

Цвет предмета – это цвет отраженной волны спектра. Вот так предметы приобретают видимый нами цвет.

В следующей статье речь пойдет о новой характеристике цвета — цветовой температуре.

«Практическое применение законов отражения и преломления света». 11-й класс

Цели урока:

Обучающие:

• Учащиеся должны повторить и обобщить знания полученные при изучении темы “Отражение и преломление света”: явление прямолинейности распространения света в однородной среде, закон отражения, закон преломления, закон полного отражения.
• Рассмотреть применение законов в науке, технике, оптических приборах, медицине, на транспорте, в строительстве, в быту, окружающем нас мире,
• Уметь применять полученные знания при решении качественных, расчетных и экспериментальных задач;

Развивающие:

1. расширить кругозор учащихся, развитие логического мышления, интеллекта;
2. уметь проводить сравнения, делать вводы;
3. развить монологическую речь, уметь выступать перед аудиторией.
4. научить добывать информацию из дополнительной литературы и из Интернета, анализировать её.

Воспитательные:

• прививать интерес к предмету физика;
• научить самостоятельности, ответственности, уверенности;
• создать ситуацию успеха и дружеской поддержки в процессе урока.

Оборудование и наглядные пособия:

• Прибор по геометрической оптике, зеркала, призмы, катафот, бинокль, оптоволокно, приборы для опыта.
• Компьютер, видеопроектор, экран, презентация “Практическое применение законов отражения и преломления света”

План урока.

I. Тема и цель урока (2 минуты)

II. Повторение (фронтальный опрос) – 4 минут

III. Применение прямолинейности распространения света. Задача (у доски). — 5  минут

IV. Применение закона отражения света. — 4 минуты

V. Применение закона преломления света:

1) Опыт — 4 минуты

2) Задача — 5 минут

VI Применение полного внутреннего отражения света:

а) Оптические приборы – 4 минуты.

в) Волоконная оптика – 4 минуты.

VII Миражи — 4 минуты

VIII.Самостоятельная работа – 7 мин.

IХ Подведение итогов урока. Домашнее задание – 2 мин.

Итого: 45 мин

Ход урока

I. Тема урока, цель, задачи, содержание. (Слайд1-2)

Эпиграф. (Слайд 3)

Чудный дар природы вечной,
Дар бесценный и святой,
В нем источник бесконечный
Наслажденье красотой:
Небо, солнце, звезд сиянье,
Море в блеске голубом –
Всю картину мирозданья
Мы лишь в свете познаем.
И.А.Бунин

II. Повторение

Преподаватель:

а) Геометрическая оптика. (Слайды 4-7)

Свет в однородной среде распространяется прямолинейно. Или в однородной среде световые лучи представляют собой прямые линии

Линия, вдоль которой распространяется световая энергия, называется лучом. Прямолинейность распространения света со скоростью 300000км/с используется в геометрической оптике.

Пример: Применяется при проверке по лучу прямолинейности отстроганной доски.

Возможность видеть несветящиеся предметы связана с тем, что всякое тело частично отражает, а частично поглощает падающий на него свет. (Луна). Среда, в которой скорость распространения света меньше, является оптически более плотной средой. Преломление света — это изменение направления луча света при пересечении границы между средами. Преломление света объясняется различием в скоростях распространения света при переходе из одной среды в другую

б) Демонстрация явления отражения и преломления на приборе “Оптический диск”

в) Вопросы для повторения. (Слайд 8)

III. Применение прямолинейности распространения света. Задача (у доски).

а) Образование тени и полутени. (Слайд 9).

Прямолинейностью распространения света объясняется образование тени и полутени. При малых размерах источника или если источник, находится на расстоянии, по сравнению с которым размерами источника можно пренебречь получается только тень. При больших размерах источника света или, если источник находится близко к предмету, создаются нерезкие тени (тень и полутень).

б) Освещение Луны. (Слайд10).

Луна по своему пути вокруг Земли освещается Солнцем, она сама не светится.

1. новолуние, 3. первая четверть, 5. полнолуние, 7. последняя четверть.

в) Применение прямолинейности распространения света в строительстве, в строительстве дорог и мостов. (Слайды 11-14)

г) Задача №1352(Д) (учащийся у доски). Длина тени от Останкинской телевизионной башни, освещенной солнцем, в некоторый момент времени оказалась равной 600 м; длина тени от человека высотой 1,75 м в тот же момент времени была равна 2 м. Какова высота башни? (Слайд 15-16)

Вывод: По этому принципу можно определить высоту недоступного предмета: высоту дома; высоту отвесной скалы; высоту высокого дерева.

д) Вопросы для повторения. (Слайд 17)

IV. Применение закона отражения света. (Слайды 18-21).

а) Зеркала (Сообщение учащегося).

Свет, встречная на своем пути какой нибудь объект, отражается от его поверхности. Если она не ровная, то отражение происходит во многих направлениях и свет рассеивается.Когда же поверхность гладкая, то все лучи отходят от нее параллельно друг другу и получается зеркальное отражение. Так свет обычно отражается от свободной поверхности покоящихся жидкостей и от зеркал. Форма у зеркал может быть разная. Они бывают плоскими, сферическими, циоиндрическими, пароболическими и т.д. Свет, исходящий из обьекта, распростроняется в виде лучей, которые, падая на зеркало, отражаются. Если они вновь после этого соберутся в какой-нибудь точке,то говорят, что в ней возникло действие изображние объекта. Если же лучи остаются разьединенными, но в какой-то точке сходятся их продолжения, то нам кажется, что лучи исходят их неё именно там находится объект. Это так называемое мнимое изображение,которое создается в воображении наблюдения. С помощью вогнутых зеркал можно проецировать изображениена какую-нибудь поверхностьили собирать в одной точке слабый свет, приходящий от удаленного объекта,как это бывает при наблюдении звезд с помощью телескопа-рефлектора. В обоих случаях изображение получается действительным, другие зеркала используются для того, чтобы видить в них объект в натуральную величину (обычные плоские зеркала), увеличенным (такие зеркальца носят в дамской сумочке) или уменьшенным(зеркала заднего вида в автомобилях). Получаемые при этом изображения являются мнимыми(виртуальными). А с помощью кривых, несферических зеркал можно делать изображение искаженным.

V. Применение закона преломления света. (Слайды 22-23).

а) Ход лучей в стеклянной пластинке. Построить и объяснить. (Учащийся у доски)

б) Ход лучей в треугольной призме. Построить и объяснить. (Учащийся у доски)

в) Опыт: Применение закона преломления. (Сообщение учащегося.) (Слайды 24)

Неопытные купальщики нередко подвергаются большой опасности только потому, что забывают об одном любопытном следствии закона преломления света. Они не знают, что преломление словно поднимает все погруженные в воду предметы выше истинного их положения. Дно пруда, речки, водоема представляется глазу приподнятым почти на третью часть глубины. Особенно важно знать это детям и вообще людям невысокого роста, для которых ошибка в определении глубины может оказаться роковой. Причина преломление световых лучей.

Опыт: На дно, стоящей перед учащимися чашки положить монетку так. чтобы она не была видна учащемуся. Попросить его не поворачивая головы, налить в чашку воды, то монетка “всплывёт”. Если из чашки спринцовкой удалить воду, то дно с монеткой опять “опустится”. Объяснить опыт. Провести опыт каждому дома.

г) Задача. Истинная глубина участка водоёма равна 2 метра. Какова кажущая глубина для человека, смотрящего на дно под углом 60°к поверхности воды. Показатель преломления воды равен 1,33. (Слайды 25-26).

д) Вопросы для повторения. (Слайд 27-28).

VI. Полное внутреннее отражение. Оптические приборы

а) Полное внутреннее отражение. Оптические приборы. (Сообщение учащегося)

(Слайды 29-35)

Полное внутренне отражение происходит в том случае, когда свет падает на границу между оптически более плотной средой и менее плотной средой. Полное внутреннее отражение находит применение во многих оптических приборах. Предельный угол для стекла 35°-40° в зависимости от показателя преломления данного сорта стекла. Поэтому в 45° призмах свет будет испытывать полное внутреннее отражение.

Вопрос. Почему оборотные и поворотные призмы лучше применять, чем зеркала?

а) Они отражают почти 100 света, так как самые лучшие зеркала - менее 100. Изображение получается более ярким.

в) Их свойства остаются неизменными, так как металлические зеркала тускнеют с течением времени из-за окисления металла.

Применение. Поворотные призмы применяются в перископах. Оборотные призмы – в биноклях. На транспорте применяется угловой отражатель – катафот, его укрепляют сзади – красный, впереди – белый, на спицах колес велосипеда – оранжевый. Световозвращатель или оптическое устройство, отражающее свет обратно к освещающему его источнику независимо от угла падения света на поверхность. Ими оборудуются все транспортные средства и опасные участки дорог. Изготавливается из стекла или пластмасс.

б) Вопросы для повторения. (Слайд 36).

в) Волоконная оптика. (Сообщение учащегося). (Слайды 37-42).

На полном внутреннем отражении света основана волоконная оптика. Волокна бывают стеклянные и пластиковые. Диаметр их очень маленький- несколько микрометров. Пучок этих тонких волокон называется световодом, свет передвигается по нему почти без потерь, даже если предать световоду сложную форму. Это используется в декоративных светильниках, при подсветки струй в фонтанах.

Световоды находят применение для передачи сигналов в телефонной и других видах связи. Сигнал представляет собой модулированный световой пучок и передается с меньшими потерями, чем при передаче электрического сигнала по медным проводам.

Световоды применяются в медицине – передача четкого изображения. Вводя через пищевод “эндоскоп” врач получает возможность обследовать стенки желудка. По одним волокнам посылается свет для освещения желудка, по другим идёт отражённый свет. Чем больше волокон, и чем они тоньше, тем лучше получается изображение. Эндоскоп полезен при обследовании желудка и других труднодоступных мест, при подготовки больного к операции или при поиски травм и повреждений без хирургического вмешательства.

