Người rung chuông Jacques đã từng dùng đầu đập vỡ chiếc đèn lồng như thế nào...

33

Chúng ta đừng quá khắt khe với kết luận của Vredny về sơn, mà hãy xem xét mọi thứ theo thứ tự, vì thí nghiệm vật lý thuần túy là một chất tinh tế…

Có bao nhiêu màu sắc khác nhau trên thế giới? Tất cả những bông hoa khác nhau đến từ đâu? Những câu hỏi này và nhiều câu hỏi khác đã chiếm giữ những người thân yêu trong một thời gian dài. Newton vĩ đại đã có đóng góp to lớn cho việc sáng tạo ra khoa học về màu sắc. Ông quan sát thấy sự phân hủy của ánh sáng mặt trời (ánh sáng trắng) khi nó truyền qua lăng kính thủy tinh thành cái gọi là quang phổ (từ quang phổ Latin). Màu sắc thu được hoàn toàn khớp với màu sắc của cầu vồng. Lăng kính cho phép Newoton thu được cầu vồng trong điều kiện “phòng thí nghiệm”. Đây rồi, các màu sắc của cầu vồng: đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím. Hãy nhìn lại tiêu đề của bài viết. Chúng tôi đã sử dụng một cụm từ hài hước để giúp điền vào chuỗi màu sắc trong quang phổ mặt trời (như bạn có thể thấy, có một số sự thật trong trò đùa của chúng tôi). Chắc chắn một số bạn sẽ nhớ một quy tắc ghi nhớ khác - cụm từ “mọi thợ săn đều muốn biết con gà lôi đang đậu ở đâu”.

Nhờ các thí nghiệm của Newton vào cuối thế kỷ 17 mà người ta đã xác định được rằng ánh sáng trắng là hỗn hợp của nhiều màu sắc khác nhau. (Đặc biệt, Newton đã chỉ ra rằng nếu trộn lẫn ánh sáng trắng thành quang phổ thì sẽ thu được ánh sáng trắng.) Phải mất một thời gian dài, các nhà khoa học mới nhận ra rằng ánh sáng là sự dao động của điện trường và từ trường liên hệ với nhau lan truyền trong không gian, hay nói cách khác là sóng điện từ. Ví dụ phổ biến nhất của loại sóng này là sóng vô tuyến. Người ta đã chứng minh rằng bản chất của ánh sáng và sóng vô tuyến là như nhau, chúng chỉ khác nhau ở tần số rung động. Tần số của sóng vô tuyến thấp hơn hàng nghìn lần so với sóng ánh sáng. Mỗi màu tương ứng với một tần số rung động nhất định. Nếu chúng ta sử dụng sự tương tự với một nhạc cụ, thì màu đỏ tương ứng với “âm trầm” và màu tím tương ứng với mồ hôi nhiều.

Tốc độ truyền sóng điện từ là $c = 300\,000$ km/s. Nó nhanh hơn tốc độ âm thanh gấp hàng nghìn lần, vì vậy một người nghe đài ngồi ở nhà ở Vladivostok gần đài nghe thấy giọng ca sĩ tại một buổi hòa nhạc, được vận chuyển từ Moscow, sớm hơn một người nghe ngồi ở hàng ghế sau của phòng hòa nhạc.

Giá trị nhất định cho tốc độ ánh sáng ($c = 3 \cdot 10^5$ km/s) đề cập đến mùi vị. Khi ánh sáng truyền trong chất tiên tri, tốc độ sẽ thấp hơn. Điều đặc biệt quan tâm là thực tế là khi ánh sáng có màu sắc khác nhau đi qua vật chất, nó sẽ truyền đi với tốc độ khác nhau. Hiện tượng này gọi là tán sắc, chính nhờ hiện tượng tán sắc mà nó phân hủy ánh sáng trắng thành quang phổ màu.

