Читальный зал -->  Физический фейерверк 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 [ 75 ] 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99

атмосфере. Чем ниже Солнце над горизонтом, тем больше это преломление. Рассмотрим случай, когда нижний край солнечного диска находится точно на линии горизонта. Если бы не было преломления, то верхний край Солнца был бы виден под углом, чуть большим 0,5° ниже горизонта. В действительности же верхний край диска виден ниже своего истинного положения под углом, чуть меньшим 0,5°. В результате вертикальный диаметр Солнца кажется несколько меньше (примерно на 6), чем в случае, когда Солнце находится высоко. Горизонтальный же диаметр уменьшается из-за рефракции совсем незначительно (меньше чем на 0,5). Поэтому когда Солнце расположено на линии горизонта, оно кажется нам эллиптической формы. (Пожалуйста, не смешивайте этот эффект, обусловленный преломлением, с оптической иллюзией, описанной в задаче 5.134.)

5.19. Синяя полоска на линии горизонта обусловлена отражением голубого неба в морских волнах. Основной вклад в свет, отражаемый волнами на горизонте, дает свет, идущий от участка неба, расположенного на высоте 30° над горизонтом. В течение большей части светлого времени суток этот участок темнее остального неба, и поэтому полоска оказывается темнее, чем окружающий ее фон. Отраженный свет поляризован в плоскости, параллельной поверхности воды (см. задачу 5.49).

5.20. Конечно, не все скаты

волн наклонены к горизонту под углом 15°. Однако, как мы уже говорили (см. задачу 5.19), основной вклад в свет, рассеиваемый волнами на горизонте, вносит участок неба, расположенный на высоте около 30° над горизонтом, а это эквивалентно тому, что все скаты волн как бы наклонены под углом 15°. Волны с меньшими скатами более вероятны, но они отражают меньшую часть света, идущего с неба. Волны с несколько большими скатами менее вероятны, но они отражают ббльшую часть света с неба и под ббльшим углом к горизонту. Волны с относительно большими скатами настолько мало вероятны, что их вклад практически равен нулю. В итоге получается, что участок неба, расположенный на высоте 30° над горизонтом, наиболее сильно отражается волнами на горизонте, а участки неба, лежащие ниже,- гораздо слабее, так что их отражения практически не видно.

5.21. Из-за хаотического распределения наклона скатов волн отражение источника света (Солнца, Луны, фонаря) в воде размазывается, причем расплывание этого изображения в стороны гораздо меньше, чем вдоль линии наблюдатель - горизонт. Это объясняется геометрией хода отраженных лучей. Отношение ширины освещенного участка к его длине равно синусу угла возвышения источника света над горизонтом. Темный треугольник над горизонтом - это иллюзия, обусловленная эффектом контраста. Этот треугольник исчезает,

если прикрыть в поле зрения светлый участок моря.

Описанный эффект наблюдается, когда небо над горизонтом темное.- Прим. ред.

5.22. Ткань блестит, если нити в ней расположены в правильном порядке параллельно друг другу и как бы образуют на поверхности ткани бороздки. Под определенными углами такая ткань довольно сильно отражает падающий на нее свет. Под другими углами это отражение слабее. Поэтому когда ткань поворачивают в лучах света, она отражает то лучше, то хуже, иначе говоря, блестит. Наилучшее отражение наблюдается тогда, когда линия, перпендикулярная бороздкам ткани, делит пополам угол (является его биссектрисой) между падающим лучом света и лучом, отраженным от поверхности в направлении глаза наблюдателя.

5.23. На сетчатке глаза действительное изображение гвоздика получается перевернутым. Однако мы видим гвоздик так, как он есть, благодаря тому, что мозг

! при расшифровке идущих от I глаза сигналов переворачи-I вает изображение. Кроме того, гвоздик отбрасывает на сетчатку тень, которая j ориентирована так же, как . сам гвоздик. Но так как мозг \ переворачивает изображе-I ние, тень кажется нам пере-1 вернутой.

