Г.С. Ландсберг - Элементарный учебник физики (том 3). Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика (1120574), страница 40
Текст из файла (страница 40)
Но так как любой источник имеет конечные, хотя бы и очень малые, размеры, то можно получить пучок лучей лишь более или менее близкий к параллельному. Для того чтобы лучи, выходящие из прожектора, расходились под малым углом, т. е. были по возможности ближе к параллельным, источник света, находящийся в фокусе прожектора, должен быть по возможности маленьким, Вполне понятно, что источник света должен быть весьма ярким. Расходимость пучка лучей, полученного от дуговой лампы и зеркала диаметра 2 м, составляет примерно 1 угловой градус.
Оптические квантовые генераторы, или лазеры, дают значительно более узкие пучки световых лучей. С помощью лазеров с сечением пучка порядка 1 см' удается получить пучки лучей с расходимостью всего несколько угловых минут. Благодаря этому была осуществлена световая локация Луны: участок поверхности Луны был освещен при помощи лазера с такой яркостью, что отраженный луч можно было зарегистрировать чувствительным приемником излучения. 6 76.
Отражающие и рассеивающие тела. Наряду с задачей концентрации светового потока нередко возникает потребность распределения этого потока на большую площадь с целью создания равномерной н умеренной освещенности. Для этой цели обычно заставляют световой поток отражаться и рассеиваться соответствующими поверхностями. Однако надо считаться с тем, что при этом лишь часть светового потока о т р а ж а е т с я или п р о и у с к а е т с я телом, часть же неминуемо поглощается. Тот факт, что мы в и д и м тела, связан с тем, что опн различным образом отражают, преломляют и поглощают падающий на них свет.
Если некоторое тело отражает свет сильнее, чем окружающие его тела, то оно представляется нам светлым на темном фоне. Если же тело отражает меньше света, чем окружающие его тела, то оно будет казаться нам темным. Например, белая бумага отражает свет сильнее, чем серый картон, и кусочек картона на листе бумаги кажется нам темным. Этот же кусочек картона, если его положить на черный бархат (очень слабо отражающее тело), кажется нам светлым. Тело, отражающее свет так же, как и окружающий фон, сливается с этим фоном. Прозрачные тела мы видим частично в отраженном, частично в прошедшем через них свете, Рассматривая, напри- !99 мер, такой, казалось бы, простой предмет, как граненая стеклянная пробка от графина, мы имеем дело с рядом сложных явлений: свет частично отражается от граней пробки или рассеивается, если ее грани матированы; часть света проходит сквозь пробку, преломляясь на ее поверхности.
Если вполне прозрачное тело погрузить в жидкость с тем же показателем преломления, как у данного тела, то оно станет н е в и д и м ы м, так как световые лучи пройдут через него, не изменяя ни своего направления, ни интенсивности. Поглощение света ведет к потерям в световом потоке, энергия которого расходуется при этом главным образом на нагревание поглощающего тела. Как правило, стремятся избегать поглощения светового потока; иногда, впрочем, бывает необходимо обеспечить темный фоп или устранить световые потоки нежелательного направления; при этом прибегают к сильно поглощающим покрытиям (например, чернение некоторых поверхностей внутри оптических приборов).
Поглощение характеризуется коэффициентом поглощения а, равным отношению светового потока Ф„, поглощенного телом, к световому потоку Фп падающему на тело: (76.1) а = Ф„!Фо Отражение светового потока оценивается коэффициентом опгражения р, показывающим отношение отраженного потока Фр к падающему Фп т. е. р =Фр1Фи (76.2) Наконец, для характеристики пропускания света служит коэффициент пропуекания т, равный отношению пропушеиного телом светового потока Ф, к падающему Фо т.
е. т=Ф,~Фи (76.3) По закону сохранения энергии имеем Ф=Ф +Ф+Ф, откуда на основании (76.1), (76.2) и (76.3) следует а+р+т=!. (76. 4) Итак, сумма коэффициентов поглощения, отражения и пропускания равна единице. Коэффициенты а, р, т зависят обычно от цвета (длины волны) света. Как при отражении, так и при пропускании светового потока следует различать напроеленное и диффузное (рассеянное) отражение и пропускание.
гоо Рис. !62. Отражение светового потока от плоской поверхности: а) направленное отражение; б) диффузное отражение, диаграмма б) не изменяется при изменении угла падения первичного пучка; в) напранленное (зеркальное) отражение; параллельный пучок света, падаюохийт на полированную металлическую понерхность, создает резко очерченный отраженный луч; г) диффузное отражение; при падении параллельного пучка световых лучей на белую бумагу свет отражается по всем направ- лениям При зеркальном отражении от плоской поверхности телесный угол светового потока не изменяется 1рис.
