Експеримент: як світло може бути одночасно і частинкою, і хвилею. Інформаційний бум Ким доведено, що світло електромагнітна хвиля

Навколишній світ наповнений мільйонами різноманітних відтінків. Завдяки властивостям світла кожен предмет та об'єкт навколо нас має певний колір, який сприймає людський зір. Вивчення світлових хвиль та його характеристик дозволило людям глибше поглянути на природу світла та явища, пов'язані з ним. Сьогодні поговоримо про дисперсію.

Природа світла

З фізичної точки зору світло є поєднанням електромагнітних хвиль з різними значеннями довжини і частоти. Око людини сприймає не будь-яке світло, а тільки те, довжина хвиль якого коливається від 380 до 760 нм. Інші різновиди залишаються для нас невидимими. До них, наприклад, відносяться інфрачервоне та ультрафіолетове випромінювання. Знаменитий учений Ісаак Ньютон уявляв світло як спрямований потік найдрібніших частинок. І лише пізніше було доведено, що він за своєю природою є хвилею. Проте Ньютон все ж таки був частково правий. Справа в тому, що світло має не тільки хвильові, а й корпускулярні властивості. Це підтверджується всім відомим явищем фотоефекту. Виходить, що світловий потік має подвійну природу.

Колірний спектр

Біле світло, доступне для людського зору, - це сукупність кількох хвиль, кожна з яких характеризується певною частотою і власною енергією фотонів. Відповідно його можна розкласти на хвилі різного кольору. Кожна з них має назву монохроматичної, а певному кольору відповідає свій діапазон довжини, частоти хвиль та енергії фотонів. Іншими словами, енергія, що випромінюється речовиною (або поглинається), розподіляється за вищеназваними показниками. Це пояснює існування світлового спектра. Наприклад, зелений колір спектру відповідає частоті, яка знаходиться в діапазоні від 530 до 600 ТГц, а фіолетовий - від 680 до 790 ТГц.

Кожен із нас колись бачив, як переливаються промені на гранованих виробах зі скла або, наприклад, на діамантах. Спостерігати це можна завдяки такому явищу, як дисперсія світла. Це ефект, що відбиває залежність показника заломлення предмета (речовини, середовища) від довжини (частоти) світлової хвилі, яка проходить через цей предмет. Наслідком такої залежності є розкладання променя на колірний спектр, наприклад, під час проходження через призму. Дисперсія світла виражається такою рівністю:

де n – показник заломлення, ƛ – частота, а ƒ – довжина хвилі. Показник заломлення збільшується зі зростанням частоти та зменшенням довжини хвилі. Дисперсію ми нерідко спостерігаємо у природі. Найкрасивішим її проявом є веселка, яка утворюється завдяки розсіюванню сонячних променів при проходженні через численні краплі дощу.

Перші кроки на шляху до відкриття дисперсії

Як було сказано вище, світловий потік при проходженні через призму розкладається на колірний спектр, який Ісаак Ньютон досить детально вивчив свого часу. Результатом його досліджень стало відкриття явища дисперсії у 1672 році. Науковий інтерес до властивостей світла виник ще до нашої ери. Знаменитий Аристотель вже тоді помітив, що сонячне світло може мати різні відтінки. Вчений стверджував, що характер кольору залежить від «кількості темряви», яка є у білому світі. Якщо її багато, виникає фіолетовий колір, а якщо мало, то червоний. Великий мислитель також говорив, що основним кольором світлових променів є білий.

Дослідження попередників Ньютона

Арістотелівську теорію взаємодії темряви та світла не спростували і вчені 16-17 століть. І чеський дослідник Марці, і англійський фізик Харіот незалежно один від одного проводили досліди із призмою і були твердо впевнені в тому, що причиною появи різних відтінків спектру є саме змішування світлового потоку з темрявою при проходженні через призму. На перший погляд, висновки вчених можна було б назвати логічними. Але їх експерименти були досить поверхневими, і вони не змогли підкріпити їх додатковими дослідженнями. Так було, доки за справу не взявся Ісаак Ньютон.

