Новейшая книга фактов. Том 3. Физика, химия и техника. История и археология. Разное - Кондрашов Анатолий Павлович
В чем состоит принципиальная разница между геометрической оптикой грека Евклида и араба Альгазена?
Пытаясь объяснить феномен зрения, древнегреческие мыслители пифагорейской школы выдвинули гипотезу об особом флюиде, который испускается глазами и «ощупывает» (как щупальцами) предметы, давая их ощущение. Атомисты же полагали, что предметы испускают «призраки», или «образы», которые, попадая в глаза, приносят душе ощущение формы и цвета. Обе эти теории объединил Платон (около 428 – около 348 до нашей эры), утверждавший, что от предметов исходит специальный флюид, который встречается с «мягким светом дня, ровно и сильно бьющим из наших глаз». Если оба флюида подобны друг другу, то, встречаясь, они «крепко связываются», и глаз получает ощущение видимого. Если же «свет очей» (единственное выражение, сохранившееся от теории Платона и бытующее сейчас, но в переносном смысле) встречается с несхожим флюидом, он гаснет и не дает глазам никаких ощущений. Именно поэтому первый постулат оптики Евклида (III век до нашей эры) гласит: «Испускаемые глазами лучи распространяются по прямому пути». Арабский ученый Ибн аль-Хайсам (965 – около 1039), известный на Западе под именем Альгазена, крупнейший физик Средневековья, первым отбросил «свет очей» как совершенно излишнюю вещь. В своем фундаментальном труде, посвященном оптике, он заявил: «Естественный свет и цветовые лучи воздействуют на глаза». Свое утверждение он доказывал тем, что глаза испытывают боль при попадании на них солнечного света, прямого или отраженного от зеркала. Под естественным светом Альгазен понимал белый солнечный свет, а под цветовыми лучами – свет, отраженный от цветных предметов.
Что такое абсолютно черное тело?
Абсолютно черным называют тело, которое при любой температуре полностью поглощает весь падающий на него поток излучения независимо от длины волны. Коэффициент поглощения абсолютно черного тела (отношение поглощаемой энергии к энергии падающего потока) равен единице. Основной особенностью абсолютно черного тела является то, что его спектр излучения определяется только температурой и не зависит от свойств вещества, из которого оно состоит. В природе абсолютно черных тел нет. Близким к единице коэффициентом поглощения обладают сажа и платиновая чернь. Наилучшим приближением к абсолютно черному телу является почти замкнутая полость с отверстием, малым по сравнению с размерами полости, и непрозрачными стенками, имеющими одинаковую температуру во всех точках. Луч, попавший в полость через отверстие, многократно отражается и при каждом отражении частично поглощается стенками полости. В результате через некоторое время он поглотится почти полностью.
Почему вода в глубоководном озере кажется голубой, а чистая вода из крана – бесцветной?
Солнечный свет, который мы иногда называем белым, содержит в себе все длины волн оптического диапазона – так называемые спектральные цвета – от инфракрасного до ультрафиолетового. Попав на поверхность чистой воды, часть света поглощается и отражается от нее, а другая проникает через поверхность, но продолжает поглощаться и рассеиваться во всех направлениях, сталкиваясь с молекулами воды. При этом быстрее всего поглощается красная часть спектра, а медленнее всего – голубая. Достигнув 15—20-метровой глубины, красная часть спектра оказывается полностью поглощенной. Рассеиваться и возвращаться (без поглощения) продолжают лучи, состоящие главным образом из голубой части спектра. Именно поэтому вода в глубоком чистом озере кажется голубой. Налитая в стакан чистая вода из крана кажется бесцветной, потому что ее глубина слишком мала, чтобы поглотить даже незначительную часть красного спектра.
Почему лед прозрачный, а снег белый?
Чистый лед прозрачен, а чистый снег, состоящий из микроскопических кристалликов льда, непрозрачен и кажется нам белым. В чем же причина столь разных оптических свойств одного и того же вещества? Дело в том, что солнечные лучи проходят ледяную пластинку насквозь, а в слое снега испытывают многократное отражение и выходят обратно. При этом они не теряют ни одного из компонентов спектра (в связи с очень малыми размерами кристалликов льда, составляющих снег), а потому не обретают цвета – и снег кажется белым.
Для чего в США в период Второй мировой войны был срочно налажен выпуск полевых ламп-люминоскопов?
Некоторые вещества способны «откликаться» на невидимый для человеческого глаза ультрафиолетовый свет свечением красного, синего, зеленого, желтого цвета. Это явление называют люминесценцией. Одним из таких веществ является вольфрам. До Второй мировой войны в США не были известны свои месторождения вольфрама, и его привозили из Китая. Когда началась война и торговые связи нарушились, страна стала испытывать острейший дефицит этого металла, применяемого для производства брони. Тогда было решено наладить выпуск полевых ламп-люминоскопов и дать широкую рекламу: «Ищите вольфрам». Тысячи людей бросились на поиски шеелита в выработанных штольнях и карьерах цветных металлов. (Вольфрам получают из вольфрамитовых или шеелитовых руд.) И очень скоро в одном из отработанных месторождений сурьмы было открыто крупнейшее месторождение шеелита – Иеллоу Пайн.
Что такое гало и как оно образуется?
Словом «гало» (греч. halos – световое кольцо вокруг Солнца или Луны) называют группу оптических явлений в атмосфере. Гало возникают вследствие преломления и отражения света ледяными кристаллами, образующими перистые облака и туманы. Явления гало весьма разнообразны: они имеют вид радужных (в случае преломления) и белых (при отражении) полос, пятен, дуг и кругов на небесном своде. Это и радужные круги вокруг диска Солнца или Луны с угловым радиусом в 22 либо 46 градусов. Это и паргелии, или «ложные Солнца», – яркие радужные пятна справа и слева от Солнца (Луны) на расстояниях 22 угловых градусов, реже 46 угловых градусов. Это и околозенитная дуга – отрезок радужной дуги, касающейся верхней точки 46-градусного круга и обращенной выпуклостью к Солнцу. Это и паргелический круг – белый горизонтальный круг, проходящий через диск светила. Это и столб – часть белого вертикального круга, проходящего через диск светила; в сочетании с паргелическим кругом образует белый крест. Для возникновения некоторых гало необходимо, чтобы ледяные кристаллы, имеющие форму шестигранных призм, были ориентированы по отношению к вертикали одинаковым или хотя бы преимущественным образом. Так, 22-градусный паргелий возникает в результате преломления лучей в вертикально ориентированных кристаллах при прохождении луча через грани, образующие углы в 60 градусов. 46-градусный круг создается преломлением при гранях, составляющих углы в 90 градусов. Вертикальные и горизонтальные круги получаются вследствие отражения от горизонтальных и вертикальных граней кристаллов.
