Разноуровневые точечные источники света

Линейные и точечные источники света

По размеру все источники света можно условно разбить на две группы:

Точечным называют такой источник света, размеры которого настолько малы по сравнению с расстоянием до приемника излучения, что ими можно пренебречь.

На практике за точечный источник света принимается такой, максимальный размер L которого по крайней мере в 10 раз меньше расстояния г до приемника излучения (рис.1).

Для таких источников излучения освещенность определяется по формуле Е = (I/r 2 ) · cos α ,

где Е,I – соответственно освещенность поверхности и сила света источника излучения; r – расстояние от источника света до фотоприемника; α – угол, на который фотоприемник переместился от нормали.

Рис. 1. Точечный источник света

Например, если лампа диаметром 10 см освещает поверхность на расстоянии 100 м, то эту лампу можно считать точечным источником. Но если расстояние от этой же лампы до поверхности будет 50 см, то лампу уже нельзя считать точечным источником. Типичный пример точечного источника света — звезда на небе. Размеры звезд огромны, но расстояние от них до Земли на много порядков больше.

Точечными источниками света в электрическом освещении считаются галогенные и светодиодные лампы для встраиваемых светильников. Светодиод является практически точечным источником света, так как его кристалл микроскопических размеров.

К линейным источникам излучения относят те излучатели, у которых относительные размеры по любому из направлений больше размеров точечного излучателя. По мере удаления от плоскости измерения освещенности относительные размеры такого излучателя могут достигнуть такого значения, при котором данный источник излучения превращается в точечный.

Примеры электрических линейных источников света: люминесцентные лампы, линейные светодиодные лампы, с ветодиодные RGB -ленты. Но, согласно определения, к линейным (протяженным) источникам света можно отнести все источники, которые не считаются точечными.

Если из точки, в которой расположен точечный источник излучения, отложить в различных направлениях в пространстве векторы силы света и через их концы провести поверхность, то получится фотометрическое тело источника излучения. Такое тело полностью характеризует распределение потока излучения в пространстве.

По характеру распределения силы света в пространстве точечные источники делятся также на две группы. Первую группу составляют источники с симметричным относительно некоей оси распределением силы света (рис. 2). Такой источник называется круглосимметричным.

Рис. 2. Модель симметричного излучателя

Если источник круглосимметричный, то его фотометрическое тело является телом вращения и может быть полностью охарактеризовано вертикальным и горизонтальным сечениями, проходящими через ось вращения (рис. 3).

Рис. 3. Продольная кривая распределения силы света симметричного источника

Вторую группу составляют источники с несимметричным распределением силы света. У несимметричного источника тело распределения силы света не имеет оси симметрии. Чтобы характеризовать такой источник, строят семейство продольных кривых силы света, соответствующих различным направлениям в пространстве, например через 30°, как на рис. 4. Обычно такие графики строят в полярных координатах.

Рис. 4. Продольные кривые распределения силы света нессиметричного источника

Источники света

Источник света – это тело, которое излучает энергию в световом диапазоне.

Различные типы источников света

Классификация источников света проводится в зависимости от разных характеристик. Таким образом, в физике определяющим является разделение источников света на 2 вида:

  1. Точечные;
  2. Непрерывные (модели источников света).

Встречается подразделение на и на такие виды источников света как:

  1. Естественные (солнце, звёзды, атмосферные электрические разряды и т.п.);
  2. Искусственные (пламя, разнообразные лампы, светодиоды, лазерные приспособления).

Искусственные источники света подразделяют в зависимости от вида энергии, переходящей в излучение, на:

  1. Тепловые источники (свет в них возникает в результате нагревания до высоких температур);
  2. Люминесцентные источники (световое излучение в них появляется благодаря превращению разных видов энергии, но не тепловой).

Также искусственные источники света выделяются по конструктивным особенностям.

Основные характеристики источников света

Сила света

Точечный источник света – это такой световой источник, размеры которого можно не принимать во внимание, по сравнению с расстоянием от источника до места наблюдения. В оптически однородной и изотропной среде волны, излучаемые точечным источником, являются сферическими.

Для характеристики точечного источника используют понятие силы света ( I ) , которая определяется как:

где d Ф – это световой поток, излучаемый источником в пределах телесного угла d Ω . При рассмотрении сферической системы координат можно сказать, что в общем-то сила света зависит от полярного ( ν ) и азимутального φ углов I = I ν , φ .

