Перші наукові гіпотези про природу світла були висловлені у 17 столітті. На той час було виявлено дві чудові властивості світла – прямолінійність поширення в однорідному середовищі і незалежність поширення світлових пучків, тобто. відсутність впливу одного пучка світла поширення іншого світлового пучка.
І. Ньютон у 1672 р. висловив припущення про корпускулярну природу світла. Проти корпускулярної теорії світла виступали сучасники Ньютона – Р. Гук та Х. Гюйгенс, які розробили хвильову теорію світла.
Швидкість світла. Першим великим успіхом у вивченні природи світла був вимір швидкості світла.
Найпростіший спосіб виміру швидкості світла полягає у вимірі часу поширення світлового сигналу на відому відстань.
Однак спроби здійснення такого роду дослідів закінчувалися невдачею, ніякого запізнення світла навіть на відстані до дзеркала в кілька кілометрів виявити не вдалося.
Вперше експериментально швидкість світла було визначено астрономічним методом. Данським ученим Олаф Ремер (1644-1710) в 1676р. він виявив, що при зміні відстані між Землею і планетою Юпітер внаслідок їхнього обертання навколо Сонця відбувається зміна періодичності появи супутника Юпітера Іо його тіні. У тому випадку, коли Земля знаходиться по інший бік від Сонця по відношенню до Юпітера, супутник Іо з'являється через Юпітера на 22 хвилини пізніше, ніж це має статися за розрахунками. Але супутники обертаються навколо планет поступово, - отже, це запізнення здавалося б. Ремер здогадався, що причиною запізнення появи супутника Юпітера зі збільшенням відстані між Землею та Юпітером є кінцівка швидкості світла. Таким чином він зміг визначити швидкість світла.
Визначення світла
Світло - це електромагнітне випромінювання, невидиме для ока. Світло стає видимим при зіткненні із поверхнею. Кольори утворюються із хвиль різної довжини. Усі кольори разом утворюють біле світло. При заломленні світлового променяу призмі чи краплі води весь спектр кольорів стає видимим, наприклад, веселка. Око сприймає діапазон видимого світла, 380 - 780 нм, за межами якого знаходяться ультрафіолетове (УФ) та інфрачервоне (ІЧ) світло.
Виникнення теорії світла
У XVII столітті виникло дві теорії світла хвильова та корпускулярна. Корпускулярну теорію запропонував Ньютон, а хвильову Гюйгенс. Згідно з уявленнями Гюйгенса світло хвилі, що розповсюджуються в особливому середовищі ефірі, що заповнює весь простір. Дві теорії тривалий час існували паралельно. Якщо з однієї з теорій не можна було пояснити якесь явище, то з іншого це можна пояснити. Саме тому ці дві теорії так довго існували паралельно одна одній.
Наприклад: прямолінійне поширення світла, що призводить до утворення різких тіней не можна було пояснити, виходячи з хвильової теорії. Однак у початку XIXстоліття були відкриті такі явища як дифракція та інтерференція, що дало привід для думок, що хвильова теоріяостаточно перемогла корпускулярну. У другій половині XIX століття Максвел показав, що світло окремий випадокелектромагнітні хвилі. Ці роботи послужили фундаментом для електромагнітної теоріїсвітла. Однак на початку XX століття було виявлено, що при випромінюванні та поглинанні світло поводиться подібно до потоку частинок.
Корпускулярна теорія
Емісійна (корпускулярна): світло складається з дрібних частинок (корпускул), що випромінюються тілом, що світиться. На користь цієї думки говорила прямолінійність поширення світла, де заснована геометрична оптика, проте дифракція та інтерференція погано вкладалися у цю теорію. Від сюди походить хвилева теорія.
Хвильова теорія
Хвильова: світло є хвилю в невидимому світовому ефірі. Опонентів Ньютона (Гука, Гюйгенса) нерідко називають прихильниками хвильової теорії, проте треба пам'ятати, що під хвилею вони розуміли не періодичне коливання, як і сучасної теорії, а одиночний імпульс; з цієї причини їх пояснення світлових явищ були мало правдоподібними і не могли скласти конкуренцію ньютонівським (Гюйгенс навіть намагався спростувати дифракцію). Розвинена хвильова оптика з'явилася лише на початку ХІХ століття.
