Лазерный луч вытягивается в самую ровную прямую из всех, с которыми мы встречаемся в обычной жизни. Сбить его с пути может только отражение или преломление при переходе из одной прозрачной среды в другую. Недаром говорят: прямой, как луч. Но луч можно превратить в дугу!
Если свет будет двигаться в воде и подойдет к ее поверхности под очень острым углом, он не сможет выйти на воздух и отразится обратно. Это явление называется внутренним отражением, и в обычной жизни оно намного важнее, чем может показаться на первый взгляд.
Нам понадобится
Прозрачная пластиковая емкость для воды. Подойдет неокрашенная бутылка из-под минералки
Чистая вода, немного молока. Шило или нож с узким кончиком
Квантово-оптический генератор когерентных монохроматических электромагнитных волн видимого диапазона, то есть обычная лазерная указка
Что происходит
1. Добавьте мути
Заполните емкость водой. Сквозь чистую и прозрачную среду частицы света движутся, ничем не задерживаясь, и луч практически не виден. Для наглядности некоторые фотоны лазерного излучения нужно рассеять, а для этого столкнуть их с какими-нибудь препятствиями.
Так действуют, например, пылинки в воздухе, делая видимым солнечные лучи. В нашем опыте стоит добавить в воду немного молока, чтобы сделать ее слегка мутной.
2. Выключите свет
В нижней части емкости шилом проделайте отверстие. Важно, чтобы жидкость вытекала из него тонкой устойчивой струей. Включите лазер и держите его горизонтально, просвечивая емкость с водой насквозь.
Сориентируйте луч так, чтобы он входил изнутри точно в основание вытекающей струи и вылетал наружу вместе с ней. Для лучшей видимости опыт стоит проводить в темном помещении. Например, над ванной при выключенном освещении.
3. Следите за лучами
В этом простом эксперименте трудно ошибиться, и вы наверняка с первого раза увидите, как луч изогнется вместе с водой и направится не в сторону, а вниз. Когда луч двигается внутри струи, он многократно отражается от внутренней поверхности и, словно мячик для пинг-понга в трубе, летит туда, куда ведет его вода.
Помните: даже слабый луч лазерной указки способен повредить сетчатку, если попадет в глаз. Для безопасности во время эксперимента наденьте защитные очки.
Интернет отражений
Свет может отражаться от границы не только воды и воздуха, но и любых двух сред, если показатель преломления у первой больше, чем у второй. Благодаря этому мы можем пользоваться скоростным интернетом. Дело в том, что кабели оптоволоконной связи изготавливают из тонких и довольно гибких стеклянных нитей, причем сердечник — из стекла с показателем преломления большим, чем у внешних слоев.
Информация передается по ним с помощью коротких лазерных импульсов, которые при путешествии от сервера к серверу отражаются внутри нитей мириады раз.
Фото: DIOMEDA (X3), ISTOCK (X2), ALAMY (X2) / LEGION-MEDIA
Материал опубликован в журнале «Вокруг света» № 9, ноябрь 2020, частично обновлен в январе 2023
