Există multe lucruri în natură, prietene Horatio,
Că înțelepții noștri nu au visat niciodată.
Shakespeare. Hamlet (după ce ați citit acest articol).
Titlul articolului este demn de un nebun? Dreapta. Faptul este că rezultatele experimentului sunt, de asemenea, demne de fantezia unui nebun. Iar titlul este destul de consistent cu conținutul articolului. În plus, experimentele au fost făcute în ajunul Anului Nou, care este aproape la fel ca în ajunul Crăciunului. Deci, dacă ați început să citiți articolul în picioare, atunci este mai bine să vă așezați și, dacă stați, țineți-vă strâns de scaun. Rezultatele vor fi uimitoare. Probabil că nu le vei crede. Bine. Trebuie doar să le verificați. Testarea este întotdeauna mai ușoară decât a face un experiment pentru prima dată.
Traseul fasciculului laser într-o prismă
Totul a început mai mult sau mai puțin de obicei. Autorul articolului a trecut un fascicul laser printr-o prismă …
Știm cu toții că urmele unui fascicul de lumină în aer sunt invizibile. Dacă nu vedem sursa de lumină și / sau obiectul luminat de aceasta, atunci doar prin dans în aer particule luminoase de praf sau particule de ceață putem detecta prezența trecerii unei raze de lumină. Cazul este complet diferit în cazul sticlei. Urma unui fascicul laser care trece printr-o prismă de sticlă complet transparentă este clar vizibilă (foto 1). Mai mult, se poate vedea nu numai „traiectoria” (segmentul de linie dreaptă) al razei, ci și reflectarea acesteia în fețele prismei.
Video promotional:
Foto 1. Linia superioară groasă din interiorul prismei - este o urmă luminoasă a unui fascicul laser care trece prin capetele prismei. Jos - aceasta este o reflectare a acestei urme în fața inferioară. Se vede că capetele prismei strălucesc destul de puternic.
Ce se întâmplă aici? La urma urmei, nu există particule de praf sau particule de ceață în interiorul sticlei?
Particulele de ceață (particule de apă), cu dimensiunea și concentrația lor suficientă în aer, reflectă bine lumina. Prin urmare, vedem ceață și nori. Dar noaptea, de regulă, nu vedem nici ceață, nici nori. Aparent, punctul aici nu este doar dimensiunea particulelor de apă și concentrația lor, ci și puterea luminii. Prin urmare, nu vedem raze obișnuite de lumină trecând prin prisma din interiorul prismei. Putem vedea razele laser și, atât de bine, încât nu vedem nimic în spatele traiectoriei fasciculului de lumină, nu strălucește.
În ceața cea mai groasă, ne putem vedea în continuare mâna dacă este suficient de aproape de ochii noștri. Traiectoria fasciculului laser (tl) în interiorul prismei are o grosime de aproximativ 1 milimetru. Dar această grosime este deja suficientă pentru a nu vedea nimic în spatele acestei raze. Privind la TL, este greu de imaginat că un fascicul laser, străpungând o astfel de „ceață”, poate trece mulți centimetri sau chiar metri în sticlă.
De ce vedem tll? Aparent, din motivul că unele componente ale particulelor de sticlă, cum ar fi particulele de ceață, reflectă o parte a luminii laser. Aceste particule sunt localizate foarte dens, dar, pe de altă parte, nu observăm slăbirea razei laser ca urmare a acestui proces.
S-ar putea încerca să se măsoare puterea luminii emise de o secțiune de TLL pentru a prezice ce cale din sticlă poate parcurge fasciculul laser înainte ca fasciculul să fie atenuat la jumătate. Dar ar fi mult mai interesant să știm mărimea particulelor care formează „ceața” din sticlă și din ce sunt făcute.
Urmă a fasciculului laser într-o placă de sticlă
Pe holul apartamentului meu actual există o măsuță îngustă, cu un blat de sticlă. Lățimea sa este de 48 cm, grosimea sticlei este de 8 mm. Sticla este transparentă, incoloră. Marginile acestui pahar sunt atât de bine finisate încât este imposibil de tăiat și par a fi destul de netede. Dar, desigur, nu sunt lustruite sau lustruite pentru a avea calități optice. Nu par transparente.
Dar s-a dovedit că acest lucru nu reprezintă o piedică prea mare pentru raza laser. Raza laser trece prin aceste margini și, cu o direcție inițială adecvată, se poate deplasa mai departe în sticlă fără a ieși. Se pare că există un efect de ghidare a luminii.
Aici, pe această masă, s-a ascuns o surpriză, un efect de lumină incredibil, care este mult mai incredibil decât traiectoria unui fascicul laser într-o prismă.
