სინათლე ითვლება ნებისმიერი სახის ოპტიკურ გამოსხივებად. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ეს არის ელექტრომაგნიტური ტალღები, რომელთა სიგრძე ნანომეტრების ერთეულების დიაპაზონშია.
ზოგადი განმარტებები
ოპტიკის თვალსაზრისით, სინათლე არის ელექტრომაგნიტური გამოსხივება, რომელიც აღიქმება ადამიანის თვალით. ჩვეულებრივია ფართობის აღება ვაკუუმში 750 THz, როგორც ცვლილების ერთეული. ეს არის სპექტრის მოკლე ტალღის კიდე. მისი სიგრძეა 400 ნმ. რაც შეეხება ფართო ტალღების საზღვარს, 760 ნმ მონაკვეთი, ანუ 390 THz, აღებულია საზომი ერთეულით.
ფიზიკაში სინათლე განიხილება, როგორც მიმართული ნაწილაკების ერთობლიობა, რომელსაც ეწოდება ფოტონები. ვაკუუმში ტალღების განაწილების სიჩქარე მუდმივია. ფოტონებს აქვთ გარკვეული იმპულსი, ენერგია, ნულოვანი მასა. უფრო ფართო გაგებით, სინათლე არის ხილული ულტრაიისფერი გამოსხივება. ტალღები ასევე შეიძლება იყოს ინფრაწითელი.
ონტოლოგიის თვალსაზრისით სინათლე ყოფიერების დასაწყისია. ასე ამბობენ ფილოსოფოსები და რელიგიური მკვლევარები. გეოგრაფიაში ეს ტერმინი გამოიყენება პლანეტის გარკვეული უბნების აღსანიშნავად. სინათლე თავისთავად სოციალური კონცეფციაა. მიუხედავად ამისა, მეცნიერებაში მას აქვს სპეციფიკური თვისებები, თვისებები და კანონები.
ბუნება და სინათლის წყაროები
ელექტრომაგნიტური გამოსხივება იქმნება დამუხტული ნაწილაკების ურთიერთქმედების პროცესში. ამისათვის ოპტიმალური პირობა იქნება სითბო, რომელსაც აქვს უწყვეტი სპექტრი. მაქსიმალური გამოსხივება დამოკიდებულია წყაროს ტემპერატურაზე. პროცესის შესანიშნავი მაგალითია მზე. მისი გამოსხივება ახლოსაა მთლიანად შავი სხეულის გამოსხივებასთან. მზის შუქის ბუნება განისაზღვრება 6000 K-მდე გათბობის ტემპერატურით. ამავდროულად, გამოსხივების დაახლოებით 40% არის ხილვადობის ფარგლებში. მაქსიმალური სიმძლავრის სპექტრი მდებარეობს 550 ნმ-თან ახლოს.
შუქის წყაროები ასევე შეიძლება იყოს:
- მოლეკულების და ატომების ელექტრონული გარსი ერთი დონიდან მეორეზე გადასვლისას. ასეთი პროცესები შესაძლებელს ხდის ხაზოვანი სპექტრის მიღწევას. მაგალითებია LED-ები და გაზის გამონადენი ნათურები.
- ჩერენკოვის გამოსხივება, რომელიც წარმოიქმნება დამუხტული ნაწილაკების სინათლის ფაზური სიჩქარით მოძრაობისას.
- ფოტონების შენელების პროცესები. შედეგად წარმოიქმნება სინქრო- ან ციკლოტრონის გამოსხივება.
სინათლის ბუნება ასევე შეიძლება დაკავშირებული იყოს ლუმინესცენციასთან. ეს ეხება როგორც ხელოვნურ, ასევე ორგანულ წყაროებს. მაგალითი: ქიმილუმინესცენცია, ცინტილაცია, ფოსფორესცენცია და ა.შ.
თავის მხრივ, სინათლის წყაროები იყოფა ჯგუფებად ტემპერატურის მაჩვენებლების მიხედვით: A, B, C, D65. ყველაზე რთული სპექტრი შეინიშნება სრულიად შავ სხეულში.
