Джирл Уокер - Новый физический фейерверк

Если ловить рыбу на мушку, надо ли, чтобы мушка попала в точно определенное место, или рыба может увидеть и плавающую поодаль мушку?

Представьте себе, что вы лежите на спине на дне мелкого бассейна. Вы увидите внешний мир таким же, как его видит рыба? Изменится ли картина мира, если вы наденете маску с плоским пластиковым стеклом, в которой есть воздух? Улучшается ли под водой зрение близорукого или дальнозоркого человека?

Когда рыба-брызгун видит насекомое на свисающем над водой растении, она слегка высовывает рот из воды и, выстрелив в жертву струей воды, сбивает ее в воду, где ловит и съедает. Когда рыба целится, ее глаза находятся под водой. Вопрос: она целится именно в ту точку, где видит насекомое?

ОТВЕТ •Рыба видит внешний мир искаженным, поскольку ее глаза воспринимают лучи света, преломленные на границе воды и воздуха. В результате преломления световые лучи меняют направление, и под водой направление распространения света ближе к вертикали. Лучи, падающие вертикально, в воде не преломляются, но чем больше угол между направлением распространения лучей и вертикалью, тем сильнее они отклоняются от своего первоначального направления.

Из-за преломления рыба видит внешний мир только в границах некоторого круга на поверхности воды прямо над ней (рис. 6.31). Изображение горизонта надводного мира попадает на периметр этого круга, а изображения объектов над водой — внутрь круга.

Рис. 6.31 / Задача 6.85.Внешний свет достигает рыбы через круг у нее над головой.

Вне круга рыба видит главным образом зеркальное отражение дна пруда, если пруд мелкий и вода чистая, или темную поверхность, если пруд глубокий или вода грязная. Поэтому, когда рыбу ловят на сухую мушку [77], рыба увидит приманку целиком, если она окажется недалеко от центра круга над головой рыбы. Если мушка окажется ближе к краю круга, в глазах рыбы ее сухая часть будет сильно искажена и, вероятно, затеряется на фоне изображений деревьев и других предметов на горизонте. Если же мушка не попадает в круг, рыба может видеть только ее подводную часть.

При нормальном зрении человек, погруженный под воду, не увидит в круге у себя над головой четкого отображения внешнего мира. Идущие по воздуху лучи света попадают на роговицу глаза человека, преломляются, а затем фокусируются, формируя изображение на сетчатке глаза. Если вода соприкасается с роговицей, преломление световых лучей практически не происходит, и поэтому человек плохо видит под водой.

Видимость улучшается, если использовать маску, поскольку воздух вблизи роговицы восстанавливает ее способность преломлять свет и, следовательно, улучшает фокусировку. Однако свет, попадающий через прозрачное пластиковое стекло маски в воздух под ней, тоже преломляется. Это дополнительное преломление исключает образование круга на поверхности воды, в который отображается внешний мир, и поэтому человек видит надводный мир практически так же, как если бы его глаза находились над водой.

При близорукости свет, формирующий изображение отдаленного предмета, фокусируется не на сетчатке, а перед ней. Если, опустив глаза под воду, уменьшить преломление на роговице, изображение предмета сместится на сетчатку, а значит, оно станет более четким.

Иногда рыба-брызгун выстреливает струей воды в насекомое, находящееся прямо над ней. В этом случае преломление не влияет на линию прицела рыбы. Однако если насекомое находится где-то в другом месте, преломление учитывать надо. Рыба может делать это либо методом проб и ошибок (пока наконец не попадет в насекомое), либо опираясь на предыдущий опыт, либо умение стрелять заложено в нее генетически.

Предположим, я хочу продемонстрировать свои телепатические способности и предлагаю вам написать на листке бумаги какое-то слово и положить этот листок, не сворачивая, в обычный белый конверт. Вы запечатываете конверт и, прежде чем отдать его мне, осматриваете. Через конверт слова не видны, а комната освещена недостаточно ярко, так что проникающий в конверт свет не позволяет увидеть тень от слова на его поверхности.

Взяв конверт в руки, я сообщаю, что, если вы будете думать об этом слове, я мысленно «увижу» его. И хотя я время от времени поглядываю на конверт, никаких попыток посмотреть через него на свет я не предпринимаю. Сосредоточившись на несколько минут, я называю написанное слово.

Конечно, никакой я не телепат. Но как мне удалось угадать написанное вами слово? Подсказка: благодаря тем же физическим свойствам мокрая одежда, прежде всего из хлопка белого цвета, становится полупрозрачной.

ОТВЕТ •Получив конверт, я незаметно слегка промасливаю его. В обычных условиях свет в конверт не проникает. Он рассеивается на древесных волокнах и наполнителе, из которых состоит бумага. Количество рассеянного света можно определить по показателю преломления , определяющему скорость распространения света в веществе и изменение направления луча света при переходе из среды в среду. В бумаге есть включения, заполненные воздухом с показателем преломления, близким к единице, а показатели преломления волокон около 1,5. Благодаря большой разнице показателей преломления свет сильно рассеивается на всех поверхностях, ограничивающих воздушные включения.

Когда бумага впитывает жирную смазку с промежуточным показателем преломления, количество рассеянного света уменьшается. Теперь показатель преломления не меняется существенно на границах между воздухом и жиром или между жиром и волокнами и наполнителем. Поскольку свет рассеивается не так сильно, он проникает в конверт и освещает слово, написанное на бумаге чернилами или карандашом. Темные линии в основном поглощают свет, тогда как окружающая их бумага рассеивает обратно часть попавшего внутрь света через пропитанный жиром конверт. Я вижу рассеянный свет и могу различить темные линии (а значит, и слово) по контрасту со светлым окружением.

Сегодня эзофагоскопия — рутинная процедура для обследования состояния слизистой оболочки пищевода, при которой прибор для визуального наблюдения — эзофагоскоп — вводится в пищевод пациента через рот. Устройство изогнуто, что позволяет повернуть его и пройти из полости рта в пищевод. Одним из элементов эзофагоскопа является световод, передающий свет к концу прибора и освещающий пищевод. Другой элемент передает изображение освещенной полости пищевода обратно на устройство, обеспечивающее его вывод на монитор. Врач может манипулировать эзофагоскопом, меняя освещенные участки пищевода. Этот прибор используется для выявления симптомов рака или язвы, а иногда с его помощью ищут проглоченные пакеты с наркотиками, которые таким способом нелегально перевозят.