Новый физический фейерверк - Джирл Уокер

Если царапина оказывается строго слева или справа от солнца, линия взгляда попадет в раствор рассеянного веером света от этой царапины, только если царапина вертикальная. Если же царапина выше или ниже солнца, ее можно увидеть, только если она расположена горизонтально. В общем случае царапина видна, если она расположена вдоль касательной к окружности с центром вокруг того места, где вы видите солнце. Поэтому, когда вы видите большое количество мелких царапинок, создается иллюзия, что на самом деле они расположены на окружностях вокруг солнца. Если где-то имеется скопление царапин, может казаться, что они образуют отходящую от солнца радиальную полоску.

Взгляд попадает внутрь веера рассеянного света, только если царапина находится вблизи того места, где видно солнце. Иначе рассеянный царапиной свет не виден, и царапина незаметна.

Если самолет попадает в столб пепла и дыма, поднявшегося в воздух при извержении вулкана, царапины на оконных стеклах могут привести к экстремальной ситуации. Так, 24 июня 1982 года у британского авиалайнера, пролетавшего над дымящимся вулканом Галунггунг в Индонезии, отказали все четыре двигателя, а поднявшийся в воздух вулканический пепел поцарапал окно кабины пилота. Экипажу с трудом удалось запустить три двигателя, и командир направил борт в Джакарту, где самолет должен был совершить вынужденную посадку в темноте. Однако через поцарапанные окна ничего не было видно. Посадка проходила по командам второго пилота, пытавшегося рассмотреть огни посадочной полосы через две узкие полоски сохранившего прозрачность стекла.

Если подойти близко к паутине и посмотреть через нее на солнце, видишь свет, рассеянный (испытавший дифракцию) на шелковистых нитях и клейких шариках — ловушках, оставленных пауком на некоторых из них. Рассеяние на нити во многом напоминает рассеяние на царапине оконного стекла: рассеянный свет расходится от нити плоским веером. Рассеянный на шарике свет представляет собой расходящийся световой конус. И в том и в другом случае угол, на который расходится рассеянный свет, различен для разных длин волн, а это значит, что при рассеянии возможно разложение белого света на цвета. Если изменить угол зрения, меняются и цвета, которые можно увидеть. Именно за счет того, что углы, на которые отклоняется рассеянный свет разных цветов, различны, царапины на окне могут казаться цветными.

Когда вы ночью под дождем едете по улице, на ветровом стекле автомобиля видны яркие полосы света, созданные уличными фонарями и другими источниками света (рис. 6.40a). Эти полосы, а они могут быть прямыми или изогнутыми, направлены в одну общую точку. При движении машины кажется, что они вращаются вокруг этой точки. Если в дневное время смотреть на солнце через ветровое стекло, на нем тоже можно увидеть похожие полоски.

Рис. 6.40 / Задача 6.106. a) Полоски и пятна на ветровом стекле машины. б) Внутреннее отражение внутри ветрового стекла.

Часто кажется, что полоса света от лампы или солнца не плоская, что это яркая линия, ведущая от ветрового стекла к источнику света. Искривленные полоски напоминают тропинку, которая берет начало в долине, а затем взбирается на холм. Почему появляются такие полосы и что придает им глубину?

Ночью на ветровом стекле можно видеть еще много разных не столь ярких полос и пятен. Обычно пятна разбросаны по стеклу случайным образом, но иногда они «выстраиваются», образуя прямые или изогнутые линии. Есть полосы, которые, как кажется, проходят через источник света. Хотя этим они напоминают полосы, описанные выше, но в отличие от них не указывают на какую-то определенную точку на ветровом стекле. Такие полосы иногда видны не только через ветровое стекло. Иногда их можно увидеть даже через очки.

ОТВЕТ • Щетки дворников проделывают дугообразные бороздки в налипшей на ветровом стекле грязи. Рассеянный на бороздке свет расходится плоским веером в направлении, перпендикулярном касательной к бороздке (см. предыдущую задачу). Свет, рассеянный на большом числе соседних бороздок, формирует полосу, которую мы видим. В зависимости от кривизны ветрового стекла такая полоска может быть либо прямой, либо изогнутой. В любом случае ее нижний конец указывает на центр дуги, то есть на место крепления дворника.

Полоса не кажется плоской, потому что на самом деле каждый глаз видит свою полосу. Меньше всего эти две полоски расходятся на том конце, где мы видим источник света, а вблизи шарнира дворника расстояние между ними самое большое. Мозг человека объединяет эти два изображения в одно. В нашем восприятии участки, разнесенные на большее расстояние, кажутся ближе тех участков, расстояние между которыми меньше. В случае широкого источника света уходящая вглубь полоска выглядит странно: она самая широкая там, где мы видим такой источник, но этот участок полоски воспринимается как самый отдаленный. Эта картина полностью противоположна обычной, которую мы видим, глядя на уходящую вдаль настоящую дорожку.

На ветровом стекле и на самых разнообразных стеклах и пластиках можно видеть и полоски другого типа. Причина их появления — прямые лучи света, идущие к вам от источника через слой стекла и рассеивающиеся внутри этого слоя (рис. 6.40б). Когда луч света проходит через слой, возникает частичное отражение. Световые лучи, оставаясь внутри слоя, могут еще много раз отражаться от его внутренних поверхностей, но при каждом отражении часть света покидает слой. Если слой искривлен и вы смотрите на вогнутую поверхность, видны не только световые лучи, идущие прямо к глазам, но в какой-то мере и лучи, выходящие из слоя стекла сбоку от направления вашего взгляда. Вы видите полоску, уходящую прямо вдоль линии, направленной от вас к источнику света. Если каким-то образом сделать невозможным попадание прямых лучей света от источника на стекло, например, высунувшись из окна машины, закрыть пальцем нужное место снаружи ветрового стекла, полоса исчезнет. (Не забудьте съехать с проезжей части и остановить машину. Этот эксперимент не стоит того, чтобы потерять руку в результате дорожного происшествия.)

Яркие пятна — результат рассеяния или отражения от брызг грязи, прилипшей к ветровому стеклу. Если стекло искривлено, можно увидеть и световые лучи, исходящие от заляпанных грязью участков стекла. В этих местах видны яркие пятна.

Расположите на столе виниловую пластинку так, чтобы ее центр оказался примерно посередине между вами и небольшой настольной лампой, освещающей пластинку. Потушите в комнате остальной свет (в комнате должно быть темно), закройте один глаз и посмотрите на отражения на пластинке. Вы увидите, что ее поверхность освещена неравномерно. Нет на ней и одного яркого пятна, как было бы при отражении лампы в зеркале. Вместо этого на пластинке видны яркие узкие линии.

Меняя положение пластинки, можно добиться того, что на ней будут видны пересекающиеся линии или две линии, напоминающие гиперболы. В обоих случаях по крайней мере одна из линий будет проходить через центр пластинки. Иногда на пластинке, всегда на той линии, которая проходит через ее центр, появляется особо яркое пятно. Похожую картину из ярких пятен можно иногда увидеть, посмотрев ночью через оконные жалюзи на уличный фонарь. Вы можете объяснить, что вы видите?