შუქის მახასიათებლები
ადამიანის თვალი სუბიექტურად აღიქვამს ელექტრომაგნიტურ გამოსხივებას ფერად. ასე რომ, შუქს შეუძლია გამოსცეს თეთრი, ყვითელი, წითელი, მწვანე ელფერი. Ეს მხოლოდვიზუალური შეგრძნება, რომელიც ასოცირდება გამოსხივების სიხშირესთან, იქნება ეს სპექტრული თუ მონოქრომატული შემადგენლობით. დადასტურებულია, რომ ფოტონები მრავლდებიან ვაკუუმშიც კი. მატერიის არარსებობის შემთხვევაში დინების სიჩქარეა 300000 კმ/წმ. ეს აღმოჩენა გაკეთდა ჯერ კიდევ 1970-იანი წლების დასაწყისში.
მედიის საზღვარზე სინათლის ნაკადი განიცდის ან არეკვლას ან გარდატეხას. გამრავლების დროს ის იშლება მატერიის მეშვეობით. შეიძლება ითქვას, რომ საშუალების ოპტიკურ მაჩვენებლებს ახასიათებს გარდატეხის მნიშვნელობა, რომელიც უდრის ვაკუუმში და შთანთქმის სიჩქარის თანაფარდობას. იზოტროპულ ნივთიერებებში ნაკადის გავრცელება არ არის დამოკიდებული მიმართულებაზე. აქ რეფრაქციული ინდექსი წარმოდგენილია კოორდინატებითა და დროით განსაზღვრული სკალარული რაოდენობით. ანისოტროპულ გარემოში ფოტონები ჩნდება როგორც ტენზორი.
გარდა ამისა, სინათლე შეიძლება იყოს პოლარიზებული და არა. პირველ შემთხვევაში, განმარტების ძირითადი რაოდენობა იქნება ტალღის ვექტორი. თუ ნაკადი არ არის პოლარიზებული, მაშინ ის შედგება შემთხვევითი მიმართულებით მიმართული ნაწილაკების ნაკრებისგან.
სინათლის ყველაზე მნიშვნელოვანი მახასიათებელი მისი ინტენსივობაა. იგი განისაზღვრება ისეთი ფოტომეტრული სიდიდეებით, როგორიცაა სიმძლავრე და ენერგია.
შუქის ძირითადი თვისებები
ფოტონებს არა მხოლოდ შეუძლიათ ერთმანეთთან ურთიერთქმედება, არამედ აქვთ მიმართულებაც. უცხო გარემოსთან კონტაქტის შედეგად ნაკადი განიცდის ასახვას და რეფრაქციას. ეს არის სინათლის ორი ფუნდამენტური თვისება. ასახვით, ყველაფერი მეტ-ნაკლებად ნათელია: ეს დამოკიდებულია მატერიის სიმკვრივეზე და სხივების დაცემის კუთხეზე. თუმცა, რეფრაქციის შემთხვევაში, სიტუაცია შორს არისუფრო რთული.
დასაწყისად შეგვიძლია განვიხილოთ მარტივი მაგალითი: თუ ჩალას წყალში ჩავყრით, მაშინ ის გვერდიდან მოხრილი და დამოკლებული მოგეჩვენებათ. ეს არის სინათლის გარდატეხა, რომელიც ხდება თხევადი გარემოსა და ჰაერის საზღვარზე. ეს პროცესი განისაზღვრება მატერიის საზღვარზე გავლისას სხივების განაწილების მიმართულებით.
როდესაც სინათლის ნაკადი ეხება მედიას შორის საზღვარს, მისი ტალღის სიგრძე მნიშვნელოვნად იცვლება. თუმცა, გავრცელების სიხშირე იგივე რჩება. თუ სხივი არ არის ორთოგონალური საზღვრის მიმართ, მაშინ შეიცვლება ტალღის სიგრძეც და მიმართულებაც.
სინათლის ხელოვნური გარდატეხა ხშირად გამოიყენება კვლევის მიზნებისთვის (მიკროსკოპი, ლინზები, გამადიდებლები). წერტილები ასევე მიეკუთვნება ტალღის მახასიათებლების ცვლილების ასეთ წყაროებს.
სინათლის კლასიფიკაცია
ამჟამად განასხვავებენ ხელოვნურ და ბუნებრივ შუქს. თითოეული ეს სახეობა განისაზღვრება გამოსხივების დამახასიათებელი წყაროთ.
