Что такое свет?

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 источниками 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.  
 
 
 

Оптическая сила линзы.

Для характеристики линз используют величину, которая  называется оптической силой.

Оптическая сила линзы — величина, обратная к фокусному расстоянию линзы , выраженному в метрах.

Обозначают оптическую силу буквой D. За единицу оптической силы взята диоптрия (дптр).

Одна диоптрия - это оптическая сила линзы, фокусное расстояние которой равно 1 м.

Оптическую силу собирающих линз считают положительной, а рассеивающих линз – отрицательной.

Формула тонкой линзы.

Формула тонкой линзы связывает  между; собой три величины: расстояние от предмета до линзы d, расстояние от линзы до изображения f и фокус ное расстояние линзы F:

В формуле тонкой линзы фокусное расстояние ОF обозначается буквой F. Если линза собирающая, то > 0, если линза рассеивающая, то перед ставится знак «минус». Если изображение действительное, то > 0; если изображение воображаемое, то перед ставиться знак «минус». Все величины в формулу линзы подставляются в метрах.

Увеличение.

Увеличением называют величину, которая определяется отношением размеров изображения Н к размерам предмета h.

Обозначают увеличение буквой Г :

Используя построение изображения в линзе, можно доказать, что увеличение можно определить также по формуле:  
 

Строение глаза.

Глаз человека – зрительный анализатор, 95% информации об окружающем нас мире мы получаем через глаза. Современному человеку приходится целый день работать с  близкорасположенными объектами: смотреть на экран компьютера, читать и т. д. Наш глаз испытывает огромную нагрузку, в результате чего многие люди страдают глазными болезнями, дефектами зрения. Каждый должен знать как устроен глаз, каковы его функции

Глаз является оптической системой, он имеет почти  сферическую форму. Глаз представляет собой шарообразное тело диаметром  около 25 мм и массой 8 г . Стенки глазного яблока образованы тремя оболочками. Наружная – белочная оболочка состоит из плотной непрозрачной соединительной ткани. Она позволяет глазу сохранять свою форму. Следующая оболочка глаза – сосудистая, в ней располагаются все кровеносные сосуды, питающие ткани глаза. Сосудистая оболочка черная, т. к. ее клетки содержат черный пигмент, который поглощает световые лучи, препятствуя их рассеиванию вокруг глаза. Сосудистая оболочка переходит в радужную 2, у разных людей она имеет различную окраску, которая определяет цвет глаз. Радужная оболочка – это кольцевая мышечная диафрагма с небольшим отверстием в центре – зрачком 3. Он черный потому, что то место, откуда не исходят световые лучи, воспринимается нами черным. Через зрачок световые лучи проникают внутрь глаза, но обратно не выходят, оказавшись как бы в ловушке. Зрачок регулирует поступление света в глаз, рефлекторно сужаясь или расширяясь, зрачек может иметь размер от 2 до 8 мм в зависимости от освещения.

Между роговицей и радужной оболочкой  находится водянистая жидкость, за которой - хрусталик 4. Хрусталик представляет собой двояковыпуклую линзу, он эластичен, и может менять свою кривизну с помощью ресничной мышцы 5 поэтому обеспечивается точная фокусировка лучей света. . Показатель преломления хрусталика составляет 1,45. За хрусталиком находится стекловидное тело 6, которое заполняет основную часть глаза . Стекловидное тело и водянистая жидкость имеют показатель преломления почти такой же, как и у воды - 1,33. Задняя стенка склеры покрыта очень тонкими волокнами, которые устилают дно глаза , и называются сетчаткой глаза 7. Эти волокна являются разветвлением зрительного нерва. Именно на сетчатке глаза возникает изображение . Место наилучшего изображения, которое расположено над выходом зрительного нерва, называется желтым пятном 8, а участок сетчатки, где зрительный нерв выходит из глазу , которая не дает изображения, - называется слепым пятном 9.

Изображение в глазе.

 

Теперь рассмотрим глаз, как оптическую систему. Она включает в себя роговицу, хрусталик, стекловидное тело. Главная роль в создании изображения принадлежит хрусталику. Он фокусирует лучи на сетчатке, благодаря чему возникает действительное уменьшенное перевернутое изображение предметов, которое мозг корректирует в прямое. Ллучи фокусируются на сетчатке, на задней стенке глаза.

Очки. Недостатки зрения и  их исправление.

Благодаря аккомодации  изображение рассматриваемых предметов  получается как раз на сетчатке глаза. Это выполняется, если глаз нормальный.

Глаз называется нормальным, если он в ненапряженном  состоянии собирает параллельные лучи в точке, лежащей на сетчатке. Наиболее распространены два недостатка глаза - близорукость и дальнозоркость.

Близоруким  называется такой глаз, у которого фокус при спокойном состоянии глазной мышцы лежит внутри глаза. Близорукость может быть обусловлена большим удалением сетчатки от хрусталика по сравнению с нормальным глазом. Если предмет расположен на расстоянии 25 см от близорукого глаза, то изображение предмета получится не на сетчатке, а ближе к хрусталику, впереди сетчатки. Чтобы изображение оказалось на сетчатке, нужно приблизить предмет к глазу. Поэтому у близорукого глаза расстояние наилучшего видения меньше 25 см.

 

Дальнозорким  называется глаз, у которого фокус  при спокойном состоянии глазной  мышцы лежит за сетчаткой. Дальнозоркость может быть обусловлена тем, что  сетчатка расположена ближе к  хрусталику по сравнению с нормальным глазом. Изображение предмета получается за сетчаткой такого глаза. Если предмет  удалить от глаза, то изображение  попадёт на сетчатку, отсюда и название этого недостатка - дальнозоркость.   

     
 
 
 
 
 

Разница в расположении сетчатки даже в пределах одного миллиметра уже может приводить к заметной близорукости или дальнозоркости.

Люди, имевшие  в молодости нормальное зрение, в  пожилом возрасте становятся дальнозоркими. Это объясняется тем, что мышцы, сжимающие хрусталик, ослабевают и способность к аккомодации уменьшается. Происходит это и из-за уплотнения хрусталика, теряющего способность сжиматься.

Близорукость  и дальнозоркость устраняются применением  линз. Изобретение очков явилось  великим благом для людей, имеющих  недостатки зрения.

Какие же линзы  следует применять для устранения этих недостатков зрения?

У близорукого  глаза изображение получается внутри глаза впереди сетчатки. Чтобы  оно передвинулось на сетчатку, нужно  уменьшить оптическую силу преломляющей системы глаза. Для этого применяют рассеивающую линзу.

 

Оптическую силу системы дальнозоркого глаза  нужно, наоборот, усилить, чтобы изображение  попало на сетчатку. Для этого используют собирающую линзу

    
 

Итак, для исправления  близорукости применяют очки с вогнутыми, рассеивающими линзами. Если, например, человек носит очки, оптическая сила которых равна -0,5 дптр (или -2 дптр, -3,5 дптр), то значит он близорукий.

В очках для  дальнозорких глаз используют выпуклые, собирающие линзы. Такие очки могут  иметь, например, оптическую силу +0,5 дптр, +3 дптр, +4,25 дптр.