Світловий промінь і світловий пучок. Закон прямолінійного поширення світла. Сонячне і місячне затемнення.

Світловий промінь і світловий пучок. Закон прямолінійного поширення світла. Сонячне і місячне затемнення. Курчинська Д. В.

Коли ви запускаєте «сонячних зайчиків», то, не підозрюючи того, користуєтеся законом прямолінійного поширення світла. З'ясуємо, в чому полягає цей закон і які явища він пояснює.

Якщо між оком і яким-небудь джерелом світла розмістити непрозорий предмет, ми не побачимо джерела світла. Це пояснюється тим, що в однорідному середовищі світло поширюється прямолінійно. Середовище називають однорідним, якщо густина речовини, з якої воно складається, в усіх точках однакова.

Про прямолінійне поширення світла ще за 300 років до нової ери писав засновник геометрії Евклід. Цілком можливо, що поняття прямої лінії виникло з уявлень про прямолінійне поширення світла в однорідному середовищі. Світло від будь-якого джерела, наприклад електричної лампи, поширюється в усіх напрямках. Якщо від джерела світла провести пряму лінію, ми отримаємо промінь світла.

Промінь світла — це уявна лінія, уздовж якої поширюється світло. Якщо світлові промені обмежити певною поверхнею у просторі, то ми отримаємо світловий пучок. Світлові пучки можна спостерігати в повітрі, що містить достатню кількість порошинок, які відбивають світло. Ви, звичайно, бачили світлові пучки від кишенькового ліхтарика, прожектора кінопроектора. У природі часто можна спостерігати великі світлові пучки, що утворюються під час проходження сонячних променів через розриви у хмарах, просвіти у кронах дерев У чистому повітрі світлових пучків не видно.

У прозорому однорідному середовищі світло поширюється прямолінійно. Про цей закон ще понад 2500 років тому писав давньогрецький учений Евклід. У геометрії поняття променя та прямої лінії виникли на основі уявлення про світлові промені.

Унаслідок того, що в однорідному середовищі світло поширюється прямолінійно, ми можемо спостерігати тіні і півтіні, фази Місяця, сонячні і місячні затемнення. Тінь — частина простору за непрозорим предметом, куди не проникає світло. У сонячний день чітко видно тіні людей, будівель, дерев та інших предметів

Якщо розміри джерела світла набагато менші за відстань від джерела світла до екрана, то таке джерело називають точковим джерелом світла. Візьмемо джерело світла, розміри якого більші порівняно з відстанню від нього до екрана, і повторимо дослід. Навколо тіні на екрані утворюється частково освітлений простір – півтінь.

Утворення півтіні також підтверджує закон прямолінійного поширення світла. У даному випадку джерело світла складається з багатьох точкових джерел, кожне з яких випромінює світло. На екрані є ділянки, у які світло від одних точкових джерел потрапляє, а від інших - ні, там і утворюється півтінь.

Місяць - природний супутник Землі. Протягом місяця ми можемо спостерігати, як змінюється форма видимої із Землі частини Місяця. Різні форми видимої із Землі частини Місяця називають фазами Місяця. Ще у глибоку давнину люди могли пояснити явище зміни місячних фаз.

Фази Місяця пояснюються взаємним розташуванням Сонця, Місяця і Землі, а також тим, що Місяць власного світла не випромінює, а відбиває сонячне. Сонце знаходиться на великій відстані від Місяця, тому пучок сонячних променів, що падає на Місяць, можна вважати паралельним. Унаслідок цього освітлюється тільки половина Місяця, а друга його половина залишається в тіні. Рух Землі і Місяця приводить до того, що до Землі можуть бути одночасно обернені світла і темна частини Місяця, і тоді він здається нам неповним.

Коли Місяць проходить між Сонцем і Землею, до нас обернено його темний бік. Тоді Місяця зовсім не видно. Цю фазу називають молодиком. Через 2 дні, коли Місяць переміститься на схід від Сонця, до нас буде обернена невелика частина освітленої півкулі Місяця - буде видно вузький серп. Ще через 5 днів ми побачимо праву половину світлої півкулі Місяця - першу чверть. За 2 тижні після нового Місяця настає наступна місячна фаза - повний місяць. Після повного Місяця його освітлена частина починає зменшуватися - настає остання чверть, і ми бачимо ліву половину півкулі Місяця. У наступні дні Місяць набуває форми серпа, і, нарешті, його не видно - знову настає молодик.

