Новейшая книга фактов. Том 3. Физика, химия и техника. История и археология. Разное - Анатолий Кондрашов

Что такое абсолютно черное тело?

Абсолютно черным называют тело, которое при любой температуре полностью поглощает весь падающий на него поток излучения независимо от длины волны. Коэффициент поглощения абсолютно черного тела (отношение поглощаемой энергии к энергии падающего потока) равен единице. Основной особенностью абсолютно черного тела является то, что его спектр излучения определяется только температурой и не зависит от свойств вещества, из которого оно состоит. В природе абсолютно черных тел нет. Близким к единице коэффициентом поглощения обладают сажа и платиновая чернь. Наилучшим приближением к абсолютно черному телу является почти замкнутая полость с отверстием, малым по сравнению с размерами полости, и непрозрачными стенками, имеющими одинаковую температуру во всех точках. Луч, попавший в полость через отверстие, многократно отражается и при каждом отражении частично поглощается стенками полости. В результате через некоторое время он поглотится почти полностью.

Почему вода в глубоководном озере кажется голубой, а чистая вода из крана – бесцветной?

Солнечный свет, который мы иногда называем белым, содержит в себе все длины волн оптического диапазона – так называемые спектральные цвета – от инфракрасного до ультрафиолетового. Попав на поверхность чистой воды, часть света поглощается и отражается от нее, а другая проникает через поверхность, но продолжает поглощаться и рассеиваться во всех направлениях, сталкиваясь с молекулами воды. При этом быстрее всего поглощается красная часть спектра, а медленнее всего – голубая. Достигнув 15—20-метровой глубины, красная часть спектра оказывается полностью поглощенной. Рассеиваться и возвращаться (без поглощения) продолжают лучи, состоящие главным образом из голубой части спектра. Именно поэтому вода в глубоком чистом озере кажется голубой. Налитая в стакан чистая вода из крана кажется бесцветной, потому что ее глубина слишком мала, чтобы поглотить даже незначительную часть красного спектра.

Почему лед прозрачный, а снег белый?

Чистый лед прозрачен, а чистый снег, состоящий из микроскопических кристалликов льда, непрозрачен и кажется нам белым. В чем же причина столь разных оптических свойств одного и того же вещества? Дело в том, что солнечные лучи проходят ледяную пластинку насквозь, а в слое снега испытывают многократное отражение и выходят обратно. При этом они не теряют ни одного из компонентов спектра (в связи с очень малыми размерами кристалликов льда, составляющих снег), а потому не обретают цвета – и снег кажется белым.

Для чего в США в период Второй мировой войны был срочно налажен выпуск полевых ламп-люминоскопов?

Некоторые вещества способны «откликаться» на невидимый для человеческого глаза ультрафиолетовый свет свечением красного, синего, зеленого, желтого цвета. Это явление называют люминесценцией. Одним из таких веществ является вольфрам. До Второй мировой войны в США не были известны свои месторождения вольфрама, и его привозили из Китая. Когда началась война и торговые связи нарушились, страна стала испытывать острейший дефицит этого металла, применяемого для производства брони. Тогда было решено наладить выпуск полевых ламп-люминоскопов и дать широкую рекламу: «Ищите вольфрам». Тысячи людей бросились на поиски шеелита в выработанных штольнях и карьерах цветных металлов. (Вольфрам получают из вольфрамитовых или шеелитовых руд.) И очень скоро в одном из отработанных месторождений сурьмы было открыто крупнейшее месторождение шеелита – Иеллоу Пайн.

Что такое гало и как оно образуется?

Словом «гало» (греч. halos – световое кольцо вокруг Солнца или Луны) называют группу оптических явлений в атмосфере. Гало возникают вследствие преломления и отражения света ледяными кристаллами, образующими перистые облака и туманы. Явления гало весьма разнообразны: они имеют вид радужных (в случае преломления) и белых (при отражении) полос, пятен, дуг и кругов на небесном своде. Это и радужные круги вокруг диска Солнца или Луны с угловым радиусом в 22 либо 46 градусов. Это и паргелии, или «ложные Солнца», – яркие радужные пятна справа и слева от Солнца (Луны) на расстояниях 22 угловых градусов, реже 46 угловых градусов. Это и околозенитная дуга – отрезок радужной дуги, касающейся верхней точки 46-градусного круга и обращенной выпуклостью к Солнцу. Это и паргелический круг – белый горизонтальный круг, проходящий через диск светила. Это и столб – часть белого вертикального круга, проходящего через диск светила; в сочетании с паргелическим кругом образует белый крест. Для возникновения некоторых гало необходимо, чтобы ледяные кристаллы, имеющие форму шестигранных призм, были ориентированы по отношению к вертикали одинаковым или хотя бы преимущественным образом. Так, 22-градусный паргелий возникает в результате преломления лучей в вертикально ориентированных кристаллах при прохождении луча через грани, образующие углы в 60 градусов. 46-градусный круг создается преломлением при гранях, составляющих углы в 90 градусов. Вертикальные и горизонтальные круги получаются вследствие отражения от горизонтальных и вертикальных граней кристаллов.

