Давайте разберемся, как различные поверхности рассеивают свет.
Для изучения рассеяния света различными предметами вам потребуется лазерная указка и различные поверхности, например зеркало, цветная бумага или картон, ткань, экран смартфона или что-нибудь еще что придумаете лично вы. Направьте лазерный луч на изучаемую поверхность как изображено на рисунке и посмотрите на рассеянное пятно. Какой оно формы и интенсивности? Поэкспериментируйте с различными поверхностями и изучите как будут меняться пятна на экране.
Для изучения рассеяния света различными предметами вам потребуется лазерная указка и различные поверхности, например зеркало, цветная бумага или картон, ткань, экран смартфона или что-нибудь еще что придумаете лично вы. Направьте лазерный луч на изучаемую поверхность как изображено на рисунке и посмотрите на рассеянное пятно. Какой оно формы и интенсивности? Поэкспериментируйте с различными поверхностями и изучите как будут меняться пятна на экране.
Отражение света. Закон отражения.
Можем ли мы увидеть друг друга темной ночью? А если мы приблизимся к светящемуся фонарю?
Именно благодаря отраженному свету мы видим предметы, различаем цвет одежды, любуемся картиной художника. Известно, что свет отражается от самых разных предметов.
На представленных картинках мы видим человека благодаря тому, что свет фонаря отражается от него и попадает в наш глаз. Девочка может читать книжку, потому что свет фонарика отражается от книги и попадает в её глаза.
Каким бывает отражение света и какими законами оно описывается? Проведем опыт. На оптическом диске, представляющем собой круг с делениями, закрепим зеркало. Направим на зеркало луч света.
От зеркала световой луч АО практически полностью отразится (луч ОВ). Проведем луч ОС через 0 градусов. Он будет называться перпендикуляром к зеркалу. Угол между падающим лучом и перпендикуляром, проведенным в точку падения, называется углом падения. Обозначим этот угол буквой α. Угол, образованный отраженным лучом и тем же перпендикуляром, называется углом отражения. Обозначим его буквой γ. А теперь сравним эти углы. Из опыта видно, что углы отражения и падения равны:
α = γ
От зеркала световой луч АО практически полностью отразится (луч ОВ). Проведем луч ОС через 0 градусов. Он будет называться перпендикуляром к зеркалу. Угол между падающим лучом и перпендикуляром, проведенным в точку падения, называется углом падения. Обозначим этот угол буквой α. Угол, образованный отраженным лучом и тем же перпендикуляром, называется углом отражения. Обозначим его буквой γ. А теперь сравним эти углы. Из опыта видно, что углы отражения и падения равны:
α = γ
Увеличим угол падения, повернув осветитель влево.
Угол отражения тоже увеличится. Но по-прежнему α = γ.
Это и является законом отражения света.
Угол падения равен углу отражения.
Угол отражения тоже увеличится. Но по-прежнему α = γ.
Это и является законом отражения света.
Угол падения равен углу отражения.
Давайте проверим закон отражения экспериментально.
Возьмите стеклянный прозрачный стакан и налейте в него воду. Капните в воду немного молока, так чтобы раствор помутнел слегка-слегка. Также вам потребуется транспортир и лазерная указка. Если у вас нет транспортира, его можно напечатать и вырезать. Положите транспортир под стакан с молоком, поставьте зеркало вертикально и светите на него через молочный раствор так, как показано на рисунке. Изменяя положение лазерной указки, вы можете изменять угол падения лазерного луча на зеркало и следить за изменением угла отражения. Убедитесь в том, что закон отражения света выполняется.
Возьмите стеклянный прозрачный стакан и налейте в него воду. Капните в воду немного молока, так чтобы раствор помутнел слегка-слегка. Также вам потребуется транспортир и лазерная указка. Если у вас нет транспортира, его можно напечатать и вырезать. Положите транспортир под стакан с молоком, поставьте зеркало вертикально и светите на него через молочный раствор так, как показано на рисунке. Изменяя положение лазерной указки, вы можете изменять угол падения лазерного луча на зеркало и следить за изменением угла отражения. Убедитесь в том, что закон отражения света выполняется.
