Šviesa laikoma bet kokia optine spinduliuote. Kitaip tariant, tai yra elektromagnetinės bangos, kurių ilgis yra nanometrų vienetų diapazone.
Bendrieji apibrėžimai
Optikos požiūriu šviesa yra elektromagnetinė spinduliuotė, kurią suvokia žmogaus akis. Įprasta plotą, esantį 750 THz vakuume, imti kaip kitimo vienetą. Tai trumpojo bangos ilgio spektro kraštas. Jo ilgis yra 400 nm. Kalbant apie plačių bangų ribą, matavimo vienetas imamas 760 nm, tai yra 390 THz, atkarpa.
Fizikoje šviesa laikoma kryptingų dalelių, vadinamų fotonais, rinkiniu. Bangų pasiskirstymo vakuume greitis yra pastovus. Fotonai turi tam tikrą impulsą, energiją, nulinę masę. Plačiąja prasme šviesa yra matoma ultravioletinė spinduliuotė. Bangos taip pat gali būti infraraudonųjų spindulių.
Ontologijos požiūriu šviesa yra būties pradžia. Taip sako filosofai ir religijotyrininkai. Geografijoje šis terminas vartojamas tam tikroms planetos vietoms apibūdinti. Pati šviesa yra socialinė sąvoka. Nepaisant to, moksle jis turi specifinių savybių, bruožų ir dėsnių.
Gamta ir šviesos š altiniai
Elektromagnetinė spinduliuotė sukuriama įkrautų dalelių sąveikos procese. Optimali sąlyga tam bus šiluma, turinti nenutrūkstamą spektrą. Didžiausia spinduliuotė priklauso nuo š altinio temperatūros. Puikus proceso pavyzdys yra saulė. Jo spinduliuotė artima visiškai juodo kūno spinduliuotei. Šviesos pobūdį Saulėje lemia įkaitimo temperatūra iki 6000 K. Tuo pačiu metu apie 40 % spinduliuotės yra matomumo zonoje. Didžiausios galios spektras yra netoli 550 nm.
Šviesos š altiniai taip pat gali būti:
- Elektroniniai molekulių ir atomų apvalkalai pereinant iš vieno lygio į kitą. Tokie procesai leidžia pasiekti tiesinį spektrą. Pavyzdžiai yra šviesos diodai ir dujų išlydžio lempos.
- Čerenkovo spinduliuotė, kuri susidaro, kai įkrautos dalelės juda šviesos faziniu greičiu.
- Fotonų lėtėjimo procesai. Dėl to susidaro sinchroninė arba ciklotroninė spinduliuotė.
Šviesos prigimtis taip pat gali būti siejama su liuminescencija. Tai taikoma tiek dirbtiniams, tiek ekologiškiems š altiniams. Pavyzdys: chemiliuminescencija, scintiliacija, fosforescencija ir kt.
Savo ruožtu šviesos š altiniai skirstomi į grupes pagal temperatūros rodiklius: A, B, C, D65. Sudėtingiausias spektras stebimas visiškai juodame kūne.
Šviesos charakteristikos
Žmogaus akis elektromagnetinę spinduliuotę subjektyviai suvokia kaip spalvą. Taigi, šviesa gali suteikti b altos, geltonos, raudonos, žalios spalvos atspalvius. Tai tikregėjimo pojūtis, susijęs su spinduliavimo dažniu, nesvarbu, ar jis yra spektrinis, ar monochromatinis. Įrodyta, kad fotonai plinta net vakuume. Nesant medžiagos srauto greitis yra 300 000 km/s. Šis atradimas buvo padarytas aštuntojo dešimtmečio pradžioje.
Tiesioginės terpės ribose šviesos srautas atsispindi arba lūžta. Dauginimosi metu jis išsisklaido per medžiagą. Galima sakyti, kad terpės optiniams rodikliams būdinga lūžio reikšmė, lygi greičių vakuume ir sugerties santykiui. Izotropinėse medžiagose srauto sklidimas nepriklauso nuo krypties. Čia lūžio rodiklis pavaizduotas skaliarine verte, nustatyta koordinatėmis ir laiku. Anizotropinėje terpėje fotonai atrodo kaip tenzorius.
Be to, šviesa gali būti poliarizuota, o ne. Pirmuoju atveju pagrindinis apibrėžimo dydis bus bangos vektorius. Jei srautas nėra poliarizuotas, jis susideda iš dalelių, nukreiptų atsitiktinėmis kryptimis.
Svarbiausia šviesos savybė yra jos intensyvumas. Jį lemia tokie fotometriniai dydžiai kaip galia ir energija.
