Свет И Цвет

Отражение света

Стрельба по отражениям

Около Зальцбурга есть озеро Кенигзее, оно окружено высокими юрами, и поэтому поверхность ею всегда очень спокойна. Здесь проводятся соревнования по стрельбе. Соревнующиеся целятся не в мишень, а в ее отражение в воде озера, причем пуля попадает в цель рикошетом, отскочив от воды. Вероятность попадания, по-видимому, так же велика, как и при прямом выстреле.

Замечательно то, что пуля не отскакивает от поверхности воды, а проникает (хотя и неглубоко) в воду. Гидродинамика показывает, что движущаяся пуля выталкивается из жидкости по направлению к поверхности и в результате пуля выходит из воды под тем же углом к поверхности, под которым она входила в нее. Движение пули было прослежено при помощи экрана, опущенного в воду.

(далее...)

Гелиотроп Гаусса

Поместите маленькое зеркало так, чтобы оно отражало солнечный свет. Отражение, полученное вблизи от зеркала, имеет те же очертания, что и само зеркало; дальше оно становится менее отчетливым, еще дальше — круглым; на большом расстоянии это— действительное изображение Солнца. Закройте теперь часть зеркала. Световое пятно остается круглым, но тускнеет. Трудно проследить пятно на расстоянии больше 50 м, но наблюдатель сможет и на этом расстоянии увидеть зеркало, все еще ярко сверкающее на Солнце.

Укрепите зеркало в зажимах или между двумя камнями где-либо в открытом месте, чтобы отраженный луч был совершенно горизонтальным. Удаляйтесь от этого места все дальше и дальше, но не теряя из виду свет. Вы заметите, что это довольно трудно, но, к счастью, диаметр луча все время увеличивается по мере вашего удаления; отклоняясь в сторону, вы оцените ширину луча — на расстоянии 100 м она равна 1 м. Нужно помнить, что Солнце движется по небесному своду, поэтому лучше проделать этот опыт около полудня, так как тогда отраженный луч будет оставаться в горизонтальной плоскости и вам не придется менять установку зеркала.

(далее...)

Отражение в садовом зеркальном шаре

В школе всегда изучают выпуклые зеркала, но эти зеркала невелики по размерам и их кривизна мала. На зеркальном шаре, какие мы иногда видим в садах, они соответствуют небольшому кусочку (отмечен жирной линией), который повернут к нам и в котором мы можем видеть собственное отражение.

Но зеркальный шар предоставляет нам гораздо больше возможностей. Самое замечательное, что мы можем видеть в нем всю поверхность небесной сферы (правильнее сказать,— и небо, и землю), заключенной внутри круга. Зеркальный шар действует как оптический инструмент с идеально большой апертурой. Конечно, это возможно лишь постольку, поскольку все изображения деформируются: они сжаты по радиусу тем больше, чем ближе расположены к «краю» шара. Для простоты предположим, что как наблюдаемый объект, так и наблюдатель находятся от шара на значительном (по сравнению с радиусом шара R) расстоянии; тогда объект в направлении, составляющем угол а с СО, будет изображаться на расстоянии r=R*sinA/2 от центра шара. Видно, что по мере возрастания а до 180° r увеличивается до R и, таким образом, все на земле, а также и небо, фактически отражается в шаре. В отражении отсутствует только небольшое пространство, расположенное точно за шаром, которое становится тем меньше, чем дальше от шара мы находимся.

(далее...)

Отражение в мыльных пузырях

Бойс, который провел столько прекрасных опытов на мыльной пене, советует выдувать мыльные пузыри на свежем воздухе. Для этого необходимо выбрать безветренный день и хорошо защищенное от движения воздуха место. В таких условиях удается наблюдать отражения на тонкой сферической поверхности во всей их прелести.

Обращенная в нашу сторону половина шара представляет собой выпуклое зеркало и дает такие же прямые изображения, как садовый шар. Чем ближе изображения к краям пузыря, тем больше они сжимаются и искривляются.

(далее...)

Неправильности на поверхности воды

Вообразите лужицу воды во впадине среди дюн, куда не попадает ветер, который мог бы всколыхнуть воду. То там, то здесь из воды высовывается стебелек травы или тростника. Обратите внимание на интересное явление: каждый стебелек окружен пятном света именно в том месте, где он высовывается из воды. Стебелек действует как капилляр, поверхностное натяжение воды заставляет ее подниматься вокруг основания стебля. Образовавшийся водяной холмик отражает свет, и его можно увидеть с большого расстояния. Если одна часть лужи отражает темный склон дюн, а другая — яркое небо, то около границы этих двух частей можно увидеть, как все маленькие холмики отражают сочетание темного и светлого в зависимости от направления, по которому мы смотрим.

