2. Человек идет вечером по тротуару с постоянной скоростью мимо уличного фонаря. Тень, есте­ственно, удлиняется по мере его удаления от фонаря. Что можно сказать о скорости макушки тени человека в этом случае? По мере удаления она движется быстрее? Медленнее? С постоян­ной скоростью?

3. На переднюю линзу объектива фотоаппарата села муха. Как это отразится на качестве снимка?

4. Какого цвета будет казаться красная жидкость, если сосуд с ней поместить в сосуд с синей жид­костью?

5. Если смотреть на светящуюся рекламу, сделан­ную из газосветных трубок, то красные буквы всегда кажутся расположенными ближе, чем синие или зеленые. Как это можно объяснить?

любознательных

6. Мы часто наблюдаем, особенно весной, когда ра­стает снег, или летом и осенью после дождя, на асфальтовой мостовой радужные пятна. Масло от автомобилей, попадая на мокрую поверхность, растекается тончайшей пленкой. Эта пленка об­ладает способностью разлагать белый свет на его основные цвета. Как это происходит?

7. Почему днем из комнаты, окно которой завешено тюлевой занавеской, предметы на улице хорошо различимы, а предметы, находящиеся в комна­те, с улицы не видны?

8. Если, купаясь в ванне, вы захотите немного по­развлечься, захватите с собой карандаш и понаб­людайте за его тенью на дне ванны. Погрузив карандаш в воду наполовину, вы увидите, что его тень не имеет с ним ничего общего, — она скорее похожа на два стержня с закругленными концами, которые разделены светлым промежут­ком. Откуда возник этот светлый промежуток и чем определяется его ширина?

9. Какого цвета Луна? Луну мы видим белой, в телескоп поверхность ее кажется гипсовой. На­блюдения космонавтов, пробы лунного грунта и телепередачи с «Лунохода» показывают, что по­верхность ее темно-серая. Как разрешить это ка­жущееся противоречие?

10. Если приблизить небольшой темный предмет почти вплотную к зеркалу (плоскому), то в нем будут видны два изображения предмета. Правда, второе изображение будет менее четкое. Отчего это происходит?

11. Можно ли добыть огонь с помощью льда?

12. Почему стекла автомобильных фар с внутренней стороны имеют рифленую поверхность?

13. Посмотрите в солнечный день в окно. Оконное стекло кажется совсем прозрачным, невидимым. Ночью же в стекле отчетливо видны зеркальные изображения находящихся в комнате предметов.

Наоборот, если вы стоите снаружи и смотрите в комнату через окно, то отражения видны днем, а ночью их не будет. Как вы могли бы это объяс­нить?

14. Почему пена непрозрачна? Ведь воздух и вода прозрачны, а пена — это пузырьки воды, напол­ненные воздухом.

Аналогично одеколон и вода дают непрозрач­ную смесь молочного цвета, туман или облако непрозрачны, хотя состоят из прозрачных капе­лек воды. Почему?

15. На нашем пути встретилось песчаное поле. При­сядем и посмотрим вдоль этого поля. Мы заме­тим, что воздух над ним волнуется, по нему бе­гут гребни волн. Откуда взялись эти волны? Ветра совсем нет. Да и воздух ведь невидим. А почему же над песчаным полем он стал видимым?

16. Почему происходит необыкновенная игра света при восходе и закате Солнца? Почему цвет туск­неет при подъеме Солнца и скоро совсем пропа­дает?

17. Если в темноте рассматривать через раскрытый зонтик уличный фонарь, находящийся от нас примерно в 50 метрах, то можно наблюдать свое­образное световое явление. Прежде всего, это будет примерно 20 ламп, правильно расположен­ных, как клетки шахматной доски.

Начнем вращать зонтик — вместе с ним нач­нет вращаться и наша шахматная доска из световых точек. Чем тоньше материал, из которого сделан зонтик, тем больше световых точек мы увидим. Каждая из этих точек окрашена в раз­личные цвета спектра. Если материал зонтика осо­бенно тонок, будет казаться, что мы видим мно­жество маленьких светящихся радужных колец, в которых красная кайма снаружи, а голубая внутри. Как можно объяснить это явление?

