А теперь взглянем на плоскость фанерной двери, окрашенной белой краской. Поверхность двери, конечно же, кажется нам светлой, но согласитесь, что никакого зеркального эффекта нет.
Всмотревшись, а еще лучше поводив пальцем по поверхности фанеры, мы убедимся в ее шероховатости. Значит, падающий на нее свет, разумеется, частично отражается, но — как попало, в разные стороны. Иными словами, свет рассеивается.
Так рассеивают солнечный свет облака, особенно в пасмурную погоду, так рассеивает свет лампы, «смягчая» его, матовый шар. Но почему мы сказали — частично отражается? А надо не забыть о том, что свет может и поглощаться. Для примера скажем о том, что хорошее зеркало даже в ясный жаркий день не нагреется, отразив почти все солнечные лучи. А белая ткань, несмотря на то, что рассеет, отразит в разные стороны многие из падающих на нее лучей, часть из них все же поглотит и немного нагреется. А уж про темную ткань и говорить не приходится.
Почему «всплывает» монетка?
Разве вам не казалось, что ложка, опущенная в стакан с водой, будто бы переломилась? «Ломаются» и шест, воткнутый в дно реки или озера, и даже наши руки, опущенные в ванну с водой.
Еще один интересный опыт. Положите на дно пустой фарфоровой чашки или эмалированной кружки монетку. Поставьте чашку на стол и сядьте так, чтобы край чашки скрывал монетку от вас. Теперь тихонько подливайте в чашку воду. В какой-то момент монетка начнет «всплывать». Заполнив же чашку водой, вы сможете увидеть ее целиком.
Какова же разгадка этих «фокусов»? Дело, видимо, в том, что лучики, отраженные монеткой, при переходе из воды в воздух преломляются. И, попадая в глаз, создают впечатление, что монетка находится выше, чем на самом деле.
Но давайте подумаем: а если лучи побегут обратно, из воздуха в воду, разве они не пойдут по тому же самому пути? Опыт показывает — да, пойдут. Значит, лучик, падающий из воздуха в воду или стекло, преломится в одну сторону. А вновь выходя в воздух, как в оконном стекле, преломится, на столько же выправив свою траекторию, в другую. Поэтому-то он и пойдет в прежнем направлении.
Случай с кажущимся подъемом предметов в воде и действием плоских прозрачных пластинок объясняется с помощью закона преломления света. Он связывает между собой углы, под которыми лучи света падают на границу прозрачных тел, с углами, под которыми они преломляются.
Как лучик можно повернуть?
Лучше всего преломление света можно наблюдать в так называемой призме. Это уже не плоская пластинка из прозрачного вещества, а сделанная в виде клина.
Посмотрите сбоку на острие топора. Вы заметите, что оно имеет клинообразную форму треугольника. Такую же форму будет иметь в сечении, скажем, стеклянная призма. Луч, падающий на одну из ее граней, преломится затем дважды — на входе в стекло и на выходе. Видно, что выходящий луч отклонится от начального направления в сторону третьей грани или, как еще говорят, в сторону основания призмы.
Закон преломления света позволяет точно рассчитать поведение луча в самых разных призмах. Лучи могут отразиться от внутренней поверхности стекла и повернуть назад, поменяться местами или отклониться на какой-то нужный нам угол. Выяснилось, что одни прозрачные вещества преломляют свет сильнее, другие — слабее. Это также учитывается при конструировании оптических приборов с применением призм.
Например, можно построить перископ не с помощью зеркал, а используя призмы. А как вы думаете, что находится внутри полевого бинокля? Ведь глядя через него, мы как бы расставляем глаза. И чтобы лучи света попали в конце концов в них, им внутри бинокля приходится бежать по ломаной линии. А меняют их направление опять же призмы.
Вот еще хорошо знакомый вам пример — катафот, или уголковый отражатель. Его укрепляют сзади на велосипедах или на спицах колеса. Рассмотрите его внимательно, и вы увидите множество маленьких призмочек, отражающих падающий на катафот свет в обратном направлении.
Куда отклонят линзы луч?
Мы, безусловно, уверены, что вы никогда не занимались таким скверным делом, как выжигание лупой на парковых скамейках. Ведь неприятно, правда, когда деревянные скамьи напоминают выставку малопривлекательных художеств? А вот дома на фанерке или на доске — выжигайте себе, пожалуйста.
Это действительно очень интересный процесс. Отнюдь не всякое стеклышко годится для выжигания. Почему, скажем, для этого берут лупу? А вы посмотрите на нее сбоку. По краям, где она утоньчается, она напоминает треугольную призму. Ага, значит падающие на нее с одной стороны лучи света после преломления будут отклоняться к ее толстой части, к серединке. Вот и получается, что такая лупа, или, как еще ее называют, линза, соберет, сфокусирует лучи. Поэтому-то и можно с ее помощью собрать солнечный свет в маленькое яркое пятнышко, да еще так, что в нем загорится бумага или задымит, обугливаясь, дерево.
Не похоже ли это на действие вогнутого зеркала? Конечно, — причем законы, описывающие ход лучей в линзе и зеркале, будут абсолютно одинаковы.
Но ведь зеркала могут не только собирать, но и рассеивать свет. А линзы? И среди них есть как собирающие, типа лупы, так и рассеивающие. Легко, наверное, догадаться, что у рассеивающих линз серединка будет тоньше, чем ее края. Иногда это различие можно обнаружить на ощупь, например, проводя с двух сторон пальцами по стеклам очков.
Верно ли мы видим мир?
Почему говорят «наблюдать невооруженным глазом»? Чем же это его вооружают? Понятное дело, ответите вы, какими-нибудь оптическими устройствами, чтобы лучше что-то разглядеть или как можно дальше увидеть. А что, наш глаз сам по себе не на многое способен?
Конечно же, глаз — весьма совершенное и непростое устройство. Недаром благодаря зрению человек получает больше сведений об окружающем мире, чем с помощью всех остальных чувств, вместе взятых. Однако если отнестись к глазу, как к оптическому прибору, то разобраться с ним будет нам, в общем-то, нетрудно.