В световоде происходит полное отражение света от внутренней поверхности стеклянного или прозрачного пластикового волокна. На каждом из торцов световода имеются линзы. На торце обращенном к объекту. линза превращает исходящие из него лучи в параллельный пучок. На торце, обращенном к наблюдателю, имеется зрительная труба, позволяющая рассмотреть изображение.

VII. Миражи. (Учащийся рассказывает, дополняет учитель) (Слайды 43-46).

Французская армия Наполеона в 18 веке встретилась в Египте с миражом. Солдаты увидели впереди “озеро с деревьями”. Мираж — французское слово, означает “отражать как в зеркале”. Солнечные лучи проходят через воздушное зеркало, порождают “чудеса”. Если земля хорошо нагрета, то нижний слой воздуха значительно теплее, чем слои расположенные выше.

Мираж — оптическое явление в ясной, спокойной атмосфере при различной нагретости отдельных ее слоев, состоящее в том, что невидимые, находящиеся за горизонтом предметы отражаются в преломленной форме в воздухе.

Поэтому солнечные лучи, пронизывая воздушную толщу, никогда не идут прямолинейно, а искривляются. Это явление называется рефракцией.

Мираж многолик. Он может быть простым, сложным, верхним, нижним, боковым.

Когда нижние слои воздуха хорошо нагреты, то наблюдается нижний мираж – мнимое перевернутое изображение предметов. Так чаще всего бывает в степях и пустынях. Этот вид миража можно увидеть в Средней Азии, Казахстане, Поволжье.

Если приземные слои воздуха гораздо холоднее, чем верхние, то возникает верхний мираж - изображение отрывается от земли и повисает в воздухе. Предметы кажутся ближе и выше, чем на самом деле. Этот вид миража наблюдается ранним утром, когда солнечные лучи еще не успели согреть Землю.

На поверхности моря в жаркие дни моряки видят корабли, повисшие в воздухе, и даже предметы далеко за горизонтом.

VIII. Самостоятельная работа. Тест – 5 мин. (Слайды 47-53).

1. Угол между падающем лучом и плоскостью зеркала равен 30°. Чему равен угол отражения?

а) 30°;

б) 60°;

в) 15° ;

г) 90°.

2. Почему для транспорта световым сигналом опасности является красный цвет?

а) ассоциируется с цветом крови;

б) лучше бросается в глаза;

в) имеет самый малый показатель преломления;

г) имеет наименьшее рассеивание в воздухе

3. Почему рабочие на стройке носят каски оранжевого цвета?

а) оранжевый цвет хорошо заметен на расстоянии;

б) мало изменяется во время непогоды;

в) имеет наименьшее рассеивание света;

г) согласно требованию безопасности труда.

4. Чем объяснить игру света в драгоценных камнях?

а) их грани тщательно шлифуются;

б) большим показателем преломления;

в) камень имеет форму правильного многогранника;

г) правильным расположением драгоценного камня по отношению к световым лучам.

5. Как изменится угол между падающим на плоское зеркало и отраженным лучами, если угол падения увеличить на 15°?

а) увеличится на 30°;

б) уменьшится на 30°;

в) увеличится на 15°;

г) увеличится на 15°;

6. Какова скорость света в алмазе, если показатель преломления равен 2,4?

а) примерно 2000000 км/с;

б) примерно 125000 км/с;

в) скорость света не зависит от среды, т.е. 300000 км/с;

г) 720000 км/с.

IХ. Подведение итогов урока. Домашнее задание. (Слайды 54-56).

Анализ и оценка деятельности учащихся на уроке. Учащиеся обсуждают вместе с учителем результативность урока, оценивают свою деятельность.

1. Сколько правильных ответов вы получили?

2.Самая интересная информация на уроке

3. Узнали ли вы что-то новое?

4. Лучший докладчик.

2) Проделать опыт с монеткой дома.

– 2 мин.

Литература

1. Городецкий Д.Н.  Проверочные работы по физике “Высшая школа”1987
2. Демкович В.П. Сборник задач по физике “Просвещение” 2004
3. Джанколе Д. Физика. Издательство “Мир” 1990
4. Перельман А.И. Занимательная физика Издательство “Наука” 1965
5. Лансберг Г.Д. Элементарный учебник физики Издательство “Наука” 1972
6. Интернет-ресурсы

Природные явления для детей — описание явлений природы для детей

Любые изменения, происходящие в природе, называются природными явлениями. Давайте признаемся честно: мы привыкли к большинству из них и не обращаем особого внимания на форму облаков, красоту закатов, сверкание снега на морозе. Природные явления интересуют взрослых больше как досадное препятствие, которое нужно преодолеть: в дождь — взять зонт, в гололед — позаботиться о нескользящей обуви. Дети менее практичны, зато у них больше «почему»: «почему ветер дует», «почему снег холодный», «почему листья стали желтыми». Задача родителей — постараться дать ответы.

Когда рассказывать ребенку про природные явления?

Начинать можно в любом возрасте. Если взрослые объясняют ребенку, даже совсем маленькому: «Сегодня сильный дождь — гулять не пойдем» или «Там холодный ветер, нужно обязательно надеть шапочку», можно не сомневаться: первые, самые элементарные представления о природных явлениях у малыша появятся уже к двум годам.

Но «капельки, падающие с неба» и «земля, покрытая ледяной коркой» не будет удовлетворять ребенка долго. К трем-четырем годам нужно быть готовыми объяснить, почему летом идет дождь, а зимой — снег; что такое радуга; куда прячется солнце после заката.

Самое главное — найти слова, которые будут понятны ребенку и в то же время, действительно, разъяснят ему суть явления.

Закаты и восходы

Конечно, поговорка «Лучше один раз увидеть…» работает и в данном случае. Можно сколько угодно долго рассказывать малышу о том, «как красиво солнышко садится за горизонт», но, однажды увидев эту картину на море или в чистом поле, он уже не забудет ее.

Если нет возможности выехать на природу, покажите иллюстрацию в детской книге. Часто к изображению рассветов и закатов прибегают художники-пейзажисты.

Акцентируйте внимание ребенка на такой картинке во время просмотра мультфильма или кинофильма.

А объяснить это явление природы можно так: планета Земля, на которой мы живем, вращается вокруг Солнца и вокруг своей оси. Именно Солнце дает нам тепло и свет. Когда его лучи попадают на Землю, наступает день, когда Земля поворачивается другой стороной — ночь. Закат — это момент, когда Солнце уже почти скрылось и видны последние его лучи, рассвет — наоборот, первые.

Закаты и рассветы замечательны тем, что небо окрашивается не в привычный голубой или серый цвет, а во всю гамму желто-красных оттенков. Дело в том, что солнечный свет не белый — его можно разложить на несколько цветов (различных по длине волны, но про это ребенку рассказывать необязательно). Путь лучей во время заката и рассвета удлиняется, короткие (синие) волны успевают рассеяться, и мы видим только длинные: желтые, красные.

При этом закаты могут быть самыми разными. Их цвет зависит от многих факторов: погоды, загрязненности, природы. Например, после дождя можно увидеть ярко-желтый закат, а над крупными городами, где атмосфера загрязнена выхлопами, — темно-красный. Красивый закат в оранжево-красной гамме можно наблюдать и над морем, где воздух полон частиц соленой воды.

Облака, туман и тучи

Маленькие дети, рисуя картинки, часто помещают на небо, кроме солнца, еще и облака. Но не знают, что собой представляют эти самые облака.

То же и с туманом: малыш наверняка видел его в собственной ванной комнате или вечером в теплую погоду над рекой, он даже, возможно, знает это слово, — но объяснить явление не сможет.

Хотя это довольно просто. Туман — капельки воды, которые, испаряясь с теплой поверхности, поднимаются вверх и встречаются там с более холодными. Когда туман поднимается высоко, эти пары под влиянием низких температур сгущаются и формируются в виде облаков. То есть туман — это те же облака, но расположенные значительно ниже над Землей.

Облака бывают разной формы, за ними интересно наблюдать, а иногда кажется, они так низко, что их легко коснуться. Удивительно, но некоторые из них и правда можно потрогать: альпинисты, которые поднимались высоко в горы, могут рассказать, как проходили «сквозь облака» и оказывались «над облаками». На ощупь они совсем не так приятны, как на вид — ничего кроме влаги почувствовать невозможно.

Дети, которые уже летали на самолете, наверняка вспомнят, как пролетали через облачный слой к солнцу. А для тех, у кого такого опыта нет, можно «напустить туману» в обычной банке: налейте в нее немного теплой воды, накройте крышкой, а сверху положите кусочек льда из морозилки. Теплый воздух начнет подниматься и соединяться с холодным, идущим от крышки — вы увидите туман, а позже, возможно и «дождь», если конденсата на крышке окажется достаточно.

Дождь

Внимание ребенка можно привлечь к тому, что облака бывают не только разной формы — перистые, кучевые, слоистые, — но и разного цвета. И именно темные облака, которые мы называем тучами, — самые «опасные». Они грозят пролиться дождем.

Почему именно они?

Строго говоря, такого понятия, как «туча», у ученых нет — есть только облака, в большей или меньшей степени наполненные водой. Если воды в облаке становится слишком много, оно тяжелеет, темнеет (становится тучей) и в какой-то момент уже не в силах больше удерживаться в небе — проливается дождем.

Туча выглядит мрачной, потому что она плотнее облака и солнечные лучи проходят через нее с трудом.

Ребенок может спросить, как облака набирают воду. Она испаряется с земли. Чем больше влаги, тем сильнее испарения — и больше облаков. Неслучайно в местности с крупными водоемами дожди идут достаточно часто, а над пустынями — практически никогда.

Град

Иногда — как правило, летом, поздней весной или ранней осенью — из туч на землю падает не дождь, а град.