Источник света называется изотропным, если на его силу света не оказывает влияние направление. Для изотропного источника света запишем:

где Ф – это суммарный световой поток, излучаемый источником во всех направлениях. Величина силы источника, которая вычисляется как ( 2 ) , также называется средней сферической силой света источника.

Если источник света не является точечным (протяженный источник), тогда применяют понятие силы света элемента его поверхности ( d S ) . В данном случае в формуле ( 1 ) величина d Ф – это световой поток, излучаемый элементом поверхности источника ( d S ) в пределах телесного угла ( d Ω ) .

Основная единица измерения силы света в системе измерения – кандела ( к д ) (старое название – свеча ( с в ) ). 1 к д излучает световой эталон как абсолютно черное тело при температуре T = 2046 , 6 K (температура, при которой затвердевает чистая платина) и давлении 101325 П а .

Световой поток

Основной единицей измерения светового потока является люмен ( л м ) , который равняется световому потоку, испускаемому источником в 1 к д внутрь телесного угла 1 стерадиан.

Освещенность

Величина ( E ) , равная E = d Φ p a d d S ( 5 ) , называется освещенностью. В выражении ( 5 ) d Φ p a d – это величина светового потока, падающего на элемент поверхности d S . Освещенность измеряется с системе измерения в люксах ( л к ) 1 л к = 1 л м 1 м 2 ( 6 ) , при равномерном распределении потока по поверхности.

Светимость

Протяженный источник света характеризуют светимостью ( R ) его участков. Она описывает излучение (отражение) света выделенным элементом поверхности во всех направлениях.

Светимость проявляется из-за отражения поверхностью падающего на нее светового потока. Тогда под d Φ i s p понимают в выражении ( 8 ) поток, отражаемый элементарной поверхностью d S во всех направлениях.

Светимость измеряется в люксах.

Яркость

Яркость ( B ) используют для описания излучения (отражения) света в заданном направлении. Направление причем задается полярным углом ν , который откладывают от внешней нормали n → к излучающей площадке и азимутальным углом φ .

Ламбертовскими источниками света (или косинусные, подчиняющиеся закону Ламберта), называются источники, яркость которых не меняется в зависимости от направления. Для ламбертовских светильников d I элементарной площадки пропорциональна cos ν .

Единица яркости кандела на квадратный метр к д м 2 .

Необходимо найти световой поток, излучаемый элементарной поверхностью d S внутрь конуса, ось которого расположена перпендикулярно выделенному элементу. Угол конуса равен ν 0 . Будем считать, что светящаяся поверхность подчинена закону Ламберта и ее яркость равняется В .

Решение

Для решения задачи используем определение яркости и из него выделим элемент светового потока:

B = d Φ d Ω d S cos ν → d Φ = B d Ω d S cos ν ( 1 . 1 ) .

Элементарный телесный угол в сферических координатах равняется:

d Ω = sin ν d ν d φ ( 1 . 2 ) .

Подставим выражение для телесного угла в выражение ( 1 . 1 ) , получаем:

d Φ = B sin ν d ν d φ d S cos ν ( 1 . 3 ) .

Определим полный световой поток интегрированием выражения ( 1 . 3 ) :

Φ = B d S ∫ 0 v 0 sin ν cos ν d ν ∫ 0 2 π d φ = π B d S sin 2 ν 0 .

Ответ: Φ = π B d S sin 2 ν 0 .

Яркость однородного светящегося диска радиуса r меняется по закону B = B 0 cos ν , B 0 = c o n s t , ν – это угол с нормалью к поверхности. Необходимо найти световой поток ( Ф ) , испускаемый диском.

Решение

Выразим элемент светового потока с помощью уравнения из условий задачи для ярости как:

d Φ = B d Ω d S cos ν = B 0 cos ν 2 d Ω d S ( 2 . 1 ) ,

где элементарный телесный угол в сферических координатах равняется:

d Ω = sin ν d ν d φ ( 2 . 2 ) .

