Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2006 № 03

Все опыты В.Поль ставил в большой университетской аудитории, где длина луча могла достичь 20–30 м. Естественно, что смещение зайчика в классной комнате, в которой луч значительно короче, менее заметно.

Однако этой беде можно помочь. Поль в таких случаях рекомендовал второе, неподвижное, зеркало. Луч следует пустить так, чтобы он обежал оба зеркала несколько раз. Тогда произойдет многократное увеличение угла отклонения. У этого способа есть единственный недостаток — сложность отладки. Гораздо проще в этом отношении способ другой. Достаточно укрепить на столе телескоп или подзорную трубу и пропустить через нее луч лазера так, чтобы он вошел в объектив и вышел через окуляр. Его угловое отклонение возрастет пропорционально кратности прибора.

Интересны опыты, связанные с криволинейным распространением света. Это явление лежит в основе миражей, но не стоит думать, что они наблюдаются только в пустынях. Сидя в автомобиле, можно увидеть, как в жаркий летний день дорога словно становится мокрой. Это и есть следствие криволинейного распространения света в неравномерно нагретых слоях воздуха — своеобразный мираж в городе.

Переверните обычный утюг. Закрепив его в таком положении, пустите вдоль его поверхности под небольшим углом вниз луч лазера. Если утюг включить, то станет заметно, как по мере его нагревания, зайчик на стене отчетливо поползет вверх.

Объясняется это тем, что слой воздуха по мере удаления от подошвы утюга холоднее. Скорость света в горячем воздухе меньше, чем в холодном. В результате длина волны делается в этом месте больше. Луч света, образно говоря, на своем горячем краю как бы растягивается и изгибается вверх.

Мираж можно получить и в твердом прозрачном теле, например, в прямоугольной призме из оргстекла от набора по изучению преломления. Для этого следует нагреть при помощи утюга одну из ее узких граней. (При температуре выше 135 °C оргстекло начинает пузыриться, поэтому поставьте регулятор утюга в положение минимальной температуры.) Пустите луч лазера вдоль нижней грани призмы — и увидите, как по мере нагревания лазерный зайчик на стене медленно поползет вверх.

Мираж на раскаленном утюге имеет ту же природу, что и мираж в песках Сахары.

Наблюдать мираж можно и без нагревания. Важно лишь создать среду, коэффициент преломления которой менялся бы от точки до точки. Это можно сделать, к примеру, подавая в воздух другой газ. Закрепите на штативе воронку, затянутую плотной тканью, и подайте в нее углекислый газ от аппарата Кипа. Затем пустите по поверхности ткани лазерный луч. Он отклонится вниз.

Объясняется это тем, что при атмосферном давлении коэффициент преломления газов пропорционален их плотности. А скорость света в более плотном углекислом газе меньше, чем в воздухе. Соответственно меньше и длина волны. Вблизи поверхности воронки, где углекислого газа достаточно много, луч света снижает свою скорость, как бы сжимается у своего нижнего края и идет вниз.

А вот еще одно явление, связанное с прохождением света через неоднородную среду. Его иногда наблюдают те, кто имеет дело с очень быстро вращающимися телами. Насадите на дрель диск из толстой фанеры и, включив мотор, обточите его напильником. У вас получится идеально круглый относительно оси вращения дрели диск. Не вынимая его из патрона, закрепите дрель на прочном столе в тисках и пустите луч лазера по касательной к его ободу. Луч отклонится в сторону от оси вращения.

Объясняется это тем, что вблизи обода диска образуется «пограничный слой» — слой воздуха, как бы прилипший к его поверхности и вращающийся вместе с ним. Плотность его у поверхности обода диска меньше, чем в окружающем воздухе, и по мере удаления растет. Вот и движется свет по кривой, как в мираже.

Мираж в углекислом газе в точности имитирует мираж в атмосфере Юпитера.

А. ВАРГИН

Рисунки автора

Мир насекомых мы видим, как правило, лишь со стороны и совсем не так, как его видят они. Лупа и микроскоп здесь помогают мало. Это осознал в самом начале прошлого века итальянский биолог Аурелио де Гаспарис. И изобрел биоскоп, прибор, позволявший вести наблюдения на таких расстояниях, которые слишком малы для подзорной трубы и велики для микроскопа. При этом прибор был пригоден для установки на фотоаппарат.

Биоскоп позволял проникнуть в мир очень мелких существ, понять его своеобразие и красоту, во многих отношениях с нашими совсем не схожих. На уникальном снимке ученого (рис. 1) муравей «за утренним туалетом» у входа в свое жилье. Хорошо видны два сорта грибов, которые «цивилизация муравьев» выращивает искусственно. Столь четко узреть такие подробности при помощи лупы, например, почти невозможно. Однако изобретение Аурелио де Гаспариса биологи почти не используют. Для фотографирования насекомых неплохой результат можно получить при помощи зеркальных фотоаппаратов с удлинительными кольцами или насадочными линзами.

И все же опыт де Гаспариса не пропал даром.

В послевоенные годы началось бурное строительство новых городов. Облик будущего города, вы знаете, наверное, первоначально создается при помощи макета в масштабе 1:1000 или 1:2000. Но насколько уютны и приятны для глаз будут его улицы? Глядя на макет сверху, этого понять нельзя. Вот если бы уменьшиться до размеров блохи или того же муравья или хотя бы подобно Гаспарису попытаться заглянуть в этот мир как бы изнутри…

Архитекторы пробовали применять для этого медицинские эндоскопы, применяемые при операциях. Их крохотные передние линзы в сочетании с плоскими зеркалами как будто бы позволяли «гулять» по улицам крохотных городов. Однако любая линзовая оптика имеет ограниченную глубину резкости, особенно когда наблюдение ведется с небольших расстояний. Поэтому большие проспекты и площади при помощи нее рассмотреть на макете не удается. Выход из положения еще в 60-е годы прошлого века нашли изобретатели А.Заневский и В.Лагуновский (авторское свидетельство СССР № 207009). Они предложили фотоаппарат для съемки деталей архитектурного макета с точки зрения человека, имеющего рост 1–2 мм. В качестве объектива здесь применено крохотное отверстие. Главный недостаток такого объектива — низкая яркость изображения заставляла применять длительную (5 — 10 с) экспозицию.