Подобным же образом повсюду, где в реке есть хотя бы малейшее течение, можно увидеть маленькие водовороты. Внутри каждого водоворота давление несколько слабее и на поверхности образуется не большее углубление. Диаметр такой впадины равен примерно 4 см, а глубина — нескольким миллиметрам. Поблизости от границы между темными и светлыми отражениями на поверхности воды совершенно отчетливо видны даже самые слабые возмущения. Часто явственно различается сетка струй.

(далее...)

Оконное и зеркальное стекла

По отражению в окнах домов вы можете сразу же решить, какое в них стекло: обычнее или зеркальное. Если в окно вставлено зеркальнее стекло, то отражения сравнительно правильные, если же стекло обычное, то они настолько неправильны, что сразу заметны неровности поверхности стекла.

Интересно, насколько различен внешний вид домов в бедных и богатых кварталах. Среди домов богачей, в окна которых вставлены зеркальные стекла, вы сразу отличите дом с простыми оконными стеклами. Мы легко заметим, что два оконных зеркальных стекла, помещающиеся рядом, не находятся точно в одной плоскости, так как отражения края крыши в них смещены по отношению друг к другу. Мы также сразу замечаем, что в одном хорошем зеркальном стекле есть небольшой порок, а поверхность другого не совсем плоская.

(далее...)

Неправильное отражение на воде, покрытой легкой рябью

Длинные дорожки света на поверхности воды неотделимы для меня от ощущения спокойного вечера. Я вижу Луну, отраженную в море и отбрасывающую широкую полосу света. Или я вспоминаю дома и башни древнего Брюгге, отраженные в спокойных каналах, причем каждое пятнышко света, каждая цветная полоса — все вытянуто по вертикали, и эти полосы, длинные и короткие, колышутся, делаясь то ярче, то темней, сверкая и угасая.

Как образуется пятно отраженного света

Интересно, что мы находим в отражении только вертикальные линии. Труба или тонкая высокая мачта отражаются очень отчетливо, но четкая линия крыш при этом исчезает. Вертикальные стволы деревьев отражаются весьма резко, но стволы деревьев, которые имеют хоть небольшой наклон, отражаются не так отчетливо, а их горизонтальные ветви совсем исчезают. Стройная шея лебедя отражается яркой полоской света, а туловище птицы теряется в движении воды.

(далее...)

Подробное изучение световых столбов

Интересно также проследить формы отражений па каждой отдельной волне. На каждой из них есть пятно света, вытянутее в горизонтальном направлении, причем пятно вытягивается, превращаясь в небольшую линию, по мере склонения Солнца к горизонту, и все эти небольшие световые полосы вместе образуют вертикальный столб.

На расположенном ближе к нам конце светового столба мы можем ясно увидеть, как дорожка света удлиняется или укорачивается в зависимости от того, как группируются волны на воде, в то время как на другом отдаленном конце световые пятнышки постепенно сливаются.

(далее...)

Отражение от полосы воды, покрытой рябью

Дорожки света часто бывают асимметричны: когда, стоя у канала, смотришь на фонарь на противоположной стороне, находящийся, скажем, правее, то световой столб уже не лежит в вертикальной плоскости, проходящей через глаз наблюдателя и источник света; он отклоняется, приближаясь к направлению канала.

Все же теория наша была верна. Когда идет дождь и нет ветра, пятна света абсолютно вертикальны, в каком бы направлении вы ни смотрели.

(далее...)

Отражение от большой водной поверхности, покрытой волнами

Отражение от волнующегося моря всегда сопровождается явлением, которое мы назовем смещением отражения к горизонту. Отражение А'В' границы АВ между облаком и голубым небом гораздо ближе к горизонту, чем сама граница на небе. Ближайшие к горизонту 25 или 35 градусов в действительности едва ли буду г видны в отражении. Все изображения, конечно, будут неравномерно искажены, но действие этого явления настолько сильно, что заметно влияет даже на общее распределение света по всей видимой поверхности моря. Этим можно объяснить тот факт, что деревья на берегу, дюны и т. п. никогда не отражаются в море, так как они недостаточно высоки. По той же причине мы почти никогда не увидим отражения корабля, так как темное пятно, которое должно было образоваться, как бы придвигается к самому кораблю.