ბუნებრივი სინათლე არის დამუხტული ნაწილაკების ნაკრები ქაოტური და სწრაფად ცვალებადი მიმართულებით. ასეთი ელექტრომაგნიტური ველი გამოწვეულია ინტენსივობის ცვლადი რყევით. ბუნებრივი წყაროები მოიცავს ცხელ სხეულებს, მზეს, პოლარიზებულ გაზებს.
ხელოვნური განათება შემდეგი ტიპისაა:
- ადგილობრივი. გამოიყენება სამუშაო ადგილზე, სამზარეულოს ზონაში, კედლებში და ა.შ. ასეთი განათება მნიშვნელოვან როლს ასრულებს ინტერიერის დიზაინში.
- გენერალი. ეს არის მთელი ტერიტორიის ერთგვაროვანი განათება. წყაროებია ჭაღები, იატაკის ნათურები.
- კომბინირებული.პირველი და მეორე ტიპის ნაზავი ოთახის იდეალური განათების მისაღწევად.
- გადაუდებელი. ძალიან სასარგებლოა ელექტროენერგიის გათიშვის დროს. ელექტროენერგია ყველაზე ხშირად მიეწოდება ბატარეებს.
მზე
დღეს ეს არის ენერგიის მთავარი წყარო დედამიწაზე. გადაჭარბებული არ იქნება თუ ვიტყვით, რომ მზის შუქი გავლენას ახდენს ყველა მნიშვნელოვან საკითხზე. ეს არის სიდიდის მუდმივი, რომელიც განსაზღვრავს ენერგიას.
დედამიწის ატმოსფეროს ზედა ფენები შეიცავს დაახლოებით 50% ინფრაწითელ და 10% ულტრაიისფერ გამოსხივებას. მაშასადამე, ხილული სინათლის რაოდენობა არის მხოლოდ 40%.
მზის ენერგია გამოიყენება სინთეზურ და ბუნებრივ პროცესებში. ეს არის ფოტოსინთეზი და ქიმიური ფორმების ტრანსფორმაცია, გათბობა და მრავალი სხვა. მზის წყალობით კაცობრიობას შეუძლია ელექტროენერგიის გამოყენება. თავის მხრივ, სინათლის ნაკადები შეიძლება იყოს პირდაპირი და დიფუზური, თუ ისინი ღრუბლებში გაივლიან.
სამი მთავარი კანონი
ძველი დროიდან მეცნიერები სწავლობდნენ გეომეტრიულ ოპტიკას. დღეს სინათლის შემდეგი კანონები ფუნდამენტურია:
- განაწილების კანონი. მასში ნათქვამია, რომ ერთგვაროვან ოპტიკურ გარემოში სინათლე გადანაწილდება სწორი ხაზით.
- გარღვევის კანონი. ორი მედიის საზღვარზე სინათლის სხივი და მისი პროექცია გადაკვეთის წერტილიდან ერთ სიბრტყეზეა. ეს ასევე ეხება შეხების წერტილამდე დაშვებულ პერპენდიკულარს. ამ შემთხვევაში, დაცემის და გარდატეხის კუთხეების სინუსების თანაფარდობა იქნება მნიშვნელობამუდმივი.
- ასახვის კანონი. სინათლის სხივი, რომელიც ეშვება მედიის საზღვარზე და მისი პროექცია იმავე სიბრტყეზეა. ამ შემთხვევაში არეკვლისა და დაცემის კუთხეები ტოლია.
სინათლის აღქმა
მიმდებარე სამყარო ადამიანისთვის ხილულია მისი თვალების ელექტრომაგნიტურ გამოსხივებასთან ურთიერთობის უნარის გამო. სინათლის აღქმა ხდება ბადურის რეცეპტორებით, რომლებსაც შეუძლიათ დატვირთული ნაწილაკების სპექტრული დიაპაზონის აღმოჩენა და რეაგირება.
ადამიანს აქვს 2 ტიპის მგრძნობიარე უჯრედი თვალში: გირჩები და წნელები. პირველი განსაზღვრავს მხედველობის მექანიზმს დღისით მაღალი განათებით. წნელები უფრო მგრძნობიარეა რადიაციის მიმართ. ისინი ადამიანს ღამით ნახვის საშუალებას აძლევს.
სინათლის ვიზუალური ჩრდილები განისაზღვრება ტალღის სიგრძით და მისი მიმართულებით.
