Свет обладает свойствами каких волн

Спектральный состав света

Как показал в своих экспериментах английский естествоиспытатель Ньютон, обычный белый свет – это набор многих цветов, то есть волн с различной длиной, которые в результате взаимодействия складываются в один белый. Длина волн видимого спектра лежит в диапазоне 380-780 нанометров. 

Наука смогла доказать, что практически любой вариант излучения не является монохроматичным – то есть, состоящим из волн только одной длины. Почти любой источник света испускает определенный спектр излучения, в котором есть разброс по длинам волн.

Если излучение имеет более короткие волны, нежели 380 нм, то они относятся к ультрафиолетовому свету, если большие 780 нм – инфракрасному. За их пределами сверху и снизу есть и другие типы излучения: гамма-лучи, рентгеновские волны, микроволновой диапазон.

[править] История исследования света

Древнегреческий философ Эмпедокл утверждал, что Афродита создала человеческий глаз из четырех элементов: огня, воздуха, земли и воды, причем она зажгла в глазу огонь, благодаря которому человек может видеть. Так возникла ложная теория эманации, в которой сомневался в своей «Оптике» Евклид, позже Лукреций. Во 2 веке книгу под названием «Оптика» написал также Птолемей. Он описал преломление света, однако придерживался того взгляда, что человек видит благодаря лучам, исходящих из глаза.

В «Книге об оптике» 1021 года Альхазен развил теорию оптических явлений, постулируя, что освещенная поверхность излучает во всех направлениях, но в глаз попадает только один из таких лучей. Ему принадлежит изобретение камеры-обскуры. По его мнению свет — это поток маленьких частиц. Альхазен описал и пытался объяснить многочисленные оптические явления, такие как тени, затмение, радуга, проводил эксперименты по разделению света на разные цвета, пробовал объяснить бинокулярное зрение, изменение видимых размеров Луны и Солнца вблизи горизонта. Благодаря этим исследованиям Альхазен считается отцом современной оптики.

Начиная с 17 века научные споры о природе света шли между сторонниками волновой и корпускулярной теорий. Основателем волновой теории можно считать Рене Декарта, который рассматривал свет как возмущения в мировой субстанции — пленуме. Корпускулярную теорию сформулировал Пьер Гассенди и поддержал Исаак Ньютон. Волновую теорию света разрабатывали Роберт Гук и Христиан Гюйгенс. По мнению Гюйгенса, световые волны распространяются в специальной среде — эфире.

В начале 19 века опыты Томаса Янга с дифракцией дали сильное свидетельство в пользу волновой теории. Было открыто, что свет является поперечными волнами и характеризуется поляризацией. Янг предположил, что различные цвета соответствуют разным длинам волны. В 1817 году свою волновую теорию света изложил в мемуарах для Академии наук Огюстен Жан Френель. После создания теории электромагнетизма свет был идентифицирован как электромагнитные волны.

Победа волновой теории пошатнулась в конце 19 века, когда опыт Майкельсона-Морли не выявил существования эфира. Волны требуют среды, в которой они могли бы распространяться, однако тщательно спланированные эксперименты не подтвердили существование этой среды. Это привело к созданию специальной и общей теории относительности. Природа электромагнитных волн оказалась сложнее, чем распространение возмущений. Рассмотрение задачи о тепловом равновесии абсолютно черного тела со своим излучением привел к появлению идеи об излучении света порциями — световыми квантами, которые получили название фотонов. Анализ явления фотоэффекта показал, что поглощение световой энергии тоже происходит квантами.

С развитием квантовой механики утвердилась идея Луи де Бройля о корпускулярно-волновом дуализме, по которой свет должен иметь одновременно и волновые свойства, чем объясняется его способность к дифракции и интерференции, и корпускулярные свойства, чем объясняется его поглощение и излучение квантами.

