Как образуется тень и полутень кратко
Обновлено: 05.07.2024
скажем так. когда нифига не видно-тень. а нормальная тень-в физике обзывается как полутень.
представь нормальное день-тенек-и темный подвал. так вот в физике тенек-полутень, а темный подвал-тень
в полностью темной комнате включи точечный источник света. на некотором расстояний поставь книжку. площадь сразу за книжккой будет областью тени. область где и не яркий свет и не полная тьма будет областью полутени
возьмите белий лист бумаги сверните в трубочку.
посмотрите один край в тени, но есть место где тень переходит в свест - это и есть полутень
чем участок бумаги более перпендикулярен падающему лучу света - тем светлее.
если угол между нормалью и направлением падающего света будет 90 градусов - начнется тень.
полутень переход от мексимальной освещенности в минимальную.
Тень - это проекция предмета от точечного или бесконечно удаленного источника. Тень отделяет освещенную область от неосвещенной.
Полутень получается от протяженного источника. Такой источник можно представить в виде совокупности точечных. При этом свет от одного из таких точечных источников частично попадает в область тени от других источников - это и есть полутень.
Настало время познакомиться с новым для вас разделом физики — оптикой.
Оптика — это раздел физики, изучающий свет и световые явления.
Свет исключительно важен как для человека, так и для большинства живых организмов на нашей планете. Благодаря ему мы хорошо ориентируемся в пространстве, различаем цвета. Он участвует во многих биологических процессах. Например, у человека свет регулирует выработку гормонов, ответственных за сон, активность и структуризацию настроения, а у растений под действием света происходит фотосинтез.
Изучение света дало гигантские плоды в различных исследованиях. В астрономии установлены законы движения планет и звёзд, их химический состав, в биологии — строение клетки живых организмов.
Свет кажется для нас абсолютно обыденной вещью. Но, если задуматься, появляется очень много вопросов. Что же такое свет? Какова его природа? Как он распространяется? В данном уроке вы узнаете ответы на эти вопросы.
Свет как физическое явление
Под действием света предметы, на которые он падает, нагреваются. Например, находясь на пляже в солнечный день, мы чувствуем тепло — наша кожа нагревается. Температура тел изменяется — изменяется и их внутренняя энергия. Это означает, что свет передает энергию этим телам.
Происходит изменение внутренней энергии с изменением температуры тела. Это уже известное нам определение теплопередачи. Она бывает трех видов: теплопроводность, конвекция и излучение. Очевидно, что свет — это излучение, но лишь та его часть, которая заметна глазу.
Вспомним особенности излучения. Все они будут характерны и для света:
- Перенос энергии может осуществляться в вакууме
- Энергия частично поглощается телами, на которые падает свет. При этом они нагреваются.
Источники света
Источники света — это тела, от которых исходит свет.
Они могут быть естественными и искусственными.
К естественным источником света относятся те, присутствие в окружающем нас мире которых не связано с деятельностью человека, а только с природой. Солнце, звезды, атмосферные разряды — примеры естественных источников света. Также таковыми являются различные животные (рисунок 1). Например, светлячки, гнилушки, некоторые виды медуз и глубоководных рыб.
Искусственные источники света, в свою очередь, делятся на два вида (рисунок 2): тепловые и люминесцирующие. Они определяются тем процессом, который лежит в основе излучения.
Тепловыми искусственными источниками света являются электрические лампочки, пламя свечи, костра, газовой горелки и т. д. Люминесцирующие — это люминесцентные и газосветовые лампы.
Согласитесь, что мы видим не только источники света, но и огромное количество других предметов вокруг нас. Дело в том, что видим мы их только тогда, когда на них попадает свет.
Излучение от источников света, попав на предмет, меняет свое направление и попадает на сетчатку глаза. Она же содержит специальные светочувствительные клетки. Эти клетки работают как датчики: распознают сигналы и отправляют их в наш мозг. Мозг переводит эти сигналы в образы, которые мы видим.
При изучении световых явлений для нас будет важен размер источника света.
Точечный источник света — это светящиеся тело, размеры которого намного меньше расстояния, на котором мы оцениваем его действие.
К примеру, гигантские звезды, чей размер во много раз превосходит размер Солнца, для нас будут точечными источниками света. Определяет этот факт огромное расстояние от них до Земли.
Распространение света
Говоря о распространении света, мы будем использовать понятие светового луча.
Световой луч — это линия, вдоль которой распространяется энергия от источника света.
