Kaminsky A
Kaminsky A.M. Sarcini de calitate originale. Optica // Fizica: probleme de aranjare. - 2000. - Nr. 1. - S. 19-25.
1. În America Centrală, peștii Anabbeps văd bine în ambele medii. Ea înoată chiar la suprafața apei, astfel încât ochii ei să iasă din apă. De ce este posibil acest lucru?
Acest pește are două retine, iar cristalinul are formă de ou. În acea parte a ochiului care este scufundată în apă, zona cristalinului are o curbură mare.
2. Cum funcționează „oglinzile unidirecționale”, permițându-vă să vedeți prin ele într-o direcție în timp ce reflectați lumina în cealaltă?
O parte este mai strălucitoare decât cealaltă. Imaginea slabă a observatorului se pierde pe fundalul unui puternic flux de lumină reflectat de oglindă.
3. De ce nu ar trebui să udați frunzele plantelor de grădină într-o zi însorită?
Picăturile concentrează lumina soarelui pe suprafața frunzei și se carbonizează.
4. De ce ochii de pisică strălucesc în întuneric când o rază de lanternă este îndreptată spre ei?
La carnivore, ochii reflectă lumina. Ochii lor sunt un sistem de lentile și o oglindă curbată care reflectă lumina asupra unei surse.
5. Cât de departe de noi se formează un curcubeu, i.e. la ce distanţă sunt acele picături de apă datorită cărora ia naştere.
Pentru un curcubeu, contează doar unghiul dintre razele solare incidente și linia vizuală a observatorului. Picăturile pot fi localizate la o distanță de la câțiva metri până la câțiva kilometri.
6. Uneori se observă cercuri în jurul Soarelui sau Lunii (mic Halo). Acesta este de obicei situat la o distanță unghiulară de 22° și este colorat în roșu la interior și în alb sau albastru la exterior. De ce apare? Este adevărat că Halo este considerat un vestitor al ploii?
MicHaloul este cauzat de refracția luminii în cristalele de gheață care cad. Axele principale ale cristalelor pe care se formează Halo sunt orientate aleatoriu într-un plan perpendicular pe fasciculul de lumină incident. Prin urmare, în orice punct la un unghi de 22 ° există cristale care sunt orientate astfel încât să dea o lumină strălucitoare. Razele albastre sunt refractate cel mai mult, astfel încât partea exterioară este vopsită în această culoare.
7. Legendele spun că vikingii dețineau o „piatră a soarelui”, cu care puteau găsi Soarele în spatele norilor și chiar dincolo de orizont (la latitudini mari, Soarele la amiază poate fi sub orizont). Ce cristal și ce fenomen au folosit vikingii?
Se crede că vikingii foloseau cristale de corderită. Dacă lumina incidentă este polarizată de-a lungul uneia dintre cele două axe ale acestui cristal, atunci cristalul pare transparent. Dacă lumina este polarizată de-a lungul celeilalte axe, atunci cristalul apare albastru închis. Întorcându-l și urmărind schimbarea culorii, vikingii ar putea determina direcția polarizării luminii. Cu experiență, poți găsi direcția Soarelui, chiar dacă este dincolo de orizont, deoarece lumina împrăștiată de cer este polarizată.
8. De ce nu tot cerul are aceeași nuanță, dar o parte din el este un albastru mai strălucitor?
Lumina soarelui este împrăștiată de moleculele de aer, iar lumina cu o lungime de undă mai scurtă este împrăștiată mai mult. Prin urmare, atunci când Soarele este aproape de orizont, cerul de deasupra observatorului este în mare parte albastru. Albăstrul cerului la o distanță de peste 90° față de Soare este mai slab, deoarece cerul este iluminat de lumină care a parcurs o distanță mai mare în atmosferă și și-a pierdut componenta albastră.
9. De ce norii obișnuiți sunt în mare parte albi, dar norii de furtună sunt negri?
Dimensiunea picăturilor de apă dintr-un nor este mult mai mare decât moleculele de aer, astfel încât lumina din acestea nu este împrăștiată, ci reflectată. În același timp, el nuse descompune în componente și rămâne albă. Norii foarte densi fie nu transmit deloc lumina, fie o reflectă în sus.