Наблюдения и результаты

Свет лазера проявит себя в форме двух параллельных, но сцепленных между собой, волн. Световые линии будут параллельны друг другу, если фаза волн совпадает. Свет от карманного фонарика этого эффекта не даст: лучи никогда не будут параллельны друг другу. Волны лазерного света преломляются, проходя через дифракционные каналы, образованные карандашными грифелями, порождая проекцию на стене. При перекрытии волнами друг друга они вступают во взаимодействие. В некоторых случаях это перекрытие будет конструктивным, в других деструктивным. При конструктивном взаимодействии свет на стене будет ярким. В других случаях волны будут угнетать друг друга (деструктивное взаимодействие). В этих случаях на световой проекции появятся темные промежутки.

Когда свет станет вести себя только как частица, вы сможете видеть на стене только две точки напротив каналов преломления. К современному представлению о природе света человечество шло долго. Великий английский ученый Исаак Ньютон определял свет в качестве потока частиц. В 19 столетии ученые пришли к выводу, что свет является волной. Но поскольку свет вел себя подобно частицам, Альберт Эйнштейн высказал предположение о том, что свет на самом деле является частицей, именуемой фотоном. Физик Макс Планк запаниковал, восклицая: «теория света будет отброшена назад не на десятилетия, а на века» в случае, если научное сообщество согласится с теорией Эйнштейна. В конечном итоге научными кругами было выработано компромиссное определение: свет одновременно является и частицей (фотоном) и волной.

Размышления о волновой природе света корреспондируются с вероятностью того, что фотон будет в определенном месте в определенное время. Это позволяет более ясно понять, как можно заставить фотоны занять на стене определенные позиции, когда их волны создают друг другу помехи. Менее интуитивно понятен тот факт, что фотоны могут одновременно проходить через два канала, продолжая проявлять поведение, характерное для волны, наталкивающейся на помехи. И как отдельные фотоны способны, пройдя через два канала, прибыть в одну и ту же точку!

Этот несложный физический эксперимент, проведенный зимним вечером в кругу семьи, позволит получить массу приятных эмоций. Наука бывает не только полезной, но и крайне интересной. А человечество продолжает неуклонно двигаться путем научно-технического прогресса, удовлетворяющего не только материальные потребности, но и потребность разумного существа в новых знаниях.

По мотивам Education.com

Освещенность и требования стандартов

Там, где в дневное время недостаточно солнечного света, а также в вечерние и ночные часы, пользуются искусственными источниками. На предприятиях каждое рабочее место проходит аттестацию на соответствие допустимым санитарным нормам. В эти нормы укладывают и уровень освещённости. Неправильное освещение или его недостаток влияет на здоровье работников.

Основным нормативным документом, регламентирующим стандарты этого параметра, выступает СНИП 23-05-95 – это нормы, принятые к исполнению в 1995 году. Откорректированный его вариант в виде СП 52.13330.2011 от 20.05.2011 г. действует и поныне.

В перечне отражены границы степени освещённости для помещений:

  • производственных и складских;
  • рабочих площадок вне зданий;
  • жилых и общественных помещений;
  • уличного освещения населённых пунктов;
  • архитектурных подсветок;
  • витринной и рекламной иллюминации;
  • специального освещения.

Важно! Вреден как недостаток, так и избыток света. Яркие пятна люминесцентных реклам и витринных окон, выполненных с превышением требований, загрязняют световой фон улиц


Освещённость

Возбужденные электроны

Если подвести энергию извне, электрон «помимо своей воли» переходит на более высокий уровень, в возбужденное состояние. Однако возбужденный электрон чрезвычайно упрям и остается в таком состоянии совсем недолго, 10-8 секунды, то есть одну сотую миллисекунды. Затем он возвращается в основное состояние, выделяя при этом энергию в форме частицы света, называемой фотоном. Энергия фотона в точности равна разности энергий возбужденного и основного состояния.

  1. Электрон в основном состоянии получает дополнительную энергию.
  2. Электрон в возбужденном состоянии на втором уровне.
  3. Электрон остается в возбужденном состоянии порядка 10-8 секунды.
  4. Электрон возвращается на первый уровень, в основное состояние.
  5. При этом энергия возбужденного состояния снова высвобождается (испускается) в форме кванта света.