162, а, в). При рассеянном отражении происходит увеличение телесного угла, в котором распространяется световой поток (рис. 162, б, г). Увеличение может быть более или менее значительным в зависимости от свойств рассеивающей поверхности. Аналогично, направленное пропускан и е характеризуется сохранениемтелесного угла при прохождении потока сквозь тело, например прохождении света через плоскопараллельную пластинку (рис.
163, а). В противоположность этому д и ф ф у з н о е и р о п у с к а н и е и) ъ) Рис. )63. Пропусканис света плоскопараллельной пластинкой: а) направленное пропускание; б) диффузное пропускакие. Диаграмма б) не меняется при изменении угла падения первичного пучка сопровождается более или менее значительным увеличением телесного угла светового потока. Примером диффузно отражающей поверхности может служить матовая бумага; примером диффузно пропускающего материала — так называемые м о л о ч н ы е с т е к л а. Матовое стекло является одновременно и диффузным отражателем и диффузно пропускающей средой, Рассеивающие свойства поверхности характеризуются д и а г р а и м а м и, подобными изображенным на рис. 162, б и 163, б, где длины стрелок показывают, какая часть света рассеивается в том или ином направлении. Диффузно отражающие поверхности могут различаться также и по коэффициенту отражения, который для таких поверхностей обычно называют альбедо.
Так, белая бумага для рисования имеет альбедо около 0,70 — 0,80. Очень высокое альбедо— около 0,95 — имеют поверхности, покрытые окисью магния (белый порошок, получающийся при сжигании метал- лического магниЯ). НаобоРот, очень малым альбедо обладает черный бархат — от 0,01 до 0,002, Прн наблюденнн земной поверхносгн с самолета н особенно прн аэрофотосъемке большое значение имеет альбедо земных покровов н его завнснмость от Цвета (Длнны волны).
Различные почвы имеют альбедо от 0,2 до 0,4, причем бблынне значенн а соответствуют области оранжево. красного цвета; пески мало отражают (около О, !) в фиолетовой обласгн, особенно важной прн фотосъемке, но нх альбедо в красной части павышаегсн до 0,5. Трава н листья имеют альбедо до 0,50 в желто-зеленой части (особенно к осени); очень велико альбедо снега, достнгающее 0,85 длн всех цветов. 8 77, Яркость освещенных поверхностей. Экраны кинотеатров и аудиторий, окрашенные потолки, стены, декорации и т.
д. представляют собой диффузно отражающие поверхности, Такого рода поверхности при освещении играют роль п р о т я ж е н н ы х источников с большими поверхностями и обычно с умеренной яркостью. В этом смысле они удачно дополняют мало протяженные самосветящиеся источники (лампы накаливания, газосветные лампы, свечи и т. п.), которые обычно обладают небольшими поверхностями и большими яркостями. Яркость такой о с в е щ е н н о й поверхности будет, очевидно, пропорциональна ее освещенности. Действительно, чем больше освещенность, т. е.
чем ббльший световой поток п а д а е т на единицу поверхности, тем больше будет и поток, отраженный этой поверхностью, а следовательно, и я р к о с т ь освещенной поверхности. Яркость освещенной поверхности будет, кроме того, тем больше, чем больше ее альбедо, г.е. чем болыпан часть падающего на поверхность потока рассеивается ею. Таким образом, яркость освещенной по.
верхносгн Е должна быть пропорциональна произведению освещенности Е на альбедо р, г. е. Е р Е. В завнснмосгв ог диаграммы рассеяния яркость по разным направлениям может быть различна, н вычисление ее представляет очень сложную задачу. Задача эта упрощаетса, если поверхность рассеивает свет р а в н о м е р н о по всем направленннм. В таком случае н нркосгь по всем направленцам будет одинаковой в равной Ь =р.Е!н. (77.!) Если освещенность Е выражается в люксах, то яркость получнтсн в канделах на квадратный метр. Найдем, напрнмер, яркость киноэкрана, еслн его коэффнцненг отражения р=0,75, а освещенность равна 50 лк. Пользуясь формулой (77.!), имеем 075 50 — )2 кд(мз, Приведем значения нркостн освещенных поверхностей (табл.
3), с которымв часто приходится встречаться в жизни. 203 Та бл и и а 3. Яркость некоторых освещенных поверхностей (в кд/мэ) от 5 до 20 от !О до 15 Яркость экрана в кинотеатре » листа белой бумаги при освещенности, достаточной для письма (30 — 50 лк) » снега под прямыми лучами Солнца поверхности Луны 3000 2500 а) б) Рис.
154. Вид сравниваемых по лей в фотометре 6 78, Световые измерения и измерительные приборы. Измерение световых величин может производиться непосредственно с помощью глаза (визуальные методы) или с помощью фотоэлемента, или термостолбика (объективные методы). Приборы, служащие для измерения световых величин, называются фотометрами, Визуальные методы основаны на свойстве глаза очень хорошо устанавливать р а в е н с т в о я р к о с т е й двух смежных поверхностей.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