Отражение Солнца в волнах представляет собой исключительно яркое, слепящее пятно, которое, по мере того как Солнце приближается к горизонту, становится более или менее треугольным. Это явление также указывает на смещение отражения к горизонту.

(далее...)

Видимость очень слабого волнения

Очень маленькие волны легче рассмотреть, глядя на их гребни под прямым углом, чем если гребни будут расположены параллельно взгляду. Поэтому, чтобы увидеть, как ветер поднимает волны, на поверхность канала, как правило, нужно смотреть в направлении, параллельном самому каналу. Именно поэтому великолепные скрещивающиеся волны позади корабля хорошо видны с моста, и в то же время они практически неразличимы с берега.

Это явление объясняется так же, как и превращение отражения фонаря в световую дорожку. Если вы смотрите на волны под прямым углом, вы, так сказать, видите большую ось светового пятна; если вы смотрите в параллельном направлении, то видна малая ось. Волны вызывают большие отклонения на поверхности воды в направлении, перпендикулярном к их гребням.

(далее...)

Пятна света на поверхности грязной воды

Даже в том случае, когда поверхность воды гладкая как зеркало, мы часто видим вечером световые дорожки у отражений уличных фонарей. Эти световые блики не похожи на красивое мерцание света на волнах; они совершенно спокойны и неподвижны. Появляются они там, где поверхность воды загрязнена; очевидно, частицы пыли образуют много мельчайших неровностей на поверхности воды, которые оптически равносильны небольшим волнам. Можно ожидать, что световые дорожки становятся тем уже, чем более наклонно мы смотрим на поверхность — и это действительно так.

При более или менее вертикальном падении луча эти световые пятна почти неразличимы; при скользящем падении луча пятна становятся очень заметными и явно указывают на присутствие пыли на поверхности. Такая большая разница в интенсивностях должна иметь особую причину. Частицы пыли так малы, что мы вправе говорить о рассеянии, а не отражении света. Мы увидим, что рассеяние на таких частицах гораздо сильнее в направлении, близком к направлению падающего луча. Вот почему чем более наклонно мы смотрим на поверхность воды, тем ярче нам кажется пятно света.

(далее...)

Пятна света на снегу

Иногда поверхность снега бывает покрыта слоем отдельных снежинок — красивых маленьких плоских дисков и звездочек, более или менее горизонтальных.

Если вы захотите найти на снегу отражение низко стоящего Солнца, вы заметите красивую световую дорожку, что следует приписать небольшим отклонениям некоторых «снежных пластинок» от горизонтальной плоскости. Солнце должно находиться низко над горизонтом; тогда световая дорожка суживается и становится ярче и заметнее.

(далее...)

Пятна света на дорогах

Пятна, напоминающие световые дорожки на волнующейся поверхности, появляются также и на дорогах. Особенно яркими они бывают после дождя, когда все покрыто водой и блестит.

Великолепно видны эти отражения на асфальтовых шоссе, однако их можно увидеть и на булыжной мостовой и даже на дорогах, покрытых гравием. Даже и без дождя дороги наши обычно так хорошо отражают свет, что световые дорожки появляются практически всюду, если только смотреть под достаточно малым углом.

(далее...)

Отражения в лужах во время дождя

Возникновение бликов вокруг изображения фонаряВзгляните вечером во время дождя на отражение уличного фонаря в луже. Отражение окружено множеством искорок, которые появляются около того места, где падает капля дождя, причем все они выглядят как небольшие световые линии, расходящиеся от отражения. Форел заметил это же явление, когда через темное стекло наблюдал за отражением Солнца в спокойной воде, в которой то там, то здесь поднимались воздушные пузырьки.

(далее...)

Световые круги в ветвях деревьев

Когда позади дерева находится зажженный уличный фонарь, ночью видно, что свет отражается некоторыми ветвями; эти светящиеся пятна в действительности представляют собой более или менее длинные световые полосы, располагающиеся концентрически вокруг источника света.

Возникновение световых кругов в кроне дерева

В том случае, если фонарь горит совсем близко от дерева, лучше всего смотреть, стоя в тени ствола. Однако то же явление можно наблюдать при солнечном освещении, особенно после дождя, когда блестящие мокрые сучки образуют нежный узор из качающихся световых полос на темном фоне. Чтобы предохранить себя от слепящего света Солнца, наблюдателю следует укрыться в тени стены или крыши. Исключительно красивы также сверкающие обледеневшие ветки.

(далее...)