СВЕТ, УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЕ И ИНФРАКРАСНОЕ ИЗЛУЧЕНИЯ

5.1. ИЗ КАКИХ ЦВЕТОВ СОСТОИТ БЕЛЫЙ СВЕТ?

В результате многочисленных опытов учеными было доказано, что свет — это особый тип электромагнитных волн. Причем белый свет представляет собой сложную волну, состоящую из более простых волн.
В этом нам поможет убедиться физический прибор, который называется призмой. Если направить на трехгранную призму узкий пучок света, который проникает в затемненную комнату через маленькое отверстие в шторе, то мы увидим на противоположной стене изображение полоски с радужным чередованием цветов (рис. 239). Такое чередование цветов называется спектром. Спектр белого света состоит из семи цветов, которые воспринимаются глазом человека: красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего и фиолетового. Возможность разложения солнечного света на лучи разных цветов впервые экспериментально доказал И. Ньютон в 1666 г. Проводя опыты с призмами, Ньютон пришел к следующим важным выводам: 1) обычный белый свет является смесью лучей семи цветов: красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего и фиолетового; 2) лучи разных цветов, преломляясь в призме, отклоняются на различные углы, вследствие чего белый свет разлагается на цветные составляющие. Это связано с тем, что волны разного цвета имеют разную скорость распространения, которая зависит от частоты волны. Чем меньше скорость цветовой волны, тем на больший угол она отклоняется на границе двух сред.

Рис. 239

Помимо видимого излучения света существуют излучения за красной и фиолетовой частями спектра, которые невидимы.
За красной частью спектра находится зона электромагнитных волн, которые невидимы для глаза. Эти волны называются инфракрасными волнами, и их испускает любое нагретое тело, даже в том случае, когда оно не светится. Например, батареи отопления испускают инфракрасные волны, которые нагревают окружающую среду. Испускание и распространение энергии в виде волн и частиц называется излучением.
За фиолетовой частью спектра находится зона ультрафиолетового излучения, которое также невидимо. Однако ультрафиолетовые волны химически очень активны. Например, ультрафиолетовое излучение, идущее от Солнца, вызывает загар кожи.

Наблюдай и объясняй. В каких явлениях можно наблюдать разложение белого света на спектр? Объясни причины этих явлений.

5.2. ПОЧЕМУ НЕБО ГОЛУБОЕ?

Проявление волновых свойств света и разложение его в спектр можно наблюдать в природе. После дождя, когда в атмосфере рассеяно много мелких частиц воды, можно увидеть радугу. Радуга возникает в результате многократного преломления солнечного света через частицы воды.
Тем, что белый свет проявляет волновые свойства, объясняется и цвет голубого неба над нами. Проделай следующий опыт. В прямоугольный аквариум с прозрачными стенками налей воды и добавь немного молока. Затем возьми фонарик и, сделав луч света фонарика как можно тоньше, направь его на боковую стенку аквариума. Ты увидишь, что вода стала голубого цвета.
В этом опыте вода окрашивается в голубой цвет, потому что волны голубого цвета имеют свойство рассеиваться в среде, насыщенной различными примесями. В данном случае — это частицы молока. В атмосфере — это частицы самого воздуха.
Если посмотреть на фонарь с противоположной стенки аквариума, то можно увидеть, что его луч стал красноватого цвета.
В технике широко используются как инфракрасное, так и ультрафиолетовое излучения. Приборы ночного видения улавливают инфракрасные волны, которые затем преобразуются в волны видимой части спектра.
Ультрафиолетовое излучение в больших количествах отрицательно влияет на глаза и кожу человека. Однако в небольших дозах оно убивает микробов и благотворно влияет на организм человека. Эти свойства ультрафиолетового излучения нашли широкое применение в медицине.

Выполни задание. Проведи наблюдение за закатом Солнца (рис. 240). Объясни, почему на закате его свет становится красноватым.

