Валерия Черепенчук - 99 секретов физики

Преломлением света в физике принято называть изменение направления луча на границе двух сред

Эта особенность ярче всего выражена у животных, ведущих ночной образ жизни. Их глаза обладают одной особенностью: дополнительным слоем ткани, отражающей свет, внутри склеры. Но этот слой вовсе не «порождает» свет, как многие думают. Если посадить кошку в совершенно темную комнату, ее глаза не будут светиться, так как для этого нужен какой-то посторонний источник света – пусть даже очень слабого. В природе эту роль с успехом играют звезды и луна. Попадая в глаз животного, свет достигает отражающего слоя и исходит обратно. Весь этот процесс значительно улучшает ночное зрение кошки или другого животного.

Отчасти такой эффект, правда, не столь выраженный, сохранился и у человека: вам доводилось выбраковывать фотографии из-за того, что на них у вас красные глаза? Так получилось потому, что лучи вспышки попали в глаза и частично отразились.

В абсолютной темноте кошки видеть не могут

Не будем рассуждать о пользе или вреде загара, поговорим исключительно о его физической составляющей. В начале XIX века физик Иоганн Риттер (1776–1810) занимался изучением спектра: этот термин был введен еще Ньютоном для обозначения эффекта, полученного при прохождении солнечного луча через треугольную призму. Вы уже догадались, что эффект этот визуально представлял собой разноцветную полосу, схожую с радугой. На протяжении десятилетий ученые занимались разложением света на различные цветные компоненты и изучали их свойства. Так, к началу XIX века уже были исследованы особенности инфракрасного излучения, а Риттер заинтересовался излучением с чуть более короткой, чем у фиолетового цвета, длиной волны. Вскоре он установил, что под воздействием этих лучей некоторые химические реакции ускоряются, например, хлорид серебра темнел быстрее. Ученый назвал ультрафиолетовый компонент «восстановительным».

Главным «поставщиком» ультрафиолетового излучения для нас является Солнце (правда, уже давно разработаны и активно используются ультрафиолетовые лампы).

Именно активность ультрафиолетового излучения, его способность вызывать и ускорять химические процессы лежит в основе такого явления, как загар. Лучи проникают в кожу и воздействуют на особый пигмент – меланин, который отвечает за окраску тканей. Он начинает активно накапливаться и вследствие этого кожа приобретает оттенок загара. У белокожих людей он красноватый, у смуглых южан – скорее оливковый.

В былые времена аристократы презирали загар, считая его уделом низших сословий, которые много времени проводили на полевых работах

Какой котел нельзя довести до белого каления? Наполненный водой! Вода не даст металлу нагреться выше температуры кипения.

Слышали выражение «довели меня до белого каления!»? Так вот, это вполне научное выражение. В физике и химии «цветами каления» принято именовать цвета, которые приобретает металл, раскаленный до очень высоких температур. Причем определенным температурам соответствуют определенные цвета: так, «вишневый» означает, что сталь раскалена до 770 градусов Цельсия. Ярко-красный соответствует 900 градусам, а вот белый – 1300! И этот цвет находится на самом верху таблицы, которой пользуются металлурги, часто указывающие цвета вместо показателей температуры. Так что если вас довели до белого каления, это серьезно! Уточним еще, что сейчас при высокотемпературных работах с металлом применяется разнообразная бесконтактная аппаратура. А в старину умение разбираться в «цветах каления» было единственной возможностью оценить температуру.

Удивительное зрелище – радуга. Огромный многоцветный «мост», словно связывающий землю и небо! Но как возникает это явление?

Наверняка вы замечали, что в большинстве случаев радуга возникает во время дождя или после него, в то время, когда воздух насыщен микроскопическими водяными каплями. Солнечный свет преломляется в капельках, которые играют роль призмы: они разбивают белый солнечный свет на его составляющие – спектр, который мы и наблюдаем. Такое «разбивание» света в физике принято называть дисперсией.

Почему иногда мы видим две радуги, например, одну над другой? Она возникает, когда свет отражается капельками воды дважды. В этом случае цвета спектра второй радуги будут как бы зеркально отражать первую. Есть упоминания и о более многочисленных радугах, но это крайне редкое явление.

Миражи восхищали, завораживали и пугали путешественников. Их можно понять! Каково это: устремиться по раскаленным пескам пустыни к прекрасному оазису с пальмами и родниками, а добежав до цели, увидеть, как она тает в воздухе… Так что же представляет собой мираж глазами физика?

Прежде всего это оптическое явление. Мираж возникает тогда, когда в атмосфере присутствуют слои воздуха, резко отличающиеся друг от друга температурой и плотностью. Пустыня – идеальный вариант: благодаря солнцу и горячему песку возникает слой разогретого воздуха. Его плотность по сравнению с другими слоями понижена. На границе этих слоев солнечные лучи преломляются, и на нижний слой воздуха как бы проецируется «отражение» голубого неба. В итоге нам кажется, что перед нами возникла водная гладь: колышущийся горячий воздух усиливает эффект. Но это, пожалуй, самый «примитивный», так называемый «нижний» мираж.

Более интересны и сложны миражи верхние, когда в результате благоприятных условий в виде разнородных слоев воздуха лучи света многократно отражаются от них и перемещаются на большие расстояния, «неся» с собой изображение объекта, который может находиться за сотни километров от наблюдателя! Тогда-то и возникают перед ошеломленным путником дворцы, оазисы и стоящие прямо на песке парусные корабли… Сложные миражи, в которых подчас еще и искажены пропорции реальных объектов, принято именовать «фата-моргана».

Существуют также миражи боковые, когда в роли «теплового экрана» выступает нагретая стена.

Описаны случаи, когда человек, попавший в благоприятные для появления миража условия, видел неподалеку… самого себя

А в самом деле, почему? Объяснений на протяжении многих веков изучения физики было дано немало. Но большинство из них впоследствии были признаны несостоятельными. Начнем с того, что во всем, что касается солнечного света и атмосферы, принимают участие явления дисперсии и преломления. Значит, какое-то влияние они оказывают и на цвет неба? Первоначально на этот вопрос отвечали так: мол, атмосфера, состоящая из газов, частиц воды и других микрочастиц, хорошо пропускает только синий цвет спектра. А красные и оранжевые задерживает. Но почему тогда небо не зеленое или фиолетовое, например? Было и такое объяснение: взвешенные в воздухе мелкие частицы пыли, цветочной пыльцы, золы и прочего рассеивают все лучи спектра, кроме синих. Но этот вариант тоже вызывал закономерные сомнения.