48
ЛИЧИВАЯ СВОЙ РАЗМЕР, ОПАДАЮТ. Все это отражается на радуте — на яркости ее цвета, ширине соответствующих световых полос, продолжительность ее жизни. Когда капель становится мало, радуга блескет и исчезает.
Искусственная радуга
В. В. МАЙЕР, Р. В. МАЙЕР
Одно дело теория радуги или случанные наблюдания этого природного явления и совсем другое — его экспериментальное исследование. Но для этого нужно прежде всего получить радуту искусственно.
Искусственные радуги известны давно. В одном из опытов наполненную водой круглую колбу сквозь отверстие в экране освещают параллельным пучком света и наблюдают возникающего на экране цветную камеру. Главный недостаток этого опыта заключится в том, что он не совсем отражает реальное положение вещея: настояшая радуга получается не от одной капли, а от огромного количества капель. Можно сделать и по-другому: с помощью пульверизатора или небольшего фонтана создается обlakо падаоших в воздухе капель и на них наблюдать радуту. Условия такого опыта соответствуют природным, однako получить требуемое обlakо совсем не просто, да и экспериментировать с ним не слишком приятно.
Мы же предлагаем вам еще один опит и надемся, что вы его обязательно проведете.
Приготовьте новый лист диораля или жести размер примерно 200×200 мм, свечу, воды или глицерин, микрозлектродвигатель, батарейку на 4,5 В, грифель от простого карандаша или кусок нихромового проводника диаметром 0,2—0,3 мм и длиной 200—400 мм, ластик, стальную проводку диаметром около 0,3 мм и длиной 100 мм (такую проводку можно получить, растянув подходящую пружинку), жестяную или полистеную крышку для банки. Оказывается, используя перечисленные предметы, можно получить устойчивое множество примеров одинаковых капель, приготовное для наблюдания и исследования радуги.
Основная идея заключится в следующем: если произнунуждость распылить на несмачивающийся его поверхность, то под действием сил поверхностиного натяжения капель превращаются в произчные шарики. А это как раз то, что нужно для создания радуги. А теперь — за дело.
Металлическую пластинку вы можете с мылом и высищите. Перемешая ее над пламенем свечи, равномерно на поверхности на поверхности пластинки слой копоти. Вода и глицерин не смешивают копоть, но, если влажность воздуха влика, копоть может отслотаться от пластинки и как бы «промокнуть». Чтобы исключить это нежелательное явление, пластинку нужно предварительно покрыть тонким сломем kleя «Момент»,нитролака или нитрокраски и после высыхания этого слоя нанесится копоть.
Глицерин в опытах предпочтительнее воды, потому что он испаряется значительное медленнее. Далее в жаркую погоду «глицериновый радут» вы сможете наблюдать несколько суток, а от «водной» уже через час не остается и следа.
Для нанесения капель жидкости на закопчению поверхности необходима распылить. К сожалению, обычный пульверизатор для этого не годится. Дело в том, что он выдает капли, размеры которых колблются
49
в довольно широких пределах, а на таких каплях радуга получается размазанной, не контрастиной. Хорошие же радуги дают примерно одинаковые капли диаметром от 0,3 до 1 мм.
Одна из возможных конструкций генератора капель показана на рисунке 1. Микроэлектроидигатель 1 жесткой обжимкой 2 и двумя болтами закреплен на основании 3. На вал двигателя насажен кусок ластика 4, сквозь которой пропущена стальная проволока 5. Концы проволоки при вращении вала попереенно погружаются в жидкость, наlintую в неглубокую банчку (крышку) 6, и, покидая ее, разбрызгивает капли. Понятно, что диаметр капель определяется диаметром проволоки, глубиной погружения в жидкость и скоростью ее вращения. Чтобы можно было изменять эту скорость, микроэлектроидигатель подключите к батарейке через импровизированный реостат, состоящий из грифеля или куска низкомового проводника. Капли, сывающесся с концов вращающейся проволоки, летят не только в направлении, показанным на рисунке, но и в других сторонах, поэтому заданы и с боков генератор капель нужно ограничить П-образным зашитным экраном из картона. Положив перед открытой часть экрана лист черной бумаги, отрегулируйте скорость вращения брызгающей проволоки (она должна составлять не более нескольких оборотов в секунду) и определяйте место премиумщественного padения капель. Введите туда закопченную металлическую платинку и, перемещая ее, добавьте по возможности равномерного
Рис. 2.
