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

и отражением света в каплях воды.

5.37. Лунные радуги редки не только потому, что лунный свет намного слабее солнечного. Другая причина кроется в той погоде, какая обычно бывает в то время, когда положение Луны благоприятствует образованию лунной радуги. Грозы чаще всего происходят к концу дня (см. задачу 3.41), поэтому возможность возникновения лунной радуги уменьшается. Кроме того, интенсивность лунного света зависит от фазы Луны, что еще более снижает вероятность наблюдения лунной радуги.

5.38. Расстояние между каплями, которыми обусловлена радуга, и наблюдателем не играет роли. Имеет значение только угол между падающим на каплю солнечным лучом и линией зрения наблюдателя. Капли же могут находиться от наблюдателя на расстоянии от нескольких метров до нескольких километров. Если все капли, создающие радугу, расположены в пределах нескольких метров от наблюдателя (именно это имеет место, когда радуга возникает в струе шланга), то каждый глаз наблюдателя видит свою радугу, и эти радуги несколько смещены одна относительно другой.

5.39. Радужный столб - это конец основной радуги, возникающий в отраженном свете. Обычная основная радуга образуется в прямых солнечных лучах. Однако солнечный свет, отраженный от поверхности воды, может образовать еще одну радугу.

Хотя ход лучей здесь в принципе тот же, что и при образовании обычной радуги, положение такой радуги в небе отличается от положения обычной. Если бы можно было увидеть эту радугу пол-\ ностью, то ее центр находил-I ся бы выше центра обычной радуги. Поэтому у горизонта такая радуга поднимается круче, чем обычная. Поскольку интенсивность света, отраженного от воды, мала, такая радуга слабее обычной и наблюдается значительно реже.

5.40. Отраженная радуга - это просто зеркальное отражение основной радуги. По мнению Миннарта [954], обе эти радуги одинаковы, однако Хэмфриз [164] справедливо отмечает, что отраженная радуга кажется более плоской, так как у нее видна меньшая часть дуги, чем у основной. Это различие между радугами связано с тем, что выходящий из водяных капель свет должен I образовать такую радугу, ко- торая затем могла бы отразиться от водной поверхности и попасть в поле зрения наблюдателя. Капли, для ко-I торых выполняется это тре-1 бование, находятся ниже над { горизонтом, чем капли, обра- зующие основную радугу.

5.41. Луговая радуга - это j та же радуга, но образованная каплями росы на траве. Основная радуга I наблюдается под углом примерно 42° к оси, соединяю-i щей Солнце с глазом наблю-iдателя (см. задачу 5.32), и она была бы круговой, если бы не мешала земля. Однако когда земля тоже покрыта капельками воды, то радугу

можно увидеть и ниже горизонта. Угол и в этом случае равен 42°, но поскольку капли теперь не заполняют все пространство перед наблюдателем, а располагаются в горизонтальной плоскости, форма радуги становится гиперболической. Обычную луговую радугу образуют лучи, идущие от Солнца примерно параллельным пучком. Свет от уличного фонаря идет расходящимся пучком, и хотя угол, под которым наблюдается радуга, по-прежнему составляет 42°, капли, создающие ее, располагаются причудливым образом, поскольку лучи света расходятся от источника в различных направлениях.

5.42. Ложные солнца появляются в результате преломления света падающими гексагональными кристаллами льда, главные оси (оси, параллельные шести граням) которых расположены вертикально. Хотя свет выходит из кристаллов в широком диапазоне углов, наиболее яркий пучок исходит под углом, соответствующим наименьшему отклонению солнечных лучей от их первоначального направления. Когда Солнце, кристаллы льда и наблюдатель находятся в одной горизонтальной плоскости, угол наименьшего отклонения составляет примерно 22°. В таком случае наблюдатель видит яркий свет, испускаемый кристаллами, которые находятся на угловом расстоянии 22° по обе стороны от Солнца. По мере того, как Солнце поднимается над горизонтом, ось кристаллов перестает быть перпендикулярной солнечным лучам.

и угловое расстояние между Солнцем и ложным солнцем несколько увеличивается. В конце концов Солнце поднимается настолько высоко, что яркость ложных солнц ослабевает и они становятся неразличимыми. Окраска ложных солнц объясняется разложением света в кристаллах льда, аналогичным разложению света в призме.

5.43. Малое гало также обусловлено преломлением света в падающих кристаллах льда, но главные оси кристаллов, на которых образуется гало, ориентированы случайным образом в плоскости, перпендикулярной лучу падающего света. Поэтому в любой точке, находящейся от Солнца на угловом расстоянии 22°, имеются кристаллы, которые ориентированы таким образом, что дают яркий свет. Окраска гало также обусловлена разложением света в спектр. Поскольку синий свет преломляется наиболее сильно, внешняя сторона гало оказывается окрашенной в синий цвет.

5.44. Объянить возникновение туманной радуги можно лишь на основе волновой природы света, в частности интерференционных явлений (см. задачу 5.34). В обычной радуге цвета определяются главными интерференционными максимумами, которые создает свет, выходящий из капель под соответствующими углами. С уменьшением размеров капель ширина максимумов растет, и в конце концов они начинают перекрывать друг друга, так что цвета становятся нераз-

личимыми. Свет, выходящий под углом, соответствующим возникновению радуги, по-прежнему относительно ярок, но цвета в нем различить не удается, и радуга кажется белой.

Белая радуга образуется на каплях с диаметром менее 0,06 мм.- Прим. ред.

