Муниципальное бюджетноеобразовательное учреждение
«Средняя общеобразовательнаяшкола № 24»
Движение света
Реферат по физики
учащегося 9 «В» класса
Кустова Семёна Вениаминовича
Руководитель:
|
|
|
Абакан 2020
Оглавление
Основнаянаучная часть реферата. 5
Глава2. Изучение параметров движениясвета. 5
Глава 1. Свет
Свет — это лучистая энергия, делающая окружающий мир видимым, или электромагнитные волны в интервале частот, воспринимаемыхчеловеческим глазом. Он вокруг нас и позволяет нам видеть мир. Светпомогает нам понимать мир, в котором мы живем. И так что же такое свет?
Свет — в физической оптике электромагнитное излучение, воспринимаемоечеловеческим глазом. В качестве коротковолновой границы спектральногодиапазона, занимаемого светом, принят участок с длинами волн в вакууме 380—400нм (750—790 ТГц), а в качестве длинноволновой границы — участок 760—780 нм(385—395 ТГц).
Свет — это электромагнитное излучение, не видимое для глаза. Светстановится виден при столкновении с поверхностью. Цвета образуются из волнразной длины. Все цвета в месте образуют белый свет.
Одним из таких законов является законпрямолинейного распространения света: В однородной прозрачной среде светраспространяется прямолинейно. Впервые этот закон был сформулирован в IIIв. до н. э. древнегреческим ученым Евклидом. Под прямолинейностью распространениясвета он имел в виду прямолинейность световых лучей. Сам Евклид, правда, отождествлял лучисвета со «зрительными лучами», которые якобы выходили из глаз человека и врезультате «ощупывания» предметов позволяли видеть последние. Такая точказрения была достаточно широко распространена в древнем мире. Однако ужеАристотель спрашивал: «Если бы видение зависело от света, исходящего из глаза,как из фонаря, то почему бы нам не видеть в темноте?».
Теперь мы знаем, что никаких «зрительных лучей» не существует ивидим мы не потому, что какие-то лучи выходят из наших глаз, а, наоборот,потому, что свет от различных предметов попадает нам в глаза. Под световымлучом всовременной физике понимают достаточно узкий пучок света, который на протяжениитой области, в которой изучается его распространение, можно считать нерасходящимся.
Свет оказывает физическое давление наобъекты на своём пути — явление, которое не может быть выведено из уравненийМаксвелла, но может быть легко объяснено в корпускулярной теории, когда фотонысоударяются с преградой и передают свой импульс. Давление света равно мощностисветового пучка, поделённой на с, скорость света. Из-за величины с, эффект световогодавления является незначительным для повседневных объектов. Например,одномилливатная лазерная указка создаёт давление около 3,3 пН. Объект,освещённый таким образом, можно было бы поднять, правда для монеты в 1 пенни наэто потребуется около 30 млрд 1-мВт лазерных указок. Тем не менее, внанометровом масштабе эффект светового давления является более значимым, ииспользование светового давления для управления механизмами и переключениянанометровых коммутаторов в интегральных схемах является активнойобластью исследований.
Основная научная частьреферата
Глава 2. Изучениепараметров движения света.
Параметры движения — это перемещение, скоростьи ускорение. Они связаны между собой дифференциальными зависимостями. По этому,если какой — либо один из этих параметров является естественной входнойвеличиной для данного ИП, то другие два можно измерить с использованием дифференцирующихи интегрирующих преобразователей. Раздел механики, изучающий математическое описание(средствами геометрии, алгебры, математического анализа…) движенияидеализированных тел (материальная точка, абсолютно твердое тело, идеальная жидкость), безрассмотрения причин движения (массы, силы т. д.).Исходные понятия кинематики — пространство и время. Например, если тело движется поокружности, то кинематика предсказывает необходимость существования центростремительного ускорения безуточнения того, какую природу имеет сила, его порождающая. Причинамивозникновения механического движения занимаетсядругой раздел механики — динамика. Различают классическуюкинематику, в которой пространственные (длины отрезков) и временные (промежуткивремени) характеристики движения считаются абсолютными, то есть не зависящимиот выбора системы отсчёта, и релятивистскую. В последнейдлины отрезков и промежутки времени между двумя событиями могут изменятьсяпри переходе от одной системы отсчёта к другой. Относительной становится такжеодновременность. В релятивистской механике вместо отдельных понятий пространствои время вводитсяпонятие пространства-времени, в котором инвариантным относительно преобразований Лоренца являетсявеличина, называемая интервалом.
