Александр Никонов - Физика на пальцах. Для детей и родителей, которые хотят объяснять детям

Это самая большая скорость на свете, быстрее ничего не бывает. В других материалах скорость света меньше. Так, например, в алмазе по сравнению с вакуумом она падает более чем вдвое и составляет 124 000 километров в секунду.

Стала понятна и сущность цвета. Помните дисперсию белого луча, которую открыл Ньютон? Белый свет в призме разлагается на 7 цветов радуги, то есть является смесью семи разных цветов. Чем же эти цвета отличаются друг от друга?

Оказалось, только частотой (длиной волны) и больше ничем.

Посмотрите на табличку ниже. Там приведены для разных цветов длины их волн в нанометрах и диапазоны частот в Тетрагерцах.

Семь цветов радуги в физическом выражении

Что это значит? Это значит, что если световая волна длиной в 550 нанометров попадает нам в глаз, нам кажется, что зелененьким посветили. Наш глаз – уникальный инструмент, он умеет определять частоту световой волны и сигнализирует нам об этом чувственным образом, который мы воспринимаем как цвет.

Почему кирпич красный? И почему мы вообще видим что-то? Подсветка помогает! Световые волны падают на разные предметы, отражаются от них и попадают на два наших датчика, которые называются глазами. Если предмет – например, кирпич, поглощает все световые волны, кроме красного, а красный отражает, отраженный красный попадает к нам в глаз, и мы восклицаем, потирая руки:

– О! Волна частотой примерно в 450 тетрагерц пришла!

Почему красное – красное?

Нет, не так. Все наоборот!

Как только волна с частотой примерно в 450 тетрагерц попадает к нам в глазищи, мы радостно восклицаем:

– О! Красненьким запахло!

Я ничего не перепутал?..

А почему черное кажется нам черным? Потому что черный предмет поглощает весь диапазон видимого света – и красное, и оранжевое, и желтое, и зеленое, и голубое, и синее, и фиолетовое. И ничего не отражает. Вот и выглядит черным, как черт.

А почему тарелка – белая?

А потому что вещество тарелки обладает таким свойством – отражать все падающие на него лучи. И они все попадают нам в глаз. А смесь всех лучей – это белое.

Теперь вы и сами можете ответить на следующие загадки:

– Какие цвета поглощает зеленая листва на деревьях?

– Какие цвета отражает красная краска?

– Что нам кажется, когда в глазенки проникает волна длиной в 600 нанометров?

– А что наши глазенки говорят нам, когда в них попадает частота в 500 ТГц?

Почему ложка в стакане кажется изломанной?

Потому что когда волна переходит из одной среды в другую, например, из воздуха в воду, она меняет направление движения. Это явление так и называется – преломление.

С помощью преломления можно увидеть то, что находится «за углом»

Кстати говоря, дисперсия света, которую открыл нам уважаемый старик Ньютон, – это тоже следствие преломления. Посмотрите еще раз на картинку дисперсии света ниже. Что мы видим? Да не что иное, как двойное преломление света, ломающегося сначала при входе из воздуха в стекло, а потом – при входе из стекла в воздух. Мы видим, что фиолетовый цвет, то есть с меньшей длиной волны и большей частотой, ломается больше (имеет больший угол преломления), чем красный. Какой вывод?

Высокочастотное излучение имеет больший угол преломления – вот какой! Смотрите-ка, вот и еще один физический закончик невзначай нарисовался! Оказывается, угол преломления зависит от длины волны. Потому, собственно, дисперсия и получается.

Дисперсия света в стеклянной призме.

Почему мыльный пузырь радужный?

Потому что мыльная пленка очень тонкая, ее толщина в 5 тысяч раз тоньше человеческого волоса. А это значит, что ее толщина сопоставима с длиной световой волны, что при сложении волн имеет большое значение. О каком сложении волн идет речь? Да о той самой интерференции, о которой мы уже знаем.

На рисунке ниже показано, какие именно лучи складываются – отраженные от внешней поверхности пленки и отраженные от ее внутренней поверхности.

Интерференция цветных лучей в тонкой пленке

Дело в том, что в глаз прилетают лучи, которые прошли разный путь – одни сразу отразились от внешней поверхности пузыря (луч 1), а другие «сходили» к его внутренней поверхности, то есть прошли путь чуть больший (луч 2). На выходе эти разделенные лучи встречаются и начинают интерферировать. Если при этом у голубого цвета, например, горбик первой волны совпадет с провалом второй, они погасятся. И голубого цвета не будет! А длина красного света иная. И потому у красного может произойти обратное – горбики двух волн совпадут, дав усиление красной волны. И мы увидим яркие красные переливы.

Но поскольку пузырь как бы стекает сам по себе, повисая внизу каплей, его стенки истончаются, меняются, соответственно, меняется длина пробега волн – отсюда и переливы.

Почему небо голубое?

Почему не зеленое? Не желтое? Не бесцветное? Вообще, как известно любому гражданину, воздух цвета не имеет, он прозрачный. Отчего же небо, «сделанное» из воздуха, имеет цвет – да еще такой красивый?

А дело в том, что солнечные лучи при попадании в атмосферу рассеиваются. Но рассеиваются они по-разному.

Давайте разберемся. Что значит «рассеиваются»? И почему по-разному?

Рассеивание – это буквально разбрасывание, раскидывание во все стороны. Прилетающие из космического безвоздушного пространства в атмосферу Земли световые волны начинают отражаться от молекул воздуха и разлетаться во все стороны, «разбрызгиваться» влево, вправо, вперед, назад. Затем отраженные волны налетают на следующую молекулу, снова отражаются в случайном направлении, опять налетают на следующую молекулу и так далее. Но происходит это в основном с голубыми волнами, поэтому каждая точка атмосферы светится голубым светом.