18. Для увеличения резкости изображения предмета на фотопленке полезно произвести диафрагмиро­вание объектива. Однако при очень сильном уменьшении относительного отверстия объекти­ва изображение снова становится нечетким. По­чему же, несмотря на выпуск весьма чувстви­тельных фотоматериалов, позволяющих фотогра­фировать при очень маленьких диаметрах объектива, относительное отверстие меньше 1:22 перестали применять?

19. Наблюдения за курильщиками показывают, что дым представляется нам либо голубоватым, либо с красновато-желтым оттенком, в зависимости от расположения наблюдателя по отношению к курильщику, облаку дыма и источнику света. По­чему же цвет дыма зависит от точки зрения на­блюдателя?

20. Если смотреть на освещенную поверхность через широкое отверстие корпуса шариковой ручки, то вокруг узкого отверстия в корпусе видно несколь­ко концентрических темных и светлых колец. Почему наблюдаются эти кольца?

21. Положите монету на дно широкой прозрачной банки, наполненной водой, и посмотрите на мо­нету сквозь воду под разными углами зрения. При некотором угле вы увидите изображение монеты на поверхности воды. Теперь приложите к банке с обратной стороны руку. Скорее всего, это не повлияет на изображение монеты, однако, если рука будет мокрой, изображение монеты исчезнет. Почему?

Закрыв один глаз темным фильтром, например стеклом от солнечных очков, посмотрите на ка­чание простого маятника. Хотя вы точно знаете, что маятник качается в одной плоскости, у вас создается впечатление, что он описывает эллипс.

Если вам придется когда-нибудь сидеть за рулем автомобиля в солнечных очках с одним стеклом, вы обнаружите, что скорость автомоби­ля, идущего слева от вас, заметно отличается от скорости автомобиля, идущего справа, хотя на самом деле они движутся с одинаковой скорос­тью. Скорость обоих автомобилей вы оцениваете неверно. Более того, в рассмотренном случае вы неправильно оцениваете расстояние до окружаю­щих предметов. Ошибка в оценке зависит даже от того, справа или слева от вас находится пред­мет.

Чем объясняется кажущееся трехмерное дви­жение маятника? Какую роль играет световой фильтр или стекло очков в оценке этого движе­ния, скорости автомобиля и расстояния до пред­метов?

ОТВЕТЫ

1. Что такое желтизна предмета? То, что им поглощаются фиолетовые, синие, зеленые и красные лучи, а желтые отражаются, попадают нам в глаза и создают впечатление желтой окраски предме­та. Но чтобы предмет поглощал, скажем, фиоле­товые и синие лучи, они должны быть в спектре источника освещения. А как раз этих-то лучей почти нет в спектре лампы накаливания. Вот и пропадает различие между белым и желтоватым.

Если спектр источника образован в красной части, то все предметы в его свете приобретают какой-то мертвенный, синеватый оттенок. И вот почему. Исторически сложилось так, что эра ис­кусственного освещения началась с низкотемпе­ратурных источников — костер, лучина, свеча. Все эти источники (да и лампа накаливания) из­лучают преимущественно в красной части спек­тра. Мы так привыкли к красноватой окраске их излучения, что она кажется нам нормальной, ес­тественной и вместе с тем теплой.

Напротив, свет люминесцентной лампы вос­принимается как холодный. И к этому мы тоже привыкли. Но вот однажды в порядке экспери­мента были разработаны люминесцентные лам­пы, дающие красноватый цвет. Ими оборудовали один из московских продовольственных магази­нов. Через некоторое время продавцы начали жа­ловаться, что им жарко. Глядя друг на друга и видя вокруг «раскрасневшиеся» лица, люди не­вольно отнесли это на счет повышенной темпера­туры.

2. Верх тени человека, уходящего от уличного фонаря, движется быстрее, чем сам человек, но скорость эта постоянна и не зависит от длины тени.

3. Муха задержит часть лучей, поступающих в объектив, что приведет к некоторому потускнению снимка, потере четкости. Никакого изобра­жения мухи на фотографии не получится. Муха будет не в «фокусе».