2.1Преломление света — (рефракция)изменение направления луча,возникающее на границе двух сред, через которые этот луч проходит или в однойсреде, но с меняющимися свойствами, в которой скорость распространения волнынеодинакова. Феномен преломления объясняется законами сохранения энергии исохранения импульса. При преломлении светового луча в призме или каплеводы весь спектр становится видимым, например радуга. Человеческий глазвоспринимает свет спектра, но за пределами его есть еще ультрафиолетовый (УФ) Ультрафиоле́товоеизлуче́ние (ультрафиолетовые лучи, УФ-излучение) — электромагнитное излучение,занимающее спектральный диапазон между видимым и рентгеновским излучениями.Длины волн УФ-излучения лежат в интервале от 10 до 400 нм (7,5⋅1014—3⋅1016 Гц). Термин происходит от лат. ultra — сверх, запределами и фиолетовый (violet). В разговорной речи может использоваться такженаименование «ультрафиолет». и инфракрасный (ИК) Инфракра́сное излуче́ние — электромагнитноеизлучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света(с длиной волны λ = 0,74 мкм и частотой 430 ТГц) и микроволновым радиоизлучением(λ ~ 1—2 мм, частота 300 ГГц) свет. Без света мы бы не могли видеть.Свет попадает в глаз человека, благодаря чему мозг формирует образ окружающихпредметов. Но у света есть и другие полезные свойства.
Преломление света в атмосфере Земли приводит к тому, что мы наблюдаемвосход Солнца несколько раньше, а закат несколько позже, чем это имело бы местопри отсутствии атмосферы.
Расстояние передачи света пока невелико — всего 1,2 миллиметра. Однакоэтот процесс может лечь в основу будущих квантовых систем.
В своей работе исследователи использовали ультрахолодные атомырубидия-87 в качестве носителя. Этот элемент обладает высокими эффективностью исроком службы, которые квантовые физики стремятся максимизировать.
Сама частица света отображается в состояниях возбуждения средиэлектронов атома. Элементарные возбуждения среды формируют поляритоны, позволяясвету накапливаться в электронном «шуме» атома. Для перемещения атомов с грузомсвета из одного места в другое использовался оптический ленточный конвейер.
«Рисунок 1»
Преломление света
«Рисунок 1»
Преломление света
2.2 Световые лучи –геометрические линии, вдоль которых распространяется световая энергия, прирассмотрении многих оптическихявлений можно пользоваться представлением о них. В этом случае говорят огеометрической (лучевой) оптике.
Широкое распространение геометрическая оптика получила всветотехнике, а также при рассмотрении действий многочисленных приборов иустройств – от лупы и очков до сложнейших оптических телескопов и микроскопов.
Световой луч – это линия,указывающая преобладающее направление распространения энергииэлектромагнитной волны в пучке света.
Характерной особенностью светового лучаявляется его прямолинейность, если свет распространяется в однороднойсреде.
Понятие светового луча являетсякраеугольным приближением геометрической оптики. В этом определенииподразумевается, что направление потока лучистой энергии (ход светового луча)не зависит от поперечных размеров пучка света. В силу того, что светпредставляет собой волновое явление, имеет место дифракция (Дифра́кция во́лн (лат. diffractus— буквально разломанный, переломанный, огибание препятствия волнами) — явление,которое проявляет себя как отклонение от законов геометрической оптики прираспространении волн. Она представляет собой универсальное волновое явление ихарактеризуется одними и теми же законами при наблюдении волновых полей разнойприроды), и в результате узкий пучок света распространяется не вкаком-то одном направлении, а имеет конечное угловое распределение.
