Примеры проявления закона прямолинейного распространения световых лучей

Впервые закон прямолинейного распространения света был сформулирован в III в. до н.э. древнегреческим ученым Евклидом. Под прямолинейностью распространения света он имел в виду прямолинейность световых лучей. Сам Евклид, правда, отождествлял лучи света со “зрительными лучами”, которые якобы выходили из глаз человека и в результате “ощупывания” предметов позволяли видеть последние. Такая точка зрения была достаточно широко распространена в древнем мире. Однако уже Аристотель спрашивал: “Если бы видение зависело от света, исходящего из глаз, как из фонаря, то почему бы нам не видеть в темноте?” Теперь мы знаем, что никаких “зрительных лучей” не существует, и видим мы не потому, что какие-то лучи выходят из наших глаз, а наоборот, потому что свет от различных предметов попадает нам в глаза.

Под световым лучом в современной физике понимают достаточно узкий пучок света, который в той области, в которой изучается его распространение, можно считать не расходящимся. Это физический световой луч. Различают еще и математический (геометрический) луч - это линия, вдоль которой распространяется свет. Этим понятием мы и будем пользоваться.

Рассмотрим еще одно экспериментальное подтверждение закона прямолинейного распространения света. Проделаем опыты.

В качестве источника света возьмем обычную электрическую лампочку. Правее нее подвесим на нити мяч. Проводя опыт в темной комнате, мы легко увидим на экране тень мяча. Кроме того, в пространстве правее мяча возникнет некоторая область, в которую световые лучи (световая энергия) не проникают. Это пространство называют областью тени.

Воспользуемся теперь лампочкой с баллоном из белого стекла. Мы увидим, что теперь тень мяча окружена полутенью. И в пространстве правее мяча существует как область тени, куда лучи света не проникают вообще, так и область полутени, куда проникают лишь некоторые лучи, испущенные лампой.

Почему же возникла полутень? В первом опыте источником света служила спираль лампы. Она имела небольшие (говорят: пренебрежимо малые) размеры по сравнению с расстоянием до мяча. Поэтому спираль мы можем считать точечным источником света. Во втором же опыте свет испускался белым баллоном лампы. Его размерами по сравнению с расстоянием до мяча уже нельзя пренебрегать. Поэтому баллон мы будем считать протяженным источником света. От каждой его точки исходят лучи, часть из которых попадает в область полутени.

Итак, оба физических явления – образование тени и образование полутени – являются экспериментальным подтверждением закона прямолинейного распространения света.

Луна - это единственный спутник Земли, обращающийся вокруг нашей планеты. Луна светит на небе отраженным солнечным светом.

Вид Луны регулярно изменяется в течении каждого месяца. Солнце всегда освещает половину Луны, но светлая доля Луны, которую мы видим с Земли и называем фазой, все время изменяется в зависимости от взаимного положения Солнца, Луны и Земли. Рассмотрим рисунок. (5, стр.155, рис.8.3)

5

5

В новолуние Луна - темная. Она не видна на небе, потому что обращена ночная сторона Луны. Несколькими днями позже (через 1-2 суток) Луна отходит в сторону от прямой, соединяющей центры Солнца и Земли и нам с Земли виден узкий серп, обращенный выпуклостью к Солнцу.(2). Во время новолуния та часть Луны, которая не освещена прямыми солнечными лучами, все же слегка виднеется на темном фоне Луны. Первым правильно объяснил причину этого явления Леонардо да Винчи: пепельный свет возникает благодаря солнечным лучам, отраженным от Земли, которая обращена в это время большей частью своего освещенного Солнцем полушария.

Примерно через 7 дней после новолуния, когда Луна пройдет 1 / 4 часть своего пути вокруг Земли. Она восходит около полудня, мы наблюдаем 1 четверть.

Терминатор - граница освещенной Солнцем и темной части лунного диска - приобретает для земного наблюдателя вид прямой линии. Освещенная часть Луны составляет ровно половину видимого диска. Поскольку в тех точках Луны, которые находятся на терминаторе, в дальнейшем наступает лунный день, то терминатор называют утренним.