Рис. 240

Свет — это электромагнитные волны, которые воспринимаются органами зрения человека. Белый свет — это сложная волна, состоящая из волн красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего, фиолетового цветов.

В этой главе вы познакомитесь с явлениями, связанными со светом (световые явления). Световые явления изучаются в разделе физики, который называется оптикой.

ПРИРОДА СВЕТА

1.1. ПОЧЕМУ МЫВИДИМ?

Ты уже знаешь, что свет — это электромагнитная волна, способная вызвать зрительные ощущения.
Большинство предметов, которые нас окружают, сами свет не испускают, но мы их видим, так как они освещены источником света (Солнцем, электрической лампочкой и т. д.). Если источник света убрать, то и видеть мы ничего не будем. От источника свет попадает на предметы и рассеивается от них во все стороны. Именно этот рассеянный свет мы и видим, глядя на предметы, которые сами не являются источниками света. Так, например, на ночном небе можно видеть Луну, которая сама свет не испускает.
Различные тела по-разному отражают и рассеивают свет, поэтому мир, который воспринимается человеком, такой разнообразный.
Процесс восприятия человеком предметов внешнего мира, состоящий в преобразовании света, излученного или отраженного этими предметами, называется зрением.
С помощью опытов установим один из основных законов оптики — закон прямолинейного распространения света. Для этого воспользуемся лазерной указкой. Налей в аквариум воды и поднеси указку к боковой стенке аквариума. Ты увидишь, что свет от указки распространяется вдоль прямой линии (рис. 241). Отсюда можно сделать вывод, что в однородной среде свет распространяется прямолинейно.

Рис. 241

Освети в темной комнате карманным фонариком футбольный мяч (рис. 242). На стене появится тень в виде темного круга. Тень — это область, куда не попадает свет от источника. Если бы свет распространялся не прямолинейно, то тень имела бы другую форму или ее не было вовсе.

Рис. 242

Наблюдай и объясняй. Освети фонарем в темной комнате вырезанные из картона треугольник и квадрат. Какая тень от них получилась на стене? Объясни наблюдаемое явление.

1.2. КАК ПРОИСХОДЯТ СОЛНЕЧНЫЕ И ЛУННЫЕ ЗАТМЕНИЯ?

Еще в древние времена люди сделали вывод о том, что свет распространяется прямолинейно. Благодаря этому были объяснены такие грандиозные явления, как солнечные и лунные затмения.
Попробуй поднести к глазу монетку. Чем ближе ты будешь ее приближать, тем меньше будешь видеть, и маленькая монетка может закрыть от твоего зрения большой дом. Точно так же и «маленькая» Луна закрывает Солнце, хотя радиус Солнца 696 000 км, а Луны — всего 1738 км. Это происходит потому, что Луна находится на расстоянии 384 400 км от Земли, а Солнце — на расстоянии 149 млн км. Лунная тень не закрывает одновременно всю Землю целиком, а проходит по ней узкой полосой (рис. 243). Ширина этой полосы зависит от взаимных расстояний Солнца, Земли и Луны. Если на одной линии окажутся Луна, Солнце и наблюдатель на Земле, то он увидит солнечное затмение.

Рис. 243

Для конкретной территории солнечные затмения достаточно редкие явления. Полное солнечное затмение (рис. 244) — очень красивое явление, во время которого Солнце имеет вид черного диска, окруженного сиянием (короной). В это время дневной свет настолько может ослабеть, что будут видны звезды.

Рис. 244

Чаще бывают лунные затмения. Луна светит отраженным солнечным светом, поэтому, когда Земля полностью закрывает от Луны Солнце, мы наблюдаем это явление, во время которого лунный диск остается видимым, но приобретает темно-красный оттенок (рис. 245).

Рис. 245

Сделай сам. Лунные затмения можно наблюдать достаточно часто (иногда три раза в год). Выясни, когда будет ближайшее лунное затмение, и проведи наблюдение за ним.

Луч света в однородной среде распространяется прямолинейно.