Плоское зеркало.
Плоское зеркало – плоская поверхность, зеркально отражающая свет.
Кроме известного вам широкого применения плоских зеркал в быту, они находят ряд других применений. Зеркала устанавливаются в кабине водителя для обозревания им салона автобуса. Они используются для декоративного оформления витрин магазинов. Плоские зеркала применяют в шкалах измерительных (в частности, электроизмерительных) приборов высокого класса точности и др.
Для того чтобы проверить формулу для количества изображений в двух зеркалах соберите следующую установку: возьмите два зеркала и поставьте их на транспортир, так чтобы они образовывали угол, причем отражающие стороны зеркал должны быть внутри острого угла. Для удобства можно скрепить зеркала друг с другом пластилином или скотчем. Поместите какой-нибудь маленький объект (например кусочек пластилина) внутрь острого угла и сосчитайте количество изображений. Измените угол φ и сосчитайте количество изображений при новом угле. Повторите аналогичные действия еще несколько раз и сделайте вывод о выполнимости формулы.
Для того чтобы проверить формулу для количества изображений в двух зеркалах соберите следующую установку: возьмите два зеркала и поставьте их на транспортир, так чтобы они образовывали угол, причем отражающие стороны зеркал должны быть внутри острого угла. Для удобства можно скрепить зеркала друг с другом пластилином или скотчем. Поместите какой-нибудь маленький объект (например кусочек пластилина) внутрь острого угла и сосчитайте количество изображений. Измените угол φ и сосчитайте количество изображений при новом угле. Повторите аналогичные действия еще несколько раз и сделайте вывод о выполнимости формулы.
Зеркальные узоры. Нарисуйте четверть красивого цветочка. С помощью зеркал получите целый цветочек! Здесь можно подключать воображение и получать любые картинки на маленькой части рисунка.
Из трёх взаимно перпендикулярных зеркал можно составить уголковый отражатель. Он отражает любое излучение назад - туда, откуда оно пришло. Уголковый отражатель широко применяется в технике и даже был доставлен на Луну. На него посветили мощным лазерным лучом с Земли, и зеркала отразили этот свет назад.
Например, катафоты на велосипедах являются уголковыми отражателями.
Из трёх взаимно перпендикулярных зеркал можно составить уголковый отражатель. Он отражает любое излучение назад - туда, откуда оно пришло. Уголковый отражатель широко применяется в технике и даже был доставлен на Луну. На него посветили мощным лазерным лучом с Земли, и зеркала отразили этот свет назад.
Например, катафоты на велосипедах являются уголковыми отражателями.
Что такое перископ?
Перископ — это оптическое устройство, которое позволяет видеть объект из укрытия, например, из-за угла или из-под стола. Чаще всего их применяют в военном деле на подводных лодках и танках. Благодаря перископу подводник видит то, что находится над водой.
Посмотрите, как идет луч света в перископе. Чтобы его собрать своими руками, понадобиться лишь два зеркала и корпус перископа. Например, это может быть картон или картонная упаковка от молока. Спланируйте и сделайте свой перископ.
Перископ — это оптическое устройство, которое позволяет видеть объект из укрытия, например, из-за угла или из-под стола. Чаще всего их применяют в военном деле на подводных лодках и танках. Благодаря перископу подводник видит то, что находится над водой.
Посмотрите, как идет луч света в перископе. Чтобы его собрать своими руками, понадобиться лишь два зеркала и корпус перископа. Например, это может быть картон или картонная упаковка от молока. Спланируйте и сделайте свой перископ.
Одна из статей, как сделать перископ в домашних условиях https://ru.wikihow.com/сделать-перископ . Также можно найти немало видео в ютубе.