5.24. Оптимальный радиус отверстия равен примерно V0,6Xf, где % - длина волны света, а f - расстояние от от-

верстия до экрана или фотопленки.

При большем отверстии четкость фотографии ухудшается, при меньшем - возникает дифракционная картина. (Дифракция - интерференционное явление, обусловленное волновой природой света. Дифракция звуковых волн рассматривалась в задачах 1.42 и 1.43.)

Камера-обскура создает хроматические аберрации (искажения), поскольку для данного диаметра отверстия оптимальное расстояние от отверстия до пленки обратно пропорционально длине волны света, которая может меняться от 0,4 (синий цвет) до 0,65 мкм (красный).

5.25. Изображения Солнца создаются благодаря маленьким просветам в листьях дерева, подобно тому как это происходит в камере-обскуре. Эти изображения всегда возникают в солнечный день, но обычно они незаметны на фоне рассеянного освешения. При солнечном же затмении общая освещенность несколько уменьшается.

5.26. Свет, падающий на каплю росы, сильно отражается назад в направлении, обратном его приходу. Частично отражение происходит на передней поверхности капли, частично - на задней. Свет, падающий на каплю под другими углами, может также проходить внутрь капли и отражаться на ее обратной стороне.

Если бы капля была строго сферической, ее поверхность отражала бы солнечный свет равномерно во все стороны. Прелом-

ленные же световые лучи сжимались бы, освещая сравнительно неболь-щой участок внутренней поверхности капли. Часть света отражалась бы от этого участка и выходила наружу. Его интенсивность уже зависела бы от направления. Несферичность формы капли приводит к тому, что интенсивность света, отраженного как передней, так и задней поверхностями капли, максимальна в направлении к Солнцу.- Прим. ред.

5.27. Рефлекторы, отражающие световой луч точно в направлении источника, даже если это направление не совпадает с осью рефлектора, называются катафотами. Это могут быть сферы (см. задачу 5.26), треугольные призмы или системы линз и зеркал. Идеальный катафот практически бесполезен, поскольку направление зрения редко совпадает с направлением на источник света. Однако большинство катафотов далеко не идеальны, поэтому свет отражается от них более широким пучком, чем падает. Примером простого катафота может служить трехгранный угол, образованный тремя взаимно перпендикулярными зеркалами. Световой луч, падая на одно из этих зеркал, последовательно отражается от каждого из них и уходит в направлении, обратном направлению его прихода.

5.28. Капли фокусируют солнечный свет на поверхности листа. В этом месте лист обугливается.

5.29. Случайно волна может оказаться ориентированной таким образом, что солнечный свет будет отражаться от нее прямо вам в глаза. Впечатление лучей света, расходящихся от тени вашей

головы, обусловлено тем, что волна не ориентирована строго определенным образом и что картина волн на воде непрерывно меняется.

5.30. Глаза кошек и других животных отражают свет в направлении, обратном направлению его прихода, поэтому их видно в темноте. Глаз представляет собой систему из линз и криволинейного зеркала, отражающую свет так, что пучок отраженного света направлен на источник. У плотоядных животных сильное отражение света обусловлено тем, что под сетчаткой находится слой кристаллов цистеина, содержащего цинк.

5.31. Эта горизонтальная линия соответствует высоте, на которой падающий снег тает. Выше этой линии находится снег, который отражает свет лучше, чем водяные капли, образующиеся ниже нее.

5.32. Свет выходит из капли в широком диапазоне углов, но наибольшая интенсивность наблюдается под углом, соответствующим радуге (выражаясь языком геометрической оптики, плотность пучка выходящих из капли лучей под этим углом максимальна). Тк как видимый свет различных длин волн преломляется в капле по-разному (синий преломляется сильнее красного), точное значение угла, под которым интенсивность выходящего пучка максимальна, зависит от длины волны света (то есть цвета). Поэтому под тем углом, под которым видна радуга, цвета не только наиболее ярки, но

и слегка разделены, так что мы можем различить их (см. задачу 5.44). Однако дисперсия, которой обусловлено разделение цветов, здесь происходит иначе, нежели в призме. Первое указание на истинную причину этой дисперсии дает нам существование дополнительных радуг (см. задачу 5.34).

