Между блоком и полутенью что идет

Закон прямолинейного распространения света. Закон отражения света. Плоское зеркало. Преломление света

1. В основе явления распространения света лежат три закона: закон прямолинейного распространения света, закон отражения света и закон преломления света.

Закон прямолинейного распространения света: в однородной среде свет распространяется прямолинейно. Однородная среда — это среда, состоящая из одного и того же вещества, например, воздух, вода, стекло, масло и пр. Наблюдать прямолинейное распространение света можно в затемненной комнате, в которую через небольшое отверстие проникает луч света.

Следствием прямолинейного распространения света является то, что свет не проникает за экраны, ширмы и другие преграды. Однако если преграда очень мала, например, если это волос, тонкая нить и т.п., то за неё свет будет проникать, т.е. свет в определённых условиях
свет отклоняется от прямолинейного распространения.

Прямолинейное распространение света объясняет образование тени от предметов. На рисунке 97 показано распространение света от точечного источника.

Точечный источник — это такой источник, размеры которого малы по сравнению с расстоянием от него до наблюдателя. На рисунке видно, что на экране образуется чёткая
тень предмета.

На рисунке 98 показано распространение света от протяжённого источника.

В этом случае на экране образуются область тени и область полутени. Тень — область, в которую свет не попадает, в область полутени свет попадает от одной части источника света.

Зная, как образуется тень, можно объяснить солнечные и лунные затмения.

2. Если среда, в которой распространяется свет неоднородная, т.е. свет падает на границу раздела двух сред, то свет изменяет направление распространения. На границе раздела двух сред происходят три явления: отражение света от границы раздела сред, преломление и поглощение веществом (рис. 99).

На рисунке 99 АО — падающий луч, ОВ — отражённый луч, ОС — преломлённый луч; угол (​ \( \alpha \) ​ между падающим лучом и перпендикуляром к границе раздела сред — угол падения луча, угол ​ \( \beta \) ​ между отражённым лучом и перпендикуляром к границе раздела сред — угол отражения, угол ​ \( \gamma \) ​ между преломлённым лучом и перпендикуляром к границе раздела сред — угол преломления.

При изменении угла падения изменяется угол отражения, но при этом отражение света подчиняется закону отражения:

• угол отражения света равен углу падения ​ \( (\beta=\alpha) \) ​,
• лучи падающий и отражённый, а также перпендикуляр, восставленный к границе раздела двух сред, лежат в одной плоскости.

Из закона отражения света следует, что падающий и отражённый лучи обратимы.

Если свет отражается от гладкой поверхности, то отражение называется зеркальным. В этом случае, если на поверхность падают параллельные лучи, то отражённые лучи тоже будут параллельными (рис. 100).

Если параллельные лучи падают на шероховатую поверхность, то отражённые лучи будут направлены в разные стороны. Это отражение называют рассеянным или диффузным.

3. На рисунке 101 приведено построение изображения в плоском зеркале. Как показывают опыт и построение изображения предмета в плоском зеркале на основе закона отражения:

• плоское зеркало дает прямое изображение предмета;
• изображение имеет те же размеры, что и предмет;
• расстояние от предмета до зеркала равно расстоянию от зеркала до изображения.

Иными словами предмет и его изображение симметричны относительно зеркала.

Изображение предмета в плоском зеркале является мнимым. Мнимое изображение — это такое изображение, которое формируется глазом. В точке ​ \( S’ \) ​ собираются не сами лучи, а их продолжение, энергия в эту точку не поступает.

4. Изменение направления распространения света при переходе в другую среду называют преломлением света.

Эксперименты свидетельствуют о том, что при увеличении угла падения увеличивается угол преломления. Из опытов также следует, что соотношение углов падения и преломления зависит от оптической плотности среды.

Оптическая плотность среды характеризуется скоростью распространения света в ней. Чем больше скорость распространения света, тем меньше оптическая плотность среды. Так, оптическая плотность воздуха меньше, чем стекла, масла и пр., поскольку скорость света в этих средах меньше, чем в воздухе.

Явление преломления света подчиняется следующим закономерностям:

• если свет переходит из среды оптически менее плотной в среду оптически более плотную, то угол преломления меньше угла падения ​ \( (\gamma <\alpha) \) ​;
• если свет переходит из среды оптически более плотной в среду оптически менее плотную, то угол преломления больше угла падения \( (\gamma>\alpha) \) ;
• лучи падающий и преломлённый, а также перпендикуляр, восставленный к границе раздела двух сред, лежат в одной плоскости.

