Читать «Юный техник, 2001 № 03» онлайн - страница 30

Неоднородность показателя преломления земной атмосферы приводит к появлению миражей (см. «ЮТ» № 9 за 2000 г.).

Таким же свойством обладает хрусталик млекопитающих и человека.

Изучение биологических объектов подтолкнуло естествоиспытателей к изучению и созданию искусственных сред с переменным показателем преломления. На рисунках 1 и 2 показан ход светового луча в стержне с показателем преломления, уменьшающимся от оси к периферии.

Рис. 2

Здесь траектория света волнообразна. Если взять кусок такого стержня длиною, равной меньшей четверти периода этой волны, то он сможет выполнять роль собирающей линзы, давать действительное изображение предметов.

Если же показатель преломления возрастает от оси к периферии, то стержень можно использовать как линзу рассеивающую. Забегая вперед, скажем, что сегодня оптическая промышленность умеет делать стержни из стекла и пластмасс, имеющие заданный закон изменения градиента показателя преломления, хотя это отнюдь не просто.

В начале века американский физик Роберт Вуд нашел простой способ изготовления из желатина прозрачных цилиндров, обладавших свойствами хороших собирающих или рассеивающих линз. Он вполне пригоден в качестве одной из работ для практикума по физике в выпускном классе средней школы.

После затвердевания содержимого обеих пробирок резким ударом отбивают донышки у пробирок, их быстро нагревают в пламени бунзеновской горелки и выталкивают желатиновые цилиндры.

Слегка нагретым перочинным ножом разрезают цилиндры на диски разной толщины. Наилучшая толщина около двух третей диаметра. Диски помещают между двумя стеклянными пластинками (рис. 3), слегка подогревая пластинки для обеспечения оптического контакта. (Студень должен прилипнуть без пузырьков.)

Цилиндры, приготовленные из желатина и воды, погружаются в глицерин, а цилиндры из воды и глицерина — в холодную воду. Глицерин нужно временами мешать, так как слои вбирают в себя вытесненную воду.

Через четверть часа процесс достаточно подвинется в своем развитии, глицерин постепенно диффундирует в желатин, вытесняя из него воду, и вода тоже постепенно вытеснит глицерин. Желатин, содержащий глицерин, имеет больший показатель преломления, чем желатин, содержащий воду; вследствие этого цилиндры, набухшие в глицерине, действуют как вогнутые, а цилиндры, набухшие в воде, — как выпуклые линзы. Фокусное расстояние получается от 8 до 10 см; пользуясь такими цилиндрами, можно получать очень резкое изображение нитей лампы накаливания и газового пламени». Практического применения желатиновые линзы не нашли. Однако по сходной технологии делают градиентные линзы — стержни из стекла и полимеров. В некоторых отраслях они совершили настоящий переворот.

Градиентную линзу можно получить и с помощью нагрева. Если, например, стержень из оргстекла начать равномерно разогревать снаружи, то показатель преломления его внешних слоев будет ниже, чем на оси, и он станет вести себя как собирающая линза.