היום נספר לכם הכל על נוסחת ההארה לשטחים פתוחים ובפנים, כמו גם לתת את גודל שטף האור בנסיבות שונות.
נר וגלגל מסתובב
לפני חשמול נרחב, מקור האור היה השמש, הירח, האש והנר. מדענים כבר במאה החמש עשרה הצליחו ליצור מערכת של עדשות כדי לשפר את הארה, אבל רוב האנשים עבדו וחיו לאור נרות.
כמה הצטערו על הוצאת כסף על נורות שעווה, או שהדרך הזו להאריך את היום פשוט לא הייתה זמינה. אחר כך השתמשו באפשרויות דלק חלופיות - שמן, שומן מן החי, עץ. לדוגמא, איכרים רוסיות מהשביל האמצעי ארוגות פשתן כל חייהן לאור לפיד. הקורא עשוי לשאול: "מדוע זה היה צריך להיעשות בלילה?" אחרי הכל, מקדם האור הטבעי במהלך היום הוא הרבה יותר גבוה. העובדה היא שבמהלך היום, לנשים איכרים היו דאגות רבות אחרות. בנוסף, תהליך האריגה מאוד קפדני ודורש שקט נפשי. לנשים היה חשוב שאף אחד לא ידרוך על הבד, כדי שהילדים לא יתבלבלו בין החוטים, והגברים לא יסיחו את דעתם.
אבל עם חיים כאלה יש סכנה אחת: שטף האור (אנחנו נוסחיםלתת קצת נמוך יותר) מהלפיד נמוך מאוד. העיניים נמתחו ונשים איבדו במהירות את ראייתן.
תאורה ולמידה
כשתלמידי כיתה א' הולכים לבית הספר בראשון בספטמבר, הם מצפים לניסים בהתרגשות. הם נלכדים על ידי הסרגל, פרחים, צורה יפה. הם מתעניינים איך יהיה המורה שלהם, עם מי הם ישבו באותו שולחן. ואדם זוכר את הרגשות האלה עד סוף ימיו.
אבל מבוגרים, כששולחים את ילדיהם לבית הספר, צריכים לחשוב על דברים פרוזאיים יותר מאשר על הנאה או אכזבה. הורים ומורים מודאגים מנוחות השולחן, גודל הכיתה, איכות הגיר ונוסחת התאורה בחדר. לאינדיקטורים אלה יש נורמות לילדים בכל הגילאים. לכן, תלמידי בית הספר צריכים להיות אסירי תודה על כך שאנשים חשבו מראש לא רק על תכנית הלימודים, אלא גם על הצד החומרי של הנושא.
תאורה ועבודה
לא בכדי בתי ספר עורכים בדיקות בהן מיושמת נוסחה לחישוב תאורת החדרים לכיתות. ילדים בני עשר או אחת עשרה אינם עושים דבר מלבד לקרוא ולכתוב. אחר כך הם עושים שיעורי בית בערב, שוב לא נפרדים מעטים, מחברות וספרי לימוד. לאחר מכן, גם בני נוער מודרניים נצמדים למגוון מסכים. כתוצאה מכך, כל חייו של תלמיד בית ספר קשורים לעומס על הראייה. אבל בית הספר הוא רק תחילת החיים. יתר על כן, כל האנשים האלה מחכים לאוניברסיטה ולעבודה.
כל סוג עבודה דורש תפוקת אור משלו. נוסחת החישוב תמיד לוקחת בחשבון את זהאדם עושה 8 שעות ביום. לדוגמה, שענים או תכשיטן חייבים לשקול את הפרטים הקטנים ביותר ואת גווני הצבעים. לכן, מקום העבודה של אנשים במקצוע זה דורש מנורות גדולות ומוארות. בוטנאי שחוקר את צמחי יער הגשם, להיפך, צריך להישאר כל הזמן בדמדומים. סחלבים וברומליה רגילים לעובדה שהשכבה העליונה של העצים קולטת כמעט את כל אור השמש.
נוסחה
מגיע ישירות לנוסחת ההארה. הביטוי המתמטי שלה נראה כך:
Eυ=dΦυ / dσ.
בוא נסתכל מקרוב על הביטוי. ברור, Eυ היא ההארה, ואז Φυ הוא שטף האור, ו-σ היא יחידת שטח קטנה שעליה נופל השטף. ניתן לראות ש-E הוא ערך אינטגרלי. משמעות הדבר היא שחלקים וחתיכות קטנות מאוד נחשבות. כלומר, מדענים מסכמים את ההארה של כל האזורים הקטנים הללו כדי לקבל את התוצאה הסופית. יחידת ההארה היא לוקס. המשמעות הפיזית של לוקס אחד היא שטף אור כזה, שעבורו יש לומן אחד למ"ר. לומן, בתורו, הוא ערך מאוד ספציפי. זה מציין את שטף האור הנפלט ממקור איזוטרופי נקודתי (ולכן אור מונוכרומטי). עוצמת האור של מקור זה שווה לקנדלה אחת לכל זווית מוצקה של סטרדיאן אחד. יחידת ההארה היא ערך מורכב הכולל את המושג "קנדלה". המשמעות הפיזית של ההגדרה האחרונה היא כדלקמן: עוצמת האור בכיוון ידוע ממקור שפולט קרינה מונוכרומטית בתדר של 540 1012 הרץ (אורך הגל נמצא באזור הנראה של הספקטרום), ועוצמת האנרגיה של האור היא 1/683 W/sr.
מושגים אור
כמובן, כל המושגים האלה במבט ראשון נראים כמו סוס כדורי בוואקום. מקורות כאלה לא קיימים בטבע. והקורא הקשוב בהחלט ישאל את עצמו את השאלה: "מדוע זה נחוץ?" אבל לפיזיקאים יש צורך להשוות. לכן, הם צריכים להציג נורמות מסוימות שחייבים להיות מודרכים על ידם. נוסחת ההארה פשוטה, אבל הרבה יכול להיות לא ברור. בוא נפרק את זה.
אינדקס "υ"
אינדקס υ פירושו שהערך אינו די פוטומטרי. וזה נובע מהעובדה שהיכולות האנושיות מוגבלות. לדוגמה, העין קולטת רק את הספקטרום הנראה לעין של קרינה אלקטרומגנטית. יתרה מכך, אנשים רואים את החלק המרכזי של סקאלה זו (מתייחס לצבע ירוק) הרבה יותר טוב מהאזורים השוליים (אדום וסגול). כלומר, למעשה, אדם אינו קולט 100% מהפוטונים בצבע צהוב או כחול. יחד עם זאת, ישנם מכשירים נטולי שגיאה כזו. הערכים המופחתים שעליהם פועלת נוסחת עוצמת ההארה (שטף אור, למשל) ואשר מסומנים באות היוונית "υ", מתוקנים לראייה אנושית.
מחולל קרינה מונוכרומטית
בבסיסו, כפי שהוזכר לעיל, נמצא מספר הפוטונים באורך מסויםגלים הנפלטים בכיוון מסוים ליחידת זמן. אפילו ללייזר המונוכרומטי ביותר יש התפלגות אורכי גל מסוימת. והוא בהחלט חייב להתעסק במשהו. המשמעות היא שפוטונים לא נפלטים לכל הכיוונים. אבל בנוסחה יש דבר כזה "מקור אור נקודתי". זהו מודל נוסף שנועד לאחד ערך מסוים. ואף עצם אחד ביקום לא יכול להיקרא כך. אז, מקור אור נקודתי הוא מחולל פוטון שפולט מספר שווה של קוונטות שדה אלקטרומגנטי לכל הכיוונים, גודלו שווה לנקודה מתמטית. עם זאת, יש טריק אחד, הוא יכול להפוך אובייקט אמיתי למקור נקודתי: אם המרחק אליו מגיעים הפוטונים גדול מאוד בהשוואה לגודל המחולל. לפיכך, הכוכב המרכזי שלנו השמש הוא דיסק, אבל כוכבים רחוקים הם נקודות.