Ньютона часто вважають прихильником корпускулярної теорії світла; насправді він, за своїм звичаєм, «гіпотез не вигадував» і охоче припускав, що світло може бути пов'язане і з хвилями в ефірі. У трактаті, представленому в Королівське суспільство в 1675 році, він пише, що світло не може бути просто коливаннями ефіру, тому що тоді він, наприклад, міг би поширюватися вигнутою трубою, як це робить звук. Але, з іншого боку, він пропонує вважати, що поширення світла збуджує коливання в ефірі, що породжує дифракцію та інші хвильові ефекти. Фактично, Ньютон, ясно усвідомлюючи переваги і недоліки обох підходів, висуває компромісну, корпускулярно-хвильову теорію світла. У своїх роботах Ньютон детально описав математичну модель світлових явищ, залишаючи осторонь питання про фізичний носій світла: «Вчення моє про заломлення світла і кольори полягає єдино у встановленні деяких властивостей світла без жодних гіпотез про його походження». Хвильова оптика, коли вона з'явилася, не відкинула моделі Ньютона, а увібрала їх у себе та розширила на новій основі.
Незважаючи на свою нелюбов до гіпотез, Ньютон помістив наприкінці «Оптики» список невирішених проблем та можливих відповідей на них. Втім, у ці роки він уже міг собі таке дозволити – авторитет Ньютона після «Початків» став незаперечним, і докучати йому запереченнями вже мало хто наважувався. Ряд гіпотез виявилися пророчими. Зокрема, Ньютон передбачив:
відхилення світла у полі тяжіння;
явище поляризації світла;
взаємоперетворення світла та речовини.
Висвітлить свої знання в галузі науки нашими забавними легкими фактами для дітей. Насолоджуйтесь цікавими дрібницями, пов'язаними зі швидкістю світла, оптикою, сонячним світлом, ультрафіолетовим світлом та інфрачервоним світлом. Розуміють, як працює електромагнітне випромінювання, і виявляють безліч цікавих властивостей світла.
У фізиці світло відноситься до електромагнітного випромінювання. Світло, про яке ми зазвичай говоримо в повсякденному житті, відноситься до видимого спектру (частини електромагнітного спектру, який може бачити людське око).
Інші тварини можуть бачити частини спектру, які люди не можуть. Наприклад, велика кількістькомах може бачити ультрафіолетове (УФ) світло.
Ультрафіолетове світло можна використовувати для того, щоб показати речі, які людське око не бачить, знадобиться для криміналістів.
Довжина хвилі інфрачервоного світла дуже велика, щоб бути видимою для людського ока.
Вчені вивчають властивості та поведінку світла в галузі фізики, відомої як оптика.
Ісаак Ньютон зауважив, що тонкий промінь сонячного світла, що вражає скляну призму під кутом, створює смугу. видимих квітів, Що включає червоний, помаранчевий, жовтий, зелений, синій, індиго та фіолетовий (ROYGBIV). Це сталося тому, що різні кольори проходять через скло (та інші середовища) з різною швидкістю, змушуючи їх переломлюватися під різними кутамиі відокремлюватися один від одного.
Світло проходить дуже, дуже швидко. Швидкість світла у вакуумі (область, вільна від матерії) становить близько 186 000 миль на секунду (300 000 кілометрів на секунду).
Світло поширюється повільніше за допомогою різних середовищ, таких як скло, вода та повітря. Цим середовищам дається показник заломлення для опису того, наскільки вони уповільнюють рух світла. Скло має показник заломлення 1,5, що означає, що вогні проходять через нього зі швидкістю близько 124 000 миль на секунду (200 000 км на секунду). Показник заломлення води становить 1,3, а показник заломлення повітря – 1.0003, що означає, що повітря лише трохи уповільнює світло.
Світло займає 1,255 секунд, щоб дістатися від Землі до Місяця.
Сонячне світло може досягати глибини близько 80 метрів (262 фути) в океані.
Одна з багатьох речей, над якими працював італійський вчений Галілей Галілей, - це телескопи, які виробляють телескопи з 30-кратним збільшенням у деяких з його пізніших робіт. Ці телескопи допомогли йому виявити чотири найбільші місяці, що обертаються навколо Юпітера (пізніше названі супутниками Галілея).