Световой поток вычислим как интеграл от выражения ( 2 . 1 ) при использовании ( 2 . 2 ) :

Φ = B 0 d S ∫ 0 π 2 sin ν cos 2 ν d ν ∫ 0 π 2 d φ = 2 π B 0 d S ∫ 0 π 2 d ( – cos ν ) cos 2 ν = 2 3 πB 0 dS = = 2 3 B 0 π 2 r 2 .

Ответ: Φ = 2 3 B 0 π 2 r 2 .

Читайте также:  Интерьер и дизайн спальни в классическом стиле

§ 69. Точечные источники света

Все вопросы, связанные с определением световых величин, особенно просто решаются в том случае, когда источник излучает свет равномерно во всех направлениях. Таким источником является, например, раскаленный металлический шарик. Подобный шарик посылает свет равномерно во все стороны; световой поток от него распределен равномерно по всем направлениям. Это означает, что действие источника на какой-либо приемник света будет зависеть только от расстояния между приемником и центром светящегося шарика и не будет зависеть от направления радиуса, проведенного к приемнику из центра шарика.

Во многих случаях действие света изучается на расстоянии , настолько превосходящем радиус светящегося шарика, что размеры последнего можно не учитывать. Тогда можно считать, что излучение света происходит как бы из одной точки — центра светящегося шара. В подобных случаях источник света называется точечным источником.

Само собой разумеется, что точечный источник не является точкой в геометрическом смысле, а имеет, как и всякое физическое тело, конечные размеры. Источник излучения исчезающе малых размеров не имеет физического смысла, ибо такой источник должен был бы с единицы своей поверхности излучать бесконечно большую мощность, что невозможно.

Более того, источник, который мы можем считать точечным, не всегда должен быть малым. Дело не в абсолютных размерах источника, а в соотношении между его размерами и теми расстояниями от источника, на которых исследуется его действие. Так, для всех практических задач наилучшим образцом точечных источников являются звезды; хотя они имеют огромные размеры, расстояния от них до Земли во много раз превосходят эти размеры.

Необходимо также помнить, что прообразом точечного источника является равномерно светящийся шарик. Поэтому источник света, посылающий свет неравномерно в разные стороны, не является точечным, хотя бы он был и очень маленьким по сравнению с расстоянием до точки наблюдения.

Определим более точно, что понимается под равномерным излучением света во все стороны. Для этого надо воспользоваться представлением о телесном угле , который равен отношению площади поверхности , вырезанной на сфере конусом с вершиной в точке , к квадрату радиуса сферы (рис. 156):

. (69.1)

Рис. 156. Телесный угол равен отношению площади поверхности , вырезанной на сфере конусом с вершиной в точке , к квадрату радиуса сферы:

Это отношение не зависит от , так как с ростом вырезаемая конусом поверхность увеличивается пропорционально . Если , то численно равен , т. е. телесный угол измеряется поверхностью, вырезанной конусом на сфере единичного радиуса. Единицей телесного угла является стерадиан — телесный угол, которому на сфере единичного радиуса соответствует поверхность с площадью, равной единице. Телесный угол, охватывающий все пространство вокруг источника, равен , ибо площадь полной поверхности сферы единичного радиуса есть .

Полное излучение какого-либо источника распределяется в телесном угле . Излучение называется равномерным или изотропным, если в одинаковые телесные углы, выделенные по любому направлению, излучается одинаковая мощность. Конечно, чем меньше телесные углы, в которых мы производим сравнение мощности, излучаемой источником, тем с большей точностью мы проверяем равномерность излучения.

Итак, точечным источником является, источник, размеры которого малы по сравнению с расстоянием до места наблюдения и который посылает световой поток равномерно во все стороны.

Как правильно монтировать подсветку в натяжной потолок или в двухуровневый из ГКЛ: варианты крепления, способы комбинирования светодиодов и лед ламп

Подвесные потолки – это один из самых распространенных вариантов квартирного дизайна. Реализуется различными технологиями, но добиться большого разнообразия форм позволяет именно гипсокартонный потолок. Световые эффекты на таком потолке придают изюминку интерьеру, а сделать подсветку самостоятельно может даже непрофессионал.

Основные отличия гипсокартонной конструкции на потолке

Гипсокартон со времени своего изобретения является востребованным строительным материалом. С ним можно делать потолки, арки, ниши, стены, перекрытия.

