Новый физический фейерверк - [279]

6.69. Как блестящее становится черным, а белое — чернее черного

Двусторонние лезвия обычно блестят. Однако если сложить вместе много лезвий и плотно сжать, боковая сторона этой стопки (та, куда выходят заостренные края лезвий) будет темной. Как блестящая поверхность становится темной?

Очевидно, что черная картонка темнее белой. Можно ли сделать так, чтобы при освещении одной и той же лампой белая картонка выглядела темнее черной картонки?

ОТВЕТ • Когда луч света попадает в пространство между заостренными скошенными концами соседних лезвий, прежде чем покинуть его, он несколько раз отражается от скошенных поверхностей (рис. 6.25). При каждом отражении поглощается около 45% падающего света. Поэтому, когда свет наконец доходит до наблюдателя, его интенсивность составляет только несколько процентов от интенсивности падающего света, что объясняет, почему боковая поверхность стопки кажется темной.

Рис. 6.25 / Задача 6.69. Луч света, отражающийся между скошенными концами лезвий соседних бритв.

Чтобы белый картон выглядел темнее, чем черный картон, сделаем из белого картона коробку, а ее внешнюю поверхность покрасим матовой черной краской. Теперь в одной из боковин коробки сделаем дырочку диаметром не больше 10% длины этой стороны коробки. Направим лампу на бок коробки с дырочкой. Попав через дырочку в коробку, свет там многократно рассеивается. При каждом рассеянии белый картон поглощает только небольшую толику света, но поскольку он рассеивается многократно, вышедший из дырочки свет оказывается достаточно тусклым.

С другой стороны, свет, падающий на окрашенную внешнюю поверхность коробки, поглощается краской, но поскольку он рассеивается только один раз, вы видите, что от внешней поверхности исходит более яркий свет, чем из дырочки. Таким образом, дырочка может оказаться темнее (более черной), чем черный картон.

6.70. Светоотражатели

Светоотражатель (катафот, или ретрорефлектор) — устройство, отражающее падающий свет вне зависимости от угла падения строго в направлении источника. Полоски крошечных светоотражателей обычно нашивают на одежду любители бегать ночью: так их лучше видно. Когда сноп света от фар машины попадает на светоотражатель, он отражается обратно в направлении водителя, тот заранее видит бегуна и может его объехать. Почему же, если вы смотрите на пластинку из светоотражателя с небольшого расстояния, вы не увидите ни зеркального, ни даже искаженного отражения своего лица?

Чтобы в темноте даже при плохом освещении или на мокрой дороге видеть разметку, на дороге иногда укрепляют светоотражатели. Светоотражатели используют и на многих дорожных знаках, чтобы они были лучше видны ночью. Глядя из окна самолета, иногда можно и днем понять, где установлены светоотражатели. Когда самолет летит низко, присмотритесь к тени самолета. Рядом с ней иногда можно заметить короткие яркие вспышки. Это солнечный свет отражается от светоотражателей на дорожных знаках обратно в направлении солнца. (Может быть, вдали от места, куда падает тень самолета, вы тоже заметите вспышки света, но они обусловлены зеркальным отражением солнечного света от металлических или стеклянных поверхностей, а возможно, и от поверхности водоема.)

Пластинки из светоотражателей обладают удивительным свойством: они убирают искажения световых лучей. Например, попробуем показать слайд-фильм на экране из светоотражателя, поставив между экраном и проектором слой гофрированного пластика, искажающего изображение. Свет, отразившись от светоотражателя, опять проходит через пластик и попадет на проектор. При этом искажения, связанные с первым прохождением через пластик, практически убираются, и изображение совсем не деформировано.

Как работает светоотражатель и каким образом он снимает искажения?

ОТВЕТ • Светоотражатели бывают двух типов: сферические и уголковые. Световой луч, прошедший внутрь сферы, преломляется, доходит до противоположной внутренней поверхности сферы и отражается из нее. Затем луч света еще раз преломляется, покидает сферу и уходит обратно в направлении источника света. Когда луч попадает в угол, образованный перпендикулярными плоскостями, он дважды или трижды отражается от внутренних поверхностей, а затем уходит обратно в направлении источника. В идеальных светоотражателях обоих типов отраженный свет возвращается точно к источнику. Светоотражатель, закрепленный на спине любителя бега трусцой, неидеален. Поэтому отраженный от него свет слегка рассеивается, но все же водитель машины его видит.

Если держать пластинку из светоотражателей напротив своего лица, отражения в ней вы не увидите. Дело в том, что в этом случае до глаз доходят только те лучи, которые от них же исходили. Лучи, исходившие от носа, вернутся к носу, но носом вы их не увидите.

Совокупность светоотражателей устраняет искажения изображения, поскольку на обратном пути к источнику лучи света проходят именно те области, где произошло их искажение на пути к такому зеркалу. Например, если падающий луч отклоняется влево, отклонение отраженного луча поменяется на обратное, то есть он отклонится вправо. Поэтому луч, возвращающийся к источнику, параллелен испущенному источником лучу. Такое «снятие» искажений происходит даже в том случае, когда эти искажения обусловлены турбулентностью пламени. Дело в том, что свет возвращается к месту, где горит огонь, быстрее, чем пламя меняется в результате турбулентности.