optika

Фокусування лінзою сонячних променів

optik — Mon, 12 May 2014 14:10:00 GMT

Як отримати вогонь за допомогою лінзи?

Якщо в сонячний день на відкритому повітрі сфокусувати лінзою сонячні промені, то їх енергії буде достатньо для того, щоб отримати вогонь (принаймні запалити сухий папір або сухе дерево). Варто зауважити, що такий ефект можна отримати не лише від звичайної скляної лінзи, яка збирає промені. Звичайний графин з водою, який має кулеподібну форму, також може призвести до займання, якщо сфокусовані ним промені потраплять на легкозаймисту речовину. При цьому сама вода залишається холодною. Були навіть випадки, коли від кулеподібної скляної ємності з водою, яка залишалася на відкритому вікні в сонячний день, загорялися скатертини на столах та штори. Дуже небезпечно залишати в лісі, особливо на відкритих галявинах, розбиті скляні пляшки, або скляні, і навіть прозорі пластикові, пляшки з водою чи іншою прозорою рідиною. Це може спричинити пожежу в лісі, оскільки в цьому випадку пляшка або шматок скла працюють як лінза, яка фокусує сонячні промені в певну точку, що стає причиною займання.

Лід також може бути матеріалом для лінзи, якою можна добути вогонь. У цьому випадку лінза, виготовлена з льоду буде заломлювати промені, але сама при цьому не розігріється і не розтане. Лінзу з льоду можна виготовити, наливши воду у ємність відповідної форми та заморозивши її (наприклад, у морозильці холодильника), а потім трохи підігріти цю ємність із льодом (наприклад, руками або сірником), і льодова лінза без проблем вийметься з неї. Але варто пам'ятати, що у кімнаті за зачиненим вікном енергії сонячних променів недостатньо для того, щоб отримати полум'я, тому подібні експерименти краще проводити на відкритому повітрі. А щоб лінза з льоду не танула від температури зовнішнього повітря, доцільно проводити такий дослід взимку в ясний морозний день.

Варто зауважити, що властивість скляних лінз створювати вогонь була відома ще древнім грекам, а відомий письменник Жуль Верн у своєму романі «Таємничій острів» розповів як інженер, журналіст та моряк, які потрапили на безлюдний острів, змогли розпалити багаття без сірників та запальнички. Ось уривок в цього роману:

«…- Але хто запалив вогонь? – запитав моряк.

Сонце, - відповів Спилетт.

Журналіст не жартував. Дійсно, Сонце доставило вогонь, яким так захоплювався моряк. Він не вірив власним очам і був настільки вражений, що не міг навіть розпитувати інженера.

Значить у Вас було скло, яке запалює? – запитав інженера Герберт.
Ні, але я його виготовив.

І він його показав. Це були просто два скельця, які зняв інженер зі свого годинника та годинника Спилетта. Він з’єднав їхні кромки глиною, попередньо наповнивши проміжок між цими скельцями водою, і таким чином отримав справжню лінзу для запалювання, за допомогою якої, сфокусувавши сонячні промені на сухому мохові, інженер отримав вогонь…».

У цьому випадку проміжок між скельцями від годинників потрібно було заповнити водою тому, що самі скельця дуже тонкі, і промені світла, які крізь них проходять майже не змінюють свого напрямку, а значить не можуть зібратися у фокусі. Для того, щоб звести сонячні промені у фокус необхідно проміжок між двома тонкими скельцями заповнити прозорою речовиною, яка має показник заломлення більший ніж показник заломлення повітря (показник заломлення повітря дорівнює 1). Саме так і зробив герой роману Жуля Верна.

Полярне сяйво

optik — Sun, 11 May 2014 14:34:41 GMT

Чому з’являється полярне сяйво?

Полярне сяйво – це одне з найкрасивіших і найвеличніших явищ природи. Його форми багаті й різноманітні. Переливаючись усіма барвами веселки, яскраво спалахуючи і гаснучи, воно являє собою феєричне видовище.

