Любой владелец кошек знает, что одна из самых любимых игр питомцев – погоня за точкой от лазерной указки. Однако это не единственное, что связывает лазеры и кошек.
Лазер – акроним от Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation — «Усиление света посредством вынужденного излучения».
Принцип его работы основан на взаимодействии излучения с веществом. Свет представляет из себя поток фотонов, которые могут излучаться или поглощаться атомами вещества. При этом фотоны абсолютно идентичны друг другу и обладают одинаковой длиной волны. Это обуславливает главную особенность лазера - когерентность излучения (когда все волны одной длины волны, и колебания в них происходят в такт).
В отсутствии внешнего воздействия атомы находятся в основном состоянии. Это устойчивое состояние с наименьшей энергией. Однако атом может поглотить фотон и в этом случае перейти в возбужденное состояние. Дальнейшая судьба атома развивается по одному из вариантов: атом может испустить фотон и вернуться в основное состояние, а может столкнуться с еще одним фотоном.
В результате столкновения появляются два индуцированных фотона с одинаковыми физическими параметрами. Это и есть вынужденное излучение. Оно многократно усиливает испускаемый свет лазера, так как количество одинаковых фотонов растет лавинообразно. А раз все фотоны одинаковы, это и есть когерентное излучение.
Чтобы атомы индуцировали излучение, нужен первоначальный внешний источник энергии, то есть необходимо «накачать» вещество излучением для проявления лазерного эффекта. Источником накачки может служить электромагнитное излучение, электрический ток, электрический разряд и даже химическая реакция в пригодной для генерации среде.
Вещества, использующиеся в качестве рабочей среды для накачки довольно разнообразны. Это могут быть твердые вещества (например, кристаллы рубина, алюмо-иттриевый гранат), жидкие (раствор родамина) и газообразной (гелий, неон, углекислый газ).
Рабочая среда помещена в полость оптического резонатора, который представляет собой пару параллельно размещенных зеркал. Одно из зеркал полностью отражает падающее на него излучение. Второе же зеркало направляет часть излучения обратно в рабочую среду, а часть – выводит из устройства в виде лазерного луча. Излучение, направленное обратно в рабочую среду, снова запускает процесс вынужденного излучения, что позволяет делать процесс излучения безостановочным.
Подытожим: работа лазера основана на квантовом эффекте вынужденного излучения, который усиливает оптическая система зеркал.
Вернемся же к котикам
У кошек тоже есть своя «встроенная» природой оптическая система – их глаза.
У многих животных, в том числе и у человека, механизм зрения следующий.
Сперва свет попадает на внешнюю часть – роговицу. Она представляет собой вогнуто-выпуклую линзу. С роговицы свет через зрачок идет на хрусталик. Хрусталик – двояковыпуклая линза, она собирает лучи и фокусирует их на сетчатке. Сетчатка представляет собой слой светочувствительных клеток, которые через зрительный нерв отправляют изображение в мозг.
Однако у некоторых животных, например, кошек, между сетчаткой и склерой (плотной оболочкой глазного яблока) располагается особый слой – тапетум. Тапетум содержит клетки, способные отражать свет. Частично проходя через сетчатку, свет отражается от тапетума и возвращается обратно на сетчатку, увеличивая таким образом количество света, доступного фоторецепторам. Такая оптическая система напоминает систему зеркал в лазере.
Отражение от тапетума позволяет кошкам лучше видеть в темноте, повышая чувствительность зрения на 44% по сравнению с человеческим. А еще именно благодаря тапетуму у кошек блестят глаза – это и есть визуальное проявление отражения. Причем блеск может быть разных цветов – красного, желтого, зеленого. Это зависит от угла, под которым на него смотрит наблюдатель, и от химического состава клеток отражающего слоя. На химический состав влияют такие факторы, как порода, возраст и состояние здоровья животного.
Смотрите новые видео на youtube.com/@PhysFromPobed
Приобретайте наши конструкторы на fizikits.ru
