cầu vồng nhân tạo

48

MẤT KÍCH THƯỚC, HỌ SỎI. Tất cả những điều này được phản ánh qua cầu vồng - ở độ sáng của màu sắc, độ rộng của các sọc sáng tương ứng và tuổi thọ của nó. Khi có vài giọt, cầu vồng tỏa sáng rồi biến mất.

cầu vồng nhân tạo

V. V. MAYER, R. V. MAYER

Lý thuyết về cầu vồng hoặc những quan sát ngẫu nhiên về hiện tượng tự nhiên này là một chuyện, còn nghiên cứu thực nghiệm về nó lại là một chuyện khác. Nhưng để làm được điều này, trước tiên bạn phải có được cầu vồng một cách nhân tạo.

Cầu vồng nhân tạo đã được biết đến từ lâu. Trong một thí nghiệm, một bình tròn chứa đầy nước được chiếu sáng qua một lỗ trên màn hình bằng một chùm ánh sáng song song và người ta quan sát thấy một camera màu xuất hiện trên màn hình. Hạn chế chính của thí nghiệm này là nó không phản ánh hoàn toàn trạng thái thực của sự vật: cầu vồng thực sự không đến từ một giọt mà từ một số lượng lớn giọt. Bạn có thể làm theo cách khác: sử dụng bình xịt hoặc đài phun nước nhỏ, tạo ra một đám mây giọt nước rơi trong không khí và quan sát cầu vồng trên chúng. Các điều kiện của một thử nghiệm như vậy tương ứng với các điều kiện tự nhiên, nhưng việc đạt được đám mây cần thiết không hề dễ dàng chút nào và việc thử nghiệm nó cũng không mấy dễ chịu.

Chúng tôi cung cấp cho bạn thêm một trải nghiệm và hy vọng rằng bạn chắc chắn sẽ hoàn thành nó.

Chuẩn bị một tấm dioral hoặc thiếc mới có kích thước khoảng 200x200 mm, một ngọn nến, nước hoặc glycerin, động cơ vi điện, pin 4,5 V, chì bút chì hoặc một đoạn dây dẫn nichrome có đường kính 0,2-0,3 mm và chiều dài 200-400 mm, một cục tẩy, dây thép có đường kính khoảng 0,3 mm và chiều dài 100 mm (dây như vậy có thể thu được bằng cách kéo căng một lò xo phù hợp), một nắp thiếc hoặc polystyrene cho lọ. Hóa ra, bằng cách sử dụng các mục được liệt kê, bạn có thể có được một tập hợp ví dụ ổn định về các giọt giống hệt nhau, sẵn sàng để quan sát và nghiên cứu cầu vồng.

Ý tưởng chính như sau: nếu một chất lỏng được phun lên một bề mặt không thấm nước, thì dưới tác dụng của sức căng bề mặt, các giọt sẽ biến thành những quả bóng lỏng. Và đây chính xác là những gì cần thiết để tạo ra cầu vồng. Và bây giờ chúng ta hãy bắt tay vào công việc.

Bạn có thể rửa tấm kim loại bằng xà phòng và lau khô. Khuấy đều trên ngọn lửa nến để tạo lớp bồ hóng đều trên bề mặt đĩa. Nước và glycerin không trộn lẫn bồ hóng, nhưng nếu độ ẩm không khí cao, bồ hóng có thể bong ra khỏi tấm và “bị ướt” như cũ. Để loại bỏ hiện tượng không mong muốn này, trước tiên tấm phải được phủ một lớp mỏng keo Moment, vecni nitro hoặc sơn nitro, sau khi lớp này khô sẽ phủ muội than lên.

Glycerin thích hợp hơn nước trong các thí nghiệm vì nó bay hơi chậm hơn nhiều. Hơn nữa, trong thời tiết nóng bức, bạn sẽ có thể quan sát được “bán kính glycerin” trong vài ngày, và sau một giờ sẽ không còn dấu vết của bán kính “nước”.

Để áp dụng các giọt chất lỏng lên bề mặt hun khói, bạn cần phun. Thật không may, một bình xịt thông thường không phù hợp cho việc này. Thực tế là nó tạo ra những giọt có kích thước dao động

49

trong một phạm vi khá rộng, và ở những giọt như vậy, cầu vồng bị nhòe, không có độ tương phản. Cầu vồng tốt tạo ra những giọt xấp xỉ bằng nhau với đường kính từ 0,3 đến 1 mm.

Một trong những thiết kế có thể có của máy tạo giọt nước được thể hiện ở hình 1. Bộ điều khiển vi điện tử 1 được cố định vào đế 3 bằng một nếp gấp cứng 2 và hai bu lông. Một miếng tẩy 4 được gắn trên trục động cơ, qua đó một sợi dây thép 5 được luồn qua. Các đầu của dây, khi trục quay, lần lượt được nhúng vào chất lỏng lót trong một bình nông (nắp) 6, và khi rời khỏi nó, các giọt nước bắn tung tóe. Rõ ràng là đường kính của các giọt được xác định bởi đường kính của dây, độ sâu ngâm trong chất lỏng và tốc độ quay của nó. Để có thể thay đổi tốc độ này, hãy kết nối bộ điều khiển vi điện tử với pin thông qua một bộ biến trở ngẫu hứng bao gồm bút cảm ứng hoặc một đoạn dây dẫn điện áp thấp. Các giọt rơi từ hai đầu của dây quay không chỉ bay theo hướng như hình hình mà còn bay theo các hướng khác, do đó, bộ tạo giọt phải được giới hạn từ các phía bằng màn bảo vệ hình chữ U làm bằng bìa cứng. Đặt một tờ giấy đen trước phần mở của màn hình, điều chỉnh tốc độ quay của dây bắn tung tóe (không quá vài vòng mỗi giây) và xác định vị trí giọt nước rơi xuống. Chèn một tấm kim loại hun khói vào đó và di chuyển nó, thêm đều nhất có thể

Hình 2.