Як правило полярні сяйва набувають чотири основні форми:

Найбільш проста форма – однорідна дуга або однорідна смуга, яка має досить рівномірне світіння, яке є більш яскравим у нижній її частині і поступово щезає догори. Така дуга зазвичай охоплює весь небосхил у напрямку схід-захід. Колір такої різновидності полярного сяйва, як правило, білувато-зелений, а також червонуватий або бузковий.
Наступна форма полярного сяйва – це промені. На небі видно щільно розташовані одна повз одну вузькі вертикальні лінії, що світяться, нібито велика кількість виставлених в один ряд потужних прожекторів світять вгору.
Найбільш вражаючими є світіння, які мають форму стрічок, що можуть утворювати складки, або закручуватися у своєрідні спіралі. У цьому випадку високо в небі висять гігантські завіси, які коливаються, змінюють обриси та форму. Зафарбування таких стрічок в основному зеленувато-синє, з переходом до рожевих та червоних тонів у нижній частині.
Також варто відзначити полярні сяйва, які мають форму розмитих великих плям, дуже схожих на хмари. Їх називають дифузними плямами. Як правило, плями мають білий або червонуватий колір.

Різні форми полярного сяйва можуть виникати одночасно, накладаючись одна на одну. При цьому промені, стрічки, смуги, плями весь час рухаються. Також змінюється й інтенсивність їхнього світіння.

Що ж це за явище – полярні сяйва? Чому вони виникають?

Ще М.В.Ломоносов висловив припущення, що небесні сполохи (так називають полярні сяйва мешканці Півночі) мають електричну природу.

Для підтвердження своїх здогадів учений робив численні експерименти. Він брав скляну кулю, викачував повітря і пропускав крізь неї електричні заряди. «Збуджена електрична сила в кулі, з якої витягнуто повітря, несподівані промені породжує, котрі миттю зникають, і майже водночас нові на їх місці вискакують, так що безперервні полиски ніби утворюються…» - писав В.М.Ломоносов, спостерігаючи в мініатюрі копію небесних явищ. І він робить надзвичайно сміливий для того часу висновок: «… цілком можливо, що північні сяйва народжуються від електричної сили, що виникла в повітрі…»

Учені, котрі продовжили експерименти М.В.Ломоносова, підтвердили його припущення. Вони заповнювали порожнисті трубки азотом, воднем, аргоном, неоном та іншими розрідженими газами і пропускали крізь них електричний струм. Виявилося, що кожен газ світиться по-різному: неон давав червоне свічення, аргон – блакитне тощо. В результаті цих дослідів було науково доведено, що полярні сяйва справді мають електричну природу.

Згодом встановили, що сяйво виникає від свічення розріджених газів у верхній частини атмосфери, яка називається іоносферою. І виникає воно на висоті близько 80-500 кілометрів від поверхні землі, а інколи й за тисячу і більше кілометрів від поверхні земної кулі.

Також було помічено, що поява полярного сяйва пов’язана з активною діяльністю Сонця. Коли на Сонці відбуваються вибухи, то в атмосферу Землі на великій швидкості вриваються потужні потоки заряджених часток. Вони бомбардують частки розріджених газів, які входять до складу іоносфери, і змушують їх світитися. Таким чином, полярне сяйво – це люмінесцентне світіння, яке виникає в результаті взаємодії заряджених частинок, які летять від Сонця (електронів та протонів) з атомами та молекулами земної атмосфери.

Магнітне поле Землі відхиляє потоки сонячних частинок до полюсів, тому полярні сяйва з’являються переважно в холодних полярних районах земної кулі. Якщо на поверхні Сонця з’являється особливо багато плям (це відбувається періодично, приблизно через кожні 11 років), то полярні сяйва з’являються частіше та охоплюють величезні простори небосхилу.

За історичними даними дуже яскраві мальовничі полярні сяйва спостерігалися 4 лютого 1872 року (сяйво охопило майже всю земну кулю), 25 січня 1938 року (це сяйво бачили жителі Криму, Північного Кавказу і навіть Африки), 24 березня 1940 року, 20 лютого 1950 року, а також у вересні 1950 року. У п’ятому столітті нашої ери полярне сяйво бачили в Римі (воно було криваво-червоного кольору та дуже скидалось на заграву пожежі).

Вивчаючи полярні сяйва можна отримати багато корисної інформації щодо складу газів верхніх шарів атмосфери, а також про швидкість та енергію сонячних частинок. Ці відомості є досить важливими як для наукових так і для практичних цілей.

