Геометрическая оптика. Что такое тень на самом деле? Новый взгляд на природные явления Формы организации работы детей

В мире происходит столько всего интересного на видимом и невидимом уровнях. Сталкиваются галактики, зажигаются и исчезают звезды, образовываются новые вещества, зарождается и исчезает жизнь. Что такое человек на фоне всех этих процессов? Что мы знаем о мире и о себе? Понимаем ли суть явлений, и задумываемся ли мы над простыми вопросами:

• Что такое тень?
• Почему в тени прохладно?
• Почему на полюсах нашей планеты лежит снег?
• Как мы видим предметы?

Зная свойства фотонов-3 и фотонов-4 , можно ответить на эти вопросы с позиции знаний ИСКОННОЙ ФИЗИКИ АЛЛАТРА .

Из школьного курса по физике (геометрическая оптика) нам известно, что в оптически однородной среде свет распространяется прямолинейно, чем объясняются явления тени и полутени.

“Тень — место, защищённое от попадания прямых солнечных лучей, тёмное отражение на чём-нибудь от предмета, освещенного с противоположной стороны”.

Давайте заглянем в доклад ИСКОННАЯ ФИЗИКА АЛЛАТРА :

“Благодаря фотонам--3 обеспечивается энергетический поток (а также различные силовые взаимодействия в материальном мире)”.

“Потоки фотонов--3 не несут тепло, они его создают при разрушении частичек, с которыми сталкиваются.”

Так вот, получается, что тень от объекта — это место, закрытое от прямых потоков фотонов-3. А раз их нет, то там не происходит выделение тепла в результате разрушения материи!

Выходит, что в тени прохладнее не потому, что она закрыта от потоков тепла идущего, например, от Солнца, а потому, что там тепло просто не создаётся (!!!), как на поверхности освещенных объектов.

А от чего же зависит количество создаваемого тепла при взаимодействии потока фотонов-3 с веществом?

Для поиска ответа на этот вопрос нам опять стоит заглянуть в доклад:

“Чем больше поток фотонов--3, направленных под прямым углом к материальному объекту, тем больше образуется тепла”.

Зная это, понятно, почему на полюсах нашей планеты лежит снег и там холоднее, чем на экваторе.

Краткая справка:

Северный полюс (Арктика) — одно из самых холодных мест на Земле. В самый теплый период летом температура держится около 0 °C, зимой же падение температуры может достигать до -40 °C. Однако на Южном полюсе (Антарктика) ещё холоднее, температура летом и зимой может колебаться от -30 °C до -75 °C.

Современные же учёные считают, что тепло, которое идёт с лучами от солнца, в приполярных широтах рассеивается по большей территории, чем на экваторе. Поэтому полярные широты обделены солнечным теплом, т.е. на одинаковые площади поверхности (на экваторе и на полюсе) приходится разное количества тепла.

Но на самом деле, фотоны не переносят тепло от солнца. Тепло создаётся фотонами-3 при взаимодействии с поверхностью нашей планеты!

Каждый видел, во что превращается газета, которая летом долгое время пролежала у окна. Как выгорает краска под действием солнечных лучей. Это как раз и есть видимый результат силового воздействия фотонов-3, который разрушает материю, и при этом выделяется тепло.

По сути, это экзотермическая реакция, которая является следствием процессов, проходящих на уровне эзоосмической ячейки.

А почему же тогда наша кожа на солнце не разрушается, не выгорает, а наоборот, приобретает тёмный загар?

Почему листья растений не разрушаются под таким потоком фотонов-3?

Оказывается, дело в уникальном молекулярном строении пигментов , которые взаимодействуют с потоками фотонов-3.

Зелёные растения обязаны своим цветом молекулам хлорофилла (зелёному пигменту).

Когда фотон-3 попадает в клетку, он выбивает электрон из середины молекулы хлорофилла. Это создаёт крошечный пакет энергии, называемый экситоном, энергия которого будет использоваться в химических процессах создания всех важных биологических молекул. Вот так растения себе во благо используют энергию, создаваемую потоком фотонов-3.

Потемнение кожи под действием солнечного света связано с образованием меланина — особого высокомолекулярного пигмента, который рассеивает создаваемую фотонами-3 энергию и предохраняет от разрушения живые клетки.

