Domanda:
Perché la luce di una candela non può illuminare l'intera stanza buia?
ansergeyg
2017-08-18 12:11:39 UTC
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Se accendi una candela inizia a emettere fotoni, giusto?E i fotoni viaggiano alla velocità della luce.Ma come mai non possono illuminare l'intera stanza buia?Significa che i fotoni non raggiungono gli angoli bui della stanza, ma è impossibile se viaggiano a 300mila chilometri al secondo?

Chiaramente non hai sentito parlare della teoria dei dark suckers: http://www.travel-watch.com/mario/dark_suckers.htm;)
Metti uno specchio in un angolo buio.Riesci a vedere la candela nello specchio?Cosa ti dice questo sulla supposizione della tua domanda?
Cinque risposte:
#1
+95
Virft
2017-08-18 12:46:47 UTC
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Potrebbe anche essere che i fotoni raggiungano gli angoli della stanza, ma ciò non significa che puoi vedere gli angoli. Perché? Affinché tu possa vedere qualcosa, i fotoni devono essere emessi o riflessi dall'oggetto e successivamente raggiungere il tuo occhio. Inoltre, non è sufficiente che un fotone raggiunga l'occhio, ma sono necessari diversi fotoni per vedere l'oggetto (ad esempio qui).

Allora perché una sola candela non è sufficiente per illuminare l'intera stanza? Sebbene la candela emetta fotoni in (quasi) tutte le direzioni, il numero di fotoni che emette è troppo piccolo. Semplicemente non ci sono abbastanza fotoni riflessi nei tuoi occhi per vedere l'intera stanza.

Il motivo per cui puoi vedere oggetti vicini alla candela ma non lontani è la legge dell'inverso del quadrato. inverse square law (fonte: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Forces/imgfor/isq.gif)

La candela emette (approssimativamente) un numero uguale di fotoni in ciascuna direzione. Se un oggetto è molto vicino alla candela, quasi tutti i fotoni emessi nella direzione di questo oggetto lo colpiranno e verranno riflessi. Tuttavia, se la candela è lontana, il numero di fotoni per unità di area diventa sempre più piccolo perché il numero di fotoni emessi in questa direzione è costante ma l'area diventa più grande. Pertanto, un oggetto lontano viene colpito da molti meno fotoni. Quindi, i fotoni vengono assorbiti o riflessi in tutte le direzioni e mentre alcuni viaggiano nella direzione dell'occhio, la legge dell'inverso del quadrato diventa di nuovo importante. Quindi, alla fine, solo pochissimi fotoni vengono riflessi da un angolo e raggiungono il tuo occhio e non puoi vederlo.

L'ultimo pezzo che ti manca è la gamma di sensibilità dell'occhio.Puoi vedere un singolo fotone.Puoi vedere un campo di neve illuminato dal sole.Ma non puoi vedere entrambi allo stesso tempo.L'occhio regola la sua gamma di sensibilità per l'ambiente;la sensibilità per vedere la fiamma brillante della candela non può vedere anche i deboli riflessi dagli angoli della stanza.
Grazie per aver aggiunto questo!Questo fatto è (implicitamente) menzionato nell'articolo di Baez a cui ho collegato (cfr. Visione fotopica e scotopica), ma probabilmente sarebbe stato meglio includerlo nella risposta.
#2
+28
TwoThe
2017-08-18 16:27:08 UTC
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La luce raggiunge ogni angolo della stanza, perché da ogni angolo puoi effettivamente vedere la luce delle candele.

Per illuminare la superficie delle pareti, la luce deve essere riflessa e quindi colpire di nuovo l'occhio con energia sufficiente in modo che i tuoi recettori la registrino. La riflessione tuttavia drena energia dal raggio e le superfici irregolari richiedono molti riflessi (in media) finché il raggio non viene espulso con un angolo che mira verso il tuo occhio.

Se copri le pareti di quella stanza con una superficie piana e non assorbente come uno specchio, vedrai chiaramente il riflesso della candela. Quindi la luce ovviamente ha viaggiato fino all'angolo della stanza e poi è tornata ai tuoi occhi.

Se si utilizza una superficie assorbente irregolare come un panno nero, il raggio rimbalzerà avanti e indietro all'interno di quella superficie finché tutta la sua energia non sarà consumata / trasformata. Poiché in questo caso l'energia rimanente del raggio che è in grado di raggiungere i tuoi occhi è molto bassa o nulla, gli angoli appaiono scuri anche se sono colpiti dalla stessa intensità come nel caso degli specchi.

