Тень и полутень. Тень при нескольких точечных источниках света

Тень при точечном источнике света. 1) Точечный источник света. 2) Непрозрачная фигура. 3) Просвечивающий экран.

Для опыта нужен точечный источник света или источник с небольшой светящей поверхностью. Непрозрачная фигура делается из фанеры или толстого картона; форма ее произвольная, но лучше брать несимметричную фигуру; проще всего взять разносторонний треугольник; в качестве такой фигуры удобно применить собственную руку с растопыренными пальцами.

Учащимся показывают, что при точечном источнике света вследствие прямолинейности лучей: 1) форма тени повторяет форму тела (если непрозрачная фигура параллельна экрану); 2) размер тени тем больше^ чем дальше экран от фигуры; 3) тень имеет резкие границы, как бы далеко ни отстоял экран от фигуры. Тень от руки получается резко очерченной даже при проектировании тени на потолок или на самую отдаленную стену комнаты.

Тень при нескольких точечных источниках света. 1) Подставка с несколькими малыми источниками света. 2) Непрозрачная фигура. 3) Просвечивающий экран.

Чтобы постепенно подойти к выяснению процесса образования полутени, надо после одного точечного источника взять несколько (3—4) таких источников и рассмотреть получение тени в этом случае. В данном опыте удобно взять 4 лампочки от карманного фонарика и расположить на специальной стойке —3 лампочки по вершинам разностороннего треугольника, а четвертую поместить в его середине (рис. 213).

Рис. 213. 4-точечный источник света

Патроны для лампочек можно взять самодельные или купить готовые (рис. 214) в радиомагазине. В качестве непрозрачной фигуры, дающей тень, можно взять кружок (из фанеры или картона), укрепленный на стойке при помощи толстой проволоки. По размеру кружок должен примерно подходить к размерам того треугольника, по вершинам которого расположены лампочки. Лампочки соединяются между собой параллельно и питаются от трансформатора, дающего напряжение в 4 в.

Рис. 214. Патрон для лампочки от карманного фонаря

Поперек демонстрационного стола ставят подставку с лампочками, перед нею - стойку с непрозрачным телом, и наконец у края стола, обращенного к учащимся, — просвечивающий экран. Все надо расположить так, чтобы на экране не только уместились все четыре (по числу отдельных источников света) тени от кружка, но чтобы они налегли друг на друга в соответственных местах по две, по три и по четыре (рис. 215).

Рис. 215. Получение тени и полутени при 4 источниках света

На этом опыте надо выяснить, что тенью (полной) называют место (4 на рисунке 215), не освещенное ни одним источником, или место, где налегли друг от друга тени, даваемые всеми отдельными источниками (в данном случае всеми четырьмя).

Места экрана, где лежат тени лишь от нескольких источников, в данном случае от одного (7), от двух (2) и от трех (3), создают ступенчатый (в 3 ступени) переход от полного света к полной тени (4) и образуют так называемую полутень. При увеличении числа отдельных источников света до бесконечности переход от света к полной тени становится постепенным, плавным, как это видно на следующем опыте.

Тень и полутень. 1) Источник света с большой светящей поверхностью. 2) Непрозрачное тело. 3) Просвечивающий экран.

Для опыта необходим источник света, обладающий большой светящей поверхностью. Для этой дели удобно применить шарообразный колпак из молочного стекла, внутри которого помещается электролампа. В качестве непрозрачного тела всего лучше взять шар (крокетный шар, мячик и т. п.); размер шара должен быть не очень мал по сравнению с колпаком.

Источник света, непрозрачное тело и экран надо на демонстрационном столе расположить так, чтобы учащиеся на экране видели тень тела, окруженную довольно широкой (в несколько сантиметров) полутенью (рис. 216). Если экран непрозрачный и потому к учащимся обращен непосредственно источник света, то его надо закрыть со стороны учащихся.

Рис. 216. Тень и полутень

Полезно, выбрав на полутени произвольную точку А (рис. 216, I), провести из нее при помощи нитки или тонкой палочки ряд прямых линий, касательных к непрозрачному телу. Эти прямые линии при пересечении с поверхностью источника света наметят линию ВС (ее полезно начертить карандашом для писания на стекле), разделяющую все светящее тело на две части: одна из них (верхняя на рисунке 216) освещает точку А полутени, другая (нижняя) закрыта непрозрачным телом и точки А не освещает. Это указание дает возможность понять, что представляет собой полутень.

На этом опыте надо выяснить, при каких условиях полутень становится меньше или больше. Меняя расстояние непрозрачного тела от экрана, можно убедиться, что полутень делается более узкой по мере уменьшения этого расстояния (рис. 216, II). Заменив непрозрачный шар меньшим по размеру, увидим, что при прочих равных условиях полутень становится шире, а полная тень уменьшается и может совсем отсутствовать (рис. 216, III).