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

5.87. Для того чтобы увидеть собственную тень на мутной воде, вы должны иметь возможность выделять свет, отраженный от поверхности воды. В чистой воде этот относительно слабый отраженный свет теряется на фоне света, отраженного от дна. Если же вода мутная, то свет, отраженный от дна, сильно ослабляется или полностью поглощается, так что вы получаете возможность различать в отражении на поверхности воды светлые и темные участки. Чтобы были видны также тени других людей, отраженный от дна свет должен ослабляться еще сильнее.

Цветная каемка вокруг тени обусловлена рассеянием света взвешенными в воде мелкими частицами, которые, как и частицы в задачах 5.59 и 5.88-5.90, лучше всего рассеивают коротковолновое излучение. Представьте себе чужую тень рядом с собственной. Ближняя к вам ее сторона окрашена в синий цвет, так как на темном фоне тени рассеяние становится заметным. Дальняя же сторона тени кажется красной, поскольку в идущем оттуда свете синяя компонента ослаблена рассеянием.

5.88-5.90. Во всех этих случаях свет рассеивается на очень малых частицах. Здесь также применима модель Рэлея, справедливая для частиц, размер которых много меньше длины волны видимого света. Поскольку при таких условиях синяя компонента света рассеивается сильнее красной, взвешенные частицы молока и частицы дыма со стороны источника или сбоку кажутся синими.

Если же смотреть на просвет, они становятся желтыми или красными. (Внизу дым костра виден в свете, идущем от неба из-за спины смотрящего, а выше - на фоне неба.) Если размер частиц близок к длине волны видимого света, то при анализе процесса рассеяния нужно пользоваться теорией рассеяния Ми (см. задачу 5.73). Когда дым сигареты вдыхают, конденсация паров воды, выходящих изо рта при дыхании, на частицах дыма увеличивает радиус последних, и они становятся по размеру сравнимы с длиной волны света, так что лучше рассеивают уже не синий, а желтый свет.

5.91. Игра цветов в мыльной или масляной пленке объясняется интерференцией света на тонкой пленке (см. также задачу 5.94). Вкратце этот механизм можно объяснить так. Свет, отраженный от верхней поверхности пленки, интерферирует со светом, отраженным от нижней. Положение максимумов и минимумов интерференции зависит от длины волны света, а также от показателя преломления и толщины пленки. Если толщина пленки меньше четверти длины волны света и пленка с обеих сторон окружена воздухом (как, например, мыльная пленка, натянутая на вертикально расположенное проволочное кольцо), то при интерференции волны взаимно гасятся, и пленка кажется темной. Рассматривая последовательно все более толстые пленки, мы обнаружим, что в результате интерференции усиливается все более длинноволновое излучение. Если тонкую мыльную пленку, располо-

женную вертикально, осветить белым светом, то верхняя ее часть может оказаться достаточно тонкой и поэтому будет темной. Ниже пленка утолщается, и цветные полосы на ней будут обусловлены максимумами интерференции для соответствующих длин волн. Однако появление светлой полоски прямо под темной частью пленки выглядит довольно загадочно. Оказывается, в этой части толщина пленки такова, что вследствие интерференции здесь частично усиливаются все волны видимого спектра, поэтому наблюдатель видит отраженный белый свет (согласно предположениям Бэй-мена и Итона).

5.92. Причина появления такого ореола пока еще не выяснена. Однако, скорее всего, он обусловлен рассеянием света на частицах слизи или капельках воды на наружной поверхности глаза (см. задачу 5.83).

