Первое сведение о свете. Комментарии

Свет - это удивительное явление, он в прямом и переносном смысле озаряет нашу жизнь множеством способов. ООН объявила 2015 год Международным годом света, чтобы продемонстрировать "жителям Земли важность света и оптических технологий в жизни, для будущего и для развития общества". Вот несколько интересных фактов о свете, о которых, возможно, вы не знали.

Солнечный свет

1. Солнце на самом деле белое , если смотреть из космоса, так как его свет не рассеивается нашей атмосферой. С Венеры вы вообще не увидите Солнце, так как там атмосфера слишком плотная.

2. Люди биолюминесцентны благодаря реакциям обмена веществ, но наше свечение в 1000 раз слабее, чем можно увидеть невооруженным взглядом.

3. Солнечный свет может проникать на глубину океана примерно на 80 метров. Если спуститься на 2000 метров глубже, то там можно обнаружить биолюминесцентного морского черта, который заманивает своих жертв светящейся плотью.

4. Растения зеленые, так как они отражают зеленый свет и впитывают другие цвета для фотосинтеза. Если вы поместите растение под зеленый свет, оно, скорее всего, погибнет.

5. Северное и южное полярное сияние возникает, когда "ветер" от солнечных вспышек взаимодействует с частицами земной атмосферы. Согласно легендам эскимосов, полярное сияние - это души умерших, играющих в футбол с головой моржа.

6. За 1 секунду Солнце излучает достаточно энергии, чтобы обеспечить ею весь мир в течение миллиона лет .

7. Самой долгогорящей лампой в мире является столетняя лампа в пожарной части Калифорнии. Она непрерывно горит с 1901 года.

8. Световой чихательный рефлекс , который вызывает неконтролируемые приступы чихания в присутствии яркого света, встречается у 18-35 процентов людей, хотя никто не может объяснить, почему он возникает. Один из способов справится с ним - носить солнечные очки.

9. При двойной радуге , свет отражается дважды внутри каждой капли воды, а цвета во внешней радуге расположены в обратном порядке.

10. Некоторые животные видят свет, который мы не можем видеть. Пчелы видят ультрафиолетовый свет , в то время как гремучие змеи видят инфракрасный свет.

11. Ниагарский водопад был впервые электрически подсвечен в 1879 году, и освещение было равноценно подсветке 32 000 свечей. Сегодня подсветка Ниагарского водопада равноценна освещению 250 миллионами свечей.

12. Когда свет проходит через разные вещества, он замедляется и преломляется. Таким образом линза фокусирует лучи в одной точке и может поджечь бумагу.

Законы света

13. Свет обладает импульсом . Ученые разрабатывают способы использования этой энергии для дальних космических путешествий.

14. Глаза лягушки настолько чувствительны к свету , что исследователи из Сингапура используют их для разработки невероятно точных фотонных детекторов.

15. Видимый свет является лишь частью электромагнитного спектра, который видят наши глаза. Именно поэтому светодиодные лампы такие экономичные. В отличие от ламп накаливания, светодиодные лампы излучают только видимый свет .

16. Светлячки излучают холодное свечение через химическую реакцию со 100-процентной эффективностью. Ученые работают над имитацией светлячков для создания более экономичных светодиодов.

17. Чтобы изучить, как наши глаза воспринимают свет, Исаак Ньютон вставлял иглы в глазницу . Он пытался понять является ли свет результатом того, что исходит извне или изнутри. (Ответ: оба предположения верны, так как палочки в глазах реагируют на определенные частоты).

18. Если бы Солнцу внезапно пришел конец , никто на Земле не заметил бы этого еще в течении 8 минут 17 секунд. Это время, которое требуется солнечному свету, чтобы достичь Земли. Но не беспокойтесь, у Солнца осталось топлива еще на 5 миллиардов лет.

19. Несмотря на название, черные дыры на самом деле являются самыми яркими объектами во Вселенной. Несмотря на то, что мы не можем заглянуть за горизонт событий, они могут генерировать больше энергии, чем галактики, в которых они расположены.

20. Радуга возникает, когда свет встречается с каплями воды в воздухе, преломляется и отражается внутри капли и снова преломляется, оставляя ее.