А происходит это благодаря наличию в меланине неспаренных электронов, что придает этому веществу свойства стабильных свободных радикалов. Неспаренные электроны способствуют более эффективному поглощению фотонов-3.

Вот почему у жителей экваториальных широт кожа темнее, чем у народов севера. Это результат многолетней адаптации и компенсации, который постепенно приспособил организм к условиям существования под таким интенсивным потоком фотонов-3, падающих под прямым углом.

А как мы вообще видим объекты материального мира?

В этом процессе играют ключевую роль явления, происходящие на уровне эзоосмической решётки:

• Способность фотона-3 при определённых ус-ловиях преобразовываться в фотон, состоящий из 4-х фантомных частичек По (фотон--4)
• Информационные взаимодействия, связанные с переносом информации фотоном-4

“Фотон-3 и фотон-4 двигаются, как правило, в одном энергетическом потоке, причём фотонов-3 в нём всегда многократно больше, чем фотонов-4. Например, от солнца идёт поток фотонов, где большинство из них — это силовые фотоны (фотоны-3), ответственные за энергетические, силовые взаимодействия, но среди них есть и информационные фотоны (фотоны-4), несущие информацию о солнце”.

Силовой фотон-3 и информационный фотон-4

Силовые фотоны-3 ударяются о внешнюю поверхность тела и при определённых условиях (одновременное нахождение головной частички По вещества и фотона-3 в одной эзоосмической ячейке) вырывают головную частичку По и превращаются в информационный фотон-4, который уже отражается от объекта и несет информацию о нём. И мы хорошо видим освещённый объект.

А вот предметы, находящиеся в тени, мы видим плохо, потому что они закрыты от прямых потоков фотонов-3, которые могли бы превратиться в фотон-4 и донести информацию об этом предмете.

Но как мы на самом деле видим окружающий мир? Куда фотон-4 сбрасывает информацию? Как сознание рисует нам иллюзию? (Уникальная информация о сознании есть в фильме «Сознание и Личность. От заведомо мертвого к вечно живому»).

Давайте вместе ответим на эти вопросы в следующих статьях. Пишите свои версии в комментариях, присылайте свои статьи на сайт!

Основные законы геометрической оптики известны ещё с древних времен. Так, Платон (430 г. до н.э.) установил закон прямолинейного распространения света. В трактатах Евклида формулируется закон прямолинейного распространения света и закон равенства углов падения и отражения. Аристотель и Птолемей изучали преломление света. Но точных формулировок этих законов геометрической оптики греческим философам найти не удалось.

Геометрическая оптика является предельным случаем волновой оптики, когда длина световой волны стремится к нулю.

Простейшие оптические явления, например возникновение теней и получение изображений в оптических приборах, могут быть поняты в рамках геометрической оптики.

В основу формального построения геометрической оптики положено четыре закона , установленных опытным путем:

· закон прямолинейного распространения света;

· закон независимости световых лучей;

· закон отражения;

· закон преломления света.

Для анализа этих законов Х. Гюйгенс предложил простой и наглядный метод, названный впоследствии принципом Гюйгенса .

Каждая точка, до которой доходит световое возбуждение, является , в свою очередь, центром вторичных волн ; поверхность, огибающая в некоторый момент времени эти вторичные волны, указывает положение к этому моменту фронта действительно распространяющейся волны.

Основываясь на своем методе, Гюйгенс объяснил прямолинейность распространения света и вывел законы отражения и преломления .

Закон прямолинейного распространения света :

· свет в оптически однородной среде распространяется прямолинейно .

Доказательством этого закона является наличие тени с резкими границами от непрозрачных предметов при освещении их источниками малых размеров.

Тщательные эксперименты показали, однако, что этот закон нарушается, если свет проходит через очень малые отверстия, причем отклонение от прямолинейности распространения тем больше, чем меньше отверстия.

Астрономической иллюстрацией прямолинейного распространения света и, в частности, образования тени и полутени может служить затенение одних планет другими, например затмение Луны , когда Луна попадает в тень Земли (рис. 7.1). Вследствие взаимного движения Луны и Земли тень Земли перемещается по поверхности Луны, и лунное затмение проходит через несколько частных фаз (рис. 7.2).