Фотосинтез - це процес, який включає рослини, що використовують енергію від сонячного світла, для перетворення вуглекислого газуу їжу.
План:Перші відомості про світ у античний період.
Створення основ геометричної оптики (Евклід,
Архімед, Птолемей, Лукрецій Кар).
Розвитку вчення про світло в період середньовіччя
(Роджер Бекон) та в епоху Відродження (Леонардо
так Вінчі, Порта).
Розвитку вчення про світло XVII столітті (Кеплер, Гук,
Гюйгенс, Галілей, Фермі). Створення почав
хвильової оптики та перших оптичних приладів
(Ліпперсгей, Галілей, Левенгук).
Розвиток оптики у ХІХ столітті. Створення
теоретичних та експериментальних засад
хвильової оптики (Юнг, Френель, Стефан,
Больцман, Він, Максвелл, Майкельсон).
1. Перші відомості про світло в античний період. Створення основ геометричної оптики (Евклід, Архімед, Птолемей, Лукрецій Кар).
Вже в III ст до н. е. склалася геометрична оптика, основиякої викладено у працях знаменитого Евкліда (300г. до зв.
е.), що узагальнює Емпіричні дані попередників
(Праці «оптика» та «катоптрики»). Дотримуючись Платона, Евклід
поділяє теорію зорових променів. Ці промені – прямі лінії.
Видимість предмета обумовлено тим, що з ока, як з
вершини, йде контур променів, що утворюють якого
спрямовані щодо кордону предмета. Величина
предмета визначається під кутовим зором.
В «оптиці» вперше формується закон прямолінійного
поширення світла.
У «Катоптриці» Евкліда розглядається явище відображення
світла. Тут сформульовано закон відображення світла. Цей закон
застосовується як і плоским так і сферичним дзеркалам. Легенда приписує Архімеду
спалення римського флоту за допомогою
увігнутих дзеркал. Давнім був відомий
дія лінз, точніше-скляних
кульок. Так, драматург Арістофан,
сучасник Сократа, радить
боржнику розтопити боргове
зобов'язання, написане на восковій
дошці, за допомогою запального
скла. Птолемей (19-бл. 160 ст до н.е.) досліджував
заломлення світла за допомогою (диск)
приладу, але закон заломлення не знайшов.
Лукрецій Кар (94-51гг.до н. е.) у своїй
поемі «про природу речей» трактує світло як
якийсь матеріальний субстрат. У ній ми
знаходимо прообраз корпускулярної природи
світла.
З поеми видно, що він був знайомий закон
відбиття світла:
«… відскакувати все від речей змушує
природа і відбивається назад під таким же
кутом, як упало».
2. Розвитку вчення про світло в період середньовіччя (Роджер Бекон) та в епоху Відродження (Леонардо да Вінчі, Порта).
У період середньовіччя оптика не набула якогось розвитку,за винятком висловлювань та спостережень за світловими явищами
у роботах Роджера Бекона, що належать до XIII ст.
Роджер Бекон пояснював виникнення веселки заломленням у
дощових краплях; людям із слабким зором радив прикладати
до ока опуклу лінзу.
У період епохи Відродження (XV-XVI ст.) значний внесок у
розвиток оптики вніс Леонардо да Вінчі. Він вперше встановив, що
око важливо схожий з камерою-обскурою. Він же пояснив
стереоскопічність зору баченням двома очима. Йому належать
перші ідеї про хвильовий рух.
3. Розвитку вчення про світлі XVII столітті (Кеплер, Гук, Гюйгенс, Галілей, Фермі). Створення почав хвильової оптики та перших оптичних приладів (Ліппе
3. Розвитку вчення про світло XVII столітті (Кеплер, Гук, Гюйгенс,Галілей, Фермі). Створення почав хвильової оптики та
перших оптичних приладів (Ліпперсгей, Галілей,
Левенгук).
У XVII столітті оптика пережила винятковий розквіт. До
кінцю століття вона перетворилася на розгорнуту могутню галузь
фізичної науки поряд з механікою, доставила
єдино надійний матеріал для теоретичних
узагальнень.
