強(qiáng)度、距離和平方反比定律
發(fā)布時(shí)間：2013-12-10 本文作者：vishay
我和妻子最近帶孩子們?nèi)チ艘惶伺f金山的探索博物館 (Exploratorium)。這是一座允許參觀者親自動(dòng)手體驗(yàn)的科學(xué)博物館，其展覽內(nèi)容涵蓋一系列主題：磁性、聲音、重力、結(jié)構(gòu)頻率及光。其中一個(gè)展覽介紹了光的平方反比定律。這使我想起我們的客戶常常要求Opto Squad使用一個(gè)發(fā)射體和檢波器來提供遠(yuǎn)距離的光學(xué)數(shù)據(jù)傳輸。如果光是經(jīng)過調(diào)制的，例如在38 kHz條件下進(jìn)行調(diào)制，我們就能使用一個(gè)TSOP3238 IR接收器和一個(gè)TSAL6400發(fā)射體輕易達(dá)到30米遠(yuǎn)的傳輸距離。但如果沒有經(jīng)過調(diào)制，我們則需要解釋為什么傳輸距離會(huì)相對較短；我們解釋了光傳輸?shù)钠椒椒幢榷?。我將嘗試通過復(fù)制Exploratorium展覽來演示該定律。
設(shè)置
光源密封在一個(gè)盒子中，盒子的一個(gè)表面之上有256個(gè)以16x 16矩陣排列的孔。通過其中每個(gè)孔的光是一個(gè)點(diǎn)光源；這個(gè)點(diǎn)光源會(huì)擴(kuò)展開來，像一個(gè)逐漸膨脹的球形。光照在一個(gè)滑動(dòng)顯示表面上，該表面朝向光源的一側(cè)上畫有一個(gè)方框。
距離1
當(dāng)滑動(dòng)顯示表面位于距離1時(shí)，所有256個(gè)光點(diǎn)都位于方框之內(nèi)。光源距顯示表面的實(shí)際距離是多少無關(guān)緊要，因?yàn)槲覀冎桓信d趣當(dāng)該表面遠(yuǎn)離光源時(shí)會(huì)發(fā)生什么事情。
距離2
顯示表面現(xiàn)在距光源兩倍遠(yuǎn)。我們憑經(jīng)驗(yàn)知道，當(dāng)我們遠(yuǎn)離光源（例如街燈）時(shí)，光的強(qiáng)度會(huì)變小。從方框中的光點(diǎn)數(shù)量來看，我們就知道原因何在了。這時(shí)到達(dá)到該正方形的光量少多了，實(shí)際上只有在距離1時(shí)光量的1/4；亦即64個(gè)光點(diǎn)。也就是說，如果我們使距離加倍，那么強(qiáng)度就會(huì)減小到原來的1/4。2的平方等于4，取倒數(shù)并乘以在距離1時(shí)的256個(gè)光點(diǎn)正是64個(gè)光點(diǎn)。
距離4
與距離1相比，顯示表面現(xiàn)在距離光源四倍遠(yuǎn)。這時(shí)方框中的光強(qiáng)是多少？同樣，到達(dá)正方形的光量大為減少，實(shí)際上中只有在距離1時(shí)光量的1/16；亦即16個(gè)光點(diǎn)。也就是說，如果我們使距離達(dá)到四倍，那么強(qiáng)度就會(huì)減小到原來的1/16。4的平方等于16，取倒數(shù)并乘以在距離1時(shí)的256個(gè)光點(diǎn)正是16個(gè)光點(diǎn)。
I=P/A=P/4πR2
光的強(qiáng)度以1/d2的關(guān)系減小，其中d是距光源的距離。重力效應(yīng)也是基于平方反比律。地球重力的拉力以1/r2的關(guān)系減小，其中r是距地心的距離。聲音、輻射及電力莫不如此。
當(dāng)你想使用光來進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信時(shí)應(yīng)當(dāng)記住這一定律。但不要因此而退縮。要知道，我們有許多工具來幫助你達(dá)成你的目標(biāo)。我們Opto Squad的大名可不是白叫的。
