Физика

В 1621 г. Снеллиус экспериментально вывел точный закон, связывающий угол наклона светового луча, падающего на поверхность, с углом, на который световой пучок, прошедший через эту поверхность, отклоняется или преломляется. До него были известны таблицы Кирхера для углов падения и соответствующих им углов преломления из воздуха в воду и из масла в стекло. Снеллиус впервые связал между собой синусы этих углов. К сожалению, ученый не опубликовал свой труд, и закон, носящий его имя, был обнародован лишь в 1637 г. благодаря Рене Декарту, который открыл этот закон независимо от Снеллиуса.

Явление преломления света

Еще до открытия этого закона явление преломления света применялось во врачебной практике, уже в XШ в. врачи рекомендовали для улучшения зрения носить очки. Интересно, что не все считали целесообразным пользоваться очками. Существовала даже такая мысль: «Основная цель зрения – знать правду, однако линзы для очков дают возможность видеть предметы большими или меньшими, чем они есть на самом деле, а иной раз – перевернутыми, деформированными и ложными, следовательно, они не дают возможности видеть действительность…»

Во времена Роджера Бэкона (1214–1294) – изобретателя очков – некоторые даже считали, что очки – это творение дьявола. Несмотря на это, великий Леонардо да Винчи (1452–1519) в своем трактате «Атлантический кодекс» давал объяснения действию зеркал, линз и очков с научной, а не мистической точки зрения.

Когда в 1666 г. Ньютон исследовал прохождение света через стеклянную призму, он доказал, что свет не только преломляется, но и как бы распадается на прекрасные цвета – полученную картину ученый назвал spectrum (спектр). Так было открыто явление дисперсии.

Виллеброрд Снеллиус

Но не будем касаться эффектов, связанных с дисперсией, – пока ограничимся разговором о преломлении света в призмах, линзах и других прозрачных телах.

Когда свет падает на границу раздела двух прозрачных веществ, чаще всего его направление меняется – физики говорят, что угол преломления луча отличается от угла его падения. Если свет проходит, например, из воздуха через стеклянную пластину или призму, угол преломления становится меньше угла падения.

Явление преломления света можно наблюдать, стоя на берегу реки. Нам кажется, что дно реки поднято вверх (особенно это заметно, если на дне лежат какие-то камни). На самом деле, конечно, это не так. Дело в том, что свет, идущий от дна и попадающий нам в глаза, преломляется. Однако наши глаза воспринимают этот свет так, что он исходит из точек, находящихся на продолжении световых лучей, которые попали в глаза. То есть в действительности глаза видят мнимое изображение дна.

Можно смоделировать этот эффект с помощью известного опыта с чашкой и монетой. Сначала положите на дно непрозрачной чашки монету и сядьте у стола, на котором стоит чашка, так, чтобы монеты не было видно (для этого следует понемногу отодвигать чашку). Затем осторожно налейте воды в эту чашку: вы заметите, что монета будто всплывает со дна, поднимается!

Явление преломления света лежит в основе действия линз. (Кстати, само слово линза происходит от итальянского «чечевица», потому что линзы по форме действительно похожи на бобы.)

Ход лучей в различных линзах

В линзах происходит отклонение световых лучей от первоначального их направления. В зависимости от формы линз их воздействие на световые пучки может быть различным: собирающее и рассеивающее. Такое действие легко наблюдать, если на разные линзы направить параллельные пучки света.

Схематическое изображение прохождения лучей света через стеклянную призму

Преломление света в линзах применяется в различных приборах. Здесь нельзя не вспомнить телескопы и микроскопы, фотоаппараты и различные проекционные аппараты (например, киноаппарат). Но для нас еще важно, что явление преломления света происходит также и в нашем организме – имеются в виду наши глаза.

Важную роль для нашего зрения играет так называемый хрусталик, имеющий форму линзы. Но не только он! Самое большое преломление происходит в так называемом стекловидном теле, являющимся основной частью нашего зрительного аппарата.

Преломление света играет важную роль и в естественных оптических явлениях, которые мы можем наблюдать. Например, мираж – преломление (рефракция) световых лучей в атмосфере Земли, о чем пойдет речь ниже.

Некоторые особенности зрения

Строение глаза

«Стянутая рыбачья сеть, закинутая на дно глазного бокала и ловящая солнечные лучи» – так представлял себе древнегреческий врач Герофил сетчатку глаза.

Человека доброжелательного и искреннего можно узнать по глазам.

Марк Аврелий