Pagrindinės šviesos savybės
Fotonai gali ne tik sąveikauti vienas su kitu, bet ir turėti kryptį. Dėl kontakto su svetima terpe srautas patiria atspindį ir refrakciją. Tai yra dvi pagrindinės šviesos savybės. Su atspindžiu viskas daugmaž aišku: tai priklauso nuo medžiagos tankio ir spindulių kritimo kampo. Tačiau su refrakcija padėtis tolisunkiau.
Pradžioje galime apsvarstyti paprastą pavyzdį: jei nuleisite šiaudą į vandenį, tada iš šono jis atrodys išlenktas ir sutrumpėjęs. Tai šviesos lūžis, atsirandantis ties skystos terpės ir oro riba. Šį procesą lemia spindulių pasiskirstymo kryptis pereinant per materijos ribą.
Kai šviesos srautas paliečia ribą tarp terpių, jo bangos ilgis labai pasikeičia. Tačiau sklidimo dažnis išlieka toks pat. Jei spindulys nėra statmenas ribai, pasikeis ir bangos ilgis, ir jo kryptis.
Dirbtinė šviesos refrakcija dažnai naudojama tyrimų tikslais (mikroskopai, lęšiai, didintuvai). Taškai taip pat priklauso tokiems bangų charakteristikų pokyčių š altiniams.
Šviesos klasifikacija
Šiuo metu daromas skirtumas tarp dirbtinės ir natūralios šviesos. Kiekviena iš šių rūšių yra apibrėžiama pagal būdingą spinduliuotės š altinį.
Natūrali šviesa – tai chaotiškos ir greitai besikeičiančios krypties įkrautų dalelių rinkinys. Tokį elektromagnetinį lauką sukelia kintamas intensyvumo svyravimas. Natūralūs š altiniai yra karšti kūnai, saulė, poliarizuotos dujos.
Dirbtinė šviesa yra šių tipų:
- Vietinis. Jis naudojamas darbo vietoje, virtuvės zonoje, sienose ir kt. Toks apšvietimas vaidina svarbų vaidmenį kuriant interjero dizainą.
- Bendra. Tai vienodas viso ploto apšvietimas. Š altiniai yra sietynai, grindų lempos.
- Sujungti. Pirmojo ir antrojo tipų mišinys idealiam kambario apšvietimui pasiekti.
- Avarinė situacija. Tai labai naudinga elektros energijos tiekimo nutraukimo metu. Energija dažniausiai tiekiama iš baterijų.
Saulės šviesa
Šiandien tai yra pagrindinis energijos š altinis Žemėje. Nebūtų perdėta sakyti, kad saulės šviesa turi įtakos visiems svarbiems dalykams. Tai yra kiekio konstanta, kuri apibrėžia energiją.
Viršutiniuose žemės atmosferos sluoksniuose yra apie 50 % infraraudonosios ir 10 % ultravioletinės spinduliuotės. Todėl matomos šviesos kiekis yra tik 40%.
Saulės energija naudojama sintetiniuose ir natūraliuose procesuose. Tai yra fotosintezė, cheminių formų transformacija, šildymas ir daug daugiau. Saulės dėka žmonija gali naudoti elektros energiją. Savo ruožtu šviesos srautai gali būti tiesioginiai ir išsklaidyti, jei jie praeina per debesis.
Trys pagrindiniai įstatymai
Nuo senų senovės mokslininkai tyrinėjo geometrinę optiką. Šiandien pagrindiniai šviesos dėsniai:
- Paskirstymo dėsnis. Jame teigiama, kad vienalytėje optinėje terpėje šviesa pasiskirstys tiesia linija.
- Lūžio dėsnis. Ant dviejų terpių ribos krintantis šviesos spindulys ir jo projekcija iš susikirtimo taško yra toje pačioje plokštumoje. Tai taip pat taikoma statmenai, nuleistam iki sąlyčio taško. Šiuo atveju reikšmė bus kritimo ir lūžio kampų sinusų santykispastovus.
- Atspindėjimo dėsnis. Ant medijos ribos besileidžiantis šviesos spindulys ir jo projekcija guli toje pačioje plokštumoje. Šiuo atveju atspindžio ir kritimo kampai yra lygūs.
Šviesos suvokimas
Aplinkinis pasaulis žmogui matomas dėl jo akių gebėjimo sąveikauti su elektromagnetine spinduliuote. Šviesą suvokia tinklainės receptoriai, kurie gali aptikti įkrautų dalelių spektrinį diapazoną ir reaguoti į jį.
Žmogus turi 2 tipų jautrias akyje ląsteles: kūgius ir lazdeles. Pirmasis nustato regėjimo mechanizmą dienos metu, kai yra didelis apšvietimas. Strypai yra jautresni spinduliuotei. Jie leidžia žmogui matyti naktį.
Vizualūs šviesos atspalviai nustatomi pagal bangos ilgį ir jo kryptį.
