Физика в играх

острым углом, вступив в воду, отклонились к перпендикуляру, проходящему сквозь поверхность воды в точке падения луча. Вы знаете также, что возможен обратный ход луча из воды в воздух. Но из воздуха луч света может перейти в воду при всех условиях, а из воды не всегда. Это возможно только тогда, когда угол а (рис. 74, А) будет не очень маленьким. Если угол падения луча на поверхность воды снизу будет равен некоторому, для каждого вещества определенному, углу а или будет меньше его (рис. 74, 5), то луч не пройдет в воздух, потому что поверхность воды при этом действует как зеркало. По закону отражения он опять отражается обратно в воду.

Рис. 74

Вы можете легко проверить это, если посмотрите снизу и сбоку на поверхность воды в аквариуме. Вы увидите на поверхности воды отражение пола. Но можно проделать опыт, который докажет явление отражения поверхностью воды еще лучше. На рис. 74, В и Г показаны лучи солнца, падающие из окна на зеркало 3. От этого зеркала лучи отражаются горизонтально.

Чтобы пропустить световой луч в водяную струю, достаньте какую-нибудь четырехгранную жестянку. Сделайте в ней с двух противоположных сторон, поближе ко дну, два отверстия. Одно из них — шириной и высотой примерно по 6 сантиметров — закройте стеклом, а в другое небольшое отверстие вставьте жестяную трубочку длиной несколько сантиметров. Эту трубочку заткните пробкой. Стекло приклейте к банке сплавом канифоли с воском. Стекло и жестянка должны быть совершенно сухими, иначе клей не пристанет.

Приготовленную таким образом жестянку поставьте на стол так, чтобы световые лучи, отброшенные зеркалом, прошли через стекло в жестяную трубку Теперь наполните жестянку водой и забелите воду молоком. Под трубку поставьте таз или ведро и откройте пробку Вода потечет толстой ровной струей. Но луч света не выйдет за пределы струи. Там, где он должен был бы выйти в воздух, например в точке а (рис. 74, В), он отражается от поверхности струи и меняет направление. Также он отражается, скажем, в точке б, потому что при очень большом угле падения луча внутренняя поверхность струи действует как зеркало.

Струя не выпускает пойманный луч. Вместо белесоватой струи воды вы увидите словно сверкающий расплавленный металл. Это удивительно красивое зрелище. Особенно хорошо получается этот опыт, если затемнить комнату, а к стеклянному окошку приставить лупу, фокус которой направлен в струю воды. Так как вода немного увеличивает фокусное расстояние, лучше всего взять лупу с фокусным расстоянием, составляющим в воде ²/₃ расстояния между стеклом и концом трубки банки. Вы увидите тогда, как блестящая струя воды падает в ведро, и брызги воды блестят, как алмазы.

Мираж. В старинном предании рассказывается, что у мифического короля Артура была сестра-волшебница Фата-Моргана. Свою волшебную силу она, по преданию, проявляла, устраивая всевозможные обманчивые воздушные картины. Поэтому явление миража довольно часто называли фата- морганой.

Конечно, явление миража объясняется физическим законом преломления и отражения лучей. Над раскаленной почвой пустыни расстилаются слои воздуха разной температуры, а значит, и разной плотности: более горячие слои внизу, у раскаленной почвы, а более холодные — наверху. Если на эти слои упадет под некоторым углом луч света б, отраженный вершиной пальмы (рис. 75), он преломится в слоях воздуха примерно так же, как преломлялся бы луч, выходящий из воды в воздух. Правда, здесь преломление луча значительно меньше, и луч проходит ряд слоев воздуха. При этом постепенно уменьшается угол наклона его над горизонтом, и наконец наступает момент, когда угол становится таким небольшим, что преломления больше быть не может, и происходит полное внутреннее отражение. Отражающий слой делается как бы зеркалом, и всадник, едущий в пустыне, видит пальму, перевернутую вершиной вниз. Кажется, что она отражается в воде. Но воды нет. Люди и животные находят только голую, раскаленную поверхность пустыни.

На рис. 75 изображение хода лучей при мираже показано условно. Всадник на рисунке находится слишком близко к пальме. На самом деле это явление происходит лишь тогда, когда наблюдатель находится довольно далеко и углы падения лучей света, отражаемых пальмой на раскаленный песок, очень велики.

Рис. 75

Рис. 76

Нам и самим нетрудно устроить явление миража. Если плита у вас в кухне будет сильно раскалена и вы наклонитесь так, чтобы ваш глаз находился почти на уровне раскаленной плиты, вы увидите тогда, что маленькие предметы, лежащие немного выше поверхности плиты (кусочек хлеба, например), отражаются в плите, как в зеркале.

Автор этой книги взял для опыта полосу железа длиной 80 сантиметров и накалил ее над пятью газовыми горелками. Затем вырезал маленькую пальму высотой 2 сантиметра (из белой бумаги) и поставил ее на расстоянии 3 метров от конца полосы (рис. 76). Получилось совершенно отчетливое отражение пальмы, только края его дрожали, как дрожит отражение в воде.

Игра красок в подзорной трубе. Кто имеет маленькую подзорную трубу, хотя бы самодельную, тот может с ее помощью наблюдать игру красок совершенно исключительной красоты.

Подзорная труба ставится на стол и направляется на какой-нибудь отдаленный блестящий, освещенный солнцем предмет. Можно, например, поставить за окном никелированный шар от кровати или другую никелированную часть. Солнце должно так освещать предмет, чтобы он ослепительно блестел.

Из картона вырезается несколько колечек точно по диаметру объектива трубы. Эти колечки нужно сделать как можно уже. На них наклеиваются кружки из оловянной бумаги. В кружках надо предварительно вырезать ряды правильно расположенных отверстий. Вырезать лучше всего острым ножом, положив оловянную бумагу на стекло. Отверстия могут быть сделаны, например, так, как показано на рис. 77.

Рис. 77

Если закрыть этим кружком объектив трубы и направить ее на блестящий предмет, вы увидите удивительный, сияющий всеми цветами радуги рисунок.

Рисунок зависит от расположения отверстий на кружке; он меняется с переменой кружков. То, что мы рассматриваем в калейдоскоп, — это только тусклая картина по сравнению с тем, что можно увидеть таким способом.

Оптические обманы. В этой книге вы уже читали о многих ошибках нашего зрения. Мы не всегда можем правильно определить размер предмета или расстояние до него.

Посмотрите, например, на рис. 78. Там нарисованы три человека. Задний кажется нам низкорослым, а передний великаном; только средний, рядом с ними, представляется нам человеком нормального роста. Однако измерьте фигурки при помощи линейки с делениями, и вы увидите, что все три фигуры совершенно одинаковой высоты. Этот обман получается только из-за специально вычерченного фона. Все линии фона