4. Жидкость будет казаться черной. Сосуд с крас­ной жидкостью фактически представляет собой светофильтр, ослабляющий весь спектр, кроме красного участка. Объединение двух таких филь­тров дает сильное ослабление всего светового спектра.

5. Лучи разного цвета, например красного и синего, неодинаково преломляются в глазном хрустали­ке: синие лучи преломляются сильнее, чем крас­ные. Если две светящиеся трубки (красная и синяя) находятся на одном расстоянии от глаз, то при рассматривании красной трубки хруста­лик будет более выпуклый, чем при рассматри­вании синей. Когда мы смотрим на близкие пред­меты, хрусталик более выпуклый, чем тогда, когда мы наблюдаем за далекими предметами. Поэтому у нас и возникает впечатление, что красные буквы расположены ближе, чем синие или зеленые.

6. На тонкую пленку падает луч белого света. Часть света отражается от верхней стороны пленки, а часть света, пройдя через ее очень незначительную «толщу», отражается от ниж­ней стороны пленки. Оба луча, выходящие вместе, отличаются друг от друга так называемой «разностью хода». Первый луч проходит меньший путь, второй — больший. Разница между ними незначительна — чуть больше двойной толщины пленки, но и длина свето­вых волн тоже очень маленькая. Когда оба луча сходятся, эта разница в пути вызывает несов­падение гребней волн, а так как свет состоит из волн разных цветов, то одни цветные вол­ны усиливаются, а другие ослабляются или даже исчезают. Выделяются или ослабевают со­ответствующие цветовые оттенки.

Пленка имеет разную толщину. В одном месте на ней появляются красные цвета, в другом ^ фиолетовые, желтые, зеленые и т. д. Здесь сортировка цветных лучей происходит благодаря сложению и вычитанию волн, отраженных верх ней и нижней поверхностями тонкой пленки.

Радужные цвета можно наблюдать и на тон. кой пленке мыльных пузырей. Это явление на-зывается интерференцией.

7. Днем, если в комнате не включено освещение предметы, находящиеся в ней, освещены гораздо слабее, чем на улице. С улицы мы наблюдаем предметы в комнате через занавеску, освещен­ность которой больше освещенности предметов. Из комнаты мы видим предметы на улице через почти неосвещенную занавеску, потому что внут­ренняя сторона занавески освещена очень слабо. Заметьте, что вечером при включенном освеще­нии в комнате эффект будет обратный — с ули­цы видно хорошо все происходящее в комнате.

8. Вследствие капиллярных эффектов вода подни­мается по карандашу, и ее поверхность вблизи карандаша искривляется. Лучи света преломля­ются на искривленной поверхности так, что на тени карандаша появляется светлый промежу­ток.

9. Луна рассеивает только 1/14 часть того света, который падает на ее поверхность. Поэтому аст­рономы с полным правом считают поверхность нашего спутника серой. Отраженный от темно-серой поверхности свет сохраняет тот цвет, ка­кой имели падающие лучи. Если падающий свет был белый, то и отражающийся от поверхности Луны свет будет белым. Солнечный свет, напри­мер, отраженный даже от черного предмета, ос­тается белым. Самый черный дым из трубы, когда он освещается пучком солнечного света, отраЖй' ет от своих мельчайших частиц белый свет. Если бы Луна была обтянута самым черным бархатов» она и тогда бы сияла на небе серебристым дис­ком. Большую роль играет, конечно, и контраст с темным небом, на фоне которого даже слабые источники света кажутся яркими.

10. Дополнительное изображение предмета появля­ется потому, что часть световых лучей, отражен­ных слоем амальгамы в глубине зеркала, отра­жается от границы стекло — воздух и вновь по­падает на амальгаму.

11. Добыть огонь с помощью льда можно в солнеч­ный день. Для этого нужно сделать изо льда дво­яковыпуклую линзу, которая имеет свойство со­бирать падающие на нее параллельные лучи в одну точку. В этой точке можно получить высо­кую температуру и зажечь горючий материал.

12. Рифленая поверхность стекол автомобильных фар является как бы набором призмочек, собираю­щих лучи в нужном направлении.

