Юный техник, 2014 № 03 - [18]

Двигатели… 4х16Д49

Количество валов… 2

Количество винтов… 2

Мощность… 23 320 л.с.

Скорость хода… 27 узлов

Дальность плавания… 4 000 миль

Автономность плавания… 15 суток

Экипаж… 99 чел.

НАУЧНЫЕ ЗАБАВЫ Игры света с Виллебрордом Снеллиусом

Довольно часто можно слышать, что луч света распространяется только по прямой и движется так быстро, что ничто его не может обогнать. Все это верно, но только при определенных условиях, в частности при распространении света в вакууме. Мы же с вами вполне можем изогнуть луч света и притормозить его, не выходя из дома. А поможет нам в этом Виллеброрд Снеллиус и открытый им закон.

Для начала — немного о самом Снеллиусе, или Снелле. Голландский математик и физик Willebrord Van Roijen Snell (так пишется в оригинале его полное имя) родился в 1580 году в г. Лейдене.

Его отец был профессором математики местного университета. А потому нет ничего удивительного в том, что по примеру отца Виллеброрд изучал математику и юриспруденцию в различных университетах Европы.

В 1613 году заменил отца, ушедшего на покой с должности профессора Лейденского университета. Стоял у истоков новой для того времени науки — геодезии. Это он первым увидел важность использования метода подобия треугольников при проведении геодезических измерений.

В 1621 году, после многочисленных экспериментов по оптике, открыл закон преломления лучей, позже названный его именем. При жизни многие свои работы Снеллиус просто не публиковал. Они пылились в архивах, пока после смерти ученого в 1626 году не были обнаружены его сподвижником Рене Декартом. Декарт, указав автора, включил их в свой фундаментальный труд «Начала философии». И закон Снеллиуса узнал весь мир.

Математическое выражение этого закона в той или иной форме вы можете найти в учебнике физики. Мы же здесь расскажем о его сути и проведем некоторые опыты.

Если луч света падает под некоторым углом на поверхность зеркала, то он под тем же углом от него и отражается. Это вы можете проверить самостоятельно, пуская «солнечные зайчики» с помощью настольной лампы и карманного зеркальца.

Иное дело, если луч света попадает в жидкость. Налейте в стакан из прозрачного стекла воды примерно на 3/4 и опустите чайную ложку. Видите? На том уровне, где ложка входит в воду, она как бы внезапно изогнулась. На самом деле ложка какой была, такой и осталась. Это легко проверить, вытащив ее из воды.

Продолжите ваши опыты, заменив воду чаем. Изменилась ли величина «излома» ложки? А что будет, если добавить в чай сахар? На эти вопросы попробуйте ответить самостоятельно, проведя пару опытов. А мы пока давайте поговорим вот о чем.

Вы только что на примере стакана с водой и ложки убедились, что угол преломления луча при прохождении границы между двумя средами зависит от соотношения коэффициентов преломления этих сред. Это и есть одна из формулировок закона Снеллиуса.

Суть же происходящего у нас на глазах такова. Теория относительности заставила многих усвоить, что ничто не движется быстрее света. Однако в этой формулировке имеется маленькая хитрость, о которой часто забывают. Теоретики, говоря о скорости света, имеют в виду скорость света в вакууме, которую принято обозначать латинской буквой «с» и которая равна 300 000 км/с. Но при распространении света в прозрачной среде, например воде или стекле, он движется значительно медленнее скорости «с» из-за непрерывного взаимодействия с атомами материальной среды.

Так что же происходит с фронтом световой волны при ее прохождении через границу двух прозрачных сред? Важнейший пример такого преломления мы наблюдаем при попадании светового луча из воздуха в стекло и затем снова в воздух — а именно это происходит (причем зачастую неоднократно) в любом оптическом приборе, будь то сложнейшее лабораторное оборудование или пара очков.

А в нашем опыте лучи света проходили не только сквозь воздух, стекло, но еще и воду, так что преломление лучей было двойным, а эффект — более наглядным.

Пояснить происходящее, так сказать, «на пальцах» можно с помощью такого примера. Представьте себе туристов, идущих гуськом по диагонали через квадратное поле, посередине которого, параллельно двум его сторонам, проходит некая граница, после которой расположена рисовая плантация, залитая водой. Понятно, что по чистому полю туристы могут идти быстрее, а по плантации — медленнее.

_{Закон Снеллиуса устанавливает числовое соотношение между углами падения и преломления луча при переходе из одной среды в другую. Если θ1 и θ2 — углы, соответственно, падения и преломления относительно нормали (см. рисунок) при переходе луча из одной среды в другую, а n1 и n2 — коэффициенты преломления этих сред, то имеет место соотношение: n1∙sinθ1 = n2∙sinθ2.}

Трубочка кажется сломанной из-за разных показателей преломления света в воздухе и в жидкости.

И вот когда первые туристы начинают вязнуть в грязи, скорость их продвижения падает. Более того, они, как нормальные люди, отклоняются от курса, чтобы срезать угол, уменьшить расстояние и поскорее добраться до противоположного края болота. Тем временем идущие следом движутся с прежней скоростью и в прежнем направлении. Но попав в грязь, и они замедляют скорость и норовят срезать дистанцию. В итоге с высоты птичьего полета процессия туристов выглядит как бы преломленной — по сухому полю она идет в одном направлении, а по рисовой плантации — в другом.