Чому і переломлення світла
Те, що при переході з одного середовища в іншу промінь світла заломлюється, багатьом видається дивним капризом природи. Здається незрозумілим, чому світ не зберігає в новому середовищі початкового свого напрямку, а обирає ламаний шлях. Хто так думає, той, ймовірно, із задоволенням дізнається, що промінь світла зазнає, по суті, те ж саме, що відбувається і з марширують колоною бійців, що перетинає кордон між грунтом, зручною для ходьби, і грунтом незручною. Ось що говорить про це Джон Гершель, знаменитий астроном і фізик минулого століття.
"Уявіть собі загін солдатів, що йде по місцевості, розділеною прямий кордоном на дві смуги, з яких одна гладка, рівна і зручна для ходьби, інша - грудкувата, скрутна, так що ходьба по ній не може відбуватися настільки швидко. Припустимо понад те, що фронт загону складає кут з прикордонною лінією між двома смугами, так що солдати досягають цієї межі в повному обсязі одночасно, а послідовно один за іншим. Тоді кожен солдат, переступивши межу, опиниться на грунті, по якій він не може більше порухатися так швидко, як до того часу. Він не зможе вже триматися на одній лінії з іншою частиною шеренги, ще знаходиться на кращій грунті, і буде від неї відставати з кожною секундою все більше. Так як кожен солдат, досягаючи кордону, відчуває однакову утруднення в ходьбі, то якщо солдати не порушать ладу, що не розсіються, а будуть продовжувати марширувати правильної колоною, вся та частина колони, яка переступила межу, буде неминуче відставати від решти і складе з нею тому тупий кут в точці перетину кордону. І так як необхідність ходити в ногу, не перебиваючи дороги один одному, змусить кожного солдата крокувати прямо перед собою, під прямим кутом до нового фронту, то шлях, який він пройде по переході кордону, буде, по-перше, перпендикулярний до нового фронту, а по-друге, так ставитися до того шляху, який був би пройдений в разі відсутності уповільнення, як нова швидкість до колишньої ".
У малому вигляді ви можете відтворити це наочне подобу заломлення світла у себе на столі. Накрийте половину столу скатертиною і, злегка нахиливши стіл, змусьте скочуватися по ньому пару коліщаток, наглухо посаджених на загальну вісь (наприклад, від зламаного дитячого паровоза або іншої іграшки).
Досвід, що пояснює заломлення світла.
Якщо напрямок руху коліс і край скатертини складають прямий кут, заломлення шляху не відбувається. Ви маєте в цьому випадку ілюстрацію оптичного правила: промінь, перпендикулярний до площини розділу середовищ, що не заломлюється. При напрямку, похилому до краю скатертини, шлях коліс ізламивается на цьому краю, т. Е. На кордоні між середовищами з різною швидкістю руху в них. Легко помітити, що при переході з частини столу, де швидкість руху більше (непокрита частина), в ту частину, де швидкість менше (скатертину), напрямок шляху ( "промінь") наближається до "перпендикуляру падіння". У зворотному випадку спостерігається віддалення від цього перпендикуляра.
З цього можна, між іншим, почерпнути важливу вказівку, що розкриває сутність даного явища, а саме, що заломлення обумовлено розходженням швидкості світла в обох середовищах. Чим більше різниця в швидкості, то більша переломлення; так званий "показник заломлення", що характеризує величину зламу променів, є не що інше, як відношення цих швидкостей. Коли ви Новомосковскете, що показник заломлення при переході з повітря в воду є 4/3, то ви, разом з тим, дізнаєтеся, що світло рухається в повітрі приблизно в 1,3 рази швидше, ніж у воді.
А в зв'язку з цим знаходиться і інша повчальна особливість поширення світла. Якщо в разі відображення світловий промінь слід найкоротшим шляхом, то в разі заломлення він обирає якнайшвидший шлях: ніяке інше напрямок не призводить промінь так скоро до "місця призначення", як цей зламаний шлях.