Профессор Знаев - «Свет мой, зеркальце, скажи!..»

ОСНОВНОЕ МЕНЮ

НАЧАЛЬНАЯ ШКОЛА

РУССКИЙ ЯЗЫК

ЛИТЕРАТУРА

АНГЛИЙСКИЙ ЯЗЫК

ИСТОРИЯ

БИОЛОГИЯ

ГЕОГРАФИЯ

МАТЕМАТИКА

ИНФОРМАТИКА

«Свет мой, зеркальце, скажи!..»

Мы все привыкли пользоваться зеркалами, но как они «работают» и вообще, что можно считать зеркалом? Давайте об этом поговорим.

Наверное, вы умеете пускать «солнечный зайчик» с помощью зеркальца. Тогда вы наверняка знаете из собственного опыта, что для того чтобы направить «зайчик» в нужное место, следует изменить угол, под которым солнечный свет падает на зеркало. Вследствие этого изменится и направление, в котором отражается свет от зеркала.

В свое время было замечено, что в природе реализуется закон отражения света: угол, под которым световой луч падает на зеркало, равен углу, под которым луч отражается.

Световой луч – это такое физическое упрощение (еще говорят – идеализация), которое помогает выяснить, как ведет себя свет при распространении в веществе, отражении от зеркальных поверхностей или преломлении при переходе из одного вещества в другое. Световые лучи изображают прямыми со стрелками, которые показывают направление распространения света. С помощью графического изображения световых лучей удобно определять, как распространяется свет в различных случаях, как возникают, или не возникают изображения предметов в различных оптических устройствах. Раздел оптики, который это изучает, называют геометрической оптикой.

Вернемся к зеркалам. Считают, что они начали выполнять свое назначение с тех пор, когда было замечено свойство спокойной поверхности воды отражать свет. Природа не имеет специальных зеркал, поэтому озера, реки и пруды были единственными отражателями, пока люди не научились добывать металлы из руд и мастерить из них грубые искусственные отражатели.

Древнеримский историк Плиний сообщает о стеклянных зеркалах, которые делали финикийцы более чем за 1500 лет до новой эры. Но металлы уже применялись, поэтому почти наверняка металлические зеркала существовали еще раньше.

Мир – это зеркало, и оно возвращает каждому его собственное изображение.

Теккерей

Зеркала времен древнегреческой и римской цивилизаций были изготовлены из полированной бронзы. Самая известная легенда об Архимеде, который с помощью вогнутых зеркал сжег римский флот, тоже свидетельствует о применении зеркал и определенных знаниях об их действии.

Полированные зеркала из золота и серебра были предметом гордости богатых дам во времена раннего христианства.

В средние века был изобретен способ покрытия стекла тонким слоем серебра, что сделало зеркала доступными более широкому кругу людей.


i 216

Но только в эпоху итальянского Возрождения, золотой век развития искусств, началось массовое изготовление стеклянных зеркал. Признанным центром производства зеркал стала Венеция. Для покрытия стекла в Венеции пользовались оловом и ртутью. Изготовленная из них паста – амальгама – наносилась на стекло, благодаря чему получали отражающую металлическую поверхность.


i 217

Создание мнимого изображения в плоском зеркале



Сначала так изготавливали только маленькие зеркала. То небольшое количество зеркал большего размера стоило так дорого, что за эти деньги можно было купить, например, картины кого-то из мастеров Возрождения. Большое научное значение зеркала приобрели позже в связи с изобретением телескопа в начале XVII в. Первые телескопы состояли только из линз (поэтому их называют телескопы-рефракторы) и имели определенные недостатки по качеству изображения. Но когда Ньютон создал свой первый телескоп-рефлектор, в состав которого вошло зеркало, качество изображения стало значительно лучше.

Заметим, что в те времена довольно часто применяли так называемое зеркальное написание текста: зашифрованный таким образом текст мог прочитать только тот, кто тоже имел зеркало.

Зеркала стали применять в различных аттракционах и игрушках. Известный всем калейдоскоп был изобретен в Англии в 1816 г. Через год-полтора он попал уже в Россию, где его встретили с восторгом.

Самый простой калейдоскоп состоит из трех плоских, создающих призму, зеркал, размещенных в трубочке-цилиндре. Если со стороны одного основания положить горсть осколков цветного стекла, то с другой стороны можно увидеть чрезвычайно причудливые фигуры, которые меняются при малейшем повороте трубочки вокруг оси.

В 1818 г. даже появились стихи, которые А. Измайлов посвятил калейдоскопу:

Смотрю – и что ж в моих глазах?