В целом все происходит так же, как с дождем: водяной пар вместе с нагретым воздухом поднимается с поверхности земли и постепенно охлаждается. Но если на земле очень жарко и ветрено, поток может быть сильным настолько, что пары поднимаются на большую высоту, чем обычно. А поскольку в атмосфере чем выше, тем холоднее, пары превращаются там не в воду, а в кусочки льда.

Град выпадает редко и обычно не наносит серьезного ущерба. Размер градины зависит от того, как долго она пробыла в облаке, не падая на Землю. Бывают случаи, когда градины достигают очень серьезных размеров — с куриное яйцо и даже больше. Такой град уже наносит урон растениям, повреждает непрочные строения, может поранить животных и птиц.

Ветер

Мы часто говорим, выходя на улицу: «Хорошо, сегодня ветра нет». Это не совсем верно. Ветер — колебание воздуха, и он, конечно, есть всегда. Просто при слабых колебаниях ветер практически не ощущается.

Почему же он меняется и куда дует?

Если спросить ученых, они ответят, что ветер образуется из-за колебания атмосферного давления: воздушные потоки устремляются из области с повышенным давлением в область с более низким. Но для ребенка это слишком сложно.

Возникновение ветра можно объяснить и разницей температур: под Солнцем поверхность Земли нагревается неравномерно — например, днем вода прогревается медленнее, чем суша, по-разному идет нагрев участков с различной высотой. А, как мы уже знаем, теплый воздух понимается вверх — его место занимает более прохладный с низин и водоемов. Так происходит движение воздуха — возникает ветер.

Чем больше разница температур, тем выше скорость перемещения воздуха — а значит, сильнее ветер. Поэтому особо сильные ветра дуют на побережье морей и океанов, при наличии больших перепадов рельефа местности, при резкой смене температуры.

Важно, чтобы ребенок понял: наша планета настолько большая, что всегда где-то в одном месте холодно, а в другом тепло, поэтому движение воздуха на Земле не прекращается. А продемонстрировать движение теплого воздуха вверх можно нехитрым опытом: сначала надуйте обычный воздушный шарик с помощью фена теплым воздухом (он будет подниматься к потолку), а потом ненадолго поместите шарик в холодильник — шарик будет падать на пол.

Гроза

Одно из самых пугающих природных явлений. И объяснить его без специальных терминов никак не получится.

Гроза формируется в тех же облаках, что и дождь. Но при сильном ветре облака буквально мечутся по небу, поэтому вода, которая в них присутствует в виде капелек воды или льдинок, находится в постоянном движении. Их столкновения приводят к тому, что одни капли/льдинки заряжаются положительно, другие — отрицательно. Положительные оказываются более легкими и поднимаются в верхнюю часть облака, отрицательные опускаются вниз, они тяжелее.

Таким образом формируется грозовое облако: верхняя его часть заряжена положительно, а нижняя — отрицательно.

Если два таких грозовых облака подойдут друг к другу на небольшое расстояние, может произойти электрический разряд. Именно в этот момент мы и видим молнию. Молния также может образоваться внутри одного облака и даже ударить прямо в землю. Механизм ее образования и в этом случае не меняется, просто в роли положительно заряженного объекта может выступать и поверхность земли.

Через некоторое время слышен гром. Он бывает очень громким и часто пугает, но на самом деле это всего лишь звук, с которым расширяется воздух вследствие разряда.

Эти объяснения могут оказаться для ребенка достаточно сложными, и он не все поймет. Не беда. Главное, чтобы он осознал, что бояться грозы не стоит — это природное явление, которое имеет научное объяснение.

А чтобы заинтересовать малыша, можно попытаться прикинуть расстояние до грозы. Это возможно, поскольку скорость звука меньше скорости света, и по промежутку времени после вспышки молнии и до раската грома можно вполне точно оценить расстояние. Один километр звук преодолевает приблизительно за 3 секунды. Если между вспышкой молнии и раскатом грома вы насчитали, например, 12 секунд, значит, до грозы около 4 километров. Далеко.

Объясните ребенку, что хотя бояться грозы не стоит, меры предосторожности нужно принимать обязательно. На открытой местности нельзя стоять под одиноко стоящим деревом. А дома нужно закрыть окна, выключить электроприборы и ни в коем случае не разговаривать по мобильному телефону, не мыться и не прикасаться к металлическим предметам.

Северное сияние

Еще одно природное явление, связанное с заряженными частицами. В отличие от грозы, оно не несет в себе никакой опасности и очень красиво. Но — также в отличие от грозы — его можно наблюдать значительно реже и далеко не везде.

Северное сияние еще называют полярным — именно потому, что чаще всего оно наблюдается ближе к полюсам Земли.

Те, кому посчастливилось увидеть северное сияние, говорят, что это невозможно описать словами: небо вдруг вспыхивает миллионом огней, которые меняют форму и цвет, как в огромном калейдоскопе.

Это величественное явление может продолжаться от нескольких минут до нескольких дней.

Раньше люди считали, что переливы красок на небе — это танцы богов. Но теперь мы знаем, что это явление связано со вспышками на Солнце. Во время самых больших вспышек многие частицы устремляется от Солнца к Земле, — но сгорают в атмосфере нашей планеты на высоте порядка 100 км. Энергия, которая при этом высвобождается, и дает красочную картинку на небе.

Считается, что лучше всего наблюдать северное сияние в Норвегии. Ребенку можно показать его на картинке или экране компьютера, хотя, конечно, полного представления так получить не удастся.

Землетрясение

Если ребенок уже знает, что Земля представляет собой слоистый шар, на поверхности которого земная кора, а под ней — мантия и ядро, он способен представить себе, что кора может быть не сплошной, иметь разрывы и трещины.

Цельные куски земной коры называются литосферными плитами. Они медленно двигаются относительно друг друга, иногда отдаляются, а иногда и сталкиваются. В местах столкновения происходит землетрясение. В этот момент земля здесь буквально сотрясается, от чего рушатся здания, падают деревья, гибнут люди.

Землетрясения не всегда ведут к разрушениям. Бывают толчки, которые могут заметить только самые точные приборы. Тогда говорят о землетрясении слабой мощности или мощностью 1 балл. Сильными считаются землетрясения в 7 баллов и выше, 11 и 12 баллов — катастрофическими.

Теоретически землетрясение может произойти в любой точке планеты, но на самом деле они случаются чаще в тех местах, где литосфера не является цельной. Это так называемые сейсмически активные зоны. За ними внимательно наблюдают ученые. Благодаря их работе многих бед удается избежать.

Солнечное и лунное затмение

Явление, при котором Луна полностью закрывает Солнце от наблюдателя на Земле, называется солнечным затмением.

В старину объяснения этому явлению не было, поэтому люди очень пугались наступления внезапной темноты; считалось, что затмение является предвестником многих несчастий и даже конца света.

Теперь мы знаем, что ничего страшного не происходит — просто Солнце для землян находится в таком положении, что заслонено Луной. Это совсем ненадолго, а зрелище по-настоящему завораживающее: Луна «наползает» на Солнце постепенно, сначала от Солнца остается серп, потом и он закрывается, дневное небо превращается в ночное, а на месте Солнца — непонятный черный круг с серебристым сиянием…

Лунное затмение тоже объясняется движением небесных тел. Оно происходит, когда Солнце, Земля и Луна выстраиваются в одну линию. В этом случае Луна попадает в тень, которую отбрасывает Земля, и приобретает красноватый оттенок.

Солнечные затмения достаточно редки и видны не отовсюду, так как Луна слишком мала, чтобы скрыть Солнце от всего земного полушария.

Лунные затмения также чаще бывают не полными, а частичными, когда закрыт не весь диск Луны.

Зимние природные явления

Есть природные явления, которые характерны только для одного времени года. К примеру, зимой на большей части Земли устанавливается холодная погода. Это вызвано тем, что солнечные лучи скользят по поверхности и не согревают ее.

Температура воздуха на улице зимой часто опускается ниже 0 градусов. Такая температура называется морозной.

Но 0 градусов — не просто условная черта, после которой становится холодно. Это температура замерзания воды. Именно это свойство приводит к тому, что зимой наблюдаются такие явления природы, которых не может быть в теплое время года.

Снег, снегопад

Снежинки формируются так же, как и капельки дождя: в облаках из испаренной с земли влаги. Но при морозной температуре вода замерзает в кристаллики льда. Они падают на землю (как и дождик), но по пути цепляются одна за другую, поэтому часто снег идет не отдельными крошечными снежинками, а целыми хлопьями.

Снежинки очень красивые. Они имеют правильную шестиугольную симметричную форму, но отличаются большим разнообразием. Считается, что на свете не может быть двух одинаковых снежинок.

Интересно, что хотя кристаллики льда прозрачные, лежащий снег имеет красивый белый цвет. Оказывается, это связано с отражением солнечного света от отдельных снежинок. На земле они лежат в произвольном порядке, и свет, проходя через них, отражается то от одной, то от другой под разными углами. Отраженные лучи света мы видим как белые. Если бы лучи солнца были, к примеру, зелеными, такого же цвета был бы и снег. Мы это часто наблюдаем, когда на снегу отражаются огоньки от машин, витрин. В хорошую погоду на закате можно увидеть розовый снег.

Снегопадом называют выпадение снега из облаков. Но обычно так говорят, когда нет сильного ветра, и снег падает вертикально, крупными хлопьями. Это очень красивое зрелище.

В тех случаях, когда снегопад сопровождается ветром, говорят о метели.

Метель бывает крайне неприятна, поскольку снег, поднятый ветром, не падает на землю, а движется в воздухе — иногда с большой скоростью — и серьезно затрудняет видимость вокруг.

Метель может поднимать не только падающие снежинки, но и те, которые уже лежат на земле. Тогда это называется поземкой.

