Эффект Доплера для световых волн

На скорость света не влияют ни скорость источника света, ни скорость наблюдателя. Постоянство скорости света в вакууме имеет огромное значение для физики и астрономии. Однако частота и длина световой волны меняются с изменением скорости источника или наблюдателя. Этот факт известен как эффект Доплера.

Предположим, что источник, расположенный в т. О, испускает свет длиной волны λ₀. Наблюдатели в точках А и В, для которых источник света находится в покое, зафиксируют излучение с длиной волны λ₀ (см. рисунок 1). Если источник света начинает двигаться со скоростью V, то длина волны меняется. Для наблюдателя А, к которому источник света приближается, длина световой волны уменьшается. Для наблюдателя В, от которого источник света удаляется, длина световой волны увеличивается (см. рисунок 2). Так как в видимой части электромагнитного излучения наименьшим длинам волн соответствует фиолетовый свет, а наибольшим – красный, то говорят, что для приближающегося источника света наблюдается смещение длины волны в фиолетовую сторону спектра, а для удаляющегося источника света – в красную сторону спектра.

Рис. 1

Рис. 2

Изменение длины световой волны зависит от скорости источника относительно наблюдателя (по лучу зрения) и определяется формулой Доплера:

(λ−λ0)λ0=vc

Эффект Доплера нашел широкое применение, в частности в астрономии, для определения скоростей источников излучения.

Задание №027A83

Примерно сто лет назад американский астроном Весто Слайфер обнаружил, что длины волн в спектрах излучения большинства галактик смещены в красную сторону. Этот факт может быть связан с тем, что

• 1)

галактики разбегаются (Вселенная расширяется)

• 2)

галактики сближаются (Вселенная сжимается)

• 3)

Вселенная бесконечна в пространстве

• 4)

Вселенная неоднородна

Лупа

Лупа – оптическая система (одна или несколько линз) с небольшим фокусным расстоянием (от 1 до 10 см), располагаемая между предметом и глазом, позволяющая простейшим образом увеличить угол, под которым виден предмет. Угол, под которым виден предмет, называют углом зрения (на рис. 1 это угол β).

Рис. 1

При рассматривании предмета «невооружённым» глазом для получения максимального угла зрения предмет нужно поместить на расстояние наилучшего видения d₀. Угол зрения приблизительно равен: β≈hd0.

Рис. 2

Для нормального глаза расстояние наилучшего видения принимают равным 25 см. Для близорукого глаза, который не может видеть чётко далёкие объекты, это расстояние меньше 25 см, а для дальнозоркого ––больше 25 см.

При рассматривании малых предметов с помощью лупы его помещают вблизи фокальной плоскости лупы, между фокусом и лупой. Глаз при этом рассматривает не сам предмет, а его мнимое увеличенное изображение H, которое значительно удалено от лупы и глаза на значительное расстояние d (рис. 2). При приближении предмета к фокальной плоскости его изображение отодвигается в «бесконечность».

Угол зрения, под которым виден предмет, рассматриваемый через лупу, исходя из подобия треугольников (см. рис. 2), можно приблизительно считать равным: β′≈Hd≈hF, где F – фокусное расстояние лупы.

Увеличением лупы Г называют отношение угла зрения, под которым видно изображение предмета в лупе, к углу зрения, под которым предмет виден «невооружённым» глазом с расстояния наилучшего видения: Г=β′β=d0F. Таким образом, увеличение лупы зависит не только от фокусного расстояния линзы, но и от особенностей глаза человека, который пользуется этой лупой.

Увеличение можно сделать очень большим, применяя короткофокусные линзы. Однако в этом случае появляются значительные аберрации (искажения). Для их устранения лупы с большим увеличением
(до 50) делают из двух или трёх линз. Однолинзовые лупы обычно делают с 2–4-кратным увеличением.