Відкриття Ньютона

Завдяки допитливому розуму цього видатного вченого було доведено, що біле світло не є основним, і що інші кольори виникають зовсім не внаслідок взаємодії світла та темряви у різних співвідношеннях. Ньютон спростував ці переконання і показав, що біле світло є складовим за своєю структурою, його утворюють усі кольори світлового спектра, які називають монохроматичними. В результаті проходження світлового пучка через призму різноманітність кольорів утворюється через розкладання білого світла на його хвильові потоки. Такі хвилі з різною частотою і довжиною переломлюються серед по-різному, утворюючи певний колір. Ньютон поставив досліди, які досі використовуються у фізиці. Наприклад, експерименти зі схрещеними призмами, з використанням двох призм та дзеркала, а також пропускання світла через призми та перфорований екран. Тепер нам відомо, що розкладання світла на колірний спектр відбувається внаслідок різної швидкості проходження хвиль з різною довжиною та частотою через прозору речовину. В результаті одні хвилі виходять із призми раніше, інші – трохи пізніше, треті – ще пізніше і таке інше. Так і відбувається розкладання світлового потоку.

Аномальна дисперсія

Надалі вчені-фізики позаминулого століття зробили чергове відкриття дисперсії. Француз Леру виявив, що у деяких середовищах (зокрема, у парах йоду) залежність, що виражає явище дисперсії, порушується. За вивчення цього питання взявся фізик Кундт, який жив у Німеччині. Для свого дослідження він запозичив один із методів Ньютона, а саме досвід із використанням двох схрещених призм. Різниця полягала лише в тому, що замість однієї з них Кундт застосовував призматичну посудину з розчином ціаніну. Виявилося, що показник заломлення при проходженні світла через такі призми збільшується, а не зменшується, як це відбувалося в експериментах Ньютона із звичайними призмами. Німецький вчений з'ясував, що цей парадокс спостерігається внаслідок такого явища як поглинання світла речовиною. В описаному досвіді Кундта поглинаючим середовищем виступав розчин ціаніну, а дисперсія світла для таких випадків була названа аномальною. У сучасній фізиці такий термін мало використовують. На сьогоднішній день відкриту Ньютоном нормальну і виявлену пізніше аномальну дисперсію розглядають як два явища, що належать до одного вчення і мають спільну природу.

Низькодисперсні лінзи

У фототехніці дисперсія світла вважається небажаним явищем. Вона стає причиною так званої хроматичної аберації, коли на зображеннях з'являється спотворення кольорів. Відтінки фотографії при цьому не відповідають відтінкам об'єкта, що знімається. Особливо неприємним такий ефект стає для фотографів-професіоналів. Через дисперсію на фотознімках не тільки відбувається спотворення кольорів, а й нерідко спостерігається розмиття країв або, навпаки, поява надмірно окресленої облямівки. Світові виробники фототехніки справляються з наслідками такого оптичного явища за допомогою спеціально розроблених лінз низькодисперсних. Скло, з якого вони виробляються, має чудову властивість однаково заломлювати хвилі з різними значеннями довжини і частоти. Об'єктиви, в яких встановлюються лінзи низькодисперсні, називаються ахроматами.

Зовсім небагато часу з моменту відкриття електромагнітних коливань знадобилося на розуміння того, що світло також є сукупністю електромагнітних коливань - тільки дуже високочастотних. Невипадково швидкість світла дорівнює швидкості поширення електромагнітних хвиль і характеризується константою с = 300 ТОВ км/с.

Око - основний орган людини, що сприймає світло. При цьому довжина хвилі світлових коливань сприймається оком як колір світлових променів. У шкільному курсі фізики наводиться опис класичного досвіду з розкладання білого світла - варто досить вузький промінь білого (наприклад, сонячного) світла направити на скляну призму з трикутним перетином, як він відразу розшарується на безліч світлових пучків різного кольору, що плавно переходять один в одного. . Це зумовлено різним ступенем заломлення світлових хвиль різної довжини.

