Какой источник света называют точечным

Отвечая на вопрос, какой источник света называют точечным, физики вводят удобную абстракцию. Как точечный источник света определяют светящееся тело, размеры которого пренебрежимо малы по сравнению с расстоянием от него до наблюдателя или объекта. Эта модель используется в геометрической оптике. Один и тот же объект может считаться точечным на большом удалении и протяженным при приближении к нему.

$d \ll L$

Разбор по случаям

Примеры

Фонарь на улице. Рассмотрим настольную лампу и уличный фонарь. Лампа с диаметром колбы $d = 10\text{ см}$ на расстоянии $L = 20\text{ см}$ является протяженным источником и дает полутень. Тот же фонарь на расстоянии $L = 100\text{ м}$ удовлетворяет условию $d \ll L$. В этом случае точечный источник света создает на экране резкую тень без размытых краев.

Звезда в космосе. Огромное Солнце на расстоянии $150\text{ млн км}$ дает на Земле тень и полутень, поэтому считается протяженным объектом. Однако далекая звезда с диаметром в миллионы километров удалена на световые годы, поэтому выполняется условие $d \ll L$. В астрономии любая подобная звезда — это точечный источник света, посылающий на Землю параллельный пучок лучей.

Светодиодный индикатор. Рассмотрим светодиодный индикатор диаметром $d = 0.005 \text{ m}$ на приборе, находящийся от наблюдателя на расстоянии $L = 10 \text{ m}$. Источник света называют точечным, если его физические размеры много меньше расстояния до точки наблюдения, то есть выполняется условие $d \ll L$.

Вычислим отношение размера к расстоянию: $d / L = 0.005 / 10 = 0.0005$.

Так как полученное значение $0.0005 \ll 1$, геометрическими размерами диода можно пренебречь. В данных условиях индикатор является точечным источником света.

Частые ошибки

• Считать источник точечным только из-за его малых физических габаритов без учета расстояния до экрана.
• Путать понятие точечного источника света с минимальной яркостью или мощностью излучения.
• Использовать модель точечного источника при расчете солнечных и лунных затмений на Земле.

Коротко

Понимание того, какой источник света называют точечным, упрощает построение лучей в геометрической оптике. Эта идеальная модель показывает, что точечный источник света определяется не размером тела, а расстоянием до него.