10. Uneori apar nori sidefați, care au tonuri foarte frumoase. Sunt rare și sunt observate doar la latitudini mari. După apusul soarelui, sunt atât de strălucitori încât lumina din ele colorează zăpada. Care sunt caracteristicile acestor nori?
Norii sidefați sunt situați la o altitudine foarte mare și sunt formați din picături ale căror raze (0,1-3 microni) sunt apropiate de lungimea de undă a luminii vizibile. Pe aceste picături, lumina este difractată, ceea ce depinde atât de raza picăturilor, cât și de lungimea de undă.
11. De ce fasciculele reflectoarelor, care au fost folosite în timpul războiului pentru a detecta avioanele, se rup atât de brusc în aer?
Fasciculul este slăbit nu numai din cauza divergenței, ci și din cauza împrăștierii atmosferice. Prin urmare, intensitatea sa scade exponențial și se termină destul de brusc.
12. Într-o noapte fără lună, lumina zodiacală și contraradierea sunt vizibile pe cer. Lumina zodiacală este un triunghi cețos care poate fi observat în vest timp de câteva ore după apus sau în est înainte de răsărit. Contra-radianța este o strălucire destul de slabă care apare în direcția opusă soarelui. Cum să explic astfel de străluciri?
Aceste străluciri sunt asociate cu împrăștierea luminii de către praful cosmic care vine din centura de asteroizi. Lumina zodiacală se datorează prafului din interiorul orbitei Pământului. Contraradianța este lumina împrăștiată de praf în afara orbitei Pământului.
13. Dacă stai pe munte cu spatele la soare și privești în ceața groasă care se răspândește în fața ta, poți vedea o chenară curcubeu (sau un inel închis) în jurul umbrei capului. De ce apare un halou și cum sunt aranjate culorile în el?
Aureola se datoreazăîmprăștierea înapoi (spre sursă) a luminii prin picături de apă, ale căror dimensiuni sunt proporționale cu lungimea de undă a luminii. Lumina care se întoarce intră în picătură din lateral și iese din lateral (dar pe cealaltă parte), fiind supusă reflexiei în interiorul picăturii și, de asemenea, rotunjind-o de-a lungul suprafeței (difracție). Unghiul de backscatter depinde de lungimea de undă, astfel încât se formează inele colorate; întrucât unghiul depinde și de mărimea picăturilor, inelele apar numai atunci când picăturile nu diferă foarte mult ca mărime.
14. Soarele sau luna sunt uneori înconjurate de o dungă strălucitoare - o coroană. De obicei, coroana este o dungă albă, dar uneori albul este urmat de albastru, apoi verde și roșu. Ce a cauzat-o?
Coroanele din jurul Soarelui și Lunii se datorează difracției luminii de către picăturile de apă. Razele de lumină care provin din diferite părți ale picăturii interferează unele cu altele. În acest caz, apar inele deschise și întunecate. Dacă picăturile au aceeași dimensiune, atunci este posibil să distingem inele de culori diferite.
15. În timpul unei plimbări nocturne, puteți vedea adesea un halou curcubeu în jurul luminilor stradale, chiar și pe vreme senină. De ce?
Coroanele din jurul felinarelor se explică prin difracția luminii prin obstacole proporționale cu lungimea de undă a luminii. Dar, în acest caz, particulele se află în interiorul ochiului. Acestea sunt fibrele radiale ale cristalinului sau particulele de mucus de pe suprafața corneei.
16. De ce îți poți vedea umbra în apa noroioasă, dar nu în apa limpede?
Pentru a-ți vedea propria umbră pe apa noroioasă, trebuie să fii capabil să știi lumina reflectată de la suprafața apei. În apa limpede, această lumină relativ slabă se pierde împotriva luminii reflectate de jos. Când apa este tulbure, lumina reflectată de fund este foarte atenuată sau absorbită, astfel încât se formează umbre.
17. Dacă apropii degetul mare și arătătordegete, apoi apare o linie întunecată între ele. De ce?
O linie întunecată este un set de franjuri întunecate ale unui model de interferență care apare atunci când lumina este difractată de un spațiu între degete.