У космічних масштабах тінь і півтінь можна спостерігати під час сонячних і місячних затемнень. Планети та їх супутники, що освітлюються Сонцем, утворюють тіні і напівтіні.

Якщо Місяць у ході свого руху навколо Землі в якийсь момент виявляється між Землею і Сонцем, він утворює на земній поверхні тінь, і тоді на цих територіях спостерігається сонячне затемнення. Сонячні затемнення бувають тільки під час нового Місяця. Їх можна спостерігати лише на тих ділянках поверхні Землі, на які падає тінь або півтінь Місяця.

Якщо ділянка знаходиться в тіні Місяця, то спостерігається повне затемнення Сонця; для ділянок, що знаходяться в півтіні, сонячне затемнення буде частковим.

У зв’язку з тим, що Місяць рухається із заходу на схід, затемнення починається на західному (правому) краю Сонця. На початку затемнення на диску Сонця з’являється невелика «щербина», яка поступово збільшується, і Сонце набуває форми вузького серпа. Коли диск Місяця повністю закриє Сонце, ми побачимо навколо нього дивовижне сяйво - корону Сонця - частину розжареної сонячної атмосфери .

Під час повного сонячного затемнення швидко темніє. На небі стає видно зірки і планети. Знижується температура повітря, іноді випадає роса. У небі видно чорний диск з палаючою навколо нього сонячною короною. У давні часи вважали, що це величезний дракон пожирає Сонце.

Подальше переміщення Місяця приводить до того, що через деякий час знову стає видно вузький сонячний серп, а сонячну корону вже не видно. Диск Місяця переміщається все далі у східному напрямку, і незабаром на небі знову яскраво світить Сонце.

Повне затемнення може тривати не більше ніж 8 хвилин, зазвичай 2-3 хвилини. У різних точках поверхні Землі сонячне затемнення не тільки спостерігається по-різному, але й настає в різний час. Це пояснюють тим, що внаслідок руху Місяця навколо Землі тінь Місяця (область повного затемнення) рухається по поверхні Землі із заходу на схід зі швидкістю 1 км/с. Повне затемнення можна спостерігати в межах смуги завдовжки в кілька тисяч кілометрів і завширшки 270 км. На решті частини поверхні Землі це затемнення спостерігається як часткове або не спостерігається.

Повне сонячне затемнення на Землі можна спостерігати один раз на півтора року, а ось в одному і тому самому місці земної поверхні - рідко, лише один раз на 300 років. Коли Місяць потрапляє в тінь Землі, настає місячне затемнення

Місячні затемнення відбуваються тільки при повному Місяці. Оскільки Місяць рухається із заходу на схід, то коли він, переміщаючись, починає заходити в тінь Землі, на місячному диску з’являється «щербина», що поступово збільшується в розмірах. Місяць набуває форми серпа, що на вигляд різко відрізняється від звичайних місячних фаз.

Затемнення Місяця буде повним, якщо він повністю увійде в тінь Землі. Якщо ж він переміщується лише по частині області земної тіні, затемнення буде частковим. Діаметр земної тіні значно більший від діаметра місячного диска, тому повне місячне затемнення триває порівняно довго, близько 2 годин. Картина місячного затемнення виглядає однаково під час спостереження з будь-якої точки поверхні Землі, зверненої в цей час до Місяця, і у всіх цих точках воно починається і закінчується одночасно. При повному затемненні місячний диск стає темно-червоного кольору. Космонавт, який перебував би в цей час на Місяці, міг би спостерігати чорний диск Землі із червоним кільцем навколо нього. Кожні 18 років відбувається 29 місячних затемнень, але інтервали часу між ними різні. Так, упродовж року може не спостерігатися жодного місячного затемнення, а наступного року їх буде 2 або 3.

Поміркуйте1. Дайте означення світлового променя. 2. Сформулюйте закон прямолінійного поширення світла. 3. Які досліди та явища підтверджують прямолінійність поширення світла? 4. За яких умов предмет утворюватиме тільки повну тінь, а за яких — повну тінь і півтінь?

Дякую за увагу.