Возбудить электроны можно разными способами, например, высокой температурой. Образно говоря, при высоких температурах атомы начинают дрожать особенно сильно. Из-за этого дрожания электроны в электронной оболочке переходят на более высокий энергетический уровень. Это называют термическим возбуждением.

Свет, излучаемый раскаленными телами (нитью лампы накаливания, Солнцем), порождают «перескакивающие» обратно электроны. Если бы электроны не были такими упрямыми и не стремились обратно в основное состояние, то не существовало бы ни света, ни Солнца, ни тех, кто это заметил бы.

Возбуждение электронов может проходить и под влиянием квантов света. Это называют оптическим возбуждением. Однако квант света должен обладать энергией, в точности равной разности между двумя состояниями электрона, ни больше, ни меньше.

Что такое свет?

Для того что бы разобраться, что такое синий свет, давайте для начала разберемся с базовым термином — свет.

Все видели, как луч света пробивается в темную комнату, если для не вооруженного глаза свет и выглядит однородной статичной структурой, то это далеко не так.

Свет — это электромагнитное излучение, которое имеет волновую природу, проще говоря свет распространяется в виде периодических колебаний или иначе говоря волн, эти волны, как и волны на море имеют амплитуду, то есть частоту с которой они совершают свои колебания.

По своей структуре свет состоит из фотонов. Фотоны — это такие крошечные сгустки энергии, но Фотон — это не простая частица, это маленький отрезок электромагнитной волны.

Не пугайтесь, мы не будем здесь углубляется в квантовую физику. Всё что нам нужно знать, это то, что свет распространяется волнами, они отличаются друг от друга энергией и длиной. Чем длиннее волна, тем меньше ее энергия.

Длинна волны света измеряется в нанометрах (нм) – то есть один нанометр равен 10-9 метра, это очень, очень маленькие расстояния, к слову, имеется ввиду самый обычный всем знакомый метр, если хотите портной.

Волны света имеют разную длину и человеческий глаз способен воспринимать только волны определенной длинны, такой диапазон принято называть видимым спектром или видимым излучением. Считается что глаз может воспринять электромагнитное излучение длинной от 380 до 760 нм.

На рисунке ниже схематично представлена световая волна с разделением на видимый и не видимый спектр волны света.

Чем длиннее волна света, тем больше в ней инфракрасного излучения, чем короче становится волна тем более усиливается ультрафиолетовое излучение.

Меньшими значениями длины волны называют ультрафиолетовым. Справа от видимого диапазона начинается область инфракрасного излучения. Но если взять весь электромагнитный спектр волн, то есть весь предел в котором могут производить колебания электромагнитные волны, то мы увидим, что видимое их излучение, а именно то, что мы называем светом, это довольно маленький промежуток.

И как мы видим отклонение в левую сторону даёт нам УФ излучение, рентгеновские лучи, гамма- излучение, что безусловно является очень вредным для наших глаз, но это не значит, что инфракрасное излучение или микроволновое полезно для глаз, оно также вредно и опасно для органов зрения, к примеру, на любых приборах, использующих инфракрасный лазер стоит предупреждение об опасности, вот несколько примеров таких сообщений:

Фотосинтез

Эволюция сказалась не только на людях и животных, но и на растениях, которые приучились правильно реагировать на части электромагнитного спектра. Так, растительность трансформирует световую энергию в химическую. Фотосинтез использует газ и воду, создавая кислород. Это важный процесс для всей аэробной жизни на планете.

Эту часть спектра именуют фотосинтетически активной областью (400-700 нм), перекрывающейся с диапазоном человеческого зрения.