Благодаря переносу снега ветром образуются сугробы — места, где снег скапливается в большие кучи. Обычно это происходит из-за того, что его распространению мешает какое-то препятствие, например стена или неровная поверхность земли.

Лед, гололед, сосульки

При морозной температуре начинает замерзать вся вода. Это касается буквально любого водоема — как мелкой лужи, так и глубокой реки.

Лужи покрываются тонкой прозрачной корочкой довольно быстро. На глубоких водоемах — таких, как реки и озера, — лед устанавливается медленно и постепенно, слой за слоем.

При сильных долгих морозах на реках образуется толстый ровный слой, по которому можно ходить и даже ездить на машинах. Но при этом нужно быть предельно осторожным, поскольку лед — все-таки достаточно хрупкий материал, он может сломаться. Кроме того, при потеплении он начинает подтаивать, а этого часто вообще не видно.

Лед на реке — невероятно красивое зрелище. Особенно если он прозрачный, а это зависит от чистоты воды и температуры воздуха (при перепадах температур прозрачность снижается). Обычно лед бывает ровным и скользким, его часто сравнивают с зеркальной поверхностью.

На дорогах и тротуарах часто можно наблюдать ледяную корку: она образовалась, когда замерзла вода, оттаявшая после оттепели. В такой ситуации говорят о гололедице на дороге. Накат из уплотненного и замерзшего снега на проезжей части — это тоже гололедица. В гололедицу люди часто падают на скользкой поверхности, травмируются.

Ее не следует путать с гололедом — это явление довольно редкое, но от этого не менее опасное. Гололедом называют образование льда на любых предметах, в том числе деревьях и проводах, связанное, как правило, с замерзанием дождя, выпавшего на охлажденную поверхность.

С гололедицей активно борются коммунальные службы, сбивая лед или рассыпая реагенты (от них температура, при которой замерзает жидкость, повышается, и лед тает). А вот гололед можно устранить только с помощью скалывания, потому что предметы, на которых появилась наледь, сохраняют свою температуру.

Все мы знаем, как выглядят сосульки — длинные ледяные наросты на краях крыш и других предметов. Для их появления необходимо два условия: чтобы светило солнышко, но температура была морозной. Тогда снег на крыше будет таять от солнца, но замерзать при стекании с крыши, куда не попадают теплые лучи. Спадающие с края капли замерзают, на них натекают новые капли — и тоже замерзают. Сосулька растет.

При постоянном притоке талой воды сосулька может дорасти до огромных размеров и обрушиться. Она представляет собой опасность для тех, кто ходит внизу.

Так как сосулька появляется только при оттепели, ее часто называют предвестником весны.

Весенние природные явления

Весной температура воздуха постепенно повышается — это приводит к таянию снега и льда.

С крыш и деревьев снег и наледь начинают буквально стекать крупными каплями. В таких случаях говорят, что началась капель.

Снег на реке постепенно становится более тонким и хрупким, он ломается сначала на большие, а позже — на более мелкие куски, которые под действием течения или ветра начинают движение по реке. Это ледоход.

На больших реках освобождение от ледяного плена — это красивое и величественное зрелище. Но до того как лед начнет плыть, он некоторое время еще выглядит вполне крепким, хотя солнце уже нарушило его структуру и сделало пористым и непрочным. В этом и заключается главная опасность: в любой момент лед может проломиться под ногами. Весной лучше воздержаться от выхода на лед.

Под влиянием солнца и повышающихся температур тает и снег. Образовавшаяся вода стекает в реки — от этого их уровень поднимается, река выходит из берегов и затопляет поймы. Наступает половодье. Это продолжается какое-то время, порой достаточно долгое — до полутора месяцев. Больше всего от половодья страдают лесные звери — их норки и убежища оказываются под водой, возникают большие проблемы с поисками еды. На помощь зверушкам в таких случаях приходят люди. Они ловят животных и перевозят их на сухие, более высокие участки. Самым известным рассказом о такой операции является стихотворение Некрасова «Дед Мазай и зайцы» (есть и одноименный мультфильм).

Летние природные явления

Летом в средней полосе — наиболее комфортная, теплая погода.

Помимо известных нам дождей, гроз и града летом мы можем наблюдать такое прекрасное явление, как радуга.

Строго говоря, разноцветная дуга может появиться на небе не только летом. Ведь для этого необходимы всего два условия: влажный воздух и солнце. Конечно, это может быть и весной, и осенью. И все же чаще всего радуга возникает жарким летним днем после дождя.

Это происходит в результате преломления солнечных лучей в каплях воды, которые после дождя еще некоторые время висят в воздухе.

Нам кажется, что солнечный свет белый или золотой — но на самом деле он состоит из многих цветов (мы так и говорим: «цвета радуги»). Проходя через капли воды, он разделяется на разноцветные лучи. Мы видим их только в том случае, если солнце находится сзади нас, а воздух с капельками воды — перед нами.

Теплым летним днем солнце сильно нагревает землю, после прохладной ночи на поверхностях разных предметов появляется роса. Дело в том, что при высокой температуре испарение жидкостей происходит особенно интенсивно. Сильно повышается влажность воздуха. И даже незначительное понижение температуры ночью и на рассвете приводит к конденсации влаги из воздуха.

Чтобы показать ребенку, как образуется роса на прохладных поверхностях, поднесите холодную ложку к носику кипящего чайника. На ней тут же появятся капли.

Осенние природные явления

Дети, конечно же, и без взрослых замечают, что осенью листья на деревьях желтеют, а позже — опадают. Часто можно слышать, как ребенок «жалеет деревце», потерявшее свою листву.

Нужно объяснить, что дерево само избавляется от листьев осенью — так ему удобнее. Листья испаряют большое количество влаги, поэтому холода, когда воду добыть из промерзшей почвы сложно, дереву лучше пережить без них. Кроме того, выпадающий снег и наледь, налипшие на ветки (даже без листьев), часто становятся причиной поломки дерева — оно не выдерживает тяжести. С пышной кроной поломка стала бы неизбежной. Поэтому дерево заранее, еще в августе-сентябре, начинает подготовку к тому, чтобы сбросить листья: растит на черенке специальную перегородку, которая постепенно отделяет лист от дерева, чтобы под порывами ветра он оторвался. Ребенок должен понять: листопад не драматичен для дерева, а полезен.

Листопад — время опадение листьев — очень красивое зрелище. Ему предшествует «золотая осень», когда листья меняют свой цвет с зеленого на желтый. Малышу можно рассказать, что причина этого явления — недостаток солнечного света. (Вообще-то, цепочка немного сложнее: недостаток света — не успевает восстанавливаться хлорофилл — медленно идет процесс фотосинтеза — лист теряет зеленую окраску).

Осенью температура воздуха постепенно снижается. Встречаются морозные дни, они чередуются с оттепелью, дождями. В воздухе постоянно присутствуют пары воды. Летом после прохладной ночи эти пары опускаются на предметы в виде росы, осенью и зимой — в виде тонких пластинок ледяных кристалликов, инея.

Именно иней «рисует» красивые узоры на стекле, покрывает тонким белым слоем дороги, деревья и машины. Почему иней образуется именно на предметах, а не в воздухе? Потому что они холоднее воздуха.

Интересно, что форма маленьких кристалликов, составляющих слой инея, зависит от температуры. При слабом морозце они шестигранные, при усилении холодов — пластинчатые, при очень низких температурах — игольчатые.

По мере усиления морозов на водоемах формируется ледяной покров, начинается ледостав. Это процесс небыстрый, он зависит от многих факторов: температуры воздуха, ветра, характеристик самого водного объекта. Понятно, что чем продолжительнее период постоянного холода, тем быстрее станет лед на водоемах и тем прочнее он будет. На малых реках и водоемах без интенсивного течения лед появляется достаточно быстро, а бурные горные реки обычно вообще не замерзают.

В любом случае к середине декабря практически все водоемы европейской части России покрываются льдом. До весны.

Курсы по географии для детей 6-13 лет

Знакомим детей с важнейшими местами
России и стран мира в увлекательном формате через игры, истории и загадки

узнать подробнее

Оптика. Тень. Отражение света. Преломление света. Опыты

Оптика. Тень. Отражение света. Преломление света. Опыты

Подробности

Просмотров: 519

09.2017

ТЕНЬ ПЛАМЕНИ

Осветите горящую свечу мощной электрической лампой. На экране из белого листа бумаги появится не только тень свечи, но и тень ее пламени

На первый взгляд кажется стран­ным, что сам источник света может иметь собственную тень. Объясняется это тем, что в пламени свечи есть непрозрачные раскаленные частицы и что очень велика разница в яр­кости пламени свечи и освещающего ее мощного источника света. Этот опыт очень хорошо наблюдать, когда свечу освещают яркие лучи Солнца.

ЗАКОН ОТРАЖЕНИЯ СВЕТА

Для этого опыта нам понадобятся: небольшое прямоугольное зеркало и два длинных карандаша.
Положите на стол лист бумаги и проведите на нем прямую линию. Поставьте на бумагу перпендикулярно проведенной линии зеркало. Что­бы зеркало не упало, позади него положите книги.

Для проверки строгой перпендикулярности нарисованной на бумаге линии к зеркалу проследите, чтобы
и эта линия и ее отражение в зеркале были прямолинейными, без излома у поверхности зеркала. Это мы с вами создали перпендикуляр.

В роли световых лучей в нашем опыте выступят карандаши. Положите карандаши на листок бумаги по разные стороны от начерченной линии концами друг к другу и к той точке, где линия упирается в зеркало.

Теперь проследите, чтобы отражения карандашей в зеркале и карандаши, лежащие перед зеркалом, образовывали прямые линии, без излома. Один из карандашей будет играть роль падающего луча, другой — луча отраженного. Углы между карандашами и начерченным перпендикуляром получаются равными друг другу.

