Физика повседневности. От мыльных пузырей до квантовых технологий - [8]

Шрифт
Интервал

Глава 3

Цвета моря и неба

Когда стоит хорошая погода, днем небо голубое, а в сумерках – алое. Через несколько часов опускается ночная тьма, и на черном небе вспыхивают мириады звезд. Днем облака белые или сероватые. В дождливую погоду иногда появляется радуга… Какие физические принципы объясняют все эти цвета? Ответ вы найдете в этой главе. И поскольку речь идет о небесах, мы поговорим и об их крылатых обитателях– птицах и насекомых.

Море и небо дарят нам разнообразные цвета, вдохновившие многих художников. Аркадий Рылов воспроизвел эти цвета на картине, выставленной в Третьяковской галерее в Москве (илл. 1). Белые хмурые облака плывут по небу всех оттенков синего. Поверхность моря более темная, подошвы волн – почти черные, а гребни местами образуют белые «барашки».

Цвет моря и сила ветра

Количество «барашков» и высота волн зависят от скорости ветра. Эта информация имеет важное значение для моряков: для определения скорости ветра они пользуются эмпирической таблицей, которую разработал британский адмирал сэр Фрэнсис Бофорт (1774–1857) (см. главу 2). На картине Рылова наличие небольшого количества «барашков» свидетельствует о ветре 12–19 км/ч, то есть 7–10 морских узлов. Такой ветер считается слабым и соответствует силе в 3 балла по шкале Бофорта.


1. «В голубом просторе», картина художника-символиста Аркадия Рылова (1870–1939)


Шкала Бофорта

Представление о скорости ветра можно получить не только с помощью шкалы Бофорта, но и по контрасту между яркостью моря и неба. Они одинаковы, когда на море штиль, а горизонт едва различим. Как правило, легчайшего ветра достаточно, чтобы встревожить поверхность воды и создать контраст: небо ярче моря, горизонт выглядит как четкая линия. Это явление было изучено несколько десятилетий назад российскими учеными на борту исследовательского судна «Дмитрий Менделеев»


Яркость морской поверхности зависит от угла наблюдения. Действительно, луч света, падающий на поверхность моря, как частично преломляется, так и частично отражается (см. главу 2, «Отражение и преломление световых волн»). Интенсивность отраженного луча зависит, в частности, от показателя преломления воды и угла падения. Чем острее угол, тем сильнее отражение. Поэтому поверхность моря кажется более яркой у горизонта, чем вблизи наблюдателя.

А что насчет его цвета? Цвет поверхности практически непредсказуем, так как зависит от многих факторов, таких как глубина моря, положение солнца, цвет неба, наличие взвешенных частиц и водорослей и т. д. Все эти факторы влияют на отражение света от поверхности, его рассеяние и поглощение в воде. И все же море чаще всего синее. Причина в том, что вода поглощает меньше света в диапазоне между 400 и 500 нм (синего), чем в остальной части видимого спектра (см. ниже). Да, вода поглощает мало синего! Стакан воды выглядит совершенно прозрачным. Но начиная с толщины в несколько метров вода начинает заметно поглощать свет.

Цветовое зрение

Различные области электромагнитного излучения и их применение. Узкая область между 400 и 800 нм (то есть на частотах между 800 и 400 ТГц) соответствует видимому спектру. Каждое излучение, или «спектральный цвет», обладает своей длиной волны λ, которая связана с частотой υ отношением λ = c/υ, где c – скорость света в вакууме

Человеческий глаз чувствителен к электромагнитному излучению волн длиной от 400 до 800 нм (см. илл.). Объекты кажутся цветными, либо когда они излучают свет, будучи достаточно нагретыми (как кусок раскаленного железа), либо когда они освещены и «рассеивают» (иными словами, возвращают) часть полученного света извне. Свет, попадающий в глаза, обычно полихроматичен, то есть содержит излучения с различными длинами волны в разных пропорциях. Эта композиция и определяет воспринимаемый нами цвет. Таким образом, объект, поглощающий все световое излучение, кажется черным; объект, излучающий электромагнитное излучение всех длин волн от 400 до 800 нм с сопоставимой интенсивностью, выглядит белым.