Hình 3.

phủ lên tấm những giọt nước. Mật độ của lớp giọt phải lớn đến mức trong ánh sáng phản xạ tán xạ của bề mặt tấm, nó dường như chỉ bao gồm những giọt sáng bóng.

Để quan sát cầu vồng, chỉ cần đặt một tấm có giọt nước dưới các tia thẳng và chọn góc φ cần thiết giữa các tia này và hướng quan sát (hình 2; cầu vồng được thể hiện dưới dạng sơ đồ bằng một đường cong). Theo lý thuyết cầu vồng, góc này đối với nước phải bằng φ_b=42° và đối với glycerin - φ_r=27°.

Nếu mọi thứ được thực hiện đủ tốt, bạn sẽ thấy một cầu vồng sáng tuyệt đẹp và có lẽ bên cạnh nó là một cầu vồng thứ hai mờ nhạt hơn nhiều. Hiện tượng của hiện tại ấn tượng đến mức thực sự đáng để bạn bỏ công sức ra xem nó.

Trong tự nhiên, 雷达a thường được thể hiện như một phần của vòng tròn (ngoại trừ cầu vồng trong sương và cầu vồng có thể nhìn thấy từ máy bay với một góc nhìn đặc biệt). Bạn cần phải cẩn thận và quan sát đầy đủ 雷达у (vòng tròn đầy đủ). Để làm điều này, hãy gắn bóng đèn làm đèn pin ở khoảng cách 5-8 cm so với tấm có giọt nước. Khi nhìn từ trên cao, bạn sẽ nhận thấy một vòng tròn được chiếu sáng mờ với đường viền nhiều màu, đó là cầu vồng (hình 3; cầu vồng được thể hiện dưới dạng hình tròn theo sơ đồ). Bằng cách nhắm một mắt rồi nhắm mắt kia, bạn sẽ thấy rằng 雷达 hơi dịch chuyển từ -

50

tấm nolly. Chính vì vậy, khi quan sát bằng hai mắt, từng cầu vồng không nằm trên đĩa có giọt nước mà lơ lửng phía trên.

Thật không may, chúng tôi không thể thu được những bức ảnh màu về cầu vồng nhân tạo. hình 4 hiển thị các bức ảnh đen trắng, được tô màu bằng bút chì. Họ chỉ sử dụng kết quả quan sát trong các điều kiện khác nhau, nhưng không truyền tải được vẻ đẹp trọn vẹn của hiện tượng này. Ở phía trước của những chiếc đèn này, bạn có thể thấy một bóng đèn được gắn vào giá đỡ. Nếu bạn nhìn vào chiếc đĩa có những giọt nước gần như trong ánh sáng, thì sẽ quan sát thấy cầu vồng hoàn chỉnh dưới dạng hình elip (hình 4, a); khi di chuyển mắt xuống và sang một bên, cầu vồng sẽ trở nên giống với paraboly (hình 4, b) và hyperboly (hình 4, c).

Câu hỏi cho công việc độc lập

1. Cầu vồng bạn tạo ra có giống với cầu vồng đôi khi được nhìn thấy trong sương không? Chuỗi màu sắc trong radtura nhân tạo có tương ứng với chuỗi màu xảy ra trong tự nhiên không?

2. Lấy sơ đồ quan sát trình bày ở hình 3, đo các khoảng cách OA, OS, OB, tính các góc α và β và xác định góc φ mà tại đó quan sát được cầu vồng trên giọt nước và giọt glycerin. Các phép đo của bạn có hỗ trợ các tính toán lý thuyết không?

3. Giải thích tại sao trong thí nghiệm của bạn người ta thu được một vùng trắng được chiếu sáng bên trong cầu vồng (xem hình 4), nhưng trong tự nhiên vùng đó cũng không được quan sát thấy.

4. Khi bạn đặt phim Polaroid trước mắt, trên cầu vồng đầy đủ, bạn sẽ thấy hai sọc đen đối xứng theo đường kính sẽ xoay khi Polaroid quay. Lý do cho hiện tượng này là gì?

5. Chứng minh bằng thực nghiệm rằng đường kính của giọt càng nhỏ thì màu đỏ của cầu vồng càng yếu, màu ngữ văn càng đậm và nói chung cầu vồng trở nên trắng hơn.

Và cuối cùng, nên đọc:

1. I. K. Belkin. Cầu vồng là gì? - «Kvant», 1984, số 12, tr. 20.
2. Vâng. E. Geguzin. Làm rơi. - M.: Nauka, 1973.
3. M. Minnart. Ánh sáng và màu sắc trong tự nhiên. - M.: Nauka, 1969.
4. L. V. Tarasov, A. N. Tarasova. Cuộc trò chuyện về giả định của ánh sáng. — M.: Khoa học, bộ “Thư viện «Kvant»”, số 18, 1982.

Bạn đọc thân mến!
Tạp chí «Kvant» chỉ được phân phối theo hình thức đăng ký. Nếu bạn muốn trở thành người đăng ký của chúng tôi, bạn có thể đăng ký tại các đại lý, bưu điện hoặc bưu điện Soyuzpechat, bắt đầu từ bất kỳ số nào (nhưng không muộn hơn ngày đầu tiên của địa điểm được cung cấp).

Chỉ số tạp chí «Kvant» trong danh mục Soyuzpechat là 70465, giá một số là 40 kopecks.