Зонтики, прозрачность и отражения

Можно ли сделать прозрачный зонтик из ткани? Детские вопросы, простые эксперименты, мысли о прозрачности и самолетах-невидимках.

Здравствуйте, друзья! Сегодня я буду Капитаном Очевидность - напишу об очень простом эффекте по мотивам детских вопросов.

В последние дни идут дожди, и мы с сыночком гуляем под зонтиками. У него прозрачный зонтик из полиэтилена, а у меня - тканевый, непрозрачный.

Зонтики в работе - детский и взрослый.

Мама, а почему твой зонтик из ткани непрозрачный? Можно ли сделать тканевый зонтик прозрачным?

Интересный вопрос. Отвечаю.

Бывают прозрачные ткани - тюль. Но они очень тонкие, зонтик из них не выдержит воды и протечет. Для зонтика нужна ткань покрепче, а она уже не будет прозрачной. Зонтик от солнца можно сделать из тонкой ткани, но там прозрачность не нужна - прозрачный зонтик от солнца не защитит.

Сынок трогает свой зонтик.

Мой полиэтилен крепкий! Может, из него сделать ткань?

Почему бы и не попробовать?

Придя домой, мы провели маленький эксперимент. Зонтик, конечно, ломать не стали, в хозяйстве много прозрачных объектов. В ход пошли остатки полиэтиленового пакетика и кусочек мягкого стекла.

Полосочки из мягкого стекла и кусочек "ткани" из пакетика

Я порезала мягкое стекло на полосочки разной ширины. Смотрите, широкие полосочки обладают свойством прозрачности, а самая тонкая полосочка - ниточка уже просто белая. Кроме того, на краях полоски тоже белые.

Полиэтиленовый пакетик прозрачен, но если сделать из него аналог ниток и связать в ткань (я воспользовалась крючком, ткацкого станка у нас нет), то результат получится белым, это видно на фото.

Разберемся, как связаны между собой белизна и прозрачность

• И прозрачность, и белизна имеет место, если объект не поглощает свет.
• Если объект не рассеивает и не отражает свет, он будет прозрачным
• Если объект рассеивает свет, он будет белым
• Если объект отражает, но не рассеивает, он будет блестящим.

Получается вот что. У широких полосок поверхность гладкая и ее доля не так велика, и рассеяние сравнительно мало, поэтому они прозрачные. У тоненьких полосок доля поверхности значительно выше, и рассеяние света будет существенно больше. У нашего кусочка "ткани" из пакетика доля поверхности очень велика, и поверхность шероховатая, поэтому он белый, хоть и сделан из вполне прозрачного пакетика.

Чтобы убедиться, что дело именно в рассеянии, проведем ещё один маленький эксперимент. Поместим наши полосочки в воду!

Поместили полосочки в воду, и они стали прозрачными

Доля света, отраженного от поверхности, определяется разницей показателей преломления - чем ближе показатели преломления, тем меньше отражается света. У воды и полиэтилена показатели преломления близки, поэтому при помещении полосочек в воду они становятся почти невидимыми. Даже самая тоненькая полосочка стала прозрачной!

Надо сказать, с обычной белой тканью такого эффекта не будет, поскольку сами по себе волокна прозрачными не являются, к тому же, вода не проникает во все волокна, а площадь поверхности все равно остается достаточно большой, так что даже малое отражение на шероховатой поверхности становится заметным.

Чтобы сделать ткань прозрачной в определенном диапазоне длин волн - например, видимом - нужно применять специальные покрытия - метаматериалы. Они состоят из маленьких колебательных контуров, которые переизлучают попадающий на них свет в определенном направлении, и их можно настроить так, чтобы они не излучали в обратном направлении. Этот принцип положен в основу самолета-невидимки - его покрытие не отражает радиоволны. Пока эти покрытия работают в очень узком диапазоне длин волн, но может, в будущем появятся и зонтики-невидимки.

Впрочем, метаматериалы - это тема для отдельной большой статьи, и довольно трудная. Я обещала простенькую статью, поэтому завершаю её идеей фотосессии с прозрачным детским зонтиком.

Детский зонтик для креативной фотосессии. Я не фотомодель, не судите строго. Единорог мне больше всего понравился.

Друзья, желаю вам маленьких радостей и открытий даже в самые серые дни! Спасибо, что дочитали до конца!