Специалисты рекомендуют для отделки именно этот материал – он устойчив к влаге и высоким температурам. И несмотря на жесткость, округлые формы не большая проблема. Гипсокартон бывает:

  • простота обработки материала и монтажа;
  • низкая цена;
  • большой спектр использования;
  • неприхотливость в уборке – потолок достаточно лишь протирать влажной тряпкой раз в пять-шесть месяцев.
  • неэластичен;
  • стандартный гипсокартон восприимчив к влаге и огню.

Конструкция короба для подсветки

Выполнить отделку потолка гиспокартоном можно в любом стиле, но есть базовая часть, состоящая из трех видов конструкций потолка:

  • одноуровневые потолки;
  • потолки с двумя или тремя уровнями (простые);
  • сложные.

Существует два вида подсветки потолка – открытая и контурная (скрытая). Реализуется открытая при помощи точечных источников света, которые вмонтированы в потолок. Скрытая подсветка устанавливается в специальных коробах и выполняется из светодиодных лент по периметру помещения или фигурных коробов. Обычно применяются оба типа подсветки, мастера стараются делать так, чтобы подсветка работала независимо друг от друга.

Одноуровневый

Потолок одноуровневого вида это самостоятельная готовая конструкция или основа для дальнейшего сооружения сложного потолка. Принцип его сборки – закрепление металлического каркаса, выполнение электромонтажных работ, обшивка гипсокартоном и финальная отделка. В нее входит заделка стыков, шпаклевка, покраска.

Преимущества одноуровневого потолка:

  • простота монтажа;
  • экономия пространства между черновой и лицевой поверхностями;
  • высокие показатели шумо – теплоизоляции;
  • хорошее выравнивание поверхности.

Двухуровневый

Основой служит одноуровневый потолок. Принцип заключается в том, что последующий нижний уровень будет занимать меньшую площадь, а базой для него будет предыдущий уровень.

Каждый из уровней должен сочетаться между собой как технически, так и эстетически. Основные многоуровневые конструкции – рамочные, зональные и диагональные.

Фигурный многоуровневый

Сложность такого типа потолков заключается в наличии фигурных и узорчатых элементов. Фигурные потолки имеют отдельные или групповые выпуклые части. Для вырезания сложных компонентов потолка нужны профессиональные навыки, но готовое изделие покорит любого нестандартной красотой.

Как распределить источники света

При планировании обустройства потолка осветительными приборами следует обратить внимание на следующее:

  1. Освещение нужно делать зонами.
  2. Сетка освещения должна быть продумана заранее: например, подсветка рабочей зоны и стола на кухни, контурная подсветка спальни; зонированное освещение коридора.
  3. Выбор правильного направления освещения.
  4. Грамотное размещение подсветки для зрительного увеличения комнаты, заполнения темного помещения равномерно светом и т.д.
  5. Для маленьких комнат лучше не делать многоуровневые сложные конструкции.

Светодиодные ленты и дюралайт

Оба источника света представляют собой последовательно смонтированные светодиоды. С напряжением 12В или 24 В, бывают монохромные SMD и универсальные RGB. Универсальные работают с пультом управления, который подает команду для изменения оттенка.

  • без защитного покрытия;
  • влагозащитные с поверхностью, залитой лаком;
  • влагостойкие (запаянные в трубу – дюралайт), используются в бассейнах, аквариумах и т.д.

Тот или иной тип ленты выбирается в зависимости от характеристики помещения (например влагостойкие не нужны в спальне). Преимущество – малое потребление энергии, отсутствие нагрева, долгий срок службы и простой монтаж. Недостаток – светодиоды подсвечивают изъяны поверхности, к которой прикреплены.

Неоновые трубки

Этот осветительный прибор представляет собой стеклянную трубку, которая наполнена смесью инертных светящихся газов. Яркость зависит от силы тока, потребляемая мощность 100 Вт.

Для работы требуется установка повышающего трансформатора – это главный недостаток. Трансформатор во время работы может гудеть и нагреваться и потреблять большое количество электроэнергии. Что стало причиной малой привлекательности по сравнению со светодиодами.

Недавно в продаже появились неоновые шнуры, работающие от батареек. Мощность недостаточна для общего освещения, но в комбинации со светодиодными лентами подойдут для подсветки деталей интерьера.