Через две недели после новолуния Луна вновь находится на линии, соединяющей Солнце и Землю, однако на этот раз не между ними, а по другую сторону Земли. Наступает полнолуние, когда мы видим освещенный полный диск Луны.

После полнолуния освещенная часть Луны начинает убывать, и с Земли виден вечерний терминатор, т.е. граница той области Луны, где наступает ночь. Через три недели после новолуния, мы вновь наблюдаем освещенным ровно половину диска Луны.(7). Наблюдаемая фаза - последняя четверть. Видимый серп Луны день ото дня становится уже, и пройдя полный цикл изменений, Луна к моменту новолуния совсем скрывается из виду.

Шарообразная Луна освещается Солнцем и т.к. линейный диаметр Луны почти в 400 раз меньше солнечного диаметра, то лунная тень имеет форму сходящегося круглого конуса и окружена расходящимся конусом тени.

Когда новолуние наступает на расстоянии не более 11⁰ от лунного узла, то лунная тень и полутень падают на Землю в виде овальных пятен, которые с большой скоростью, около 1 км/с - пробегают по земной поверхности с запада на восток. В районах земной поверхности, оказавшихся в лунной тени (т.А), видно полное солнечное затмение, т.е. Солнце полностью закрыто Луной.

В местностях, покрытых полутенью (В, С) происходит частное солнечное затмение: из Южной зоны С полутени видна закрытой Северная (верхняя) часть солнечного диска, а из северной зоны В - южная (нижняя) его часть. За границей лунной полутени затмения вообще не происходит. Т.о., солнечное затмение видно не на всей поверхности Земли, а только там, где пробегает тень и полутень Луны.

Путь лунной тени по земной поверхности называется полосой полного солнечного затмения. Ширина этой полосы и продолжительность полного солнечного затмения зависят от взаимных расстояний Солнца, Земли и Луны во время затмения. Чаще

всего ее ширина бывает от 40 до 100 км, а

продолжительность полной фазы затмения

2-3 минуты. Наибольшая же возможная ши-

рина полосы полного затмения не превышает

270 км. Длительность полного затмения дохо-

дит до 7 мин 31 с. Но такие затмения крайне

редки.

Если во время солнечного затмения Луна

находится в наибольшем удалении от Земли,

то лунный диск будет немного меньше солнечного, и лунная тень не доходит до Земли. Вокруг темной Луны видно яркое кольцо незакрытой поверхности Солнца, т.е. произойдет кольцеобразное солнечное затмение, которое может продолжаться до 12 мин. По обе стороны от полосы полного или кольцеобразного затмения, иногда до расстояния почти в 3500 км, видно только частное затмение (В и С).

Полное и кольцеобразное солнечные затмения начинаются с частных фаз. Наблюдать затмения можно только сквозь темный светофильтр. Сквозь темное стекло хорошо видно, как Луна постепенно заслоняет Солнце с его правого края. Когда же Луна полностью закроет Солнце (при полном затмении), наступает полумрак, а на небе появляются яркие звезды и планеты, а вокруг затмившегося Солнца красивое лучистое сияние жемчужного цвета - солнечная корона. По окончании полного (или кольцеобразного) затмения следуют убывающие частные фазы.

Когда новолуния наступают на расстоянии от 11 до 17⁰ от лунного узла, то лунная тень проходит мимо Земли, а на земную поверхность падает только лунная полутень, и тогда в покрытых ею местностях происходит только частное затмение. При новолунии, наступающем на расстоянии более 18⁰ от лунных узлов, тень и полутень Луны проходит мимо Земли и солнечных затмений не наступает.

Чаще всего бывает за год 2-3 солнечных затмения, причем одно из них, как правило, полное или кольцеобразное. Но так как в разные годы лунная тень пробегает по различным районам земной поверхности, то в каждом районе полные и кольцеобразные затмения происходят очень редко. Так, в окрестностях Москвы полное солнечное затмение было 19 августа 1887 г., а очередное произойдет лишь 16 октября 2126 г. Частные же солнечные затмения наблюдаются в среднем в каждой местности через 2-3 года.

Лунные затмения происходят тогда, когда Луна попадает в земную тень, которая имеет форму круглого конуса и окружена полутенью.

