ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 24.10.2024
Просмотров: 40
Скачиваний: 0
Проделайте опыт. Возьмите высокую консервную бан ку (рис. 11), на высоте 5 см от дна просверлите круглое отверстие (а) диаметром 5—6 мм. Края отверстия тщатель но обработайте. Электрическую лампочку вместе с пат роном аккуратно оберните целлофановой бумагой (так, чтобы вода не проникла в патрон и не вызвала короткого замыкания) и расположите ее напротив отверстия. В бан ку налейте воды. Открыв отверстие а, вы получите струю, освещенную изнутри. В темной комнате она ярко светит ся, и опыт выглядит очень эффектно. Струе можно придать любую окраску, поместив на пути лучей света цветное стекло Ъ. Если на пути струи поставить палец, то она раз брызгивается и брызги ярко (ветятся, Можно использо вать другие конструкции. Например, в банке сделать два отверстия — одно напротив другого. Заднее закрыть про зрачной пленкой и за ним поместить лампу.
Объяснить это явление довольно просто. Луч света проходит вдоль струи воды и попадает на изогнутую ее поверхность изнутри под углом, большим предельного, испытывает полное внутреннее отражение, а затем по падает на противоположную сторону струи опять под уг лом, большим предельного (рис. 11). Так луч проходит вдоль струи, изгибаясь вместе с ней.
Но если бы свет полностью отражался внутри струи, она не была бы видна извне. Часть света рассеивается
21
Рис. 12. Сквозь извилистый световод виден глаз человека.
водой, пузырькамй воздуха и различными примесями, имеющимися в ней, а также вследствие неровностей поверх ности струи, поэтому она видна снаружи.
СВЕТОВОДЫ
Можно ли «загнать» свет в изогнутую трубу и заста вить луч изгибаться вместе с трубой?
Посмотрите на рисунок 12. Человек смотрит в свето вод с одного конца, а в другом его торце отчетливо виден его глаз.
Световод состоит из множества пластмассовых или стеклянных волокон, в которых также, как и в струе воды происходит многократное внутреннее отражение света от стенок с выходом ç торец.
В настоящее время световоды широко используют в медицине. Вместе с миниатюрной подсвечивающей лам почкой световод вводят во внутренние полости органов (сердца, желудка, кишечника и т. п.), и он позволяет осмотреть стенки этих органов.
АЛМАЗЫ И САМОЦВЕТЫ
К 50-летию Великого Октября в Кремле была открыта выставка алмазного фонда СССР.
Входим в зал. Свет слегка приглушен. В витринах сверкают и переливаются изумительные творения юве
22
лиров. Эти изделия пленяют изяществом рисунка, непо вторимой гармонией цветовых сочетаний, глубоким про никновением в красоту камня. Они заставляют нас
преклоняться перед гением человека, вложившего |
в них |
||||
свой художественный вкус, |
талант, сумевшего так вдох |
||||
новенно воплотить в камне мечту |
о прекрасном. |
|
|||
Вот |
чудо природы — алмаз |
«Орлов» (см. цветную |
|||
вклейку |
I). |
|
|
|
|
C именем великого русского писателя связано появ |
|||||
ление в |
России |
другого |
алмаза — уникума |
«Шах». |
|
После того, как в |
1829 г. |
религиозные фанатики |
убили |
||
в Тегеране русского посла Александра Сергеевича Грибоедо
ва, алмаз «во искупление |
вины» был подарен Николаю I |
|
персидским |
шахом. |
искрами алмаз «Мария» — са |
Сверкает |
солнечными |
|
мый крупный советский |
кристалл, названный именем |
|
Марии Марковны Коненкиной, которая нашла его в Яку тии. Здесь же алмаз «Валентина Терешкова».
В чем же секрет прелестной игры света в алмазах и других драгоценных камнях?
Алмаз имеет высокий показатель преломления (п = = 2,4173) и вследствие этого малый предельный угол
полного внутреннего |
отражения (α∏pefl |
= 24° 30', |
в то |
время как у стекла |
апред — 30 —40°) и |
обладает |
боль |
шой дисперсией, вызывающей разложение белого света на простые цвета.