Свет - лишь небольшая видимая частица огромного электромагнитного спектра излучения. В этот спектр входят радиоволны, микроволны, инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолет, рентгеновское излучение и гамма-лучи. Один лишь видимый свет человек может разглядеть в виде цветов, которые он образует на поверхности предметов. Разные цвета получаются из-за разных частот световых волн, путешествующих сквозь пространство. Чем ближе друг к другу вершины волн, тем выше их частота. Наименьшую частоту и самую большую длину волны среди всех световых волн имеют радиоволны, в то время как гамма-излучение напротив, обладает самой высокой частотой.

Для того, чтобы разглядеть всю прелесть цветов, которые способен образовывать видимый спектр излучения, вам достаточно фонарика, экрана телевизора или просто солнечного дня. Кроме того, необходимо найти ровную поверхность, которая могла бы отражать свет, и, конечно же, необходим наблюдатель. Трудно недооценить важность цвета в повседневной жизни. Без него мы не могли бы отличить многие вещи друг от друга.

Сам по себе свет - пучок невидимой энергии, путешествующий через пространство. Чтобы мы смогли разглядеть его, необходимо, чтобы свет прошел сквозь плотные облака пыли или тумана. Мы также можем наблюдать взаимодействие света с окружающим миром, когда он отражается от встречных объектов. Наши глаза улавливают его отраженные волны и преобразуют их в цвета. Сэр Исаак Ньютон обнаружил, что, когда луч света пропускают сквозь призму, он преломляется и распадается на цвета, расположенные в одном и том же порядке: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый.

Наша сетчатка содержит два типа светочувствительных клеток: палочки и колбочки. Палочки определяют интенсивность света и его яркость, в то время как колбочки отвечают за цветовосприятие. Всего в наших глазах находится три типа колбочек, которые различают красный, синий и зеленый цвета соответственно. Именно комбинации этих трех основных цветов и образуют все остальные, вторичные цвета. Если вам необходим наглядный пример, то представьте, что весь спектр электромагнитного излучения занимает расстояние от Нью-Йорка до Лос-Анджелеса (что примерно составляет около 2500 миль), тогда видимый спектр будет в длину равен примерно одному дюйму.

Иоганн Вольфганг фон Гете заметил, что, глядя сквозь призму на темные объекты, расположенные на светлом фоне, вокруг них появляется цветной ореол. Такой эффект обычно происходит при переходе от белого к черному, когда цвет меняется поэтапно на желтый, затем красный, а от черного - на фиолетовый, синий и бирюзовый. Наблюдая за закатом, вы наверняка замечали, как меняется цветовая гамма на вечернем небе. По мере приближения к горизонту, солнце становится краснее и краснее, это явление обусловлено тем, что из-за изменения угла солнца, его свет проходит через более низкие и плотные слои атмосферы. Красный цвет получается в результате того, что свету приходится преодолевать более плотную среду.

Если же мы посмотрим в противоположную сторону, то увидим, как меняется вечернее небо от темно-голубого к синему и фиолетовому. Чем больше света находится в атмосфере, тем более ярким будет небо, а то, что мы наблюдаем ночью - не что иное, как тьма и пустота космоса вверху над нами.

Если смотреть на окно несколько секунд, а затем закрыть глаза, то можно увидеть его негатив - светлую раму, окружающую темное стекло. Этот трюк работает с любыми цветными предметами. Это объясняется тем, что каждый цвет обладает дополняющим цветом. Красный обладает голубым, зеленый - пурпурным, а синий - желтым.

Если вы будете светить на вазу двумя разными источниками света, находящимися на некотором расстоянии друг от друга, то у вазы появится две тени. Если один из источников света будет светить красным, то противоположная ему тень станет тоже красной, а основная - голубой. На самом же деле все тени серого цвета, а то, что вы видите - лишь оптический обман.

Все зависит от освещения. Разноцветные огни - это лишь видимая часть спектра, но сами-то предметы сделаны не из света. К примеру, у вас есть зеленая рубашка, и пока вы идете по улице - все хорошо, она по прежнему зеленая, но что вы скажете о ней, когда войдете в помещение с красным освещением? Обычно красный смешиваясь с зеленым создает желтый цвет, но рубашка окрашена пигментным красителем, где зеленый был получен путем смешивания синего и желтого красителей, которые не будут отражать красный. Таким образом, ваша рубашка будет казаться черного цвета. В неосвещенном помещении рубашка также будет казаться черной, равно как и остальные предметы.

