Первые принципы фотометрии закладывались в астрономии при делении звезд на величины по их видимому блику. Однако лишь в XVIII веке были начаты исследования, определившие ясность в количественных оценках интенсивности света. Особая заслуга в разработке принципов фотометрии принадлежит Пьеру Бугеру (1687—1758) и Иоганну Генриху Ламберту (1727— 1777). Пьер Бугер родился в Бретани. Он с юных лет удивлял своей поразительной изобретательностью и способностью к наукам. Отец Бугера был профессором гидрографии, и Пьер пошел в начале своего пути по стопам отца. Еще в юном возрасте Бургер стал известным специалистом в области морских наук. К моменту избрания в 1735г. действительным членом Парижской Академии наук Бугер стал обладателем трех премий Академии за победы в международных конкурсах по проблемам астрономии, навигации, кораблестроения. Уже будучи членом Академии Бугер возглавил долгосрочную научную экспедицию в Перу (1735—1744 гг.), целью которой являлось измерение дуги меридиана вблизи экватора. Эти измерения были необходимы для установления формы Земли. Помимо геодезических и геофизических измерений Бугер занимался оптическими измерениями (измерениями астрономической рефракции), барометрическими измерениями. После возвращения из экспедиции Бугер сосредоточился на вопросах кораблестроения и кораблевождения и посвятил им несколько своих сочинений. Фотометрия, или проблема измерения «количества света», не была ведущей в его научных поисках. Однако в молодые годы в связи с решением геофизической задачи, когда требовалось знать освещенность поверхности Земли на различных широтах, Бугер, используя в качестве эталона обычную свечу, провел измерения относительной освещенности, создаваемой полной 188 4. Оптика Луной. В 1729 г., обобщая полученный при фотометрических измерениях опыт, Бугер издает свою первую работу по фотометрии «Оптический трактат по градации света». В «Трактате» он описывает устройство фотометра, принцип действия которого основан на способности глаза человека с высокой степенью точности сравнивать освещенности двух поверхностей. Бугер, следуя Кеплеру, использует закон зависимости освещенности от обратного квадрата расстояния до источника и формулирует закон убывания интенсивности света в прозрачных средах, носящий его имя — «закон Бугера». К вопросам фотометрии Бугер вернулся только в последние годы жизни. Его книга «Трактат по оптике», в которой описаны фотометры различных типов и изложена теория фотометрических измерений, вышла в 1760 г. уже после смерти автора. Разработанный Бугером принцип фотометрирования, изложенный им в «Оптическом трактате о градации света», поясняется рис. 2.6. В точке В вертикально расположено зеркало. Плоскость зеркала мысленно продолжена до точки С, от которой на равных расстояниях в точках Е и D параллельно друг другу располагаются дощечки «одинаковой белизны». Дощечки освещаются лампой или свечой Р, находящейся на линии ED. Глаз располагается в точке А, из которой дощечки Е и D видятся одновременно и образуют единую плоскость. Передвигая лампу по направлению ED, добиваются одинаковой кажущейся яркости дощечек. Дощечка Е видна непосредственно, а дощечка D — после отражения от зеркала. При отражении от зеркала часть потока света теряется, и для выравнивания яркости лампа должна оказаться ближе к дощечке D. Измеряя Рис. 2.6. Схема фотометрирования 189 Раздел II. Основные направления классической науки расстояния ЕР и DP, можно рассчитать потери на отражение от зеркала, учитывая при этом закон обратных квадратов для освещенности. Отношение квадратов отрезков РЕ к PD выражает ослабление света при отражении. Аналогично можно определить ослабление света при прохождении через прозрачное тело. Одновременно с работами Бугера по фотометрии появились работы Ламберта. Ламберт родился в Мюльхаузене (Эльзас) в многодетной семье портного и не получил сколько-нибудь значительного систематического образования. В двенадцатилетнем возрасте ему пришлось оставить школу, но Ламберт продолжил заниматься самостоятельно. Он усиленно изучает физику, математику, увлекается теорией познания. С двенадцати лет Ламберт дает частные уроки. К этому времени относятся его первые научные изыскания. Одним из учеников Ламберта был сын аристократа, вместе с которым Ламберт совершил путешествие по Европе. Во время путешествия ему удалось познакомиться с известными учеными, среди которых был Даламбер. Покончив с преподавательской деятельностью, Ламберт занимается научной работой. Его научные интересы весьма обширны — от геодезии и астрономии до философии. Ламберт написал более 150 научных работ, относящихся к различным областям знаний, принесших ему европейскую известность. В 1765 г. Ламберт стал членом Прусской Академии наук. Большое внимание Ламберт уделял математике. Даже в философии Ламберт пытался использовать язык символов для построения понятий. Именно ему принадлежит известный термин «семиотика». Творчество Ламберта характеризуется стремлением перевести знания на язык математических зависимостей, стремлениям к точной количественной оценке. Ламберту удалось доказать иррациональность числа п, он изучал гиперболические функции, работал в области теории конических сечений. Ламберт положил начало разработкам в области математической картографии. Много сил отдал Ламберт организации международного сотрудничества в области астрономии. Он основал астрономический журнал, занимался проблемами космологии, работал в области теории орбит комет, ввел понятие «двойные звезды». Знаменитым стало сочинение Ламберта «Фотометрия или об измерениях и сравнениях света, цветов и теней», опубликованное в 1760 г. Термин «фотометрия» был также введен Ламбертом. К фотометрии он пришел от астрономических наблюдений, отыскивая пути измерения расстояния до звезд по создаваемой им освещенности. Фотометрия Ламберта в большей степени математически формализована, чем фотометрия Бугера. Не зная об опытах Бугера, Ламберт в определенном смысле повторил часть из них, но внес и много нового. Так, Ламберт четко различает яркость как величину, характеризующую источник, и освещенность, характеризующую объект. Относительно освещенности Ламберт формулирует четыре закона: освещенность пропорциональна площади элемента осве- 190 4. Оптика щающей поверхности, обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника до освещаемого объекта, прямо пропорциональна синусу угла падения лучей на освещаемую поверхность и прямо пропорциональна синусу угла, образуемого падающими лучами с элементом освещающей поверхности. Последние два закона носят имя Ламберта. Источник, яркость которого одинакова во всех направлениях, а сила света подчиняется косинусодальнои зависимости от направления, принято называть «ламбертовым» (угол сегодня принято отсчитывать не от плоскости, как это делал Ламберт, а от нормали к поверхности). Независимо от Бугера, Ламберт формулирует экспоненциальный закон поглощения излучения в прозрачных средах. Конструкции фотометров Ламберта и Бугера были улучшены Румфор- дом, усовершенствовавшим в них эталонный источник и оптическую схему. С помощью своего фотометра Румфорд измерил коэффициенты поглощения большого числа оптических материалов.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Фотометрия. Бугер. Ламберт» з дисципліни «Історія науки»