Электромагнитный спектр
  • Радиоволны
  • Микроволны
  • Инфракрасные волны
  • Видимый свет
  • Ультрафиолетовое излучение
  • Рентгеновские лучи
  • Гамма-излучение
Электромагнитные волны и их свойства
  • Уравнения Максвелла
  • Создание электромагнитных волн
  • Энергия и импульс
  • Скорость света
  • Эффект Допплера
  • Импульс переноса и радиационного давления
Применение электромагнитных волн

Очки Blue Sky pro для нормализации циркадных ритмов

Электронное устройство, разработанное самарскими учеными, поможет регулировать биоритмы человека

Выше мы писали о важности биологических часов для организма. Они настраивают организм на изменения активности в зависимости от времени суток, отвечают за деятельность определенных светочувствительных клеток сетчатки

Они реагируют на эту смену, посылая сигналы в определенный центр мозга. Так, за три часа до восхода солнца должен ускориться обмен веществ. Повышается температура, усиливается кровообращение — это этапы подготовки к пробуждению и началу дневной деятельности. На четкую работу циркадных ритмов влияет чередование света и темноты. 

Современный человек мало времени проводит на улице, не получая нужного количества синего света. Он вреден только в больших объемах, а при естественном его поступлении в организм отвечает за нормальные биоритмы. Ученые из Самары предложили свою разработку — очки Blue Sky pro. Встроенный светодиод производит излучение, аналогичное голубому спектру солнечного света. При воздействии на сетчатку глаза оно активирует работу клеток мозга, отвечающих за пробуждение и активность. Проще говоря, устройство «выключает» ночной ритм. Если очки надеть утром, сонливость постепенно исчезает, а человек входит в нормальный активный режим. Очки хорошо помогут в зимнее время при недостатке естественного освещения, при смене часовых поясов, как утверждают разработчики.

Таким образом, синее излучение вредно только при его избыточном попадании на сетчатку. Если придерживаться нормального режима, не проводить слишком много времени с гаджетами и за просмотром телевизора, защищать глаза  при длительном нахождении на солнце, то последствия воздействия волн синего спектра будет сведены к минимуму.

Как свет воспринимается глазом

Свет воспринимается глазами человека в диапазоне 370-790 нм. Ультрафиолетовое излучение наше зрение зафиксировать не может, зато его воздействие испытывает на себе наша кожа, на которую оно оседает в виде загара. Инфракрасное же излучение ощущается человеком как тепло. Разработки последних лет подтвердили преимущество инфракрасных обогревателей перед другими видами.

Сетчатка глаз обладает уникальной способностью улавливать фотоны и передавать эту информацию в мозг для последующей обработки. Это подтвержденный факт, который свидетельствует о том, что человек является гармоничной частью природы.

Восприятие цвета и цветовые иллюзии

Воздействие и восприятие цвета — сложный процесс, обусловленный психологическими факторами и базирующийся на физиологии нервной системы. По мнению Иоханнеса Иттена, глаза и мозг могут прийти к четкому различению цвета лишь с помощью контрастов и сравнений. Он утверждал, что сам цвет и цветовое воздействие совпадают лишь в случае гармонических сочетаний, а во всех остальных случаях цвет приобретает иное измененное качество.

На этой базе и создаются разнообразные цветовые иллюзии. Один и тот же цвет может выглядеть совершенно по-разному на разном фоне или в разных контекстах. Зачастую цвет искажается из-за соседства с другим цветом. Бывает и так, что мозг видитцвета, которых нет на изображении, дорисовывая его исходя из прошлого опыта.

Ниже приведены несколько любопытных цветовых иллюзий, в которых цвет играет с нашим восприятием реальности.

Шахматная доска

Поверите ли вы, что клетки А и В одного цвета? Это становится ясно, если открыть изображение в редакторе и проверить цвета с помощью пипетки. Но из-за того что мозг не хочет нарушать предложенный узор их темных и светлых квадратов, для нас они выглядят по-разному.

Клетки А и В одного цвета

По похожему принципу работает и следующая иллюзия — нам кажется, что нижний квадрат светлее верхнего, однако, если закрыть линию их соединения, становится очевидно, что они одного серого цвета.

Оба квадрата одного серого цвета

Иллюзия несуществующих цветов

На изображении ниже кроме белого фона присутствуют только два цвета — салатовый и розовый. Они легко различимы, если между клетками разного цвета есть белый фон, но стоит только разместить их рядом, как они начинают усиливать и затемнять друг друга.

