Страница 9 из 18
От формы пограничной поверхности зависит результат отражения. Если поверхность гладкая, то параллельно падающие лучи также параллельно и отразятся под углом, равным углу падения. Направление падающих и отраженных лучей и перпендикуляр падения находятся в одной плоскости. Это явление называют зеркальным отражением.
Для зрения отражение имеет только то значение, что оно меняет направление лучей, не нарушая их расположения. Поэтому в зеркале мы и узнаем те предметы, от которых исходят лучи.
Другой крайний случай это тот, когда форма поверхности состоит из очень маленьких поверхностей всевозможных направлений. И здесь часть света тоже отражается, но, отражаясь, свет не остается упорядоченным, но рассеивается по всем направлениям. Поверхности такого рода называются матовыми.
Большинство существующих поверхностей находится между этими границами. Вполне зеркальные и матовые поверхности суть поверхности идеальные. Если зеркальное отражение достаточно выражено, то говорят, что поверхность обладает блеском; блеск тем сильнее, чем больше лучей поверхность отражает. Жировой блеск, стеклянный блеск, бриллиантовый блеск, металлический блеск расположены по ступеням увеличивающего зеркального отражения. Очень часто отражение зависит от направления, как, например, у тканей, у которых разные неровности поверхности делают различные направления неравнозначными. Такого рода блеск называется шелковым блеском.
Блеск можно измерить или дать ему численное выражение, исходя из сравнения количества света, отражаемого блестящей поверхностью, с тем его количеством, которое отражается идеальной матовой поверхностью. Блеск, как неполное отражение, зависит от угла падения и угла отражения; он усиливается с увеличением обоих углов и достигает максимума тогда, когда оба угла равны. Нормальным углом для измерения блеска может служить половина прямого угла.
Часть падающего света, оставшаяся после отражения, вступает в другую среду, где луч меняет свою скорость, а также и свое направление, если линия падения не перпендикулярна к поверхности разделяющей, эти среды. Угол определяется законом преломления Снеллиуса, по которому синус угла падения относится к синусу угла преломления, как скорость света в первой среде к скорости его во второй среде. Отношение этих скоростей друг к другу называется коэффициентом преломления. В данном случае также оба луча и перпендикуляр падения находятся в одной плоскости.
В среде, наполненной весомой материей, скорость света не только меньше, чем в безвоздушном пространстве, но и зависит еще от числа колебаний; замедление увеличивается с увеличением числа колебаний. Вот почему луч света, состоящий из различных длин волн, теряет, при переходе из одной среды в другую, свое единство: каждый сорт световых волн принимает в таком случае свое особое направление, соответствующее числу его колебаний. Это – наилучший и самый простой способ для отделения друг от друга различных сортов света. Открытие его принадлежит Ньютону.
Светорассеяние (дисперсия) всегда связано с преломлением света, и так как лучам различной частоты колебаний соответствуют различные цвета, оно служит причиной образования всем известных хроматических краев в тех случаях, когда по пути следования луча от предмета к глазу имеет место преломление.
Светорассеяние бывает различным по своей величине, в зависимости от того, насколько отношение скоростей различных длин волн в данной среде удаляется от единицы. Дисперсия света в общем увеличивается с преломлением, но помимо этого она зависит еще и от химической природы среды. Стекла, которые содержат бор и фтор, дают поразительную слабую дисперсию, содержащие же свинец и таллий – необычайно сильную. Эти особенности, для чисто практических целей, основательно изучены, и теперь мы имеем возможность изготовлять стекла любой рассеивающей силы.
Для анализа данного света посредством дисперсии употребляют призму, т. е. стекло, ограниченное двумя наклонными друг к другу плоскостями. Когда мы смотрим сквозь такое стекло на источник света, то он кажется нам сдвинутым со своего места и, в зависимости от числа колебаний, на равный угол. Всегда бывает видно через призму такое количество разноцветных изображений, сколько различных чисел колебаний имеется в данном свете. Большею частью мы имеем, в известных пределах, всевозможные числа колебаний. Изображение непрерывно переходит одно в другое, а все вместе располагаются в виде многоцветной полосы, в которой все цвета размещаются согласно числу соответствующих им колебаний.
Для того чтобы изображения возможно меньше покрывали друг друга, источнику света дают форму полосы, помещая его перед узкой щелью – так, чтобы она была параллельна линии пересечения двух поверхностей призмы. Проще всего это достигается тем, что перед источником света помещается щель, пропускающая лишь узкую полоску.
Изображение, которое мы получаем таким образом, называется спектром, а прибор, состоящий из призмы и щели, – спектроскопом. Для удобства наблюдения и большей его точности спектроскоп содержит еще целый ряд стеклянных чечевиц, которые в основном явлении ничего существенного не меняют. Призму лучше всего поставить таким образом, чтобы средние лучи имели прямолинейное направление – тогда легче направить спектроскоп на источник света. Наконец для многих целей очень желательно иметь в поле зрения также шкалу, на которой можно видеть числа колебаний (или длины волн). Все эти приспособления имеются у спектроскопов новейшей конструкции.
Согласно закону преломления света, каждый луч может вступить под каким угодно углом из одной среды в другую, если только скорость его в этой среде уменьшается (т. е. среда оптически более плотна); в противном случае дело обстоит иначе. Тут существует предел, когда синус угла преломления равняется единице, а сам угол, следовательно, становится прямым; при дальнейшем увеличении угла падения – преломление становится уже невозможным и все количество падающего света отражается. Это есть явление полного отражения, очень важное, между прочим, и для понимания образа действия кроющих красящих веществ.
Часть света, попадающая в другую среду, превращается в другие виды энергии, преимущественно в тепловую, и поэтому первоначальное количество света постепенно уменьшается: Законом этого процесса – поглощения – является то, что каждую единицу своего пути данный свет проходит не полностью, а только определенной долей своего предыдущего количества. Эта доля, т. е. та часть света, которая проходит через новую среду, всегда выражается правильной дробью. Эта дробь очень часто приближается к единице; в таких случаях тела называются прозрачными. От силы света коэффициент прозрачности не зависит, зато обычно он в большей степени зависит от числа колебаний. Немного существует веществ, которые бы одинаково сильно поглощали все видимые волны света; строго говоря, ни одно тело, ни одна смесь не поглощают все лучи совершенно одинаково.
Если коэффициент прозрачности для длины пути, равной одному сантиметру, обозначит буквой d, то при длине пути, равной n сантиметрам, он выразится, как dn, поглощение же будет выражаться формулой:
1 – dn.
Это есть математическое выражение вышеизложенного закона; d есть функция дайны волны, но не силы света.
Поглощение света в большой степени зависит от химической природы вещества. Здесь идет речь о конститутивных особенностях вещества. Элементы, валентность которых меняется при вступлении их в реакции с другими элементами, имеют во всех таких случаях разную поглощательную способность, хотя в простых соединениях она нередко одинакова или подобна. Более сложные и комплексные соединения проявляют уже иную лучепоглощаемость. Необыкновенно разнообразна поглощательная способность у ароматического ряда углеродистых соединений, если они содержат еще при этом азот и другие элементы. На этом и зиждется богатая и особенно ценная промышленность – добывание красящих веществ из продуктов коксования угля.