Читать книгу "Физика на пальцах. Для детей и родителей, которые хотят объяснять детям - Александр Никонов"

А теперь вообразите, что у нас неподалеку от берега есть два источника когерентных волн, то есть тех, которые могут складываться — с одной частотой. Ну, как будто мы одновременно бросили неподалеку друг от друга два совершенно одинаковых камушка, породившие одинаковые волны.

Картинка того, как они будут складываться, нарисована ниже.

Здесь толстыми линиями нарисованы бугры волн, а тонкими линиями — впадинки. Места, где встречаются бугры, обозначены черными кружочками, здесь из-за сложения высота суммированных волн будет вдвое выше. А места, где встречаются бугор одной волны и впадинка другой, обозначены белыми. Здесь волна гасится, бугор поглощается впадинкой, и волнения нет.

Сложение когерентных волн

Но поскольку волны расходятся от упавших камней кругами, на берегу будет наблюдаться удивительная картина — в одних местах, куда подбегают удвоенные волны, будет сильный прибой (лучи распространения показаны желтым). А между ними — тишина и спокойствие, никаких волн! Этакий пунктирный прибой.

Волновые лучи — результат сложения круговых волн из двух источников возбуждения. Прелестно!

А теперь внимание! Сейчас будет фокус!

Необычайно хитрые физики XVIII века пропускали солнечный свет через маленькую дырочку в плотной занавеске на окне и получали тонкий солнечный луч. Который затем пропускали через две маленькие щели в черном экране. Свет, пройдя через щель, расширялся конусом, огибая препятствие в виде краев щели (дифракция), и распространялся конусом дальше, встречался с соседним, точно таким же конусом. И оба лучевых конуса начинали складываться и вычитаться (интерференция).

Схема эксперимента, проведенного физиком Юнгом. Внизу волнистой линией показана интенсивность света, падающего на экран. В серединке она максимальна, затем темное место, затем светлое и так далее.

Получилась картина нам уже знакомая — дифракция и интерференция. И что это значит? Это значит, что свет — волна!

Значит, спор между Ньютоном, который считал свет летящими маленьким частицами-корпускулами, и его оппонентами, которые говорили, что свет есть волна, разрешился в пользу волновиков. Свет обладает свойствами волн, значит свет есть волны, а не частицы! Поток частиц не обладает свойствами дифракции, и частицы не могут складываться между собой.

Как ведут себя волны и как частицы.

Набегающие на отверстия волны и частицы

Ученые определили и скорость световой волны в вакууме, то есть в пустоте, она оказалась равна 300 000 км/с.

Это самая большая скорость на свете, быстрее ничего не бывает. В других материалах скорость света меньше. Так, например, в алмазе по сравнению с вакуумом она падает более чем вдвое и составляет 124 000 километров в секунду.

Стала понятна и сущность цвета. Помните дисперсию белого луча, которую открыл Ньютон? Белый свет в призме разлагается на 7 цветов радуги, то есть является смесью семи разных цветов. Чем же эти цвета отличаются друг от друга?

Оказалось, только частотой (длиной волны) и больше ничем.

Посмотрите на табличку ниже. Там приведены для разных цветов длины их волн в нанометрах и диапазоны частот в Тетрагерцах.

Семь цветов радуги в физическом выражении

Что это значит? Это значит, что если световая волна длиной в 550 нанометров попадает нам в глаз, нам кажется, что зелененьким посветили. Наш глаз — уникальный инструмент, он умеет определять частоту световой волны и сигнализирует нам об этом чувственным образом, который мы воспринимаем как цвет.

Почему кирпич красный? И почему мы вообще видим что-то? Подсветка помогает! Световые волны падают на разные предметы, отражаются от них и попадают на два наших датчика, которые называются глазами. Если предмет — например, кирпич, поглощает все световые волны, кроме красного, а красный отражает, отраженный красный попадает к нам в глаз, и мы восклицаем, потирая руки:

— О! Волна частотой примерно в 450 тетрагерц пришла!

Почему красное — красное?

Нет, не так. Все наоборот!

Как только волна с частотой примерно в 450 тетрагерц попадает к нам в глазищи, мы радостно восклицаем:

— О! Красненьким запахло!

Я ничего не перепутал?..

А почему черное кажется нам черным? Потому что черный предмет поглощает весь диапазон видимого света — и красное, и оранжевое, и желтое, и зеленое, и голубое, и синее, и фиолетовое. И ничего не отражает. Вот и выглядит черным, как черт.

А почему тарелка — белая?

А потому что вещество тарелки обладает таким свойством — отражать все падающие на него лучи. И они все попадают нам в глаз. А смесь всех лучей — это белое.

Теперь вы и сами можете ответить на следующие загадки:

— Какие цвета поглощает зеленая листва на деревьях?

— Какие цвета отражает красная краска?

— Что нам кажется, когда в глазенки проникает волна длиной в 600 нанометров?

— А что наши глазенки говорят нам, когда в них попадает частота в 500 ТГц?

Волновые свойства света

Почему ложка в стакане кажется изломанной?

Потому что когда волна переходит из одной среды в другую, например, из воздуха в воду, она меняет направление движения. Это явление так и называется — преломление.