Новый физический фейерверк - Джирл Уокер

На клумбе или в вазе цвет лепестков многих цветов меняется от лепестка к лепестку, но, если лепестки оборвать и разложить их рядом вплотную друг к другу на плоской поверхности, они все окажутся одного цвета. С чем связано изменение цвета лепестков при естественном их расположении?

ОТВЕТ • Когда лепестки лежат на плоской поверхности вплотную друг к другу, глаз воспринимает свет, отраженный от поверхности лепестка, только один раз. Благодаря поглощению света молекулами внутри лепестков в отраженном от лепестков свете, расходящемся в разных направлениях, некоторые цвета ослаблены. Например, красные лепестки гасят лучи из синей области видимого спектра, так что мы видим главным образом отраженные красные лучи. Однако если свет отражается от лепестков только один раз, как в случае с разложенными на плоской поверхности лепестками, поглощается не так много синего света, и красный цвет становится ненасыщенным (приглушенным).

То же самое можно сказать о цветах, у которых лепестки растут практически в одной плоскости. И в этом случае глаз воспринимает свет, отраженный от лепестков только один раз. Ситуация меняется, если лепестки собраны плотно и мы видим их под разными углами. Тогда есть лучи, которые до того, как будут восприняты нашими глазами, претерпевают несколько отражений. Фактически лепестки образуют «ловушку для света». Поскольку при каждом отражении поглощается какая-то часть лучей определенных цветов, оставшиеся цвета кажутся более насыщенными (глубокими). Более того, разглядывая лепестки один за другим или даже один лепесток, можно заметить, что насыщенность цвета меняется от точки к точке.

Осенью, когда листья пожелтеют, посмотрите на солнце сквозь листву осины. Почему в этом случае листья на дереве ярче, чем когда солнце будет у вас за спиной?

ОТВЕТ • После того как листья стали желтыми, они независимо от направления взгляда наблюдателя поглощают синие лучи видимого спектра и пропускают желто-красные лучи, однако разные стороны листа действуют с разной эффективностью. Если смотреть на них против солнца, то есть когда солнце светит в лицо, все листья одинаково хорошо «убирают» лучи синей области видимого спектра, поэтому свет, прошедший через листья, ярко-желтый. Когда же вы стоите к солнцу спиной, то видите и рассеянный листьями свет, и отраженный — из которого синий не вычтен. Поэтому в суммарном свете ослабление синего и относительное усиление желтого оказываются слабее.

От чего зависит цвет глаз человека? Почему глаза бывают голубыми, зелеными или карими (коричневыми)? Почему некоторые люди рождаются с голубыми глазами, а потом цвет глаз меняется и они становятся карими?

ОТВЕТ • Голубой цвет глаз обусловлен преимущественным обратным рассеянием синего света протеинами, жирами и другими частицами во внутриглазной жидкости, где они находятся во взвешенном состоянии. Мы видим этот цвет, если позади внутриглазной жидкости имеется темный фоновый слой. Если фон не слишком темный или на поверхности радужной оболочки имеются пигменты, синий цвет плохо различим, и глаза кажутся карими. Глаза выглядят зелеными, если имеется пигмент, поглощающий все цвета, кроме желтого, тогда при обратном рассеянии комбинация синих и желтых лучей воспринимается как зеленый цвет. Голубой цвет глаз может ослабнуть с возрастом, если частицы во внутриглазной жидкости становятся достаточно большими, так что на них рассеивается не только синий свет, но в равной степени свет всех цветов видимого спектра.

Почему бледнокожие европейцы синеют, когда им холодно? Почему чисто выбритая кожа европейца приобретает голубоватый оттенок? Почему вены голубые, а не красные? Ведь кровь все же красная, а не голубая.

ОТВЕТ • На поверхности кожи белого человека имеются частицы, рассеивающие синий свет сильнее всех остальных цветов видимого спектра. Однако интенсивность синего цвета слишком мала, и поэтому он виден только на темном фоне. Если на лице человека густая растительность, синий оттенок будет виден на чисто выбритой коже по контрасту, из-за того, что оставшиеся волоски создают темный фон. Когда светлокожий европеец замерзает, кровенаполнение капилляров кожи уменьшается настолько, что кожа теряет свойственную ей розоватую окраску, и тогда можно различить рассеянный голубой свет. Именно поэтому кожа трупа тоже приобретает голубоватый оттенок.

Вены кажутся голубыми, поскольку красный свет проникает в кожу глубже, чем синий. Чтобы понять, в чем тут дело, рассмотрим свет, рассеянный двумя соседними участками кожи. Участок кожи на рис. 6.45a расположен не над веной, а на рис. 6.45б — над веной. От участка а мы воспринимаем рассеянный в определенной пропорции как красный, так и синий свет. Наличие вены не влияет на рассеяние синего света на участке б, поскольку он не проникает внутрь кожи достаточно глубоко и не достигает вены. Однако прошедший глубже красный свет достигает вены и частично поглощается кровью. Таким образом, на участке б в рассеянном обратно свете интенсивность красного света меньше, чем на участке а.

Рис. 6.45 / Задача 6.123. a) Кожа рассеивает обратно и синий, и красный свет. Красный свет проникает глубже. б) Вена поглощает большое количество красного света; интенсивность рассеянного обратно красного света мала.

Поскольку участки а и б соседние, мозг подсознательно сравнивает их цвета. Объективно на этих участках интенсивность рассеянного синего света одинакова, но на участке б интенсивность рассеянного красного света меньше. Из-за приглушенности красного цвета нам кажется, что на участке б синий цвет ярче, чем на участке а. Именно поэтому вена на участке б кажется голубой, то есть ее «раскрашивает» наш мозг.

На многих освещенных солнцем поверхностях можно увидеть пятнистую структуру — узор из ярких и темных, часто цветных пятен. Сначала попробуйте увидеть эти узоры на плоской темной поверхности. Когда станет понятно, как их можно разглядеть, вы станете их замечать и на других поверхностях, например на блестящем металле или даже на ногте. Такие узоры гораздо лучше заметны, если источником света является лазер.

Если, двигая головой, следить за тем, что происходит с узором из пятнышек, созданным лазером, может показаться, что он сдвигается либо в том же, либо в противоположном направлении. Иногда создается впечатление, что пятнышки не смещаются в одном направлении, а перемещаются хаотически. Что определяет то, как они двигаются?

В некоторых случаях пятнышки двигаются, даже если наблюдатель неподвижен. Налейте в ложку не до краев обычного, не обезжиренного, молока и посмотрите на нее при ярком солнце. Вы увидите, что по краям, там, где глубина молока меньше, «танцуют» яркие цветные пятнышки. Если красное яблоко или помидор осветить красным светом гелиево-неонового лазера (длина волны 0,63 мкм), на их поверхности можно будет увидеть колеблющиеся пятнышки. В чем причина появления всех этих пятнышек?