В качестве еще одного примера возьмем банан. Что делает его желтым? Когда белый свет попадает на банан, все его составляющие кроме желтого поглощаются. Желтый, тем временем, отражается у нас в глазах. В некотором смысле, бананы могут быть любого другого цвета, но не желтого, поскольку мы видим лишь тот цвет, который они отразили. Так какого же цвета банан на самом деле? Ответ прост: он синий. Теоретически, конечно же. Синий цвет является дополнительным к желтому. Таким образом, можно прийти к заключению, что цвет не является свойством предмета, это всего лишь интерпретация невидимых волн разных частот, порождаемая нашим мозгом.

Если взглянуть на цветовой круг, то можно увидеть первичные и вторичные цвета в альтернативном порядке. Каждый вторичный цвет производится путем объединения соседних основных цветов. Объединив красный и зеленый цвета, мы получим желтый, объединив зеленый и синий - получим голубой, а объединив красный и синий - получим розовый. Вы никогда не задумывались, почему розового нет в радуге? Ответ прост: такого цвета в природе нет. Есть желтый и голубой, но не розовый. Это обусловлено тем, что красный и синий цвета находятся в противоположных концах видимого спектра. Розовый цвет, по своей сути, олицетворяет собой все в мире, невидимое человеческому глазу.

Всем известно, что черный придает особую загадочность образу и стройнит, но слышали ли вы о новом черном - так называемом Вантаблэке? Этот цвет похож на настоящую черную дыру. Его невозможно увидеть, он становится видим только из-за своего фона. Можно увидеть его границы, но если смотреть прямо на пятно этого цвета, то это будет подобно взгляду в пустоту. Да, это даже не черный, это - ничто. Он поглощает весь видимый спектр света, за исключением 0,035% излучения. Для сравнения, этот показатель у черного угля никогда не опускается ниже 0,5%.

Вантаблэк был совсем недавно изобретен британскими учеными и будет применяться в проектировании невидимых перехватчиков и современного оружия. На сегодняшний день главной сферой его применения остается астрономия, где для проведения космических исследований необходимы сверхчувствительные телескопы, которые способны обнаружить самые далекие звезды и галактики.

Наблюдая за кем-то в красном платье, помните ли вы, что кто-то из ваших друзей видит его вовсе не как красное, а, к примеру, как синее или зеленое. Все мы с детства обучены названиям цветов, поэтому принимаем как должное, что тот конкретный цвет - красный. Но не следует забывать, что в мире есть тысячи людей, страдающих от разных типов дальтонизма. Он мешает им различать красный, зеленый и синий цвета, поэтому они видят мир не совсем таким, каким видим его мы.

При помощи красного, желтого, зеленого и синего цветов в различных комбинациях можно описать все остальные цвета видимого спектра. Фиолетовый, к примеру, может быть описан как красно-синий, цвет лайма - как желто-зеленый, оранжевый - как красновато-желтый, а бирюзовый - как голубовато-зеленый. Но как бы вы назвали что-то оранжево-зеленого цвета? А голубовато-желтого? Вы не знаете, а все это потому что на самом деле этих цветов не существует в теории, они называются запрещенными. Все сводится к тому, как мы воспринимаем цвет. Колбочки в наших глазах определяют красный, зеленый и синий цвета по разным длинам волн. Когда их длины пересекаются, мы видим уже новые цвета. Идея запрещенных цветов настолько сильно засела в головах Хьюитта Крэйна и Томаса Пиантанида, что в 1983 году им удалось совершить невозможное. Проводя ряд экспериментов, им удалось воссоздать такие цвета, у которых не было названия. Этот эффект был достигнут путем расположения рядом друг с другом красных и зеленых полосок (а также желтых и синих). Убедившись в том, что свет, отраженный каждым цветом активизирует лишь определенные колбочки, они принялись смешивать цвета таким образом, что у них получилось сформировать абсолютно новые цвета, до того момента не виданные никем.

