Уроки оптики на Соловках-2.
В предыдущем сообщении я рассказал об одном оптическом явлении , которое я наблюдал в этом, 2010-м году на Соловках. О двух тенях от одного солнца. Теперь пришла очередь второго рассказа об оптике.
Сначала я просто опишу то, что произошло, а объяснение будет позже.
Итак, соловецкое время 12.00. Жара, ни ветерка. Мы с Костей идем от Святых ворот на обед. Проходим между двумя примечательными Соловецкими объектами: гидроэлектростанцией и сухим доком.
ГЭС - одна из первых в России. Именно в России, так как построена она еще до революции 17-го. Она уже очень давно не работает, много лет стоит без крыши. Знаю, что есть планы ее восстановления, но слишком много проблем…
А сухой док - тоже очень древнее сооружение, ранее использовался, как и положено, для ремонта судов. Теперь же в летний период там стоят многочисленные катера и временами яхты. Естественно, сухой он только по названию, на самом деле это небольшая морская бухта искусственного происхождения.
Итак, идем, и я на ходу просто бросаю взгляд вниз, на водную гладь сухого дока. И вижу чрезвычайно любопытную картину, из серии тех, которые лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать. Но мы с Костей увидели, а всем остальным постараюсь пересказать.
По водной глади дока разбегаются цветные кольца. Идеально круглые по форме, бегут от центра к периферии. Начинается все с центрального небольшого пятнышка, от него кольца и разбегаются. При этом цвет колец непрерывно изменяется, цвета как бы перетекают от одного оттенка к другому.. Успеваю крикнуть Косте, и он тоже увидел это зрелище.
Длится все это цветоколечное разбегание совсем недолго, буквально секунд пять-семь. И заканчивается совсем тривиально. Цвета бледнеют, нарушается форма. И на поверхности остается уже бесформенное пятно площадью в несколько квадратных метров, абсолютно бесцветное нефтяное пятно. И все, как будто ничего и не было.
Но зрелище совершенно потрясающее по красоте. И, полагаю, настолько редкое, что вряд ли кому удастся его когда-либо увидеть. По крайней мере, в естественных условиях.
Но пятну в определенной степени «повезло», что его увидели люди с физическим образованием. Потому что объяснение наблюдаемому мы нашли сразу. И теперь есть идея попробовать его реализовать искусственно.
Объяснение будет уже под катом. А пока просто фотография сухого дока, сделанная уже после цветопредставления, да еще и на закате. Естественно, никаких фото самого зрелища нет.
Для объяснения мне придется чуть углубиться в физику. Но постараюсь рассуждать на бытовом уровне, надеюсь, что получится.
Явление, которое наблюдали мы, есть просто упорядоченная демонстрация того, что каждый неоднократно наблюдал в своей жизни. Речь идет о радужных цветных бензиновых разводах на лужах, которые появляются вследствие интерференции.
Интерференционная картина возникает при наложении двух или более волн и представляет собой неким образом упорядоченную структуру. Простейший пример интерференции можно наблюдать, если бросить в воду одновременно два камня. В области наложения кольцевых волн и проявляется интерференция. Хотя, думаю, вряд ли кто внимательно изучал возникающую структуру, а она очень любопытная.
Но наблюдать интерференцию световых волн довольно непросто. Ведь хорошо известно, что если в освещенной комнате включить вторую лампочку, но просто станет в два раза светлее, и никакой регулярной структуры в виде каких-либо цветных полос или колец не возникает. Дело в том, что свет представляет собой электромагнитную волну с очень маленькой длиной волны. Если говорить по-простому, длина волны - это расстояние между двумя соседними гребнями. На воде, к примеру, волны имеют длину от нескольких метров до нескольких сантиметров (рябь на воде). А длина световых волн - доли микрометра. Или применяя модную ныне терминологию - сотни нанометров. При этом каждой длине волны соответствует свой цвет. Например, для красного длина волны 600-700 нанометров, для зеленого 530-550 нанометров, синего и фиолетового - менее 500 нанометров.
Не вдаваясь в подробности, скажу, что для наблюдения интерференции в видимом диапазоне света необходимо взять одну волну и каким-либо образом сначала расщепить ее на две, а затем эти волны вновь наложить друг на друга. Только тогда и возникнет интерференционная картина в виде цветных пятен той или иной формы. Вот как это происходит в бензиновых пленках.
