Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2001 № 03

Конечно, найдется этому изобретению и сугубо мирное применение. Например, скользя на малой высоте в режиме экраноплана, летающие тарелки будут пересекать моря и океаны, доставляя товары и пассажиров на любую территорию.

А. ИЛЬИН

Рисунки автора

Фото Ю. ЕГОРОВА

Луч света является прямой линией только в том случае, когда показатель преломления среды одинаков во всех ее точках. В среде же с неоднородным показателем преломления свет распространяется по кривой, выпуклость которой обращена в сторону уменьшения показателя преломления. В любом случае свет избирает себе такую траекторию, по которой движение от точки к точке происходит за кратчайший срок.

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.

Вот почти дословное его описание, взятое из книги Р.Вуда «Физическая оптика», перевод с английского под ред. Д.С.Рождественского. Л. — М. ОНТИ, 1936, с. 103–104: «Берут горсть фотографического желатина и дают ему набухнуть в воде до полного размягчения. Избыток воды сливают, а остаток нагревают до полного ожижения и затем фильтруют через воронку с кусочком ваты. Если жидкость не течет, то прибавляют немного кипящей воды. Небольшое количество отливают в пробирку и дают стоять до отвердения. Оставшуюся часть выпаривают на малом пламени, все время помешивая, до густоты сиропа. Для этого приходится кипятить ее, пока не останется одна треть (или меньше) первоначального объема. Теперь прибавляют равный объем глицерина и выливают во вторую пробирку.

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.