Ила света и освещенность. Законы освещенности.

Полный световой поток характеризует излучение, которое распространяется от источника по всем направлениям. Для практических же целей часто важнее знать не полный световой поток, а тот поток, который идет по определенному направлению или падает на определенную площадку. Так, например, автомобилисту важно получить достаточно большой световой поток в сравнительно узком телесном угле, внутри которого находится небольшой участок шоссе. Для работающего за письменным столом важен тот поток, который освещает стол или даже часть стола, тетрадь или книгу, т. е. поток, приходящийся на некоторую площадь. В соответствии с этим установлены два вспомогательных понятия — сила света и освещенность .

Силой света называют световой поток, рассчитанный на телесный угол, равный стерадиану, т. е. отношение светового потока , заключенного внутри телесного угла , к этому углу:

. (70.1)

Освещенность же есть световой поток, рассчитанный на единицу площади, т. е. отношение светового потока , падающего на площадь , к этой площади:

. (70.2)

Понятно, что формулы (70.1) и (70.2) определяют среднюю силу света и среднюю освещенность. Они будут тем ближе к истинным, чем равномернее поток или чем меньше и .

Очевидно, что с помощью источника, посылающего определенный световой поток, мы можем осуществить весьма разнообразную силу света и весьма разнообразную освещенность. Действительно, если направить весь поток или большую его часть внутрь малого телесного угла, то в направлении, выделенном этим углом, можно получить очень большую силу света. Так, например, в прожекторах удается сосредоточить большую часть потока, посылаемогоэлектрической дугой, в очень малом телесном угле и получить в соответствующем направлении огромную силу света. В меньшей степени той же цели достигают с помощью автомобильных фар. Если сконцентрировать с помощью отражателей или линз световой поток от какого-либо источника на небольшой площади, то можно достигнуть большой освещенности. Так поступают, например, стремясь сильно осветить препарат, рассматриваемый в микроскоп; аналогичное назначение выполняет рефлектор лампы, обеспечивающий хорошую освещенность рабочего места.

Согласно формуле (70.1) световой поток равен произведению силы света на телесный угол , в котором он распространяется:

Если телесный угол , т. е. лучи строго параллельны, то световой поток также равен нулю. Это означает, что строго параллельный пучок световых лучей не несет никакой энергии, т. е. не имеет физического смысла, — ни в одном реальном опыте не может быть осуществлен строго параллельный пучок. Это — чисто геометрическое понятие. Тем не менее параллельными пучками лучей очень широко пользуются в оптике. Дело в том, что небольшие отступления от параллельности световых лучей, имеющие с энергетической точки зрения принципиальное значение, в вопросах, связанных с прохождением световых лучей через оптические системы, практически не играют никакой роли. Например, углы, под которыми лучи от удаленной звезды попадают в наш глаз или телескоп, настолько малы, что они даже не могут быть измерены существующими методами; практически эти лучи не отличаются от параллельных. Однако эти углы все же не равны нулю, и именно благодаря этому мы и видим звезду. В последнее время световые пучки с очень острой направленностью, т. е. с очень малой расходимостью световых лучей, получают при помощи лазеров (см. § 205). Однако и в этом случае углы между лучами имеют конечное значение.

