Новый физический фейерверк

Однако, когда солнце низко, а угловое расстояние от точки строго напротив солнца до расположенных выше облаков составляет от 30° до 40°, прошедший через них свет может быть поляризован горизонтально. Какая-то часть солнечных лучей, освещающих облака, проходит внутрь составляющих их капель воды, отражается от противоположной поверхности капли, а затем выходит из капли. Такой свет образует туманную (или белую) радугу. Она очень напоминает обычную радугу за исключением того, что капельки воды слишком малы и разделения на цвета не происходит. Но зато этот процесс приводит к поляризации света в радуге.

Когда солнце совсем низко или только зашло за горизонт, облака на горизонте напротив солнца освещены главным образом не прямыми солнечными лучами, а рассеянным светом неба вблизи горизонта. Этот рассеянный свет поляризован почти вертикально, как и свет, идущий к наблюдателю от таких облаков. Если посмотреть на такие облака через поляризационные солнечные очки или из самолета, вертикально поляризованный свет проходит через стекла, и мы видим относительно яркие облака. Остальные облака, от которых исходит неполяризованный свет, выглядят темнее. Поэтому мы видим уходящую к горизонту напротив солнца тропинку из ярких облаков.

Согласно легенде, когда солнца не было видно, викинги определяли его положение с помощью волшебного камня. Сейчас считается, что это был кордиерит. Когда свет проходит через такой камень, его цвет меняется в зависимости от направления поляризации света. Викинг, смотревший через камень на свободное от туч небо, вращал камень вокруг направления своего взгляда. При вращении цвет камня менялся от светло-желтого до темно-голубого. Обладая определенным опытом и совершив осмотр разных участков неба, викинги могли определить положение солнца, даже когда оно опускалось за горизонт, что часто бывает в высоких широтах, где они плавали.

6.128. Как муравей находит дорогу домой

В пустыне Сахара живут муравьи-бегунки Cataglyphis fortis. В поисках пищи муравей, двигаясь беспорядочно, удаляется от муравейника и может пройти около 500 м, совершив по дороге множество резких поворотов. Более того, часто он движется по ровному песку, где нет никаких ориентиров, которые могли бы указать ему дорогу назад. Но если муравей решил вернуться домой, он поворачивается лицом к дому и бежит прямо к нему. Как на пустынной равнине он находит путь к муравейнику без каких-либо указателей?

ОТВЕТ • Удаляясь от муравейника, муравей-бегунок отслеживает пройденный путь (он действует как одометр — прибор для измерения пройденного расстояния) и направление поворотов. Он способен определять направление благодаря тому, что его глаза чувствительны к поляризованному свету. Поэтому он может отслеживать поляризацию света, падающего с неба, и ориентацию своего тела относительно направления этой поляризации.

Поразительно, но мозг муравья может непрерывно обновлять информацию о пройденном расстоянии и об изменении направления, так что он все время знает, куда надо двигаться, чтобы вернуться к муравейнику. Каждый из участков пройденного муравьем пути — вектор (определенной длины и направления), и муравей, по сути, выполняет сложение векторов. Если на пути муравья встречаются ориентиры, он может использовать и их. Однако в экспериментах, где использовались ориентиры, указывающие обратный путь к муравейнику, примерно половина муравьев предпочитала складывать вектора, а не путаться в ориентирах. Операция суммирования векторов вызывает затруднения у многих студентов, а живущий в пустыне муравей-бегунок с массой мозга всего 0,1 мг делает это автоматически.

6.129. Цветные пятна и поляризация

Как-нибудь утром после холодной ночи поищите на окне, обращенном к солнцу, намерзшие тоненькие слои льда (их еще называют морозные узоры). Подождите немного, пока часть льда растает и образуется лужица, или сами налейте на подоконник немного воды или положите зеркало (рис. 6.47). Посмотрите в лужицу так, чтобы видеть отражение намерзшего льда. Почему отражение льда разноцветное?

Рис. 6.47 / Задача 6.129. Цветное отражение кристаллов льда в лужице воды.

Полиэтиленовая пищевая пленка не имеет цвета, но, если натянутый кусок такой пленки вставить между двумя поляризационными фильтрами, она станет разноцветной. Когда вращаешь один из фильтров, цвета на пленке меняются. Вместо пищевой пленки можно использовать несколько слоев целлофана. Почему пленка становится разноцветной?