Комп'ютерне зображення

optik — Wed, 07 May 2014 09:09:28 GMT

Зображення очима комп'ютера

Існує два основних метода створення графічних зображень на електронно-обчислювальній машині: растровий та векторний.

Растрове зображення складається із точок (пікселей) різних кольорів і виглядає нібито аркуш паперу в клітинку, на якому кожна клітика має певний колір. Кожен растровий малюнок містить певну кількість точок по горизонталі та вертикалі, число яких визначає розмір зображення.

Наприклад, для операційної системи Windows стандартні розміри екрана дисплея в пікселях становлять: 640х480, 1024х768, 1280х1024. Чим більша кількість пікселів міститься на екрані при однакових геометричних розмірах зображення, тим більша роздільна здатність при відтворенні даного зображення.

Растрова графіка дозволяє отримати високоякісне зображення, тому за її допомогою можна ефективно відтворювати реальні образи. Растрові зображення використовують для збереження в електронному вигляді фотографій, художніх репродукцій тощо. Недоліком растрового представлення малюнка є великі за розміром файли для зберігання таких зображень і погіршення якості растрового зображення при збільшенні або зменшенні його розмірів.

Векторні зображення створюються за допомогою математичного опису простих об'єктів - ліній, кіл, з яких створюються складні. Такі прості об'єкти називаються графічними примітивами. Перевагою вектроної графіки є те, що файли, у якиз зберігаються векторні зображення, приблизно в 101000 разів менші за розміром, ніж файли, у яких зберігаються аналогічні растрові зображення.

У векторній графіці повністю використовуються усі переваги роздільної здатності того конкретного пристрою, на який виводиться зображення. При відтворенні векторного зображення пристрої виведення інформації отримують команду намалювати об'єкт заданого розміру із використанням відповідної роздільної здатності дисплея.

Еволюція зорової системи

optik — Tue, 06 May 2014 09:05:46 GMT

Еволюція зорової системи

Здатність живих організмів сприймати світло та реагувати на світлові подразники виникла ще на початкових етапах розвитку рослинного життя. Рослини використовують світло для живлення, тобто в процесі фотосинтезу енегрія фотонів перетворюється в поживну для рослини речовину за рахунок певних хімічних реакцій. Але рослини не використовують світло як джерело інформації, тому у них відсутній механізм підсилення енергії світла.

Використання світла для отримання інформації про навколишній світ передбачає, що у живої істоти повинен бути підсилювач енергії світла, розташований безпосередньо на рецепторі (тобто світлочутливому органі). Завдяки цьому підсилювачу дуже мала енергія фотонів (світло являє собою поток фотонів) перетворюється на значну більшу енергію нервових імпульсів. Тільки таким чином око здатне передавати інформацію в м'язи та мозок.

Така адаптація зорової системи живих істот набула великого різноманіття форм. Наприклад, структура сітківки птахів, які ведуть активний спосіб життя вдень, в декілька разів тонша, ніж у тварин, які ведуть нічний спосіб життя. Крива спектральної чутливості людського ока добре відповідає максимуму розподілення сонячного денного світла (550 нм). У сутінках максимум чутливості людського ока зміщується до 510 нм, що відповідає синьоватому відтінку світла, яке розсіяне небом після заходу сонця.

Час накопичення людським оком інформації складає 0,2с, що добре узгоджується з часом нервової та м'язової реакції людини в цілому. Наявність такої узгодженості підтверджується тим, що спеціально сконструйовані телевізійні камери з часом релаксації 0,5с (і більше) дуже незручні в експлуатації та викликають роздратування.

Має місце чітка відповідність між діаметром палочок та колбочок людського ока (світлочутливих рецепторів, розташованих на сітківці ока людини) та діаметром дифракційного диска в той момент, коли розмір отвору зіниці максимально наближений до свого мінімального значення і становить приблизно 2мм (таке відбувається при дуже яскравому освітленні).

У багатьох тварин зіниці мають не круглу, а щілиноподібну форму та орієнтовані у вертикальному (змії, представники котячих) або у горизонтальному (кози, коні) напрямках. Вертикальна щілина забезпечує високу чіткість зображення, обмежену для вертикальних ліній абераціями лінз, а для горизонтальних - дифракційними ефектами.

Зорова система жаби являє собою вражаючий приклад адаптації в залежності від способу життя. Її нервові зв'язки влаштовані таким чином, щоб відмежувати рухи привабливих для жаби мух та ігнорувати сторонню зорову інформацію.