5.93. Жидкие кристаллы (вещества, которые представляют собой нечто промежуточное между жидкостью и твердым телом) по расположению молекул делятся на три основных типа. У смектических кристаллов молекулы ориентированы в одном направлении и расположены параллельными слоями. У нематических кристаллов молекулы также ориентированы одинаково, но не образуют слоев. Однако игру цветов в игрушках из жидких кристаллов создают кристаллы третьего типа - холестерические. У этих кристаллов все молекулы

каждого слоя ориентированы параллельно плоскости этого слоя. Ориентация же молекул от слоя к слою меняется, так что, если двигаться в глубь кристалла, конец вектора, указывающего направление ориентации молекул, будет описывать спираль. Длина волны света, отражаемого кристаллом, определяется расстоянием между витками этой спирали. Свет других длин волн беспрепятственно проходит сквозь криста..1л. Сжимая кристалл (корпус игруп1ки сделан из гибкой упругой пластмассы) или изменяя его температуру, можно изменять плотность витков спирали и тем самым длину волны света, который отражается кристаллом.

5.94. Сочная голубая окраска верхней стороны крыла бабочки Morpho объясняется интерференцией света в тонких пленках - чещуйках, расположенных параллельно крылу на тоненьких прожилках, выступающих почти перпендикулярно плоскости крыла. Часть белого света, попадающего на пленку, отражается (назовем ее лучом А), а часть проходит внутрь пленки. Про1нелший внутрь пленки свет частично отражается от ее нижней поверхности (пусть это будет луч Б) и выходит наружу параллельно лучу А. Лучи А и Б, интерферируя, могут усиливаться или ослабляться - это зависит от разности их фаз. Последняя в свою очередь определяется длиной волны света, толщиной и показателем преломления пленки, а также углом, под которым свет входит в пленку и выходит из нее. Если свет

падает перпендикулярно пленке, то разность фаз, при которой лучи взаимно усиливаются, наблюдается для длины волны, соответствующей синему цвету. При других длинах волн разность фаз такова, что лучи взаимно ослабляются. Поэтому наблюдатель видит только синий цвет. Если свет падает на крыло под другим углом (или мы смотрим под другим углом), то путь луча внутри пленки и вместе с ним разность фаз изменяются. Следовательно, изменяется и длина волны, соответствующая усиливающей интерференции, поэтому наблюдатель видит синий цвет несколько другого оттенка.

5.95. Темные линии между пальцами - это темные полосы интерференционной картины, возникающей при дифракции света на щели .между пальцами. Свет, проходящий через один участок щели (скажем, непосредственно рядом с пальцем), ослабляется в результате интерференции со светом, проходящим через другой участок (лежащий чуть дальше от пальца), и наблюдатель видит темную линию.

5.96. Пятнышки в глазу - это интерференционные полосы, обусловленные дифракцией света на круглых клетках крови, плавающих прямо перед желтым телом сетчатки (область сетчатки с высокой плотностью колбочек, расположенная прямо против зрачка глаза). Клетки крови могут попадать в глаз из капилляров, разрушающихся в результате старения или при сильных ударах по голове; под дей-

ствием осмотического давления они раздуваются в шарики.

5.97. Если фотография сделана с надлежащей экспозицией, то лучи могут появиться на ней из-за мерцания звезды (см. задачу 5.102). Лучи могут быть также обусловлены дифракцией света звезды на прямых участках края диафрагмы объектива. Диафрагмы объективов обычно не совершенно круглые, а состоят из большого числа прямых отрезков, что позволяет регулировать отверстие диафрагмы. Зрачок человеческого глаза также не идеально круглый, и дифракция света на прямых участках края отверстия может создавать впечатление звездных лучей. Такие лучи всегда появляются парами.

5.98. Интерференционные кольца, показанные на рисунке, объясняются дифракцией света на шарике. Свет, проходяций с одной стороны шарика, интерферирует со светом, проходящим с другой его стороны, в результате на удаленном от шарика экране наблюдаются светлые и темные кольца. Центр интерференционной картины одинаково удален от обеих сторон шарика, поскольку обе световые волны приходят туда в одной фазе и, следовательно, усиливаются.

