Новый физический фейерверк

При волнении волны в сравнительно чистом водоеме фокусируют свет в воде, где затем лучи света рассеиваются на взвеси и выходят из воды обратно. Вы видите этот рассеянный свет как яркие линии там, где свет фокусируется, и как темные — там, где фокусировки нет. Направление этих линий зависит от структуры волн, и часть из них параллельна линии, направленной от ваших глаз к солнцу. Следовательно, вам кажется, что они сходятся в точке прямо напротив солнца, то есть в области тени от вашей головы, подобно тому, как «сходятся» убегающие вдаль прямые рельсы. Иногда создается впечатление, что эти «спицы» вращаются, но это лишь иллюзия, попытка мозга разобраться со случайно меняющимися изображениями.

Если солнце светит вам в спину, пятна света в мелкой чистой воде выглядят белыми, несмотря на то что при входе в воду каждый солнечный луч расщепляется на лучи разных цветов. При этом красные и синие лучи, входящие в состав каждого белого солнечного луча, достигают дна в разных точках и рассеиваются в большом числе разных направлений. Однако, чтобы вы их увидели, лучи должны вернуться по первоначальному пути, то есть обратно в направлении солнца. Таким образом, цветные лучи, выходя из воды, вновь собираются, и свет, который вы видите, белый, как и пятна на дне. Именно поэтому плоская стеклянная пластина (например, оконное стекло) не разделяет лучи частей спектра, как призма.

Если стоять лицом к солнцу, вы видите цветные лучи, исходящие из разных точек на дне водоема (рис. 6.14). Пусть поверхность водоема освещает узкий луч света. Тогда светлое пятно на дне в основном белое, поскольку от точек внутри него до вас доходят лучи всех цветов. Но лучи, идущие от точек на дальнем и ближнем краях пятна света, окрашены. При входе в воду каждый белый солнечный луч преломляется, и лучи разных цветов расходятся. Синие лучи отклоняются на самый большой угол по сравнению с лучами других цветов, поэтому самые дальние отраженные от дна лучи, которые видит наблюдатель, синего цвета. Точно так же в результате преломления лучи красного цвета меняют свое направление меньше всего и заканчиваются на дне ближе всего к наблюдателю. Это означает, что от дальнего края пятна в направлении наблюдателя рассеиваются синие лучи, а от ближнего — красные.

Рис. 6.14 / Задача 6.41. Наблюдатель, стоящий лицом к солнцу, видит окрашенные края пятен света на дне водоема.

6.42. Цвет тени

Посмотрев на свою тень на снегу, можно заметить, что она слегка окрашена. С чем это связано? Может ли цвет тени меняться?

ОТВЕТ • Тень должна быть темной, но, если небо голубое, идущий от него свет освещает затененный снег, придавая ему слабый голубой оттенок. На остальной поверхности тень имеет оттенок, соответствующий цвету этой поверхности. Если поверхность вокруг тени ярко окрашена, может показаться, что цвет тени соответствует дополнительному цвету поверхности, но это только оптическая иллюзия, создаваемая зрительной системой[69]. Подобный эффект легко увидеть, если обратить внимание на тень артиста, которого на сцене освещают разноцветные прожекторы.

6.43. Почему мы видим темную часть луны

Когда обращенная к нам часть Луны на 75% освещена Солнцем, почему все же видны оставшиеся 25%, на которые не попадает солнечный свет?

ОТВЕТ • Темную часть Луны тускло освещает земное сияние — отраженный от Земли солнечный свет. Какую-то часть этого света, рассеянного Луной обратно в направлении Земли, мы видим. Исследуя этот «вернувшийся» к нам свет, ученые могут понять, каким наблюдатель из глубокого космоса увидит исходящий от Земли свет. Мы видим небо в основном голубым, и наблюдатель из космоса увидит, что оно в основном голубое. Спектр света, исходящего от планеты, зависит от характеристик ее поверхности, и можно надеяться, что анализ света, пришедшего к нам от планет, вращающихся вокруг других звезд, сможет указать на то, есть ли на этих планетах атмосфера и растительность. Другой путь — изучение спектра поглощения этих планет при прохождении через их атмосферу излучения звезды. Например, наличие поглощения озоном части излучения звезды (в спектре будет видна соответствующая «линия поглощения») укажет на наличие кислорода и, возможно, жизни.

6.44. Венец и оппозиционный эффект

Как-нибудь утром, когда трава мокрая от росы, посмотрите внимательно на тень своей головы на траве. Может, вам удастся увидеть, что ее окружает яркий свет, который называют венцом (рис. 6.15a). Такой же яркий свет вокруг тени можно увидеть и на многих поверхностях: на сухой траве и других растениях, на поверхности мелких водоемов, покрытых рябью, и на разнообразных сухих шероховатых поверхностях. Можно даже увидеть яркие лучи, отходящие от тени движущейся машины, падающей на покрытое травой поле.