Т.к земная тень направлена в сторону, противоположную Солнцу, то Луна может пройти сквозь нее в полнолуния, когда они наступают вблизи одного из лунных узлов. Если полнолуния наступают на расстоянии 5⁰ от узла, то Луна полностью погружается в земную тень, и происходит полное лунное затмение. Если же полнолуние наступает на расстоянии от 5 до 11⁰ от узла, то лунное затмение бывает частным, т.е. Луна погружается в земную тень не полностью. При полнолуниях, происходящих далее 11⁰ от лунного узла, Луна в земную тень не попадает, а может пройти сквозь земную полутень. При этом ослаблении лунного света практически не произойдет, и такое затмение замечено не будет.

Луна постепенно погружается в земную тень своим левым краем. При полном затмении цвет Луны, идущий от Солнца, преломляясь в земной атмосфере, все же слабо освещает Луну преимущественно красными лучами, так как они менее всего рассеиваются земной атмосферой. Полное лунное затмение может длиться до 1, 8 ч, а вместе с предшествующими и последующими частными фазами до 3, 8 ч.

Издавна повелось называть затмения Луны и Солнца, необыкновенными явлениями. Для человека XX века ничего необыкновенного, впрочем, в таких явлениях нет. Причины их хорошо изучены.

Знающий, уверенный в силе науки человек ХХ в. далек от предрассудков своих предков. Он с затаенным ужасом не ждет, что вслед за очередным солнечным затмением его застигнет врасплох светопредставление, всемирный потоп или моровая язва.

Но в прошлом, когда каждое событие на небе рассматривалось как знамение, “перст божий”, божественное предначертание, необыкновенные небесные явления производили на людей неизгладимое впечатление.

...И в дельтах рек - халдейский звездочет,

И пастухи иранских плоскогорий,

Прислушиваясь к музыке миров,

К гуденью сфер и тонким звездным звоном,

По вещим сочетаниям светил

Определяли судьбы царств и мира.

Все в преходящем было только знак

Извечных тайн, начертанных на небе...

Особенно большую роль среди необыкновенных небесных явлений играли затмения Луны и Солнца. Умение заранее узнавать о предстоящих затмениях зачастую оборачивалось миром или войной, могла стать вопросом жизни или смерти.

По свидетельству “Отца истории” один из семи мудрецов древности Фалес Милетский, первый из выдающихся древнегреческих астрономов, получил известность еще и потому, что предсказал солнечное затмение, происшедшее в 584 г. до н.э. в Малой Азии во время битвы лидийцев с мидянами. Сражающиеся были настолько поражены этим событием, что прекратили битву.

Истории известны многие случаи, когда находчивость в толковании небесных явлений тотчас приносила ожидаемые результаты.

Во время своего последнего, четвертого плавания к берегам Вест-Индии Колумб и его матросы внезапно оказались на грани катастрофы. Из-за ветхости кораблей, которые уже едва держались на плаву, Колумб принужден был прервать плавание и надолго разбить лагерь у берегов острова Ямайка. В отместку за постоянные грабежи местного населения касики Ямайки - правители острова мало-помалу полностью прекратили снабжать белокожих пришельцев съестными припасами. Одолеть касиков Колумб не мог. Перед угрозой голодной смерти ему пришлось пойти на хитрость.

Предполагают, что Колумб всегда имел при себе в плаваниях экземпляр “Эфемерид” - сборника спарвочных астрономических таблиц, изданных во второй половине XV в. в Нюрнберге немецким астрономом Региомонтаном. “Эфемериды” содержали сведения относительно фаз Луны, движений планет и предстоящих затмений примерно на 30 лет вперед.

Зная из “Эфемерид” Региомонтана о предстоящем вечером 29 февраля 1504 г. лунном затмении, Колумб пригрозил касикам, что отнимет у них Луну. Касики не поверили. В нужный момент Колумб пригласил их к себе и, как хороший актер, прекрасно провел сцену “отнятия” и последующего великодушного “возвращения “ Луны. С этого момента продовольственные припасы доставлялись в его лагерь в изобилии и без всяких проволочек.

Аналогичные сюжеты стали достоянием художественной литературы.

