Джирл Уокер - Новый физический фейерверк

Почему у пивных кружек часто бывают толстые стенки и толстое дно? Кружка может и сужаться книзу. Возможно, это сделано для того, чтобы кружка казалась увесистой, но как это создает иллюзию, что в нее налито пива больше, чем на самом деле?

ОТВЕТ •Толстые стенки кружки создают такое впечатление благодаря преломлению луча света, идущего из пива через стекло, а затем по воздуху. Например, самый левый луч от пива вблизи стенки кружки отклоняется в том направлении, где вы видите центр кружки (рис. 6.48). Вы видите этот луч и, мысленно продолжив его по прямой обратно к кружке, делаете вывод, что он исходит от точки, расположенной левее, чем на самом деле. В результате кажется, что пива в кружке больше, чем на самом деле. Толщина и кривизна стекла могут менять и кажущуюся глубину пива. Можно добиться того, что реальное содержание кружки будет в два раза меньше кажущегося.

Рис. 6.48 / Задача 6.136.Вид сверху на пивную кружку, создающую иллюзию «лишнего» пива.

В одном популярном ролике утверждалось, что после стирки в рекламируемом стиральном порошке белое белье становится «белее белого». Что означают эти слова?

ОТВЕТ •После стирки в таком порошке на белье остается светящийся оптический отбеливатель, превращающий часть ультрафиолетовых лучей солнечного света в синие, что увеличивает интенсивность видимого света, исходящего от белья. Белье становится «белее белого» в том смысле, что испускает больше света видимого спектра.

Отбеливатель нужен, поскольку после стирки в обычном порошке на белье остается желтоватый краситель, поглощающий синий свет. Без отбеливателя после одной стирки белое белье становится желтоватым. До того, как в порошок стали добавлять отбеливатель, в него кроме желтого красителя добавляли еще и синий («синьку»). Благодаря наличию обоих красителей при стирке белое белье, хотя практически не окрашивалось, но приобретало нежелательный сероватый оттенок.

Поместим монету в банку с водой и подберем угол зрения так, чтобы монета была видна, когда смотришь на нее через воду сверху (рис. 6.49). Если положить руку на дальнюю стенку банки, монета видна по-прежнему. Однако, если рука будет мокрой, монета исчезнет. Почему влага убирает изображение?

Рис. 6.49 / Задача 6.138.Монета, которую видно через поверхность воды в банке.

ОТВЕТ •Изначально монета видна благодаря тому, что часть идущего от нее света отражается от внутренней поверхности дальней стенки банки. Если туда, где происходит отражение, положить сухую руку, изображение практически не изменится по двум причинам. Во-первых, ваша рука не слишком плотно прилегает к банке, и во-вторых, слишком мало света проходит через стекло в кожу. Однако если рука мокрая, ее контакт с банкой гораздо лучше. Более того, после того как контакт установлен, свет легко проходит из стекла в воду, поскольку оптические свойства этих материалов близки. Поэтому свет, который до того в основном отражался от дальней стенки банки, теперь уходит в воду на руке и монета становится не видна.

Если на фоне ясного неба смотреть через поляризационные очки на окутанную смогом гору, наклоняя голову, а с ней и очки, можно добиться того, что гора будет то появляться, то исчезать. Многие детали горы могут тоже то появляться, то исчезать. Почему так происходит?

ОТВЕТ •Когда смотришь на окутанную смогом гору на фоне чистого неба, глаза воспринимают свет, идущий от трех источников. Во-первых, это рассеянный молекулами воздуха свет чистого неба, этот свет частично поляризован. Во-вторых, свет, рассеянный частицами, образующими смог. Если диаметр таких частиц находится в интервале от 0,5 до 5 микрон, рассеянный ими свет частично поляризован в том же направлении, что и свет чистого неба. И в-третьих, свет, отраженный от различных поверхностей, определяющих рельеф горы. Такой свет слабо поляризован в несметном числе направлений. В какой пропорции свет от каждого из этих источников достигает глаз, зависит от ориентации поляризационных очков.

Предположим, что диаметр частиц смога попадет в указанный интервал. Если наклонять голову и очки влево или вправо, до тех пор пока яркость неба не станет максимальной, поляризационные очки пропускают свет от всех трех источников. Однако очки пропускают не весь рассеянный частицами смога частично поляризованный свет. Вы видите туманное очертание горы на фоне яркого неба. Контраст между горой и фоном позволяет различить гору, но слабый, рассеянный частицами смога свет еще достаточно ярок, чтобы замаскировать детали ландшафта горы.

Если теперь, двигая головой (слева направо или справа налево, как вам удобнее), постепенно наклонять ее больше, чем на 90°, солнечные очки перестанут пропускать весь свет, идущий от неба, и б о льшую часть света, рассеянного на частицах смога. Тогда вы сможете разглядеть детали поверхности, ориентированные так, что отраженный ими свет имеет поляризацию, которую пропускают очки.

Предположим, что в безоблачный день вы плывете на лодке по океану. Пусть волнение слабое. Где вода ярче: прямо под вами, когда вы смотрите вниз на нее, или вдали у горизонта? Где преимущественно видны отражения прямого солнечного света или неба? Где вы сможете увидеть предметы под водой?

ОТВЕТ •Следует сравнить три источника света: блеск солнечного света, отраженного от поверхности воды; свет неба, отраженный от поверхности воды; и свет, идущий из-под поверхности воды. Океан всегда самый яркий вблизи горизонта, поскольку здесь угол скольжения идущих от неба лучей настолько мал, что только небольшая часть света неба поглощается водой. Если вы перемещаете взгляд по направлению к лодке, такие лучи падают более отвесно и б о льшая их часть уходит в воду.

Положение следующей по степени яркости области определяется положением солнца на небе. На рассвете блестящее пятно начинает двигаться к вашей лодке от линии горизонта на востоке; когда солнце в зените, оно находится практически под лодкой; и на закате оно сдвигается на запад к горизонту.

Вдали от места, где отражается солнечный свет, и недалеко от лодки свет, идущий из-под поверхности воды, может оказаться самым ярким. Здесь удается разглядеть то, что находится под водой.