При переходе света из одной среды в другую его интенсивность несколько уменьшается. Это связано с тем, что свет частично поглощается средой.

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ

Часть 1

1. На рисунке изображены точечный источник света ​ \( L \) ​, предмет ​ \( K \) ​ и экран, на котором получают тень от предмета. При мере удаления предмета от источника света и приближения его к экрану (см. рисунок)

1) размеры тени будут уменьшаться
2) размеры тени будут увеличиваться
3) границы тени будут размываться
4) границы тени будут становиться более чёткими

2. Размеры изображения предмета в плоском зеркале

1) больше размеров предмета
2) равны размерам предмета
3) меньше размеров предмета
4) больше, равны или меньше размеров предмета в зависимости от расстояния между предметом и зеркалом

3. Луч света падает на плоское зеркало. Угол между падающим лучом и отражённым увеличили на 30°. Угол между зеркалом и отражённым лучом

1) увеличился на 30°
2) увеличился на 15°
3) уменьшился на 30°
4) уменьшился на 15°

4. Какое из изображений — А, Б, В или Г — соответствует предмету MN, находящемуся перед зеркалом?

5. Предмет, расположенный перед плоским зеркалом, приблизили к нему на 5 см. Как изменилось расстояние между предметом и его изображением?

1) увеличилось на 5 см
2) уменьшилось на 5 см
3) увеличилось на 10 см
4) уменьшилось на 10 см

6. Предмет, расположенный перед плоским зеркалом, удалили от него так, что расстояние между предметом и его изображением увеличилось в 2 раза. Во сколько раз увеличилось расстояние между предметом и зеркалом?

1) в 0,5 раза
2) в 2 раза
3) в 4 раза
4) в 8 раз

7. Чему равен угол падения луча на границе вода — воздух, если известно, что угол преломления равен углу падения?

8. Луч света переходит из стекла в воздух, преломляясь на границе раздела двух сред. Какое из направлений 1-4 соответствует преломлённому лучу?

9. Свет распространяется из масла в воздух, преломляясь на границе раздела этих сред. Па каком рисунке правильно представлены падающий и преломлённый лучи?

10. Световой луч падает на границу раздела двух сред. Скорость света во второй среде

1) равна скорости света в первой среде
2) больше скорости света в первой среде
3) меньше скорости света в первой среде
4) используя один луч, нельзя дать точный

11. Для каждого примера из первого столбца подберите соответствующее физическое явление из второго столбца. Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

ПРИРОДНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
A) изображение стоящих на берегу деревьев в «зеркале» воды
Б) видимое изменение положения камня на дне озера
B) эхо в горах

ФИЗИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ
1) отражение света
2) преломление света
3) дисперсия света
4) отражение звуковых волн
5) преломление звуковых волн

12. Из перечня приведённых ниже высказываний выберите два правильных и запишите их номера в таблицу

1) угол преломления равен углу падения, если оптическая плотность двух граничащих сред одинакова
2) чем больше показатель преломления среды, тем больше скорость света в ней
3) полное внутреннее отражение происходит при переходе света из среды оптически более плотной в среду оптически менее плотную
4) угол преломления всегда меньше угла падения
5) угол преломления всегда равен углу падения

Законы светотени: от простых форм до портрета

Чтобы понять как изобразить объем, начинающих учат рисовать геометрические фигуры. Но как передать свет и тень на более сложных формах? Например в портрете? Рассмотрим законы светотени на примере рисунков различных объектов, в том числе рисунке головы человека.

Сначала немного теории

Мы видим окружающий мир благодаря тому, что свет отражается от поверхностей с разной силой. Поэтому мы воспринимаем предметы объемными. Чтобы передать иллюзию объема на плоскости, нужно научиться изображать светотень, которая состоит из:

1. Блик;
2. Свет;
3. Полутень;
4. Собственная тень;
5. Рефлекс;
6. Падающая тень.

На примере рисунка шара, куба и головы человека Вы можете увидеть где находятся перечисленные области светотени. Но теперь подробнее о каждой.