Если теперь вы повернете один из карандашей (например, увеличивая угол падения), то обязательно нужно повернуть и второй карандаш, чтобы не было излома между первым карандашом и его продолжением в зеркале.
Всякий раз, изменяя угол между одним карандашом и перпендикуляром, нужно проделывать это и с другим карандашом, чтобы не нарушить прямолинейности светового луча, который карандаш изображает.

ЗЕРКАЛЬНОЕ ОТРАЖЕНИЕ

Бумага бывает разных сортов и отличается своей гладкостью. Но даже очень гладкая бумага не способна отражать, как зеркало, она совсем не похожа на зеркало. Если такую гладкую бумагу рассматривать через увеличительное стекло, то сразу можно увидеть ее волокнистое строение, разглядеть впадинки и бугорки на ее поверхности. Свет, падающий на бумагу, отражается и бугорками, и впадинками. Эта беспорядочность отражений создает рассеянный свет.

Однако и бумагу можно заставить отражать световые лучи по-другому, чтобы не получался рассеянный свет. Правда, даже очень гладкой бумаге далеко до настоящего зеркала, но все-таки и от нее можно добиться некоторой зеркальности.

Возьмите лист очень гладкой бумаги и, прислонив его край к переносице, повернитесь к окну (этот опыт надо делать в яркий, солнечный день). Ваш взгляд должен скользить по бумаге. Вы увидите на ней очень бледное отражение неба, смутные силуэты деревьев, домов. И чем меньше будет угол между направлением взгляда и листом бумаги, тем яснее будет отражение. Подобным образом можно получить на бумаге зеркальное отражение свечи или электрической лампочки.

Чем же объяснить, что на бумаге, хоть и плохо, все-таки можно видеть отражение?
Когда вы смотрите вдоль листа, все бугорки бумажной поверхности загораживают впадинки и превращаются как бы в одну сплошную поверхность. Беспорядочных лучей от впадин мы уже не видим, они нам теперь не мешают видеть то, что отражают бугорки.

ОТРАЖЕНИЕ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ЛУЧЕЙ

Положите на расстоянии двух метров от настольной лампы (на одном с ней уровне) лист плотной белой бумаги. На одном краю бумаги укрепите расческу с крупными зубьями. Сделайте так, чтобы свет от лампы проходил на бумагу сквозь зубья расчески. Около самой расчески получится полоска тени от ее «спинки». На бумаге от этой теневой полоски должны идти параллельные полоски света, прошедшие между зубьями расчески.

Возьмите небольшое прямоугольное зеркало и поставьте его поперек светлых полосок. На бумаге появятся полоски отраженных лучей.

Поверните зеркало, чтобы лучи падали на него под некоторым углом. Отражен­ные лучи тоже повернутся. Если мысленно провести перпендикуляр к зеркалу в месте падения какого-ни­будь луча, то угол между этим перпендикуляром и падающим лучом будет равен углу отраженного луча. Как бы вы ни изменяли угол падения лучей на отражающую поверхность, как бы ни поворачивали зеркало, всегда отраженные лучи будут выходить под таким же углом.

Если нет маленького зеркала, его можно заменить блестящей стальной линейкой или лезвием безопасной бритвы. Результат будет несколько хуже, чем с зеркалом, но все-таки опыт провести можно.

С бритвой или линейкой возможно проделать еще и такие опыты. Согните линейку или бритву и поставьте на пути параллельных лучей. Если лучи попадут на вогнутую поверхность, то они, отразившись, соберутся в одной точке.

Попав на выпуклую поверхность, лучи отразятся от нее веером. Для наблюдения этих явлений очень пригодится та тень, которая получилась от «спинки» расчески.

ПОЛНОЕ ВНУТРЕННЕЕ ОТРАЖЕНИЕ

Интересное явление происходит с лучом света, который выходит из более плотной среды в менее плотную, например, из воды в воздух. Лучу света не всегда удается это сделать. Все зависит от того, под каким углом он пытается выйти из воды. Здесь угол — это угол, который луч образует с перпендикуляром к поверхности, через которую он хочет пройти. Если этот угол равен нулю, то он свободно выходит наружу. Так, если положить на дно чашки пуговицу и смотреть на нее точно сверху, то пуговица хорошо видна.

Если же увеличивать угол, то может наступить момент, когда нам будет казаться, что предмет исчез. В этот момент лучи полностью отразятся от поверхности, уйдут в глубину и до наших глаз не дойдут. Такое явление называется полным внутренним отражением или полным отражением.

Опыт 1

Сделайте из пластилина шарик диаметром 10— 12 мм и воткните в него спичку. Из плотной бумаги или картона вырежьте кружок диаметром 65 мм. Возьмите глубокую тарелку и натяните на ней параллельно диаметру две нитки на расстоянии трех сантиметров друг от друга. Концы ниток закрепите на краях тарелки пластилином или лейкопластырем.

Затем, проткнув шилом кружок в самом центре, вставьте в отверстие спичку с шариком. Расстояние между шариком и кружком сделайте около двух миллиметров. Положите кружок шариком вниз на натянутые нитки в центре тарелки. Если посмотреть сбоку, шарик должен быть виден. Теперь налейте в тарелку воду до самого кружка. Шарик исчез. Световые лучи с его изображением уже не дошли до наших глаз. Они, отразившись от внутрен­ней поверхности воды, ушли в глубь тарелки. Произошло полное отражение.

Опыт 2

Надо найти шарик из металла с ушком или отверстием, подвесить его на кусочке проволоки и покрыть копотью (лучше всего поджечь кусочек ваты, смоченный скипидаром, машинным или растительным маслом). Дальше налейте в тонкий стакан воды и, когда шарик остынет, опустите его в воду. Виден будет блестящий шарик с «черной косточкой». Это происходит потому, что частицы сажи удерживают воздух, который создает вокруг шарика газовую оболочку.

Опыт 3

Налейте в стакан воду и погрузите в нее стеклянную пипетку. Если ее рассматривать сверху, немного наклонив в воде, чтобы хорошо была видна ее стеклянная часть, она будет так сильно отражать световые лучи, что станет словно зеркальной, будто сделана из серебра. Но стоит нажать на резинку пальцами и набрать в пипетку воду, как сразу же иллюзия исчезнет, и мы увидим только стеклянную пипетку — без зеркального наряда. Зеркальной ее делала поверхность воды, соприкасавшаяся со стеклом, за которым был воздух. От этой границы между водой и воздухом (стекло в данном случае не учитывается) отражались полностью световые лучи и создавали впечатление зеркальности. Когда же пипетка наполнилась водой, воздух в ней исчез, полное внутреннее отражение лучей прекратилось, потому что они просто стали проходить в воду, заполнившую пипетку.

Обратите внимание на пузырьки воздуха, которые иногда бывают в воде на внутренней стороне стакана. Блеск этих пузырьков тоже результат полного внутреннего отражения света от границы воды и воздуха в пузырьке.

ХОД СВЕТОВЫХ ЛУЧЕЙ В СВЕТОВОДЕ

Хотя световые лучи распространяются от источника света по прямым линиям, можно заставить их идти и по кривому пути. Сейчас изготовляют тончайшие световоды из стекла, по которым световые лучи проходят большие расстояния с различными поворотами.

Простейший световод можно сделать довольно просто. Это будет струя воды. Свет, идя по такому световоду, встретив поворот, отражается от внутренней поверхности струи, не может вырваться наружу и идет дальше внутри струи до самого ее конца. Частично вода рассеивает небольшую долю света, и поэтому в темноте мы все-таки увидим слабо светящуюся струю. Если вода слегка забелена краской, светиться струя будет сильнее.
Возьмите шарик для настольного тенниса и проделайте в нем три отверстия: для крана, для короткой резиновой трубки и против этого отверстия третье — для лампочки от карманного фонаря. Лампочку вставьте внутрь шарика цоколем наружу и прикрепите к нему два провода, которые потом присоедините к батарейке от карманного фонаря. Шарик укрепите на кране с помощью изоляционной ленты. Все места соединений промажьте пластилином. Затем обмотайте шарик темной материей.

Откройте кран, но не очень сильно. Струя воды, вытекающая из трубки, должна, изгибаясь, падать недалеко от крана. Свет погасите. Присоедините провода к батарейке. Лучи света от лампочки пройдут через воду в отверстие, из которого вытекает вода. Свет пойдет по струе. Вы увидите лишь ее слабое свечение. Основной поток света идет по струе, не вырывается из нее даже там, где она изгибается.

ОПЫТ С ЛОЖКОЙ

Возьмите блестящую ложку. Если она хорошо отполирована, то даже кажется немножко зеркальной, что-то отражает. Закоптите ее над пламенем свечи, да почернее. Теперь ложка ничего уже не отражает. Копоть поглощает все лучи.

Ну, а теперь опустите закопченную ложку в стакан с водой. Смотри: заблестела, как серебро! Куда же копоть-то девалась? Отмылась, что ли? Вынимаешь ложку — черна по-прежнему…

Дело здесь в том, что частички копоти плохо смачиваются водой. Поэтому вокруг закопченной ложки образуется как бы пленка, как бы «водяная кожа». Словно мыльный пузырь, натянутый на ложку, как перчатка! Но мыльный пузырь ведь блестит, он отражает свет. Вот и этот пузырь, окружающий ложку, тоже отражает.
Можете , например, закоптить над свечой яйцо и погрузить его в воду. Оно будет там блестеть, как серебряное.

Чем чернее, тем светлее!

ПРЕЛОМЛЕНИЕ СВЕТА

Вы знаете, что луч света прямолинеен. Вспомните хотя бы луч, пробившийся сквозь щелку в ставне или в занавесе. Золотой луч, полный кружащихся пылинок!