13. Оконное стекло одновременно пропускает через себя большую часть света и отражает отдельную его часть. Сначала рассмотрим случай, когда мы находимся внутри помещения. Ночью здесь на­много светлее, чем на улице, поэтому отражен­ные лучи заметнее, чем незначительное количе­ство света, приходящее снаружи. Зато днем ос­вещенность на улице намного больше, чем в комнате. Поэтому в дом попадает гораздо больше света, чем отражается от стекла, и отражение становится почти невидимым, предметы за ок­ном видны очень ярко. С помощью аналогичных рассуждений вы легко разберетесь со случаем, когда наблюдатель находится снаружи — днем или ночью.

14. Непрозрачность неоднородной среды обусловлена рассеянием света в этой среде: при каждом пе­реходе света из одной среды в другую он частич­но отражается.

15. Потому что над горячей почвой воздух нагрелся и его показатель преломления изменился. Haгpeтый слой воздуха поднимается вверх, более хо­лодный идет вниз. Создается среда с неоднород­ным составом, показатель преломления которой периодически изменяется: в местах, где он боль­ше единицы, происходит незначительное прелом­ление света. Воздух при этом становится види­мым. Такое же дрожание воздуха можно наблю­дать и над костром.

Неодинаковой нагретостью воздуха объясняют­ся наблюдающиеся в пустынях миражи. Слои воздуха, находящиеся над песком пустыни, очень сильно нагреваются, и их показатель преломле­ния становится несколько меньше, чем у холод­ного слоя воздуха. Поэтому создаются условия для полного внутреннего отражения от них лу­чей, падающих под большими углами, т. е. лу­чей, идущих от очень удаленных предметов. Эти лучи и создают мираж: путник видит недалеко от себя деревья, оазисы.

За полярным кругом бывают иногда зеркаль­ные миражи. Здесь нижние слои воздуха, сопри­касаясь с холодной землей, становятся холоднее верхних, и полное внутреннее отражение проис­ходит от верхних слоев — видит изображения предметов перевернутыми. И в том и в другом случаях получаются изображения действительно где-то существующих предметов. 16. Солнечные лучи при закате и восходе солнца идут весьма наклонно к плоскости горизонта и поэто­му проходят в земном воздухе очень длинный путь. Большая часть этого пути пролегает в ниж­них слоях атмосферы, которые имеют много пыли, представляют собой то, что в физике на­зывают «мутной средой».

Свет Солнца, проходя через эту среду, рассеи­вается ею вследствие отражения от микроскопи­ческих частичек пыли, капелек водяных паров. Рассеиваются главным образом синие, голубые и фиолетовые лучи, а проходят через эту среду лучи красного участка спектра. Поэтому мы видим небо и облака окрашенными в различные оттенки красного, розового, вплоть до желтоватого тонов. Противоположная же сторона неба, которую мы видим в свете тех лучей, что она посылает к нам, кажется окрашенной в синий с фиолетовым оттенком цвет. Восход солнца дает более яркую и чистую картину, так как за ночь пыль, подня­тая трудовой деятельностью людей и ветрами, оседает на землю, и воздух делается чище, к нам доходит больше солнечных лучей.

Если наблюдать не только за окраской неба при закате солнца, но и за изменением окраски окружающих нас предметов, то и здесь можно заметить интересные явления: многие предметы, особенно сильно отражающие лучи, с западной стороны кажутся оранжевыми или даже совсем красными, с восточной стороны — темными, а тени от них имеют синюю или фиолетовую ок­раску, так как освещаются лучами, пришедши­ми с восточной стороны неба.

17. Предположим, что свет имеет волновую приро­ду. Все волны обладают свойством, пройдя через небольшое отверстие, не только продолжать дви­жение в первоначальном направлении, но и рас­сеиваться — расходиться во все стороны. Это отклонение света при проходе через небольшое отверстие получило название дифракции и мо­жет наблюдаться во всех случаях, когда свето­вые волны встречают на пути чрезвычайно ма­ленькие препятствия, по своей величине близ­кие к длине волны света. При взгляде сквозь раскрытый зонтик в глаз попадают не только волны, которые движутся прямолинейно, от лам­пы к глазу, но и те лучи, которые помимо этого прямого направления попадают на натянутый материал, проникают через имеющиеся в нем мельчайшие отверстия, вследствие дифракции от­клоняются и опять попадают в наш глаз. Эти различные лучи взаимно перекрывают друг дру­га. В том случае, когда два гребня накладывают­ся один на другой, световая волна усиливается. Так как белый свет является смесью лучей раз­личных цветов, отличающихся друг от друга длиной волны, то две волны одинакового цвета (например зеленого) могут друг друга уничтожить. В результате оставшиеся цвета, как показывает опыт, дают красный цвет. Только таким взаимо­действием световых волн можно объяснить воз­никновение цветового спектра в описанном выше опыте.