5.99. 5.100. Причина появления теневых полос еще не вполне ясна. По-видимому, одно из наиболее правдоподобных объяснений заключается в том, что эти полосы представляют собой интерференционную картину све-

та, [[роходящего через слои воздуха переменной плотности. Такие области различной плотности могут самопроизвольно возникать в верхней атмосфере вследствие турбулентных потоков.

5.101. Озеро ведет себя подобно щели, и наблюдатель поочередно видит максимумы и минимумы возникающей дифракционной картины.

5.102. Мерцание звезд обусловлено турбулентностью воздуха, которая возникает из-за неравномерного распределения температуры. В атмосфере всегда существуют небольшие ячейки турбулентности (размером порядка нескольких сантиметров), в которых идущий от звезды свет преломляется то в одном, то в другом направлении. Это слабое мерцание особенно заметно у точечных звезд и почти не видно у больших по размеру планет и Луны.

5.103. Ультрафиолетовое излучение, поглощаясь органическими молекулами красок, нарушает молекулярные связи. Это в конце концов приводит к потере пигментом его окраски. Выцветание красок под действием ультрафиолетового излучения, как выяснилось, представляет серьезную опасность для картин, экспонируемых в современных музеях, где для создания равномерного освещения широко используются обычные люминесцентные лампы, свет которых содержит известную долю ультрафиолетового излучения. Теперь картины или лампы закрывают ультрафиолето-

выми фильтрами или же вновь начинают использовать для освещения обычные лампы накаливания.

5.104. Свет обладает импульсом и поэтому может оказывать давление. Лазер, используемый в описанных опытах, создает интенсивный пучок света, который способен поднять шарик. Устойчивость шарика обусловлена преломлением света внутри него. Интенсивность пучка лазерного света максимальна в центре.

Пусть шарик несколько смещен относительно центра пучка, но не покидает его пределов. Свет, падающий на шарик у края пучка, преломляется внутрь шарика, проходит внутри него и затем, вновь преломляясь, выходит наружу в направлении к центру пучка. В результате луч лазера несколько отклоняется, и. следовательно, он должен действовать на шарик с некоторой силой. Свет, входящий в шарик несколько сбоку (по центр\- луча), тоже отклоняется, но уже не к центру, а вбок. За счет этих отклонений возникает как подъемная сила, так и сила, действующая вбок. Интенсивность света, отклоняемого к центру шарика, меньше, чем интенсивность света, отклоняемого в сторону, поэтому результирующая сила направлена к центру. Если шарик отходит от центра луча, то эта результирующая сила возвращает его обратно.

5.105. Светлые и темные полосы возникают в результате дифракции света на жалюзи. Подобную, но более красочную картину можно

наблюдать, глядя на автомобильную фару сквозь ткань зонтика.

5.106. Спектральный состав света, излучаемого звездой, зависит от температуры (точнее, от четвертой степени температуры, выраженной в градусах Кельвина) ее поверхности. Чем выше температура звезды, тем короче длина волны, на которую приходится максимум в спектре излучения звезды. Холодная звезда излучает в видимом спектре мало света. По мере увеличения температуры звезд спектральный состав излучаемого света приближается к видимому спектру, причем с красного его конца. Таким образом, при соответствующей температуре звезда излучает наблюдаемый нами красный или желтовато-красный свет. Пик излучения более горячей звезды приходится на середину видимого спектра. Тогда звезда излучает все цвета видимого спектра примерно равномерно, и мы видим ее белой, как Солнце. У еще более горячей звезды максимум излучения смещается в ультрафиолетовую область. Такая звезда излучает преимущественно синий свет и поэтому кажется голубой.

5.107. Пока еще светящиеся смерчи, как и вообще смерчи сами по себе (см. задачу 4.68), не получили надлежащего объяснения. Скорее всего, свечение смерча связано с происходящими в нем электрическими разрядами.

5.108. Свет излучают молекулы сахара, возбуждаемые электрическим полем, кото-

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.