|
|
|
|
Главная > Это интересно > Сто тысяч почему > Оптика > Ответы. Оптика 1. В первом случае изображение монеты появляется почти на поверхности воды. Лучи, идущие от монеты, отражаются от задней стенки сосуда, идут вверх и, преломившись на поверхности воды, попадают в глаз. Если же к задней стенке сосуда приложить мокрую ладонь, то отражения от него не будет. Сухая рука оказывает гораздо меньшее влияние, так как, вообще говоря, рука соприкасается со стеклом в ограниченном числе точек. Но когда рука мокрая, пустоты между ладонью и стеклом заполняются водой. Поскольку коэффициенты преломления света у воды и стекла примерно одинаковы, такое заполнение пустот водой увеличивает площадь поверхности контакта руки с сосудом практически до 100%. Поэтому большая часть лучей, идущих от монеты и попадающих на этот участок стенки, поглощается и изображение монеты исчезает. Или рассеивается равномерно (диффузно) во все стороны. 2, 3. Во всех этих задачах рассмотрены миражи, обусловленные изменением с высотой показателя преломления воздуха в приземном слое. Этот показатель прежде всего зависит от температуры воздуха. Призрачные горы (один из примеров “верхнего” миража) наблюдаются, когда температура воздуха повышается с высотой. Световые лучи идут от удаленных объектов, например от гор, вверх под некоторым углом к горизонту. Но из-за увеличения показателя преломления с высотой лучи загибаются вниз и попадают в глаза наблюдателя, находящегося на земле. Наблюдатель инстинктивно воспринимает эти лучи как прямые, и изображение объекта оказывается для него расположенным выше, чем истинный объект. Мираж в пустыне — это пример “нижнего” миража, названного так, поскольку в данном случае изображение находится ниже, чем реальный объект. В “оазисном” мираже этим объектом является небо. Лучи света, идущие от голубого неба, преломляются в приземном слое воздуха, в котором температура понижается с высотой. Лучи отклоняются в сторону наблюдателя, и он, опять же воспринимая лучи как прямые, видит на некотором расстоянии впереди голубую поверхность воды. Дрожание изображения, обусловленное флуктуациями коэффицента преломления горячего воздуха, создает иллюзию течения или волнения воды. Пеликан такого миража увидеть не мог, так как идущие сверху лучи не могут преломиться так, чтобы возвратиться вверх под столь большим углом к земле Фата-моргана представляет собой более сложный мираж, поскольку для возникновения такого миража зависимость температуры от высоты должна быть нелинейной; температура сначала возрастает с высотой, но с некоторого уровня скорость ее роста уменьшается. Подобный температурный профиль, только с более крутым переломом где-то посередине, может создать мираж с тройным изображением. 4. Действие большинства “односторонних” зеркал обусловлено тем, что одна их сторона (скажем, комната, в которой находится допрашиваемый преступник) освещена ярче, чем другая (в которой находится человек, наблюдающий за преступником). Часть света, падающего на стекло из ярко освещенной комнаты, отражается передней и задней поверхностями стекла. Если с другой стороны стекла достаточно темно, то преступник видит только отраженный свет, и стекло кажется ему зеркальным. К наблюдающему же сквозь стекло приходит достаточное количество света, и он отчетливо видит преступника. Зеркальный эффект еще более усиливается, если стекло покрыто тонким слоем металла. Благодаря этому увеличивается количество света, отраженного к преступнику, но вместе с тем количество проходящего света оказывается достаточным для наблюдения. Слабое изображение наблюдающего теряется на фоне мощного светового потока, отраженного стеклом. 5. Хотя обычно миражи обусловлены преломлением света, описанный мираж, по-видимому, возник в результате отражения света. Женщина, судя по всему, увидела свое отражение на редком тумане. Миражи, обусловленные отражением света, пока еще остаются загадкой для исследователей. Высказываются лишь предположения об их возможной причине, а что касается механизма их возникновения, то здесь можно только строить догадки. 