На изображении только два цвета: салатовый и розовый

Следующая иллюзия работает благодаря эффекту прошлого опыта. На изображении с клубникой нет ни одного красного пикселя, однако ягоды выглядят красными. Все потому, что, во-первых, мы привыкли видеть клубнику красной, и мозг не хочет признавать, что на изображении она серая. Во-вторых, хотя красного цвета фактически нет, красный канал на изображении наиболее сильный, что способствует тому, что мы видим красный цвет. Как утверждает автор этого фото — японский психолог Акиеши Китаока — секрет в том, что все изображение имеет ярко выраженный голубоватый оттенок, из-за чего наш мозг делает “поправку” на фон и воспринимает различные серые оттенки как цвета, противоположные этому фону.

На этом изображении нет ни одного красного пикселя

Иллюзия градиента

Замечено, что на темном фоне цвет выглядит светлее, в то время как на светлом фоне тот же цвет кажется значительно темнее. Этот эффект проиллюстрирован в следующей иллюзии. На самом деле изображения лошадей одного цвета, однако из-за разного фона они выглядят по-разному.

Изображения лошадей одного цвета

Иллюзия дополняющих цветов

В следующей иллюзии использован эффект остаточного изображения, применяемый еще Мишелем Эженом Шеврёлем при создании его цветовой полусферы. Если долго смотреть на какой-то цвет, это вызывает усталость глазных рецепторов. Для устранения напряжения и достижения гармонии требуется дополняющий цвет. В данном случае черно-белое изображение может на долю секунды показаться цветным, чтобы компенсировать усталость рецепторов после первого насыщенного изображения.

Иллюзия с платьем

И напоследок знаменитая иллюзия с платьем, взорвавшая интернет в 2015 году. По сути, это и не иллюзия, а лишь демонстрация того, насколько по-разному мы воспринимаем реальность. Изображение платья разделило интернет на два лагеря: одни утверждали, что платье белое с золотым, другие были уверена в том, что оно синее с черным. Истина же в том, где, по мнению наблюдателя, расположен источник света и как он освещает платье. Поскольку тени обычно окрашены в синие тона, то в уме мы вычитаем их из изображения, оставляя картинку в бело-золотых оттенках. С другой стороны, искусственный свет зачастую отдает желтизной, поэтому удаляя желтый оттенок, остается изображение в сине-черных цветах.

Знаменитая иллюзия с платьем

Какие характеристики имеет свет?

Как и любое природное явление, свет обладает множеством уникальных характеристик, среди которых одной из важнейших является цвет. Электромагнитное излучение, воспринимаемое нашим глазом, различается по диапазону длин и частоте волны, что, в свою очередь, влияет на световой спектральный состав. К примеру, фиолетовый цвет видится при длине волн 380–440 нм и частоте 790–680 ТГц, а желтый – при показателях 565–590 нм и 530–510 ТГц.

Помимо цвета, свет обладает способностью перемещаться в пространстве, преломляться и отражаться. Преломление света представляет собой изменение направления электромагнитных волн. В нашей обыденной жизни такое явление встречается повсеместно. Например, если посмотреть на стакан чая, в котором находится ложка, можно заметить, что на границе воздуха и жидкости она будто «преломлена».
Аналогично привычным явлением для нас является отражение света, позволяющее увидеть себя в водной глади, зеркале или на блестящих предметах. К другим характеристикам можно отнести способность света к поляризации и изменению интенсивности.

Плотность, интенсивность и мощность

Плотностью светопотока называется распределение луча по спектру, которое равно отношению света малого участка к его ширине. Измеряется в ваттах на нанометр.

Интенсивность светоисточника это модуль со средним по временному показателю значения энергоплотности в данном пространстве. Вычисляется из квадрата амплитуды волны света к преломленному показателю. Она характеризует численность средней энергии, которая переносится при помощи солнечной волны на временную единицу через площадь, которая поставлена перпендикулярным к волне образом. Линии энергии это лучи.