В глазу цветовое восприятие обеспечивается клетками, называемыми колбочками, которые выстилают заднюю поверхность сетчатки. Существует три типа колбочек (см. илл.), передающих сигналы в мозг, который интерпретирует их и получает визуальное ощущение цвета. Воспринимаемые цвета не ограничиваются цветами радуги или «спектральными цветами», которые возникают вследствие разложения белого света. Пурпурный, например, получается путем объединения красного (около 680 нм) и синего (около 480 нм) света. Кроме того, один и тот же воспринимаемый цвет может соответствовать свету самых разных композиций. Например, объект может казаться желтым, когда он излучает монохроматический свет длиной волны около 580 нм, или излучает свет видимого диапазона, лишенный своей сине-фиолетовой части, или даже комбинацию красного и зеленого светов.

Чувствительность трех типов колбочек в зависимости от длины волны

Цвет неба в хорошую погоду

В то время как предсказать цвет моря непросто, цвет неба в хорошую погоду легко объясняется физическими принципами, выявленными английским физиком лордом Рэйли (Рэлеем) (1842–1919). В отсутствие облаков цвет неба определяется результатом взаимодействия солнечного излучения с компонентами атмосферы Земли, а именно с неоднородностями (флуктуациями) плотности молекул азота и кислорода.

Продолжить чтение
Рекомендуем почитать
Теория диктатуры люмпен-пролетариата

Об истории России 20-го века написаны тысячи книг. Столько же книг написано и на тему политического и социального устройства СССР. Изучая эту литературу, можно узнать многочисленные подробности того, как всё происходило, но при этом нельзя понять – а почему это происходило и почему это происходило именно так, а не иначе? Для ответа на эти вопросы в книге рассматривается социальная динамика общества через структуру динамики взаимосвязи обывателей, маргиналов и люмпенов. Такой подход, применённый к истории России, начиная с февраля 1917 года и по настоящее время, позволяет понять суть происходивших процессов и объяснить многие исторические явления в СССР и в современной России, которые иначе объяснить сложно.

Возникновение жизни на Земле

В книге рассказывается история главного героя, который сталкивается с различными проблемами и препятствиями на протяжении всего своего путешествия. По пути он встречает множество второстепенных персонажей, которые играют важные роли в истории. Благодаря опыту главного героя книга исследует такие темы, как любовь, потеря, надежда и стойкость. По мере того, как главный герой преодолевает свои трудности, он усваивает ценные уроки жизни и растет как личность.

Балканский «щит социализма». Оборонная политика Албании, Болгарии, Румынии и Югославии (середина 50-х гг. – 1980 г.)

В монографии рассматриваются различные аспекты оборонной политики четырех коммунистических государств Балканского полуострова с момента установления двублокового (НАТО и Варшавский Договор) противостояния в регионе до вхождения этих стран в период системного кризиса на фоне обострения очередного этапа холодной войны и окончания детанта. Основное внимание уделяется формулированию концепции национального суверенитета при проведении оборонной политики, принятию собственных версий военных доктрин, разработке конкретных планов обороны, военно-стратегическим и военно-техническим аспектам проводившейся их руководством внутриблоковой и межблоковой политики.

Хмурые будни холодной войны. Ее солдаты, прорабы и невольные участники

Данный сборник составлен по материалам докладов, прозвучавших на конференции по «холодной войне», проведенной Университетом Дмитрия Пожарского 6–7 февраля 2010 года. Эта конференция являлась первым шагом в инициированной Университетом Дмитрия Пожарского программе по изучению истории послевоенного периода. В сборнике представлены статьи ведущих специалистов по истории двадцатого века, истории спецслужб и военной истории. Авторы затрагивают различные аспекты «холодной войны» от анализа идеологических диверсий в сфере культуры и искусства, до изучения процесса формирования оборонной промышленности и деятельности разведки.

