Здравствуйте, уважаемые читатели! Наступила весна, и мы с сыночком много времени проводим на улице, наблюдая за пробуждающейся природой. Конечно, самое интересное время сейчас для биологов и любителей птиц, но и физикам есть чем поживиться на свежем воздухе, к чему применить любимые формулы.
В прошлой статье я рассказывала об эффекте, связанным с отражением света, и уже упоминала формулы Френеля, только там рассматривался случай нормального падения света (перпендикулярно поверхности)
Чаще всего мы сталкиваемся с отражением света под углом. Замечали вы когда-нибудь такой эффект, что лужи, видимые издалека, кажутся зеркальными? Если смотреть на лужу прямо сверху, то отражения может быть и не видно. Чтобы продемонстрировать этот эффект, я сфотографировала длинную лужу, встав у самого ее края. Вблизи от меня - где видна моя тень - нет отражения неба. А чуть подальше лужа прекрасно отражает. На фото - нарезка из нескольких луж.
Коэффициент отражения света определяется по формулам Френеля. Он хитрым образом зависит от угла падения, и кроме того, от поляризации света, то есть направления колебаний вектора электрического поля. На рисунке приведены формулы и график, рассчитанный для границы раздела воздух-вода (показатель преломления 1,33)
Начиная с некоторого угла падения - этот угол называется углом Брюстера - свет становится полностью поляризованным, остаются только те колебания, которые перпендикулярны плоскости падения.
Различать глазами поляризацию света могут некоторые животные - птицы, насекомые. Интересно, как выглядела бы эта лужа глазами муравья? Свет неба тоже поляризован, и эта поляризация позволяет птицам ориентироваться. Более подробно про поляризационное зрение животных можно почитать, например, здесь.
Люди не различают поляризацию, у них клетки чувствительны только к интенсивности света. Для интенсивности отраженного света график будет выглядеть так:
Вернемся к нашим лужам. Известно, что угол падения равен углу отражения, и для расчета удобнее использовать именно угол отражения. Я фотографировала лужи с высоты 1,5 метров, и зная угол отражения, можно рассчитать, на каком расстоянии лужа станет "зеркалом"
Уже на расстоянии 1,5 метров угол отражения станет 45 градусов. А на расстоянии 17 метров угол отражения будет равен 85 градусам, и лужа превращается в идеальное зеркало. Если присесть и снимать с высоты 50 сантиметров, то лужа станет зеркалом на расстоянии 5,7 м.
Напоследок покажу еще одну фотографию - "белые" лужи, снятые с расстояния более 5 метров. Почему они не стали зеркальными?
Формулы Френеля здесь тоже работают, но отражение происходит также и от дна, а оно-то снежной лужи слабо поглощает и сильно рассеивает свет. Поэтому на фоне рассеянной засветки хуже видна картинка отражения. Тем не менее разглядеть изображение можно, если смотреть вживую, а не в камеру.
Друзья, желаю вам приятных прогулок весной! В природе каждый найдет свое вдохновение.
Ваш лайк и подписка на канал вдохновит меня на новые простые эксперименты. Спасибо, что дочитали до конца!