Закон независимости световых пучков :

· эффект, производимый отдельным пучком, не зависит от того , действуют ли одновременно остальные пучки или они устранены.

Разбивая световой поток на отдельные световые пучки (например, с помощью диафрагм), можно показать, что действие выделенных световых пучков независимо.

Закон отражения (рис. 7.3):

· отраженный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и перпендикуляром , проведенным к границе раздела двух сред в точке падения ;

· угол падения α равен углу отражения γ: α = γ

Рис. 7.3 Рис. 7.4

Для вывода закона отражения воспользуемся принципом Гюйгенса. Предположим, что плоская волна (фронт волны АВ со скоростью с , падает на границу раздела двух сред (рис. 7.4). Когда фронт волны АВ достигнет отражающей поверхности в точке А , эта точка начнет излучать вторичную волну .

· Для прохождения волной расстояния ВС требуется время Δt = BC / υ . За это же время фронт вторичной волны достигнет точек полусферы, радиус AD которой равен: υ Δt = ВС. Положение фронта отраженной волны в этот момент времени в соответствии с принципом Гюйгенса задается плоскостью DC , а направление распространения этой волны – лучом II. Из равенства треугольников ABC и ADC вытекает закон отражения : угол падения α равен углу отражения γ.

Закон преломления (закон Снелиуса ) (рис. 7.5):

· луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр, проведенный к границе раздела в точке падения, лежат в одной плоскости;

· отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных сред .

Рис. 7.5 Рис. 7.6

Вывод закона преломления. Предположим, что плоская волна (фронт волны АВ ), распространяющаяся в вакууме вдоль направления Iсо скоростью с , падает на границу раздела со средой, в которой скорость ее распространения равна u (рис. 7.6).

Пусть время, затрачиваемое волной для прохождения пути ВС , равно Dt . Тогда ВС = с Dt . За это же время фронт волны, возбуждаемой точкой А в среде со скоростью u , достигнет точек полусферы, радиус которой AD = u Dt . Положение фронта преломленной волны в этот момент времени в соответствии с принципом Гюйгенса задается плоскостью DC , а направление ее распространения – лучом III. Из рис. 7.6 видно, что

Отсюда следует закон Снелиуса :

Несколько иная формулировка закона распространения света была дана французским математиком и физиком П. Ферма.

Физические исследования относятся большей частью к оптике, где он установил в 1662 г. основной принцип геометрической оптики (принцип Ферма). Аналогия между принципом Ферма и вариационными принципами механики сыграла значительную роль в развитии современной динамики и теории оптических инструментов.

Согласно принципу Ферма , свет распространяется между двумя точками по пути, для прохождения которого необходимо наименьшее время .

Покажем применение этого принципа к решению той же задачи о преломлении света.

Луч от источника света S , расположенного в вакууме идет до точки В , расположенной в некоторой среде за границей раздела (рис. 7.7).

В каждой среде кратчайшим путем будут прямые SA и AB . Точку A охарактеризуем расстоянием x от перпендикуляра, опущенного из источника на границу раздела. Определим время, затраченное на прохождение пути SAB :

.

Для нахождения минимума найдем первую производную от τ по х и приравняем ее к нулю:

отсюда приходим к тому же выражению, что получено исходя из принципа Гюйгенса: .

Принцип Ферма сохранил свое значение до наших дней и послужил основой для общей формулировки законов механики (в том числе теории относительности и квантовой механики).

Из принципа Ферма вытекает несколько следствий.

Обратимость световых лучей : если обратить луч III (рис. 7.7), заставив его падать на границу раздела под углом β, то преломленный луч в первой среде будет распространяться под углом α, т. е. пойдет в обратном направлении вдоль луча I.

Другой пример – мираж , который часто наблюдают путешественники на раскаленных солнцем дорогах. Они видят впереди оазис, но когда приходят туда, кругом оказывается песок. Сущность в том, что мы видим в этом случае свет, прошедший над песком. Воздух сильно раскален над самой дорогой, а в верхних слоях холоднее. Горячий воздух, расширяясь, становится более разреженным и скорость света в нем больше, чем в холодном. Поэтому свет проходит не по прямой, а по траектории с наименьшим временем, заворачивая в теплые слои воздуха.