Крім довжини хвилі (або частоти), світлові коливання характеризуються інтенсивністю. З ряду заходів інтенсивності світлового випромінювання (яскравість, світловий потік, освітленість та ін) при описі відеопристроїв найважливішою є освітленість. Не вдаючись у тонкощі визначення світлових характеристик, відзначимо, що освітленість вимірюється в люксах і є звичною для нас мірою візуальної оцінки видимості об'єктів. Нижче наведені типові рівні освітленості:

• Освітленість в 20 см від свічки 10-15 люкс
• Освітленість кімнати при лампах розжарювання 100 люкс
• Освітленість офісу з люмінесцентними лампами 300-500 люкс
• Освітленість, створювана галогенними лампами 750 люкс
• Освітленість при яскравому сонячному світлі 20000 люкс та вище

Світло широко використовується у техніці зв'язку. Досить відзначити такі застосування світла, як передача інформації по світловолоконним лініях зв'язку, застосування в сучасних електроакустичних пристроях оптичного виходу для оцифрованих звукових сигналів, застосування пультів дистанційного керування з променя інфрачервоного світла та ін.

Електромагнітна природа світлаСвітло має як хвильові властивості, так і корпускулярні властивості. Така властивість світла називає корпускулярно-хвильовий дуалізм. Але вчені та фізики давнини не знали про це, і спочатку вважали світло пружною хвилею.

Світло - хвилі в ефіріАле оскільки поширення пружних хвиль необхідне середовище, то виникало правомірне питання, у якому середовищі поширюється світло? Яке середовище перебуває на шляху від Сонця до Землі? Прихильники хвильової теорії світла припустили, що весь простір у всесвіті заповнений деякою невидимою пружною середовищем. Вони навіть вигадали їй назву - світлоносний ефір. У той час вчені ще не знали про існування будь-яких хвиль, крім механічних. Такі погляди на природу світла висловлювалися приблизно у 17 столітті. Вважалося, що світло поширюється саме у цьому світлоносному ефірі.

Світло – поперечна хвиляАле таке припущення викликало низку суперечливих питань. До кінця 18 століття було підтверджено, що світло є поперечною хвилею. А пружні поперечні хвилі можуть виникати лише у твердих тілах, отже, світлоносний ефір є твердим тілом. Це викликало сильний головний біль у вчених того часу. Як небесні тіла можуть рухатись крізь твердий світлоносний ефір, і при цьому не відчувати жодного опору.

Світло - електромагнітна хвиляУ другій половині 19 століття Максвелл довів теоретично існування електромагнітних хвиль, які можуть поширюватись навіть у вакуумі. І він припустив, що світло також є електромагнітною хвилею. Потім це припущення підтвердилося. Але актуально також було уявлення про те, що в деяких випадках світло поводиться як потік частинок. Теорія Максвелла суперечила деяким експериментальним фактам. Але, 1990 року, фізик Макс Планк висунув гіпотезу, що атоми випускають електромагнітну енергію окремими порціями – квантами. На 1905 р. Альберт Ейнштейн висунув ідею, у тому, що електромагнітні хвилі з деякою частотою можна як потік квантів випромінювання з енергією E=р*ν. Нині квант електромагнітного випромінювання називають фотоном. Фотон не має ні маси, ні заряду і завжди поширюється зі швидкістю світла. Тобто при випромінюванні та поглинанні світло проявляє корпускулярні властивості, а при переміщенні у просторі хвилеві.

Якщо вам потрібні докладніші докази того, наскільки суб'єктивне наше сприйняття кольору, згадайте веселку. Більшість людей знають, що спектр світла містить сім основних кольорів: червоний, помаранчевий, жовтий, зелений, блакитний, синій та фіолетовий. У нас навіть є зручні прислів'я та приказки про мисливців, які бажають знати місцезнаходження фазану. Подивіться на гарну веселку і спробуйте розглянути усі сім. Не вдалося навіть Ньютону. Вчені підозрюють, що вчений розділив веселку на сім кольорів, оскільки число «сім» було дуже важливим для стародавнього світу: сім нот, сім днів тижня тощо.