Но… физики привыкли все проверять на опыте. Опыт со ставнями, конечно, очень нагляден. А что вы скажите об опыте с гривенником в чашке? Не знаете, этого опыта? Сейчас мы с вами его сделаем. Положите гривенник в пустую чашку и присядьте так, чтобы он перестал быть виден. Лучи от гривенника шли бы прямо в глаз, да край чашки загородил им дорогу. Но я сейчас устрою так, что вы снова увидите гривенник.

Вот я наливаю в чашку воду… Осторожно, потихоньку, чтобы гривенник не сдвинулся… Больше, больше…

Смотрите, вот он, гривенник!
Появился, словно бы всплыл. Или, вернее, он лежит на дне чашки. Но дно это будто бы поднялось, чашка «обмелела». Прямые лучи от гривенника к вам не доходили. Теперь лучи доходят. Но как же они огибают край чашки? Неужели гнутся или ломаются?

Можно в ту же чашку или в стакан наклонно опустить чайную ложечку. Смотрите, сломалась! Конец, погруженный в воду, переломился вверх! Вынимаем ложечку — она и целая, и прямая. Значит, лучи действительно ломаются!

Источники: Ф. Рабиза «Опыты без приборов», «Здравствуй физика» Л.Гальперштейн

Отражение света | Оптика для детей

Отражение света

Все отражено

Что такого в предметах, что позволяет нам их видеть? К чему мы видим дорогу, или ручку, или лучшего друга? Если объект не излучает собственный свет (что составляет большинство объектов в мире), он должен отражать света, чтобы его можно было увидеть. Стены в комнате, в которой вы находитесь, не излучают собственный свет; они отражают свет от потолочных «светильников» над головой. Полированные металлические поверхности отражают свет так же, как серебряный слой на обратной стороне стеклянных зеркал. Луч света, падающий на металлическую поверхность, отражается.

Отражение включает в себя два луча — входящий или падающий луч и исходящий или отраженный луч. На рисунке 1 мы используем одну линию для иллюстрации луча света, отраженного от поверхности. Закон отражения требует, чтобы два луча находились под одинаковыми углами, но по разные стороны от нормали, которая представляет собой воображаемую линию (пунктирная линия на рис.1) под прямым углом к ​​зеркалу, расположенному в точке встречи лучей. Мы показываем на рис. 1, что углы падения i и отражения i’ равны, соединяя два угла знаком равенства.

Рисунок. 1 Свет, отраженный от металлической поверхности с углом падения i , равным углу отражения i’ . Пунктирная линия (нормаль) перпендикулярна поверхности.

Весь отраженный свет подчиняется соотношению, согласно которому угол падения равен углу отражения. Точно так же, как изображения отражаются от поверхности зеркала, свет, отраженный от гладкой поверхности воды, дает четкое изображение. Мы называем отражение от гладкой зеркальной поверхности зеркальным (как показано на рис. 2а). Когда поверхность воды продуваемая ветром и неровная, лучи света отражаются во многих направлениях. Закон отражения по-прежнему соблюдается, но падающие лучи (рис. 2б) падают на разные области, расположенные под разными углами друг к другу. Следовательно, исходящие лучи отражаются под разными углами, и изображение искажается.Отражение от такой шероховатой поверхности называется диффузным отражением и кажется матовым.

Рисунок. 2 Отражение света от а) гладкой поверхности (зеркальное отражение) и б) шероховатой поверхности (диффузное отражение). В обоих случаях угол падения равен углу отражения в точке падения луча света на поверхность.

Свет также отражается, когда он падает на поверхность или на границу раздела двух разных материалов, например на поверхность между воздухом и водой или стеклом и водой. Каждый раз, когда луч света попадает на границу между двумя материалами — воздух/стекло или стекло/вода — часть света отражается. Законы отражения соблюдаются на всех интерфейсах. Количество отраженного света на границе раздела зависит от различий в преломлении двух соседних материалов.

Урок по закону отражения для детей — видео и расшифровка урока

Закон отражения

Легко измерить свет, отражающийся от зеркала; зеркала так хорошо отражают, потому что они гладкие и блестящие, и поэтому почти весь свет, попадающий на них, может отражаться обратно.Однако можно измерить свет, отражающийся от любой гладкой поверхности. Итак, поскольку мы можем измерять свет, мы можем фактически предсказать, что он будет делать и куда он отразится. С помощью этой информации ученые разработали закон отражения.

Закон отражения гласит, что независимо от того, в каком направлении свет падает на гладкую поверхность, он отражается под одинаковым углом. Он отражается от средней линии гладкой поверхности, отражаясь на противоположной стороне от средней линии, как показано на этом изображении:

Видите, как свет, идущий с левой стороны, отражается от поверхности, а затем создает такой же угол с правой стороны? Это из-за закона отражения. Возможно, вы замечали, глядя в зеркало, что в зависимости от того, где вы стоите, вы можете видеть отражение различных предметов. Это из-за закона отражения. Когда вы меняете свое положение по отношению к зеркалу, вы видите различные отражения света, отражающиеся под определенным углом, который необходим для достижения ваших глаз.

Примеры отражения

В следующий раз, когда вы будете ехать на заднем сиденье автомобиля, посмотрите в зеркало заднего вида водителя. Часто вы можете видеть глаза водителя, и если он посмотрит вверх, то увидит вас.Вы не можете видеть себя, и они не могут видеть себя, но вы можете видеть друг друга. Это потому, что вы выстроены так, что свет, отражающийся от водителя, находится под тем же углом, что и свет, отражающийся от вас. Вот почему вы можете держать перед собой зеркало и смотреть за угол.

Даже на сфере мы можем понять, как свет будет отражаться от гладкой поверхности, применяя закон отражения. Свет всегда будет отражаться под равным углом к ​​средней линии, поэтому мы могли рассчитать, как свет будет отражаться от кривизны сферы, чтобы создать отражение окружающей среды.

Краткий обзор урока

Отражение света — это энергия в виде света, отраженного от поверхности, а свет можно отразить и измерить от любой гладкой поверхности. Поскольку мы можем измерить это отражение света, мы можем предсказать, как оно поведет себя, дав нам закон отражения. Закон отражения гласит, что независимо от того, в каком направлении свет падает на гладкую поверхность, он отражается под одинаковым углом.

Отражение и преломление | Поговорим о науке

Отражение

Отражение происходит, когда свет, проходящий через один материал, отражается от другого материала.Отраженный свет по-прежнему движется по прямой линии, только в другом направлении. Свет отражается под тем же углом, под которым падает на поверхность. Угол падения равен углу отражения .  Угол падения — это угол между падающим светом и линией, перпендикулярной поверхности, называемой нормалью . Угол отражения — это угол между отраженным светом и нормалью. Символ Ɵ означает «угол», а стрелки представляют лучей света.

Свет отражается от двух поверхностей. Хотя свет падает на поверхность под разными углами, угол падения всегда равен углу отражения (© Let’s Talk Science, 2020).

Свет, отражающийся от гладкой поверхности, где весь свет отражается в одном направлении, называется зеркальным отражением . Вдоль гладкой поверхности нормаль всегда направлена ​​одинаково, поэтому весь свет отражается в одном направлении (A на рисунке ниже), а отраженное изображение выглядит так же, как исходное изображение.

Нормаль в разных точках шероховатой поверхности указывает в разных направлениях, что приводит к тому, что отраженный свет идет в разных направлениях. Это называется диффузным отражением .  Стрелки показывают, в каком направлении появится отраженное изображение, когда свет отражается от шероховатой поверхности (B).

A: зеркальное отражение (отражение от гладкой поверхности) и B: диффузное отражение (отражение от шероховатой поверхности) (© Let’s Talk Science, 2020).

Фары автомобиля освещают дорогу ночью.Если дорога сухая, свет отражается диффузно (А), так как дорожное покрытие очень неровное. Если дорога мокрая, вода делает дорожное покрытие более гладким. Свет от фар автомобиля более зеркально отражается (В). Это вызывает  блики  (свет отражается от поверхности, как зеркало), из-за чего водителям становится трудно видеть.

A: отражение на сухой дороге и B: отражение на мокрой дороге (© Let’s Talk Science, 2020).

Преломление

Когда свет, проходящий через один материал, достигает второго материала, часть света будет отражаться, а часть света попадет во второй материал.В точке, в которой свет входит во второй материал, свет будет преломляться и двигаться в другом направлении, чем падающий свет. Это называется преломлением . Преломление происходит потому, что скорость света различна в разных материалах (хотя всегда меньше, чем скорость света в вакууме).

Преломление через линзу (Let’s Talk Science с использованием изображения Zátonyi Sándor (ifj.) Fizped [CC BY-SA] через Wikimedia Commons).

Подумайте о том, как вы толкаете тележку для покупок по бетону, а затем достигаете травы, как на картинке ниже.Тележку тяжелее толкать в траве, поэтому каждое колесо замедляется, когда достигает травы. Колеса на тротуаре по-прежнему движутся быстрее, поэтому тележка меняет направление (в данном случае поворачивает направо).

Пример рефракции в корзине покупок (© Let’s Talk Science, 2020).

Показатель преломления

Материалы обладают свойством, называемым индексом преломления , которое обозначается буквой n . Показатель преломления материала равен скорости света в вакууме, деленной на скорость света в материале.Чем выше показатель преломления, тем медленнее свет распространяется в этой среде. Если свет распространяется в одном материале, а затем преломляется во втором материале, он будет отклоняться к нормали, если показатель преломления второго материала n ₂ больше, чем показатель преломления первого ( n ₁  < n _{Если второй материал имеет более низкий показатель преломления, свет будет отклоняться от нормали, поскольку во втором материале он распространяется быстрее ( n 1  > n 2 ) (B). В отличие от отражения, угол падения не равен углу преломления.}

Угол падения и угол преломления математически связаны с показателем преломления каждого материала по закону преломления, также называемому Законом Снеллиуса .

A: Свет отклоняется к нормали, когда n1 < n2. B: Свет отклоняется от нормали, когда n1 > n2. (© 2020 Поговорим о науке).