Фата-моргана
Фата-моргана – это редко встречающееся сложное оптическое явление в атмосфере, состоящее из нескольких форм миражей, при котором отдалённые объекты видны многократно и с разнообразными искажениями. Это явление часто водило за нос мореплавателей и не менее часто вдохновляло деятелей искусства. Так, в сказке Андерсена «Дикие лебеди» Элиза наблюдает это явление.
«Элиза опять устремила свой взор на замок, и вот горы, леса и замок сдвинулись вместе, и из них образовались двадцать одинаковых величественных церквей с колокольнями и стрельчатыми окнами».
Фата-моргана описана у Антона Павловича Чехова в повести «Чёрный монах». «Тысячу лет тому назад какой-то монах, одетый в чёрное, шел по пустыне, где-то в Сирии или Аравии… За несколько миль от того места, где он шёл, рыбаки видели другого чёрного монаха, который медленно двигался по поверхности озера. Этот второй монах был мираж. Теперь забудьте все законы оптики, которых легенда, кажется, не признаёт, и слушайте дальше. От миража получился другой мираж, потом от другого третий, так что образ чёрного монаха стал без конца передаваться из одного слоя атмосферы в другой.»
Вы только посмотрите! Это 347-метровый лайнер вместимостью 4180 человек и водоизмещением 168 000 тонн. Который как ни в чём не бывало парит в воздухе!
Фата-моргана описана у Антона Павловича Чехова в повести «Чёрный монах». «Тысячу лет тому назад какой-то монах, одетый в чёрное, шел по пустыне, где-то в Сирии или Аравии… За несколько миль от того места, где он шёл, рыбаки видели другого чёрного монаха, который медленно двигался по поверхности озера. Этот второй монах был мираж. Теперь забудьте все законы оптики, которых легенда, кажется, не признаёт, и слушайте дальше. От миража получился другой мираж, потом от другого третий, так что образ чёрного монаха стал без конца передаваться из одного слоя атмосферы в другой.»
Вы только посмотрите! Это 347-метровый лайнер вместимостью 4180 человек и водоизмещением 168 000 тонн. Который как ни в чём не бывало парит в воздухе!
Принцип Ферма. Закон преломления света.
При́нцип Ферма́ (принцип наименьшего времени Ферма) — постулат в геометрической оптике, согласно которому луч света между двумя точками распространяется по тому пути, который занимает меньше всего времени.
Кейс
Рассмотрим следующую задачу: представьте себе, что вы спасатель, и сидите в точке S, а в точке D тонет ЧЕЛОВЕК. Вы бегаете по земле быстрее, чем плаваете по воде.
Что делать спасателю, чтобы как можно скорее добраться до утопающего?
Конечно, в этих обстоятельствах спасателю глупо анализировать и вычислять, но маршрут, занимающий минимум времени, имеется и его можно рассчитать: это компромисс между прямой дорогой через точку J и дорогой, где меньше всего путь по воде, через точку N.
Преломление света
Опыты
1. Наберите неполную раковину воды (или любую другую достаточно крупную емкость) и опустите в нее линейку под некоторым углом к вертикали, так как показано на рисунке. Обратите внимание на то, что линейка как будто то бы «искривилась» и ее длина визуально изменилась. Попробуйте объяснить наблюдаемые явления.
2. Для того чтобы проделать еще один опыт для изучения преломления вам потребуется раковина наполненная водой и монета. Положите монетку на дно раковины и посмотрите на нее сверху, вы будете видеть монетку без искажений. Начинайте двигать голову в сторону (как показано на рисунке). Вы будете продолжать видеть монету и после того, как линия, соединяющая ваши глаза и монету будет пересекать край раковины. Данное явление связано с тем, что вследствие преломления вы будете наблюдать не за самой монетой, а за ее изображением, находящимся немного ближе к поверхности воды (подумайте о том, насколько ближе).
Миражи
Вернёмся к миражам и фата-моргане.