Водная поверхность лужи идеально горизонтальна. Если на нее капнуть бензина (или какого другого топлива), то он растечется очень тонкой пленкой по воде. Свет, падая на такую лужу, частично отражается от пленки, а частично преломляется, проходя внутрь пленки. Затем преломленный свет отражается от границы пленка-вода, вновь возвращается к верхней границе пленки, преломляется и выходит наружу, в воздух. Так и формируются две волны: первая отражается непосредственно от пленки, а вторая преломляется, отражается и вновь преломляется. И теперь, когда мы смотрим на поверхность лужи, нам в глаз могут придти эти две волны, которые первоначально вышли из единого источника. Так как они идут разными путями, то проходят разное расстояние, и между ними возникает так называемая разность хода. И если эта разность хода составляет несколько длин волн, то и наблюдается интерференция. Дело в том, что если разность хода равна целому числу длин волн, то волны усиливают друг друга. Если же полуцелому, то, наоборот, гасят. В белом свете, который падает на пленку, присутствуют все возможные длины волн. В результате интерференции некоторые цвета исчезнут, некоторые, напротив, усилятся. Вот так и возникает цветовая окраска.
Разность хода зависит от двух факторов: толщины пленки и угла, под которым отраженный от пленки свет попадает в глаз. Разные участки пленки имеют неодинаковые цвета вследствие как раз различия толщины пленки, которая к тому же не должна превышать десятка-другого длин волн. А если ходить вокруг лужи, рассматривать ее под разными углами (например, присесть), то цвета тоже будут меняться, хотя толщина остается неизменной. Таким образом, чтобы увидеть изменяющуюся цветовую картину интерференции, необходимо либо изменять толщину, либо угол зрения.
Уф-ф-ф-ф! Ну и развел я здесь наукообразия! И все ради чего? Чтобы объяснить картину, которую только я и видел, и в течение всего пяти секунд! А все остальные никогда и не увидят! Ну, извините.
А теперь возвращаюсь на Соловки. Произошло вот что. Буду сразу излагать объяснение как истину, поскольку не сомневаюсь в правоте.
В док суда с топливом приходят и уходят уже более сотни лет. И сколько этого топлива оказалось в море? И наверняка на дне лежат какие-либо детали судов в масляно-бензиновом соусе.
И по неизвестной причине одна из капель решила всплыть на поверхность. Многие, наверное, видели, как стремительно поднимаются из воды пузыри воздуха. Но они легкие, практически невесомые. А плотность бензина-масла-нефти чуть меньше плотности воды, поэтому капля должна подниматься о-о-о-чень медленно. В процессе такого подъема на поверхности воды не дрогнет ни единый мускул.
И вот из идеально гладкой поверхности воды вылезает капля топлива. Какого - не знаю. Но вода в море холодная, как следствие, топливо должно быть довольно вязким. Но капля вылезла и сразу начала растекаться по поверхности. Причем во все стороны с абсолютно одинаковой скоростью, ведь на море полный штиль.
Естественно, сначала все топливо было сосредоточено в одном месте. По мере растекания толщина пленки непрерывно изменялась, причем линии одинаковой толщины пленки представляли собой окружности. Ведь в каждой точке пленка сначала появлялась, ее толщина росла, а затем начинала уменьшаться, так как количество топлива в капле невелико. Поэтому мы и наблюдали цветные разбегающиеся кольца. Вязкость топлива обеспечила растекание топлива по поверхности в течение тех самых пяти-семи секунд.
А закончилось все, когда топливо растеклось равномерно по всей поверхности, цвет стал вследствие однородной и очень малой толщины абсолютно однотонным и, можно сказать, бесцветным (бесцветный цвет, бывает же такое!).
Вот, пожалуй, и все объяснение. Не знаю, понял кто что-либо или нет, но я старался.
Теперь о повторяемости явления. Понятно, что стоять у дока и ждать, когда всплывет следующая капля, бессмысленно. Но можно попробовать повторить эксперимент в лабораторных условиях. Сначала я думал, что надо просто капнуть каплю топлива на поверхность. Но при падении появятся волны, и картина сильно исказится. Поэтому, думаю, надо действительно как-то выдавить каплю топлива, причем вязкого, под водой. Если когда-то реализую, да еще и получится что-либо, то можно будет снять не только фотоаппаратом, но и камерой. Но пока не доходят руки заняться этим.
Об этом рассказе я размышлял еще на Соловках и думал, как же его проиллюстрировать? И вот как-то на лесной тропинке встретил грибок, шляпка которого мне несколько напомнила то, что я видел. Нет, конечно, на воде и краски были ярче, и размеры больше, да и все текло и изменялось.
