§ 14-а. Что такое оптика
В обыденной речи слово «свет» мы используем в самых разных значениях: свет мой, солнышко, скажи; ученье – свет, а неученье – тьма. В физике этот термин имеет более определённое значение. Свет иливидимое излучение – это электромагнитные волны, вызывающие у человека зрительные ощущения. Такой способностью обладают волны только с определёнными частотами: 4·1014 – 8·1014 Гц (см. § 11-е). Однако, например, пчёлы способны видеть ультрафиолет из диапазона 8·1014 – 300·1014 Гц. А специальные приборы «ночного видения» воспринимают окружающий мир благодаря его инфракрасному излучению с частотой менее 4·1014 Гц.
Три названных вида излучения обладают многими схожими свойствами. Поэтому видимое, ультрафиолетовое и инфракрасное излучения объединяют общим названием оптические излучения, а раздел физики, занимающийся их изучением, называют оптикой.
По способу происхождения излучения все источники света разделяют на тепловые илюминесцентные. Тепловые источники имеют высокую температуру. Например, всякое тело, нагретое выше 500 °С, испускает свет красного цвета, выше 1000 °С – жёлтого, выше 1500 °С – белого. Взгляните на фото – по цвету расплавленной стали можно определить её температуру.
В отличие от тепловых, люминесцентные источники света имеют невысокую температуру, например, дисплей мобильного телефона, экран телевизора, насекомые-светлячки, а также специальные твёрдые и жидкие вещества (см. фото). Причины, по которым перечисленные тела испускают «холодный свет», будут обсуждаться нами в следующей теме «Введение в квантовую физику» (см. § 15-в).
Обычно источники испускают свет одновременно во всех направлениях, как, например, свеча или лампа. Но если её закрыть непрозрачным корпусом с отверстием, то свет будет распространяться в виде светового пучка, расширяющегося по мере удаления от источника. Например, на фотографии справа вы видите пучок света от шахтёрского фонаря.
Строго говоря, пучки света невидимы.Однако на обеих фотографиях на этой странице мы явственно «их» различаем. Почему? Дело в том, что воздух в комнате, а, тем более, в шахте, всегда содержит мелкие частицы влаги и пыли. Ярко освещённые, они сливаются в полупрозрачную пелену: желтоватую – если свет жёлтый, розовую – если свет красный и голубую – если свет синий. Если на пучок посмотреть вблизи, то можно разглядеть отдельные пылинки, а промежутки между ними будут тёмными.
Как вы думаете, оказывают ли влияние друг на друга пересекающиеся пучки света? Чтобы ответить на вопрос, проделаем опыт. Возьмём два проектора, расположив их так, чтобы световые пучки пересекались. Вы видите, что синие лучи правого проектора проходят сквозь красные лучи левого, однако это не приводит к искажениям на экране: ни по цвету, ни по очертаниям проецируемых объектов.
Итак, закон независимости распространения света утверждает, что световые пучки, пересекаясь, не влияют друг на друга. Этот закон справедлив для световых пучков небольшой интенсивности (к ним относятся свет большинства окружающих нас источников). Пучки света, например, от мощных лазеров промышленного или научного назначения, могут оказывать влияние друг на друга: для них закон независимости распространения света не всегда будет справедливым.