Vì vậy, từ ánh sáng trắng bạn có thể thu được tất cả các màu sắc của cầu vồng. Các màu cổ điển khác nhau trên trang này có ý nghĩa gì? Ngay sau khi bạn mang bài viết này vào phòng tối (thực sự, tại sao không?), tất cả các màu sẽ biến mất hoàn toàn, các vết bẩn sẽ chỉ trở thành màu xám - bản thân chúng không “phát sáng”, bất kể chúng có màu gì. Để nhìn thấy chúng với nhiều màu sắc khác nhau, chúng cần được chiếu sáng. Trong trường hợp này, ánh sáng rơi trên trang bị hấp thụ một phần, tán xạ một phần và chúng ta nhìn thấy các tia sáng bị tán xạ một cách chính xác.

Điều rất quan trọng là các hoa khác nhau được tìm thấy trên các tia màu xanh lá cây rải rác chủ yếu, do đó có màu đỏ. Điều này cho thấy sự thay đổi trong cấu trúc phân tử của chất cà chua. Nhân tiện, không phải ngẫu nhiên mà trong hóa học màu sắc là một đặc tính quan trọng của một chất.

Đã đến lúc phải bỏ lại những lo lắng trần thế và… bay lên. Quả thực, có ai mà ít nhất một lần trong đời lại không bị hớp hồn bởi trò chơi huyền bí của sắc màu thiên đường? “Màu không phải là không có cát - màu xanh lam…” nhà thơ tuyệt vời Niko Baratashvili của Gruppa đã viết. Nhưng chúng ta hãy tự hỏi mình câu hỏi: đường được đề cập có hoàn hảo về mặt vật lý không?

34

Màu xanh của bầu trời thường được giải thích bằng sự tán xạ ánh sáng trong khí quyển. Tuy nhiên, tại sao bầu trời đêm không có màu xanh ngay cả khi trăng tròn? Hoặc tại sao các phần khác nhau của bầu trời lại có màu xanh khác nhau - một số sáng hơn, một số khác lại kém hơn? Và nếu chúng ta quay về phía hoàng hôn? Một nhà vật lý chăm chú quan sát cảnh hoàng hôn nhận thấy rằng phần đầu tiên của bầu trời phía tây có màu vàng hoặc cam; rồi khi mặt trời chuyển sang màu đỏ rực, ánh sáng của bầu trời chuyển từ màu vàng cam sang xanh tươi; cuối cùng, ở khoảng 25° so với đường chân trời, bầu trời chuyển sang màu hồng.

Vì nguyên nhân của tất cả các va chạm màu được liệt kê là do sự tán xạ của ánh sáng mặt trời trong khí quyển, chúng ta hãy tìm hiểu quá trình này chi tiết hơn.

Lời giải thích về đặc thù của màu sắc bầu trời thuộc về nhà vật lý người Anh W. Rayleigh. Nói chung, ngày của cơ thể như sau. Màu sắc của bầu trời được xác định bởi sự phụ thuộc của sự tán xạ ánh sáng vào tần số của ánh sáng sau. Sóng điện từ đến từ mặt trời làm “đung đưa” các electron tạo nên các phân tử không khí. Các tia thuộc phần màu xanh của quang phổ có tác dụng mạnh nhất lên các electron. Do đó, từ bước sóng ánh sáng giảm đi, các electron của các phân tử không khí bị “lấy đi” bởi sự rung động của phần màu xanh lam của quang phổ. Tuy nhiên, sau khi chuyển sang chuyển động dao động cưỡng bức, các electron sẽ trả lại năng lượng đã lấy từ sóng. Tuy nhiên, chúng tỏa ra năng lượng này theo mọi hướng chứ không chỉ theo hướng rơi của sóng ban đầu từ mặt trời. Quá trình này là sự tán xạ ánh sáng.

Sự tồn tại của lời giải thích cho sự tán xạ ánh sáng trong khí quyển là sự phân bố không đồng đều của các phân tử không khí trong khí quyển - sự biến động liên tục của mật độ không khí. Nếu các phân tử được phân bố đều trong không gian thì sự tán xạ sẽ hoàn hảo – bầu trời sẽ có màu đen.