Si noti che la risposta è stata modificata per affrontare le questioni sollevate da @OrangeDog.Tuttavia, va sottolineato che la riflessione e la perdita di intensità possono essere descritte nell'immagine del fotone così come nell'immagine dell'onda.
@garyp sì, solo non nel modo in cui hanno cercato di farlo.È ancora un po 'incerto, poiché apparentemente hanno appena sostituito "fotone" con "raggio", quindi ora abbiamo un raggio che rimbalza all'interno di una superficie nera, il che non ha senso.
@OrangeDog Sì, sono d'accordo.Le idee in questa risposta sono ok, ma non sono espresse chiaramente.
Sono aperto a suggerimenti, ma come detto: cerco di mantenere la risposta semplice, e semplice non significa necessariamente corretta in ogni dettaglio.
La semplicità * non * deve includere affermazioni errate, a meno che non sia diversamente specificato.Puoi facilmente parlare di fotoni e perdita di intensità nella stessa frase, ma non dovresti affermare che `` i fotoni perdono energia '' (cosa che non accade nell'ottica lineare, sebbene si possa dire per effetti non lineari, dove il fotone può essere assorbito eemesse con diversa energia - semplificazione ovviamente).Si potrebbe dire che "alcuni fotoni possono essere persi", il che è nuovamente semplificato, ma non errato.
#3
+5
Kawin M
2017-08-18 12:29:31 UTC
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Ogni fonte di luce emette una certa quantità di fotoni di una certa lunghezza d'onda.Ogni fotone viaggia alla stessa velocità nel mezzo.

Ma per illuminare l'intera area, ciò che conta è l'intensità luminosa della sorgente luminosa e non la velocità della luce.

Se la sorgente luminosa ha un'elevata intensità luminosa, emette più fotoni in un angolo solido in un dato momento rispetto a una sorgente luminosa con bassa intensità luminosa.

Poiché le candele non hanno un'intensità luminosa sufficiente per illuminare l'intera stanza, alcune parti della stanza rimangono comunque buie.

#4
+5
user1583209
2017-08-18 13:04:46 UTC
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Per "illuminare gli angoli bui della stanza" devono accadere diverse cose:

La candela deve emit fotoni. Questo certamente lo fa e ad una velocità abbastanza grande, qualcosa come 10 ^ 18 (!?) Fotoni al secondo o giù di lì. Tuttavia, gran parte di questi fotoni non si trova nello spettro visibile, ma nell'infrarosso, quindi non puoi vederli.

Allontanandosi dalla candela, numero di fotoni che colpiscono una certa area diminuisce proporzionalmente a uno sulla distanza al quadrato (superficie di una sfera). Quindi solo una piccola parte di questi fotoni finirà nell'angolo della stanza a diversi metri di distanza, poiché la maggior parte dei fotoni finirà per illuminare altre parti della stanza.

Ora, sul muro / angolo alcuni dei fotoni riceveranno absorbed (perso), alcuni verranno riflessi / riemessi, ma per muri tipici questo sarebbe diffuse reflection in tutti i tipi di direzioni. Affinché tu possa vedere gli angoli, solo una parte della luce riflessa (solo quella parte che viene riflessa nella tua direzione) può essere utilizzata per l'osservazione. E come per la candela che illumina l'angolo, anche per la luce riflessa la distanza dell'occhio dall'angolo sarà importante con la stessa proporzionalità ($ \ propto 1 / r ^ 2 $). Quindi idealmente saresti vicino all'angolo, ma poi corri il rischio di lanciare un'ombra all'angolo.

Infine la luce colpisce i tuoi occhi e ha bisogno di essere rilevata, il che sembra essere possibile con una soglia di soli 10 fotoni circa.

Nella discussione sopra ho trascurato (almeno) l'assorbimento della luce nell'aria e negli occhi (prima di colpire i recettori). Inoltre ho trascurato i processi di secondo ordine (riflessioni multiple), ma credo che entrambi siano minori rispetto ai fattori citati.

#5
+4
Steeven
2017-08-18 12:31:41 UTC
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Stanno raggiungendo gli angoli ma vengono poi assorbiti dal materiale.Il materiale deve riemettere luce per colpire i tuoi occhi, prima che tu lo veda e pensi che sia acceso.Se semplicemente arrivano troppo pochi fotoni a un punto specifico, allora non viene riemessa abbastanza luce da quel punto all'occhio e l'occhio non lo registrerà come illuminato.



Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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