Если между глазом и каким-либо источником света разместить непрозрачный предмет, мы не увидим источника света. Это объясняется тем, что в однородной среде свет распространяется прямолинейно. Среду называют однородной, если плотность вещества, из которого она состоит, во всех точках одинакова.
О прямолинейном распространении света еще за 300 лет до новой эры писал основатель геометрии Евклид. Вполне возможно, что понятие прямой линии возникло из представлений о прямолинейном распространении света в однородной среде.
Свет от любого источника, например электрической лампы, распространяется во всех направлениях. Если от источника света провести прямую линию, мы получим луч света.
Луч света — это мнимая линия, вдоль которой распространяется свет.
Если световые лучи ограничить определенной поверхностью в пространстве, то мы получим световой пучок.
Световые пучки можно наблюдать в воздухе, содержащем достаточное количество пылинок, которые отражают свет. Можно видеть световые пучки от карманного фонарика, прожектора (рис. 91), кинопроектора. В природе наблюдаются большие световые пучки, которые образуются во время прохождения солнечных лучей через разрывы в тучах, просветах в кронах деревьев (рис. 92). В чистом воздухе световые пучки не видны.
Вследствие того, что в однородной среде свет распространяется прямолинейно, мы можем наблюдать тени и полутени, фазы Луны, солнечные и лунные затмения.
Тень — часть пространства за непрозрачным предметом, куда свет не поступает.
В солнечный день четко видно тени людей, зданий, деревьев и других предметов (рис. 93).
Разместим небольшой непрозрачный шар в световой пучок, падающий на экран от источника света небольших размеров. За шаром в пространстве образуется конусовидная тень, а на экране появляется тень, имеющая форму круга (рис. 94).
Если размеры источника света намного меньше расстояния от источника света до экрана, то такой источник называют точечным источником света.
Возьмем источник света, размеры которого больше по сравнению с расстоянием от него к экрану, и повторим опыт. Вокруг тени на экране образуется частично освещенное пространство - полутень (рис. 95).
Образование полутени также подтверждает закон прямолинейного распространения света. В данном случае источник света состоит из многих точечных источников, каждый из которых излучает свет. На экране есть
участки, в которые свет от одних точечных источников поступает, а от других - нет, там и образуется полутень. В центральную часть экрана не попадает свет ни от одного точечного источника, там наблюдается полная тень.
Теневыми проекциями пользуются в театре теней (рис. 96), для демонстрации опытов, например для демонстрации броуновского движения (рис. 97) и т. д.
Луна - естественный спутник Земли. В течение месяца мы можем наблюдать, как изменяется форма видимой из Земли части Луны.
Разные формы видимой из Земли части Луны называют фазами Луны.
Еще в глубокой древности люди могли объяснить явление изменения лунных фаз (рис. 98).
Фазы Луны объясняются взаимным расположением Солнца, Луны и Земли, а также тем, что Луна собственного света не излучает, а отражает солнечный. Солнце находится на большом расстоянии от Луны, поэтому поступающий на Луну пучок солнечных лучей можно считать параллельным. Вследствие этого освещается только половина Луны, а другая ее половина остается в тени. Движение Земли и Луны приводит к тому, что к Земле могут быть одновременно обращены светлая и темная части Луны, и тогда она кажется нам неполной. Разные
фазы Луны изображены на рисунках 99 и 100. Когда Луна проходит между Солнцем и Землей, к нам обращена ее темная сторона. Тогда Луны вовсе не видно. Эту фазу называют молодая Луна (новолуние). Через 2 дня, когда Луна переместится на восток от Солнца, к нам будет обращена небольшая часть освещенного полушария Луны — будет виден узкий серп. Еще через 5 дней мы увидим правую половину светлого полушария Луны — первую четверть. Через 2 недели после новой Луны наступает следующая лунная фаза - полная Луна (полнолуние). После нее освещенная часть Луны начинает уменьшаться — наступает последняя четверть, и мы видим левую половину полушария Луны. В следующие дни Луна приобретает форму серпа, и, наконец, ее не видно - опять наступает молодая Луна (новолуние).
В космических масштабах тень и полутень можно наблюдать во время солнечных и лунных затмений. Планеты и их спутники, освещаемые Солнцем, образуют тени и полутени. На рисунке 101 изображены тени и полутени, образованные Землей и Луной.
Если Луна в ходе своего движения вокруг Земли в какой-то момент оказывается между Землей и Солнцем, она образует на земной поверхности тень, и тогда на этих территориях наблюдается солнечное затмение.
Солнечные затмения бывают только при молодой Луне. Их можно наблюдать лишь на тех участках поверхности Земли, на которые падает тень или полутень Луны (рис. 102). Если участок находится в тени Луны, то
наблюдается полное затмение Солнца; для участков, находящихся в полутени, солнечное затмение будет частичным.
В связи с тем, что Луна движется с запада на восток, затмение начинается на западном (правом) краю Солнца. В начале затмения на диске Солнца появляется постепенно увеличивающаяся «зазубрина» и Солнце приобретает форму узкого серпа (рис. 103). Когда диск Луны полностью закроет Солнце, мы увидим вокруг него удивительное сияние - корону Солнца - часть раскаленной солнечной атмосферы (рис. 104).