О том, как распространяется свет, известно с древних времён. Об этом писал основатель геометрии Евклид (300 лет до н. э.).
Свет распространяется прямолинейно в однородной среде.
Это легко проверить на практике. Если мы поместим между своими глазами и источником света непрозрачный предмет, то мы не можем увидеть источник света.
В древние времена прямолинейность распространения света часто использовалась при строительстве. Например, древние египтяне таким образом устанавливали колонны на одной линии. Смысл в том, чтобы из-за ближайшей к глазу колонны не были видны остальные.
Тень и полутень
В солнечные дни мы наблюдаем тени, отбрасываемые различными предметами, людьми, зданиями, растениями. В физике дополнительно используется понятие полутени. Образование тени и полутени объясняется прямолинейностью распространения света в однородной среде.
Тень — это та область пространства, в которую не попадает свет от источника.
Возьмем точку A на краю шара. Проведем прямую через точки S и A. Продолжим ее до экрана с тенью. Точка B окажется тоже на этой прямой. Таким образом, прямая SB — это луч света, который касается шара в точке A.
Проделав те же действия с другой стороны шара, мы получим луч света SC, который касается шара в точке B.
Если бы свет распространялся не прямолинейно, то мы могли и не получить тень. Мы же получили четкую тень. Такая тень называется полной. Это получилось, потому что расстояние между нашим источником света и экраном намного меньше размеров используемой лампочки в фонарике.
Теперь возьмем большую лампу, размеры которой будут сравнимы с расстоянием от нее до экрана (рисунок 4).
На экране мы увидим небольшую тень в центре и частично освещенное пространство вокруг нее — полутень.
Полутень — это та область, в которую попадает свет от части источника света.
Давайте рассмотрим, как этот опыт подтверждает прямолинейное распространение света. В данном случае наш источник света — это множество точек. Каждая из них испускает лучи. В итоге, на экране мы видим области, в которые попадает свет от одних точек, а от других не попадает. В таких областях и образуется полутень (области A и B). При этом в центре все же будет полностью неосвещенная область — полная тень.
Солнечное и лунное затмения
Такие явления, как затмения Солнца или Луны, объясняются образованием тени при попадании света на непрозрачный объект.
Луна непрерывно движется вокруг нашей планеты. Иногда Земля оказывается в положении между Солнцем и Луной. Происходит лунное затмение (рисунок 5, а). А порой Луна находится между Землей и Солнцем. Тогда наблюдается солнечное затмение (рисунок 5, б).
Во время лунного затмения Луна попадает в тень, которую отбрасывает Земля. При солнечном затмении на некоторые участки Земли падает тень — происходит полное затмение (область A на рисунке 5, б). Также есть области, в которых только часть Солнца закрыта Луной. В них образуется полутень (область B на рисунке 5, б). Это явление называется частным затмением. В других областях Земли затмение наблюдаться не будет.
Солнечные и лунные затмения представляют большой интерес для ученых. Так как движения Луны и Земли хорошо изучены, существует их календарь на многие годы вперед.
При полном солнечном затмении ученые получают возможность наблюдать внешнюю часть атмосферы Солнца — солнечную корону. В обычных условиях ее просто не видно из-за яркого блеска поверхности Солнца.
Очень часто мы замечаем, что если на пути лучей света оказывается какой-то непрозрачный предмет, то за ним образуется тень (рис. 1, а). Это одно из многочисленных наблюдений, показывающих, что в однородной среде свет распространяется прямолинейно.
Поэтому при всевозможных геометрических, геодезических, астрономических и физических измерениях и построениях луч света в однородной среде принимают за прямую линию.
Если источник света не точечный, а протяженный, то наряду с полной тенью образуется полутень (рис. 1, б). Происхождение ее понятно из рисунка.
Однако даже в случае точечного источника света при внимательном рассмотрении границы тени можно заметить, что она несколько размыта: вблизи нее видны светлые и темные полосы. Это явление объясняется дифракцией света, о чем подробнее будет рассказано ниже.
ИЗОБРАЖЕНИЕ СОЛНЦА
В тени деревьев видны беспорядочно расположенные на земле светлые пятна различной величины, но одинаковой эллиптической формы. Их образуют солнечные лучи, проникающие через просветы в листьях деревьев (рис. 2). Эти светлые пятна и есть изображение Солнца.
Как же объяснить эллиптическую форму изображения Солнца?
Направим луч света на лист бумаги, располагая его перпендикулярно к падающему лучу; мы увидим круглое пятно. Поднимем лист выше — пятно становится меньше. Отсюда следует, что пучок лучей, образующих такое пятно, имеет форму конуса. Наклоним лист бумаги — пятно принимает форму эллипса.