Сандинистская революция в Никарагуа. Предыстория и последствия

Книга посвящена первой успешной вооруженной революции в Латинской Америке после кубинской – Сандинистской революции в Никарагуа, победившей в июле 1979 года.В книге дан краткий очерк истории Никарагуа, подробно описана борьба генерала Аугусто Сандино против американской оккупации в 1927–1933 годах. Анализируется военная и экономическая политика диктатуры клана Сомосы (1936–1979 годы), позволившая ей так долго и эффективно подавлять народное недовольство. Особое внимание уделяется роли США в укреплении режима Сомосы, а также истории Сандинистского фронта национального освобождения (СФНО) – той силы, которая в итоге смогла победоносно завершить революцию.

Саксон Грамматик о дохристианской славянской религии. Новый перевод соответствующих фрагментов XIV книги Деяний Данов

Данный перевод предназначен для того, чтобы не только сделать текст Саксона Грамматика более доступным для широкого круга читателей, но и представить часто игнорируемые фрагменты и альтернативный вариант прочтения неоднозначных фрагментов текста. Перевод сопровождает оригинальный латинский текст, а в русском варианте была сделана попытка передать структуру оригинала без искажения смысла, насколько это было возможно.

Осознание времени. Прошлое и будущее Земли глазами геолога

Мало кто осознаёт масштабы времени в долгой истории нашей планеты, и именно это лежит в основе многих экологических проблем, которые мы создаем. Нам легко представить себе период в девять дней — именно столько в атмосфере Земли остается капля воды. Но период в сотни лет — время нахождения в атмосфере молекулы углекислого газа — почти за пределами человеческого понимания. Наша повседневность определяется процессами, начавшимися тысячи и миллионы лет назад, а последствия того, что мы делаем, в свою очередь, переживут нас.

Вселенная в вопросах и ответах. Задачи и тесты по астрономии и космонавтике

В книге собраны 181 задача, 50 вопросов и 319 тестов с ответами и решениями. Материал в основном новый, но включает наиболее удачные задания из предыдущих изданий. В целом это не очень сложные, но «креативные» задачи, раскрывающие разные стороны современной астрономии и космонавтики и требующие творческого мышления и понимания предмета. Основой для некоторых вопросов стали литературные произведения, в том числе научно-фантастические повести братьев Стругацких. Работа с этой книгой делает знания по астрономии и космонавтике активными, что важно для будущих ученых и инженеров, а также преподавателей физики и астрономии.

Это мой конёк. Наука запоминания и забывания

Почему мы помним? Как мы забываем? И что же такое память, в конце концов? Отвечая на эти и другие вопросы, умная и веселая книга «Это мой конёк» позволяет нам по-новому увидеть одну из самых поразительных человеческих способностей. Две сестры из Норвегии, нейропсихолог и известная писательница, искусно вплетают в повествование историю, науку и собственные исследования, открывая перед читателем захватывающую панораму понимания памяти — от эпохи Возрождения и открытия гиппокампа, напоминающего по форме морского конька, до нашего времени. В свете самых актуальных научных идей XXI века показана роль различных отделов мозга, причины забывания детских воспоминаний и трудностей с памятью при стрессе и депрессивных состояниях.

Срок времени

Карло Ровелли – итальянский физик-теоретик, специалист в области квантовой гравитации, автор нескольких научно-популярных книг. В “Сроке времени” он предлагает неожиданный взгляд на такой, казалось бы, привычный нам всем феномен, как время. Время, утверждает он, не универсальная истина, а иллюзия, это просто наше ощущение последовательности событий, их причинно-следственных связей. Время есть форма нашего взаимодействия с миром. Тайна времени, вероятно, в большей степени связана с тем, что такое мы сами, чем с тем, что такое космос.