Мощность — энергия, переносимая через излучение на объект за определенное время.

Вам это будет интересно Устройство и принцип действия частотного преобразователя

Дополнение: Оптический раздел, где изучается интенсивность и все излучение — это лучевая или геометрическая оптика.


Расчет плотности, интенсивности и мощности светопотока

Диапазон измерения освещенности

Специальный прибор для измерения освещенности, люксметр, выбирают с учетом предполагаемой рабочей области. Нет смысла в избыточной трате энергетических ресурсов без действительной необходимости. Профессиональные расчеты выполняют с учетом особенностей отдельных операций: от общего наблюдения до действий с мелкими деталями высшей точности.

Нормативная освещенность объектов

Объект Нормативная освещенность в люксах (лк)
Кухня 150
Детская комната 200
Гостиная, столовая 150
Входная группа, коридоры между комнатами 50
Библиотека, кабинет 300
Межэтажные лестничные пролеты 20
Площадка перед лифтом 30
Тепловой пункт 20
Фойе, приемные 150
Проектные организации 500
Ремонтные и сервисные мастерские 300
Серверная комната, операционный зал в банке 400
Помещение для сейфа 150
Аудитории высших учебных заведений 400
Спортивные залы 200
Бильярдные комнаты 300
Бассейн 150
Торговый зал в магазине 500
Склад в прачечной 50
Муниципальная автомобильная дорога с проходимостью 500-1000 транспортных средств за час 15
Центральные аллеи на выставках 10

Существенное значение имеет чувствительность человеческого глаза к определенным участкам спектра. Современные приборы для измерения света создают с учетом соответствующих особенностей. Обычно проверяют видимый диапазон. Однако надо помнить о том, что незаметное ультрафиолетовое излучение при большой интенсивности оказывает негативное влияние на сетчатку.

Также проверяют пульсации с частотой до 300 Гц. Они заметны для человеческого зрения. Подобные изменения амплитуды излучения вызывают дискомфорт, вплоть до болезненных ощущений. Необходимо помнить о вреде избыточной освещенности. В подобных условиях значительно возрастают общие нагрузки, так как активизируются обменные процессы в организме.

Интересно. Отдельно следует упомянуть уход за растениями. Освещенность для роз и пальм устанавливают выше 14 000-16 000 люкс. Неприхотливым фикусам достаточно 8 000-11 000 люкс.

Советуем изучить Постоянный и переменный ток

Контроль освещения позволяет при разумных затратах энергии получать хорошие показатели урожайности в круглогодичном режиме

Цвет и температура

Излучение энергии воспринимается как изменение цвета. Например, пламя паяльной лампы меняется от красноватого до синего и можно отрегулировать, чтобы жарче горела. Этот процесс превращения тепловой энергии в видимую энергию называется накаливание.

Лампа накаливания высвобождает часть своей тепловой энергии в виде фотонов. Около 800 градусов по Цельсию энергия, излучаемая объектом, достигает инфракрасного излучения. При увеличении температуры, энергия переходит в видимый спектр и у объекта появляется красноватое свечение. Когда объект становится жарче, цвет меняется до “белого каления” и в итоге превращается в синий.

Определение сторон света по компасу

Если прибор использовать должным образом, то определить основные стороны горизонта возможно быстро, без особых трудностей

Прежде важно запомнить общепринятые обозначения четырех сторон света: север отмечается буквой N, юг – S, запад – W, восток – E. Для того, чтоб понять, где северное направление, стрелку (синей стороной) требуется повернуть к N

Определение сторон света по компасу

Способ применения компаса:

  1. Расположить прибор горизонтально (во избежание неточностей), освободить магнитную стрелку.
  2. Поворачивать корпус, пока последняя не покажет на N. Тогда линия укажет на северное, южное направления (С Ю).
  3. Выбрать предмет для ориентации во время движения. В горах (на большой высоте) поблизости скоплений металла, на территории магнитных аномалий возможны погрешности.
  4. Отдельные устройства оснащены дополнительной стрелкой. Ее нужно установить в направлении маршрута, затем следовать курсу.
  5. Встроенная буссоль помогает узнать азимут – угол между севером (0°) и конечным пунктом следования.