Но на безрыбье и гриб за интерференцию сойдет.
Сначала я просто опишу то, что произошло, а объяснение будет позже.
Итак, соловецкое время 12.00. Жара, ни ветерка. Мы с Костей идем от Святых ворот на обед. Проходим между двумя примечательными Соловецкими объектами: гидроэлектростанцией и сухим доком.
ГЭС - одна из первых в России. Именно в России, так как построена она еще до революции 17-го. Она уже очень давно не работает, много лет стоит без крыши. Знаю, что есть планы ее восстановления, но слишком много проблем…
А сухой док - тоже очень древнее сооружение, ранее использовался, как и положено, для ремонта судов. Теперь же в летний период там стоят многочисленные катера и временами яхты. Естественно, сухой он только по названию, на самом деле это небольшая морская бухта искусственного происхождения.
Итак, идем, и я на ходу просто бросаю взгляд вниз, на водную гладь сухого дока. И вижу чрезвычайно любопытную картину, из серии тех, которые лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать. Но мы с Костей увидели, а всем остальным постараюсь пересказать.
По водной глади дока разбегаются цветные кольца. Идеально круглые по форме, бегут от центра к периферии. Начинается все с центрального небольшого пятнышка, от него кольца и разбегаются. При этом цвет колец непрерывно изменяется, цвета как бы перетекают от одного оттенка к другому.. Успеваю крикнуть Косте, и он тоже увидел это зрелище.
Длится все это цветоколечное разбегание совсем недолго, буквально секунд пять-семь. И заканчивается совсем тривиально. Цвета бледнеют, нарушается форма. И на поверхности остается уже бесформенное пятно площадью в несколько квадратных метров, абсолютно бесцветное нефтяное пятно. И все, как будто ничего и не было.
Но зрелище совершенно потрясающее по красоте. И, полагаю, настолько редкое, что вряд ли кому удастся его когда-либо увидеть. По крайней мере, в естественных условиях.
Но пятну в определенной степени «повезло», что его увидели люди с физическим образованием. Потому что объяснение наблюдаемому мы нашли сразу. И теперь есть идея попробовать его реализовать искусственно.
Объяснение будет уже под катом. А пока просто фотография сухого дока, сделанная уже после цветопредставления, да еще и на закате. Естественно, никаких фото самого зрелища нет.
Для объяснения мне придется чуть углубиться в физику. Но постараюсь рассуждать на бытовом уровне, надеюсь, что получится.
Явление, которое наблюдали мы, есть просто упорядоченная демонстрация того, что каждый неоднократно наблюдал в своей жизни. Речь идет о радужных цветных бензиновых разводах на лужах, которые появляются вследствие интерференции.
Интерференционная картина возникает при наложении двух или более волн и представляет собой неким образом упорядоченную структуру. Простейший пример интерференции можно наблюдать, если бросить в воду одновременно два камня. В области наложения кольцевых волн и проявляется интерференция. Хотя, думаю, вряд ли кто внимательно изучал возникающую структуру, а она очень любопытная.
Но наблюдать интерференцию световых волн довольно непросто. Ведь хорошо известно, что если в освещенной комнате включить вторую лампочку, но просто станет в два раза светлее, и никакой регулярной структуры в виде каких-либо цветных полос или колец не возникает. Дело в том, что свет представляет собой электромагнитную волну с очень маленькой длиной волны. Если говорить по-простому, длина волны - это расстояние между двумя соседними гребнями. На воде, к примеру, волны имеют длину от нескольких метров до нескольких сантиметров (рябь на воде). А длина световых волн - доли микрометра. Или применяя модную ныне терминологию - сотни нанометров. При этом каждой длине волны соответствует свой цвет. Например, для красного длина волны 600-700 нанометров, для зеленого 530-550 нанометров, синего и фиолетового - менее 500 нанометров.
Не вдаваясь в подробности, скажу, что для наблюдения интерференции в видимом диапазоне света необходимо взять одну волну и каким-либо образом сначала расщепить ее на две, а затем эти волны вновь наложить друг на друга. Только тогда и возникнет интерференционная картина в виде цветных пятен той или иной формы. Вот как это происходит в бензиновых пленках.