Светово́й луч в геометрической оптике— линия, вдоль которой переносится световая энергия. Менее чётко, но болеенаглядно, можно назвать световым лучом пучок света малого поперечного размера.
Понятие светового луча являетсякраеугольным приближением геометрической оптики. В этом определенииподразумевается, что направление потока лучистой энергии (ход светового луча)не зависит от поперечных размеров пучка света. В силу того, что светпредставляет собой волновое явление, имеет место дифракция, и в результатеузкий пучок света распространяется не в каком-то одном направлении, а имеет конечноеугловое распределение.
Однако в тех случаях, когдахарактерные поперечные размеры пучков света достаточно велики по сравнению сдлиной волны, можно пренебречь расходимостью пучка света и считать, что онраспространяется в одном единственном направлении: вдоль светового луча.
«Рисунок 3»
Световой луч
«Рисунок 2»
Световой луч
|
|
2.3 Отражение света — возвращение световой волны при ее падении на поверхностьраздела двух сред с различными показателями преломления обратно впервую среду. Различают отражение света зеркальное и диффузное.
Отраже́ние — физический процессвзаимодействия волн (Волна́ — изменение некоторой совокупности физическихвеличин (характеристик некоторого физического поля или материальной среды),которое способно перемещаться, удаляясь от места его возникновения, иликолебаться внутри ограниченных областей пространства.) или частиц споверхностью, изменение направления волнового фронта на границе двух сред сразными свойствами, в котором волновой фронт возвращается в среду, из которойон пришёл.
Наблюдаемое отражение света — комбинация этих двух предельныхслучаев. Благодаря отражению света мы видим объекты, не излучающие свет. Благодарясвету все предметы, которые нас окружают, мы видим. Свет, который излучают илиотражают предметы, попадает в глаза человека. Поэтому мы можем видеть свет.
Одновременно с отражением волн на границе раздела сред, как правило,происходит преломление волн (за исключением случаев полного внутреннего отражения)
Отражение света возвращение световых волн в исходную прозрачнуюсреду при падении на границу раздела двух сред.
«Рисунок 3»
Отражение света
«Рисунок 3»
Отражение света
2.4 Движение света —движение со скоростью,превышающей скорость света в вакууме. Несмотря нато, что согласно специальной теорииотносительности скорость света ввакууме является максимально достижимой скоростью распространения сигналов, а энергия частицы положительной массыстремится к бесконечности при приближении её скорости к скорости света, объекты, движение которых не связано с переносом информации (например, фаза колебаний в волне, тень или солнечный зайчик), могут иметь сколь угодно большуюскорость..
В физике традиционно обозначается латинской буквой (произноситсякак «цэ»). Скорость света в вакууме — фундаментальнаяпостоянная, не зависящая от выбора инерциальной системы отсчёта(ИСО). Она относится к фундаментальным физическим постоянным, которыехарактеризуют не просто отдельные тела или поля, а свойства геометрии пространства-времени в целом.
Из специальной теории относительности следует, что превышениескорости света физическими частицами (массивными или безмассовыми) нарушило быпринцип причинности — в некоторых инерциальных системах отсчёта оказалась бывозможной передача сигналов из будущего в прошлое. Однако теория не исключаетдля гипотетических частиц, не взаимодействующих с обычными частицами, движениев пространстве-времени со сверхсветовой скоростью.
Гипотетические частицы, движущиеся со сверхсветовой скоростью,называются тахионами. Математически движение тахионов описываетсяпреобразованиями Лоренца как движение частиц с мнимой массой. Чем выше скоростьэтих частиц, тем меньше энергии они несут, и наоборот, чем ближе их скорость кскорости света, тем больше их энергия — так же, как и энергия обычных частиц,энергия тахионов стремится к бесконечности при приближении к скорости света.Это самое очевидное следствие преобразования Лоренца, не позволяющее массивнойчастице (как с вещественной, так и с мнимой массой) достичь скорости света —сообщить частице бесконечное количество энергии просто невозможно.
«Рисунок 4»
Движение света
|
|
2.5 Световойлуч – это линия, вдоль которой распространяется свет.
