М.А.Старшов,
ЛПН, г. Саратов
Простые, казалось бы, эксперименты
Необычный способ наблюдения интерференции света
Красота мыльного пузыря, бензиновой плёнки на мокром асфальте или крылышек стрекозы объясняется взаимодействием двух световых потоков, отражённых от обеих поверхностей тончайшего слоя прозрачного вещества, т.е. интерференцией света. Это явление имеет огромное научное значение и широчайшее применение. Оказывается, можно визуально наблюдать интерференцию на стеклянных и других прозрачных пластинах толщиной во много тысяч раз больше длины волны излучения, используя и некогерентное излучение! Газоразрядные источники, например, неоновая сигнальная лампочка, рекламные цветные трубки и даже обычные так называемые лампы дневного света, имеют линейчатый спектр, т.е. их излучение сосредоточено в частотных интервалах очень узких и относительно далёких друг от друга. Так вот, если неоновую лампочку расположить очень близко к глазу, поднести к нему же стеклянную пластинку толщиной порядка миллиметра и поймать отражённый от неё свет лампочки, то почти всегда удаётся найти такой участок пластинки, на котором отражение лампы испещрено светлыми и тёмными чередующимися полосками. Поворачивая лампочку вокруг оси глаза, можно заметить, что в каждом положении глаз видит фрагмент кольцевой интерференционной картины.
Установка, с помощью которой действительно получается кольцевая картина, очень проста. На дно светонепроницаемой коробочки высотой примерно 4 см положите стеклянную пластину. Непосредственно над ней под углом 45° укрепите второй кусочек стекла, вырезанный из старой спектральной фотопластинки. К боковому отверстию в коробке приложите неоновую лампу, свет от неё наклонной пластиной направьте на нижнее стекло, а свой глаз приблизьте к верхнему отверстию. На многих стёклах удаётся получить картину типа показанной.
Глаз различает большее число колец, уходящих в бесконечность, а около их центра – яркие, широкие и разноцветные (излучение неона сосредоточено в красной, жёлтой и зелёной областях спектра). Яркость и ширина колец зависят от толщины стеклянной пластины, но неожиданно слабо: кольца как на покровном стекле для микроскопии, так и на пластинках в несколько миллиметров практически одинаковы. Зато на тонких пластинках из стекла или кварца удаётся увидеть совершенно удивительную интерференционную картинку на просвет, в проходящих лучах. Для этого нужно только одно, как сейчас говорят, «ноу-хау».
http://www.sgu.ru/faculties/physical/departments/applied_physics/starshov.php
Указатель влажности воздуха
Скоро новогодние праздники, и снова будут безжалостно выброшены ёлки и сосёнки, но если куда-то за диван закатилась шишечка от колючего деревца, полезно её оттуда извлечь и не выкидывать. Физику для опытов сгодится всё на свете.
Как-то давно я поднял еловую шишку на улице, возле здания одного колледжа, где на газоне растут высокие, почтенного возраста ели. Дома, в тепле и в пересушенном воздухе она уже к вечеру вся растопырилась, как ёжик. Тогда я нашёл пустую майонезную баночку с пластиковой крышкой, вырезал из пенопласта кружок, плотно входящий в горловину баночки, пропустил через его середину нитку и привязал к ней шишку. Осталось всё собрать: пенопласт вставил в банку так, чтобы шишка висела, не касаясь дна, налил чуточку воды на дно и закрыл всё пластиковой крышкой. Получился «влагомер». Пенопласт входить-то в горлышко должен плотно, а вот сбоку надо от него отрезать сегментик для смены воды.
Очень быстро шишечка подбирает все свои чешуйки: висит такая аккуратная, загляденье. Время от времени открываю банку для проветривания, чтобы плесень не завелась. Постоит-постоит открытая баночка в нашем кирпичном жилье и снова ощетинивается. Опять закрываю, и через некоторое время шишечка приводит себя в порядок.
Конечно, баночка может быть и другой, лишь бы плотно закрывалась.