Робота Максвелла в галузі електромагнетизму завела нас далі і показала, що видиме світло було частиною широкого спектра радіації. Також стала зрозумілою справжня природа світла. Протягом століть вчені намагалися зрозуміти, яку насправді форму набуває світ на фундаментальних масштабах, поки рухається від джерела світла до наших очей.

Деякі вважали, що світло рухається у формі хвиль чи брижів, через повітря або загадковий «ефір». Інші думали, що ця хвильова модель є помилковою, і вважали світло потоком крихітних частинок. Ньютон схилявся до другої думки, особливо після серії експериментів, які він провів зі світлом та дзеркалами.


Він зрозумів, що промені світла підпорядковуються суворим геометричним правилам. Промінь світла, відбитий у дзеркалі, веде себе подібно до кульки, кинутої прямо в дзеркало. Хвилі не обов'язково рухатимуться по цих передбачуваних прямих лініях, припустив Ньютон, тому світло повинне переноситися деякою формою крихітних безмасових частинок.

Проблема в тому, що були однаково переконливі докази того, що світло є хвилею. Одна з найнаочніших демонстрацій була проведена в 1801 році. Томас Юнг, в принципі, можна провести самостійно вдома.

Візьміть лист товстого картону і акуратно проробіть у ньому два тонкі вертикальні розрізи. Потім візьміть джерело «когерентного» світла, яке випромінюватиме світло лише певної довжини хвилі: лазер відмінно підійде. Потім направте світло на дві щілини, щоб проходячи їх, він падав на іншу поверхню.

Ви очікуєте побачити на другій поверхні дві яскраві вертикальні лінії на тих місцях, де світло пройшло через щілини. Але коли Юнг провів експеримент, він побачив послідовність світлих і темних ліній, як на штрих-коді.


Коли світло проходить через тонкі щілини, воно поводиться подібно до водяних хвиль, які проходять через вузький отвір: вони розсіюються і поширюються у формі напівсферичної брижів.

Коли це світло проходить через дві щілини, кожна хвиля гасить іншу, утворюючи темні ділянки. Коли ж бриж сходиться, вона доповнюється, утворюючи яскраві вертикальні лінії. Експеримент Юнга буквально підтвердив хвильову модель, тому Максвелл вдягнув цю ідею у тверду математичну форму. Світло – це хвиля.


Але потім відбулася квантова революція.

У другій половині дев'ятнадцятого століття, фізики намагалися з'ясувати, як і чому деякі матеріали абсорбують і випромінюють електромагнітне випромінювання краще за інших. Варто зазначити, що тоді електросвітлова промисловість тільки розвивалася, тому матеріали, які можуть випромінювати світло, були серйозною штукою.

До кінця дев'ятнадцятого століття вчені виявили, що кількість електромагнітного випромінювання, яке випускається об'єктом, змінюється в залежності від його температури, і виміряли ці зміни. Але ніхто не знав, чому так відбувається. 1900 року Макс Планк вирішив цю проблему. Він з'ясував, що розрахунки можуть пояснити ці зміни, але якщо припустити, що електромагнітне випромінювання передається крихітними дискретними порціями. Планк називав їх «кванта», множину латинського «квантум». Через кілька років Ейнштейн взяв його ідеї за основу та пояснив інший дивовижний експеримент.

Фізики виявили, що шматок металу стає позитивно зарядженим, коли опромінюється видимим або ультрафіолетовим світлом. Цей ефект було названо фотоелектричним.

Атоми у металі втрачали негативно заряджені електрони. Зважаючи на все, світло доставляло достатньо енергії металу, щоб той випустив частину електронів. Але чомусь електрони так робили, було незрозуміло. Вони могли переносити більше енергії, просто змінивши колір світла. Зокрема, електрони, випущені металом, опроміненим фіолетовим світлом, переносили більше енергії, ніж електрони, випущені металом, опроміненим червоним світлом.

Якби світло було просто хвилею, це було б безглуздо.


Зазвичай ви змінюєте кількість енергії у хвилі, роблячи її вищою – уявіть собі високу цунамі руйнівної сили – а не довшу чи коротшу. У ширшому сенсі, найкращий спосіб збільшити енергію, яку світло передає електронам, це зробити хвилю світла вищим: тобто зробити світло яскравішим. Зміна довжини хвилі, а отже і світла, не мала нести особливої ​​різниці.

