Общие свойства универсальных приборов

Для демонстрации явлений отражения и преломления в различных случаях применяются приборы двух типов: 1) индивидуальные приборы, предназначенные лишь для одного частного случая, и 2) универсальные, охватывающие, если не все случаи, то целый ряд их.

Источник света обычно не входит в состав универсального прибора и может быть взят, вообще говоря, любой. Однако всего лучше в качестве источника света применять проекционный фонарь с сильным источником света, например с вольтовой дугой или с мощной электролампой.

К источнику света надо предъявить одно требование: он должен давать пучок параллельных лучей или в крайнем случае пучок чуть расходящихся лучей. В последнем случае необходимо фонарь ставить на некотором расстоянии (около 1 м) от прибора.

Во всех (за очень малым исключением) универсальных приборах применен один и тот же прием для получения видимых лучей, а именно: пучок света, идущий от фонаря, пропускается через одну или несколько горизонтальных щелей (b = 2—4 мм); полученные полоски света направляются на белый экран и в пересечении с ним дают световые линии (следы), которые в данных опытах играют роль лучей; чтобы произошло упомянутое пересечение, экран должен стоять вертикально, но не параллельно лучам, а чуть наискось к ним (рис. 179). На пути этих лучей на экране укрепляются различные тела, отражающие или преломляющие лучи света.

Рис. 179. Положение на экране светящегося следа от пучка лучей

Если луч света проходит через жидкость (обычно через воду), то, чтобы сделать луч видимым, жидкость подкрашивают краской, флюоресцирующей под действием света. Всего удобнее в качестве такой краски применять флюоресцин: он хорошо растворяется в воде, не пачкает сосудов и окрашивает воду в зеленый цвет, а при освещении светится желтоватым цветом; по этой причине луч света, проходящий внутри воды, отчетливо виден в виде желтоватой полоски.

Второй способ делать лучи света видимыми непосредственно в воздухе помимо экрана заключается в примешивании дыма к воздуху.

Наконец иногда, например при измерениях, применяют еще один способ, причем отмечают лишь отдельные точки луча, например крайние— его начало и конец; сам же луч на всем своем протяжении остается невидимым. При таком способе начало луча отмечают диафрагмой, а конец—светлым пятнышком, которое этот луч дает на экране в виде матового стекла или на кусочке белой бумаги.

Для точного фиксирования направления луча на экране проводится черта, куда должен попадать луч. Этот прием полезно помнить, так как часто приходится, пользуясь кусочком белой бумаги, следить за ходом луча и проверять правильность установки приборов; светлое пятнышко на бумаге указывает на то, как идет луч, и позволяет проследить за его ходом на всем его протяжении.

Сообразно с первым (наиболее распространенным) способом наблюдения лучей света необходимой частью универсального прибора является белый экран [металлический — шайба Гартля (рис. 180); стеклянный— прибор Кольбе (рис. 187); деревянный или картонный — прибор Розенберга (рис. 197)]. Форма экрана бывает круглая (рис. 180 и 187) и прямоугольная (рис. 198). Экран круглой формы обычно предназначен также для измерения углов, поэтому круглый экран по краям снабжается угловыми делениями [по всей окружности (рис. 180)]. Ясно, что при измерении углов луч света обязательно должен проходить через центр экрана.

Рис. 180. Шайба Гартля: I—вид спереди; II—вид сзади

На экране укрепляются прилагаемые к прибору тела. Обычно эти тела прижимаются к экрану или винтами со спиральными пружинами (рис. 186, шайба Гартля), или при помощи пружинящих лапок (рис. 198, прибор Розенберга), или при помощи скобы с пружинами (рис. 191, прибор Кольбе). Состав набора у всех универсальных приборов примерно один и тот же (рис. 182 и 189).

С этим набором можно показать опыты двоякого рода. Во-первых, опыты качественного характера, именно: отражение от плоского зеркала; ход лучей в сферических зеркалах; преломление при переходе в более плотную среду и обратно; полное внутреннее отражение; ход лучей в плоско-параллельной пластинке, в призме, в сферических линзах, в шарообразной капле.

Во-вторых, — опыты количественного характера, именно: демонстрация законов отражения и преломления, сопровождаемая измерением» углов.

При очень сильном источнике света опыты можно производить при слабом освещении затемненной комнаты, например при освещении одной-тремя электролампами, удаленными от демонстрационного стола;, в таком случае угловые деления бывают, хоть и слабо, видны, и потому отсчет углов можно производить без затруднения.

При слабом источнике света приходится в комнате гасить все освещение; тогда деления на круге не видны, и при отсчетах для освещения делений надо при помощи белого картона направить на экран свет от фонаря, проходящий помимо ширмы. Очень часто удается картон заменить ладонью руки, при этом предполагается, что экспериментатор стоит перед демонстрационным столом.

Набором от универсального прибора можно воспользоваться для лабораторных работ. Дальше описаны главнейшие универсальные приборы.