Задачи на логику, головоломки, загадки, ребусы - Л О Г О - Р А Й

Физические задачи

Положите на дно непрозрачной чашки монету и найдите такое положение глаз сбоку, когда бока чашки полностью ее от вас закрывают. Если, однако, налить теперь в чашку воду, то монета снова станет видна. Почему?

Ответ:

Рассмотрим для объяснения еще такой простейший опыт: если в стакан с водой положить ложку, то при взгляде сверху и сбоку кажется, что она в воде переломлена. Если это изображение схематически нарисовать, то получается, что лучи света, выходящие из воды, отклоняются в воздухе на больший угол. Само это явление было известно очень давно, но сформулировали его в виде точного закона только физик И.Снеллиус (1580-1626) и Р.Декарт (1596-1650), основоположник современной математики и философии. (Закон Декарта-Снеллиуса гласит: для любых двух веществ синусы угла падения и преломления есть величина постоянная, называемая показателем преломления, для границы воздуха и воды он равен 1,33.)

Итак, все дело в том, что лучи, исходящие от монеты, преломляются на границе с воздухом, угол, под которым они идут, возрастает, и они могут уже попасть в глаз.

И вот тут самое время остановиться на одном важнейшем для современной технике явлении. Итак, луч, выходящий из воды в воздух, идет в нем под большим углом к нормали (перпендикуляру к поверхности), чем в воде. Но если мы будем постепенно увеличивать угол в воде, то наступит момент, когда луч вообще не сможет выйти наружу, т.к. для этого его угол должен был бы быть больше 90 градусов! Значит, он полностью отразится от поверхности воды и пойдет обратно в воду - этот эффект называется полным внутренним отражением. (ПВО), и что очень важно, свет отразится без потерь (при отражении в зеркале потери неизбежны).

Этот эффект лег в основу целой научно-технической дисциплины, волоконной оптики: можно сделать гибкие стеклянные или полимерные волокна (тонкие цилиндры радиуса до одного микрометра), по которым свет будет распространяться под углами ПВО и с минимальными потерями проходить громадные расстояния. Из уложенных пучков таких волокон изготовляют, например, интроскопы, через которые можно рассмотреть детали работы живого сердца или желудка. Из них сооружают оптико-волоконные кабели: по одной нити такой толщины можно передавать одновременно десяток телевизионных программ и тысячи телефонных разговоров…

Остается заметить, что сам эффект ПВО был подробно описан еще Ньютоном, а широкое применение нашел только через триста лет: поэтому мы не знаем, что из нынешнего багажа физики повлияет на будущее развитие техники – физики часто работают впрок!