Kvant. Отражение

А так ли хорошо знакомы вам понятия отражение и преломление? // Квант. — 1988. — № 2. — С. 40-41.

По специальной договоренности с редколлегией и редакцией журнала "Квант"

Мне хочется верить, что те, кто любят познавать причины явлений...
найдут некоторое удовлетворение при ознакомлении с различными изложенными здесь размышлениями о свете...
X. Гюйгенс. «Трактат о свете»

Эти понятия, такие простые на первый взгляд,— глубокие и неотъемлемые представления одного из важнейших разделов физики — оптики. В физике мало таких областей, в которых с начала их развития были получены столь крупные научные результаты, что и по сей день сохранили свое значение. Именно поэтому исследования по оптике оказали очень большое влияние на становление других разделов естествознания, заставили пересмотреть основные положения классической физики и сыграли существенную роль при зарождении теории относительности и квантовой теории.

Мы надеемся, что нынешний выпуск «Калейдоскопа» поможет вам по-иному взглянуть на некоторые привычные явления и приборы, например на линзу или фотоаппарат, а может быть, побудит серьезно задуматься о механизме человеческого зрения — в общем, поможет вам открыть для себя и в оптике что-то новое и интересное.

Вопросы и задачи

1. Почему блестят воздушные пузыри в воде?
2. Можно ли разжечь костер при помощи льда?
3. Почему даже в чистой воде человек видит плохо?
4. Аквалангист, плавающий под водой, видит рыбака на берегу, а рыбак лишь в редких случаях может увидеть аквалангиста. Почему?
5. Какую характеристику неизвестного вещества достаточно определить, чтобы узнать скорость света в ием?
6. Человек приближается к плоскому зеркалу со скоростью 2 м/с. С какой скоростью он приближается к своему изображению?
7. Луч прожектора в тумане виден хорошо, а в ясную погоду — хуже. Почему?
8. Постройте изображение человека в плоском зеркале в случае, показанном на рисунке.

   

9. Чем объясняется блеск драгоценных камней?
10. Почему днем не видно звезд?
11. Сколько изображений точки А (см. рисунок) можно получить в системе из двух взаимно перпендикулярных зеркал?

    

12. Чтобы лучше видеть, близорукие люди щурят глаза. Как это объяснить?

Микроопыт

Предложите опыт, с помощью которого можно отличить очки для дальнозорких от очков для близоруких. Проведите его.

Любопытно, что…

...весьма точные измерения углов преломления света в разных средах произвел еще Клавдий Птолемей (140 год н. э.) Однако установить соотношение между углами падения и углами преломления ему не удалось.

...полное внутреннее отражение в естественных монокристаллах является более совершенным, чем отражение от специально изготовляемых металлических зеркал, где всегда происходит некоторое поглощение энергии падающего пучка.

...своей известностью, причем не только в научных кругах. Ньютон при жизни более всего был обязан своим оптическим исследованиям, а самым популярным его произведением была «Оптика», которая в течение многих десятилетий оставалась энциклопедией науки о свете.

Что читать в «Кванте» об отражении и преломлении

1. «Принцип Ферма» — 1984, № 1. с. 36;
2. «Дела и проделки феи Морганы» — 1984, № 8;
3. «Несколько опытов с объективом» — 1984, № 11:
4. «Что такое радуга» — 1984, № 12, с. 20:
5. «Лучи и волны» — 1985, № 11, с. 23:
6. «Оптические приборы» — 1986, №10;
7. «А что будет, если...?» — 1986, № 12.
8. «Как однажды Жак-звонарь головой сломал фонарь...» — 1987, № 12.

Ответы

1. За счет отражения света на границе вода — воздух.
2. Да, если изготовить изо льда собирающую линзу.
3. Лучи света слабо преломляются при переходе из воды в глаз и не дают резкого изображения на сетчатке.
4. Свет, отраженный от аквалангиста при больших углах падения лучей, испытывает полное внутреннее отражение от границы «вода — воздух». Свет же, отраженный от рыбака при любом угле падения, проходит в воду.
5. Показатель преломления вещества.
6. Со скоростью 4 м/с.
7. Из-за рассеяния света капельками в тумане.
8. См. рис.

   

9. Многократным внутренним отражением лучей света, попавших в драгоценный камень.
10. Солнечный свет, рассеянный атмосферой, значительно ярче света звезд.
11. Три (см. рис.).

    

12. Щурясь, люди как бы уменьшают «диафрагму» зрачка, и изображение становится более резким.

Микроопыт

С помощью очков для дальнозорких можно сфокусировать, например, поток солнечного света, с очками для близоруких — нельзя.