Восприятие света глазом

Нормированные спектральные зависимости чувствительности колбочек трёх типов. Пунктиром показана светочувствительность палочек.

Видеть окружающий мир мы можем только потому, что существует свет и человек способен его воспринимать. В свою очередь, восприятие человеком электромагнитного излучения видимого диапазона спектра происходит благодаря тому, что в сетчатке глаза человека располагаются рецепторы, способные реагировать на это излучение.

Сетчатка человеческого глаза имеет два типа светочувствительных клеток: палочки и колбочки. Палочки обладают высокой чувствительностью к свету и функционируют в условиях низкой освещённости, отвечая тем самым за ночное зрение. Однако, спектральная зависимость чувствительности у всех палочек одинакова, поэтому палочки не могут обеспечить способность различать цвета. Соответственно, изображение, получаемое с их помощью, бывает только чёрно-белым.

Колбочки имеют относительно низкую чувствительность к воздействию света и обусловливают механизм дневного зрения, действующий только при высоких уровнях освещённости. В то же время, в отличие от палочек, в сетчатке глаза человека имеется не один, а три типа колбочек, отличающихся друг от друга расположением максимумов их спектральных распределений чувствительности. Вследствие этого колбочки поставляют информацию не только об интенсивности света, но и о его спектральном составе. Благодаря такой информации у человека и возникают цветовые ощущения.

Спектральный состав света однозначно определяет его цвет, воспринимаемый человеком. Обратное утверждение, однако, неверно: один и тот же цвет может быть получен различными способами. В случае монохроматического света ситуация упрощается: соответствие между длиной волны света и его цветом становится взаимнооднозначным. Данные о таком соответствии представлены в таблице.

Что такое свет в физике

Споры вокруг того, что же такое свет, шли в физике и научной среде многие века. Различные деятели выдвигали самые разные теории, что представляет собой данное явление природы, но никак не могли сойтись в едином мнении. Теории появлялись, как грибы после дождя, то опровергая, то дополняя друг друга. 

Был создан целый раздел физики – оптика, задача которого стояла в изучении рассматриваемого явления.

К изучению природы света приложили свои талантливые руки все видные деятели науки, начиная с 17 века. Такие европейские светила, как Декарт, Гук, Юнг, Ньютон, Гейгенс, Ампер и многие другие предпринимали многие попытки понять, чем является видимое нам излучение: волной или же потоком частиц. 

Именно это противоречие, к которому приводили опыты, ставило исследователей в тупик. Ученым была никак не понятна сочетаемость: как в одном эксперименте явление может вести себя, как поток частиц, а в другом – как электромагнитное излучение.

На сегодня данный вопрос в известной степени решен. Все новые знания позволили вникнуть в суть вещей более глубоко. Корпускулярную и волновую теорию позже дополнила электромагнитная, далее специальная теория относительности Эйнштейна, позже квантовая теория и, наконец, квантовая электродинамика.

Почему сломался карандаш?

Наблюдательный рыболов видит, что весла от его лодки при погружении в воду как будто ломаются. Когда весла над поверхностью воды, они снова прямые. Почему? Это объясняют оптические законы.

Взмахнуть рукой в воздухе гораздо легче, чем провести рукой внутри воды. Вот и свет проходит в разных средах (например, в вакууме, стекле, воздухе, алмазе, воде) тоже по-разному. На границе двух различных сред меняется направление хода лучей света.

Углы падения и преломления, которые определяются, как и при отражении, с помощью перпендикуляра к границе раздела, в данном случае не равны. 

 

Вот почему карандаш выглядит в стакане сломанным. Здесь не нужно путать световые лучи и сам карандаш. Лучи идут человеку в глаз, как показано на чертеже. То, что карандаш воспринимается глазом в сломанном виде – это оптическая иллюзия, созданная ходом всех лучей, отражающихся от карандаша.