Навіть у зоровій системі людини можна спостерігати дещо підсилену чутливість периферичного зору до мигаючого світла, що можна вважати як охоронну систему для попередження про ймовірну небезпеку.

Живе світло

optik — Sat, 03 May 2014 09:13:51 GMT

Живе світло - це світло, яке випромінюють живі організми. Біолюмінесценція

Існує досить багато істот, які світяться. У лісі можна спостерігати світлячків, а також світіння гнилушок Причому світіння гнилушок зумовлене тим, що світяться деякі види грибів, які ростуть на пеньках та старих деревах. Але найбільш вражаючим видовищем є світіння моря, яке зумовлене світінням живих організмів, що його населяють. Море, як правило, світиться зеленуватим або блакитним світлом. Нечасто спостерігається жовтувато-зелене або жовте світіння. Дуже рідко можна спостерігати світіння іншого забарвлення - фіолетове, помаранчеве, червоне.

Існує багато описів світіння моря, більшість яких, звичайно, зроблено моряками. Вони свідчать при морські хвилі, що світяться, коли розходяться від корабля, про молочну світлову доріжку за кормою, при глибині, які палахкотять. Дуже яскраве світіння спостерігається при цунамі. Таким чином, варто відзначити, що світіння моря не виникає прото так само по собі, а завжди є відповідною реакцією на будь-які збуджуючі впливи. Цими збуджуючими факторами є будь-які хвилювання морської поверхні, прибій, проходження суден, землетруси та утворення хвиль цунамі. Навіть при проходженні звичайної лодки може виникати слід, що світиться, при цьому з весел будуть стікати "вогняні" краплі, а від їх ударів по воді розходитися кола, що світяться. Також слід зауважити, що світіння моря є нестійким. Воно може яскраво спалахнути в одному місці та несподівано зникнути в іншому. Інтенсивність морського світіння досить швидко змінюється.

Світіння живих організмів - це холодне світіння. Під впливом подразнюючих факторів вони виділяють енергію виключно у вигляді світла, жодним чином не розігріваючись. Практично вся світлова енергія, яка ними виділяється, знаходиться в інтервалі довжин хвиль від 0,4 мкм до 0,6 мкм (тобто видима область). При цьому максимум випромінювання відповідає синій та зеленій частинам спектра.

Організми, що світяться, є доволі раціональними випромінювачами. По-перше, вони зовсім не витрачають енергію на невидиме, зокрема теплове, випромінювання. Для порівняння слід зауважити, що навіть найбільш досконалі галогенні лампи приблизно третину енергії випромінюють в інфрачервоній області спектру. По-друге, максимум інтенсивності випромінювання морських істот припадає на область спектру, для якої морська вода є найбільш прозорою (синьо-зелена область), тому світлові сигнали організмів розповсюджуються у воді з найменшими втратами. Існують також такі живі організми, які не реагують світінням ні на механічні, ні на електричні подразники, але яскраво спалахують при додаванні у морську воду прісної води.

Ще у XVII ст. Р.Бойль виявив, що світінния деревини, яка гниє, припиняється без доступу повітря і знову з'являється при доступі повітря. Звідси було зроблено висновок, що світіння виникає в результаті хімічної реакції за участю повітря. Пізніше було встановлено, що в цій реакції ключову роль відіграє кисень, тобто має місце реакція окислення.

Біолюмінесценція відбувається за рахунок енергії, яка виділяться при деяких хімічних реакціях. Бактерії, які світяться, світлячки, молюски, ракоподібні та інші морські іистоти, які мають здатність випромінювати світло, мають окремі молекули-випромінювачі, які випромінюють світло у синьо-зеленій області. Для такого випромінювання необхідно, щоб молекула-випромінювач спочатку збудилася, для чого їй потрібно прореагувати з киснем. Таким чином, перший етап біолюмінесцентного процесу - це реакція окислення, в якій беруть участь спеціальні молекули-випромінювачі. Саме реакція окислення є джерелом тієї енергії, яка потім перетворюється на світлову енергію. Такою є енергетична основа біолюмінесценції.

Реакція окислення відбувається лише при наявності певної речовини, яка виробляється живим організмом. У загальному випадку цю речовину називають люциферазою і вона є ферментом.