18. Care sunt acele puncte neclare care uneori cresc și alteori scad în fața ochilor tăi?
19. De ce țesăturile colorate se estompează la soare?
Radiațiile ultraviolete, fiind absorbite de moleculele organice ale vopselelor, rupe legăturile moleculare. Acest lucru duce la pierderea pigmentului.
20. Dacă, privind ecranul televizorului, mormăi „mmm” cu gura închisă, atunci vor apărea linii întunecate pe ecran. „Mooing” în tonul adecvat poate determina aceste benzi să se miște în sus, în jos sau să stea nemișcate. De ce „mâhâitul” ne afectează atât de mult vederea”?
Imaginea de pe ecran „clipește”, deoarece este formată ca urmare a scanării orizontale de către un fascicul de electroni. „Mooing” cu frecvența corespunzătoare provoacă vibrații ale capului și ochilor. În acest caz, aceeași imagine care se repetă cade periodic în aceeași zonă a retinei. Rezultă o imagine stroboscopică a ecranului televizorului. Dacă frecvența „moo” se schimbă, atunci imaginea se va mișca.
21. Închizând un ochi cu un pahar de ochelari de soare și privind cu ambii ochi la un pendul care se balansează, vom vedea că descrie o elipsă în spațiu. De ce există o imagine tridimensională aparentă?
Mișcarea aparentă de-a lungul elipsei se explică prin faptul că percepția pendulului de către un ochi închis de un filtru întunecat rămâne în urmă cu câteva milisecunde. Creierul, comparând informațiile de la doi ochi, „plasează” pendulul fie mai aproape, fie mai departe de poziția adevărată. Prin urmare, oscilația pare a fi bidimensională.
22. Privind în cerul senin, vei vedea multe puncte în mișcare în fața ochilor tăi. Ei sunt mereu prezenți, dar de obicei noi nule acordăm atenție. Ce sunt și de ce se mișcă în smucitură?
Creierul „ignoră” orice imagine nemișcată din ochi, în timp ce vasele din retină și umbrele lor sunt nemișcate. Un alt lucru sunt umbrele celulelor sanguine care se deplasează prin capilare; aceste umbre sunt vizibile ca puncte care se mișcă intermitent.
23. La lumină slabă, albastrul pare mai strălucitor decât roșu, dar la lumină bună, roșul pare mai strălucitor decât albastrul. De ce luminozitatea relativă a culorilor depinde de nivelul de iluminare?
În lumină puternică, vederea se datorează conurilor, iar în lumină slabă, tijelor. Există trei tipuri de conuri care sunt sensibile la culori: roșu, galben, albastru. Tijele sunt cele mai sensibile la lumina verde și cel mai puțin sensibile la roșu. Dacă creșteți iluminarea, atunci vederea trece de la „tijă” la „con” (efect de culoare Purkinje).
24. O muscă s-a așezat pe linia frontală a obiectivului camerei. Cum va afecta acest lucru calitatea imaginii?
Musca va bloca unele dintre razele care intră în lentilă, ceea ce va duce la o estompare a imaginii.
25. De ce o persoană distinge contururile obiectelor mai rău seara decât în timpul zilei?
Seara, pupilele unei persoane se dilată. Dar obiectivul nu este un obiectiv perfect. Imaginile date de diferite părți ale lentilei sunt deplasate unele față de altele din cauza aberației. Cu cât „funcționează” mai multă parte a lentilei, cu atât imaginea este mai neclară.
26. De ce se joacă Soarele cu culori diferite la răsărit și mai ales la apus?
Razele soarelui la apus și răsărit parcurg un drum lung în aer. Conform teoriei lui Rayleigh, razele albastre, albastre și violete se vor împrăștia, iar razele părții roșii a spectrului vor trece. Prin urmare, Soarele este vopsit în tonuri de galben, roz, roșu, partea opusă a cerului pare a fi vopsită în albastru cu o tentă violet.culoare. Răsăritul oferă o imagine mai luminoasă și mai clară, pe măsură ce aerul devine mai curat în timpul nopții.
27. Dacă priviți fasciculul unui reflector din lateral, acesta pare curbat. E chiar asa?
Această eroare de percepție se datorează faptului că cerul ni se pare a fi bombat.