Ейнштейн зрозумів, що фотоелектричний ефект простіше зрозуміти, якщо уявити світло у термінології планківських квантів.

Він припустив, що світло переноситься крихітними квантовими порціями. Кожен квант переносить порцію дискретної енергії, що з довжиною хвилі: що коротше довжина хвилі, то щільніша енергія. Це могло б пояснити, чому порції фіолетового світла із відносно короткою довжиною хвилі переносять більше енергії, ніж порції червоного світла, із відносно великою довжиною.

Також це пояснило б, чому просте збільшення яскравості світла не надто впливає на результат.

Світло яскравіше доставляє більше порцій світла до металу, але це змінює кількість енергії, що переноситься кожною порцією. Грубо кажучи, одна порція фіолетового світла може передати більше енергії одному електрону ніж багато порцій червоного світла.

Ейнштейн назвав ці порції енергії фотонами і нині їх визнали фундаментальними частинками. Видиме світло переноситься фотонами, інші види електромагнітного випромінювання на кшталт рентгенівського, мікрохвильового та радіохвильового – теж. Іншими словами, світло – це частка.


На цьому фізики вирішили покласти край дебатам на тему того, з чого складається світло. Обидві моделі були настільки переконливими, що відмовлятися від однієї не було сенсу. На подив багатьох нефізиків, вчені вирішили, що світло поводиться одночасно як частка і як хвиля. Іншими словами, світло – це феномен.

При цьому у фізиків не виникло проблем із роздвоєнням особистості світла. Це певною мірою зробило світло корисним подвійно. Сьогодні, спираючись на роботи світил у прямому значенні слова – Максвелла та Ейнштейна, – ми вичавлюємо зі світла все.

Виявляється, що рівняння, що використовуються для опису світло-хвилі та світла-частинки, працюють однаково добре, але в деяких випадках одне простіше використовувати, ніж інше. Тому фізики перемикаються між ними, приблизно як ми використовуємо метри, описуючи власне зростання, і переходимо на кілометри, описуючи подорож на велосипеді.

Деякі фізики намагаються використати світло для створення шифрованих каналів зв'язку, для грошових переказів, наприклад. Для них є сенс думати про світло як про частинки. Виною всьому дивна природа квантової фізики. Дві фундаментальні частинки, як пара фотонів, можуть бути «заплутані». Це означає, що вони матимуть спільні властивості незалежно від того, наскільки далекі будуть один від одного, тому їх можна використовувати для передачі між двома точками на Землі.

Ще одна особливість цієї заплутаності в тому, що квантовий стан фотонів змінюється, коли їх зчитують. Це означає, що якщо хтось спробує підслухати зашифрований канал, теоретично, він відразу видасть свою присутність.

Інші, як Гулільмакіс, використовують світло в електроніці. Їм корисніше уявляти світло у вигляді серії хвиль, які можна приручити та контролювати. Сучасні пристрої під назвою "синтесайзери світлового поля" можуть зводити світлові хвилі в ідеальній синхронності один з одним. В результаті вони створюють світлові імпульси, які більш інтенсивні, короткочасні та спрямовані, ніж світло звичайної лампи.

За останні 15 років ці пристрої навчилися використовувати для приручення світла з надзвичайним ступенем. У 2004 році Гулільмакіс та його колеги навчилися виробляти неймовірно короткі імпульси рентгенівського випромінювання. Кожен імпульс тривав всього 250 аттосекунд, або 250 квінтильйонних секунд.

Використовуючи ці крихітні імпульси як спалах фотоапарата, вони змогли зробити знімки окремих хвиль видимого світла, які коливаються набагато повільніше. Вони буквально зробили знімки світла, що рухається.

"Ще з часів Максвелла ми знали, що світло - це електромагнітне поле, що осцилює, але ніхто навіть і подумати не міг, що ми можемо зробити знімки осцилюючого світла", - говорить Гулільмакіс.