На страницах романа “Фараон” Болеслав Прус рисует панораму жизни древнего Египта. Главный герой романа молодой правитель Рамзес XIII задумывает ограничить самоуправство всесильных жрецов. Разворот событий достигает высшего накала. Доведенный до крайности, Рамзес стягивает к храмам войска. Народ стоит на стороне фараона. Жрецы не в силах оказать вооруженное сопротивление. Они обречены. И в эти критические дни верховный жрец Херикор в строжайшей тайне торопит развязку. Секретные агенты Херикора подстрекают толпу кинуться на штурм храмов. Ворота сотрясаются от ударов.

... Несмотря на полдень тьма сгущалась. В садах храма Птаха запели петухи. Но ярость толпы была уже так велика, что мало кто замечал эти перемены...

Херикор стоял на виду у осаждающих, и вот он воздал обе руки к небу:

-Боги, под вашу защиту отдаю святые храмы против которых выступают изменники и святотатцы!

... Внезапно где-то над храмом прозвучал голос, который, казалось, не мог принадлежать человеку.

-Отвращаю лик свой от проклятого народа, и да низойдет на землю тьма!

И случилось что-то ужасное. С каждым словом солнце утрачивало свою яркость... При последнем же стало темно, как ночью. В небе зажглись звезды, а вместо Солнца стоял черный диск в кольце огня...

Толпа в ужасе бежала, пала ниц и молила о пощаде. Херикор вступился за народ перед Осирисом и бог - в последний раз! - внял просьбе своих жрецов. Тьма рассеялась, и Солнце обрело прежнюю яркость.

Фараон в это время оставался во дворце. Ход затмения ему комментировал преданный жрец, ученик мудреца. Не может ли, поинтересовался фараон Луна, загородив Солнце, сорваться и упасть с неба?

...В душе Рамсеса происходила мучительная борьба. Он начинал понимать, что жрецы располагали силами, которые он не только не принимал в расчет, но даже отвергал, не хотел о них слышать. Жрецы, наблюдавшие за движением звезд, сразу же выросли в его глазах. И фараон подумал, что надо непременно познать эту удивительную Мудрость, которая так чудовищно путает человеческие планы...”

Нет, не совсем случайные одиночки брались за астрономические наблюдения в древнем мире. Слишком большую власть давали накопленные знания над умами и телами суеверных людей. Эти знания, накапливаясь по крупицам, передавались по наследству, из поколения в поколение, как самое драгоценное богатство.

Интересный пример влияния солнечного затмения на события дает история Грузии. В начале IV века до нашей эры грузинская царица долгое время тщетно склоняла царя принять христианскую веру. Царь колебался, и долгое время откладывал свое решение.

Однажды во время охоты день неожиданно начал меркнуть, и насмерть напуганный царь со свитой пришел в неописуемое отчаяние. В трепетном страхе вспомнил он чудесное имя Христа и стал горячо молиться о ниспослании ему спасения. День вскоре просиял, и царь благополучно вернулся домой.

После этого случая, гласят летописи, православное Христианство распространилось по всей Грузии. Грузия стала православной страной за шесть с лишним веков до крещения Руси.

Всеобщая вера в исполнение астрономических предсказаний породила астрологию. Появляются звездочеты-астрологи, которые берутся предсказывать судьбы отдельных людей и целых народов.

Астрология играла большую роль в древнем мире, и в средние века. Она возникла тогда, когда древние астрономы только-только сумели нащупать первые закономерности в природных явлениях. Власть, даваемая астрономическими знаниями, заставляла скрывать эти знания. А сам факт существования тайных знаний вел к расцвету тайных наук, в том числе и астрологии.

Древние наблюдения солнечных и лунных затмений, которые тщательно регистрировались и описывались, в наши дни, сослужили неожиданную службу историкам. Зная теорию движения Солнца и Луны, астрономы сумели рассчитать даты затмений и районы их видимости на многие тысячелетия вглубь веков. Затмения стали “картой времени”, той надежной хронологической канвой, к которой историки могут привязывать местные календари, эры и другие исторические события, датировка которых иными методами затруднительна.

Дата добавления: 2015-07-12