Кроме того, игра света в алмазе зависит от правиль ности его огранки (рис. 13).
Как видно из рисунков, |
|
грани алмаза многократно |
|
отражают свет внутри кри |
|
сталла. Вследствие боль |
|
шой прозрачности алмазов |
|
высокого класса свет внут |
|
ри них почти не теряет |
|
своей энергии, а только |
|
разлагается на простые |
|
цвета, лучи которых затем |
|
вырываются наружу в раз |
|
личных, самых неожидан |
|
ных направлениях. При |
|
повороте камня меняются |
Рис. 13. Огранка бриллианта |
цвета, исходящие из камня, |
«розой». |
23
Рис. 14. Огранка бриллианта.
и кажется, что сам он является источником многих ярких разноцветных лучей.
Встречаются алмазы, окрашенные в красный, голубо ватый и сиреневый цвета. Сияние алмаза зависит от его огранки. Если смотреть сквозь хорошо ограненный во дяно-прозрачный бриллиант 1 на свет, то камень кажется совершенно непрозрачным, а некоторые его грани выгля дят просто черными. Это происходит потому, что свет, претерпевая полное внутреннее отражение, выходит в об ратном направлении или в стороны.
Если смотреть на верхнюю огранку со стороны света, она сияет многими цветами, а местами блестит. Яркое сверкание верхних граней бриллианта называют алмазным блеском. Нижняя сторона бриллианта снаружи кажется как бы посеребренной и отливает металлическим блеском.
ЕІаиболее распространенными формами огранки явля ются две: собственно бриллиантовая и огранка «розой». Разрез первой изображен на рисунке 14, слева, а вид ее
сбоку — на |
рисунке 14, |
справа. |
Здесь же, показан ход |
трех лучей, |
упавших на алмаз в |
различных точках грани. |
|
Лучи 2 л 3 |
вследствие |
дисперсии разлагаются на все |
|
цвета спектра, из которых на рисунке изображены лишь крайние. На рисунке 13 изображена огранка «розой».
Наиболее прозрачные и крупные алмазы служат укра шением. Мелкие алмазы находят широкое применение в тех нике в качестве режущего или шлифующего инструмента для металлообрабатывающих станков. Алмазами арми
руют |
головки бурильного инструмента для проходки |
1 |
Бриллиантом называют ограненный и полированный алмаз, |
24
скважин в твердых породах. Такое применение алмаза возможно из-за большой отли чающей его твердости. Другие драгоценные камни в боль
шинстве случаев |
являются |
|
кристаллами окиси алюми |
|
|
ния (Al2O3) с примесью (очень |
|
|
незначительной) окислов ок |
|
|
рашивающих элементов—хро |
|
|
ма (рубин), меди |
(изумруд), |
Рис. 15. Получение искусст |
марганца (аметист) и т.д. Они |
венных алмазов. |
|
также отличаются твердостью, прочностью и обладают красивой окраской и «игрой света».
В настоящее время умеют получать искусственным путем крупные (до нескольких килограммов) кристаллы окиси алюминия и окрашивать их в желаемый цвет. Искусственно получают и алмазы. Для этого ампулу с графитом помещают в контейнер с пирофилитом — веществом, напоминающим глину. Контейнер помещают между шестью пуансонами (рис. 15), которые при помощи гидравлических прессов сдвигаются и сжимают контей нер до давления 60 000 атм. Затем через два противо положных пуансона и через контейнер пропускают элект рический ток, который разогревает контейнер до 2000— 2500° С. Графит плавится, после чего ток выключают и начинается постепенное охлаждение углерода при высо ком давлении.
Кристаллизация углерода внутри кубика происходит довольно быстро, при )том получаются алмазы, достигаю щие размера 2—3 мм, а по твердости превосходящие на туральные, но темного цвета.
ЯВЛЕНИЯ, СВЯЗАННЫЕ C ПРЕЛОМЛЕНИЕМ СВЕТА
ПРЕЛОМЛЕНИЕ СВЕТА ПРИ ПЕРЕХОДЕ ИЗ ВОДЫ В ВОЗДУХ
Опущенная в воду палочка, ложечка в стакане чая вследствие преломления света на поверхности воды ка жутся нам преломленными.
