Свет И Цвет

Интерференционные явления в дождевых каплях

Радуги

Многие из тех, кто носит очки, жалуются, что дождевые капли искажают изображение и делают его неузнаваемым. Вероятно, их можно утешить, если привлечь их внимание к великолепным интерференционным картинам, видимым по вечерам на тех же самых дождевых каплях. Все, что для этого необходимо,— это посмотреть на далекий источник света, например на уличный фонарь. Дождевая капля, случайно оказавшаяся точно перед зрачком, превращается в световое пятно с необыкновенными выступами и зубцами и каймой прекрасных цветных дифракционных колец.

Примечательно, что световое пятно остается на том же месте, даже если очковое стекло подвигать вправо и влево. Другая замечательная черта состоит в том, что общая форма и рисунок светового пятна кажутся на первый взгляд не связанными с формой дождевой капли. Объяснение несложно. Будем рассматривать глаз как маленький телескоп, создающий изображение далекого источника света, а каплю воды как группу призм, расположенных перед объективом телескопа. Тогда очевидно, что каждая маленькая призма, независимо от ее положения на очковом стекле, отклоняет группу лучей в сторону (предполагается, что они попадают в отверстие объектива); форма пятна будет зависеть, однако, от величины преломляющего угла и ориентации каждой маленькой призмы. Капля воды, удлиненная в вертикальном направлении, действительно дает горизонтальную полосу света.

Остаются еще дифракционные кольца. Они не существовав бы, если бы водяная капля была правильной линзой и создавала изображение источника света в виде точки. В этом случае все части волнового фронта, поскольку они покинули источник света одновременно, достигнут изображения в одной и той же фазе. Но поверхность капли искривлена неравномерно, и преломленные лучи не попадут в фокус, а будут касательными каустики. В этом случае в точке близ каустики всегда найдутся два световых луча, прошедших путь разной оптической длины, и возникнет интерференция. Начертив волновые поверхности, найдем точку возврата, где образуется «рог»: через точку Т всегда проходят два волновых фронта с определенной разностью фаз.