§ 71. Законы освещенности Пусть точечный источник освещает небольшую площадку , расположенную на расстоянии от источника (рис. 157). Рис. 157. Освещенность площадки , перпендикулярной к оси светового потока, определяется силой света и расстоянием от точечного источника до площадки Построим телесный угол , вершина которого лежит в точке и который опирается на края площадки . Он равен . Поток, посылаемый источником в этот телесный угол, обозначим через . Тогда сила света , освещенность . Отсюда , (71.1) т. е. освещенность площадки равна силе света, деленной на квадрат расстояния до точечного источника. Сравнивая освещенности площадок, расположенных на разных расстояниях от точечного источника, найдем и т. д., или , (71.2) т. е. освещенность обратно пропорциональна квадрату расстояния от площадки до точечного источника. Это так называемый закон обратных квадратов. Если бы площадка была расположена не перпендикулярно к оси потока, а повернута на угол , то она имела бы размеры (рис. 158), где — площадка, пересекающая тот же телесный угол перпендикулярно к оси пучка, так что . Мы предполагаем площадки и настолько малыми и столь удаленными от источника, что для всех точек этих площадок расстояние до источника может считаться одинаковым и лучи во всех точках составляют с перпендикуляром к площадке один и тот же угол (угол падения). Рис. 158. Освещенность площадки пропорциональна косинусу угла , образуемого перпендикулярно к площадке с направлением светового потока В таком случае освещенность площадки есть . (71.3) Итак, освещенность, создаваемая точечным источником на некоторой площадке, равна силе света, умноженной накосинус угла падения света на площадку и деленной на квадрат расстояния до источника. Закон обратных квадратов соблюдается вполне строго для точечных источников. Если же размеры источника не очень малы по сравнению с расстоянием до освещаемой поверхности, то соотношение (71.1) не верно и освещенность убывает медленнее, чем по закону ; в частности, если размеры светящейся поверхности велики по сравнению с , то освещенность практически не меняется при изменении . Чем меньше размеры источника по сравнению с , тем лучше выполняется закон обратных квадратов. Так, при соотношении расчеты изменения освещенности по формуле (71.1) дают вполне хорошее согласие с наблюдением. Таким образом, закон обратных квадратов можно считать практически выполняющимся, если размеры источника не превышают расстояния до освещаемой поверхности. Освещенность поверхности, как видно из формулы (71.3), зависит, кроме того, от угла, под которым падают на эту поверхность световые лучи.

13. Законы преломления и отражения света, геометрическая оптика. Применение преломления и отражения для получения изображения.

14. Волновая оптика: интерференция, дифракция света. Поляризация света. Монохроматический свет. Применение монохроматического света. Лазеры.

15. Оптические приборы. Устройство микроскопа, типы микроскопии.

16. Глаз как оптическая система. Визуальный анализ изображений.

17. Классификация методов анализа изображений в судебной экспертизе. Визуальный анализ изображений (следов, документов фото- и видеоматериалов и др.).

18. Цифровая фотография и анализ изображений. Методы компьютерного анализа изображений.

19. Поглощение света. Закон Бугера-Ламберта-Бера.

20. Молекулярный спектральный анализ в СЭ.

21. Явление люминесценции, применение люминесценции в СЭ.

22. Спектрофотометрия, применение спектрофотометрии в СЭ.

23. Электромагнитные свойства тел. Электрический ток.

24. Электромагнитные волны. Применение знаний о электромагнитных волнах в СЭ.

25. Электронная микроскопия: история развития метода, виды электронной микроскопии, применение в СЭ.

26. Судебно-медицинская экспертиза, спектр решаемых задач, организация СМЭ в РФ.

27. Методы исследования биологических объектов в СЭ.

28. Особенности подготовки препаратов для биологических исследований.

29. Метод дактилоскопии. Научно-практические основы

30. Патоморфологические исследования, световая микроскопия гистологических препаратов.

31. Микробиологические исследования в СЭ. Организация микробиологической лаборатории.

32. Иммуноферментный анализ, применение ИФА в судебно-экспертных исследованиях.

33. Понятие о наследственности. Структура молекулы ДНК.

34. Группы крови. Применение знаний о группах крови в СЭ.

35. Полимеразная цепная реакция, научно-практические основы, применение в СЭ.

36. Анализ ДНК, использование ДНК-анализа в судебной экспертизе.

37. Биологические способы идентификации личности.

38. Биосенсорные методы. Понятие и научные основы экспертного исследования запаховых следов.

39. Установление лиц, оставивших запаховые следы, с помощью собак-биодетекторов.

40. Почерковедческая экспертиза. Цели экспертизы, возможности. Установление срока давности исполнения текста.