Скорость света

Скорость света в вакууме определяется в точности 299 792 458 м/с (около 300 000 км в секунду). Фиксированное значение скорости света в СИ связано с тем, что метр в настоящее время определяется в терминах скорости света. Все виды электромагнитного излучения, как полагают, распространяются в вакууме с точно такой же скоростью.

Различные физики пытались измерить скорость света на протяжении всей истории. Галилей пытался измерить скорость света в семнадцатом веке. Ранний эксперимент по измерению скорости света был проведен Оле Рёмером, датским физиком, в 1676 году. С помощью телескопа Рёмер наблюдал движение Юпитера и одной из его лун Ио,фиксируя при этом моменты затмений Ио. Рёмер обнаружил, что эти моменты зависят от положения Земли на её орбите. Предположив, что такая зависимость обусловлена конечностью скорости света, он вычислил, что свету требуется около 22 минут, чтобы пройти расстояние, равное диаметру орбиты Земли. Тем не менее, его размер не был известен в то время. Если бы Рёмер знал диаметр орбиты Земли, он бы получил значение скорости, равное 227 000 000 м/с.

Другой, более точный способ измерения скорости света выполнил в Европе Ипполит Физо в 1849 году. Физо направил луч света в зеркало на расстоянии нескольких километров. Вращающееся зубчатое колесо было помещено на пути светового луча, который путешествовал от источника к зеркалу и затем возвращался к своему источнику. Физо обнаружил, что при определенной скорости вращения луч будет проходить через один пробел в колесе на пути и следующий разрыв на обратном пути. Зная расстояние до зеркала, число зубьев на колесе, и скорость вращения, Физо удалось вычислить скорость света 313 000 000 м/с.

Существенного прогресса в измерениях скорости света удалось достигнуть в результате применения и совершенствования метода вращающегося зеркала, предложенного Франсуа Араго (1838 г.). Развив и осуществив идею Араго, Леон Фуко в 1862 году получил для скорости света значение (298 000 000±500 000) м/с. В 1891 году Саймон Ньюком, повысив точность измерений на порядок, получил величину (299 810 000±50 000) м/с. В итоге многолетних усилий Альберт А. Майкельсон добился ещё более высокой точности: полученное им в 1926 году значение составило (299 796 000±4 000) м/с. В ходе этих измерений А. Майкельсон измерял время, требовавшееся свету, чтобы пройти расстояние между вершинами двух гор, равное 35,4 км (точнее, 35 373,21 м).

Наивысшая точность измерений была достигнута в начале 1970-х. В 1975 году XV Генеральная конференция по мерам и весам зафиксировала это положение и рекомендовала считать скорость света, равной 299 792 458 м/с с относительной погрешностью 4•10−9, что соответствует абсолютной погрешности 1,1 м/с. Впоследствии это значение скорости света было положено в основу определения метра в Международной системе единиц (СИ), а сама скорость света стала рассматриваться как фундаментальная физическая постоянная, по определению равная указанному значению точно.

Эффективная скорость света в различных прозрачных веществах, содержащих обычную материю, меньше, чем в вакууме. Например, скорость света в воде составляет около 3/4 того, что в вакууме. Тем не менее, замедление процессов в веществе, как полагают, происходит не от фактического замедления частицы света, а от их поглощения и переизлучения заряженными частицами в веществе.

Как крайний пример замедления света, можно сказать, что двум независимым группам физиков удалось «полностью остановить» свет, пропуская её через конденсат Бозе-Эйнштейна на основе рубидия, Тем не менее слово «остановить» в этих экспериментах относится только к свету, хранящемуся в возбужденных состояниях атомов, а затем повторно излучается в произвольное более позднее время, как вынужденное вторым лазерным импульсом излучение. Во времена, когда свет «остановился», он перестал быть светом.

Время распространения светового луча в масштабной модели Земля-Луна. Для преодоления расстояния от поверхности Земли до поверхности Луны свету требуется 1,255 с.