Свет, отражение и линзы

Свет идёт прямо

В однородной среде свет распространяется прямолинейно. Проверить это можно тремя картонками с отверстиями: увидеть лампу удастся лишь тогда, когда отверстия выстроятся в одну линию.

Отсюда тень. Непрозрачное тело не пропускает свет, и за ним остаётся область, куда лучи не попадают.

Если источник маленький, тень получается резкой. Если источник большой, у тени появляется размытый край, полутень.

Затмения устроены точно так же. Луна отбрасывает тень на Землю, и там, где эта тень проходит, наступает солнечное затмение.

Отражение

Свет, падая на поверхность, отражается. Угол падения равен углу отражения, и оба луча лежат в одной плоскости с перпендикуляром к поверхности.

Гладкая поверхность даёт зеркальное отражение: лучи идут упорядоченно, и мы видим изображение.

Шероховатая поверхность рассеивает лучи во все стороны. Именно поэтому лист бумаги виден со всех сторон, а зеркало показывает картинку только под нужным углом.

Изображение в плоском зеркале мнимое, прямое и того же размера. Оно кажется расположенным за зеркалом на том же расстоянии, что и предмет перед ним.

Преломление

На границе двух прозрачных сред свет меняет направление. Это и есть преломление.

Причина в разной скорости света. В воде он идёт медленнее, чем в воздухе, и луч поворачивает к перпендикуляру.

Отсюда все обманы зрения с водой. Дно кажется ближе, ложка переломленной, а рыба в реке не там, где выглядит.

Преломление разлагает белый свет на цвета: разные цвета отклоняются по-разному. Так работает призма и так возникает радуга.

Линзы

Линза это прозрачное тело, ограниченное двумя сферическими поверхностями. Свет в ней преломляется дважды: на входе и на выходе.

Собирающая линза толще в середине. Параллельные лучи после неё сходятся в одной точке, которую называют фокусом.

Рассеивающая линза тоньше в середине и разводит лучи. Её фокус мнимый, лучи только кажутся выходящими из одной точки.

Расстояние от линзы до фокуса называют фокусным. Чем оно меньше, тем сильнее линза преломляет свет.

Изображение в линзе

Что получится за собирающей линзой, зависит от расстояния до предмета.

Предмет далеко за фокусом, и изображение выходит перевёрнутым и уменьшенным. Так работает фотоаппарат и глаз.

Поставь его между фокусом и двойным фокусом, и изображение станет перевёрнутым и увеличенным. Так устроен проектор.

А если предмет ближе фокуса, изображение получается прямым, увеличенным и мнимым. Это обычная лупа.

Глаз

Глаз работает как фотоаппарат. Роговица и хрусталик собирают свет, а изображение падает на сетчатку.

На сетчатке оно перевёрнутое и уменьшенное, а мозг переворачивает картинку обратно.

Хрусталик умеет менять форму, и потому мы видим резко и близкое, и далёкое. Это называют аккомодацией.

При близорукости изображение собирается перед сетчаткой, и помогают рассеивающие очки. При дальнозоркости оно уходит за сетчатку, и нужны собирающие.

Задача с разбором

Предмет высотой два сантиметра стоит на расстоянии тридцати сантиметров от собирающей линзы с фокусным расстоянием десять сантиметров.

Тридцать сантиметров это больше двойного фокуса. Значит, изображение будет перевёрнутым, уменьшенным и действительным.

Его можно поймать на экран, поставленный за линзой. Так делают в кинопроекторе, только там предмет ближе к линзе, и картинка увеличивается.

Проверить рассуждение легко на опыте с лупой и свечой. Двигай экран, и найдёшь положение, где пламя видно чётко.

И последнее наблюдение к концу года. Все явления, которые мы разбирали, от кипящего чайника до линзы, описаны числом и формулой, и это главное, чему учит физика: понятое можно посчитать.

Про магнитное поле и его действие речь шла в уроке «Магнитное поле». Год начинался с тепла, и вернуться к его началу можно в уроке «Тепловое движение».