Чому моряки носять сонцезахисні окуляри - очима фізика
Чому моряки носять сонцезахисні окуляри
Вирішивши відправитися на полювання за райдугами, обов'язково зніміть сонцезахисні окуляри, особливо якщо вони з числа тих, які ми називаємо поляризованими, інакше ви ризикуєте пропустити все шоу. У мене одного разу був подібний забавний досвід. Як я вже говорив, я люблю прогулянки по пляжах острова Плам. І я вже пояснював, як можна побачити маленькі веселки в бризках хвиль. Так ось, кілька років тому я йшов уздовж пляжу. Сонце було яскравим, дув сильний вітер, і коли хвилі підкочували близько до берега, вони розбивалися на безліч дрібних бризок, так що я часто бачив у них невеликі шматочки веселок. Я вирішив показати цю красу одного, з яким разом гуляв, але він сказав, що нічого не бачить і навіть не розуміє, що я маю на увазі. Цей діалог повторився кілька разів. «Та он же вона!» - кричав я, все більше дратуючись. «Я нічого не бачу!» - кричав він у відповідь. І тут мене осінило: я попросив його зняти темні окуляри, звичайно ж, поляризовані. Без окулярів він відразу побачив веселки і навіть почав показувати їх мені! Так що ж сталося?
Райдуги в деякому роді дивні за своєю природою, оскільки майже весь їх світло поляризоване. Термін «поляризований», швидше за все, відомий вам саме з опису сонцезахисних окулярів. З технічної точки зору він не зовсім коректний, але дозвольте мені пояснити суть поляризованого світла, а потім ми повернемося до темних окулярів і веселка.
Хвилі виходять в результаті коливань «чогось». Вібруючий камертон або скрипкова струна видає звукові хвилі, про які ми поговоримо в наступному розділі. Світлові хвилі створюються вібруючими електронами. Далі, якщо вібрації мають один і той же напрямок і перпендикулярні напрямку розповсюдження хвилі, ми називаємо такі хвилі лінійно-поляризованими. Для простоти обговорення я, розповідаючи в цьому розділі про поляризованому світлі даного виду, буду називати його просто «поляризованим».
Звукові хвилі ніколи не бувають поляризованими, тому що вони завжди поширюються в тому ж напрямку, що і коливаються молекули повітря в хвилях тиску - на зразок хвиль, що генеруються іграшкою-пружинкою Slinky. А ось світло може бути поляризованим. Сонячне світло або світло від лампочки в вашому домі не поляризоване, але ми можемо без особливих зусиль перетворити його в поляризований. Один із способів зробити це - купити так звані поляризовані сонцезахисні окуляри. Тепер ви знаєте, чому ця назва не зовсім коректно. Насправді це поляризующие сонячні окуляри. Інший спосіб - придбати оптичний лінійний поляризатор (винайдений Едвардом Лендом, засновником Polaroid Corporation) і поглянути на світ через нього. Поляризатори Ленда, як правило, товщиною в один міліметр, бувають самих різних розмірів. Майже весь світло, що проходить через них (в тому числі через поляризующие окуляри), стає поляризованим.
Якщо поставити два прямокутних поляризатора один на інший (я роздаю по парі кожного студента, щоб він міг експериментувати з ними вдома) і повернути під кутом 90 градусів один до одного, світло через них не буде проходити взагалі.
Втім, природа виробляє багато поляризованого світла і без допомоги поляризаторів Ленда. Світло від блакитного неба, що йде під кутом 90 градусів до сонця, майже повністю поляризований. Звідки ми це знаємо? А спробуйте подивитися на блакитне небо (в будь-якому місці під кутом 90 градусів до сонця) через лінійний поляризатор, повільно обертаючи його. Ви помітите, що яскравість неба змінюється. Коли небо стає майже зовсім темним, світло, що надходить від тієї частини неба, практично повністю поляризований. Таким чином, щоб розпізнати поляризоване світло, досить одного поляризатора (але все набагато цікавіше, якщо у вас їх два).
У першому розділі я описував, як «створюю» в аудиторії синє світло, розсіюючи білий світ від сигаретного диму. Я досягаю цього ефекту, розсіюючи синє світло по лекційному залі під кутом близько 90 градусів; цей світ теж майже повністю поляризований. Студенти можуть побачити його через поляризатори, які завжди приносять на мої лекції.
Сонячне світло, що відбивається від води або скла, також може стати практично повністю поляризованим, якщо він (або світло від лампочки) падає на водяну або скляну поверхню під прямим кутом, який ми називаємо кутом Брюстера. (Девід Брюстер - шотландський фізик XIX століття, який зробив величезний внесок у розвиток оптики). Ось чому моряки часто носять поляризующие сонячні окуляри - завдяки їм вони блокують бо більшу частину світла, що відбивається від поверхні води.
Я завжди ношу в гаманці хоча б один поляризатор - так-так, завжди - і закликаю своїх студентів чинити так само.
Навіщо я розповідаю вам все це про поляризованому світлі? Потім, що світло від веселок майже повністю поляризований. Поляризація відбувається, коли сонячне світло відбивається всередині краплі води, що, як ви вже знаєте, - необхідна умова для формування веселки.
Я створюю на своїх лекціях особливий вид веселки (використовуючи одну, хоч і дуже велику, краплю води) і завдяки цьому можу довести наступне: 1) червоний знаходиться на зовнішній частині веселки, 2) синій (фіолетовий) - на її внутрішньої частини, 3) в середині веселки відображається яскравий білий світ, якого ніколи не побачиш у зовнішній частині, і 4) світло веселки поляризований. Тема поляризації веселки мене надзвичайно цікавить (це одна з причин, чому я завжди ношу з собою поляризатори).