Физические парадоксы, софизмы и занимательные задачи - Ланге В.Н.
Скачать (прямая ссылка):
других средств геометрической оптики получить сколь угодно узкие волновые
пучки, какие хотелось бы иметь инженеру Гарину.
11 В. Н. Ланге
. Полное доказательство невозможности получить узкий параллельный пучок
лучей, а также ряд очень интересных оптических задач с их подробным
разбором можно найти в книге профессора IY Г. Слюсарева "О возможном и
невозможном в оптике", выпущенной вторым изданием в 1957 г.
Государственным издательством техникотеоретической литературы. С этой
книгой мы настоятельно и рекомендуем познакомиться читателю.
Остается добавить, что все сказанное безусловно справедливо для приборов,
в которых используются принципы геометрической оптики. Однако
сравнительно недавно советские ученые Н. Г. Басов и А. М. Прохоров
создали установки, в которых предварительно возбужденные атомы излучают
запасенную ими энергию практически одновременно. (Такие излучатели можно
назвать когерентными.) В результате получается очень тонкий, почти не
расходящийся пучок лучей. Плотность лучистой энергии в нем так велика,
что на расстоянии нескольких метров пучок способен пробить доску. С
помощью "квантовых генераторов" (коротко их принято называть лазерами)
уже сейчас с поразительной точностью определяются расстояния в геодезии и
астрономии, высверливаются тончайшие - диаметром в несколько микрон -
отверстия в твердых драгоценных камнях и металлических изделиях,
производятся хирургические операции над глазом человека. С каждым днем
область применения лазеров расширяется.
За открытие квантовых генераторов Н. Г. Басов и А. М. Прохоров были
удостоены Ленинской, а затем вместе с американским ученым Ч. Таунсом
Нобелевской премий. В 1964 г. Ленинская премия была присуждена группе
советских ученых под руководством члена-кор-ренспондента АН СССР Б. М.
Вула и профессоров Д. Н. Наследова и С. М. Рывкина за разработку и
внедрение в производство малогабаритных полупроводниковых лазеров.
110
Ощущение того или иного цвета, возникающее в глазу наблюдателя,
определяется не длиной волны, зависящей от показателя преломления среды,
а частотой электромагнитных колебаний, воздействующих на окончания
154
зрительного нерва. Частота пр,и переходе из одной среды в другую не
меняется. Действительно, из
следует, что
Ci Со
Xj х2 *
то есть отношение -j- остается постоянным. Но это отношение как раз и
представляет частоту колебаний.
Поэтому свет, воспринимаемый в воздухе как красный, будет казаться таким
же и в воде.
111
Частицы табачного дыма рассеивают падающий на них свет по-разному, в
зависимости от длины волны. Сильнее всего рассеиваются лучи с малой
длиной волны-• фиолетовые, синие, голубые. Длинноволновые лучи, лежащие у
другого конца спектра, рассеиваются значительно меньше, так как явление
дифракции - огибание светом преград - свойственно для них в данном случае
зйа-чительно больше. Поэтому в пучке света, прошедшего через облако дыма,
преобладают красноватые оттенки. Наоборот, при наблюдении со стороны
источника света или сбоку мы видим в основном, коротковолновые лучи и дым
нам кажется голубоватым.
Зависимость поглощения световых лучей от цвета всегда принимается во
внимание на практике: в аварийные и предупреждающие об опасности фонари
вставляются красные стекла (красный цвет светофора!), а в целях
светомаскировки (во время войны, например) освещение осуществляется
синими лампами.
112
Свойство человеческого глаза таково, что при полосах равной ширины синее
и белое полотнища кажутся шире красного. При отношении же 30:33 :37 все
полосы кажутся одинаковыми. Заметим, впрочем, что сейчас все полосы
французского флага разрешено делать одинаковой ширины.
¦ .155
113
Как уже упоминалось в задаче 110, длина волны, соответствующая красному
цвету, равна примерно 0,65 мк. Зеленому цвету соответствует длина волны
около 0,55 мк. Таким образом, изменение длины волны вследствие эффекта
Допплера должно было бы составить
-0,55 мк
гГсг. = 0,85.
0,65 мк
Это означает, что частота электромагнитных колебаний, попадающих в глаз
автомобилиста, должна вследствие взаимного сближения его с источником
света возрасти в
6Ж=1'18 Раза'
то есть примерно на 20%- Такое увеличение частоты возможно лишь при
космических скоростях. Минимальная скорость, при которой становится
заметным эффект Допплера в оптике, должна быть около 500 м/сек.
114
Как известно, электроны в атомах могут находиться в разных состояниях,
каждому из которых соответствует различная энергия. При переходе
электрона из состояния с более высокой энергией в состояние с более
низкой "излишек" энергии выделяется в виде электромагнитного излучения. В
зависимости от его частоты наблюдатель видит свет того или иного цвета.
В металлах наиболее удаленные от ядра электроны (в химии их называет
валентными) за счет тепловой энергии легко переходят в "возбужденное"
состояние и так же легко возвращаются в "нормальное", отдавая запасенную
энергию в виде света4
Не так обстоит дело в кварце и стекле. Все электроны здесь прочно связаны