Во время полного солнечного затмения быстро темнеет. На небе становятся видны звезды и планеты. Снижается температура воздуха, иногда выпадает роса. В небе виден черный диск с пылающей вокруг него солнечной короной. В древние времена считали, что это огромный дракон пожирает Солнце.
Дальнейшее перемещение Луны приводит к тому, что спустя некоторое время опять становится виден узкий солнечный серп, а солнечная корона уже не видна. Диск Луны перемещается все дальше в восточном направлении, и вскоре на небе опять ярко светит Солнце.
Полное затмение может длиться не более 8 минут, обычно 2—3 минуты. В разных точках поверхности Земли солнечное затмение не только наблюдается по-разному, но и наступает в разное время. Это объясняют тем, что в
результате движения Луны вокруг Земли тень Луны (область полного затмения) движется по поверхности Земли с запада на восток со скоростью 1 км/с. Полное затмение можно наблюдать в пределах полосы длиной в несколько тысяч километров и 270 км в ширину. На остальной части поверхности Земли это затмение наблюдается как частичное или вовсе не наблюдается.
Полное солнечное затмение на Земле можно наблюдать один раз в полтора года, а вот в одном и том же месте земной поверхности — редко, лишь один раз в 300 лет.
Когда Луна попадает в тень Земли, наступает лунное затмение (рис. 105).
Лунные затмения происходят только при полной Луне. Луна движется с запада на восток, и когда она начинает заходить в тень Земли, на лунном диске появляется «зазубрина», постепенно увеличивающаяся в размерах. Луна приобретает форму серпа, на вид резко отличающегося от обычных лунных фаз (рис. 106).
Затмение Луны будет полным, если она полностью войдет в тень Земли. Если же она перемещается лишь по части области земной тени, затмение будет частичным.
Диаметр земной тени значительно больше диаметра диска Луны, поэтому полное лунное затмение длится сравнительно долго, около 2 часов.
Картина лунного затмения выглядит одинаково во время наблюдения с любой точки поверхности Земли, повернутой в это время к Луне, и во всех этих точках оно начинается и заканчивается одновременно.
При полном затмении диск Луны становится темно-красным. Космонавт, находящийся в это время на Луне, мог бы наблюдать черный диск Земли с красным кольцом вокруг него.
Каждые 18 лет происходит 29 лунных затмений, но интервалы между ними разные. На протяжении года может не наблюдаться ни одного лунного затмения, а в следующем году их может быть 2 или 3.
ВОПРОСЫ К ИЗУЧЕННОМУ
1. Как распространяется свет в однородной среде?
2. Что такое луч света?
3. Какой источник света мы считаем точечным?
4. Какие явления свидетельствуют о прямолинейном распространении света?
5. Назовите основные фазы Луны.
6. Когда возникают солнечные и лунные затмения?
ЗАДАЧИ И УПРАЖНЕНИЯ
Решаем вместе
1. Является ли Луна источником света?
Ответ,', нет; следует также обратить внимание — в литературе используется утверждение, что Луна является мощным источником света, — это неправильно.
2. На рисунке 88 (см. с. 49) изображен самолет «Гелиос», который питается от солнечных батарей. В 2001 году он установил рекорд высоты, поднявшись на 29 413 м. Солнечные батареи являются источниками или
приемниками света?
Ответ: солнечные батареи являются приемниками света - источниками электрического тока.
3. Почему в первом случае на столе есть тень (рис. 107), а во втором - нет?
Ответ: это зависит от размещения нити накаливания электролампы.
Уровень А
43. На каком рисунке (рис. 108, 109) изображен источник света, а на каком - приемник света?
44. Лимоны освещают источниками света (рис. 110). Чем отличаются эти источники света?
45. На рисунке 111 изображены солнечные часы. Объясните, как они работают. Когда могут работать солнечные часы?
46. Пользуясь рисунком 112, определите, в каких фазах находится Луна.
47. Затмение Луны может быть полным и частичным. На каком из рисунков (рис. 113, а, б) изображено полное затмение Луны, а на каком -частичное? Объясните, почему происходят затмения Луны.
48. Художник нарисовал Луну. Охарактеризуйте картину с точки зрения физики (рис. 114).
49. Фотограф во время монтажа перепутал этапы солнечного затмения (рис. 115). Возобновите правильный порядок, пронумеровав каждый этап затмения.
Уровень Б
50. Почему фотобумагу или кино-, фотопленку очень тщательно оберегают от попадания на них дневного света?
51. В чем заключается прицеливание для стрельбы из винтовки в олимпийских видах спорта?
52. Может ли тело давать на экране только полутень? При каких условиях это возможно?
53. Почему в комнате, освещенной единственной лампой, образуются резкие тени от предметов, тогда как в комнате, где источником света является люстра с несколькими лампочками, таких резких теней не наблюдают?
54. Почему во время полного солнечного затмения видно только солнечную корону, а самого Солнца не видно (рис. 116, а), а во время полного затмения Луны видно только, как она приобретает темно-красный цвет (рис. 116, б)?
55. Во время солнечного затмения на Землю падают тень и полутень от Луны. Видит ли Солнце человек, находящийся в тени? Полутени? Ответ обоснуйте.
56. На рисунке 117 изображены солнечные затмения. Чем они отличаются?
Это материал учебника Физика 9 класс Сиротюк