edubun
Русский
English한국어EspañolPortuguêsFrançaisDeutschItalianoNederlandsРусскийBahasa Indonesia日本語
Главная›Физика

Свет

Тени и прямолинейное распространение света, зеркала, преломление и полное внутреннее отражение, линзы и глаз, цвет и призмы, а также долгая история измерения скорости света. В лаборатории волн можно проследить ход лучей в стекле, воде и линзах по закону Снеллиуса и формуле тонкой линзы.

Прогресс

О курсе

В 1849 году Ипполит Физо измерил время движения света туда и обратно на расстоянии около 17 км с помощью вращающегося колеса с 720 зубцами. Так долгая история измерения скорости света появляется в последнем из шести уроков курса о поведении света. Ранние уроки посвящены тому, что можно увидеть своими глазами: теням, зеркалам, стеклу, воде, линзам и радуге.

Уроки начинаются с теней. Во время полного солнечного затмения тёмный центр лунной тени часто покрывает полосу шириной менее 50 миль, а полутень простирается на тысячу миль или больше. Затем идёт отражение: плоское зеркало должно быть высотой лишь в половину твоего роста, чтобы показать тебя целиком. В уроке о преломлении свет внутри алмаза может выйти, только если падает на поверхность под углом не более 24.4° к нормали. Поэтому алмазы сверкают. Урок «Линзы и глаз» показывает, как глаз увеличивает оптическую силу примерно с 50 до 54 диоптрий, чтобы сфокусироваться на книге в 25 см. В уроке о цвете крон имеет показатель преломления 1.530 для фиолетового света при 410 нм и 1.512 для красного при 660 нм, поэтому фиолетовый отклоняется сильнее. Волновая лаборатория строит лучи по закону Снеллиуса и формуле тонкой линзы. Уменьши лампу до точки, и полутень исчезнет. Перетащи стрелку предмета за 2F, и изображение уменьшится.

Дисперсия не всегда полезна. OpenStax отмечает, что белый свет, отправленный по оптоволокну, растянулся бы во времени. Это одна из причин, по которым волоконные сети используют лазеры.

Перед началом

Преломление и цвет понятнее, если ты уже знаком с длиной волны по курсу Волны и звук, хотя темы о лучах, тенях и зеркалах понятны и без этого. В нескольких вопросах используются синусы и формула линзы, поэтому полезным фоном будут курс Тригонометрия и калькулятор.

Когда закончишь

После курса ты сможешь вычислить ширину тени с помощью подобных треугольников, объяснить, почему для зеркала в полный рост достаточно половины твоего роста, и найти критический угол для алмаза. Ты найдёшь изображение, которое строит линза, выразишь оптическую силу глаза в диоптриях, скажешь, где должно быть Солнце для радуги, и проследишь измерение скорости света зубчатым колесом Физо.

  1. 1Свет распространяется прямолинейно: тениПри полном солнечном затмении тёмная центральная часть лунной тени часто покрывает полосу шириной менее 50 миль, а полутень простирается на тысячу миль и более.
  2. 2Отражение и зеркалаЧтобы увидеть себя целиком в плоском зеркале, достаточно зеркала высотой в половину твоего роста, независимо от расстояния до него.
  3. 3Преломление и полное внутреннее отражениеСвет внутри алмаза может выйти наружу только при угле падения не более 24.4° к нормали, поэтому алмазы так сверкают.
  4. 4Линзы и глазЧтобы сфокусироваться на книге на расстоянии 25 см, глаз увеличивает оптическую силу примерно с 50 до 54 диоптрий, то есть на 8%.
  5. 5Цвет, призмы и радугаКроновое стекло преломляет фиолетовый свет с длиной волны 410 нм немного сильнее красного с длиной волны 660 нм: показатель преломления для фиолетового равен 1.530, а для красного 1.512.
  6. 6Измерение скорости светаВ 1849 году Ипполит Физо измерил время прохождения светом около 17 км туда и обратно с помощью вращающегося колеса с 720 зубцами.