Спостереження за цими окремими хвилями світла стало першим кроком у напрямку управління і зміни світла, говорить він, подібно до того, як ми змінюємо радіохвилі для перенесення радіо- та телевізійних сигналів.

Сто років тому фотоелектричний ефект показав, що видиме світло впливає на електрони у металі. Гулільмакіс каже, що має бути можливість точно контролювати ці електрони, використовуючи хвилі видимого світла, змінені таким чином, щоб взаємодіяти з металом чітко певним чином. «Ми можемо керувати світлом та за його допомогою керувати матерією», - каже він.

Це може зробити революцію в електроніці, призвести до нового покоління оптичних комп'ютерів, які будуть меншими і швидшими за наші. «Ми зможемо рухати електронами як заманеться, створюючи електричні струми всередині твердих речовин за допомогою світла, а не як у звичайній електроніці».

Ще один спосіб описати світло: це інструмент.

Втім, нічого нового. Життя використовувало світло ще з того часу, коли перші примітивні організми розвинули світлочутливі тканини. Очі людей уловлюють фотони видимого світла, ми використовуємо їх для вивчення навколишнього світу. Сучасні технології ще далі запроваджують цю ідею. У 2014 році з хімії було присуджено дослідникам, які побудували настільки потужний світловий мікроскоп, що він вважався фізично неможливим. Виявилося, що якщо постаратися, світло може показати нам речі, які ми думали, ніколи не побачимо.

Загальні визначення

З погляду оптики, світло – це електромагнітне випромінювання, яке сприймається оком людини. За одиницю зміни прийнято брати ділянку у вакуумі 750 ТГц. Це короткохвильова межа діапазону. Її довжина дорівнює 400 нм. Що стосується межі широких хвиль, то за одиницю виміру береться ділянка 760 нм, тобто 390 ТГц.

У фізиці світло сприймається як сукупність спрямованих частинок, званих фотонами. Швидкість розподілу хвиль у вакуумі стала. Фотони мають певний імпульс, енергію, нульову масу. У більш широкому значенні слова, світло - це видиме. Також хвилі можуть бути і інфрачервоними.

З погляду онтології, світло – це початок буття. Про це стверджують і філософи, і релігієзнавці. У географії цим терміном прийнято називати окремі сфери планети. Саме собою світло - це поняття соціальне. Проте у науці вона має конкретні властивості, риси та закони.

Природа та джерела світла

Електромагнітне випромінювання створюється у процесі взаємодії заряджених частинок. Оптимальною умовою для цього буде тепло, яке має безперервний спектр. Максимум випромінювання залежить від температури джерела. Відмінним прикладом процесу є Сонце. Його випромінювання є близьким до аналогічних показників абсолютно чорного тіла. Природа світла на Сонці обумовлюється температурою нагрівання до 6000 К. У цьому близько 40% випромінювання перебуває у межах видимості. Максимум спектру потужності розташовується близько 550 нм.

Джерелами світла також можуть бути:

1. Електронні оболонки молекул та атомів під час переходу з одного рівня на інший. Такі процеси дозволяють досягти лінійного спектру. Прикладом можуть бути світлодіоди і газорозрядні лампи.
2. яке утворюється під час руху заряджених частинок з фазовою швидкістю світла.
3. Процеси гальмування фотонів. В результаті утворюється синхро-або циклотронне випромінювання.

Природа світла може бути пов'язана з люмінесценцією. Це стосується і штучних джерел, і органічних. Приклад: хемілюмінесценція, сцинтиляція, фосфоресценція та ін.

У свою чергу джерела світла поділяються на групи щодо температурних показників: А, В, С, D65. Найскладніший спектр спостерігається у абсолютно чорного тіла.

Характеристики світла

Людське око суб'єктивно сприймає електромагнітне випромінювання як колір. Так, світло може віддавати білими, жовтими, червоними, зеленими переливами. Це лише зорове відчуття, яке пов'язане з частотою випромінювання, будь воно за складом спектральним чи монохроматичним. Доведено, що фотони здатні поширюватись навіть у вакуумі. За відсутності речовини швидкість потоку дорівнює 300 000 км/с. Це відкриття було зроблено ще на початку 1970-х років.

