Юный техник, 2002 № 05

Красиво? Да! Вот почему патентное ведомство Великобритании без всяких проволочек выдало Парку патент под № 2190871.

ФИЗИКА В ШКОЛЕ

Нескучная оптика

В яркий, солнечный день, войдя в комнату с плотно завешенными окнами, можно заметить удивительное явление. Если в шторе окажется крохотное отверстие, то на противоположной стене комнаты мы увидим все, что творится на улице. Но вверх ногами. В средние века ученых очень удивляло это явление. И чтобы было проще его изучать, они придумали прибор — камеру-обскуру (в переводе с латинского — темная комната). Его можно сделать из коробки от фотопленки. Для этого в донышке коробки шилом проделывают маленькое отверстие, затем скотчем или клеем закрепляют матовый полупрозрачный экран из пропитанной маслом бумаги (рис. 1).

Рис. 1

Направьте камеру-обскуру на окно, и на экране увидите перевернутое изображение. Качество зависит от диаметра отверстия. Чем оно меньше, тем резче, но зато и темнее. Наилучший размер отверстия легко подбирается экспериментально.

Если в донышке коробки сделать несколько отверстий, то на экране получится столько же изображений. Камера-обскура, несмотря на сбою крайнюю простоту, оказалась весьма полезным прибором. Если в стене большого темного сарая сделать крохотное отверстие, на противоположной стене можно увидеть не только улицу, но и изображение солнца. При этом хорошо заметно его движение. Это позволило астрономам еще до изобретения телескопа составлять точные таблицы положения Солнца на небосводе. Впервые на такую возможность указал живший в XIV веке в Италии еврейский астроном Леви бен-Герсон.

Начнем с давно известных опытов.

На дно стакана ставят карандаш и, глядя вдоль него, наливают в стакан воду (рис. 2).

По мере повышения уровня воды наблюдателю кажется, что карандаш немного поднимается и отодвигается от края, а дно стакана растет и приближается. Сам карандаш при этом кажется сломанным. Стакан же кажется менее глубоким, чем в действительности. Его кажущаяся глубина составляет 3/4 от истинной. Этот простой опыт должны намотать себе на ус любители плавать в незнакомых местах. Глядя с берега, как следует из опыта со стаканом, дно реки кажется гораздо ближе, и, не умея хорошо плавать, можно попасть впросак.

Аналогичный опыт: положите монету на дно чашки и направьте взгляд по диагонали, так чтобы она не была видна. Но вы увидите ее вновь при заполнении чашки водой. Все наблюдаемые явления связаны с преломлением света. Дело в том, что в однородной среде — воде, воздухе, пустоте — свет распространяется прямолинейно. В каждой из них он имеет строго определенную скорость. Но, переходя из одной среды в другую, свет меняет свое направление. Самое удивительное в том, что при этом он выбирает свой путь так, чтобы пройти его за кратчайшее время.

Положите монету под прозрачный сосуд и начинайте наливать в него воду, но смотрите сбоку. Поначалу монета видна, но с увеличением уровня жидкости в определенный момент она как бы исчезнет. А вместо нее видна лишь зеркальная гладь поверхности.

Налейте банку водой наполовину и посмотрите снизу на поверхность воды — увидите настоящее зеркало.

А теперь опустите карандаш под углом в воду и загляните снизу. Станет видна та часть карандаша, что оказалась в воде, и ее отражение в зеркале, образованном поверхностью воды.

Любой световой луч, упавший на поверхность воды под любым углом, хотя бы частично от нее отражается. Но есть такой угол, при котором свет, выходящий из воды, полностью отражается от ее поверхности. В этих случаях поверхность воды нам кажется зеркальной. Явление называется полным внутренним отражением.

Опустите в сосуд с водой пустую пробирку и, глядя на нее сверху, наклоняйте в сторону. Поверхность пробирки остается блестящей, как серебро, до тех пор. пока угол между направлением наблюдения и нормалью к поверхности пробирки не станет меньше, чем предельный угол полного внутреннего отражения.

Удивительное дело — прозрачный воздух в прозрачной воде порою не позволяет нам видеть находящиеся в ней предметы. Он отклоняет идущий от них свет, и они делаются невидимыми. Налейте в пробирку немного воды, и часть пробирки с водой станет прозрачной. А оставшаяся часть по-прежнему будет блестеть, как серебро. Поместите в пробирку соломинку. Вы увидите ее нижний конец в той части пробирки, где есть вода. Там же, где находится воздух, карандаш не виден (рис. 3).

Однажды мы уже говорили, что закопченная пластина при погружении в воду как бы становится зеркальной. Физика явления в том, что вода не смачивает сажу. Покрытая сажей пластина отделена от воды слоем воздуха. На границе раздела вода — воздух свет испытывает полное внутреннее отражение, поэтому мы и не видим слоя сажи, а пластина превращается в зеркало.

Сделайте из алюминиевой фольги шарик сантиметра полтора диаметром. Приладьте к нему шесть лапок и нитку. Вышел паук. Закоптите его на свечке толстым слоем сажи и опустите в воду. Получится преотличный «паук-серебрянка».