1. Бликом называется самая светлая часть, которая является отражением яркого света: лампы, солнца и т. д. Блик хорошо заметен на глянцевых (блестящих) поверхностях и практически не виден на матовых.
2. Свет — как видно из названия, это освещённая часть предмета.
3. Далее следует промежуточная область между светом и тенью — полутень.
4. Собственная тень — это самая темная часть предмета.
5. В конце перечисленных зон будет располагаться рефлекс. Слово «рефлекс» — происходит от лат. reflexus, что означает отражение. Т. е. в нашем случае рефлекс — это отраженный свет в теневой части предмета. Отражается он от всего, что окружает предмет с теневой стороны: от стола, потолка, стен, драпировок и т.п.. Область рефлекса всегда чуть светлее тени, но темнее полутени.
6. Падающая тень — это тень отбрасываемая предметом на то, что его окружает, например, на плоскость стола или стены. Чем ближе тень к предмету, от которого она образуется, тем более темной она будет. Чем дальше от предмета — тем она светлее.

Кроме описанной последовательности, есть ещё одна закономерность. На схематичном рисунке видно, что если провести перпендикуляр к направлению света, то он совпадет с самыми темными местами предмета. Т. е. тень будет располагаться перпендикулярно свету, а рефлекс будет находиться на противоположной блику стороне.

Форма границы между светом и тенью

Следующее, на что нужно обратить внимание — это на границу света и тени. На разных предметах она приобретает разную форму. Посмотрите на рисунки шара, цилиндра, куба, вазы, и на рисунок головы человека.

Конечно, граница между тенью и светом чаще всего размытая. Четкой она станет только при ярком направленном свете, например, при свете электрической лампы. Но начинающим художникам следует научиться видеть эту условную линию, тот рисунок, который она образует. Эта линия везде разная и постоянно меняется в зависимости от изменения характера освещения.

На рисунке шара видно, что линия границы имеет изгиб, т. е. похожа на овальную форму. На цилиндре — она прямая, параллельная сторонам цилиндра. На кубе — граница совпадает с ребром куба. А вот на вазе, граница между светом и тенью представляет собой уже извилистую линию. Ну, а в портрете эта линия приобретает сложную, замысловатую форму. Граница света и тени здесь зависит и от характера освещения, и от формы головы человека, черт лица и анатомических особенностей. В данном рисунке она проходит по краю лобной кости, по скуловой кости, и далее вниз, к нижней челюсти. В рисунке головы человека очень важно различать светотень на всей голове в целом и светотень на каждом отдельном участке лица, например, на щеках, губах, на носу, подбородке и т. д. Начинающим художникам следует приучить себя видеть рисунок, который образует граница между светом и тенью. Например, особенно причудливый характер она приобретает в природных формах. Одно дело — рисовать простые геометрические фигуры, и совсем другое — стволы деревьев, листву, рельеф каменистого берега, лепестки цветов, траву… Чтобы научиться передавать объем или светотень на таких сложных объектах, сначала учатся на простом. Далее, усложняют задачу. Например, начинают с рисунка цилиндра, а с приобретением уверенности можно порисовать складки на тканях. Потом — натюрморты. Ну, а дальше, и пейзажем можно заняться или портретом.

Направленный и рассеянный свет

Чтобы легче было разобраться в вышеизложенных аспектах, можно поэкспериментировать со светом от настольной лампы. Она дает яркий и резкий свет, при котором хорошо видны рефлексы, тени… Попробуйте подсветить какой-либо предмет сначала с одной стороны, а потом — с другой. Попробуйте поменять направление света, приблизить или удалить лампу. Это поможет Вам наглядно увидеть все тонкости обсуждаемой темы.

В изобразительном искусстве есть прием, который получил название «кьяроскуро». Его суть заключается в противопоставлении света и тени. Известным художником, активно использовавшим кьяроскуро был Караваджо. На его полотнах хорошо виден этот прием. При искусственной подсветке создаётся среда, в которой свет становится очень ярким, а тень очень темной. Это даёт тоновой контраст и делает живопись насыщенной и резкой. При таком освещении хорошо видны все нюансы светотени и начинающим будет проще научиться передавать объем. При рассеянном дневном свете (когда облачно) тени не так сильно выражены как в солнечную погоду (или при свете лампы). Поэтому в процессе обучения лучше использовать искусственную подсветку с одним источником света. При нескольких источниках, ситуация усложняется и в постановке можно наблюдать несколько падающих теней, а вышеизложенная последовательность — свет-полутень-тень-рефлекс — может быть изменена.

