Опыты по отражению света. Прибор Тиндаля и Вейнгольда

Общие указания. Чтобы показать явление отражения, необходимо иметь: 1) источник света (проекционный фонарь, дающий один или несколько, желательно параллельных, лучей и 2) плоское зеркало в форме полоски (любого размера; достаточно 2 см X 10 см).

Если надо продемонстрировать закон отражения, то необходимо иметь: 3) приспособление для измерения углов (т. е. транспортир или разделенный круг).

Чтобы опыт выходил отчетливо и эффектно, зеркало должно обладать следующими качествами: 1) сделано из белого ровного (с параллельными плоскостями) стекла; 2) стекло должно быть возможно тоньше. Неровные зеркала искажают ход лучей; толстые зеркала дают два отраженных луча, заметно сдвинутых относительно друг друга.

Хорошие зеркала в продаже попадаются крайне редко. Если преподаватель имеет возможность серебрить стекла для изготовления зеркал, то всего лучше сделать зеркало из предметного стекла для микроскопа. В крайнем случае можно применять стеклянные черные зеркала, покрывая одну сторону стекла черным спиртовым лаком.

Вместо стеклянного зеркала можно взять металлическое в виде ровной металлической полоски (латунной или цинковой), очень хорошо никелированной; однако металлическое зеркало не в состоянии вполне заменить собой стеклянное при всех опытах.

У стеклянного зеркала необходимо тщательно оберегать зеркальный слой от царапин, поэтому зеркало должно быть закреплено в металлической оправе или в деревянной.

Пучок лучей, падающих на поверхность тела, делится на три части: 1) отражаемую от поверхности тела (назад в воздух); 2) проходящую сквозь тело; 3) входящую в тело и там поглощаемую (задерживаемую). Относительная величина этих частей зависит от свойств тела и от угла падения. Если поверхность ровная (зеркальная), то все лучи отражаются одинаково (под одним и тем же углом к поверхности), — такое отражение называют правильным. Если поверхность шероховатая (как у матового стекла), то лучи отражаются по всем направлениям или рассеиваются, такое отражение называют рассеянным.

Различие между этими двумя видами отражения можно просто показать при помощи матового стекла, отражая пучок света сперва гладкой поверхностью стекла, а затем — матовой; в первом случае получаем (на стене или потолке) светлое пятно (“зайчик“), а во втором зайчик нигде не наблюдается, но та часть комнаты, куда направлены рассеянные лучи, становится несколько более освещенной.

Прибор Тиндаля. 1) Прибор, 2) Источник света. 3) Источник дыма.

Самым простым прибором для демонстрации явления отражения света является прибор Тиндаля (рис. 227). Прибор состоит из плоского зеркала, вращающегося вокруг горизонтальной оси. Вместе с зеркалом вращается стрелка, укрепленная перпендикулярно к плоскости зеркала; конец стрелки перемещается вдоль угловых делений (в 10° каждое).

Рис. 227. Прибор Тиндаля

Чтобы лучи света были заметны, пространство около зеркала заполняют дымом. Опыт производится в темноте.

Луч света из фонаря направляют на среднюю линию зеркала, совпадающую с его осью вращения, и показывают учащимся, что 1) падающий и отраженный лучи совпадают друг с другом и с направлением стрелки тогда, когда угол падения равен нулю, т. е. луч падает (и отражается) под прямым углом к зеркалу; 2) при любых поворотах зеркала угол отражения равен углу падения.

Прибор Вейнгольда. Этот прибор (рис. 228) можно сделать самим, для чего надо взять толстую доску (h = 2—3 см) и выпилить из нее полукруг (d = 20—30 см). С плоской стороны прибивается полоса фанеры (b = 8—9 см); на полукруглой стороне должна находиться полоса картона (или тонкой фанеры) той же ширины, как и на плоской стороне.

Рис. 228. Прибор Вейнгольда

Но предварительно надо на внутренней поверхности картона нанести деления, для чего намечается середина полосы и, считая от середины, в обе стороны откладываются равные части. Размер частей собственно произволен, но всего лучше нанести деления через 10°, для чего, измерив длину полуокружности, делят ее на 18 равных частей. Деления, начиная от среднего, обозначаются цифрами: 0, 10, 20, ..., 80.

На одной половине картонной полосы точно на месте делений (начиная с нулевого) пробиваются пробойником или сверлом для пробок 9 дырочек (d = 5—7 мм). Дырочки нумеруются с наружной стороны На плоской стороне прибора точно в центре полукруга укрепляется (шурупами) полоска хорошего зеркала (6 см X 1 см). Укрепив зеркальце, правильно устанавливают картонную полоску, для чего смотрят в нулевую дырочку и закрепляют полоску в таком положении, при котором эта дырочка и ее изображение в зеркале точно совпадают друг с другом; после этого полоску прибивают.

Прибор Вейнгольда предназначен для индивидуального наблюдения. Через одну из дырочек смотрят одним глазом на середину зеркала, совпадающую с центром полукруга (полезно середину зеркала отметить чертой, например прорезав ножом зеркальный слой). В зеркале увидим деление с тем же числом градусов, какое соответствует отверстию,, выбранному для наблюдения.