Если свет распространяется из среды с большим показателем преломления (оптически более плотной) в среду с меньшим показателем преломления (оптически менее плотной)( > ), например из стекла в воздух, то, согласно закону преломления, преломленный луч удаляется от нормали и угол преломления β больше, чем угол падения α (рис. 7.8 а ).

С увеличением угла падения увеличивается угол преломления (рис. 7.8 б , в ), до тех пор, пока при некотором угле падения () угол преломления не окажется равным π/2.

Угол называется предельным углом . При углах падения α > весь падающий свет полностью отражается (рис. 7.8 г ).

· По мере приближения угла падения к предельному, интенсивность преломленного луча уменьшается, а отраженного – растет.

· Если , то интенсивность преломленного луча обращается в нуль, а интенсивность отраженного равна интенсивности падающего (рис. 7.8 г ).

· Таким образом , при углах падения в пределах от до π/2 , луч не преломляется , а полностью отражается в первую среду , причем интенсивности отраженного и падающего лучей одинаковы. Это явление называется полным отражением.

Предельный угол определим из формулы:

;

.

Явление полного отражения используется в призмах полного отражения (Рис. 7.9).

Показатель преломления стекла равен n » 1,5, поэтому предельный угол для границы стекло – воздух = arcsin (1/1,5) = 42°.

При падении света на границу стекло – воздух при α > 42° всегда будет иметь место полное отражение.

На рис. 7.9 показаны призмы полного отражения, позволяющие:

а) повернуть луч на 90°;

б) повернуть изображение;

в) обернуть лучи.

Призмы полного отражения применяются в оптических приборах (например, в биноклях, перископах), а также в рефрактометрах, позволяющих определять показатели преломления тел (по закону преломления, измеряя , определяем относительный показатель преломления двух сред, а также абсолютный показатель преломления одной из сред, если показатель преломления второй среды известен).

В волоконных деталях применяют стеклянное волокно, световедущая жила (сердцевина) которого окружается стеклом – оболочкой из другого стекла с меньшим показателем преломления. Свет, падающий на торец световода под углам больше предельного , претерпевает на поверхности раздела сердцевины и оболочки полное отражение и распространяется только по световедущей жиле.

Световоды используются при создании телеграфно-телефонных кабелей большой емкости . Кабель состоит из сотен и тысяч оптических волокон тонких, как человеческий волос. По такому кабелю, толщиной в обычный карандаш, можно одновременно передавать до восьмидесяти тысяч телефонных разговоров.

Кроме того, световоды используются в оптоволоконных электронно-лучевых трубках, в электронно-счетных машинах, для кодирования информации, в медицине (например, диагностика желудка), для целей интегральной оптики.

Ещё в глубокой древности учёные интересовались природой света. Что такое свет? Почему одни предметы цветные, а другие белые или чёрные?

Опытным путём было установлено, что свет нагревает тела, на которые он падает. Следовательно, он передаёт этим телам энергию. Вам уже известно, что одним из видов теплопередачи является излучение. Свет - это излучение, но лишь та его часть, которая воспринимается глазом. В этой связи свет называют видимым излучением .

Поскольку свет - это излучение, то ему присущи все особенности этого вида теплопередачи. Это значит, что перенос энергии может осуществляться в вакууме, а энергия излучения частично поглощается телами, на которые оно падает. Вследствие этого тела нагреваются.

Тела, от которых исходит свет, являются источниками света. Источники света подразделяются на естественные и искусственные.

Естественные источники света - это Солнце, звёзды, атмосферные разряды, а также светящиеся объекты животного и растительного мира. Это могут быть светлячки, гнилушки и пр.

а - светлячок; б - медуза

Искусственные источники света, в зависимости от того, какой процесс лежит в основе получения излучения, разделяют на тепловые и люминесцирующие.

К тепловым относят электрические лампочки, пламя газовой горелки, свечи и др.

а - свеча; б - люминесцентная лампа

Люминесцирующими источниками являются люминесцентные и газосветовые лампы.