Тобто біолюмінесцентний процес можна описати так: у віповідь на зовнішній подразник організм виробляє люциферазу. При появі люциферази починається окислення молекул-випромінювачів, в результаті чого вони переходять у збуджений стан. Збуджені молекули-випромінювачі повертаються до вихідного стану, випромінюючі фотони синьої або зеленої області спектру.

Світіння живих організмів у морських глибинах дає їм змогу орієнтуватися, полювати та розпізнавати одне одного.

Тиск світла

optik — Tue, 29 Apr 2014 14:32:07 GMT

Тиск світла.

Досліди П.М. Лебедєва

Світло, падаючи на будь-яку поверхню, чинить на неї тиск, який залежить від величини світлового потоку та відбиваючої здатності цієї поверхні.

Видатний вчений Петро Миколайович Лебедєв ще у 1891 році, ознайомившись з дослідженнями астронома Бредихіна, в яких було доведено, що хвости комет завжди напрямлені в бік, протилежний Сонцю, припустив, що промені сонячного світла здійснюють тиск на частинки, з яких складаються хвости комет, і нібито "віддмухують" їх.

Але цю теорію потрібно було довести. Взагалі тиск світла теоретично обгрунтував Максвел (автор електромагнітної теорії світла), однак ця теорія не була підтверждена практичними дослідженнями, тому її не можна було вважати однозначно доведеною.

Варто зазначити, що П.М.Лебедєва називали королем фізичного експерименту. І це справді заслужене звання! Оскільки він завжди проводив такі досліди, здіснення яких знаходилося на межі можливостей для лабораторних досліджень.

Але як же все-таки виміряти тиск світла? Принципова схема досліду досить зрозуміла. Потрібно підвісити на нитці легку пластинку з противагою. Пластинку освітити потужним променем світла, а противагу залишити в тіні. Якщо пластина буде обертатися навколо вісі підвіса, значить, світло здійснює тиск; сиулу якого можна розрахувати в залежності від кута повороту пластинки. Якщо ж пластинка не буде обертатися, то це означає, що світлового тиску немає. От така схема. Але яким чином відокремити надзвичайно малу дію світла від дії інших, значно більших сил? Під впливом світла повітря прогрівається, що є причиною виникнення конвекційних потоків, а вплив цих потоків на пластинку буде значно суттєвішим, ніж дія самого світла. Нарешті, як уникнути впливу радіометричних сил, з якими молекули повітря відштовхуються від нагрітих частин приладу?

Лебедєв спочатку вивчає тиск різних видів хвиль - електромагнітних, гідравлічних, звукових. Потім протягом трьох років великий вчений власноруч виточує деталі для вигаданих ним приладів, сам збирає лабораторне устаткування, багато разів його переробляючи та видозмінюючи.

І ось настає час найголовнішого. Як позбутися завад та виділити тиск світла у чистому вигляді? Лебедєву зрозуміло: легку пластинку, яку він пестливо називає крильцем, потрібно розташувати в закритому скляному балоні та відкачати з нього повітря. Але як це зробить? Найбільш досконалий на той час вакуумний насос залишав у посудині забагато молекул повітря. Лебедєв вдається до хитрощів. Він розміщує в балоні крапельку ртуті і трохи її нагріває, продовжуючи відкачувати повітря. Ртуть випаровується і нібито виштовхує залишки молекул повітря з балону. Але як тепер позбутися парів ртуті? Це досит просто. Потрібно охолодити балон до мінус 40⁰С, і ртуть замерзне.

Але все-таки молекул повітря і в цьому випадку залишається забагато, щоб повністю не враховувати конвекційні потоки. Ці конвекційні потоки виникають внаслідок того, що з освітленого боку крильця повітря нагрівається більше, ніж з тіньового. І от Лебедєв конструює прилад, який дозволяє з одного джерела освітлювати то один, то інший бік крильця. І от нарешті з конвекційними силами питання вирішене - вони тепер урівноважують одне одного.

Але найскладніше попереду. Потрібно побороти вплив радіометричних сил. Радіометричні сили виникають внаслідок того, що молекули повітря відштовхуються від нагрітих частин приладу з більшою силою, ніж від холодних. Виникають вони практично миттєво і, головне, діють в тому ж напрямку, що і сили світлового тиску. Що ж робити?