Итак, чем же на практике отличается рисунок, когда используется направленный или рассеянный свет? На иллюстрации видно, что при яркой подсветке полутень становится уже, и будет выглядеть менее выраженной. Граница между светом и тенью хорошо заметна. А падающая тень имеет четкие края и выглядит более темной. При рассеянном свете — все с точностью до наоборот. Полутень шире, тень мягче, а падающая тень не имеет четкого контура — ее граница становится размытой.

Все эти особенности светотени будут заметны не только при электрическом свете или его отсутствии. Когда в ясный день светит солнце, свет будет четко направленным и резким. Когда облачная погода — он будет рассеянным. Соответственно это скажется на светотени деревьев, ландшафта или даже интерьера комнаты, освещенной светом из окна.

Заключение

Можно еще долго продолжать обсуждение данной темы. Но лучше всего наблюдать своими глазами за реальным миром. Как освещены объекты? Как меняется светотень и при каких условиях? Задавайте себе эти вопросы и находите ответы, когда наблюдаете за натурой. Нет ничего лучше натуры. Поэтому, помня описанные выше закономерности светотени, наблюдайте, запоминайте, делайте зарисовки с натуры. Тогда Вы сможете уверенно воплотить законы светотени на практике.

Светотени

Понятие о светотени. Тон как средство выражения объемной формы.

Человек воспринимает реальную форму предмета благодаря отраженным световым лучам, попадающим в глаз. Источник света, освещая предмет, определяет не только его положение в пространстве, но и выявляет характер его объемной формы в соответствии с конструктивным строением.

Поскольку отдельные участки (поверхности) того или иного объемного предмета располагаются под разными углами к источнику света, то и различна их степень освещенности. Последнее объясняется тем, что они принимают на себя различное количество световых лучей. Наиболее освещенные части, то есть поверхности, обращенные к источнику света и получающие наибольший поток прямых лучей, принято называть светом.

Освещенность поверхности предмета значительно убывает по мере уменьшения угла падения световых лучей. Косые (скользящие) лучи света образуют на поверхности полутень. На округлых формах полутень является зоной постепенного (плавного) перехода от световой части к теневой, а на предметах граненой формы полутень выступает как самостоятельная зона между его освещенной и теневой частями.

Тенью на предмете называется та часть поверхности формы, на которую лучи от источника света не попадают, причем такую тень принято называть собственной тенью.

Существует и так называемая падающая тень, образующаяся на поверхностях (на освещенной части формы, на плоскости стола, на фоне и т. п.) от освещенных предметов, преграждающих путь световому потоку. Характер очертания падающей тени зависит от формы предмета, образующего эту тень, и от структуры поверхности и конструкции формы, на которую она падает.

Хотите научиться рисовать? Онлайн школы рисования.

Объекты, находясь в окружающей среде, принимают на себя не только потоки лучей от источника света, но и отраженные лучи света от соседних объектов. Если внимательно посмотреть на натуру, то можно увидеть, что ее теневая часть неоднородна по своей плотности. В результате воздействия отраженного света собственная тень в отдельных местах несколько высветляется. Это явление называется световым рефлексом. Как правило, на предметах округлой формы высветление собственной тени происходит в крайней «контурной» ее части, поэтому при рисовании объектов данной формы наиболее темную часть собственной тени следует располагать несколько отступая от края теневой части формы внутрь, что очень важно для решения объема теневой части.

Самый светлый участок освещенной поверхности предмета, отражающий наибольшее количество лучей света, называется бликом. Лучше всего он виден на глянцевых поверхностях, особенно на выпуклых и вогнутых формах. На рисунке показана схема распределения светотени на предметах граненой и округлой формы.

Распределение светотени на предметах граненой и округлой формы

Итак, существуют определенные закономерности распределения лучей света по форме предмета, благодаря чему наш глаз воспринимает различные градации светового потока, попадающего на его поверхности, а следовательно, и объемную форму. На основе этих объективных закономерностей и возникает понятие о светотени в натуре как о совокупности оттенков света на соответствующей форме от самого светлого до самого темного.

В то же время степень насыщенности светотени в натуре зависит от целого ряда объективных условий. Если два сходных по всем параметрам предмета (например, два гипсовых шара) осветить источниками света различной силы, то на шаре, который освещен более сильным источником света, светотень будет выражена более четко, чем на шаре, освещенном менее сильным источником.

Поразному воспринимается сила светотени на однородных объектах, занимающих различное пространственное положение к источнику света. Это хорошо можно проследить на натурной постановке из группы геометрических тел, освещенных единым источником света. Чем ближе предмет расположен к источнику света, тем сильнее и контрастнее выражена на нем светотень по отношению к освещенным и теневым поверхностям предметов, находящихся дальше от этого источника света.