Монтаж подсветки потолка по периметру

Важнейшее преимущество гипсокартонного потолка – простота монтажа. Из материалов потребуются:

  • гипсокартон;
  • профиль потолочный;
  • саморезы;
  • грунтовка;
  • шпаклевка;
  • краска водоэмульсионная;
  • серпянка;
  • ножницы по металлу;
  • уровень;
  • штукатурные инструменты для финальной отделки;
  • ножовка;
  • шуруповерт.

Первое, что нужно сделать – подобрать место для разметки, где будет устанавливаться направляющий профиль. Отступать от строительного потолка гипсокартонщики советуют не менее 10 см.

Читайте также:  Спальня. арт-деко, или нет?

После нанесения разметки просверливаются отверстия под дюбеля. Когда завершится монтаж направляющего профиля, делаются отметки по его периметру с интервалом около 60 см. Затем можно закреплять подвес и на него устанавливать потолочный профиль. Каркас готов к обшивке листами. Далее – заделка стыков, шпаклевание, покраска.

Как установить светодиодную ленту

Ленту удобно установить в открытую нишу, она приклеивается к внутреннему борту. На место установки ленты можно дополнительно наклеить алюминиевый профиль для дополнительного охлаждения.

В закрытую нишу установить ленту можно разными вариантами – наклеить на заднюю стенку и наклеить на профиль, расположенный на передней стенке. Дополнительно для монтажа светодиодной ленты потребуется RGB контроллер (для универсальной ленты).

Скрытые светильники

Сделать скрытую подсветку в гипсокартонном потолке довольно сложно. Перед осуществлением монтажа следует сделать грамотную предварительную разметку.

Делается скрытая подсветка следующим образом:

  1. Вдоль стены рисуется линия, на которой будет закреплен несущий профиль.
  2. При помощи шурупов крепятся UD профили с шагом не менее 45 см.
  3. Фиксируются CD профили при помощи саморезов.
  4. Прокладывается проводка.
  5. Конструкция зашивается гипсокартонными листами.
  6. Швы нужно зашпаклевать, затем прикрепить светильники.

На этом монтаж встраиваемой подсветки завершен.

Разноуровневые светильники с разными источниками света

Многоуровневые потолки лучше делать в больших комнатах, для небольших помещений достаточно сделать 1-2 уровня. Наилучшими светильниками для гипсокартонных многоуровневых потолков являются:

  • плоские панели;
  • точечные светильники;
  • споты с регулировкой угла наклона.

Для основного освещения нередко используют центральные люстры. Они выглядят эффектно и становятся акцентом в любой комнате. Недостаток люстр – визуально уменьшают высоту потолка. Важно правильно подобрать люстру под интерьер – в комнате в стиле минимализм помпезная люстра с десятком подвесок будет выглядеть нелепо.

Светодиодные ленты – самый распространенный источник света. Их помещают по периметру комнаты, выделяют нужные части конструкции и делают зонирование помещения. Также светодиоды могут устанавливаться в виде светильников.

Точечные светильники подходят под любой дизайн и стоят недорого. Они помогают выделить рабочее место и другие важные используемые зоны.

Дюралайтовые трубки используют для подсветки потолков, зеркал, картин и других элементов декора. Дюралайт выглядит необычно и помогает создать фантастическую атмосферу в комнате.

Лампы дневного света также используются, они экономичны и долговечны. Нежелательно использовать их в квартирах со скачками напряжения.

Оптоволоконные светильники применяются нечасто из-за высокой цены и дорогостоящего монтажа, но выглядят они интересно в просторных залах с высокими потолками.

Как можно оформить двухуровневый натяжной потолок: варианты

Двухуровневый потолок – лучшее решение для небольших комнат. Его делают в спальне, в детской, на кухне. Перед монтажом следует определиться с дизайном комнаты и правильно подобрать осветительные приборы.

Кухня

На кухне желательно разграничение по зонам. Разные уровни потолка лучше делать над рабочими зонами, выделяя их при помощи подсветки.

Можно сочетать светильники разных цветов, они помогут создать четкую границу между зонами. Лучше брать не более трех оттенков светильников. В центре комнаты можно поместить небольшую люстру. Рабочие места следует дополнительно подсветить точечными источниками света.