Водная поверхность лужи идеально горизонтальна. Если на нее капнуть бензина (или какого другого топлива), то он растечется очень тонкой пленкой по воде. Свет, падая на такую лужу, частично отражается от пленки, а частично преломляется, проходя внутрь пленки. Затем преломленный свет отражается от границы пленка-вода, вновь возвращается к верхней границе пленки, преломляется и выходит наружу, в воздух. Так и формируются две волны: первая отражается непосредственно от пленки, а вторая преломляется, отражается и вновь преломляется. И теперь, когда мы смотрим на поверхность лужи, нам в глаз могут придти эти две волны, которые первоначально вышли из единого источника. Так как они идут разными путями, то проходят разное расстояние, и между ними возникает так называемая разность хода. И если эта разность хода составляет несколько длин волн, то и наблюдается интерференция. Дело в том, что если разность хода равна целому числу длин волн, то волны усиливают друг друга. Если же полуцелому, то, наоборот, гасят. В белом свете, который падает на пленку, присутствуют все возможные длины волн. В результате интерференции некоторые цвета исчезнут, некоторые, напротив, усилятся. Вот так и возникает цветовая окраска.
Разность хода зависит от двух факторов: толщины пленки и угла, под которым отраженный от пленки свет попадает в глаз. Разные участки пленки имеют неодинаковые цвета вследствие как раз различия толщины пленки, которая к тому же не должна превышать десятка-другого длин волн. А если ходить вокруг лужи, рассматривать ее под разными углами (например, присесть), то цвета тоже будут меняться, хотя толщина остается неизменной. Таким образом, чтобы увидеть изменяющуюся цветовую картину интерференции, необходимо либо изменять толщину, либо угол зрения.
Уф-ф-ф-ф! Ну и развел я здесь наукообразия! И все ради чего? Чтобы объяснить картину, которую только я и видел, и в течение всего пяти секунд! А все остальные никогда и не увидят! Ну, извините.
А теперь возвращаюсь на Соловки. Произошло вот что. Буду сразу излагать объяснение как истину, поскольку не сомневаюсь в правоте.
В док суда с топливом приходят и уходят уже более сотни лет. И сколько этого топлива оказалось в море? И наверняка на дне лежат какие-либо детали судов в масляно-бензиновом соусе.
И по неизвестной причине одна из капель решила всплыть на поверхность. Многие, наверное, видели, как стремительно поднимаются из воды пузыри воздуха. Но они легкие, практически невесомые. А плотность бензина-масла-нефти чуть меньше плотности воды, поэтому капля должна подниматься о-о-о-чень медленно. В процессе такого подъема на поверхности воды не дрогнет ни единый мускул.
И вот из идеально гладкой поверхности воды вылезает капля топлива. Какого - не знаю. Но вода в море холодная, как следствие, топливо должно быть довольно вязким. Но капля вылезла и сразу начала растекаться по поверхности. Причем во все стороны с абсолютно одинаковой скоростью, ведь на море полный штиль.
Естественно, сначала все топливо было сосредоточено в одном месте. По мере растекания толщина пленки непрерывно изменялась, причем линии одинаковой толщины пленки представляли собой окружности. Ведь в каждой точке пленка сначала появлялась, ее толщина росла, а затем начинала уменьшаться, так как количество топлива в капле невелико. Поэтому мы и наблюдали цветные разбегающиеся кольца. Вязкость топлива обеспечила растекание топлива по поверхности в течение тех самых пяти-семи секунд.
А закончилось все, когда топливо растеклось равномерно по всей поверхности, цвет стал вследствие однородной и очень малой толщины абсолютно однотонным и, можно сказать, бесцветным (бесцветный цвет, бывает же такое!).
Вот, пожалуй, и все объяснение. Не знаю, понял кто что-либо или нет, но я старался.
Теперь о повторяемости явления. Понятно, что стоять у дока и ждать, когда всплывет следующая капля, бессмысленно. Но можно попробовать повторить эксперимент в лабораторных условиях. Сначала я думал, что надо просто капнуть каплю топлива на поверхность. Но при падении появятся волны, и картина сильно исказится. Поэтому, думаю, надо действительно как-то выдавить каплю топлива, причем вязкого, под водой. Если когда-то реализую, да еще и получится что-либо, то можно будет снять не только фотоаппаратом, но и камерой. Но пока не доходят руки заняться этим.
Об этом рассказе я размышлял еще на Соловках и думал, как же его проиллюстрировать? И вот как-то на лесной тропинке встретил грибок, шляпка которого мне несколько напомнила то, что я видел. Нет, конечно, на воде и краски были ярче, и размеры больше, да и все текло и изменялось.
Но на безрыбье и гриб за интерференцию сойдет.