Мы видим не только источники света, но и тела, которые не являются источниками света, - книгу, ручку, дома, деревья и др. Эти предметы мы видим только тогда, когда они освещены. Излучение, идущее от источника света, попав на предмет, меняет своё направление и попадает в глаз.

На практике все источники света имеют размеры. При изучении световых явлений мы будем пользоваться понятием точечный источник света .

Если размеры светящегося тела намного меньше расстояния, на котором мы оцениваем его действие, то светящееся тело можно считать точечным источником .

Громадные звёзды, во много раз превосходящие Солнце, воспринимаются нами как точечные источники света, так как находятся на колоссальном расстоянии от Земли.

Ещё одно понятие, которым мы будем пользоваться в этом разделе, - световой луч .

Световой луч - это линия, вдоль которой распространяется энергия от источника света .

Если между глазом и каким-нибудь источником света поместить непрозрачный предмет, то источник света мы не увидим. Объясняется это тем, что в однородной среде свет распространяется прямолинейно.

Прямолинейное распространение света - факт, установленный в глубокой древности. Об этом писал ещё основатель геометрии Евклид (300 лет до нашей эры).

Древние египтяне использовали закон прямолинейного распространения света для установления колонн по прямой линии. Колонны располагались так, чтобы из-за ближайшей к глазу колонны не были видны все остальные (рис. 122).

Рис. 122. Применение закона прямолинейного распространения света

Прямолинейностью распространения света в однородной среде объясняется образование тени и полутени. Тени людей, деревьев, зданий и других предметов хорошо наблюдаются на Земле в солнечный день.

На рисунке 123 показана тень, полученная на экране при освещении точечным источником света S непрозрачного шара А. Поскольку шар непрозрачен, то он не пропускает свет, падающий на него. В результате на экране образуется тень.

Рис. 123. Получение тени

Тень - это та область пространства, в которую не попадает свет от источника .

Такую тень можно получить в тёмной комнате, освещая шар карманным фонарём. Если провести прямую через точки S и А (см. рис. 123), то на ней будет лежать и точка В. Прямая SB является лучом света, который касается шара в точке А. Если бы свет распространялся не прямолинейно, то тень могла бы не образоваться. Такую чёткую тень мы получили потому, что расстояние между источником света и экраном намного больше, чем размеры лампочки.

Теперь возьмём большую лампу, размеры которой будут сравнимы с расстоянием до экрана (рис. 124). Вокруг тени на экране образуется частично освещенное пространство - полутень .

Рис. 124. Получение полутени

Полутень - это та область, в которую попадает свет от части источника света .

Описанный выше опыт также подтверждает прямолинейное распространение света. Поскольку в данном случае источник света состоит из множества точек и каждая из них испускает лучи, то на экране имеются области, в которые свет от одних точек попадает, а от других нет. Там и образуется полутень. Это области А и Б.

Часть поверхности экрана окажется совершенно неосвещённой. Это центральная область экрана. Здесь наблюдается полная тень .

Образованием тени при падении света на непрозрачный предмет объясняются такие явления, как затмения Солнца и Луны.

При движении вокруг Земли Луна может оказаться между Землёй и Солнцем или Земля - между Луной и Солнцем. В этих случаях наблюдаются солнечные или лунные затмения.

Во время лунного затмения Луна попадает в тень, отбрасываемую Землёй (рис. 125).

Рис. 125. Лунное затмение

Во время солнечного затмения (рис. 126) тень от Луны падает на Землю.

Рис. 126. Солнечное затмение

В тех местах Земли, куда упала тень, будет наблюдаться полное затмение Солнца. В местах полутени только часть Солнца будет закрыта Луной, т. е. произойдёт частное затмение Солнца . В остальных местах на Земле затмение наблюдаться не будет.

Поскольку движения Земли и Луны хорошо изучены, то затмения предсказываются на много лет вперёд. Учёные пользуются каждым затмением для разнообразных научных наблюдений и измерений. Полное солнечное затмение даёт возможность наблюдать внешнюю часть атмосферы Солнца (солнечную корону, рис. 127). В обычных условиях солнечная корона не видна из-за ослепительного блеска поверхности Солнца.