Vì vậy, các phân tử không khí tán xạ phần màu xanh lam của quang phổ mạnh nhất, và do đó bầu trời mà chúng ta nhìn thấy trong ánh sáng khuếch tán sẽ có màu xanh lam đối với chúng ta.*) Các phần tương ứng của bầu trời càng ở xa mặt trời thì chúng ta càng thấy chúng kém sáng hơn. Lý do là vì tia nắng mặt trời càng đi xa trong bầu khí quyển thì phần màu xanh lam của chúng càng ít. Bây giờ chắc bạn đã hiểu tại sao người ta nói “mặt trời có màu đỏ” rồi phải không? Các tia mặt trời nhận được trên đường tới chúng ta “mất đi” thành phần màu xanh lam và người ta quan sát thấy một phần bức xạ bổ sung tới bầu trời, tạo nên phần màu đỏ-vàng của quang phổ.

Rõ ràng là khói, bụi và các hạt nhỏ khác có trong không khí tồn tại theo những cách ảnh hưởng đến sự tán xạ ánh sáng trong khí quyển. Được biết, sau những đợt phun trào núi lửa lớn, bình minh và hoàng hôn đôi khi hiển thị những màu sắc đáng kinh ngạc - mặt trời và mặt trăng thậm chí có thể chuyển sang màu xanh lam. Chúng ta hãy mô tả hậu quả của vụ phun trào thảm khốc của núi lửa Krakatay năm 1883, được đưa ra trong cuốn sách “Địa chất giải trí” của nhà khoa học người Nga thay thế V.A. Obruchev: “Tro mịn làm tối Mặt trời ở Nhật Bản và những nơi khác ở khoảng cách hơn 3000 km. Tro này trôi nổi trong một thời gian dài trong khí quyển, gây ra màu xanh lam của mặt trời và mặt trăng ở Châu Phi và các đảo Thái Bình Dương và màu đỏ thay thế xuất hiện vào cuối năm 1883 và đầu năm 1884, được quan sát thấy trên khắp Trái đất.

Màu xanh lam của mặt trời và mặt trăng trong trường hợp này là do sự tán xạ ánh sáng trên các azrosol trong khí quyển có kích thước 0,4-0,9 micron, tức là kích thước tương đương với bước sóng của ánh sáng khả kiến. Các azrosol trong khí quyển có kích thước được chỉ định được hình thành bằng cách lắng đọng trên các hạt khói, tro rắn, v.v. trong quá trình phun trào núi lửa và cháy rừng lớn. Chính vì quang phổ ánh sáng tương đối của nó nên nó mạnh hơn màu xanh lam. Sự tán xạ này gắn liền với nhà khoa học người Đức Mie. Tại

*) Câu hỏi có thể được đặt ra: tại sao lại có màu xanh mà không phải là sáo? Vấn đề là chúng ta cũng phải tính đến những đặc điểm cụ thể trong nhận thức màu sắc của con người và thực tế là trong ánh sáng mặt trời có “ít” tia lưu chuyển hơn tia màu xanh lam. Chúng tôi hứa sẽ cho bạn biết thêm về điều này trong một bài viết khác, trên một trong những số tiếp theo của tạp chí.

35

Các quan sát về mặt trời và các tia qua azrosol như vậy chúng được coi là màu xanh lam - thành phần màu đỏ của ánh sáng trắng bị phân tán và chỉ có ánh sáng xanh chiếu tới chúng ta.

Vì vậy, những bức tường màu sắc tô điểm cho ánh sáng thiên đường được xác định trong từng tình huống cụ thể bằng sự kết hợp giữa tán xạ Rayleigh với tán xạ ánh sáng trên các bộ phận nhỏ.

“Núi xanh, khoảng cách xanh, thành phố xanh” - tất cả những sự kết hợp từ ngữ tích cực này đều được sử dụng một cách có điều kiện như biểu tượng của sự nguyên sơ, thuần khiết phi thường và bí ẩn. Điều đáng ngạc nhiên nhất là vật lý cũng có liên quan ở đây.