У цей період розгорнулася теоретична боротьба навколо
питання про природу світла.
Розквіт оптики розпочався з удосконаленням методів
шліфування оптичного склата пошуків збільшувальних труб. У 1608 р. голландець Ліпперсгей подав
заявку на видачу йому патенту на
зорову трубу.
Галілей (1564-1642), почувши про трубу,
став думати над його можливим
пристроєм та самостійно
виготовив звану зараз трубу
Галілея. Вона використовується у біноклях.
4. Розвиток оптики у ХІХ столітті. Створення теоретичних та експериментальних основ хвильової оптики (Юнг, Френель, Стефан, Больцман, Він, Максвелл,
Майкельсон).У XIX столітті у розвиток вчення про світло зробили великий внесок
вчені Юнг та Больцман, . Розглянемо їхні роботи.
Юнг Томас (1773-1829) - англійський вчений, один з
творців хвильової оптики, член Лондонського Королівського
товариства та його секретар (1802-1829). У 2 роки почав читати,
виявивши феноменальну пам'ять. У 4 роки знав на згадку
твори багатьох англійських поетів, у 8-9 років опанував
токарною майстерністю, майстрував різні фізичні
прилади, в 14 років познайомився з диференціальним
обчисленням (за Ньютоном), вивчив багато мов. Навчався у
Лондонському, Единбурзькому та Геттинському університетах,
спочатку вивчав медицину, потім захопився фізикою, зокрема,
оптикою та акустикою. АВ останні рокижиття займався
упорядкуванням єгипетського словника. У 1793 р. пояснив явище акомодації ока зміною
кривизни кришталика
2. У 1800 р. виступив на захист теорії світла.
3. У 1801 р. пояснив явище інтерференції світла та кільця
Ньютон.
4. У 1803 р. запровадив термін «інтерференція».
5. У 1803 р. зробив спробу пояснити дифракцію світла від
тонкої нитки, пов'язуючи її з інтерференцією.
6. Показав, що при відображенні променя світла від щільнішого
поверхні відбувається втрата напівхвилі.
7. Виміряв довжини хвиль різних кольорів, отримав для довжини
хвилі червоного кольору 0, 7 мікрона, для фіолетового-0, 42.
8. Висловив думку (1807 р.), що світло та промениста теплота
відрізняються один від одного лише довжиною хвилі.
9. У 1817 р. висунув ідею поперечності світлових хвиль. Больцман Людвіг (1844-1906) - австрійський фізик - теоретик,
член Австрійської та членкор. Петербурзькій АН.
У 1866 р. ввів закон розподілу газових молекул за
швидкостям (статистика Больцмана).
У 1872 р. вивів основне рівняння кінетичної енергії
газу:
p=2n m0 ˂v˃/2
3
де ˂v˃ – середня швидкістьмолекул, m0 маса молекули, nконцентрація молекул (кількість молекул в одиниці об'єму
газу).
У 1872 р. довів статистичний характер 2-го початку
термодинаміки, показав неспроможність гіпотези теплової
смерті Всесвіту.
Вперше до вивчення застосував принципи термодинаміки. Використовую гіпотезу Дж. Максвелла про світловий тиск,
1884 р. теоретично відкрив закон теплового випромінювання:
4
E=ßT ,раніше (1879 р.) експериментально встановлений
Стефаном (закон Стефана-Больцмана).
У 1884 р. із термодинамічних міркувань вивів
існування тиску світла.
Відстоював атомістичну теорію.
На честь Больцмана названо коефіцієнт пропорційності в
рівнянні:
p = knT,
-23
-1
рівний 1,380662*10
Дж* К, названий постійною
Больцмана - однією з найважливіших постійних у фізиці, що дорівнює
відношенню температури, вираженої в одиницях енергії
(Джоулі), до тієї ж температури, вираженої в градусах
Кельвіна:
до=2/3*m(0) (v)*2/2/T
Запитання:
1.2.
3.
4.
5.
Хто відкрив на Місяці існування гір та
западин?
Як називається поема Лукреція Кара?
У період якої епохи значний внесок у
розвиток оптики вніс Леонардо да Вінчі?
Який термін вів Юнг Томас у 1803 році?
Ким і в якому році винайдено мікроскоп?