Спальня

Для спальных мест лучше подбирать осветительные приборы с приглушенным светом. Можно создать для фотопечати «космический дизайн» комнаты. Тематику космоса дополнят мерцающие светодиоды, которые будут имитировать звезды.

Для «парящей» кровати подойдет такой же парящий потолок. Это будет органично выглядеть в комнатах с высокими потолками. Для подсветки используют светодиодные ленты теплых цветов и точечные светильники.

В спальне нужно избегать ярких расцветок светильников и подбирать теплые тона. Холодные оттенки создают рабочую атмосферу, что не подходит для спальных мест.

Детская

Для комнаты детей можно использовать солнечные, интересные цвета и дизайны – подойдут фотопечать, яркие радужные подсветки, светильники оригинальной формы. Двухуровневый потолок можно сделать с иллюзией неба и облаков (для этого поможет фотопечать на потолочном полотне). Подвесные элементы с мерцающими эффектами помогут создать нужную атмосферу. В качестве декорирующих элементов подойдут любые рисунки, которые нравятся детям. По контуру этих рисунков можно располагать подсветку. Любой ребенок будет в восторге.

Важно не перегружать комнату обилием цветов, резкие яркие краски быстро утомят ребенка. Лучше подбирать нейтральные решения.

Коридор и гостиная

Потолок коридора, выполненный в 2 уровня, оформляют вставками квадратной или круглой формы по всей длине. Для создания простора лучше выбирать белые цвета. В коридорах и прихожих используются светодиодные подсветки и точечные светильники.

Для гостиной подбираются оригинальные и необычные дизайнерские решения. Элементы потолка делают контрастными ко всему дизайну помещения, подсвечивая их светильниками того же цвета. Для создания объема подсветка устанавливается по периметру с внешней стороны. Оригинально выглядят потолки с использованием геометрических фигур.

Ванная комната

В ванную комнату лучше делать двухуровневую конструкцию потолка. С подсветкой по внешнему периметру из влагозащитных источников света. Соблюдая четкость симметричность линий и фигур, чтобы не создавалось ощущение небрежности. Основной источник света в ванной не требуется.

Гипсокартонные потолки получили огромную популярность благодаря своим характеристикам. Они легкие, просты в монтаже и уходе, стоят недорого и позволяют создать оригинальные неповторимые конструкции. Правильно подобранная подсветка поможет создать уникальный дизайн комнаты.

Полезное видео

§ 63. Источники света. Распространение света

Ещё в глубокой древности учёные интересовались природой света. Что такое свет? Почему одни предметы цветные, а другие белые или чёрные?

Опытным путём было установлено, что свет нагревает тела, на которые он падает. Следовательно, он передаёт этим телам энергию. Вам уже известно, что одним из видов теплопередачи является излучение. Свет — это излучение, но лишь та его часть, которая воспринимается глазом. В этой связи свет называют видимым излучением.

Поскольку свет — это излучение, то ему присущи все особенности этого вида теплопередачи. Это значит, что перенос энергии может осуществляться в вакууме, а энергия излучения частично поглощается телами, на которые оно падает. Вследствие этого тела нагреваются.

Тела, от которых исходит свет, являются источниками света. Источники света подразделяются на естественные и искусственные.

Естественные источники света — это Солнце, звёзды, атмосферные разряды, а также светящиеся объекты животного и растительного мира. Это могут быть светлячки, гнилушки и пр.

Естественные источники света:
а – светлячок; б – медуза

Искусственные источники света, в зависимости от того, какой процесс лежит в основе получения излучения, разделяют на тепловые и люминесцирующие.

К тепловым относят электрические лампочки, пламя газовой горелки, свечи и др.

Искусственные источники света:
а — свеча; б — люминесцентная лампа

Люминесцирующими источниками являются люминесцентные и газосветовые лампы.

Мы видим не только источники света, но и тела, которые не являются источниками света, — книгу, ручку, дома, деревья и др. Эти предметы мы видим только тогда, когда они освещены. Излучение, идущее от источника света, попав на предмет, меняет своё направление и попадает в глаз.

На практике все источники света имеют размеры. При изучении световых явлений мы будем пользоваться понятием точечный источник света.

Если размеры светящегося тела намного меньше расстояния, на котором мы оцениваем его действие, то светящееся тело можно считать точечным источником.