Пересечение лучей — это понятие светового луча, котороеявляется краеугольным приближением геометрической оптики. В этом определенииподразумевается, что направление потока лучистой энергии (ход светового луча)не зависит от поперечных размеров пучка света. В силу того, что светпредставляет собой волновое явление, имеет место дифракция,и в результате узкий пучок света распространяется не в каком-то одномнаправлении, а имеет конечное угловое распределение.
Однако в тех случаях, когда характерныепоперечные размеры пучков света достаточно велики по сравнению с длиной волны,можно пренебречь расходимостью пучка света и считать, что он распространяется водном единственном направлении: вдоль светового луча.
У меня есть два луча на2D-плоскости, которые простираются до бесконечности, но оба имеют начальнуюточку. Они оба описываются начальной точкой и вектором в направлении луча,простирающегося до бесконечности. Я хочу узнать, пересекаются ли два луча, номне не нужно знать, где они пересекаются (это часть алгоритма обнаружениястолкновений).
«Рисунок 5»
Пересечение лучей
2.6Волоконная оптика — под этим термином понимают раздел оптики, которыйизучает физические явления, возникающие и протекающие в оптических волокнах(Опти́ческое волокно́ — нить из оптически прозрачногоматериала (стекло, пластик), используемая для переноса света внутри себя посредством полного внутреннего отражения.
Опти́ческоеволокно́ —диэлектрическая направляющая среда, предназначенная для канализацииэлектромагнитных волн оптического и инфракрасного диапазонов. Оптическоеволокно коаксиальной конструкции и состоит из сердцевины, оболочки и первичногоакрилатного покрытия и характеризуется профилем показателя преломления), либопродукцию отраслей точного машиностроения, имеющую в своём составе компонентына основе оптических волокон. Кволоконно-оптическим приборам относятся лазеры,усилители, и ряд других.
К волоконно-оптическим компонентам относятся изоляторы, зеркала,соединители, разветвители и др. Основой волоконно-оптического прибора являетсяего оптическая схема — набор волоконно-оптическихкомпонентов, соединённых в определённой последовательности. Оптические схемымогут быть замкнутые или разомкнутые, с обратной связью или без неё.
Волоконная оптика технология передачи света по тонким нитям изпрозрачных материалов. Этот свет используется для передачи электронных сигналовна большие расстояния. В домашних условиях или в учреждении один волоконныйжгут толщиной в человеческий волос может осуществлять перенос всех сигналов, необходимыхдля работы телевизоров, телефонов и компьютеров. Подобные нити, называемыетакже оптическими волокнами или световодами, изготавливаются обычно из стеклаили пластмассы.
«Рисунок 6»
Волоконная оптика
|
|
Заключение
Глава 3. Вывод
Благодаря свету мывидим окружающий нас мир, так, как в однородной прозрачной среде светраспространяется прямолинейно.
Свет распространяется по прямой линии. Световой луч-линия вдоль которойраспространяется световая энергия от источника света
При движении свет имеет такие свойства как преломление, отражение,пересечение.
Возвращение световойволны при ее падении на поверхность раздела двух сред с различными показателямипреломления обратно в первую среду.
Рефракция, изменениенаправления луча, возникающее на границе двух сред, через которые этот лучпроходит или в одной среде, но с меняющимися свойствами, в которой скоростьраспространения волны неодинакова.
Отраже́ние — физический процессвзаимодействия волн или частиц с поверхностью, изменение направления волновогофронта на границе двух сред с разными свойствами, в котором волновой фронт возвращается в среду, из которой он пришёл.
Пересечение лучей — это понятие светового луча, которое является краеугольнымприближением геометрической оптики.
Зная свойства света, человек использует их в своей повседневной жизни,
в технике, в быту, в развлечениях и новых передовых технологиях.
Приложение 3
Источники илитература
1. Интернет (источник) Google Chrome.
2. Учебник физики 7 класса А. В. Пёрышкин.
3. Энциклопедии Мои первые научныеопыты.
4. Энциклопедия научных экспериментов.Свет, электричество, сила, движение, вещества Р. Айвз.
|
|
|