В фигурах разных и звездах Сапфиры, яхонты, топазы,

И изумруды, и алмазы,

И аметисты, и жемчуг,

И перламутр – все вижу вдруг!

Лишь сделаю рукой движенье —

И новое в глазах явленье!

Техника изготовления зеркал значительно продвинулась вперед в 1840 г., когда немецкий химик Либих изобрел способ нанесения слоя серебра на стекло. Это важное изобретение удешевило производство зеркал и расширило их использование в повседневной жизни и в научных лабораториях.

Есть зеркало для лица, нет зеркала для души. Этот пробел следует заполнить серьезными размышлениями над самим собой.

Б. Грасиан

Многих физиков-экспериментаторов того времени увлекала идея измерения скорости света. Методы, которые применялись для этого, были основаны на многократном отражении света от зеркал – неподвижных или подвижных.


i 218

Изображение в калейдоскопе



В 1849 г. французский физик Анри Физо провел первое прямое измерение скорости света с помощью зеркал и вращательного зубчатого колеса. Физо использовал пучок света, отражающийся от полупрозрачного зеркала и проходящий через прорезь между зубцами колеса до второго зеркала, которое было размещено на расстоянии 8,66 км. Если колесо было неподвижно, наблюдатель видел отражение света в далеком зеркале. Когда колесо начинали быстро вращать, то при определенной частоте вращения можно было добиться того, чтобы свет все же проходил сквозь тот же самый проем. По частоте вращения и расстоянию, которое проходил свет, рассчитали скорость света. По результатам Физо скорость света составляла 312 000 км/с. Эта цифра превышает правильный результат, но она показала, что свет распространяется не с бесконечной скоростью, как считали ранее, а с имеющей определенное значение.



Схема телескопа-рефлектора



Позже, в 1862 г., другой французский физик Жан Фуко провел независимое измерение скорости света. При этом он тоже применял зеркало. Наиболее известные эксперименты по измерению скорости света проводил Альберт Майкельсон, которые начались в 1879 г. и продолжались почти до его смерти в 1932 г. (Многие серии опытов Майкельсон провел совместно с Эдвардом Морли.) В этих опытах также применялось вращение зеркал. Именно из-за того, что скорость света очень и очень большая, то есть обычные «земные» расстояния он проходит за очень короткое время, исследователям нужно было придумать нечто такое, что позволяло бы рассчитать эту скорость. И здесь пригодились зеркала, по частоте вращения которых и осуществили задуманное.

Другим инструментом, в котором используется вращающееся зеркало, является дальномер. В этом приборе применяется полупрозрачное зеркало, с помощью которого наблюдатель видит два изображения объекта. Одно он видит прямо через это «частичное» зеркало, а второе – после двух отражений: сначала во вращающемся зеркале, а затем – в полупрозрачном. Шкала, с помощью которой можно следить за поворотом подвижного зеркала, проградуирована в единицах расстояния. Для того чтобы определить расстояние до объекта, наблюдатель должен совмещать два его изображения.

Другая распространенная конструкция дальномера устроена так: у одного изображения будто срезана верхняя половина, а у другого – нижняя.

Подгоняя две части изображения таким образом, чтобы они давали одно целое, наблюдатель определяет расстояние до предмета.

Рассказывая о зеркалах, нельзя не сказать об их особой роли в астрономии. Представить себе исследования звездного неба, планет и Солнца без телескопов просто невозможно! Ранее мы уже упоминали о первых оптических телескопах, которые состояли только из линз. Изобретение Ньютоном телескопа-рефлектора («рефлект» – отражать), в состав которого входит зеркало, значительно улучшило качество изображений, которые давал телескоп.

Объектив одного из самых больших рефлекторов, установленный на горе Маунт Паломар в Калифорнии, является параболическим зеркалом диаметром пять метров. Такое зеркало может вобрать в 700 000 раз больше света, чем человеческий глаз.

Еще один телескоп-рефлектор с зеркалом, диаметр которого составляет шесть метров, был установлен в СССР на Кавказе в 1975 г.

Наибольшими современными оптическими телескопами являются два идентичных телескопа Кека, расположенных рядом на вершине Мауна-Кеа, на Гавайях. Каждый из них имеет рефлектор диаметром 10 метров, состоящий из 36 шестиугольных элементов. Они с самого начала предназначались для совместной работы.

«Очень большой телескоп» (на английском – аббревиатура VLT), который находится в Чили, представляет собой конструкцию из четырех зеркал диаметром 8,2 м, образующих единый телескоп с 16,4-метровым рефлектором.

 

Поиск

ФИЗИКА

ХИМИЯ

Поделиться

Яндекс.Метрика

Рейтинг@Mail.ru