Одне джерело радіометричних сил - це скляна стінка балона. Чи можна зменшити її нагрівання? Варто зауважити, що світло складається з електромагнітних хвиль різної частоти. Вони й потрібні досліднику, оскільки тільки вони потраплять на крильце й здіснять на нього тиск. Решта частот - це баласт, вони затримуються склом та нагрівають його. А що, якщо на їх шляху поставити спеціальні фільтри, які дозволять звільнитися віл баласту? Скло все одно буде трохи нагріватися, але балон можна зробити трохи більши, щоб молекули, які відскочили від стінки не змогли передати всю свою надлишкову енергію крильцю, а розгубили її стикаючись на своєму шляху з іншими молекулами... Таким чином, Лебедєву вдалося побороти одне джерело радіометричних сил.

Але лишилося друге джерело радіометричних сил, оскільки освітлений (а значить, нагрітий) бік крильця також відштовхує молекули повітря з більшою силою, ніж тіньовий. Тут радіометричні сили будуть виникати завжди. Від них неможна позбавитися, не позбавившись світлових променів, а значить, і тиску світла. Але Лебедєв знайшов вихід і з цього замкненого кола. Шляхом проведення низки експерементів вчений знаходить закономірність у поведінці радіометричних сил у цьому випадку. А якщо є певна закономірність, то її можна врахувати. Виявляється, що ці сили тим більші, чим тонша пластинка, на яку потрапляє світло. Таким чином потрібно на шляху світла поставити не одне, а два крильця, причому одне з них повинне бути в кілька разів товще за інше. За різницею кутів відхилень цих двох крилець можна порахувати радіометричні сили та виключити їх вплив при остаточних розрахунках сил світлового тиску. Нарешті задача було повністю успішно вирішена!

Лебедев про своє видатне відкриття доповів в 1900 році. Йому на той час було 34 роки.

Таким чином людство отримало, ще одну унікальну експериментальну установку, яка складається з легкого каркасу із закріпленими на ньому тонкими "крильцями" - світлими та темними дисками товщиною від 0,01 до 0,1 мм. Диски розташовані симетрично відносно осі підвісу, навколо якої каркас може повертатися. Світло, падаючи на "крильця", чинить на світлі та темні диски різний тиск. Тому каркас, підвішений на тонкій скляній нитці, зазнає обертального моменту, щи закручує нитку. Тиск світла визначається за кутом закручування нитки.

Явище світлового тиску можна пояснити як на основі хвильових уявлень про світло, так і з точки зору квантової теорії світла.

За електромагнітною теорією світла, тиск світла пояснюється виникненням механічних сил, які діють на електрони освітлюваного тіла з боку електричного й магнітного компонентів електромагнітного поля.

Квантова теорія світла пояснює світловий тиск як результат передавання фотонами свого імпульсу атомам або молекулам речовини.

Веселка

optik — Tue, 22 Apr 2014 16:18:43 GMT

Чому після дощу утворюється веселка?

Веселка - це сонячні промені, перетворені в спектр.

Але ж на небі нема скляних лінз та призм, яким же чином сонячні промені розкладаються в спектр?

Справа в тому, що при утворенні веселки призми та лінзи замінюють дощові краплини та крижані кристалики. При цьому процес заломлення променів у них має досить складний характер. Відбувається це таким чином.

Сонячний промінь, який потрапив у краплю, змінює напрямок руху, однак, після того, як дійде до протилежної внутрішньої поверхні, відбивається, і знову заломившись, виходить з краплини. При цьому промінь білого світла розпадається на кольрові. Але від кожної краплі ми можемо побачити лише один який-небудь кольоровий промінчик. Решта променів, розсіюються та йдуть далі вище або нижче очей спостерігача. Верхні краплини надішлють червоні промені; від крапель, які розташовані нижче, будуть відбиті помаранчеві, ще нижче - жовті, потім - зелені, блакитні, сині та фіолетові промені. Відбиті промені сусідніх крапель зливаються та утворюють загальну кольорову смугу. Однак, оскільки крапель дуже багато і знаходяться вони на різній висоті, то ми можемо спостерігати відразу велику гамму кольорів у вигляді чітко окреслених смуг.