Știm cu toții descompunerea luminii de către o prismă în componente de culoare. Newton s-ar fi asigurat că este imposibil să se obțină descompunerea suplimentară a acestor componente de culoare. Lumina verde rămâne verde, iar lumina galbenă rămâne galbenă. Prin urmare, mi-a atras atenția că urma inițială a traiectoriei fasciculului laser verde din sticlă nu era în mod clar verde. Mai mult decât atât, a fost urmată de o zonă verde și apoi din nou nu verde. Acest fapt trebuia documentat.
Autorul a trebuit să atașeze laserul astfel încât să-și elibereze mâinile pentru fotografiere. Dar nu mai era posibil să obținem chiar acest efect. Dar efectul nu a fost mai puțin uimitor.
Foto 2. În fotografia de mai sus, aproximativ în centrul imaginii, vedeți o rază care merge de la dreapta la stânga și care apoi pare să dispară, intrând într-o bandă mai strălucitoare de culoare verde. În imagine, arată ca un cablu cu fire multicolore. Dacă măriți puțin fotografia, veți observa că unul dintre „șuvițe” este maro. Mai jos (foto 3) cu o expunere mai lungă se arată același fascicul. Vă va fi mai ușor să o vedeți din nou cu o oarecare mărire. Una dintre „șuvițele” acestei raze vă va părea galbenă.
Foto 3. În stânga în partea de sus, o grindă îngustă (încadrată de margini verzi) pleacă prin întreaga fotografie, care poate fi numită „zebră”, dar nu alb-negru, ci alb și galben. Această rază, în teorie, ar trebui să fie și verde și, desigur, de aceeași culoare și să nu imite o zebră. O parte din lamela de lemn este vizibilă în partea dreaptă sus. Acoperă punctul luminos de intrare a fasciculului laser în placa de sticlă. În fotografia 2, din cauza expunerii reduse, această șină este practic invizibilă (pare absolut neagră. Este vizibilă doar marginea verde închis).
Din păcate, camera nu vede deloc ceea ce vede ochiul.
În fotografiile 2 și 3 80% din suprafața fotografiilor din stânga este ocupată de sticlă (blatul mesei „sticlă”). Venind din centrul marginii de jos a fotografiei 2, ceea ce pare a fi o bucată de frânghie groasă este de fapt marginea paharului. În fotografia 3, în același loc este ceva care seamănă mai mult cu o lamă de lemn aspră - de fapt, este aceeași margine a sticlei. Bucata de „placă de lemn” cu margini de culoare verde închis în colțul din dreapta sus din fotografia 3 face parte dintr-o șiret din lemn. Acesta este situat aici pentru a închide punctul luminos de intrare al fasciculului laser în sticlă de la obiectiv. Același obiect este în fotografia 2 aproximativ în același loc și în același scop, dar este absolut invizibil în fotografia 2.
Ceea ce ar trebui să ne intereseze în ambele fotografii este un fascicul de lumină îngust care merge în mijlocul fotografiei de la dreapta la stânga de la punctul de întâlnire al marginii sticlei și al șinei.
Vă rugăm să rețineți: începutul acestei raze în ambele imagini arată ca paralelograme alternante sau, dacă preferați, ca două fire multicolore răsucite împreună. În fotografia 2 arată ca verde și maro, în fotografia 3 arată ca galben și alb. În ceea ce privește culoarea, imaginea 2 este mai consistentă cu realitatea. Marginile acestor paralelograme intersectează fasciculul la aproximativ un unghi de 45 de grade.
Din imaginea 2, putem spune că această rază arată ca o frânghie răsucită din fire galbene și albe. Dar acest lucru se întâmplă numai atunci când privești grinda dintr-o parte a intrării sale în sticlă. Pe de altă parte, această rază arată exact la fel, dar puteți înțelege deja că acestea nu sunt fire răsucite. Acolo unde există articulații de paralelogram pe o parte, punctele medii ale paralelogramului sunt situate pe cealaltă parte și invers. Adică, în stânga și în dreapta, există o schimbare de jumătate de paralelogram. De sus, fasciculul pare a fi monocromatic, parcă gri-maroniu. Paralelogramele galbene par maro la ochi, dar clar nu sunt verzi.
