Источники и свойства света

Выключим лампу: книга на столе осталась, но мы перестали её видеть. Что должно пройти от источника к книге, а затем к глазу, чтобы предмет стал видимым?

Лампу можно увидеть по свету, который она сама испускает. Тело, испускающее собственное видимое излучение, называют источником света. Солнце и звёзды — естественные источники, лампа и зажжённая свеча — искусственные. Свет уносит энергию, поэтому излучение требует её преобразования: лампа использует электрическую, свеча — химическую энергию. Видимый свет — часть уже знакомого электромагнитного излучения.

От лампы свет попадает на книгу. Часть поглощается, а часть отражается и рассеивается в разные стороны. Когда часть этого света достигает глаза, мы видим книгу. Если прервать путь от лампы к книге или от книги к глазу, условия видимости изменятся. Обычная книга в полной темноте не видна не потому, что исчезла, а потому, что от неё не приходит достаточно видимого света. Глаз принимает свет, а не освещает предмет своими лучами.

Яркая Луна кажется самостоятельным источником. Но проследим энергию: солнечный свет падает на её поверхность, часть отражается и доходит до нас. В видимом диапазоне Луну поэтому рассматривают главным образом как освещённое тело. Такой вывод не отрицает её собственного теплового излучения в других диапазонах. Важно уточнить, какой свет объясняем: «мы видим тело» ещё не означает «оно само создаёт заметное видимое излучение».

Поглощённый свет перестаёт распространяться прежним пучком, но его энергия сохраняется. Она может увеличивать внутреннюю энергию тела, запускать химические процессы или преобразовываться в электрическую энергию солнечного элемента. Поэтому освещённая поверхность нагревается, а свет способен производить другие изменения. Результат зависит не только от количества падающего света, но и от того, какие его части поглощает материал и в какие формы переводит энергию.

На двух лампах может быть одинаковое число ватт, но разное число люменов. Ватты обычно указывают потребляемую электрическую мощность, а не видимый результат. Световой поток Φv оценивает мощность видимого излучения с учётом чувствительности человеческого глаза к разным цветам; единица — люмен, лм. Разные источники превращают входную энергию в видимый свет с разной эффективностью. Поэтому для сравнения количества видимого света одной электрической мощности недостаточно.

Возьмём одинаковый световой поток и направим его узким пучком на маленькое пятно, затем распределим широко по комнате. Общее число люменов может остаться прежним, а конкретное место стола будет освещено по-разному. Играют роль направление, расстояние, площадь распределения и преграды. Световой поток характеризует источник в целом, но сам по себе не сообщает, сколько света попадёт на выбранный участок поверхности.

В комнате горит лампа и лежит белый лист бумаги. Почему лист виден с разных сторон?

Прослеживаем путь энергии: лампа сама испускает свет, а часть его падает на белый лист.

Шероховатая поверхность отражает свет в разные стороны. Поэтому лучи от листа могут попасть в глаза наблюдателей, находящихся в разных местах.

Лист не обязан сам испускать заметный видимый свет. Если убрать падающий свет и другие источники, обычный лист перестанет быть видимым, хотя его поверхность сохранится.

Лист виден благодаря рассеянному отражению света лампы. Разные наблюдатели получают разные части отражённого пучка.

Чтобы объяснить видимость, проследи путь от источника через предмет до глаза.

Свет переносит энергию, а поглощение превращает её в другие формы.

Люмены описывают видимый свет с учётом зрения; ватты потребления и освещение конкретного стола — другие характеристики.

Для построения теней представим распространение света лучами.