Горизонты техники для детей, 1963 №11 (18) - [6]
Сначала коротко рассмотрим явление отражения. Это несложное явление. Оно известно всем, кто пускает зайчиков при помощи зеркала. Как пускать зайчиков, мне, конечно, вам объяснять не надо. Любители позабавляться с зеркалом знают, что шутка удаётся, если соответствующим образом установить зеркало. Солнечный луч отражается от зеркала так, что всегда угол падения равен углу отражения (черт. 1). Оба луча, падающий и отраженный, находятся в одной плоскости, перпендикулярной плоскости отражения, то есть в нашем случае поверхности зеркала.
Свет может отражаться не только от зеркала, но и от каждой поверхности. Если поверхность гладкая, отраженный свет падает в определенном направлении, как в случае зеркала. Но если же поверхность матовая или шероховатая, свет отражается в различных направлениях и, конечно, никакого зайчика не получится. Хорошо отражают свет полированный металл, стекло, поверхность воды.
Явление преломления более сложное, чем явление отражения. Оно заключается в том, что луч света, проходя через прозрачные среды (например, воду, стекло, воздух), меняет на границе этих сред свое направление, то есть отклоняется от прямой, по которой, как всем известно, всегда идёт. Луч, падая на поверхность воды, отклоняется в сторону перпендикуляра, проведенного в точку падения луча на поверхность воды. Выходя из воды на воздух, луч отклоняется от этого перпендикуляра (черт. 2).
Как вам, наверное, известно, солнечный свет состоит из лучей различных цветов, каждый из которых преломляется по-разному. Больше всего преломляется фиолетовый цвет, немного слабее — голубой — ещё меньше — зеленый, потом желтый, оранжевый и, наконец, меньше всех преломляется красный цвет. Это явление, называемое расщеплением света, можно хорошо продемонстрировать в лабораторных условиях при помощи призмы. Получится красочная полоска, называемая спектром солнечного света.
Спектром, возникающим в природе, является радуга. Радуга появляется всегда к вечеру, во время дождя или сразу же после дождя, когда на небе уже нет облаков. Наблюдатель видит радугу, стоя спиной к солнцу. Радуга представляем собой разноцветную дугообразную полосу, состоящую из всех цветов спектра, плавно переходящих один в другой. Сверху находится красная полоска, снизу — фиолетовая, а между ними все остальные цвета солнечного спектра.
Вспомнив все эти явления, которые вы уже знаете из школьного курса физики, перейдём к самой теме. В воздухе после дождя имеются миллионы маленьких капелек воды, на которые падает солнечный свет. Рассмотрим подробнее одну такую капельку. — Луч света, падая на каплю воды в точке А, преломляется, проводит внутри капли к точке В и, наконец, покидает каплю в точке С, преломляясь ещё раз (черт. 3).
Мы нарисовали, как проходит только один луч, а их ведь очень много и каждый из них будет проделывать разные пути в капле, но каждый будет дважды преломляться и один раз отражаться. Физики уже давно определили путь лучей, падающих параллельно один другому в различных точках. Все лучи, входящие в каплю, возвращаются из неё точно так же, как возвращался рассмотренный нами один луч (черт. 3).
Лучи, проходящие через множество водяных капель, расходятся в различные стороны, но на выходе каждой из капель направление некоторого пучка лучей одинаковое. Такой пучок лучей образует с направлением падающих на каплю лучей угол 41°. Но и эти лучи преломляются, в капле и выходят из неё расщеплёнными на различные цвета, распространяющиеся в разные стороны. Больше всех преломляются, как мы уже установили, фиолетовые лучи, меньше всех — красные. В результате пучок света занимает пространство, заключенное между углом 40° (фиолетовые лучи) и углом 42° (красные лучи). Между ними располагаются остальные цвета.
Таким образом, стоя спиной к солнцу, мы видим цветную дугу, возникшую от пучка лучей, расположенных между 40 и 42° (считая от направления падающих лучей).
Почему радуга имеет дугообразную форму? Это чисто геометрический вопрос. Чтобы лучше его понять, представим себе, что на большой стене перед вами написаны в различных точках большие буквы А, В, С, D и т. п. Каждую из букв, смотря на них с одного места, вы видите под другим углом, что показано на черт. 4. Подумайте теперь, как следовало бы расположить эти буквы, если бы мы их рассматривали под одним углом по отношению к падающим на стену лучам?
Из точки, в которой предположим находится глаз, достаточно провести несколько прямых, каждая из которых образует со стеной одинаковый угол (черт. 5).
Эти прямые образуют с вершиной конуса в точке, где находится глаз наблюдателя, конусообразную поверхность. Наши буквы в таком случае пришлось бы расположить по окружности круга, являющегося основанием конуса. Центр этого круга находился бы в том месте, где на стене падала бы тень головы наблюдателя. Но лучи солнца падают всегда сверху, и центр окружности был бы всегда ниже линии горизонта. В результате на стене может возникнуть лишь часть окружности, то есть, дуга. Только на закате, когда солнце находится на линии горизонта, его лучи параллельны поверхности земли и центр дуги расположен на линии горизонта.