Слід також зауважити, що спостерігачеві видно лише ті кольорові промені, які йдуть від крапель, що розташовані по колу на рівній відстані від нього і від сонця. Цим, зокрема, і пояснюється форма веселки у вигляді дуги. Коли Сонце знаходиться високо в небі, величина дуги менша, при низькому положенні Сонця відносно горизонту, веселка займає значно більше місця на небі. З літака можна спостерігати захоплююче красиве видовище - не дугу, а повний круг веселки.

Веселка іноді буває дуже яскравою, а іноді ледве помітною. Це пояснюється розміром дощових крапель. Якщо дощові краплини великі, діаметром близько 1-2 мм, то на небі з'являється дуже яскрава веселка, на якій особливо чітко видно червону, фіолетову і блакитну дуги. У випадку, коли краплі води невеликі, з діаметром близько 0,2-0,3 мм, то веселка майже непомітна через незначну яскравість червоної дуги. Якщо дощові краплини менше ніж 0,1 мм, то ми зможемо побачити дуже бліду веселку, в якій чітко видно буде тільки фіолетову смугу. При малесеньких дощових краплинках, розмір яких не перевищує 0,05 мм видну веселку білого кольору. Білу веселку можна побачити під час дуже сильних морозів, коли найменші краплинки води знаходяться в повітрі в переохолодженому стані.

Дисперсія та спектр світла

optik — Mon, 21 Apr 2014 13:45:38 GMT

Дисперсія світла та кольоровий спектр

Якщо пропустити пучок білого світла крізь скляну призму, то на екрані виникне смужка, забарвлення якої безперервно змінюється. Її називають призматичним або дисперсійним спектром. Розкладення білого світла у спектр у процесі проходження крізь призму – це прояв дисперсії.

Дисперсією називають залежність від довжини хвилі швидкості світла в речовині, тобто показника заломлення речовини n.

Дисперсія світла характерна для всіх середовищ, крім вакууму.

У вакуумі швидкість поширення електромагнітних хвиль будь-якої довжини однакова (3*10⁸ м/с), а в речовині залежить від довжини хвилі. Тому відрізняються і показники заломлення n=c/v для різних хвиль, що входять до складу білого світла. Слід зауважити, що колір усіх променів пов’язаний з довжиною хвилі.

Проходячи крізь призму, складові частини білого променя зазнають різного заломлення і виходять розбіжним кольоровим пучком.

Явище дисперсії світла можна спостерігати не лише в процесі проходження світла крізь призму, а й багатьох інших випадках. Наприклад, заломлення сонячного світла у краплях води, які утворюються в атмосфері після дощу, є причиною появи веселки на небі.

Дисперсія називається нормальною, коли показник заломлення збільшується із зменшенням довжини хвилі.

Перші експериментальні дослідження дисперсії світла належать Ньютону, який показав, що біле світло складається з семи кольорів: червоного, помаранчевого, жовтого, зеленого, блакитного, синього, фіолетового. Збираючи лінзою в одне місце кольорові промені, що вийшли з призми, Ньютон отримав на екрані замість забарвленої білу смужку. Отже, при сполученні кольорових променів спектра утворилося біле світло.

Це відкриття Ньютона відбулося зовсім випадково. Одного літнього дня у 1666 році Ньютон заснув вдень сидячі в кріслі. Щоб нічого не порушувало його спокій, ззовні потихеньку зачинили ставні. Коли Ньютон прокинувся він побачив сонячний промінь, який пробився крізь малий отвір у ставнях. Розширюючись, цей сонячний промінчик вималював на протилежній від вікна стіні світлу плямку. Оскільки Ньютон у той час дуже цікавився оптичними приладами і весь час з ними працював, то у нього на столі було дуже багато різноманітних оптичних деталей, серед яких були призми та лінзи. От він і взяв одну з призм та розташував її на шляху цього сонячного променя. Зробивши це вчений побачив як світловий промінь, пройшовши крізь призму, заломився, змінив свій напрямок і трохи нижче того місця, де до цього виглядав світлим кружком, утворив цілу гамму кольорів.

У цій різнобарвній гаммі найвище була розташована червона смужка, нижче помаранчева, потім жовта, зелена, блакитна, синя і нарешті фіолетова. Причому скільки разів вчений ставив призму на шляху сонячного променя, стільки разів він отримував картинку з такою самою послідовністю розташування кольорових смуг. Це було захоплююче видовище і всю цю систему кольорів Ньютон назвав спектром.