5.45. Столбы света над и под Солнцем обусловлены отражением света от внешней поверхности падающих гексагональных кристаллов льда. Длина кристалла может быть как значительно меньше его толщины (пластинчатые кристаллы), так и значительно превышать его толщину (игольчатые кристаллы). Столбы света могут образовываться на тех и других кристаллах. Рассмотрим, например,пластинчатые кристаллы. Падая, они ориентируются так, что сопротивление воздуха их движению максимально, то есть располагаются горизонталь-но. Если в поле зрения наблюдателя пластинки находятся выше Солнца, то солнечный свет отражается от их нижней поверхности, и наблюдатель видит над Солнцем относительно яркую полосу. Если же пластинки находятся ниже Солнца, то свет отражается от их верхней стороны.

Вертикальное положение пластины неустойчиво. Попробуйте объяснить, почему. Это не простая, но очень интересная задача (см., например [43д, § Прим.

ред.

5.46. В появившихся недавно работах Гринлера [1034,

1065] приводятся результаты моделирования на ЭВМ малого гало и светящегося столба над Солнцем, Для того чтобы разобраться во всех наблюдаемых и вообще возможных кольцах и дугах, нужно было бы полностью смоделировать рассеяние света на падающих кристаллах, ориентированных в пространстве как упорядоченно, так и хаотически - для всех положений Солнца в пределах всего небосвода, В настоящее время удалось объяснить лишь некоторые гало и дуги, порой эти объяснения весьма противоречивы или даже ошибочны. Но мы воспользуемся ими (буквенные обозначения относятся к рис, 5.46).

а и 6 - малое гало и ложные солнца (см. задачу 5.43).

с - большое гало. Лучи света при образовании этого гало преломляются в основном так же, как и при образовании малого гало. Однако есть одно отличие. Луч света проходит в этом случае не через двугранный угол между двумя смежными боковыми гранями кристалла, равный 60° (как при образовании малого гало), а через угол между основанием и одной из граней, равный 90°. И здесь наиболее яркий пучок света возникает под тем углом, при котором выходящий луч меньше всего отклоняется от первоначального направления. При надлежащей ориентации кристаллов свет, рассеиваемый таким образом, и дает большое гало,

видное под углом 46°.

\ d - околозенитное гало. Лучи света входят и выходят на двух смежных взаимно перпендикулярных гранях

кристалла. Для того чтобы образование этого гало стало возможным, Солнце должно стоять ниже 32° над горизонтом.

е - паргелический круг. Свет отражается от вертикальных граней падающих кристаллов.

f - ложные солнца большого гало. Очень редко наблюдаемые яркие участки обусловлены таким же рассеянием, что и большое гало, но в данном случае рассеяние происходит только на тех кристаллах, главные оси которых горизонтальны.

/ - дуги Ловитца. Они образуются, когда падающие вертикальные гексагональные ледяные иглы слегка колеблются около горизонтальной оси. При этом свет, входящий через одну из граней призмы, выходит через другую. Наибольшая яркость преломленного света и здесь наблюдается под углом, соответствующим наименьшему отклонению лучей от первоначального направления. Дуга образуется светом, исходящим от кристаллов, удовлетворяющих этому требованию.

5.47. Коронная вспышка объясняется зеркальным отражением света молнии на падающих пластинках льда. (Этими пластинками обусловлено также возникновение столбов света, см. задачу 5.45.) В электрическом поле внутри грозового облака пластинки становятся электрическими диполями - одна их сторона заряжается положительно, другая отрицательно. Диполи ориентируются вдоль силовых линий поля. Обычно пластинки падают горизон-

тально. Однако электрическое поле, возникающее при ударе молнии, на короткое время изменяет ориентацию пластинок и вместе с ней относительную яркость этой части облака. Если изменение электрического поля распространяется по всему облаку, то изменение яркости сопровождает его.

5.48. Одним из первых было высказано предложение покрывать фары и ветровые стекла так, чтобы поляроиды на ветровых стеклах машины были повернуты на 90° относительно поляроидов на фарах встречной машины. При такой ориентации поляроидов водитель не видел бы света фар встречной машины, так как поляризованный свет ее фар не прошел бы через поляризационный фильтр ветрового стекла. Однако такая ситуация тоже опасна. Если же угол будет несколько отличаться от 90°, то положение дел слегка улучшится: водитель будет видеть часть света, идущего от фар встречного автомобиля. Один из недостатков (быть может, роковой) этой идеи заключается в том, что поляризационные фильтры поглощают часть света, идущего от других источников (например, уличных фонарей), поэтому все окружающие предметы для водителя будут выглядеть более темными. Другой недостаток состоит в том, что на ориентацию поляроида влияет наклон ветрового стекла, который различен у разных автомобилей.

5.49. Прямой солнечный свет не поляризован, то есть колебания вектора электрического поля электромаг-

нитной волны совершаются в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны, но ориентация вектора в этой плоскости хаотична. При отражении от какой-либо поверхности свет поляризуется в плоскости, параллельной поверхности, то есть колебания вектора электрического поля по-прежнему происходят в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны, но теперь он ориентирован преимущественно параллельно отражающей поверхности. Степень поляризации света при отражении зависит от материала поверхности и угла, под которым свет падает на нее. Если, например, вы едете в автомобиле навстречу солнцу в начале второй половины дня, то свет, отраженный от дороги, который попадает вам в глаза, преимущественно поляризован параллельно дороге. Поляроидные очки уменьшают блики от дороги, так как они пропускают только вертикально поляризованный свет, а отраженный от дороги горизонтально поляризованный свет поглощается стеклом очков. На микроскопическом уровне это можно объяснить так. Длинные молекулы в фильтрах ориентированы горизонтально, поэтому поглощают свет, поляризация которого тоже горизонтальна. Таким образом блики устраняются совсем, а свет от окружающих предметов ослабляется незначительно.

Рыболов с помощью ноля-роидных очков также может ослабить блики солнечного света на поверхности воды, и в то же время видеть свет.

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.