Примеры качественных задач

1. Почему в замутненной воде вы можете увидеть свою тень, а в чистой - нет? (Для того чтобы увидеть собственную тень на мутной воде, вы должны иметь возможность выделять свет, отраженный от поверхности воды. В чистой воде этот относительно слабый свет теряется на фоне света, отраженного от дна. При мутной воде отраженный от дна свет сильно ослабляется или поглощается, поэтому образуются тени.)

2. Чем объясняется расцветка крыльев стрекоз, жуков и прочих насекомых? (Интерференция солнечного света в прозрачной пленке, покрывающей крылья насекомого и имеющей разную толщину в разных местах.)

3. Почему меняется окраска крыльев насекомого, если его рассматривать под разными углами? (При падении лучей на тонкую пленку образуются интерференционные полосы равного наклона, положение которых меняется, если смотреть на пленку под разными углами.)

4. Почему обычные облака в основном белые, а грозовые тучи черные? (Размеры водяных капель в облаке гораздо больше молекул воздуха, поэтому свет от них не рассеивается, а отражается. При этом он не разлагается на составляющие, а остается белым. Очень плотные грозовые облака либо вообще не пропускают свет, либо отражают его вверх.)

5. Почему при восходе и особенно закате Солнце играет различными цветами? (Солнечные лучи при восходе и при закате проходят большие пути в воздухе. По теории Рэлея, будут рассеиваться синие, голубые и фиолетовые лучи, а проходят лучи красной части спектра. Поэтому Солнце окрашивается в желтые, розовые, красные тона, противоположная сторона неба кажется окрашенной в синий с фиолетовым оттенком цвет. Восход дает более яркую и чистую картинку, так как воздух за ночь делается чище.)

.   В морозный вечер подышите на кусок стекла. Через образовавшуюся тонкую пленку кристалликов льда посмотрите на светящиеся уличные фонари. Почему фонари оказываются при этом окруженными радужными кругами (ближе к источнику - сине-голубой свет, дальше от источника - оранжево- красный)? (Наблюдается дифракция света в неоднородной среде.)

.   Во время ночной прогулки можно часто увидеть радужный ореол вокруг уличных фонарей даже в ясную погоду. Почему? (Венцы вокруг фонарей объясняются дифракцией света на препятствиях, соразмерных с длиной волны света. Но в этом случае частицы находятся внутри самого глаза. Это радиальные волокна линзы хрусталика или частицы слизи на поверхности роговицы.)

8. Если поверхность воды не совсем спокойна, то предметы, лежащие на дне, кажутся колеблющимися. Объясните явление. (Угол, под которым световые лучи от предметов падают на границу вода - воздух, постоянно меняются. Вследствие этого меняется и угол преломления. Поэтому наблюдатель видит предметы в воде колеблющимися.)

.   Религиозные люди утверждают, что лишь в день пасхи Солнце при восходе «играет» (диск Солнца колеблется, меняет свою форму и цвет). Как объяснить видимое колебание диска восходящего Солнца? (Весной почва в разных местах нагрета по- разному и воздух над этими местами имеет различную плотность, разный показатель преломления. Воздух вследствие конвекции движется, лучи света проходят через слои воздуха с меняющимся показателем преломления. Это вызывает колебание видимого диска Солнца. «Игра» Солнца наблюдается в любой день, когда возникает температурная, а, следовательно, и оптическая неоднородность воздуха.)

.   Почему в затемненной комнате струя воды видна, хотя свет из нее не должен бы выходить? Почему видимость струи улучшается, если в воду подмешать зубного порошка? (Течение струи воды турбулентное, вследствие этого в некоторых ее местах луч падает на поверхность под углом, меньшим предельного. Зубной порошок в струе рассеивает свет, поэтому струя видна лучше.)

11. Почему днем не видно звезд? (Рассеянный солнечный свет значительно ярче света звезд, поэтому звезды не видны.)

12. Почва, бумага, дерево, песок кажутся более темными, если они смочены. Почему? (У сухого материала поверхность шероховата. Поэтому отраженный свет оказывается рассеянным. Если материал смочить, то шероховатость уменьшится. Кроме того, в тонкой пленке воды свет испытывает многократное полное отражение и поглощается.)

.   Если смотреть на разноцветную светящуюся рекламу (например, из газоразрядных трубок), то красные буквы всегда кажутся выступающими вперед по отношению к синим или зеленым. Чем это объяснить? (Фокусное расстояние глаза, как и любой линзы, различно для разных длин волн, т.е. для разных цветов спектра. Красные лучи преломляются слабее, потому возникает зрительное впечатление, что красные предметы находятся ближе к наблюдателю, чем синие.)

14. Почему, глядя на ряд фонарей, расположенных вдоль длинной улицы, мы видим их одинаково яркими, хотя расстояния от глаза до фонарей неодинаковы?

Почему, если рассматривать тот же ряд фонарей в тумане, яркость их будет казаться постепенно уменьшающейся? (Видимая яркость фонаря равна освещенности изображения на сетчатке глаза, к площади изображения на сетчатке. При увеличении расстояния до источника света уменьшается световой поток, попадающий в глаз, но одновременно также уменьшается и площадь изображения на сетчатке. Отношении этих двух величин остается постоянным, если можно пренебречь потерей световой энергии вследствие поглощения и рассеяния света при распространении в воздухе. В тумане видимая яркость изображения падает по мере удаления источника света, поскольку становятся заметными поглощение и рассеяние энергии.)

15. Вилка освещается пламенем свечи и дает тень на стене. При вертикальном положении тень отчетливо воспроизводит форму ее зубцов, а при горизонтальном положении вилки тень размыта и зубцов почти не видно. Почему? (Причина в том, что источник света (пламя свечи) вытянут в вертикальном направлении. Когда вилка расположена вертикально, то для каждого из зубцов граница света и тени на экране от всех частей источника расположена примерно в одних и тех же местах и поэтому получается отчетливая тень зубцов. Когда же вилка расположена горизонтально, то граница света и тени от одной части источника для денного зубца будет сдвинута на экране относительно границы света и тени, создаваемой другой частью источника от того же зубца, а потому вся тень вилки будет размыта.)