18. При очень маленьких диаметрах объектива на­чинает сильно сказываться явление дифракции света, которое возникает вследствие его волно­вой природы. Дифракция приводит к размыва­нию границ изображения, что ухудшает его каче­ство.

19. Частицы табачного дыма рассеивают падающий на них свет по-разному, в зависимости от длины волны. Сильнее всего рассеиваются лучи с ма­лой длиной волны — фиолетовые, синие, голу­бые. Длинноволновые лучи, лежащие у другого конца спектра, рассеиваются значительно мень­ше, так как явление дифракции — огибание светом преград — свойственно им в гораздо боль­шей степени. Поэтому в пучке света, прошедше­го через облако дыма, преобладают красноватые оттенки. Наоборот, при наблюдении со стороны источника или сбоку мы видим в основном ко­ротковолновые лучи и дым нам кажется голубо­ватым.

Зависимость поглощения световых лучей от их цвета всегда принимается во внимание на практике: в аварийные и предупреждающие об опасности фонари вставляют красные стекла (красный свет светофора), а в целях светомаски­ровки (во время войны) освещение осуществля­ется синими лампами.

Что же касается «настоящего» цвета дыма, то им, наверное, надо считать цвет микроскопичес­ких несгоревших частиц угля, из которых состо­ит дым, т. е. черный цвет.

20. Отверстие в корпусе ручки можно считать ис­точником света. Светлые кольца представляют собой изображения этого источника, получен­ные в результате однократного, двукратного и т. д. отражений от внутренней поверхности ручки.

21. Лучи, идущие от монеты, отражаются от зад­ней стенки сосуда и идут вверх. Преломив­шись на поверхности воды, они попадают в глаз, создавая ощущение того, что монета на­ходится на поверхности воды. Если к задней стенке сосуда приложить мокрую руку, отра­жения от стенки не будет. Сухая рука оказы­вает гораздо меньшее влияние, так как, вооб­ще говоря, рука соприкасается со стеклом в ограниченном числе точек. Но когда рука мок­рая, пустоты между ладонью и стеклом запол­няются водой. Поскольку коэффициенты пре­ломления света у воды и стекла примерно одинаковые, такое заполнение пустот водой уве­личивает площадь поверхности контакта руки с сосудом практически до 100%. В результате большая часть лучей, идущих от монеты и по­падающих на этот участок стенки, поглощается (или равномерно рассеивается во все сторо­ны) — и изображение монеты исчезает.

22. Кажущееся движение маятника по эллипсу объясняется тем, что восприятие маятника гла­зом, закрытым темным фильтром, на несколь­ко миллисекунд отстает от действительного по­ложения маятника. Предположим, что маятник совершает качание вправо, а фильтром закрыт левый глаз. Правый глаз воспринимает действи­тельное положение маятника, в то время как левый видит его в том положении, в котором

маятник был несколько миллисекунд назад. Мысленно вы проводите линии до пересечения лучей, воспринятых каждым глазом так, как если бы они исходили из одной точки. Полу, чается, что маятник оказывается дальше от вас, чем на самом деле. Когда маятник совершает качание влево, то вследствие той же задержки в восприятии левым глазом маятник кажется теперь ближе, чем на самом деле. В целом создается впечатление, будто маятник движет­ся по эллипсу. Причина задержки восприятия пока еще до конца не выяснена. В основе одной из моделей системы зрительного восприятия лежит последовательность линий задержки, временное разрешение которых улучшается при увеличении количества попадающего в глаз света. Уменьшение количества света, попадаю­щего в глаз, приводит к ухудшению его вре­менной разрешающей способности.