Рис. 127. Солнечная корона

Вопросы

1. Что такое луч света?
2. В чём состоит закон прямолинейного распространения света?
3. Какое явление служит доказательством прямолинейного распространения света?
4. Пользуясь рисунком 123, объясните, как образуется тень.
5. При каких условиях наблюдается не только тень, но и полутень?
6. Пользуясь рисунком 124, объясните, почему в некоторых областях экрана получается полутень.

Упражнение 44

Задание

1. В куске плотного картона сделайте отверстие диаметром 3-5 мм. Расположите этот кусок картона на расстоянии примерно 10-15 см от стены, находящейся против окна. На стене вы увидите уменьшенное, перевёрнутое, слабо освещенное изображение окна. Получение такого изображения предмета через малое отверстие служит ещё одним доказательством прямолинейного распространения света. Объясните наблюдаемое явление.
2. Чтобы получить изображение предмета при помощи малого отверстия, изготовьте прибор, называемый «камера-обскура» (тёмная комната). Для этого картонную или деревянную коробку обклейте чёрной бумагой, в середине одной из стенок проделайте маленькое отверстие (примерно 3-5 мм в диаметре), а противоположную стенку замените матовым стеклом или плотной бумагой. Получите при помощи изготовленной камеры-обскуры изображение хорошо освещенного предмета. Такие камеры раньше использовали для фотографирования, но только неподвижных объектов, так как выдержка должна была составлять несколько часов.
3. Подготовьте презентацию по теме «Солнечные и лунные затмения».

Каминский А.М. Оригинальные качественные задачи. Оптика // Фiзiка: праблемы выкладання. – 2000. – № 1. – С. 19-25.

1. В Центральной Америке рыба Anabbeps видит хорошо в обоих средах. Она плавает у самой поверхности воды, так что ее глаза выступают из воды. Почему это возможно?

У этой рыбы имеются две сетчатки, а хрусталик обладает яйцевидной формой. У той части глаза, которая погружена в воду, участок хрусталика имеет большую кривизну.

2. Как действуют «односторонние зеркала», позволяющие видеть сквозь них в одном направлении, а в другом они отражают свет?

Одна их сторона освещена ярче, чем другая. Слабое изображение наблюдающего теряется на фоне мощного светового потока, отраженного зеркалом.

3. Почему в солнечный день не следует поливать водой листья огородных растений?

Капли фокусируют солнечный свет на поверхность листа, и он обугливается.

4. Почему глаза кошки светятся в темноте, если на них направить луч фонарика?

У плотоядных животных глаза отражают свет. Их глаза – это система из линз и криволинейного зеркала, отражающего свет на источник.

5. Как далеко от нас образуется радуга, т.е. на каком расстоянии находятся те капли воды, благодаря которым она и возникает.

Для радуги имеет значение лишь угол между падающим солнечным лучом и линией зрения наблюдателя. Капли же могут находиться на расстоянии от нескольких метров до нескольких километров.

6. Иногда вокруг Солнца или Луны наблюдаются круги (малое Гало). Оно находится обычно на угловом расстоянии в 22° и окрашено изнутри красным, а снаружи – белым или синим цветом. Отчего оно возникает? Правда ли, что Гало считают предвестником дождя?

Малое Гало обусловлено преломлением света в падающих кристалликах льда. Главные оси кристаллов, на которых образуется Гало, ориентированы случайным образом в плоскости, перпендикулярной лучу падающего света. Поэтому в любой точке под углом 22° имеются кристаллы, которые ориентированы так, что дают яркий свет. Сильнее всего преломляются синие лучи, поэтому внешняя сторона открашена в этот цвет.

7. Предания гласят, что викинги владели волшебным «солнечным камнем», с помощью которого могли находить Солнце за облаками и даже за горизонтом (в высоких широтах Солнце в полдень может быть за горизонтом). Какой кристалл и какое явление использовали викинги?

Предполагают, что викинги использовали кристаллы кордерита. Если падающий свет поляризован вдоль одной из двух осей этого кристалла, то кристалл кажется прозрачным. Если же свет поляризован вдоль другой оси, то кристалл кажется темно-синим. Поворачивая его и следя за изменением цвета, викинги могли определить направление поляризации света. Имея опыт, можно найти направление на Солнце, даже если оно за горизонтам, так как рассеянный небом свет поляризован.