• Задание №90A4FC

Одна и та же линза с фокусным расстоянием 10 см даст увеличение

• 1)

больше, чем 2,5, для близорукого глаза и меньше, чем 2,5, для дальнозоркого

• 2)

меньше, чем 2,5, для близорукого глаза и больше, чем 2,5, для дальнозоркого

• 3)

больше, чем 2,5, для близорукого глаза и равно 2,5 для нормального

• 4)

меньше, чем 2,5, для дальнозоркого глаза и равно 2,5 для нормального

• Задание №B0B676 Отложить Пометить как решённое

Где необходимо поместить предмет, чтобы при рассмотрении его через лупу его мнимое изображение находилось в бесконечности?

• 1)

в фокальной плоскости лупы

• 2)

между фокусом и двойным фокусом

• 3)

между фокусом и лупой

• 4)

за двойным фокусом

Фотолюминесценция

Некоторые вещества при освещении электромагнитным излучением сами начинают светиться. Такое свечение, или люминесценция, отличается важной особенностью: свет люминесценции имеет иной спектральный состав, чем свет, вызвавший свечение. Наблюдения показывают, что свет люминесценции характеризуется большей длиной волны, чем возбуждающий свет. Например, если пучок фиолетового света направить на колбочку с раствором флюоресцеина, то освещённая жидкость начинает ярко люминесцировать зелёно-жёлтым светом.

Некоторые тела сохраняют способность светиться некоторое время после того, как освещение их прекратилось. Такое послесвечение может иметь различную длительность: от долей секунды до многих часов. Принято называть свечение, прекращающееся с освещением, флюоресценцией, а свечение, имеющее заметную длительность, фосфоресценцией.

Фосфоресцирующие кристаллические порошки используются для покрытия специальных экранов, сохраняющих своё свечение две-три минуты после освещения. Такие экраны светятся и под действием рентгеновских лучей.

Очень важное применение нашли фосфоресцирующие порошки при изготовлении ламп дневного света. В газоразрядных лампах, наполненных парами ртути, при прохождении электрического тока возникает ультрафиолетовое излучение. Советский физик С.И. Вавилов предложил покрывать внутреннюю поверхность таких ламп специально изготовленным фосфоресцирующим составом, дающим при облучении ультрафиолетом видимый свет. Подбирая состав фосфоресцирующего вещества, можно получить спектральный состав излучаемого света, максимально приближённый к спектральному составу дневного света.

Явление люминесценции характеризуется крайне высокой чувствительностью: достаточно иногда 10 ^{– 10} г светящегося вещества, например в растворе, чтобы обнаружить это вещество по характерному свечению. Это свойство лежит в основе люминесцентного анализа, который позволяет обнаружить ничтожно малые примеси и судить о загрязнениях или процессах, приводящих к изменению исходного вещества.

• Задание №9A22B1

Ткани человека содержат большое количество разнообразных природных флуорофоров, которые имеют различные спектральные области флуоресценции. На рисунке представлены спектры свечения основных флуорофоров биологических тканей и шкала электромагнитных волн.

Согласно приведённым данным пироксидин светится

• 1)

красным светом

• 2)

жёлтым светом

• 3)

зелёным светом

• 4)

фиолетовым светом

• Задание №BE1B36

Два одинаковых кристалла, имеющих свойство фосфоресцировать в жёлтой части спектра, были предварительно освещены: первый красными лучами, второй синими лучами. Для какого из кристаллов можно будет наблюдать послесвечение? Ответ поясните.

• Задание №DF5EFA

При исследовании пищевых продуктов люминесцентный метод можно использовать для установления порчи и фальсификации продуктов.
В таблице приведены показатели люминесценции жиров.