Наверняка все слышали о том, что собаки - дальтоники, и что летучие мыши на самом деле полностью слепы. Но это не совсем верно. Летучие мыши способны видеть, просто у них не самое хорошее зрение, а собаки, в свою очередь, не различают цвета так, как это делаем мы. У человека есть три цветовых рецептора, в то время как у собаки всего лишь два, таким образом, они лишены удовольствия видеть красный цвет. Но все относительно. Будет ли собака считаться дальтоником для кальмара, который различает лишь синий цвет? В то же время, змеи слабо различают обычный спектр цветов, в то время как отлично справляются с этой задачей в инфракрасном диапазоне. Пчелы, в свою очередь, различают синий, желтый и ультрафиолет. Вы ведь помните, насколько мал видимый для нас спектр света, в сравнении с общим спектром электромагнитного излучения? Вы не сможете представить себе какой-то новый цвет, также, как и не сможете объяснить слепому от рождения человеку, как выглядит красный цвет. У нас просто нет слов, которые смогли бы донести истинный смысл до человека, никогда в жизни не видевшего тот или иной цвет. Если вам нужны примеры, то некоторые бабочки обладают тремя рецепторами цвета, как и люди, а также еще двумя дополнительными, которые различают неизвестные человеку цвета.

Вы, наверное, слышали, фразы, подобные этой: «О, у вас прекрасная фиолетовая аура!» или «Ты просто светишься!» Оказывается, есть в этих фразах доля истины. Ученые Киотского университета обнаружили, что люди в самом деле излучают видимый свет, но этот свет в 1000 раз менее мощный, чем видимый невооруженным глазом. Они также обнаружили, что наша аура достигает максимальной яркости ближе к 4 часам дня. Они приписывают это явление побочным продуктам нашего метаболизма - свободным радикалам.

Чем больше расстояние между источником света и наблюдателем, тем более тусклым становится свет. Это не потому, что тот теряет свою силу по пути или впитывается различными объектами, а потому что энергия света рассеивается по большей площади, прежде чем доходит до вас. Солнце одинаково ярко светит во всех направлениях, поскольку его свет распространяется во все стороны в равных количествах. Чем дальше расстояние, тем более рассеянным становится свет, этот процесс может длиться до тех пор, пока он не рассеется до состояния миллиардов отдельных фотонов, разлетающихся во всех направлениях. Свет также несет в себе информацию. Мы узнаем о расположении других звезд и галактик, их составе и направлении движения по свету, отраженному ими.

Оптика – раздел физики, который изучает световые явления и законы, установленные для них, а также взаимодействие света с веществом, природу света.

Информация о мире приходит к человеку посредством зрения. При помощи света мы получаем большую часть информации об окружающем мире.

Первые сведения о свете появились 2,5 тысячи лет назад.

Пифагор был одним из первых ученых, кто дал научную гипотезу относительно природы света (см. Рис. 1). Он первый не только догадался, но и доказал, что свет распространяется прямолинейно. Он, а затем и другие геометры, вплоть до Евклида, использовали световые явления отражения и преломления для построения основ геометрии. Недаром один из разделов оптики так и называется – геометрическая оптика.

Рис. 1. Пифагор

Пифагор: «Свет – поток частиц, которые излучают предметы, проникая в глаз человека, они приносят информацию о том, что же нас окружает».

В XVII веке сторонником этой теории стал Исаак Ньютон (см. Рис. 2). Он объяснял много световых явлений, основываясь на том, что свет – это поток специальных частиц.

Рис. 2. Исаак Ньютон

«Корпускула» происходит от лат. corpusculum – частица. Поэтому теория Ньютона стала называться корпускулярной теорией света.

1. Прямолинейное распространение света.

2. Закон отражения.

3. Закон образования тени от предмета.

В это же время появилась другая теория – волновая теория света.

Сторонником этой теории был Христиан Гюйгенс (см. Рис. 3). Он пытался объяснить те же явления, что и Ньютон, только с той позиции, что свет – это волна.

Рис. 3. Христиан Гюйгенс

Гюйгенс построил волновую теорию света по аналогии с волновыми процессами на воде и в воздухе и потому считал, что световые волны также должны распространяться в какой-то упругой среде, которую назвал световым эфиром. Эта идея прослужила основой волновой оптики вплоть до начала XX века.