Различно будет восприниматься сила светотени на предметах, освещенных одним и тем же источником света, но разных по цвету (например, синий и коричневый чайники или красная и зеленая чашки). Это зависит от степени отражения или поглощения предметным цветом количества светового потока.

Таким образом, сила светотени зависит не только от силы источника света и его расстояния до предмета, но и от цветовой окраски его поверхности, то есть сила светотени зависит от способности отражения определенного количества света той или иной поверхностью предмета. Так возникает понятие о светосиле в натуре.

Светосила отдельных элементов светотени (свет, полутень, тень, рефлекс) в натуре находится в определенных отношениях. Так, рефлекс всегда светлее тени и темнее света, полутень темнее света и светлее тени как собственной, так и падающей. В данном случае речь идет об одинаково окрашенном предмете.

Однако студентам приходится рисовать не только натурные постановки, предметы которых имеют однородный материал и одинаковую окраску (как, например, группа гипсовых геометрических тел), но и натюрморты, составленные из предметов быта различной окраски, в том числе и имеющих различный диапазон светлоты одного и того же локального цвета (например, синий чайник, светло-синяя чашка и т. п.).

В подобных натурных постановках, с одной стороны, каждый предмет несет в себе собственные светосиловые отношения, с другой — светосиловые отношения одного объекта (от светлого до темного) отличаются от светосиловых отношений других объектов.

Сопоставляя светосиловые отношения между цветными предметами натурной постановки, можно обнаружить не только отличие одного от другого по светлоте (например, желтый лимон светлее синей чашки), но и различие светосилы элементов светотени. Так, сила освещенной поверхности одного из цветных предметов может быть светлее или темнее световых частей других, а может быть и так, что сила тени одного из предметов натурной постановки будет светлее полутеневой поверхности другого предмета (при равных условиях освещения теневая часть светло-желтого предмета будет светлее полутеневых поверхностей предметов, имеющих темносинюю или лиловую окраску).

Таким образом, отражательная способность цвета существенно влияет на светосиловые отношения степени светлот элементов светотени между предметами, а следовательно, и на общий светотеневой строй натурной постановки.

Различие силы светотеневых градаций в натуре определяет понятие тона. Под тоном в рисунке следует понимать воспроизведение на плоскости листа светотеневого строя, наблюдаемого в натуре от самого светлого к самому темному, иначе говоря, воспроизведение светосиловых отношений поверхностей, образующих объем.

Следует отметить, что художник, располагая карандашом или углем, как самыми темными изобразительными материалами, и белой бумагой не может воспроизвести не только абсолютную силу глубоких теней и яркости света, но и то богатство тональных оттенков, которыми располагает природа. И все же, несмотря на ограниченность диапазона тональной шкалы изобразительных материалов, опытный рисовальщик передает в рисунке как разнообразие светотеневых градаций на соответствующих формах, так и общий светотеневой строй натурной постановки.

Для преодоления противоречия между диапазоном тонального строя натуры и тональной шкалой изобразительного материала художник пользуется в рисунке тональным масштабом, суть которого заключается, с одной стороны, в сокращении «растяжки» тональных оттенков при лепке формы между граничащими светотеневыми зонами, с другой — в установлении в рисунке самого светлого и самого темного мест, в пределах которых должны быть распределены все промежуточные тона. Предельный размер тонального масштаба в рисунке — белая бумага и полная сила карандаша, как крайние полюса.

Подобие в оптике

Прямолинейностью распространения света объясняется образование тени и полутени. При малых размерах источника или если источник, находится на расстоянии, по сравнению с которым размерами источника можно пренебречь получается только тень. Тень – это область пространства, в которую свет не попадает. При больших размерах источника света или, если источник находится близко к предмету, создаются нерезкие тени (тень и полутень). Образование теней и полутеней показано на рисунке:

Размеры предмета, который создает тень и размеры тени прямо про-порциональны. Также эта тень подобна самому предмету. Это можно увидеть из следующего чертежа:

Пусть S – точечный источник света, перпендикуляр h – размер предмета а перпендикуляр H – размер тени. Треугольники SAA’ и SBB’ – прямоугольные. Угол BSB’ – общий для этих двух треугольников. Из этого следует, что по двум равным углам данные треугольники подобны. Если эти два треугольника, то три стороны одного треугольника пропорциональны трем сторонам второго: