3. Яркость

Яркость L – характеристика протяженных источников света.

L_φ = I_φ / S_φ = I_φ / (S cos φ)

Яркость – это отношение силы света, излучаемой в данном направлении, к площади проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную данному направлению.

Яркость в направлении нормали к поверхности L = I₀ /S.

Поверхности, обладающие одинаковой яркостью по всем направлениям, называются равнояркими излучателями (светильник - шар из молочного стекла). Для них L = const, т.е.

I_φ/ S cos φ = I₀/ S

Следовательно, I_φ= I₀ cos φ. Равнояркая поверхность излучает свет по закону косинуса.

Единица измерения яркости – кд/м² или нит (нт).

Яркость поверхностей в поле зрения наблюдателя имеет решающее значение для зрительного восприятия. При средней яркости поля зрения 0,001 нт – начинают реагировать палочки. При 3 нт начинают функционировать колбочки.

Яркости некоторых светящихся поверхностей. Примеры.

• Солнце - 1,5∙10⁹ нт

• Нить накала лампы - (5 – 15)∙10⁶ нт

• Лампа дневного света – 5000-10000 нт

• Облачное небо в полдень - 8000 нт

• Ясное небо в полдень- 2500-4000 нт

• Полная луна - 2500 нт

4. Освещенность

- характеристика освещаемых поверхностей.

Освещенность Е – отношение светового потока, падающего на поверхность, к площади этой поверхности.

Е = F/S

Измеряется в лк (люксах).

Освещенность поверхности земли для некоторых типичных условий. Примеры.

• Ясный солнечный день 100 000 лк

• Пасмурный день 5 000-10 000 лк

• Белые ночи 2 – 3 лк

• Ясная ночь, полнолуние 0,1 – 0,2 лк

Освещенность – нормируемая характеристика искусственного освещения.

Нормы Е : аудитория – 400 лк;

класс - 500 лк;

ресторан - 200 лк

Законы освещенности

1. Закон обратных квадратов

Освещенность уменьшается пропорционально квадрату расстоянию от источника света.

2. Закон аддитивности

При освещении поверхности несколькими источниками света ее освещенность равна сумме освещенностей, создаваемых каждым из этих источников.

Е = Е₁ + Е₂ + Е₃ + …

1.2.3. Оптические свойства тел

Рассмотрим тело, на которое падает световой поток F.

F_пад= F_отр + F_погл + F_прош

Разделим это выражение на F_пад.

• ρ = F_отр / F_пад - коэффициент отражения света

• α = F_погл / F_пад - коэффициент поглощения света

• τ = F_прош / F_пад - коэффициент пропускания света

Следовательно, ρ + α + τ = 1.

Примеры.

• Коэффициент отражения зеркала ρ = 0,98

• Коэффициент поглощения сажи α = 0,99

• Коэффициент пропускания стекла τ = 0,9

Основные типы отражения и пропускания света

Отражение

Примеры поверхностей, отражающих свет

направленно – зеркало, полированные поверхности;

диффузно – оштукатуренные поверхности;

направленно-диффузно – поверхности, окрашенные масляной краской.

Пропускание

Примеры тел, пропускающих свет

направленно – оконные стекла;

диффузно – молочные стекла;

направленно-диффузно – матированные стекла.

Спектральные коэффициенты отражения, поглощения и пропускания света. Цвет тела.

В общем случае значения ρ, α и τ зависят от длины волны падающего света λ. Вводятся спектральные коэффициенты:

ρ_λ = F_отрλ / F_падλ

α_λ = F_{погл λ} / F_падλ

τ_λ = F_прошλ / F_падλ

Рассмотрим непрозрачные тела:

τ_λ = 0 ρ_λ + α_λ = 1

I. Серые (ахроматические) поверхности: ρ_λ = const < 1 для любой λ

Спектральная характеристика отражения для серых тел выглядит следующим образом

При освещении белым дневным светом эти поверхности воспринимаются

• как белые, если ρ_λ ≥ 0,75

• как серые, если 0,05 ≤ ρ_λ < 0,75

• как черные, если ρ_λ < 0,05

Примеры: белая бумага, бетон, черный бархат – серые тела.

При освещении, например, зеленым светом первые поверхности будут зелеными, вторые – блекло- или темно-зелеными, последние всегда будут черными.

II. Цветные поверхности

Обладают избирательной способностью по-разному отражать и поглощать свет разных длин волн (а цветные стекла – пропускать).

ρ_λ = f (λ)

Ниже приведены кривые спектрального отражения разных красок (1 – красная киноварь, 2 – синий кобальт, 3 – изумрудная зелень, 4 – ультрамарин).

Так, при освещении дневным светом поверхности, окрашенной красной киноварью, она – красная, при освещении синим монохроматическим излучением, она выглядит ахроматической, темной. В красном свете эта поверхность ярко-красная, а при освещении искусственным белым светом, полученным при сложении синего и желтого световых потоков, она опять выглядит ахроматической, темной.

На основании приведенного примера можно сделать вывод, что цвет поверхности определяется

• зависимостью коэффициента спектрального отражения ρ_λ от длины волны;

• спектральным составом падающего света.

Следовательно, отраженный свет определяет восприятие цвета поверхности.