Вид жира	Цвет люминесценции
Масло сливочное	От бледно- до ярко-жёлтого
Маргарин сливочный	Голубоватый
Маргарин «Экстра»	Голубоватый
Сало растительное	Интенсивно-голубой

Цвет люминесценции сливочного масла изменился с жёлто-зелёного на голубой. Это означает, что в сливочное масло могли добавить

• 1)

только маргарин сливочный

• 2)

только маргарин «Экстра»

• 3)

только сало растительное

• 4)

любой из указанных жиров

Цвет предметов

Цвет различных предметов, освещённых одним и тем же источником света (например, солнцем), бывает весьма разнообразен. Основную роль в таких эффектах играют явления отражения и пропускания света. При рассмотрении непрозрачного предмета мы воспринимаем его цвет в зависимости от того излучения, которое отражается от поверхности предмета и попадает к нам в глаз. При рассмотрении прозрачного тела на просвет его цвет будет зависеть от пропускания лучей различных длин волн.

Световой поток, падающий на тело, частично отражается (рассеивается), частично пропускается и частично поглощается телом. Доля светового потока, участвующего в каждом из этих процессов, определяется с помощью соответствующих коэффициентов: отражения ρ, пропускания τ и поглощения α. Так, например, коэффициент отражения равен отношению светового потока, отражённого телом, к световому потоку, падающему на тело.

Каждый из указанных коэффициентов может зависеть от длины волны (цвета), благодаря чему и возникают разнообразные эффекты при освещении тел.

Тела, у которых для всех лучей поглощение велико, а отражение и пропускание очень малы, будут чёрными непрозрачными телами (например, сажа). Для красных непрозрачных лепестков розы коэффициент отражения близок к единице для красного цвета (для других цветов очень мал), коэффициент поглощения, наоборот, близок к единице для всех цветов, кроме красного, коэффициент пропускания практически равен нулю для всех длин волн. Прозрачное зелёное стекло имеет коэффициент пропускания, близкий к единице, для зелёного цвета, тогда как коэффициенты отражения и поглощения для зелёного цвета близки к нулю. Прозрачные тела могут иметь разный цвет в проходящем и отраженном свете.

Различие в значениях коэффициентов ρ, τиαи их зависимость от длины световой волны обусловливает чрезвычайное разнообразие в цветах и оттенках различных тел.

• Задание №219714

Коэффициент поглощения равен

• 1)

световому потоку, падающему на тело

• 2)

световому потоку, поглощённому телом

• 3)

отношению светового потока, падающего на тело, к световому потоку, поглощённому телом

• 4)

отношению светового потока, поглощённого телом, к световому потоку, падающему на тело

• Задание №88F892

Для белого непрозрачного тела

• 1)

коэффициенты пропускания и отражения близки к единице для всех длин волн

• 2)

коэффициенты пропускания и поглощения близки к единице для всех длин волн

• 3)

коэффициенты пропускания и отражения близки к нулю для всех длин волн

• 4)

коэффициенты пропускания и поглощения близки к нулю для всех длин волн

• Задание №E76DEB

Хлорофилл – зелёное вещество, содержащееся в листьях растений и обусловливающее их зелёный цвет. Спиртовой раствор (вытяжка) хлорофилла оказывается на просвет красным, а в отраженном свете – зелёным. Это означает, что в растворе

• 1)

коэффициенты пропускания и отражения для зелёного цвета близки к единице

• 2)

коэффициенты пропускания и отражения для красного цвета близки к единице

• 3)

коэффициенты пропускания для красного цвета и отражения для зелёного цвета близки к единице

• 4)

коэффициенты пропускания для зелёного цвета и отражения для красного цвета близки к единице

Лупа

Лупа – оптическая система (одна или несколько линз) с небольшим фокусным расстоянием (от 1 до 10 см), располагаемая между предметом и глазом, позволяющая простейшим образом увеличить угол, под которым виден предмет. Угол, под которым виден предмет, называют углом зрения (на рис. 1 это угол β).

Рис. 1

При рассматривании предмета «невооружённым» глазом для получения максимального угла зрения предмет нужно поместить на расстояние наилучшего видения d₀. Угол зрения приблизительно равен: β≈hd0.

Рис. 2

Для нормального глаза расстояние наилучшего видения принимают равным 25 см. Для близорукого глаза, который не может видеть чётко далёкие объекты, это расстояние меньше 25 см, а для дальнозоркого ––больше 25 см.