Сходящийся и расходящийся свет

Объектив  – это оптическое устройство, изготовленное из пластика или стекла. Когда свет проходит через линзу, он может преломляться предсказуемым образом в зависимости от формы поверхностей линзы. Поверхность линзы может быть выпуклой (изогнутой наружу) или вогнутой  (изогнутой внутрь). Когда параллельные лучи света падают на линзу, выпуклую с обеих сторон ( двойная выпуклая линза ), свет преломляется внутрь и называется сходящимся (A).Лучи света пересекаются в точке, называемой фокальной точкой , которая находится за линзой (справа от линзы). Когда свет падает на линзу, вогнутую с обеих сторон ( двояковогнутая линза ), свет преломляется наружу и называется расходящимся (B). В этом случае фокальная точка фактически находится перед объективом (слева от него).

Ответ: Свет проходит через двояковыпуклую линзу. Обратите внимание, как свет сходится в точке позади линзы.B: Свет проходит через двояковогнутую линзу. Обратите внимание, как свет сходится в точке перед линзой. (Источники: Fir0002 [CC BY-SA] через Викисклад, Fir0002 [CC BY-SA] через Викисклад).

Свет сквозь призму

Свет, попадая в пластиковую или стеклянную призму  (обычно треугольную призму), сначала преломляется на входе в призму, а затем снова на выходе из призмы. Когда белый свет проходит через призму, он преломляется во все свои цвета. Если вы спроецируете этот свет на белую поверхность, вы увидите нечто похожее на радугу.Все цвета, из которых состоит белый свет, разделены под разными углами. Это связано с тем, что каждый отдельный цвет преломляется через призму по-разному.

Преломление света через призму (Источник: Wikimedia Commons).

Моя карьера

Эмили Алтьер

Аспирант по физике, Университет Британской Колумбии

В своем исследовательском проекте я использую коротковолновые лазеры , известные как ультрафиолетовые лазеры, чтобы больше узнать об атомах. Лазеры не могут излучать ультрафиолетовый свет напрямую, поэтому я построил один. Сначала я преобразовал красный лазерный источник света в зеленый лазер. Затем я преобразовал зеленый лазер в ультрафиолетовый лазер (почти фиолетовый). Когда я стреляю ультрафиолетовым лазером в атомы, они поглощают энергию света и возбуждаются (с большей энергией). В результате атомы начинают излучать свет определенных цветов. Наблюдая за этим процессом, мы можем больше узнать об основных свойствах атомов. Если атомы поместить в новую среду, например, между двумя магнитами, атомы будут вести себя немного по-другому.Мы можем отследить эту разницу по тому, как атомы поглощают лазерный свет. Это может помочь нам узнать о магнитном поле, окружающем эти атомы.

Лазеры имеют множество применений, и изучение атомов — лишь один из примеров того, как мы можем использовать свет и энергию лазера, чтобы узнавать новое об окружающем нас мире. Некоторыми распространенными примерами использования лазера являются лазерная хирургия глаза, лазеры для удаления татуировок и лазеры, используемые министерством обороны для отслеживания летающих самолетов. Я использую науку и технологии каждый день, чтобы проводить свои исследования.Например, я использую зеркала, чтобы отражать свет туда и обратно, чтобы увеличить мощность лазерного излучения. Я использую электронику, чтобы зеркала находились в очень точном положении. Кроме того, я часто разрабатываю схемы или создаю механические детали для своих экспериментов. Прежде чем приступить к какому-либо эксперименту, я использую математику, чтобы предсказать результаты. Что мне больше всего нравится в моей работе, так это то, что всегда есть новые задачи и головоломки, которые нужно решать. Когда у меня появляется новая идея или вопрос, я планирую и провожу эксперимент, чтобы найти ответ, тем самым добавляя новые знания, которые я или другие ученые могут использовать для решения других важных исследовательских вопросов.

Эмили Альтьер за работой в лаборатории (Источник: © Эмили Альтьер. Используется с разрешения).

 

Роль света для зрения

Суть такова: без света не было бы и зрения. Зрительная способность человека и других животных является результатом сложного взаимодействия света, глаз и мозга. Мы можем видеть, потому что свет от объекта может перемещаться в пространстве и достигать наших глаз. Как только свет достигает наших глаз, в наш мозг отправляются сигналы, и наш мозг расшифровывает информацию, чтобы определить внешний вид, местоположение и движение объектов, на которые мы смотрим.Весь процесс, каким бы сложным он ни был, был бы невозможен, если бы не присутствие света. Без света не было бы зрения.

Если бы вы на мгновение выключили свет в комнате, а затем закрыли все окна черной плотной бумагой, чтобы свет не проникал в комнату, то вы бы заметили, что в комнате ничего не было бы видно. Там должны были присутствовать объекты, которые можно было увидеть. Там должны были присутствовать глаза, способные обнаруживать свет от этих объектов.Там должен быть мозг, способный расшифровать посланную ему информацию. Но не было бы света! Комната и все в ней выглядели бы черными. Появление черного цвета — это просто признак отсутствия света. Когда комната, полная объектов (или стол, рубашка или небо) выглядит черной, значит, объекты не излучают и не отражают свет для ваших глаз. А без света не было бы и зрения.

 

Светящиеся и освещенные объекты

Объекты, которые мы видим, можно отнести к одной из двух категорий: светящиеся объекты и освещенные объекты. Светящиеся объекты — это объекты, излучающие собственный свет. Освещенные объекты — это объекты, способные отражать свет для наших глаз. Солнце является примером светящегося объекта, а луна — освещенным объектом. В течение дня солнце излучает достаточно света, чтобы освещать объекты на Земле. Голубое небо, белые облака, зеленая трава, разноцветные осенние листья, дом соседа и машина, приближающаяся к перекрестку, — все это видно в результате отражения света от солнца (светящегося объекта) от освещенных объектов и путешествие к нашим глазам. Без света от светящихся объектов эти освещенные объекты не были бы видны. Вечером, когда Земля повернулась в положение, при котором солнечный свет больше не может достигать нашей части Земли (из-за его неспособности огибать сферическую форму Земли), объекты на Земле кажутся черными (или на по крайней мере настолько темные, что мы могли бы сказать, что они почти черные). При отсутствии света на крыльце или уличного фонаря соседский дом уже не видно; трава уже не зеленая, а скорее черная; листья на деревьях темные; и если бы не фары автомобиля, его бы не было видно, приближающегося к перекрестку.Без светящихся объектов, генерирующих свет, который распространяется в пространстве и освещает несветящиеся объекты, эти несветящиеся объекты нельзя увидеть. Без света не было бы зрения.

Обычная демонстрация физики включает направление лазерного луча по комнате. При выключенном свете в комнате включается лазер, и его луч направляется на плоское зеркало. Присутствие светового луча невозможно обнаружить, поскольку он движется к зеркалу. Кроме того, световой луч не может быть обнаружен после отражения от зеркала и прохождения по воздуху к стене в комнате. Единственными местами, где можно обнаружить присутствие светового луча, являются место, где световой луч падает на зеркало, и место, где световой луч падает на стену. В этих двух местах часть света в луче отражается от объектов (зеркала и стены) и направляется к глазам учащихся. А поскольку обнаружение объектов зависит от прохождения света от этого объекта к глазу, это единственные два места, где можно обнаружить световой луч.Но между лазером и зеркалом световой луч не может быть обнаружен. В области между лазером и зеркалом нет ничего, что могло бы отражать свет луча в глаза студентов.

Но тут случилось феноменальное (как это часто бывает на уроках физики). Мистер используется для распыления воды в воздух в области, где движется световой луч. Маленькие взвешенные капельки воды способны отражать свет от луча к вашему глазу.Путь света от лазера к зеркалу можно было обнаружить только благодаря наличию взвешенных капель воды. Когда свет от лазера (светящийся объект) попадает на взвешенные капли воды (освещенный объект), свет отражается в глазах учащихся. Теперь можно увидеть путь светового луча. Со светом может быть зрение. Но без света не было бы зрения.

Никто из нас не излучает свет в видимой области электромагнитного спектра.Мы не блестящие объекты (пожалуйста, не обижайтесь), как солнце; скорее, мы освещенные объекты, подобные луне. Мы делаем свое присутствие видимым, отражая свет в глаза тех, кто смотрит в нашу сторону. Только в отражении мы, как и большинство других объектов в нашем физическом мире, можем видеть. И если отраженный свет так важен для зрения, то сама природа отражения света является достойной темой для изучения студентами-физиками. И в этом уроке, и в нескольких следующих, мы займемся изучением того, как свет отражается от объектов и попадает к нашим глазам, чтобы мы могли их видеть.

Поглощение/отражение солнечного света

Что такое поглощение и отражение солнечного света?

Солнце обеспечивает Землю большей частью своей энергии. Сегодня около 71% солнечного света, достигающего Земли, поглощается ее поверхностью и атмосферой. Поглощение солнечного света заставляет молекулы объекта или поверхности, на которую он падает, вибрировать быстрее, повышая его температуру .Затем эта энергия повторно излучается Землей в виде длинноволнового инфракрасного излучения, известного также как тепло. Чем больше солнечного света поглощает поверхность, тем теплее она становится и тем больше энергии переизлучает в виде тепла. Это повторно излучаемое тепло затем поглощается и повторно излучается парниковыми газами и облаками и нагревает атмосферу за счет парникового эффекта .

Поверхности Земли лучше поглощают солнечное излучение, чем воздух, особенно поверхности темного цвета.Вы можете почувствовать это холодным зимним днем, когда солнечные лучи согревают ваше лицо, а воздух вокруг вас остается холодным. Ваша кожа и одежда также поглощают солнечное излучение и преобразуют его в тепло. Если вы носите черную куртку, она поглощает больше радиации и заставляет вас чувствовать себя теплее, чем если вы носите белую или светлую куртку. Точно так же разные поверхности Земли и части атмосферы поглощают солнечную радиацию с разной скоростью.