Громадные звёзды, во много раз превосходящие Солнце, воспринимаются нами как точечные источники света, так как находятся на колоссальном расстоянии от Земли.

Ещё одно понятие, которым мы будем пользоваться в этом разделе, — световой луч.

Световой луч — это линия, вдоль которой распространяется энергия от источника света.

Если между глазом и каким-нибудь источником света поместить непрозрачный предмет, то источник света мы не увидим. Объясняется это тем, что в однородной среде свет распространяется прямолинейно.

Прямолинейное распространение света — факт, установленный в глубокой древности. Об этом писал ещё основатель геометрии Евклид (300 лет до нашей эры).

Читайте также:  В виде русских печей

Древние египтяне использовали закон прямолинейного распространения света для установления колонн по прямой линии. Колонны располагались так, чтобы из-за ближайшей к глазу колонны не были видны все остальные (рис. 122).

Рис. 122. Применение закона прямолинейного распространения света

Прямолинейностью распространения света в однородной среде объясняется образование тени и полутени. Тени людей, деревьев, зданий и других предметов хорошо наблюдаются на Земле в солнечный день.

На рисунке 123 показана тень, полученная на экране при освещении точечным источником света S непрозрачного шара А. Поскольку шар непрозрачен, то он не пропускает свет, падающий на него. В результате на экране образуется тень.

Рис. 123. Получение тени

Тень — это та область пространства, в которую не попадает свет от источника.

Такую тень можно получить в тёмной комнате, освещая шар карманным фонарём. Если провести прямую через точки S и А (см. рис. 123), то на ней будет лежать и точка В. Прямая SB является лучом света, который касается шара в точке А. Если бы свет распространялся не прямолинейно, то тень могла бы не образоваться. Такую чёткую тень мы получили потому, что расстояние между источником света и экраном намного больше, чем размеры лампочки.

Теперь возьмём большую лампу, размеры которой будут сравнимы с расстоянием до экрана (рис. 124). Вокруг тени на экране образуется частично освещенное пространство — полутень.

Рис. 124. Получение полутени

Полутень — это та область, в которую попадает свет от части источника света.

Описанный выше опыт также подтверждает прямолинейное распространение света. Поскольку в данном случае источник света состоит из множества точек и каждая из них испускает лучи, то на экране имеются области, в которые свет от одних точек попадает, а от других нет. Там и образуется полутень. Это области А и Б.

Часть поверхности экрана окажется совершенно неосвещённой. Это центральная область экрана. Здесь наблюдается полная тень.

Образованием тени при падении света на непрозрачный предмет объясняются такие явления, как затмения Солнца и Луны.

При движении вокруг Земли Луна может оказаться между Землёй и Солнцем или Земля — между Луной и Солнцем. В этих случаях наблюдаются солнечные или лунные затмения.

Во время лунного затмения Луна попадает в тень, отбрасываемую Землёй (рис. 125).

Рис. 125. Лунное затмение

Во время солнечного затмения (рис. 126) тень от Луны падает на Землю.

Рис. 126. Солнечное затмение

В тех местах Земли, куда упала тень, будет наблюдаться полное затмение Солнца. В местах полутени только часть Солнца будет закрыта Луной, т. е. произойдёт частное затмение Солнца. В остальных местах на Земле затмение наблюдаться не будет.

Поскольку движения Земли и Луны хорошо изучены, то затмения предсказываются на много лет вперёд. Учёные пользуются каждым затмением для разнообразных научных наблюдений и измерений. Полное солнечное затмение даёт возможность наблюдать внешнюю часть атмосферы Солнца (солнечную корону, рис. 127). В обычных условиях солнечная корона не видна из-за ослепительного блеска поверхности Солнца.

Рис. 127. Солнечная корона

Вопросы

  1. Что такое луч света?
  2. В чём состоит закон прямолинейного распространения света?
  3. Какое явление служит доказательством прямолинейного распространения света?
  4. Пользуясь рисунком 123, объясните, как образуется тень.
  5. При каких условиях наблюдается не только тень, но и полутень?
  6. Пользуясь рисунком 124, объясните, почему в некоторых областях экрана получается полутень.

Упражнение 44

  1. Какие источники света изображены на рисунке 128?

