Джирл Уокер - Новый физический фейерверк

Чтобы заметить разложение на цвета, в вашем поле зрения (и в «поле зрения» лампы) расстояние между бороздками должно быть небольшим, порядка длины волны видимого света. Если свет падает на виниловую пластинку прямо и вы смотрите на нее прямо сверху, расстояние между бороздками слишком велико, чтобы произошло разложение белого света на цвета, и поэтому вы видите только черный пластмассовый диск. Чтобы разложить белый свет на цвета видимого спектра, надо направить свет практически вдоль поверхности диска. Если ваш взгляд также направлен вдоль поверхности диска, то в вашем поле зрения (и в «поле зрения» лампы) бороздки на ближнем к вам и дальнем от вас краях пластинки будут достаточно близко друг к другу, так что разложение белого света на цвета будет заметно.

Одним из элементов защиты кредитных карт, водительских удостоверений и других идентификационных пластиковых документов являются оптико-переменные изображения, меняющиеся при наклоне карточки. Часто такие изображения называют голограммами — это разновидность фотографий, позволяющих создавать объемное изображение. Действительно, самые ранние объемные изображения на кредитных карточках были голограммами. Однако использование голограмм как элементов защиты оказалось не слишком удачным решением. Во-первых, они темные и нечеткие: их трудно рассмотреть в обычном магазине, где освещение не всегда яркое. Во-вторых, что гораздо хуже, голограмму легко подделать. Используемые сегодня оптико-переменные изображения яркие, четкие, их легко рассмотреть в магазине и трудно подделать. Как объемные изображения делают яркими и защищенными от подделок?

ОТВЕТ •На большинство кредитных карточек сейчас наносят оптико-переменные рисунки . Они видны при дифракции рассеянного света (именно такой свет обычно бывает в магазине) на участках с очень мелким рельефом, который называют защитной решеткой. От решетки отражаются сотни или даже тысячи световых волн. Глаз человека, смотрящего на карту, воспринимает какую-то часть этих волн, и они вместе создают мнимое изображение. Это изображение можно назвать логотипом кредитной карты. Если, например, наблюдатель смотрит в направлении A, в точке a решетка создает некое заданное изображение (рис. 6.41a). Но когда наблюдатель смотрит в направлении Б, в точке б решетка создает другое изображение (рис. 6.41б). Эти изображения яркие и четкие, поскольку параметры решетки подобраны так, чтобы они были видны в рассеянном свете.

Рис. 6.41 / Задача 6.109.a) В точке a решетка отражает свет к наблюдателю, взгляд которого ориентирован в направлении A, в результате чего получается некое заданное мнимое изображение. б) В точке б решетка отражает свет к наблюдателю, взгляд которого ориентирован в направлении Б, так что создается другое мнимое изображение.

Подобрать параметры защитной решетки очень трудно, поскольку надо определить, какими свойствами должен обладать рельеф решетки, чтобы под одним углом зрения было видно одно заданное изображение, а под другим — другое. Эта работа требует сложного компьютерного моделирования.

Приняв горячий душ, потушите свет в ванной, станьте лицом к запотевшему зеркалу и зажгите спичку. Спичку надо держать не прямо перед глазами, а чуть сдвинув ее в сторону. Вы увидите, что изображение пламени в запотевшем зеркале окружено цветными кольцами. Кольца будут видны и в том случае, если зеркало покрыто не капельками воды, а пылью или пудрой.

Затем в темной комнате встаньте спиной к ярко освещенному окну и поставьте перед собой запотевшее зеркало. Меняя расстояние до зеркала, в какой-то момент вы увидите круги, наложенные на ваше отражение. Подобрав расстояние, как-то вместо глаз я увидел фантасмагорический набор цветных колец. И опять зеркало может быть не запотевшим, а пыльным.

ОТВЕТ •В этих двух опытах свет по-разному рассеивается (преломляется) частицами — капельками воды или пылинками — на зеркале. Вот две основные возможности.

В первом случае кольца центрированы вокруг небольшого источника света, расположенного чуть в стороне от направления вашего взгляда на зеркало. При такой постановке опыта каждая частица рассеивает свет обратно в направлении от зеркала. Лучи рассеянного света попадают внутрь круговой области с ярким центром, окруженным попеременно яркими и темными кольцами. Угол рассеяния зависит от длины волны света. Поскольку эти углы разные для света разных цветов, мы видим разноцветные кольца. А именно, так как угол рассеяния лучей красного цвета чуть больше угла рассеяния лучей синего цвета, наружное кольцо красное, а внутреннее синее. На самом деле, мы не видим целиком всю картину распределения света, рассеянного каждой из частиц на зеркале. Но в совокупности тот рассеянный свет, который мы видим, тоже формирует освещенный круг, центр которого, как нам кажется, совмещен с отражением источника света.

Во втором случае большой источник света располагается у вас за спиной, а зеркало находится перед вами. Теперь круги центрированы вокруг ваших глаз. При такой постановке опыта круги возникают благодаря двум системам лучей, рассеянных частицами в направлении наблюдателя (рис. 6.42). Рассмотрим одну частицу. 1. Преломленный на ней луч света (луч A на рисунке) проходит к задней блестящей поверхности зеркала, откуда отражается в направлении наблюдателя. 2. На выбранной нами частице рассеивается луч, уже отразившийся от задней поверхности зеркала (луч Б ).

Рис. 6.42 / Задача 6.110.Два пути, по которым до наблюдателя доходят лучи света, рассеянные пылинкой на лицевой поверхности зеркала.

Световые волны двух типов интерферируют, достигнув наблюдателя. От некоторых частиц они приходят к наблюдателю не в фазе (имеет место деструктивная интерференция) и гасят друг друга. Рассеянные световые волны от других частиц приходят к наблюдателю с одинаковой фазой. В этом случае интерференция конструктивная, и волны усиливают друг друга. Все вместе они образуют один из наборов концентрических ярких и темных колец, причем яркие кольца окрашены в разные цвета, поскольку одновременно с рассеянием происходит разложение света на цвета.

Какой из вариантов интерференционной картины вы видите, зависит от того, как вы ориентированы по отношению к источнику света. Если поместить небольшой источник света строго между вашими глазами и зеркалом, эти две картинки будут перекрываться.