На межі середовищ потік світла відчуває або відбиток, або заломлення. Під час поширення він розсіюється через речовину. Можна сміливо сказати, що оптичні показники середовища характеризуються значенням заломлення, рівним відношенню швидкостей у вакуумі і поглинання. У ізотропних речовин поширення потоку залежить від напрями. Тут представлений скалярною величиною, що визначається координатами та часом. В анізотропному середовищі фотони проявляється у вигляді тензора.

Крім того, світло буває поляризованим і немає. У першому випадку головною величиною визначення буде вектор хвилі. Якщо ж потік не поляризований, він складається з набору частинок, спрямованих у випадкові сторони.

Найважливішою характеристикою світла є його інтенсивність. Вона визначається такими фотометричними величинами, як потужність та енергія.

Основні властивості світла

Фотони можуть не тільки взаємодіяти між собою, а й мати напрямок. В результаті зіткнення із стороннім середовищем потік зазнає відображення та заломлення. Це дві основні властивості світла. З відображенням все більш-менш ясно: воно залежить від щільності матерії та кута падіння променів. Однак із заломленням справа набагато складніша.

Для початку можна розглянути простий приклад: якщо опустити соломинку у воду, то збоку вона здасться вигнутою та укороченою. Це і є заломлення світла, яке настає на межі рідкого середовища та повітря. Цей процес визначається напрямом розподілу променів під час проходження через кордон матерії.

Коли потік світла стосується межі між середовищами, довжина його хвилі суттєво змінюється. Проте частота поширення залишається незмінною. Якщо промінь не ортогональний по відношенню до кордону, то зміна зазнає і довжина хвилі, і її напрямок.

Штучне часто використовують у дослідницьких цілях (мікроскопи, лінзи, лупи). Також до таких джерел зміни показників хвилі ставляться окуляри.

Класифікація світла

В даний час розрізняють штучне та природне світло. Кожен із цих видів визначається характерним джерелом випромінювання.

Природне світло являє собою набір заряджених частинок з хаотичним напрямком, що швидко змінюється. Таке електромагнітне поле обумовлюється змінним коливанням напруженостей. До природних джерел відносяться розпечені тіла, сонце, поляризовані гази.

Штучне світло буває наступних видів:

1. Місцевий. Його використовують на робочому місці, на ділянці кухні, стіни та ін. Таке освітлення відіграє в дизайні інтер'єру.
2. Загальна. Це рівномірне освітлення усієї площі. Джерелами є люстри, торшери.
3. Комбінований. Суміш першого та другого видів для досягнення ідеальної освітленості приміщення.
4. Аварійний. Він дуже корисний при відключеннях світла. Живлення проводиться найчастіше від акумуляторів.

сонячне світло

Сьогодні це головне джерело енергії на Землі. Не буде перебільшенням сказати, що сонячне світло впливає на всі важливі матерії. Це кількісна постійна, що визначає енергію.

У верхніх шарах земної атмосфери міститься близько 50% випромінювання інфрачервоного та 10% ультрафіолетового. Тому кількісна складова видимого світла дорівнює лише 40%.

Сонячна енергія використовується в синтетичних та природних процесах. Це і фотосинтез, і перетворення хімічних форм, і опалення, і багато іншого. Завдяки сонцю людство може скористатися електроенергією. У свою чергу, потоки світла можуть бути прямими та розсіяними, якщо вони проходять через хмари.

Три головні закони

З давніх часів вчені займалися вивченням геометричної оптики. На сьогоднішній день основними є такі закони світла:

Сприйняття світла

Навколишній світ людині видно завдяки здатності її очей взаємодіяти з електромагнітним випромінюванням. Світло сприймається рецепторами сітківки, які можуть уловити та відреагувати на спектральний діапазон заряджених частинок.

У людини є 2 типи чутливих клітин ока: колбочки та палички. Перші зумовлюють механізм зору вдень при високому рівні освітлення. Палички є більш чутливими до випромінювання. Вони дозволяють людині бачити у нічний час.

Зорові відтінки світла обумовлюються довжиною хвилі та її спрямованістю.