Между прочим, та же сосёнка новогодняя может дать основной элемент для настоящего индикатора влажности воздуха в квартире. Надо отпилить кольцо толщиной 1–1,5 см от её ствола в нижней, (толстой) части, проколоть или просверлить маленькую дырочку в этом диске и повесить его на длинном рычаге (60–80 см) где-нибудь около форточки. Посмотришь иной раз – левое плечо чуть опущено, а иногда правое, значит, дерево то наберёт в себя влажный воздух, то избавится от него. У меня пару лет висит не сосновый диск, а липовый, но думаю, что и сосна сгодится.
Наблюдение, опыт и толкование
Природа никогда не обманывает, обманывается человек. В опытах по электростатике давным-давно, кажется, нет ничего непонятного, поэтому и рассказывать о ней легко и приятно. И вот всезнающий «Калейдоскоп» («Квант», 1999 г., № 3) уверенно советует: «Постарайтесь опустить в стакан с водой стальную булавку так, чтобы она плавала. Поднесите к ней наэлектризованную пластмассовую расчёску. Как будет вести себя булавка? Почему?»
В конце номера эту тайну раскрывают: «Булавка будет удаляться от расчёски, т.к. к расчёске притягивается не только булавка, но и вода. Под расчёской образуется бугорок, с которого булавка станет “соскальзывать”». Опыт очень нравится ведущему «Калейдоскопа» и включён в один из выпусков библиотечки «кванта», посвящённого физической лаборатории.
Прежде всего вызывает сомнения: а проводился ли реально этот виртуозный опыт? Плавающее в стакане тело так быстро «пристаёт» к стенке сосуда, что на эксперименты с ним уже не остаётся времени. Да и выбор плавающего средства не совсем удачен. Гораздо честнее было бы посоветовать читателям-школьникам свернуть из тонкой медной проволоки, которую сумеет найти любой мальчишка, плоскую спиралечку наибольшим диаметром 10–15 мм, т.е. 6–7 витков, отогнув предварительно начальный участок длиной в пару миллиметров. Спираль удобно класть на поверхность воды в тарелке или другой ёмкости пошире стакана, взяв пальцами за этот кончик в центре.
Проведите расчёской или авторучкой по волосам и поднесите наэлектризованный предмет к плавающему металлу. Как вы думаете, этот бугорок удаляет спирать от расчёски? Ничего подобного, она летит стремглав к расчёске! А что, в сущности, изменилось?
Теперь самое интересное: найдите способ положить эту же спираль на воду торчащим кончиком вниз. Удалось? Снова поднесите заряженное тело, и, я думаю, вас удивит поведение поплавка. Спираль степенно, не спеша, отплывает от авторучки или расчёски.
Несомненно, на поверхности воды существуют электрические заряды. Видно, как искривляется водная поверхность при поднесении заряженного тела (деформируется отражение окна или настольной лампы). Больше того, при расстоянии примерно 1–2 мм замечаем, как крохотная частичка воды выпрыгивает в сторону поднесённого заряда.
Можно делать поплавки другой формы, например, выступ в центре может одновременно идти вверх и вниз от плоскости спирали. Эксперимент с водой, видимо, неисчерпаем.
Михаил Александрович Старшов – выпускник одного из старейших университетов России, Саратовского (Императорского) им. Н.Г.Чернышевского. Он связан со своим родным физическим факультетом почти 43 года, а сам факультет недавно отмечал полувековой юбилей со времени выделения из физико-математического. Преподавал на кафедрах оптики, затем общей физики, а последние годы – прикладной физики. Михаил Александрович выработал уважение к точному слову при изложении широкого круга физических проблем. Именно поэтому мягкий и доброжелательный преподаватель становится жёстким, непримиримым и слегка занудным при малейшем искажении смысла, формулировок и фактов, что заметно, в частности, и по его статьям, опубликованным в нашей газете.
Большой любитель физического эксперимента, он обучает постановке самостоятельных опытов на простейшем самодельном оборудовании своих учеников – воспитанников лицея № 62 г. Саратова. Это позволяет детям завоевывать многочисленные награды на выставках и ученических конференциях разного уровня.
Свои дети пошли по медицинской части – сын и дочь, – а вот внук, единственный, проявляет большой интерес к самоделкам деда, разделяя этот интерес, правда, поровну с компьютером.