При рассматривании малых предметов с помощью лупы его помещают вблизи фокальной плоскости лупы, между фокусом и лупой. Глаз при этом рассматривает не сам предмет, а его мнимое увеличенное изображение H, которое значительно удалено от лупы и глаза на значительное расстояние d (рис. 2). При приближении предмета к фокальной плоскости его изображение отодвигается в «бесконечность».

Угол зрения, под которым виден предмет, рассматриваемый через лупу, исходя из подобия треугольников (см. рис. 2), можно приблизительно считать равным: β′≈Hd≈hF, где F – фокусное расстояние лупы.

Увеличением лупы Г называют отношение угла зрения, под которым видно изображение предмета в лупе, к углу зрения, под которым предмет виден «невооружённым» глазом с расстояния наилучшего видения: Г=β′β=d0F. Таким образом, увеличение лупы зависит не только от фокусного расстояния линзы, но и от особенностей глаза человека, который пользуется этой лупой.

Увеличение можно сделать очень большим, применяя короткофокусные линзы. Однако в этом случае появляются значительные аберрации (искажения). Для их устранения лупы с большим увеличением
(до 50) делают из двух или трёх линз. Однолинзовые лупы обычно делают с 2–4-кратным увеличением.

Задание №2E83A7

Лупа даёт изображение

• 1)

действительное увеличенное прямое

• 2)

мнимое уменьшенное перевёрнутое

• 3)

действительное уменьшенное перевёрнутое

• 4)

мнимое увеличенное прямое

Тепловое зрение змей

Некоторые виды змей обладают способностью улавливать тепловое излучение, невидимое для человеческого глаза. Для этого у них есть расположенные около глаз ямочки, чувствительные к тепловому излучению. Строение такого органа следующее. Рядом с каждым глазом располагается отверстие диаметром около миллиметра. За ним находится небольшая полость. Стенки полости состоят из теплочувствительной плёнки, содержащей матрицу размером примерно 40 на 40 клеток, которые реагируют на температуру плёнки.

Этот орган работает как камера-обскура (см. рисунок). Теплокровное животное испускает во все стороны инфракрасное излучение длиной волны примерно 10 микрометров. Проходя через отверстие-объектив, лучи создают «тепловое изображение» и нагревают мембрану. Благодаря высокой чувствительности клеток змея может заметить мышь с довольно большого расстояния. И как показывают опыты со змеями, они могут определять направление на точечный источник тепла с точностью до 5 угловых градусов.

Хорошее угловое разрешение объяснить трудно. Для повышения чувствительности природа увеличила размер входного отверстия. Однако чем больше отверстие, тем более размытым получается изображение, если оно, разумеется, без линз. У змей размер отверстия и глубина камеры примерно равны, поэтому изображение должно быть настолько размытым, что из него можно определить только то, что где-то поблизости есть теплокровное животное.

Учёные предположили, что в мозгу у змей происходит дополнительная обработка изображения, в результате которой каждый зрительный нейрон получает информацию не только из одной точки на сетчатке, как при обычном зрении, а со всей теплочувствительной поверхности. Такое преобразование сигнала довольно часто применяется при компьютерной обработке изображений.

• Задание №1CAC20

На стенках полости, состоящих из теплочувствительной плёнки, появляется изображение

• 1)

перевёрнутое мнимое

• 2)

перевёрнутое действительное

• 3)

прямое мнимое

• 4)

прямое действительное

• Задание №82B802

Частота теплового излучения, воспринимаемого змеёй, примерно равна

• 1)

3·10¹⁰ Гц

• 2)

9·10¹³ Гц

• 3)

3·10¹³ Гц

• 4)

9·10¹⁶ Гц

• Задание №F76ABC

Тепловое излучение относится к

• 1)

видимому

• 2)

ультрафиолетовому

• 3)

инфракрасному

• 4)

рентгеновскому