В те времена уже было замечено, что свет распространяется не только прямолинейно.

1. Свет может огибать препятствия – дифракция (см. Рис. 4).

Рис. 4. Дифракция

2. Волны могут складываться – интерференция (см. Рис. 5).

Рис. 5. Интерференция

Эти явления свойственны только волнам, поэтому Гюйгенс считал, что свет – это волна.

Корпускулярная теория не могла объяснить, как один луч проходит через другой. Если рассматривать свет как поток частиц, то должно наблюдаться взаимодействие, а его не наблюдалось, и это говорило в пользу того, что свет – волна.

В середине XIX века была создана теория Максвелла. Он доказал, что электромагнитное поле распространяется со скоростью 300 тысяч км в сек.

Вследствие проведенных опытов было выяснено, что с такой скоростью распространяется и свет.

Свет – частный случай электромагнитной волны.

XVII в. – датский ученый Ремер провел эксперимент, в котором выяснилось, что скорость распространения света равна примерно 300 тысяч км в сек.

1848 г. – Ипполит Физо доказал, что скорость света составляет 300 тысяч км в сек.

Это все подтверждало тот факт, что свет является электромагнитной волной.

В XIX веке Генрих Герц (см. Рис. 6) изучал свойства электромагнитных волн и показал, что свет может быть частицей. Герц открыл явление фотоэффекта.

Рис. 6. Генрих Герц

Генрих Герц изучал электромагнитные волны, изначально считая, что их не существует, и проявил настоящее мужество, первым признав их реальность как природного объекта.

Фотоэффект: под действием света из металлической пластины, заряженной отрицательно, выбиваются электроны.

Это может выполняться только в том случае, если свет – поток частиц.

В XX веке пришли к окончательному решению, введя понятие корпускулярно-волнового дуализма света.

Свет ведет себя при распространении как волна (волновые свойства), а при излучении и поглощении – как частица (со всеми свойствами частиц). То есть свет имеет двойную природу.

Поэтому все явления рассматриваются с позиций этих двух теорий.

Осветите свои знания в области науки нашими забавными легкими фактами для детей. Наслаждайтесь интересными мелочами, связанными с скоростью света, оптикой, солнечным светом, ультрафиолетовым светом и инфракрасным светом. Понимают, как работает электромагнитное излучение, и обнаруживают множество увлекательных свойств света.

В физике свет относится к электромагнитному излучению. Свет, о котором мы обычно говорим в повседневной жизни, относится к видимому спектру (части электромагнитного спектра, который может видеть человеческий глаз).

Другие животные могут видеть части спектра, которые люди не могут. Например, большое количество насекомых может видеть ультрафиолетовый (УФ) свет.

Ультрафиолетовый свет можно использовать для того, чтобы показать вещи, которые человеческий глаз не видит, пригодится для криминалистов.

Длина волны инфракрасного света слишком велика, чтобы быть видимой для человеческого глаза.

Ученые изучают свойства и поведение света в области физики, известной как оптика.

Исаак Ньютон заметил, что тонкий луч солнечного света, поражающий стеклянную призму под углом, создает полосу видимых цветов, включающую красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, индиго и фиолетовый (ROYGBIV). Это произошло потому, что разные цвета проходят через стекло (и другие среды) с разной скоростью, заставляя их преломляться под разными углами и отделяться друг от друга.

Свет проходит очень, очень быстро. Скорость света в вакууме (область, свободная от материи) составляет около 186 000 миль в секунду (300 000 километров в секунду).

Свет распространяется медленнее с помощью различных сред, таких как стекло, вода и воздух. Этим средам дается показатель преломления для описания того, насколько они замедляют движение света. Стекло имеет показатель преломления 1,5, что означает, что огни проходят через него со скоростью около 124 000 миль в секунду (200 000 километров в секунду). Показатель преломления воды составляет 1,3, а показатель преломления воздуха — 1.0003, что означает, что воздух лишь слегка замедляет свет.

Свет занимает 1,255 секунды, чтобы добраться от Земли до Луны.

Солнечный свет может достигать глубины около 80 метров (262 фута) в океане.