Земля нагревается неравномерно, потому что это сфера.

Поскольку Земля представляет собой шар, не все части Земли получают одинаковое количество солнечной радиации.Около экватора принимается и поглощается больше солнечной радиации, чем на полюсах. Вблизи экватора солнечные лучи падают на Землю наиболее прямо, тогда как на полюсах лучи падают под крутым углом. Это означает, что на квадратный сантиметр (или дюйм) площади поверхности в более высоких широтах поглощается меньше солнечной радиации, чем в более низких широтах, и что тропики теплее, чем полюса. Эта разница температур формирует глобальные модели циркуляции атмосферы и океана . Кроме того, наклон Земли влияет на то, сколько солнечного света получают и поглощают разные части Земли в разное время года, и поэтому мы сталкиваемся со сменой времен года. Количество получаемой и поглощаемой солнечной радиации также влияет на процессы в биосфере, напрямую воздействуя на растения и другие организмы, которые фотосинтезируют и являются основным источником пищи в большинстве экосистем (см. взаимодействие видов ).

Если свет не поглощается поверхностью, он в основном отражается. Отражение происходит, когда входящее солнечное излучение отражается от объекта или поверхности, на которую оно попадает в атмосфере, на землю или воду, и не преобразуется в тепло.Доля приходящей солнечной радиации, которая отражается Землей, известна как ее альбедо. В целом Земля отражает около 29% приходящей солнечной радиации, поэтому мы говорим, что среднее альбедо Земли равно 0,29.

Снег и лед, взвешенные в воздухе частицы и некоторые газы имеют высокое альбедо и отражают различное количество солнечного света обратно в космос. Низкие густые облака обладают отражающей способностью и могут препятствовать попаданию солнечного света на поверхность Земли, в то время как высокие тонкие облака могут способствовать возникновению парникового эффекта.

Соотношение отраженного и поглощенного солнечного света, повторное излучение тепла и интенсивность парникового эффекта влияют на количество энергии в системе Земля и глобальные процессы, такие как круговорот воды и циркуляция атмосферы и океана.

На этой диаграмме показан процент солнечного света, отражаемого различными земными поверхностями или облаками.

Модели системы Земли о поглощении и отражении солнечного света

Эта модель системы Земли является одним из способов представления основных процессов и взаимодействий, связанных с поглощением и отражением солнечного света.Наведите указатель мыши на значки для получения кратких пояснений; нажмите на значки, чтобы узнать больше о каждой теме. Загрузите модели системы Земля на этой странице.

Эта модель показывает некоторые изменения поверхности и атмосферы Земли, которые могут повлиять на количество поглощаемого или отражаемого солнечного света. Эти изменения влияют на количество повторно излучаемого тепла, а также могут сильно влиять на биосферу, изменяя количество солнечного света, доступного для фотосинтеза.

Как деятельность человека влияет на поглощение и отражение солнечного света

Приведенная ниже модель системы Земля включает некоторые из способов, которыми деятельность человека непосредственно влияет на количество солнечного света, поглощаемого и отражаемого поверхностью Земли.Развитие и распространение городских территорий, особенно с использованием асфальта и других материалов темного цвета, может резко увеличить впитывающую способность поверхности. Это создает городские острова тепла, где в городах температура выше, чем в прилегающих районах. Наведите указатель мыши на значок или щелкните его, чтобы узнать больше об этих человеческих причинах изменений и о том, как они влияют на поглощение и отражение солнечного света.

Приведенная ниже модель системы Земля включает дополнительные способы, с помощью которых деятельность человека напрямую влияет на количество солнечного света, поглощаемого и отражаемого атмосферой Земли.Наведите указатель мыши на значок или щелкните его, чтобы узнать больше об этих человеческих причинах изменений и о том, как они влияют на поглощение и отражение солнечного света.

Представленная ниже модель системы Земля показывает, как человеческие загрязнители и отходы влияют на озоновый слой и количество ультрафиолетового солнечного света, поглощаемого верхними слоями атмосферы Земли (стратосферой). Наведите указатель мыши на значок или щелкните его, чтобы узнать больше об этих человеческих причинах изменений и о том, как они влияют на поглощение и отражение солнечного света.

Изучение системы Земли

Нажмите на значки и термины, выделенные жирным шрифтом (например, повторное излучение тепла, частицы в воздухе и т. д.) на этой странице, чтобы узнать больше об этих процессах и явлениях. Кроме того, изучите инфографику «Понимание глобальных изменений» и найдите новые темы, представляющие интерес и/или актуальные для вас на местном уровне.

Чтобы узнать больше об обучении поглощению и отражению солнечного света, посетите страницу Ресурсы для обучения .

Ссылки для получения дополнительной информации

Зеркала — Мир науки

Цели

• Объясните свойства видимого света.

• Опишите, как световые лучи могут менять направление.

• Продемонстрируйте, как отражается видимый свет.

Материалы

Фон

Зеркала и свет

Свет — это тип энергии, который мы можем видеть, и зеркала — отличный способ научить свойствам света.Когда свет попадает на поверхность объекта, могут произойти три вещи. Свет может отражаться (отражаться), преломляться (преломляться) или поглощаться.

Отражение
Если свет отражается, световые лучи покидают поверхность под тем же углом, под которым они падают на нее.

На приведенной выше диаграмме луч света, приближающийся к зеркалу, известен как падающий луч . Луч света, выходящий из зеркала, известен как отраженный луч .Линия нормали — это линия, проведенная перпендикулярно зеркалу в точке, где луч попадает на зеркало.

Угол между падающим лучом и нормальной линией  известен как угол падения , а угол между отраженным лучом и нормальной линией известен как угол отражения . Закон отражения гласит, что угол падения равен углу отражения.

ПРИМЕЧАНИЕ:
Отражение света часто обсуждается с использованием таких фраз, как «луч света отражается от зеркала».Это связано с тем, что когда световой луч отражается от поверхности зеркала, он движется по траектории, похожей на траекторию бильярдного шара, отскакивающего от подушки на бильярдном столе.

Однако это не лучший способ описать отражение светового луча. Световые лучи имеют волновую природу. Волны часто описывают как «вращающиеся», а не «отскакивающие», когда они отражают.

Словарь

зеркальное отражение : Отраженная копия объекта, которая кажется идентичной, но перевернутой, как то, что вы видите в зеркале.

оптический : относящийся к зрению.

свет : Тип энергии, которую наши глаза должны видеть.

луч : Узкий луч, т.е. света.

преломление : Процесс прохождения световых лучей через прозрачный объект и их преломления.

отражение : Процесс, при котором лучи света падают на гладкую блестящую поверхность, а затем «отражаются».

симметрия : Одинаковость по обеим сторонам линии, обычно по середине объекта.

Другие ресурсы

Как работает Stuff | Как работают зеркала

открытых учебников | Сиявула

Математика

Наука

• • Читать онлайн

  • Учебники

    • Английский

      • Класс 7А

      • Класс 7Б

      • Класс 7 (объединенные A и B)

    • Африкаанс

      • Граад 7А

      • Граад 7Б

      • Graad 7 (A en B saam)

  • Пособия для учителя

• • Читать онлайн

  • Учебники

    • Английский

      • Класс 8А

      • Класс 8Б

      • Класс 8 (объединенные А и В)

    • Африкаанс

      • Граад 8А

      • Граад 8Б

      • Graad 8 (A en B saam)

  • Пособия для учителя

• • Читать онлайн

  • Учебники

    • Английский

      • Класс 9А

      • Класс 9Б

      • Класс 9 (объединенные А и В)

    • Африкаанс

      • Граад 9А

      • Граад 9Б

      • Graad 9 (A en B saam)

  • Пособия для учителя

• • Читать онлайн

  • Учебники

    • Английский

      • Класс 4А

      • Класс 4Б

      • Класс 4 (объединенные А и В)

    • Африкаанс

      • Граад 4А

      • Граад 4Б

      • Graad 4 (A en B saam)

  • Пособия для учителя

• • Читать онлайн

  • Учебники

    • Английский

      • Класс 5А

      • Класс 5Б

      • Класс 5 (объединенные A и B)

    • Африкаанс

      • Граад 5А

      • Граад 5Б

      • Graad 5 (A en B saam)

  • Пособия для учителя

• • Читать онлайн

  • Учебники

    • Английский

      • Класс 6А

      • Класс 6Б

      • Класс 6 (объединенные A и B)

    • Африкаанс

      • Граад 6А

      • Граад 6Б

      • Graad 6 (A en B saam)

  • Пособия для учителя

Лицензирование нашей книги

Эти книги не только бесплатны, но и имеют открытую лицензию! Один и тот же контент, но разные версии (фирменные или нет) имеют разные лицензии, как объяснено:

CC-BY-ND (фирменные версии)

Вам разрешается и поощряется свободное копирование этих версий. Вы можете копировать, распечатывать и распространять их столько раз, сколько захотите. Вы можете загрузить их на свой мобильный телефон, iPad, ПК или флешку. Вы можете записать их на компакт-диск, отправить по электронной почте или загрузить на свой веб-сайт. Единственное ограничение заключается в том, что вы не можете каким-либо образом адаптировать или изменять эти версии учебников, их содержание или обложки, поскольку они содержат соответствующие бренды Siyavula, логотипы спонсоров и одобрены Департаментом базового образования. Для получения дополнительной информации посетите Creative Commons Attribution-NoDerivs 3.0 Непортированный.

Узнайте здесь больше о спонсорстве и партнерстве с другими, которые сделали возможным выпуск каждого из открытых учебников.

CC-BY (версии без торговой марки)

Эти версии одного и того же контента без торговой марки доступны для вас, чтобы вы могли делиться, адаптировать, преобразовывать, изменять или развивать их любым способом, с единственным требованием — отдать должное Сиявуле.