Капля

Росинка в солнечном луче

После лекции о капле, которую я как-то читал юношеской аудитории, ко мне подошел один из слушателей и подарил фотографию. На фотографии была запечатлена росинка на листике травы. Отчетливо видны два ярких пятнышка— блика, создающие впечатление, будто росинку пронзил солнечный луч, сверкающий на входе и выходе из нее.

— Возьмите,— сказал он,— снимок сделан ранним ут­ром, когда солнце только появляется. Много раз я наблю­дал, как росинки, осевшие на траве, прокалываются наск­возь солнечным лучом. Решил сфотографировать, и будто бы удалось. Странно только, что на входе луча пятнышко менее яркое, чем на выходе.

Он отдал мне фотографию и, немного смущаясь, доба­вил:

Мне показалось, что травинка с каплей распрямляется по мере того, как восходит солнце. Такое впечатление, будто солнечный луч поднимает каплю и травинке стано­вится легче.

Через некоторое время после этой случайной встречи я постарался разобраться в том, что снято на подаренной мне фотографии. Для этого в лаборатории поставили контрольные опыты, о которых я и расскажу в этом очер­ке, посвященном росинке в солнечном луче.

Вначале четкое утверждение: два блика, видимые па поверхности капли, конечно же, не соответствуют местам входа и выхода какого-то луча, которого вообще нет, так как солнце посылает пучок света, падающий на всю об­ращенную к нему поверхность капли. Блики появляются совсем по другой причине.

По отношению к падающему солнечному свету капля играет роль сферической линзы, которая дважды — навходе и выходе — преломляя падающие на нее лучи, при­ближает их к прямой, идущей от солнца к капле. Поэтому вблизи поверхности капли, обращенной от солнца, там, где лучи выходят из нее, освещенность резко увеличи­вается. Это и обнаруживается по яркому блику на поверх­ности капли. От этого блика, как от освещенного участка вогнутого сферического зеркала (с соблюдением извест­ного закона геометрической оптики, который гласит, что «угол падения равен углу отражения»), в объем капли распространяются лучи.

Капля на травинке. Впечатление, будто ее пронзил солнечный луч

Эти лучи могут многократно отражаться от участков сферической поверхности капли, наполняя ее солнечным светом.

Поверхность капли изогнута и спокойна. На ней всегда найдется такой участок, который отразит солнечный луч в наш глаз. На отражающем участке поверхности, обра­щенной к солнцу, возникнет блик, подобный блику на солнечной дорожке. Блик будет устойчивым, так как фор­ма поверхности капли со временем не изменяется и отра­жающий участок оказывается недвижимым.

Блики на капле при различных положениях глаза наблюдателя относительно солнечного луча

Итак, блик, который на теневой стороне капли,— след­ствие преломления лучей, а второй блик на участке по­верхности капли, обращенной к солнцу,— следствие отражения солнечных лучей этой поверхностью. На первом сконцентрирована интенсивность почти всех лучей, упавши х на полусферическую поверхность, обращенную к солн­цу, а второй блик отражает лишь те лучи, которые упа­ли на малый участок поверхности капли. Поэтому первый блик ярче второго. Сказанное можно подтвердить про­стыми опытами, которые были поставлены в нашей лаборатории. Экспериментировали мы со специально приготовленной моделью капли. Сферическую стек­лянную колбу заполнили водой и таким образом стали об­ладателями сферической линзы — модели капли. Колбу осветили интенсивным параллельным пучком света — на ее поверхности загорелось два блика. Можно было сде­лать так, чтобы каждый из них светился вне зависимости от свечения другого. Блик, обусловленный отражением света, можно было убрать, приблизив палец к тому месту колбы, где блик светился. А тот блик, в котором собраны все лучи с поверхности освещаемой полусферы, можно бы­ло убрать, лишь полностью преградив путь лучам на эту поверхность. Если же оставался небольшой освещаемый участок этой поверхности — где-нибудь сбоку или посре­дине,— блик загорался.

И еще один факт. Яркий блик оставался неподвижным, с какого бы места мы па освещенную колбу ни смотрели, а другой смещался, если, глядя на колбу, двигаться во­круг нее. Причину этого легко понять, посмотрев на ход лучей, схематически изображенных на рисунке.

Предположение юного фотографа, что солнечный луч пронзил росинку, оказалось красивым поэтическим вы­мыслом. В действительности же все происходит в соответ­ствии с законами геометрической оптики. Впрочем, для естествоиспытателей они не менее красивы, чем поэти­ческий вымысел.