Но почему же на земле получается изображение Солнца, а не отверстия?
Рассмотрим рисунок 3. На нем показаны ширма с маленьким отверстием CZ), предмет АВ и его изображение А1В1 на экране. Мы видим, что лучи, выходящие из какой-либо точки предмета (например, А) и проходящие через отверстие С, дают на экране изображение этой точки в виде пятна (А1), размеры которого тем меньше, чем меньше отверстие и чем дальше точка (А) от него. Такие пятна получаются от всех точек предмета. Они дают изображение предмета АВ, которое тем менее размыто по краям, чем меньше отверстие и дальше предмет. Форма изображения при этом очень мало зависит от формы отверстия С. Если же источник света находится близко от отверстия, на экране получается светлое очертание отверстия, тем более отчетливое, чем меньше размеры источника света.
В темной комнате или в темном ящике (камера обскура), в одной из стенок которых (в ставне окна) проделано малое отверстие, можно отчетливо видеть не только Солнце, но и освещенные Солнцем ландшафты с движущимися в них предметами (рис. 4). Для получения четких изображений необходимо только подобрать величину отверстия.
Наряду со светлыми пятнами в тени полезно пронаблюдать форму тени от различных предметов в лучах Солнца, Луны и других источников света.
Обратите внимание на вашу собственную тень на земле. Тень ног резко очерчена, тень головы расплывчата.
Поместите руку близко перед листом бумаги, вы увидите отчетливую тень. Отодвиньте руку от бумаги. Полная тень каждого пальца становится все уже, в то время как полутени увеличиваются, пока не сольются друг с другом. Все это происходит потому, что Солнце и другие источники света не являются точечными источниками.
Посмотрите на тень бабочки. Она круглая. Это теневое изображение Солнца. Объясняет это явление рисунок 3.
Возьмите лист бумаги и поместите его горизонтально так, чтобы на нем образовалась тень от вертикальной проволочной сетки (например, от проволочного забора). Удаляйте бумагу от сетки. На некотором расстоянии вы увидите, что тени горизонтальных проволок исчезли, в то время как вертикальные тени остались.
Как же объяснить это явление?
Представим себе проволоку разделенной на большое количество участков. Каждый участок в лучах, падающих наклонно, дает на экране тень в виде эллипса. Вертикальная проволока дает эллипсы, расположенные так, как показано на рисунке 5, а. Они перекрывают друг друга и дают сплошную линию. Эллипсы же, образованные участками горизонтальной проволочки, располагаются так, как показано на рисунке 5, б, они расплываются.
Поздней осенью, когда деревья уже сбросили свою листву, можно часто видеть тени от двух параллельных ветвей наложенными одна на другую. Ветвь, расположенная ближе к нам, дает четкую тень, дальняя — более широкую, расплывчатую (полутень). Удивляет здесь то, что при наложении этих теней посредине более темной из них мы видим светлую полосу, так что тень выглядит двойной. Причиной является наложение полутеней. Для объяснения этого явления начертим сечения двух ветвей (рис. 6): одной—диаметром 1 см, другой—0,5 см, расположив их центры на расстоянии 3 см друг от друга. На расстоянии 5 см от центра сечения толстой ветви расположим изображение протяженного источника света шириной 2 см и проведем от краев источника света прямые (лучи). На экране, отстоящем от центра тонкой ветви на расстоянии 10 см, обнаружим области полной тени (ВС, В'С'), полутени (АВ, А'В') и отсутствия ее (СС').
Вы уже знаете, что такое источники света, и какими они бывают. В физике часто используют понятие точечного источника света. Что же это такое?
Точечный источник света — это светящееся тело, размерами которого в условиях данной задачи можно пренебречь.
Ещё в древности люди знали, что свет распространяется прямолинейно. Об этом писал древнегреческий математик Евклид.
На рис. \(1\) шар освещается точечным источником света, который во много раз меньше самого шара. Лучи света идут прямолинейно, шар не пропускает их. Поэтому тень на экране приобретает форму круга.
Полутень — это слабо освещённая область пространства, в которую свет попадает частично. Полутень граничит с областями тени и света.
На рис. \(2\) источник света имеет приблизительно такие же размеры, как и шар. Там, где лучи не проходят, образуется тень — тёмный круг посередине. Там, где лучи проходят частично, образуется полутень — серое кольцо вокруг тёмного круга.
Читайте также: