V prírode je veľa vecí, priateľu Horatio,
O čom sa našim mudrcom nikdy nesnívalo.
Shakespeare. Hamlet (po prečítaní tohto článku).
Je názov článku hodný šialenca? Správny. Faktom však je, že výsledky experimentu sú hodné aj fantázie šialenca. A nadpis je celkom v súlade s obsahom článku. Pokusy sa navyše robili na Silvestra, čo je takmer to isté ako na Štedrý večer. Takže ak ste začali čítať článok v stoji, potom je lepšie si sadnúť a ak sedíte, potom sa pevne držte stoličky. Výsledky budú ohromujúce. Asi im neuveríte. Nuž. Musíte ich len skontrolovať. Testovanie je vždy jednoduchšie ako pri prvom experimente.
Dráha laserového lúča v hranole
Všetko sa to začalo viac-menej obyčajne. Autor článku prešiel laserovým lúčom cez hranol …
Všetci vieme, že stopa svetelného lúča vo vzduchu je neviditeľná. Ak nevidíme svetelný zdroj a / alebo predmet ním osvetlený, potom iba tancovaním vo vzduchu môžeme vidieť prítomnosť svetelných prachových častíc alebo hmlových častíc, prítomnosť lúča lúča svetla. Úplne iný prípad je v prípade skla. Stopa laserového lúča prechádzajúceho cez úplne priehľadný sklenený hranol je zreteľne viditeľná (foto 1). Okrem toho je možné vidieť nielen „trajektóriu“(úsečku) lúča, ale aj jeho odraz v hranolových plochách.
Propagačné video:
Foto 1. Horná hrubá čiara vo vnútri hranola - je to svetelná stopa laserového lúča prechádzajúceho cez konce hranola. Nižšie - je to odraz tejto stopy v dolnej časti tváre. Je vidieť, že konce hranola celkom jasne žiaria.
Čo sa tu deje? Nakoniec vo vnútri skla nie sú žiadne prachové alebo hmlové častice?
Častice hmly (častice vody) so svojou dostatočnou veľkosťou a koncentráciou vo vzduchu dobre odrážajú svetlo. Preto vidíme hmlu a oblaky. Ale v noci spravidla nevidíme ani hmlu, ani mraky. Zdá sa, že to nie je len o veľkosti častíc vody a ich koncentrácii, ale aj o sile svetla. Preto nevidíme bežné lúče svetla prechádzajúce cez hranol vo vnútri hranola. Vidíme laserové lúče a tak dobre, že nevidíme nič za trajektóriou svetelného lúča, nesvieti ním.
V najhustejšej hmle môžeme stále vidieť svoju vlastnú ruku, ak je dostatočne blízko našich očí. Dráha laserového lúča (tl) vo vnútri hranola má hrúbku asi 1 milimetr. Ale táto hrúbka je už dosť na to, aby ste za týmto lúčom nič nevideli. Pri pohľade na TL je ťažké si predstaviť, že laserový lúč, ktorý prerazí takúto „hmlu“, môže prejsť v pohári mnoho centimetrov alebo dokonca metrov.
Prečo vidíme TLL? Zrejme z toho dôvodu, že niektoré zo zložiek sklenených častíc, ako napríklad hmlové častice, odrážajú časť laserového svetla. Tieto častice sú umiestnené veľmi husto, ale na druhej strane si nevšimneme oslabenie laserového lúča v dôsledku tohto procesu.
Mohli by sme sa pokúsiť zmerať výkon svetla emitovaného časťou tll, aby sme predpovedali, ako ďaleko v skle môže laserový lúč prejsť, kým sa lúč zoslabí na polovicu. Bolo by však oveľa zaujímavejšie poznať veľkosť častíc, ktoré tvoria „hmlu“v skle, a z čoho sú vyrobené.
Stopa laserového lúča v sklenenej doske
Na chodbe môjho súčasného bytu je malý úzky stolík so sklenenou doskou. Jeho šírka je 48 cm, hrúbka skla je 8 mm. Sklo je priehľadné, bezfarebné. Okraje tohto skla sú tak dobre dokončené, že ho nemožno rezať a vyzerajú byť celkom hladké. Ale samozrejme nie sú leštené ani leštené, aby mali optické vlastnosti. Nezdajú sa priehľadné.
Ukázalo sa však, že to nie je príliš prekážkou pre laserový lúč. Laserový lúč prechádza týmito hranami a vhodným počiatočným smerom sa môže pohybovať v pohári ďalej bez toho, aby zhasol. Zrejme je tu efekt svetlovodu.
Práve tu, v tejto stolovej doske, bolo skryté prekvapenie, neuveriteľný svetelný efekt, ktorý je oveľa neuveriteľnejší ako trajektória laserového lúča v hranole.
Všetci poznáme rozklad svetla hranolom na farebné zložky. Newton sa údajne ubezpečil, že je nemožné dosiahnuť ďalší rozklad týchto farebných zložiek. Zelené svetlo zostáva zelené a žlté svetlo zostáva žlté. Preto ma zarazilo, že počiatočná stopa dráhy zeleného laserového lúča v skle zjavne nebola zelená. Ďalej nasledovala zelená plocha a potom opäť zelená. Túto skutočnosť bolo treba zdokumentovať.
Autor musel pripevniť laser, aby si uvoľnil ruky pri fotografovaní. Ale už nebolo možné dosiahnuť tento veľmi efekt. Ale podarilo sa nám dosiahnuť nemenej úžasný efekt.
Fotka 2. Na fotografii vyššie, približne v strede obrázka, vidíte lúč, ktorý ide sprava doľava a ktorý potom akoby mizne a vstupuje do svetlejšieho zeleného pruhu. Na obrázku to vyzerá ako šnúra s viacfarebnými prameňmi. Ak fotografiu trochu zväčšíte, všimnete si, že jeden z „prameňov“je hnedý. Dole (foto 3) s dlhšou expozíciou ukazuje ten istý lúč. Ľahšie to budete opäť vidieť s určitým zväčšením. Jeden z „prameňov“tohto lúča sa vám bude javiť ako žltý.
Foto 3. Vľavo hore vychádza z celej fotografie úzky lúč (orámovaný zelenými okrajmi), ktorý sa dá nazvať „zebra“, nie však čiernobiely, ale biely a žltý. Tento lúč by teoreticky mal byť tiež zelený a samozrejme rovnakej farby a nemal by napodobňovať zebru. Vpravo hore je viditeľná časť drevenej lišty. Zakrýva jasný bod vstupu laserového lúča do sklenenej dosky. Na fotografii 2 je táto koľajnica kvôli nízkej expozícii prakticky neviditeľná (zdá sa byť úplne čierna. Je viditeľná iba tmavozelená hrana).
Kamera bohužiaľ vidí niečo celkom iné ako to, čo vidí oko.
Na fotografiách 2 a 3 je 80% plochy fotografií vľavo zaberaných sklom (doska stola „skleneného“stola). Pochádzajúca zo stredu spodného okraja fotografie 2, to, čo vyzerá ako kúsok hrubého lana, je v skutočnosti okraj skla. Na fotografii 3 je na rovnakom mieste niečo, čo vyzerá skôr ako drsná drevená lata - v skutočnosti je to rovnaká hrana pohára. Kus „drevenej dosky“s tmavozelenými okrajmi v pravom hornom rohu na fotografii 3 je súčasťou drevenej laty. Nachádza sa tu, aby sa uzavrel jasný bod vstupu laserového lúča do skla z šošovky. Rovnaký objekt je na fotografii 2 na približne rovnakom mieste a na ten istý účel, na fotografii 2 je však absolútne neviditeľný.
To, čo by nás malo zaujímať na oboch záberoch, je úzky svetelný lúč, ktorý prechádza stredom záberu sprava doľava od bodu stretnutia okraja skla a koľajnice.
Upozorňujeme: začiatok tohto lúča v obidvoch záberoch vyzerá ako striedanie rovnobežníkov alebo, ak chcete, dvoch viacfarebných prameňov skrútených dohromady. Na fotografii 2 vyzerajú ako zelené a hnedé, na fotografii 3 ako žlté a biele. Pokiaľ ide o farbu, obraz 2 zodpovedá realite viac. Okraje týchto rovnobežníkov pretínajú lúč približne v uhle 45 stupňov.
Z obrázku 2 môžeme povedať, že tento lúč vyzerá ako lano skrútené zo žltých a bielych prameňov. Ale to iba pri pohľade na lúč z jednej strany jeho vstupu do pohára. Na druhej strane tento lúč vyzerá úplne rovnako, ale už teraz môžete pochopiť, že nejde o skrútené pramene. Tam, kde sú na jednej strane rovnobežníkové kĺby, sú stredové body rovnobežníka na druhej strane a naopak. To znamená, že na ľavej a pravej strane je posun o pol rovnobežníka. Zhora sa zdá, že lúč je monochromatický, akoby sivohnedý. Na pohľad sú žlté rovnobežníky pravdepodobne hnedšie, ale zjavne nie zelené.
Už tu si môžeme všimnúť rozdiely od teórie: zelená prestala byť zelená. Pokiaľ ale vôbec možno očakávať zmenu farby lúča, potom iba zmena farby prechádzajúcej lúčom, ako je to v prípade rozkladu bieleho svetla v hranole. O akom „lúči“môžeme hovoriť, keď zmena farby prechádza pozdĺž lúča? Zdalo by sa, že to v prírode jednoducho nemôže byť. Ale tu vidíte taký zázrak Yudo na fotografii. Dalo by sa opäť predstaviť, že dva zväzky sa skrútili do akejsi šnúrky, ale svetelné lúče sa nemôžu ohýbať a ničím neobtočiť. Ale ani to tu nie je. Striedavé farebné paralelogramy sú viditeľné na oboch stranách lúča. Prosím, povedzte mi, ako môže lúč pravidelne meniť svoju farbu pozdĺž lúča, ak za ním nepredpokladáte pozadie pozostávajúce z pruhov meniacich sa farbu? To proste nemôže byťtoto je dokonca nemožné si predstaviť. Toto sa dá iba nakresliť. Ale vidíme fotografiu.
Pokus je ľahko opakovateľný (aspoň na tomto pohári). Ak má niekto ťažkosti s opakovaním experimentu, príďte ku mne, všetko si zopakujeme spolu.
Zmena uhla vstupu lúča do okraja skla (v rovine rovnobežnej s rovinou skla) prakticky nič nezmení. Keď je bod vstupu lúča blízko hornej roviny skla, zdá sa, že lúč je naň pritlačený zvnútra, potom sa zlomí, zapadne hlboko do pohára a potom pokračuje, pričom je postupne menej a menej jasný. Zospodu a zhora je lúč po prestávke sprevádzaný jasne zelenými vláknami svetla, akoby sa tlačili na povrch skla. Samotný lúč ani tieto pramene nevychádzajú von.
Testovaný bol aj červený laser. Rovnakým spôsobom sa v pohári objaví lúč, ktorý sa skladá z rovnobežníkov striedavého jasu. Ale či už dôjde k zmene farby, autor nemohol pochopiť. Boli použité lasery s výkonom približne 50 milliwattov.
Autor v tejto fáze nedokáže vysvetliť výsledky tohto experimentu.
Interakcia laserového lúča s priehľadnými materiálmi
Keď už bol tento článok napísaný, autor vo svojich voľných chvíľach začal testovať všetky dostupné priehľadné materiály. Pri skle sa výsledky ľahko opakovali, všade bolo možné vidieť stopu trajektórie lúčov vo vnútri skla, pripomínajúcu červeno-hnedú farbu.
Autor potom testoval kúsok plexiskla pôvodom z Číny. Ukázal stopu podobnú stope v hranole (foto 1). Prekvapenie, ktoré by autor pred pár dňami považoval za prirodzené, ho čakalo s kusom rúrky z plexiskla (priemer 80 mm, dĺžka 126 mm, hrúbka steny 3 mm). V tejto stene je trajektória lúčov úplne neviditeľná. Autor sa s týmto výsledkom stretol s určitým uspokojením, pretože pred pár dňami veril, že stopa po laserovom lúči v priehľadnej látke je neviditeľná. Prekvapenie, už skutočné, bolo iné: laserový lúč neopustil túto stenu. Bol jasne viditeľný jasný vstupný bod, obidva konce rúry žiarili celkom jasne, na stene bol viditeľný tmavý oblúk tieňa zo steny rúry, ale lúč z kúska rúry nevychádzal. Autor sa dokonca pokúsil pozrieť do steny potrubia od konca: uvidel veľmi jasný a priam oslepujúci oblúk - ale nie pointu.
Autor začal hľadať ďalšie predmety plexu po ruke. Našlo sa pravítko z dráhy (dĺžka 33 cm, hrúbka 5 mm, hrany pravítka sú skosené a majú hrúbku asi 0,5 mm). Toto pravítko sa používalo v časoch, keď ešte existovali rysovacie dosky. Na tomto pravítku bol jasne viditeľný počiatočný kúsok trajektórie laserového lúča, ale postupne sa stával čoraz viac nevýrazným a lúč z neho tiež nevychádzal.
Pripomeňme čitateľovi, že popísané experimenty sa začali sklenenou stolovou doskou širokou 48 cm. Aj keď je stopa lúča vo vnútri červenohnedá, lúč z nej vychádza a má rovnakú zelenú farbu ako pri vstupe.
Existujú teda úplne odlišné priehľadné materiály. V niektorých z nich nie je viditeľný zelený laserový lúč, v iných je viditeľný a má normálnu zelenú farbu, v skle sa môže stopa laserového lúča ukázať ako červeno-hnedá alebo dokonca vo forme priamky pozostávajúcej z červeno-hnedých rovnobežníkov striedavého jasu. Laserový lúč môže prechádzať, ale nemusí vôbec opustiť materiál a otáčať sa vnútri materiálu v línii, ktorej jas smerom k okrajom klesá.
Johann Kern, Stuttgart