Поместите на дно непрозрачного сосуда монету так, чтобы она не была видна. А теперь налейте в сосуд воды.
25
|
Монета |
окажется |
видимой. |
||||
|
Объяснение |
этого |
явления |
||||
|
понятно из рисунка 16. |
|
|||||
|
|
Посмотрите на дно водоема |
|||||
|
и |
попытайтесь |
оценить |
его |
|||
|
глубину. Чаще всего сделать |
||||||
|
это правильно не удается. |
|
|||||
|
|
Проследим |
|
более деталь |
|||
|
но, как и насколько нам ка |
||||||
|
жется уменьшенной глубина |
||||||
Рис. 16. Опыт с монетой в водоема, |
если |
мы |
смотрим |
||||
яашке. |
на |
него сверху. |
|
|
|||
истинная глубина |
водоема, на |
Пусть |
H |
(рис. |
17) — это |
||
дне |
которого лежит |
не |
|||||
большой предмет, например камешек. Свет, отраженный им, расходится во все стороны. Некоторый пучок лучей падает на поверхность воды в точке О снизу под углом ɑɪ,
преломляется |
на поверхности и попадает в глаз. В соот |
|||
ветствии с законом преломления |
можно записать: |
|||
|
sin CC1 |
пвоздуха |
ra2 |
|
|
sin γ1 |
пводы |
|
«і ’ |
но так как n2 |
= 1, то |
n1 sin a1 |
= sin γ1. |
|
Преломленный луч попадает в глаз в точке В. Заме тим, что в глаз попадает не один луч, а пучок лучей, се чение которого ограничено зрачком глаза. На рисунке
Рис. 17. Преломление света при переходе из воды в воздух.
26
Рис 18. График зависимости относительной глубины водоема от угла наблюдения.
17 пучок показан тонкими линиями. Однако этот пучок узок и мы можем пренебречь его сечением, приняв его за линию AOB.
Глаз проецирует А в точку A1, и глубина водоема нам кажется равной h.
Из рисунка видно, что кажущаяся глубина водоема h зависит от истинной величины H и от угла наблюде ния γ1.
Выразим эту зависимость математически. Из треугольников AOC и A1OC имеем:
Исключая из этих уравнений ОС, получим:
|
sin α1 cos γ1 |
h = H |
= H cos ɑɪ sin γ1 |
27
Учитывая, что α = γ1 и sin γi = n1 sin a1 — п sin а, получим:
h = и _ cθ3 Y> |
= Н1/-⅛∑⅛⅛-. |
/и2 — sina γ1 |
Г и2 — Sin2 γj |
В этой формуле зависимость кажущейся глубины водоема h от истинной глубины H и угла наблюдения не выступает явно. Для более отчетливого представления этой зависимости выразим ее графически.
На графике (рис. 18) по оси абсцисс отложены значе ния углов наблюдения в градусах, а по оси ординат — соответствующие им кажущиеся глубины h в долях дейст вительной глубины Н. Полученная кривая показывает, что при малых углах наблюдения кажущаяся глубина
3
составляет около ɪ действительной и уменьшается по
мере увеличения угла наблюдения. При угле наблюдения а — 47° наступает полное внутреннее отражение и луч из воды не может выйти наружу.
МИРАЖИ
За Киевом показалось великое чудо! Вдруг стало видимо далеко во все концы света. Вдали засинел Лиман, за Лиманом разлива лось Черное море. Бывалые люди узнали и Крым, горою подымавшийся из моря, и бо лотный Сиваш. По правую руку видна была земля Галицкая.
—А это что такое? — допрашивал со бравшийся народ, указывая на далеко мере щившиеся на небе и больше похожие на облака серые и белые верхи.
—То Карпатские горы! — говорили ста рые люди...
(II. В. Гоголь)
Сказки ли это? Безудержная ли фантазия? Нет.
Это рассказы о реальных атмосферных явлениях — миражах. Многие люди их видели, они сфотографированы, описаны, их происхождение объяснено.
В неоднородной среде свет распространяется непря молинейно. Если мы представим себе среду, в которой показатель преломления изменяется снизу вверх, и мысленно разобьем ее на тонкие горизонтальные слои,
28