Похожие курсы

  • Движение
    Положение, модуль скорости, скорость и ускорение, а затем падение и полёт тел. В лаборатории движения можно бросить мяч на Земле, Луне или Марсе и наблюдать, как рассчитываются время полёта, высота и дальность.
  • Силы
    Толчки и тяга, трение и тяготение, а также три закона, которыми Ньютон связал силу с движением. В лаборатории движения можно запустить маятник на Земле, Луне или Марсе и сравнить измеренный период с формулой.
  • Энергия
    Работа, кинетическая и потенциальная энергия, закон сохранения энергии и мощность с подробными расчётами. В лаборатории энергии можно запустить американские горки, наблюдать за столбиками энергии и менять трение, а также толкать или поднимать груз и измерять работу и мощность.
  • Волны и звук
    Что такое волна, как связаны длина волны, частота и скорость, как распространяется звук, как складываются волны, почему струны и трубы звучат на определённых нотах и что входит в электромагнитный спектр. В лаборатории волн верёвки, пружины, звук в трубе, волны в кювете и стоячие волны изображаются по тем же формулам, что используются в уроках.
Источники курса (16)
  • OpenStax College Physics 2e (openstax.org/books/college-physics-2e): 25.2 The Law of Reflection (θr = θi, diffuse vs mirror reflection, image as far behind the mirror)
  • 25.3 The Law of Refraction (Roemer 1676 data -> 2.26 × 10⁸ m/s, about 25% low; Michelson rotating mirrors with a fixed mirror 35 km away, 0.04%; c = 2.99792458 × 10⁸ m/s; n = c/v; Table 25.1 air 1.000293, water 1.333, ice 1.309, crown glass 1.52, flint 1.66, polystyrene 1.49, zircon 1.923, diamond 2.419; Snell's law; 30.0° -> 22.0° gives 1.33; air to diamond 30.0° -> 11.9°; zircon 1.56 × 10⁸ m/s; Ibn Sahl 984; Snell 1580 to 1626; lawn-mower analogy)
  • 25.4 Total Internal Reflection (mirror more than 90%; θc = sin⁻¹(n2/n1); polystyrene 42.2°, water 48.6°, diamond 24.4°; fibre optics, cladding; corner reflectors on bicycles and on the Moon; binoculars)
  • 25.5 Dispersion (Kamal al-Din al-Farisi 1267 to 1319, camera obscura and a water-filled glass vessel; Theodoric of Freiberg; Ibn al-Haytham; about six rainbow colours; Table 25.2 n at 660/610/580/550/470/410 nm; violet bent most; rainbow seen looking away from the Sun; secondary rainbow from two reflections; lasers disperse little)
  • 25.6 Image Formation by Lenses (ray tracing rules, P = 1/f in diopters, 1/do + 1/di = 1/f, m = −di/do, 0.750 m object and f = 0.500 m -> 1.50 m and m = −2.00, magnifier do 7.50 cm -> di −30.0 cm and m = 4.00, Table 25.3 three cases)
  • 26.1 Physics of the Eye (cornea and lens act as one thin lens, most bending at the cornea, cornea n 1.38, lens-to-retina 2.00 cm, near point 25 cm, power 50.0 D to 54.0 D, hair 1.20 × 10⁻² cm at 60.0 cm)
  • 27.3 (Young 1801)
  • NASA science.nasa.gov/eclipses/geometry (umbra, penumbra; typical umbral path may be less than 50 miles wide, penumbra a thousand miles or more) and nasa.gov image article Diagram of Umbra and Penumbra (umbra shrinks, penumbra grows away from the Sun)
  • NASA Visible Light page (Newton 1665 prism experiment, 380 to 700 nm)
  • Royal Society, Fara 2015 commentary on Newton (1672) New Theory about Light and Colours (royalsocietypublishing.org/rsta/article/373/2039/20140213)
  • NIST Meter page (Evenson group 299 792 456.2 ± 1.1 m/s; 1983 definition fixes c = 299 792 458 m/s) and NIST J. Res. 1972 measurement (tf.nist.gov/general/pdf/527.pdf)
  • APS News July 2010, Fizeau (Galileo lanterns; Roemer 1676; Fizeau 1849, 313 300 km/s, about 5% high)
  • Wikipedia Fizeau's measurement (8633 m, 720 notches, 25.2 turns per second -> 313 274 304 m/s, 4.5% high) and Speed of light (Galileo proposal 1638; Foucault 1862 298 000 ± 500 km/s, −0.60%; Michelson 1926 299 796 ± 4 km/s)
  • Baez and DESY "How is the speed of light measured?" (same table)
  • NASA Moon Fact Sheet (mean distance 384 400 km)
  • IAU 2012 astronomical unit 149 597 870 700 m.

Проверено: 2026-10-17