8. Почему не все небо имеет одинаковый оттенок, а часть окрашена в более яркий голубой цвет?

Солнечный свет рассеивается на молекулах воздуха, причем свет с меньшей длиной волны рассеивается сильнее. Поэтому, когда Солнце близко к горизонту, небо над наблюдателем в основном голубое. Голубизна неба на расстоянии больше 90° от Солнца слабее, так как небо освещено светом, прошедшим больший путь в атмосфере и потерявшим синюю составляющую.

9. Почему обычные облака в основном белые, а грозовые тучи черные?

Размеры водяных капель в облаке гораздо больше молекул воздуха, поэтому свет от них не рассеивается, а отражается. При этом он не разлагается на составляющие, а остается белым. Очень плотные грозовые облака либо вообще не пропускают свет либо отражают его вверх.

10. Иногда возникают перламутровые облака, имеющие очень красивые тона. Они редки и наблюдаются лишь в высоких широтах. После захода солнца они настолько яркие, что свет от них окрашивает снег. Каковы особенности этих облаков?

Перламутровые облака располагаются на очень большой высоте и состоят из капель, радиусы которых (0,1-3 мкм) близки к длине волны видимого света. На этих каплях происходит дифракция света, которая зависит и от радиуса капли и длины волны.

11. Почему лучи прожекторов, которые применяли во время войны для обнаружения самолетов, так резко обрываются в воздухе?

Луч слабеет не только вследствие расхождения, но и из-за атмосферного рассеяния. Поэтому его интенсивность падает экспоненциально, обрывается довольно резко.

12. В безлунную ночь на небе виден зодиакальный свет и противосияние. Зодиакальный свет – это туманный треугольник, который можно наблюдать на западе в течение нескольких часов после захода солнца или на востоке – перед его восходом. Противосияние – это довольно слабое свечение, возникающее в противоположном солнцу направлении. Чем объяснить такие свечения?

Эти свечения связаны с рассеянием света космической пылью, поступающей из пояса астероидов. Зодиакальный свет обусловлен пылью, находящейся внутри орбиты Земли. Противосияние – это свет, рассеянный пылью, находящейся за пределами земной орбиты.

13. Если стать на горе спиной к солнцу и посмотреть в расстилающийся перед вами густой туман, то можно увидеть радужную каемку (или замкнутое кольцо) вокруг тени головы. Почему возникает ореол и как в нем расположены цвета?

Ореол возникает вследствие обратного (в сторону источника) рассеяния света каплями воды, размеры которых соразмерны длине световой волны. Возвращающийся свет входит в каплю сбоку и сбоку же (но с другой стороны) выходит, претерпев отражение внутри капли, а также обогнув ее вдоль поверхности (дифракция). Угол обратного рассеяния зависит от длины волны, поэтому образуются окрашенные кольца; так как угол зависит и от размера капель, то кольца появляются лишь тогда, когда капли не сильно отличаются по размерам.

14. Солнце или Луна порой бывают окружены яркой полоской – венцом. Обычно венец – это белая полоска, но иногда за белой следует голубая, потом зеленая и красная. Чем это вызвано?

Венцы вокруг Солнца и Луны обусловлены дифракцией света на капельках воды. Световые лучи, идущие с разных сторон капли, интерферируют друг с другом. При этом возникают светлые и темные кольца. Если капли одинаковы по размеру, то удается различить кольца разных цветов.

15. Во время ночной прогулки можно часто увидеть радужный ореол вокруг уличных фонарей даже в ясную погоду. Почему?

Венцы вокруг фонарей объясняются дифракцией света на препятствиях, соразмерных с длиной волны света. Но в этом случае частицы находятся внутри самого глаза. Это радиальные волокна линзы хрусталика или частицы слизи на поверхности роговицы.

16. Почему в замутненной воде вы можете увидеть свою тень, а в чистой – нет?

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 свет теряется на фоне света, отраженного от дна. При мутной воде отраженный от дна свет сильно ослабляется или поглощается, поэтому образуются тени.