Світло – це дивовижне явище, він у прямому і переносному значенніосяює наше життя безліччю способів.
Сонце насправді біле, якщо дивитися з космосу, оскільки його світло не розсіюється нашою атмосферою. З Венери ви взагалі не побачите Сонце, тому що там атмосфера надто щільна.
1
Люди біолюмінесцентні завдяки реакціям обміну речовин, але наше свічення у 1000 разів слабше, ніж можна побачити неозброєним поглядом.
2
Сонячне світло може проникати на глибину океану приблизно 80 метрів. Якщо спуститися на 2000 метрів глибше, то там можна виявити біолюмінесцентну морську межу, яка заманює своїх жертв тілом, що світиться.
3
Рослини зелені, оскільки вони відбивають зелене світлота вбирають інші кольори для фотосинтезу. Якщо ви помістите рослину під зелене світло, вона швидше за все загине.
4
Північне та південне полярне сяйвовиникає, коли "вітер" від сонячних спалахіввзаємодіє з частинками земної атмосфери. Згідно з легендами ескімосів, полярне сяйво – це душі померлих, які грають у футбол із головою моржа.
5
За 1 секунду Сонце випромінює достатньо енергії, щоб забезпечити нею весь світ протягом мільйона років.
6
Найдовшою лампою в світі є столітня лампа в пожежній частині Каліфорнії. Вона безперервно горить із 1901 року.
7
Світловий чхальний рефлекс, який викликає неконтрольовані напади чхання у присутності яскравого світлазустрічається у 18-35 відсотків людей, хоча ніхто не може пояснити, чому він виникає. Один із способів впорається з ним – носити сонячні окуляри.
8
При подвійній веселці світло відбивається двічі всередині кожної краплі води, а кольори в зовнішній веселці розташовані у зворотному порядку.
9
Деякі тварини бачать світло, яке ми не можемо бачити. Бджоли бачать ультрафіолетове світло, тоді як гримучі змії бачать інфрачервоне світло.
10
Ніагарський водоспад був вперше електрично підсвічений в 1879 році, і освітлення було рівноцінним підсвічуванням 32 000 свічок. Сьогодні підсвічування Ніагарського водоспаду рівноцінне освітленню 250 мільйонами свічок.
11
Коли світло проходить через різні речовини, він уповільнюється та заломлюється. Таким чином, лінза фокусує промені в одній точці і може підпалити папір.
12
Світло має імпульс. Вчені розробляють засоби використання цієї енергії для далеких космічних подорожей.
13
Очі жаби настільки чутливі до світла, що дослідники із Сінгапуру використовують їх для розробки неймовірно точних фотонних детекторів.
14
Видиме світлоє лише частиною електромагнітного спектра, який бачать наші очі. Саме тому світлодіодні лампи такі економічні. На відміну від ламп розжарювання, світлодіодні лампи випромінюють лише видиме світло.
15
Світлячки випромінюють холодне свічення через хімічну реакціюзі 100-відсотковою ефективністю. Вчені працюють над імітацією світлячків для створення економічніших світлодіодів.
16
Щоб вивчити, як наші очі сприймають світло, Ісаак Ньютон вставляв голки в очницю. Він намагався зрозуміти, чи є світло результатом того, що виходить ззовні або зсередини. (Відповідь: обидва припущення правильні, тому що палички в очах реагують на певні частоти).
17
Якби Сонцю раптово прийшов кінець, ніхто на Землі не помітив би цього ще протягом 8 хвилин 17 секунд. Це час, який потрібен сонячному світлу, щоб досягти землі. Але не турбуйтесь, у Сонця залишилося палива ще на 5 мільярдів років.
18
Незважаючи на назву, чорні діри насправді є найбільш яскравими об'єктамиу Всесвіті. Незважаючи на те, що ми не можемо зазирнути за обрій подій, вони можуть генерувати більше енергії, ніж галактики, в яких вони розташовані.
19
Веселка виникає, коли світло зустрічається з краплями води в повітрі, заломлюється і відбивається всередині краплі і знову заломлюється, залишаючи її.