Как обнаружены инфракрасное и ультрафиолетовое излучения, недоступные глазу?

В 1800 году английский астроном и оптик Уильям Гершель (1738–1822) выполнил очень простой, но интересный эксперимент, намереваясь проверить, действительно ли тепло, как принято было тогда считать, равномерно распределено по солнечному спектру. Передвигая термометр вдоль солнечного спектра, Гершель обнаружил, что показываемая им температура не только непрерывно повышалась при перемещении от ультрафиолетового конца спектра к красному, но ее максимум вообще достигался в области, лежащей за красной частью спектра, то есть там, где глаз никакого света не видит. Гершель объяснил это явление невидимым тепловым излучением, исходящим от Солнца и отклоняемым призмой слабее красного цвета, почему оно и получило название инфракрасного (ниже красного). В 1801 году немецкий физик Иоганн Вильгельм Риттер (1776–1810) сделал другое открытие, «симметричное» открытию Гершеля и столь же важное. Он задался целью исследовать химическое действие различных участков светового спектра. Для этого он применял хлористое серебро, почернение которого под действием лучей обнаружил еще в 1727 году Иоганн Генрих Шульце (1687–1744). Риттер установил, что химическое действие излучения возрастает постепенно по спектру от красного конца к фиолетовому и достигает максимума за фиолетовой областью – там, где глаз уже не воспринимает никакого света. Так было найдено в спектре новое излучение, присутствующее в солнечном свете и преломляемое призмой сильнее, чем фиолетовое, в связи с чем его и назвали ультрафиолетовым (выше фиолетового). Практически одновременно с Риттером ультрафиолетовое излучение открыл английский ученый Уильям Хайд Волластон (1766–1828), проводивший аналогичные опыты с раствором гуммигута, который под действием света меняет свой цвет с желтого на зеленый.

При каких условиях возникает мираж?

Мираж – оптическое явление в атмосфере, состоящее в том, что вместе с отдаленным предметом (или участком неба) видно его мнимое изображение, смещенное относительно предмета. Если предмет находится под горизонтом, видно только мнимое изображение. Мираж может располагаться под предметом (нижний мираж), над предметом (верхний мираж) и сбоку от него (боковой мираж). Мираж объясняется искривлением лучей света, идущих от предмета, вследствие аномального распределения показателя преломления света в атмосфере, которое связано с распределением температуры (и следовательно, плотности) воздуха. Верхний мираж наблюдается над холодной земной поверхностью при инверсионном распределении температуры (росте ее с высотой), нижний мираж – при очень большом вертикальном градиенте температуры (то есть сильном падении ее с высотой) над перегретой ровной поверхностью (пустыня, дорога). Мнимое изображение неба создает при этом иллюзию воды на поверхности. Так, уходящая вдаль дорога в жаркий летний день кажется мокрой. Боковой мираж иногда наблюдается у сильно нагретых стен или скал.

Что такое фата-моргана?

Фата-морганой называют редко встречающуюся разновидность миража, когда на горизонте появляются сложные и быстро меняющиеся изображения предметов с разнообразными искажениями. Фата-моргана по своей сути представляет одновременное появление нескольких форм миража. Возникает она, когда в нижних слоях атмосферы образуется несколько чередующихся слоев воздуха различной плотности, способных давать зеркальные отражения. В результате отражения и преломления лучей реально существующие предметы дают на горизонте или над ним по нескольку искаженных изображений, частично налагающихся друг на друга и быстро меняющихся во времени, что и создает причудливую картину фата-морганы. В некоторых средиземноморских странах фата-морганой называют обычный мираж в любой его форме.