17. Если свести почти вплотную большой и указательный пальцы, то между ними возникает темная линия. Почему?

Темная линия – это множество темных полос интерференционной картины, возникающей при дифракции света на щели между пальцами.

18. Что за маленькие расплывчатые точки, которые иногда усиливаются, а иногда уменьшаются у вас перед глазами?

Пятнышки в глазу – это интерференционная картина, вызванная дифракцией света на круглых клетках крови, плавающих прямо перед желтым пятном сетчатки (область с повышенным содержанием колбочек). Клетки крови могут попасть в глаз из капилляров, разрушающихся вследствие старения, повышения кровяного давления, ударов. Под действием осмотического давления эти клетки раздуваются в шарики.

19. Почему цветные ткани выцветают на солнце?

Ультрафиолетовое излучение, поглощаясь органическими молекулами красок, нарушает молекулярные связи. Это приводит к потере пигмента.

20. Если, глядя на экран телевизора промычать «ммм» с закрытым ртом, то на экране появятся темные линии. «Мыча» соответствующим тоном, можно заставить эти полосы двигаться вверх, вниз или стоять на месте. Почему «мычание» так влияет на наше зрение»?

Изображение на экране «мигает», так как оно образуется в результате строчной развертки электронным лучом. «Мычание» соответствующей частоты вызывает колебания головы и глаз. При этом в один и тот же участок сетчатки периодически попадает одно и то же повторяющееся изображение. Это приводит к стробоскопическому изображению телеэкрана. Если частота «мычания» изменяется, то изображение будет двигаться.

21. Закрыв один глаз стеклом от солнечных очков и посмотрев двумя глазами на качающийся маятник, мы увидим, что он описывает эллипс в пространстве. Почему возникает кажущееся трехмерное изображение?

Кажущееся движение по эллипсу объясняется тем, что восприятие маятника глазом, закрытым темным фильтром, на несколько миллисекунд отстает. Мозг, сопоставляя информацию от двух глаз, «помещает» маятник либо ближе, либо дальше истинного положения. Поэтому колебание кажется двумерным.

22. Посмотрев в ясное небо, вы увидите перед глазами множество движущихся точек. Они имеются всегда, но обычно мы не обращаем на них внимания. Что они собой представляют и почему движутся рывками?

Мозг «игнорирует» всякое неподвижное изображение в глазу, сосуды же в сетчатке и их тени неподвижны. Другое дело тени от клеток крови, движущиеся по капиллярам; эти тени видны как прерывисто движущиеся точки.

23. При слабом освещении синий цвет кажется ярче красного, но при хорошем освещении красный кажется ярче синего. Почему относительная яркость цветов зависит от уровня освещения?

При сильной освещенности зрение обусловлено колбочками, а при слабой – палочками. Колбочки бывают трех типов, чувствительных к цветам: красному, желтому, синему. Палочки наиболее чувствительны к зеленому свету и мало чувствительны к красному. Если увеличивать освещенность, то зрение переключается с «палочкового» на «колбочковое» (цветовой эффект Пуркинье).

24. На переднюю линию объектива фотоаппарата села муха. Как это отразится на качестве снимка?

Муха задержит часть лучей, поступающих в объектив, что приведет к потускнению снимка.

25. Почему вечером человек хуже различает очертания предметов, чем днем?

Вечером зрачки у человека расширяются. Но хрусталик – не идеальная линза. Изображения, даваемые различными участками хрусталика, из-за аберрации смещены относительно друг друга. Чем большая часть хрусталика «работает», тем более размытое изображение.

26. Почему при восходе и особенно закате Солнце играет различными цветами?

Солнечные лучи при закате и восходе проходят большой путь в воздухе. По теории Рэлея, будут рассеиваться синие, голубые и фиолетовые лучи, а проходят лучи красной части спектра. Поэтому Солнце окрашивается в желтые, розовые, красные тона, противоположная сторона неба кажется окрашенной в синий с фиолетовым оттенком цвет. Восход дает более яркую и чистую картину, так как воздух за ночь делается чище.

27. Если смотреть на луч прожектора сбоку, то он кажется изогнутым. Так ли это?

Эта ошибка восприятия обусловлена тем, что небо кажется нам куполообразным.