Рис. 3.
покрытия пластинки каплями. Плотность капельного слоя должна быть настолько большого болшной, чтобы в рассеяном отраженном свете поверхности пластинки казалась состоящей сплошь из блестиших капелек.
Для наблюдания радуги достаточно пластинку с каплями подставить под прямы лучи и подобрать необходимый угол φ между этим лучами и направлением наблюдания (рис. 2; радуга схематически показана кривой линей). Как следует из теории радуги, этот угол для воды должен быть равен φ_b=42°, а для глицерина — φ_r=27°.
Если все сделано достаточно хорошо, вы увидите прекрасную яркую радуги и, может быть, рядом с ней — вторую, значительную более слабую. Явление настоящего впечатляющей ее, что, чтобы увидеть его, право, стоит потрудиться.
В природа雷达а обычно представляется собой часть окружности (если исключать радуги на росе и ту, которое при особом взении можно видеть с самолета). Вам нужно немешать наблюдайте полную雷达у (полную окружность). Для этого на расстоянии 5—8 см от пластинки с каплями закрепите лампочку для карманного фонаря. При наблюдании сверху вы заметите слабо освещенный круг с разноцветной границей, которая и является радугой (рис. 3; радуга схематически показана окружность). Закрывая почередно один глаз, а затем другом, вы обнаружите, что雷达 несколько смещается от-
50
ностиельно пластинки. Вот почему при наблюдении двумя глазами сразу радуга каждой не лежащей на пластинке с каплями, а паряшей над ней.
К сожалению, мы не сумели получить цветные фотографии искусственного радуги. На рисунке 4 приведены черно-белые снимки, раскрашенные карандашами. Они лишь использовуют результаты наблюдения при разных условиях, но ни в коей мере не передают всей красоты явления. На переднем плане этих摄影ии видна закрепленная в держатель лампочка. Если на пластинку с каплями смотреть почти светру, то наблюдается полная радуга в виде эллипса (рис. 4, а); при смешении глаза вниз и в бок радуга становится похожей на парабoly (рис. 4, б) и гипербoly (рис. 4, с).
Вопросы для самостоятельной работы
-
Похожа ли созданная вами радуга на ту, которая иногда наблюдается на росе? Соответствует ли последовательность цветов в искусственной радтуре той, которая имеет место в естественной?
-
Получаясь схемой наблюдения, представленной на рисунке 3, измерьте расстояния OA, OS, OB, вычислите углы α и β и определите угол φ, под которым наблюдается радуга на водяных и глицериновых каплях. Подтверджают ли ваши измерения теоретические расчеты?
-
Объясните, почему в ваших опытах внутри радуги получается освещенная белая область (см. рис. 4), а в природа также область не наблюдается.
-
Поместив перед глазом поляроидную пленку, на полной радуте вы заметите две диаметрально протиоположные темные полосы, которые поворачиваются вместе с вращением поляроида. Какова причина этого явления?
-
Экспериментально показите, что чем меньше диаметр капель, тем слабее красный цвет радуги, затемнее филологический и в целом радуга становится более белесой.
И в заключение — рекомендуемая литература:
- И. К. Белкин. Что такое радуга? — «Квант», 1984, № 12, с. 20.
- Я. Е. Гегузин. Капля. — М.: Наука, 1973.
- М. Миннарт. Свет и цвет в природа. — М.: Наука, 1969.
- Л. В. Тарасов, А. Н. Тарасова. Беседы о предположении света. — М.: Наука, серия «Библиотека «Квант», выпуск 18, 1982.
Дорогие читатели!
Журнал «Квант» распространяется только по подписке. Если вы хотите стать нашими подпискками, вы можете оформить подписку в агентств «Союзпечати», на почтамах или в отделениях связи, начиная с любого номера (но не позднее первого числа предложенного места).
Индекс журнала «Квант» в каталоге «Союзпечати» 70465, цена одного номера 40 копеек.