6. Возникновение “зеленого луча” объясняется разложением солнечного света в спектр в земной атмосфере: это явление аналогично дисперсии света в стеклянной призме. Когда лучи солнца входят в земную атмосферу, они преломляются так, что солнце кажется расположенным над горизонтом выше, чем это есть на самом деле. Свет с более короткой длиной волны (синяя область спектра) преломляется сильнее, чем длинноволновый (красная область спектра). В результате этих процессов на небосводе должно было бы появиться голубое изображение солнца, расположенное выше красного, а между ними - изображения промежуточных цветов. Однако голубое изображение пропадает из-за атмосферного рассеяния, и верхнее изображение солнца оказывается следующего по порядку в спектре цвета — зеленого. Поэтому, когда изображение солнца скрывается за горизонтом, последним мы видим “зеленый луч”. 7. 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 освещения. При солнечном же затмении общая освещенность несколько уменьшается. 8. При точном расчете интенсивностей 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. 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 интерференционной картины, интенсивность которых существенно ниже интенсивности главных максимумов, возникающих только в случае достаточно однородных по размеру каплей. 9. В основном цвет неба определяется зависимостью рассеяния света на молекулах воздуха от длины волны ( в соответствии с рэлеевской моделью рассеяния). Электрическое поле падающего света возбуждает электроны в молекуле, которые в свою очередь излучают свет. В результате солнечный свет рассеивается. Свет с меньшей длиной волны (синяя область спектра) рассеивается сильнее, чем свет с большей длиной волны (красная область спектра). Поэтому, когда солнце близко к горизонту, небо над наблюдателем в основном голубое. Голубизна неба на расстоянии больше 90° от солнца слабее, так как небо здесь освещается светом, прошедшим большой путь в атмосфере и потерявшим синюю составляющую. Небо вблизи солнца на горизонте бывает красным или желтым, так как оно тоже освещается светом, потерявшим синюю составляющую при прохождении через атмосферу. Пыль, дым и т.д. усиливают рассеяние света; более того, в иных случаях рассеяние может совершенно иначе зависеть от длины волны. После больших извержений вулканов восходы и заходы солнца порой играют удивительными красками (солнце и луна могут даже стать синими). Конкретные оттенки цветов, наблюдаемые в конкретной ситуации, обусловлены комбинацией рэлеевского рассеяния с рассеянием света на твердых частицах. Важную роль играют флуктуации плотности областей атмосферы с размером, много меньшем длины волны. Если бы такие области отсутствовали, то интерференция света, рассеянного равномерно расположенными молекулами, приводила бы к тому, что интенсивность рассеянного света для всех длин волн была бы отличной от нуля лишь в направлении распространения первоначального луча. Учет в молекулярном рассеянии флуктуации плотности приводит к такой же зависимости рассеяния от длины волны, как в случае мелких частиц, рассмотренном Рэлеем. 10. Хотя при наблюдении в трубу большая часть неба закрыта, небо вокруг звезды, как через трубу, так и без нее, выглядит одинаково ярким. Сама звезда, конечно, также не становится ярче. Экспериментальные исследования способности различать небольшой светящийся участок на темном фоне показали, что пороговый уровень чувствительности глаза понижается по мере увеличения яркости фона, пока яркость фона не становится примерно равной яркости светящейся точки. Поэтому через трубу звезды различать не легче, а труднее, так как, закрывая часть неба, мы увеличиваем пороговый уровень способности глаза различать звезды. Попробуйте разобраться, почему в телескоп звезды можно увидеть и днем. Почему в этом случае большая яркость неба не оказывается помехой. Исп. литература: Физический фейерверк (Вопросы и ответы по физике) — М.: Мир, 1979 Главная > Это интересно > Сто тысяч почему > Оптика > Ответы. Оптика |
|
© Натали, Алекс и К° 2003 - 2011 г.
|