Чому він обрав саме це слово? Мабуть тому, що на стіні він спостерігав чудову кольорову примару, про існування якої ніхто раніше і не здогадувався. Однак, найбільш вдалої назви неможливо й підібрати, оскільки латинське слово «спектрум» і означає видіння, примара.

Захисний колір

optik — Mon, 21 Apr 2014 08:39:57 GMT

Захисний колір

У військовій справі дуже важливо, щоб військові та їхня техніка були непомітними для ворога, тобто зливалися з оточуючим фоном. Саме тому одяг військових роблять характерного захисного кольору. Сіро-сталеве забарвлення військових кораблів – це також захисний колір, оскільки судна, пофарбовані сіро-сталевою фарбою є малопомітними на фоні моря.

Також слід згадати й так званий «тактичний камуфляж»: військове маскування окремих предметів – укріплень, зброї, танків, кораблів, штучний туман тощо. Військовий табір маскують за допомогою спеціальних сіток, в комірки яких вплітають пучки трави.

Захисний колір також використовується й у військовій авіації. Літак, пофарбований у брунатний, темно-зелений та фіолетовий кольори (які схожі на природні кольори земної поверхні), при спостереженні з літака зверху стає практично непомітним на оточуючому фоні.

Маскування нижніх поверхонь літака від спостереження із землі здійснюється фарбуванням цих поверхонь фарбою кольору, який подібний до небесного: світлий блакитний, світлий рожевий та білий. Ця фарба розташовується на нижніх поверхнях літака невеликими плямами. На висоті близько 750 метрів ці плями зливаються в загальний малопомітний фон. На висоті 3000 метрів літаки з подібним маскуванням є невидимими.

Захисним кольором, придатним для будь-яких обставин є дзеркальна поверхня, яка відбиває фон. Предмет, пофарбований світло відбиваючою (нібито дзеркальною) фарбою автоматично набуває вигляду оточуючого середовища, тому виявити його з далекої відстані практично неможливо (такий принцип був використаний німецькими військовими під час першої світової війни).

Захисне забарвлення

optik — Sun, 20 Apr 2014 15:13:39 GMT

Захисне забарвлення тварин

Природа для захисту тварин передбачила їхнє захисне забарвлення. Наприклад, тварини, які мешкають в пустелі , як правило, мають характерний жовтуватий «колір пустелі». Таке забарвлення притаманне леву, ящіркам, деяким птахам, а також більшості павуків та черв’яків. Ті ж тварини, які живуть на Півночі, наприклад, полярний ведмідь, мають білий колір, який дозволяє їм маскуватися серед білих снігів. Метелики та гусінь, які живуть на корі дерев, також мають відповідне забарвлення, яке дуже подібне до кольору кори дерев.

Аналогічна ситуація спостерігається і з мешканцями річок та морів. Наприклад, риби, які живуть серед бурих водоростей, мають захисний бурий колір, завдяки якому їх дуже складно побачити. Ті морські тварини, що переважну більшість часу знаходяться серед червоних водоростей, мають захисний червоний колір. Слід зауважити, що сріблястий колір риб’ячої луски також є захисним забарвленням. Таке забарвлення захищає риб від хижих птахів, які виглядають їх згори, та від водяних хижаків, що можуть напасти на них знизу. Такий оптичний захист можливий завдяки тому, що поверхня води має дзеркальний вигляд не лише при розгляданні зверху, а й при спостереженні безпосередньо з самої товщі води (явище повного відбиття світла). Таким чином, срібляста луска риб зливається з цим фоном і їх досить важко побачити.

А от у медуз та інших прозорих мешканців водойм (черв’яків, ракоподібних, молюсків тощо) інший підхід до свого захисту – прозорість та безколірність. Саме це дозволяє їм бути невидимими в оточуючому безкольоровому та прозорому середовищі, яким є вода.

Природа також передбачила і той факт, що, наприклад, білий горностай, якого майже не видно на фоні білого снігу, буде дуже помітним з таким забарвленням коли зійде сніг. Тому, такі тварини мають властивість змінювати свій колір в залежності від пори року. Так, шубка у горностая з настанням весни стає рудувато-брунатного кольору, який зливається з кольором землі, а взимку ця тваринка знову стає сріблясто-білою.