Как Архимед сжег весь римский флот? Как древние греки воспринимали свет?
Существует легенда о том, что Архимед с помощью зеркал сжег римские корабли во время войны в 212 г. до н. э., когда греческий город Сиракузы подвергся осаде римлян. До вражеских кораблей было очень далеко, около 150 м, и обстреливать их из катапульт, сконструированных Архимедом, не представлялось возможным. Архимед предложил отполировать до блеска щиты и сфокусировать лучи солнца на римских триерах. Греческие воины выполнили указания Архимеда, и вражеские корабли загорелись.
Ещё по одной версии Архимед вместе с древнегреческими учёными соорудил машину, состоящую из огромного бронзового многоугольного зеркала, набранного из небольших четырёхугольных зеркал. Каждое зеркало было закреплено на шарнирах, благодаря чему можно было подбирать углы поворота так, чтобы отражённые солнечные лучи фокусировались в одной точке.
Версии объединяет то, что фокусирование лучей в одной точке приводило к повышению температуры и возгоранию.
Задание 1
Одни ученые пытались опровергнуть эти легенды, другие хотели доказать, что это возможно. Как вы думаете, при каких условиях ученым удалось повторить подвиг Архимеда?
Посмотрите в действии на солнечный концентратор, который работает по такому же принципу. На что он способен?
В VI в. до н. э. Пифагор сформулировал теорию света, согласно которой прямолинейные видимые лучи испускаются глазом и ощупывают объект, давая зрительное ощущение.
В древней Греции бытовала легенда, гласящая о наличии собственного источника света внутри глаза. Глаз человека воздействовал на объект, получая в ответ изображение.
Начальные попытки механистического подхода к сущности зрения начались с Евклида, великого александрийского математика, который жил около 300 до н. э. В своих сочинениях он положил начало геометрической оптике, актуальной и сейчас.
Если мы смотрим на глаза кошки в темноте, то мы замечаем, что они ярко светятся и кошка легко передвигается в темноте; этот факт убеждал древних людей в реальном существовании огня в глазах, как это утверждали Эмпедокл и Платон. Однако, если в глазу имеется источник света, то почему человек не может видеть в темноте? Почему кошка видит в темноте? В этом мы разберемся к концу курса.
Природа света. Видимое излучение. Источники света.
Главным природным источником света служит Солнце.
Но каким образом тепло от Солнца доходит до Земли? Ведь Солнце находится в миллионах километров от нас.

Опытным путём установлено, что свет нагревает тела, на которые падает. Следовательно, свет передаёт телам энергию.
Свет ─ это поток частиц-шариков, которые в физике принято называть фотонами. Вы, могли видеть призму, в которую входит белый луч света, а на выходе получаются цвета радуги. На самом деле, каждый из фотонов имеет определенную характеристику, которая определяет его цвет. Мы назовем ее просто цветом фотона. Получается, что есть некоторый диапазон цветов фотонов, который мы можем наблюдать. А все цвета вместе дают белый свет. Вы могли видеть радугу, радужные цвета в лужах или через очки. Это всё примеры, когда белый свет распадается по цветам.
Вернемся к вопросу о том, как же свет передаёт телам тепло.
Cвет ─ это излучение, но лишь та его часть, которая воспринимается глазом. Именно поэтому свет и называют видимым излучением.
Факт 1:
Источники излучения могут испускать и невидимые лучи. Все вы знаете об ультрафиолетовых и рентгеновских лучах, которые мы не видим. В этом случае характеристика, которая отвечает за цвет, выходит за пределы того диапазона, который мы можем увидеть. Невидимыми лучами тоже переносится энергия от тела к телу с помощью излучения, однако в этом курсе мы будем рассматривать только видимое излучение.
Факт 2:
Так как свет является излучением, он может распространяться и переносить энергию даже в вакууме ─ в пространстве, не содержащем молекул. Поэтому свет способен переносить энергию на миллионы километров в безвоздушном пространстве ─ в космосе и на Земле мы чувствуем тепло от излучаемого Солнцем света.
Тела, способные излучать свет, называют источниками света. Источники света бывают естественными и искусственными.
К естественным источникам света относятся Солнце и другие звёзды, атмосферные разряды, молнии, различные светящиеся организмы: рачки, рыбы, насекомые.
Искусственными источниками света являются электрические лампочки, пламя газовой горелки, свечи и т. д.
Люминесценция. Виды и примеры. Использование люминофора человеком.
Люминесценция ─ свечение вещества, связанное с преобразованием поглощаемой энергии в световое излучение. Впервые люминесценция была описана в XVIII веке.
Обычно рассматривается 4 вида люминесценции.
Хемилюминесценция ─ выделение света в результате химических реакций.