ארבור, ובכן, פארק
לבטח קורא קשוב שם לב לדברים הבאים: ביום שמש בהיר, אזור פתוח נראה הרבה יותר מואר מאשר קרחת יער או מדשאה סגורה בצד אחד. לכן, חוף הים כל כך מפתה: תמיד שמשי וחם שם. אבל גם קרחת יער גדולה ביער חשוכה וקרה יותר. והבאר הרדודה מוארת בצורה גרועה ביום הבהיר ביותר. הסיבה לכך היא שאם אדם רואה רק חלק מהשמים, פחות פוטונים מגיעים לעין שלו. מקדם ההארה הטבעי מחושב כיחס בין שטף האור מכל השמים לאזור הנראה.
מעגל, סגלגל, זווית
כל אלהמושגים קשורים לגיאומטריה. אבל עכשיו נדבר על תופעה שקשורה ישירות לנוסחת ההארה, וכתוצאה מכך לפיזיקה. עד לנקודה זו, ההנחה הייתה שאור נופל על פני השטח בניצב, אך ורק כלפי מטה. זה כמובן גם הערכה. במצב זה, המרחק ממקור האור פירושו ירידה בתאורה ביחס לריבוע המרחק. לפיכך, הכוכבים שאדם רואה בעין בלתי מזוינת בשמים ממוקמים לא כל כך רחוק מאיתנו (כולם שייכים לגלקסיית שביל החלב) או בהירים מאוד. אבל אם האור פוגע במשטח בזווית, הדברים שונים.
תחשוב על פנס. זה נותן נקודת אור עגולה כאשר הוא מכוון בניצב לחלוטין לקיר. אם תטה אותו, הנקודה תשנה צורה לאליפסה. כפי שאתה יודע מהגיאומטריה, לסגלגל יש שטח גדול יותר. ומכיוון שהפנס עדיין זהה, זה אומר שעוצמת האור זהה, אבל הוא, כביכול, "נמרח" על פני שטח גדול. עוצמת האור תלויה בזווית הפגיעה לפי חוק הקוסינוס.
אביב, חורף, סתיו
הכותרת נשמעת כמו כותרת של סרט יפהפה. אבל נוכחותן של עונות השנה תלויה ישירות בזווית שבה האור נופל בנקודה הגבוהה ביותר שלו על פני כדור הארץ. וכרגע זה לא קשור רק לכדור הארץ. עונות קיימות בכל עצם במערכת השמש שציר הסיבוב שלו מוטה ביחס לאקליפטיקה (למשל במאדים). הקורא כנראה כבר ניחש: ככל שזווית הנטייה גדולה יותר, כך פחות פוטונים לקמ ר של פני השטח בשנייה. אז זההעונה תהיה קרה יותר. ברגע הסטייה הגדולה ביותר של כוכב הלכת בחצי הכדור, החורף שולט, ברגע הפחות - קיץ.
נתונים ועובדות
כדי לא להיות מופרכים, הנה כמה נתונים. אנו מזהירים אותך: כולם ממוצעים ואינם מתאימים לפתרון בעיות ספציפיות. בנוסף, ישנם מדריכים של תאורת פני השטח לפי סוגים שונים של מקורות. עדיף להתייחס אליהם בעת ביצוע חישובים.
- במרחק מהשמש לכל נקודה בחלל, השווה בערך למרחק לכדור הארץ, ההארה היא מאה שלושים וחמישה אלף לוקס.
- לכוכב הלכת שלנו יש אטמוספירה שסופגת חלק מהקרינה. לכן, פני כדור הארץ מוארים במקסימום של מאה אלף לוקס.
- קווי הרוחב באמצע הקיץ מוארים בצהריים בשבעה עשר אלף לוקס במזג אוויר בהיר ובחמש עשרה אלף לוקס במזג אוויר מעונן.
- בליל ירח מלא, התאורה היא שתי עשיריות לוקס. אור כוכבים בלילה ללא ירח הוא רק אלפיות או אלפיות הלוקס.
- קריאת ספר דורשת לפחות שלושים עד חמישים לוקס של תאורה.
- כשאדם צופה בסרט בקולנוע, שטף האור הוא כמאה לוקס. לסצינות האפלות ביותר יהיה אינדיקטור של שמונים לוקס, והתמונה של יום שמש בהיר "תמשוך" מאה ועשרים.
- שקיעה או זריחה מעל הים יתנו תאורה של כאלף לוקס. יחד עם זאת, בעומק של חמישים מטר, התאורה תהיה כ-20 לוקס. מים סופגים את אור השמש היטב.
