На самом деле одни материалы более прозрачны, чем другие. Так, через стекло предметы видны лучше, чем через пластик или ткань.

1.19 Преломление света

Переходя из одной прозрачной среды в другую, луч, так или иначе, меняет своё направление. Примером этого явления может служить карандаш в стакане с водой. Мы точно знаем, что карандаш прямой, но видим, как он «ломается», входя в слой воды. Такой обман зрения возникает потому, что происходит преломление света.

Преломлением света называется изменение его направления при переходе из одной прозрачной среды в другую – из воздуха в воду, из воды в стекло. Это происходит потому, что скорость распространения световых волн в разных средах различна. В воздухе она больше, в воде меньше, а в стекле совсем маленькая.

Согласно закону преломления света, падающий луч, преломлённый луч и перпендикуляр к границе двух сред в точке падения луча лежат в одной плоскости.

1.20 Прохождение света через стекло

Проходя сквозь стекло, луч света преломляется дважды. Первый раз это происходит при входе в стекло, а второй – при выходе из него. При этом луч остаётся параллельным своему первоначальному направлению, лишь немного смещаясь. И чем стекло толще, тем это смещение больше.

Обычно так происходит, когда солнце светит в окно. Но почему же, рассматривая дома и людей за окном, мы не замечаем изменений в их расположении и форме? Дело в том, что оконное стекло достаточно тонкое, и лучи света, проходя сквозь него, смещаются незначительно.

1.21 Направленное и диффузное пропускание света

Прозрачные среды и материалы обладают различными свойствами. Через стекло мы видим чёткие контуры предметов, а через пластинки слюды – размытые, поскольку то, как материал пропускает свет, зависит от его строения.

Если материал имеет однородную структуру, то весь световой поток преломляется на определённый угол и проходит через него, не теряя упорядоченности. Именно так ведёт себя стекло. Оно обладает свойством направленного пропускания света.

Если же материал не однороден, то в нём световые лучи беспорядочно меняют своё направление. Ткани и слюда диффузно пропускают свет.

Сквозь прозрачные материалы отчётливо видны предметы. Материалы, которые свет рассеивают, делают очертания объектов плохо различимыми. Их часто используют в осветительных приборах. Например, в изготовлении абажуров. Свет лампы может быть слишком ярким и слепящим – абажур делает его более комфортным.

Свою степень прозрачности имеет даже атмосфера Земли, и она может меняться при разной погоде. В ясный день мы прекрасно видим солнце, облака и самолёты в небе, а в дождь или туман всё кажется размытым. Кроме того, в городе, где воздух сильно загрязнён, дома имеют менее чёткие очертания, чем за городом.

Преломлением света называется изменение его направления при переходе из одной прозрачной среды в другую – из воздуха в воду, из воды в стекло. Это происходит потому, что скорость распространения световых волн в разных средах различна. В воздухе она больше, в воде меньше, а в стекле совсем маленькая.

1.22 Поглощённый свет

Теперь поговорим о предметах, которые большую часть света поглощают. Такой свет мы больше не видим. Он, в отличие от отражённого и пропущенного света, не участвует в создании изображения. Но, как уже было сказано выше, ни один материал не может полностью поглотить, пропустить или отразить свет.

Мы живём не в идеальном мире, и найти абсолютно чёрный предмет невозможно, хотя разглядеть чёрную кошку в тёмной комнате всё равно очень непросто.

1.23 Быстро убывающий свет

Когда мы хотим вдеть нитку в игольное ушко или прочесть книгу, то обычно подносим эти предметы ближе к источнику света. Вблизи лампы света больше. Мы учитываем это на уровне интуиции. Однако зная некоторые законы физики, можно вычислить освещённость поверхности в зависимости от её удалённости от источника света.

Освещённость убывает пропорционально квадрату расстояния от источника до поверхности. То есть при увеличении расстояния в два раза освещённость уменьшается в четыре. Если же увеличить расстояние в три раза, она станет слабее в девять раз.

Этот закон справедлив по отношению к любому источнику света – и к лампе, и к Солнцу.

1.24 Расстояние до Солнца и расстояние до лампы

Находясь на Земле, мы никак не можем стать ближе к Солнцу. И на крыше высотного здания, и у его подъезда освещение будет почти одинаковым. Расстояние до Солнца так велико, что разница в сотню метров не ощутима.

А вот когда декоратор освещает помещение, особенно большое, ему приходится вспомнить о способности света убывать достаточно быстро при увеличении расстояния от источника. Помещение трудно хорошо осветить одной, пусть даже очень мощной лампой. Хотя рядом с ней свет будет слепящим, углы помещения всё равно будут плохо освещены.

Поэтому для комфортного равномерного освещения требуется множество источников света, которые нужно грамотно распределить по помещению. Освещение должно быть многопозиционным.

1.25 Солнечный свет

Давайте вспомним, как дети рисуют Солнце: круг с расходящимися от него линиями-лучами.

Солнце действительно именно так распространяет свой свет. Однако когда мы говорим о солнечном свете, освещающем объекты на Земле, мы представляем его в виде потока параллельных лучей.

Это допущение возможно потому, что Солнце находится очень далеко от нас. Так или иначе, его свет распространяется прямолинейно. Поэтому если на пути потока лучей встаёт препятствие, например, дерево или дом, то за ним образуется тень.

1.26 Как придать направление свету

И Солнце, и лампа накаливания излучают свет в одинаковом количестве во всех направлениях. На распространение солнечных лучей мы повлиять не можем, но искусственный источник света можно направить туда, куда хочется. Для этого в нашем распоряжении есть много приспособлений, являющихся частью светильников.

Если накрыть лампу абажуром, она будет светить в ту сторону, куда повернут абажур. Другой искусственный источник света, прожектор, даёт чёткий луч, для создания которого используется система линз и зеркал.

1.27 Призмы

Свет, как мы уже говорили, распространяется прямолинейно, но с помощью определённых приспособлений можно заставить лучи двигаться по более сложной траектории. Регулировать этот процесс можно с помощью призм.

Призмы – это многогранники, имеющие основание и грани, которые наклонены друг к другу. Они изготавливаются из прозрачного материала, обычно из стекла.

Призма пропускает свет, причём делает это направленно, то есть практически не рассеивает световой поток. В то же время она преломляет луч на определённый угол. Каким же образом это происходит?

1.28 Ход луча в призме

На грань призмы световой поток падает под определённым углом. В стекле этот угол уменьшается, поскольку оно обладает большей оптической плотностью.

После преломления луч продолжает свой путь внутри призмы. Для противоположной грани он уже будет падающим. При переходе луча из стекла в воздух угол снова увеличивается. Это естественно, ведь воздух – оптически менее плотная среда.

Углы преломления определяются по отношению к перпендикулярам к границам сред в точках падения луча – нормалям. За счёт того, что грани призмы не параллельны, нормали находятся под углом друг к другу. В результате мы видим, что свет, проходя через призму, отклоняется к её основанию.

1.29 Закономерности призмы

Насколько призма способна изменить первоначальное направление светового пучка? Это зависит от нескольких факторов: угла между гранями призмы, угла падения луча на первую грань и показателя преломления материала, из которого сделана призма, по отношению к окружающей среде.