Биолюминесценция, один из видов хемилюминесценции, ─ это процесс образования света организмом или в искусственной системе, в которую вовлечены живые организмы.
Ночные пляжи на Мальдивах и другие примеры биолюминесценции.
Рентгенолюминесценция ─ свечение под действием рентгеновских лучей.
Электролюминесценция ─ возникает при пропускании электрического тока через определенные типы люминофоров.
Фотолюминесценция – свечение тел под действием света (видимого и УФ-диапазона)

В настоящее время наиболее изучена фотолюминесценция, и именно она нас интересует больше всего.
Существует много веществ, которые становятся источниками света только тогда, когда через них пропускают свет. Такие вещества называют фотолюминофорами, а их свечение, как мы уже знаем, фотолюминесценцией.
Явление фотолюминесценции часто встречается в нашей жизни.
Наиболее известные примеры:

  1. В дорожных знаках, которые при облучении светом фар становятся хорошо видны водителю, что делает движение на дороге более безопасным.
  2. В ультрафиолете светится человеческая кровь, чем активно пользуются сыщики.
  3. Фальшивые деньги покрывают люминофором.
  4. Отметки в паспорте, которые видны под УФ.
  5. Стрелки циферблата часов, неоновые палочки, браслеты покрывают фотолюминофором.
Определение скорости света. Скорость света.
Лазерная указка.
Первые попытки измерить скорость, с которой распространяется свет, принадлежали Галилею. На вершинах двух холмов на расстоянии 1,5 км друг от друга находились два наблюдателя с фонарями. Первый наблюдатель подавал сигналы фонарем другому наблюдателю, который, увидев свет, посылал сигнал своим фонарем обратно. Промежуток времени между посылкой и приемом сигнала первый наблюдатель измерял по числу ударов пульса. Время при этом получалось конечным, хотя и очень малым. Но Галилей понял, что задержка ответного сигнала связана со скоростью реакции нервной и мышечной систем человека, а не с конечной скоростью света. Таким образом, метод Галилея не дал даже приблизительно точных результатов.
Попытка Галилея.
1.5 км
Если размерами источника света можно в данных условиях пренебречь, то его называют точечным.
Первые два закона геометрической оптики.
По отношению к экрану 2 пламя свечи можно считать точечным источником света, так как свеча расположена на большом расстоянии от него. Но для экрана 1 пламя свечи уже нельзя считать точечным источником. В геометрической оптике принято источник света обозначать буквой S.
Линия, вдоль которой распространяется свет, называется световым лучом.

Чем меньше отверстие, тем в большей степени пучок света можно считать лучом.
А как распространяется свет?
Теперь можно сформулировать закон: в однородной среде свет распространяется прямолинейно.
Второй закон геометрической оптики говорит о независимости световых лучей:

Световые лучи распространяются независимо друг от друга.

Это значит, что лучи не влияют друг на друга, и распространяются так, как будто других лучей, кроме рассматриваемого, не существует.
Вы не раз могли видеть подтверждение двух законов в жизни.
1
2
Для того чтобы проверить закон прямолинейного распространения света в воде вам потребуется: стеклянный прозрачный стакан, наполненный водой, немного молока, лист миллиметровой бумаги и лазерная указка. Капните в воду немного молока, так чтобы раствор помутнел слегка-слегка. Поставьте стакан со смесью на лист миллиметровки и посветите на него лазерной указкой. Добейтесь того, чтобы луч (его будет очень хорошо видно из-за рассеяния в молоке) был параллелен линиям на миллиметровке. Таким образом вы можете убедиться в том, что свет в средах распространяется прямолинейно.
Тень и полутень. Солнечное и лунное затмение.
Тени, каждый наблюдал их в солнечный день.
Тени – это области, куда не проникает свет.
Ещё в сочинениях Евклида (300 г. до н. э.) излагался закон прямолинейного распространения света. Именно прямолинейностью распространения света объясняется образование тени.
Полутень ─ область пространства, в которую свет попадает частично.
Из области полной тени мы не увидим источник света, а из области полутени увидим лишь часть поверхности источника.
Тень и полутень:
Луна – спутник Земли. Луна вращается вокруг Земли, а Земля вращается вокруг Солнца. Когда Луна, Солнце и Земля становятся в ряд, можно наблюдать явления солнечного и лунного (Земля находится в ряду между Солнцем и Луной) затмений.
Солнечное затмение – Луна закрывает Солнце от наблюдателя на Земле полностью (полное затмение) или частично (неполное затмение) (Луна находится в ряду между Солнцем и Землёй).
Если наблюдатель находится в области тени, он видит полное солнечное затмение, из области полутени наблюдается неполное затмение.
В первом случае можно наблюдать как полное, так и неполное солнечное затмение (в зависимости от положения наблюдателя на Земле). Во втором случае область тени отсутствует, и можно увидеть лишь неполное солнечное затмение.
Поскольку Луна – сферическое тело, при её освещении сбоку возникает «серп». Освещённая сторона луны всегда указывает в сторону Солнца, даже если оно скрыто за горизонтом.

В зависимости от расположения Луны относительно Земли и Солнца выделяют фазы:
1. новолуние
2. молодая луна
3. первая четверть
4. прибывающая луна
5. полнолуние
6. убывающая луна
7. последняя четверть
8. старая луна
Продолжительность полной смены фаз Луны (так называемый синодический месяц) около 29,5 суток.