20
Світло – це дивовижне явище, воно у прямому та переносному сенсі осяює наше життя безліччю способів. ООН оголосила 2015 рік Міжнародним рокомсвітла, щоб продемонструвати "жителям Землі важливість світла та оптичних технологій у житті, для майбутнього та для розвитку суспільства". Ось кілька цікавих фактівпро світло, про які ви, можливо, не знали.
Сонячне світло1. Сонце насправді біле, якщо дивитись із космосу, оскільки його світло не розсіюється нашою атмосферою. З Венери ви взагалі не побачите Сонце, тому що там атмосфера надто щільна.
2. Люди біолюмінесцентні завдяки реакціям обміну речовин, але наше свічення у 1000 разів слабше, ніж можна побачити неозброєним поглядом.
3. Сонячне світло може проникати на глибину океану приблизно 80 метрів. Якщо спуститися на 2000 метрів глибше, то там можна виявити біолюмінесцентну морську межу, яка заманює своїх жертв тілом, що світиться.
4. Рослини зелені, тому що вони відображають зелене світло та вбирають інші кольори для фотосинтезу. Якщо ви помістите рослину під зелене світло, вона швидше за все загине.
5. Північне та південне полярне сяйво виникає, коли "вітер" від сонячних спалахів взаємодіє з частинками земної атмосфери. Згідно з легендами ескімосів, полярне сяйво – це душі померлих, які грають у футбол із головою моржа.
6. За 1 секунду Сонце випромінює достатньо енергії, щоб забезпечити нею весь світ протягом мільйона років.
7. Найдовшою лампою в світі є столітня лампа в пожежній частині Каліфорнії. Вона безперервно горить із 1901 року.
8. Світловий чхальний рефлекс, який викликає неконтрольовані напади чхання у присутності яскравого світла, зустрічається у 18-35 відсотків людей, хоча ніхто не може пояснити, чому він виникає. Один із способів впорається з ним – носити сонячні окуляри.
9. При подвійній веселці, світло відображається двічі всередині кожної краплі води, а кольори у зовнішній веселці розташовані у зворотному порядку.
10. Деякі тварини бачать світло, яке ми не можемо бачити. Бджоли бачать ультрафіолетове світло, тоді як гримучі змії бачать інфрачервоне світло.
11. Ніагарський водоспад був вперше електрично підсвічений в 1879 році, і освітлення було рівноцінним підсвічуванням 32 000 свічок. Сьогодні підсвічування Ніагарського водоспаду рівноцінне освітленню 250 мільйонами свічок.
12. Коли світло проходить через різні речовини, воно сповільнюється та заломлюється. Таким чином, лінза фокусує промені в одній точці і може підпалити папір.
Закони світла
13. Світло має імпульс. Вчені розробляють засоби використання цієї енергії для далеких космічних подорожей.
14. Очі жаби настільки чутливі до світла, що дослідники із Сінгапуру використовують їх для розробки неймовірно точних фотонних детекторів.
15. Видимий світло є лише частиною електромагнітного спектру, який бачать наші очі. Саме тому світлодіодні лампи такі економічні. На відміну від ламп розжарювання, світлодіодні лампи випромінюють лише видиме світло.
16. Світлячки випромінюють холодне свічення через хімічну реакцію зі 100-відсотковою ефективністю. Вчені працюють над імітацією світлячків для створення економічніших світлодіодів.
17. Щоб вивчити, як очі наші сприймають світло, Ісаак Ньютон вставляв голки в очницю. Він намагався зрозуміти, чи є світло результатом того, що виходить ззовні або зсередини. (Відповідь: обидва припущення правильні, тому що палички в очах реагують на певні частоти).
18. Якби Сонцю раптово прийшов кінець, ніхто на Землі не помітив би цього ще протягом 8 хвилин 17 секунд. Це час, який потрібний сонячному світлу, щоб досягти Землі. Але не турбуйтесь, у Сонця залишилося палива ще на 5 мільярдів років.
19. Незважаючи на назву, чорні діри насправді є найяскравішими об'єктами у Всесвіті. Незважаючи на те, що ми не можемо зазирнути за обрій подій, вони можуть генерувати більше енергії, ніж галактики, в яких вони розташовані.
20. Веселка виникає, коли світло зустрічається з краплями води в повітрі, заломлюється і відбивається всередині краплі і знову заломлюється, залишаючи її.