Мираж — оптическое явление в атмосфере: преломление потоков света на границе между резко различными по плотности и температуре слоями воздуха. Для наблюдателя такое явление заключается в том, что вместе с реально видимым отдаленным объектом (или участком неба) также видно и его отражение в атмосфере.
Опишем появление миража в пустыне.
Мираж — оптическое явление в атмосфере: преломление потоков света на границе между резко различными по плотности и температуре слоями воздуха. Для наблюдателя такое явление заключается в том, что вместе с реально видимым отдаленным объектом (или участком неба) также видно и его отражение в атмосфере.
Опишем появление миража в пустыне.
Солнце сильно нагревает песок пустыни. Воздух над песком на некоторое время становится менее плотным, чем в верхних слоях. Поэтому световые лучи, падая под малыми углами на поверхность нагретого слоя воздуха, искривляются и направляются вверх (рис. 1). Наблюдателю кажется, что они отражаются от земли. Обычно отражение происходит от поверхности воды. Поэтому и кажется, что между наблюдателем и горизонтом находится озеро. Образование мнимого изображения предметов из-за отражения света от слоев воздуха малой плотности называется миражом. В жаркий день можно часто наблюдать мираж на асфальтированных дорогах. Свет отражается от нагретых слоев воздуха, и создается впечатление луж, разлитых на асфальте (нижний мираж).
рис 1.
Иногда мираж можно наблюдать над холодной поверхностью моря (рис. 2), когда температура нижних слоев воздуха быстро растет с удалением от морской поверхности. В этом случае лучи света искривляются, поднимаясь в верхние, более теплые слои атмосферы (верхний мираж).
рис 2.
Фата-моргана – явление более сложное. Фата-моргана возникает в тех случаях, когда в нижних слоях атмосферы образуется (обычно вследствие разницы температур) несколько чередующихся слоев воздуха различной плотности, способных давать зеркальные отражения. В результате отражения, а также и преломления лучей, реально существующие (в том числе находящиеся далеко за горизонтом) объекты дают на горизонте или над ним по нескольку искаженных изображений, частично накладывающихся друг на друга и быстро меняющихся во времени, что и создаёт причудливую картину фата-морганы. В каждом отдельном случае фата-моргана своя.
Вот так выглядит, например, двойной мираж:
Фата-моргана может состоять из 3-х, 4-х и большего количества изображений, создавая порой целые города и причудливые конструкции.
Фата-моргана может состоять из 3-х, 4-х и большего количества изображений, создавая порой целые города и причудливые конструкции.
Как преломление света встречается в повседневной жизни, кейсы.
Местоположение тел в воде. Преломление в воде.
Блеск бриллиантов. Мокрые предметы становятся темнее.
Местоположение тел в воде. Преломление в воде.
Блеск бриллиантов. Мокрые предметы становятся темнее.
Вода и человек
Из-за явления преломления света, предметы находящиеся под водой мы видим искаженными. Расстояние до предметов под водой нам кажется не таким, какое оно в действительности. Неопытные купальщики нередко подвергаются большой опасности только потому, что забывают об одном любопытном следствии закона преломления света: они не знают, что преломление словно поднимает все погруженные в воду предметы выше истинного их положения. Дно пруда, речки, каждого водоема представляется глазу приподнятым почти на третью часть глубины; полагаясь на эту обманчивую мель, люди нередко попадают в опасное положение.
Из-за явления преломления света, предметы находящиеся под водой мы видим искаженными. Расстояние до предметов под водой нам кажется не таким, какое оно в действительности. Неопытные купальщики нередко подвергаются большой опасности только потому, что забывают об одном любопытном следствии закона преломления света: они не знают, что преломление словно поднимает все погруженные в воду предметы выше истинного их положения. Дно пруда, речки, каждого водоема представляется глазу приподнятым почти на третью часть глубины; полагаясь на эту обманчивую мель, люди нередко попадают в опасное положение.