Deja aici putem observa diferențele față de teorie: verdele a încetat să mai fie verde. Dar dacă se poate aștepta la o schimbare a culorii fasciculului, atunci doar la o schimbare a culorii care traversează fasciculul, așa cum este cazul descompunerii luminii albe într-o prismă. Despre ce fel de „rază” putem vorbi atunci când schimbarea culorii merge de-a lungul razei? S-ar părea că acest lucru în natură pur și simplu nu poate fi. Dar aici vedeți un astfel de miracol Yudo în fotografie. Din nou, ne-am putea imagina că două mănunchiuri s-au răsucit într-un fel de frânghie, dar razele de lumină nu se pot îndoi și nu pot înfășura nimic. Dar nici asta nu este aici. Paralelogramele color alternativ sunt vizibile pe ambele părți ale fasciculului. Vă rog să-mi spuneți cum o rază își poate schimba periodic culoarea de-a lungul razei, dacă nu vă asumați în spate un fundal format din dungi care își schimbă culoarea? Pur și simplu nu poate fiacest lucru este chiar imposibil de imaginat. Acest lucru poate fi desenat numai. Dar vedem o fotografie.
Experimentul este ușor de repetat (cel puțin pe acest pahar). Dacă cineva are dificultăți în repetarea experimentului, vino la mine, vom repeta totul împreună.
Schimbarea unghiului de intrare a fasciculului în marginea sticlei (într-un plan paralel cu planul sticlei) practic nu schimbă nimic. Când punctul de intrare al razei este aproape de planul superior al sticlei, raza pare să fie apăsată împotriva sa din interior, apoi se sparge, intră adânc în sticlă și apoi continuă, devenind treptat din ce în ce mai puțin strălucitoare. De jos și de sus, fasciculul după pauză este însoțit de fire de lumină verde strălucitor, ca și când ar apăsa pe suprafața sticlei. Nici grinda în sine, nici aceste fire nu ies afară.
A fost testat și un laser roșu. În același mod, apare o rază în sticlă, formată din paralelograme de luminozitate alternativă. Dar dacă există o schimbare de culoare, autorul nu a putut să înțeleagă. Au fost folosite lasere cu o putere de aproximativ 50 de miliwați.
În această etapă, autorul nu poate explica rezultatele acestui experiment.
Interacțiunea unui fascicul laser cu materiale transparente
Când acest articol a fost deja scris, autorul, în momentele sale libere, a început să testeze toate materialele transparente la îndemână. Cu sticla, rezultatele s-au repetat cu ușurință, oriunde a fost posibil să se vadă urma traiectoriei razelor în interiorul sticlei, asemănătoare cu o culoare roșu-maro.
Autorul a testat apoi o bucată de plexiglas originar din China. A arătat o urmă similară cu o urmă într-o prismă (foto 1). O surpriză, pe care autorul ar fi considerat-o naturală în urmă cu câteva zile, l-a așteptat cu o bucată de țeavă de plexiglas (diametru 80 mm, lungime 126 mm, grosime perete 3 mm). În acest perete, traiectoria razelor este complet invizibilă. Autorul a întâmpinat acest rezultat cu o oarecare satisfacție, deoarece în urmă cu câteva zile el credea că urma unui fascicul laser într-o substanță transparentă este invizibilă. Surpriza, deja reală, a fost diferită: raza laser nu a părăsit acest perete. Un punct luminos de intrare era clar vizibil, ambele capete ale țevii străluceau destul de puternic, un arc întunecat al umbrei din peretele țevii era vizibil pe perete, dar grinda nu ieșea din bucata de țeavă. Autorul a încercat chiar să privească în interiorul peretelui țevii de la capăt: a văzut un arc foarte luminos, de-a dreptul orbitor - dar nu un punct.
Autorul a început să caute alte obiecte de plex la îndemână. S-a găsit o riglă de pe șină (lungime 33 cm, grosime 5 mm, marginile riglei sunt teșite și au o grosime de aproximativ 0,5 mm). Această riglă era folosită în vremurile când încă mai existau planșe. În această linie, piesa inițială a traiectoriei fasciculului laser era clar vizibilă, dar treptat a devenit din ce în ce mai nedeslușită și nici fasciculul nu a ieșit din el.
Să ne reamintim cititorului că experimentele descrise au început cu o masă de sticlă lată de 48 cm. Deși traseul razelor din interior este roșu-maroniu, raza iese din ea și are aceeași culoare verde ca la intrarea în ea.
Astfel, există materiale transparente complet diferite. În unele dintre ele, fasciculul laser verde nu este vizibil, în altele este vizibil și are o culoare verde normală, în sticlă urmele fasciculului laser se pot dovedi a fi roșu-maroniu sau chiar sub forma unei linii drepte formate din paralelograme roșu-maronii de luminozitate alternativă. Raza laser poate trece, dar poate să nu iasă deloc din material, desfășurându-se în interiorul materialului într-o linie, a cărei luminozitate scade spre margini.
Johann Kern, Stuttgart