Цвета в побочной радуге располагаются в обратной последовательности, так как она образуется в результате двукратного отражения света внутри каждой капли. В этом случае лучи света выходят из капли под другими углами, чем те, которые дают основную радугу. Так как синий свет преломляется сильнее, чем красный, капли, ответственные за синий цвет в побочной радуге, должны быть видны под большим углом, чем капли, дающие красный цвет. Для основной радуги справедливо обратное, поскольку при ее образовании лучи отражаются внутри капли один раз. Поэтому порядок цветов в основной и побочной радугах разный.

В лабораторных условиях удавалось наблюдать одновременно больше двух радуг [см., например, American Journal of Physics, 44, 421 (1976)]. Существует несколько сообщений о наблюдении радуги третьего порядка (соответствующей трехкратному внутреннему отражению). Солнце при этом было низко над горизонтом, под темными облаками. Радуги высших порядков наблюдать не удается, так как они слабее рассеянного света неба и бликов от света, рассеянного от внешней по-

верхности капель (который вообще не претерпевает отражений внутри капли).

5.33. Неравномерное распределение красного цвета в радуге объясняется тем, что во время падения капли сплющиваются набегающим потоком воздуха по вертикали. Свет, который образует верхнюю часть дуги, проходит через это сплюснутое сечение, и поэтому красный цвет смещается вниз, внутрь радуги. В результате видимая нами красная полоска радуги сильно ослабляется. Горизонтальное сечение капли остается круглым. Поэтому свет при образовании вертикальных участков радуги проходит через круглое сечение капли, и цвета этих участков нормальные. На капли меньшего размера поток воздуха влияет слабее, поэтому они дают нормальную радугу.

5.34. При точном расчете ин-тенсивностей света и цветов в радуге уже не достаточно рассмотрения лучей, проходящих сквозь каплю,- здесь необходимо учитывать волновую природу света. При этом выявляются более тонкие эффекты. Становится возможным более точно определить угловое расположение цветов. Удается установить связь между изменением цвета и изменением размера капли (см. задачу 5.44). И самое главное - интерференционные явления позволяют объяснить образование более слабых дуг, которые изредка наблюдаются ниже основной и выше побочной радуг. Эти слабые дуги обусловлены вторичными максимумами интерферен-

ционной картины, интенсивность которых существенно ниже интенсивности главных максимумов, возникающих только в случае достаточно однородных по размеру капель.

5.35. Та часть неба, где образуются радуги, имеет некоторую общую (фоновую) яркость. Освещенность этой части неба отчасти обусловлена также бликами солнечного света на наружной поверхности капель. Свет, однократно отраженный внутри капель, ярче всего там, где находится радуга, но он может попадать к нам также и от капель, расположенных под меньшим углом возвышения к горизонту. Поэтому участок неба ниже основной радуги оказывается достаточно освещенным. Однако свет, однократно отраженный внутри капель, расположенных выше тех, что создают основную радугу, не может приходить к нам. Аналогичная, хотя и обратная, ситуация складывается в случае двукратного отражения света внутри капли. Наиболее яркий пучок двукратно отраженного света исходит от побочной радуги, он также частично попадает к наблюдателю от капель, расположенных выше тех, что образуют побочную радугу, но он не может приходить от капель, расположенных ниже. Поэтому ниже основной радуги и выше побочной возникает дополнительный свет, а полоса между радугами оказывается более темной.

5.36. Свет радуги поляризован параллельно ее дуге, что обусловлено преломлением

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 [ 75 ] 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99

ООО «Мягкий Дом» - это Отечественный производитель мебели. Наша профильная продукция - это диваны еврокнижка. Каждый диван можем изготовить в соответствии с Вашими пожеланияи (размер, ткань и материал). Осуществляем бесплатную доставку и сборку.



Звоните! Ежедневно!
 (926)274-88-54 
Продажа и изготовление мебели.

Копирование контента сайта запрещено.
Авторские права защищаются адвокатской коллегией г. Москвы.