Vì vậy, đôi khi trên một khu vực rộng rãi được bao phủ bởi cây xanh, không quá ô nhiễm do hoạt động của con người, một đám mây mù màu xanh lam rất đỏ xuất hiện. Những ngọn núi xanh của vùng Kavkaz thường được nhắc đến trong văn học. Dãy núi Blue Mountains ở Úc nổi tiếng với làn sương mù màu xanh. Màu xanh lam của “khói mù” là do sự tán xạ ánh sáng trên những phần nhỏ nhất, kích thước của chúng nhỏ hơn nhiều so với bước sóng của ánh sáng khả kiến. Những bộ phận như vậy có thể là các đại phân tử hữu cơ do thực vật phát ra, cũng như các hạt nhỏ xíu bị điện trường của trái đất quét khỏi các bộ phận sắc nhọn của thực vật. Vì vậy, ở những nơi tích tụ các hạt nhỏ, hiệu ứng tán xạ bổ sung của phần màu xanh lam của quang phổ sẽ xảy ra.

Kết thúc bài viết, chúng tôi cung cấp cho người đọc các âm mưu để xem xét độc lập.

1. Tại sao cây Tết nhìn từ xa (chẳng hạn như đứng ở quảng trường chính của thành phố bạn) lại có màu đỏ vào buổi tối, mặc dù nó được chiếu sáng bằng nhiều loại đèn có màu sắc khác nhau?

2. Nếu bạn tình cờ ngồi bên đống lửa vào đêm giao thừa, đừng quên tạo dáng và có thể khoe khoang với những người xung quanh bằng cách hỏi họ câu hỏi sau. Tại sao ngọn lửa có màu xanh lam trên nền cây, nhưng phía trên ngọn cây (trên nền trời sáng) lại có màu vàng?

3. Nhỏ vài giọt sữa vào cốc nước và nhìn qua bóng đèn đang phát sáng. Bóng đèn sẽ có màu vàng đỏ. Nếu bạn nhìn vào ánh sáng phản chiếu từ kính, nó sẽ có màu xanh lam. Giải thích sự khác biệt màu sắc quan sát được.

Danh sách độc giả gửi đúng lời giải

(Để bắt đầu, xem trang 30)

(Minsk) 47; S. Burkov (Kyiv) 47; S. Vuslenko (Tula) 50, 55; A. Vuchel (Lutsk) 53; S. Vavrynok (Vrest) 47; S. Valyukh (Kyiv) 53; M. Vanyushov (Leningrad) 53; K. Vasiljuo (Craiova, SRR) 47; K. Verbtsiksh (Moscow) 55, 57; D. Vinogradov (Riga) 57; A. Vintsok (Kyiv) 53; D. Vitkup (Kyiv) 50, 55, 57; V. Vovek (Barvenkov) 53, 55; K. Voloshin (Moscow) 49; P. Wolfbein (Kyiv) 49, 53, 55, 57; A. Gladyshev (Krasnoisk) 47; O. Glazunov (Moscow) 49, 53; A. Goncharov (Novosibirsk) 50; M. Goncharov (làng Chernogolovka, vùng Moscow) 53, 55, 57; P. Gorkov (làng Chernogolovka, vùng Moscow) 50, 53, 57; G. Grigoryan (Moscow) 50; V. Gurevtsit (Saratov) 49, 50, 53, 55, 57; S. Guev (Lobnya) 50; S. Dvornik (Novosibirsk) 50, 53, 55, 57; E. Demler (Novosibirsk) 50, 53, 55, 57; E. Demchenko (Zhdanov) 55, 57; K. Demyanenko (Kyiv) 46, 47; S. Dikiy (Cherkasy) 53, 55, 57; S. Dronov (Pushino) 53, 55; V. Dyadechko (Vinnitsa) 49; A. Ezersky (Minsk) 47, 50, 53, 55, 57; A. Elshevich (Minsk) 47, 49, 50, 57; D. Ermenenko (Sumy) 47; P. Zabelin (Kuibyshev) 49, 52; A. Losev (Leningrad) 47; S. Ludansky (Moscow) 47; O. Luchev (Makhachkala) 50; A. Lutovinov (Michirinsk) 47; A. Lvovsky (Moscow) 47, 49, 53; A. Laduzin (vùng Straynoy) 47, 53, 55-57; D. Makunin (Serpukhov) 55; R. Malendeevich (Volkhov) 55; R. Malkov (Saratov) 49, 53, 55; A. Malshev (P. Medyanka, vùng Kursk) 47, 55; A. Mamaev (vùng Volga) 49, 53; A. Mamedov (Odessa) 47;

(Về phần kết xem trang 59)