Одна из многих вещей, над которыми работал итальянский ученый Галилей Галилей, — это телескопы, производящие телескопы с 30-кратным увеличением в некоторых из его более поздних работ. Эти телескопы помогли ему обнаружить четыре крупнейшие луны, вращающиеся вокруг Юпитера (позже названные спутниками Галилея).

Фотосинтез — это процесс, который включает растения, использующие энергию от солнечного света, для превращения углекислого газа в пищу.

У какой бабочки прозрачные крылья?

Некоторые виды чешуекрылых распространённого в Америке рода Грета обладают почти полностью прозрачными крыльями, и самый известный пример - бабочка Грета Ото. Такой эффект достигается благодаря наличию особых наноструктур в тканях крыла, сильно понижающих светоотражающую способность. Вкупе с низкими показателями поглощения и рассеяния проходящего через крыло света это и обеспечивает прозрачность.

При каких условиях в воде можно превратить звук в свет?

В водной среде можно наблюдать сонолюминесценцию, то есть превращение звук в свет. Для этого нужно опустить в воду резонатор, создающий стоячую сферическую ультразвуковую волну. В фазе разрежения волны из-за очень низкого давления возникает кавитационный пузырёк, который некоторое время растёт, а затем в фазе сжатия быстро схлопывается. В этот момент в центре пузырька возникает вспышка света, а наблюдатель видит постоянное голубоватое свечение, так как пузырьки зарождаются и схлопываются с очень большой скоростью. Согласно господствующей в научных кругах точке зрения, данное излучение имеет тепловую природу.

Чем вызвано слабое свечение воды на глубинах, куда не доходит солнечный свет?

На глубинах в несколько сотен метров и больше не наблюдается полной темноты, как можно предположить. Солнечный свет сюда не доходит, но растворённые в воде изотопы кальция и других элементов испускают быстрые электроны, которые вызывают слабое свечение вследствие эффекта Вавилова-Черенкова. По-видимому, именно это обстоятельство является причиной тому, что глубоководные рыбы в ходе эволюции не потеряли глаза.

Какие способности к запоминанию и вычислениям демонстрируют растения?

Исследования, проведённые на резуховидке Таля, показали, что внутри растений существует механизм передачи информации о количестве и составе падающего света, чем-то похожий на нервную систему животных. Когда учёные облучали светом только один лист, во всех листьях растения начинались определённые химические реакции. Что более удивительно, растения проявляли разное химическое реагирование на различный свет (красный, синий или белый), как будто у них есть механизм извлечения информации о свойствах света. Например, определённое облучение, а затем заражение растения патогенными бактериями резко повышало сопротивляемость этим бактериям по сравнению с другим, необлучённым растением. Это свидетельствует о том, что растения обладают специфической памятью и могут исходя из свойств света определять наиболее опасные инфекции для текущего времени года, подстраивая под них свой иммунитет.

Для какой практической цели многие пираты надевали повязку на глаз?

Существует версия, что пираты и другие моряки надевали повязку на глаз из чисто практических соображений. Дело в том, что в трюме корабля очень темно, и при спуске туда с палубы глазам человека требуется несколько минут для адаптации. А если моряк носил повязку, он мог снять её в трюме и сразу хорошо видеть одним глазом - это сильно повышало эффективность его работы в опасные моменты, особенно в сражениях. Хотя подтверждающих её исторических сведений не существует, версия выглядит правдоподобной и была проверена тестами в наше время. Задокументировано аналогичное использование повязки пилотами на заре развития аэропланов, когда они пролетали над ярко освещёнными городами: одним глазом они могли смотреть наружу, а другим, освобождаемым из-под повязки, на карты и приборы в тусклой кабине.

У каких животных внутренние часы настроены на 47-часовой цикл жизнедеятельности?

Все животные соблюдают так называемый циркадный ритм, то есть циклическую смену биологических процессов в организме, привязанную к 24-часовой длине земных суток. Необходимость соблюдения циркадного ритма заложена генетически, так как даже слепые существа могут воспринимать изменения освещения фоторецепторами на коже. Однако недавно была обнаружена безглазая рыба Phreatichthys andruzzii, живущая в подземных пещерах, у которой внутренние часы настроены не на 24, а на 47 часов. Виновата в этом мутация, которая отключила все светочувствительные рецепторы на теле этих рыб.