Рис. 128
На рисунке 129 изображена схема опыта по получению тени от двух источников света S1 и S2. Источник S1 — маленькая лампочка красного цвета, источник S2 — синего. Перечертите схему в тетрадь и раскрасьте рисунок. Объясните, почему опыт доказывает прямолинейность распространения света.

Рис. 129

  • При солнечном затмении на Землю падает тень и полутень от Луны (см. рис. 126). Видит ли Солнце человек, находящийся в области тени; полутени? Ответ обоснуйте.
  • Разноуровневые точечные источники света

    Пособие по физике “Геометрическая оптика”.

    Что такое свет?

    Способность видеть чрезвычайно важна, ибо зрение позволяет нам получать значительную часть информации о внешнем мире. Как мы видим? Что представляет собой нечто называемое нами светом, которое, попадая в наш глаз, вызывает зрительные ощущения? Что же такое свет? Каким образом с его помощью нам удаётся видеть тот необычайно широкий диапазон явлений, которые мы наблюдаем?

    Первые представления людей о свете были довольно наивными с точки зрения современных знаний. Считалось, что из глаз выходят особые щупальца, которыми человек ощупывает все предметы. Согласно современным представлениям, свет имеет двойственную природу: с одной стороны это – электромагнитные волны, а с другой – поток элементарных частичек – фотонов.

    Свет – это излучение, но та лишь его часть, которая воспринимается глазом, поэтому свет называют ещё и видимым излучением.

    Во время распространения света проявляются его волновые свойства, а при взаимодействии с веществом больше проявляются свойства частичек света . Подробнее это изучается в курсе физики в старших классах.

    Раздел физики, в котором изучаются световые явления, называют оптикой (от греческого слова « орііке » – наука о зрительном восприятии). Если вы хотите узнать о развитии оптики как науки прочтите главу “Краткая история оптики”.

    Любой обьект становится видимым одним из двух способов:

    • он сам может быть источником света, как, например, электрическая лампа, свеча или звезда, и мы видим свет, непосредственно испускаемый этим источником;

    • чаще же видимый предмет отражает, падающий на него свет (источником света в этом случае может быть солнце, лампа или ещё что-нибудь).

    Понять, каким образом тела испускают свет, удалось лишь в 20-е годы прошлого века ; но представления о том каким образом свет отражается от предметов, возникло гораздо раньше, и мы обсудим его в разделе «Отражение света.»

    “Горячие” и “холодные” источники света .

    Солнце – основной естественный источник света и тепла. Поэтому с древнейших времен в представлении человека свет и тепло неразрывно связаны между собой.

    Костер, лучина, фитильные и газовые светильники, наконец электрическая лампочка – таков долгий путь развития искусственных источников света.

    В пламени костра, лучины и фитильных ламп свет излучается раскаленными твердыми частичками углерода. В электрических лампах накаливания светится раскаленная металическая нить. Таким образом, до наших дней человечество в основном пользуется горячими источниками света.

    Но в природе встречается и “холодный” свет, например, свет гнилушек, различных светлячков и полярных сияний. Светящиеся тела в этом случае не раскалены.

    В последние годы получил распространение “дневной свет” в виде энергосберегающих ламп дневного света. Эти лампы в несколько раз экономичнее электрических ламп накаливания, и их свет по оттенку ближе к дневному.

    Тела, которые излучают свет, называют источниками света. Источники света делятся на естественные и искусственные . Естественными ист очниками является Солнце, звёзды, полярное сияние, молния, некоторые виды насекомых,глубоководных рыб.

    К искусственным источникам света относят различные лампы, свечка, экран телевизора, костер, лазер. Некоторые тела не излучают самостоятельно, а светят отраженным светом, например, Луна .

    Точечный источник света.

    При изучении световых явлений удобно пользоваться понятием “точечный источник света”. На практике все источники света имеют определенный размер. Но чем меньше размеры светящегося тела в сравнении с расстоянием, на которое мы оцениваем его действие, тем с меньшей погрешностью можно принимать его за светящуюся точку. Например, светящийся шарик диаметром 1 см на расстоянии 30-35 м от глаза представляется нам светящейся точкой.

    Огромные звезды, во много раз превосходящие Солнце, воспринимаются нами как точечные источники света потому, что находятся на колоссальном расстоянии от Земли.

    Ссылка на основную публикацию