Мы нарисовали, как проходит только один луч, а их ведь очень много и каждый из них будет проделывать разные пути в капле, но каждый будет дважды преломляться и один раз отражаться. Физики уже давно определили путь лучей, падающих параллельно один другому в различных точках. Все лучи, входящие в каплю, возвращаются из неё точно так же, как возвращался рассмотренный нами один луч (черт. 3).
Лучи, проходящие через множество водяных капель, расходятся в различные стороны, но на выходе каждой из капель направление некоторого пучка лучей одинаковое. Такой пучок лучей образует с направлением падающих на каплю лучей угол 41°. Но и эти лучи преломляются, в капле и выходят из неё расщеплёнными на различные цвета, распространяющиеся в разные стороны. Больше всех преломляются, как мы уже установили, фиолетовые лучи, меньше всех — красные. В результате пучок света занимает пространство, заключенное между углом 40° (фиолетовые лучи) и углом 42° (красные лучи). Между ними располагаются остальные цвета.
Таким образом, стоя спиной к солнцу, мы видим цветную дугу, возникшую от пучка лучей, расположенных между 40 и 42° (считая от направления падающих лучей).
Почему радуга имеет дугообразную форму? Это чисто геометрический вопрос. Чтобы лучше его понять, представим себе, что на большой стене перед вами написаны в различных точках большие буквы А, В, С, D и т. п. Каждую из букв, смотря на них с одного места, вы видите под другим углом, что показано на черт. 4. Подумайте теперь, как следовало бы расположить эти буквы, если бы мы их рассматривали под одним углом по отношению к падающим на стену лучам?
Из точки, в которой предположим находится глаз, достаточно провести несколько прямых, каждая из которых образует со стеной одинаковый угол (черт. 5).
Эти прямые образуют с вершиной конуса в точке, где находится глаз наблюдателя, конусообразную поверхность. Наши буквы в таком случае пришлось бы расположить по окружности круга, являющегося основанием конуса. Центр этого круга находился бы в том месте, где на стене падала бы тень головы наблюдателя. Но лучи солнца падают всегда сверху, и центр окружности был бы всегда ниже линии горизонта. В результате на стене может возникнуть лишь часть окружности, то есть, дуга. Только на закате, когда солнце находится на линии горизонта, его лучи параллельны поверхности земли и центр дуги расположен на линии горизонта.
Вот такой конус, с вершиной в нашем глазу, можно себе представить, рассматривая красочную радугу. Угол между образующими этого конуса и его осью равен 41°. Лучи каждого цвета радуги образуют ряд таких конусов, находящихся один внутри другого. Самый большой конус с углом в 42° соответствует красному цвету, а самый малый с углом в 40° — фиолетовому цвету. Между ними — конусы, соответствующие остальным цветам.
А как выглядела бы радуга с самолета? При благоприятных условиях можно увидеть радугу в виде круга. Такие наблюдения уже человеку удалось проделать!
Все, кто понял о чём шла речь в этой статье, смогут разобраться и в чертеже 6. На нём изображен как бы поперечный разрез радуги, развёрнутой в плоскости, перпендикулярной чертежу.
На прямой, ведущей к глазу под углом 40°, собираются все фиолетовые лучи, отраженные каплями дождя, а на прямой под углом 42° — все красные лучи. Между ними располагаются остальные цвета радуги. Из чертежа также видно, что радуга имеет определенную ширину, то есть возникает в некоторой зоне дождя.
И ещё один любопытный факт. Каждый видит только свою радугу то есть радугу, совершенно иную, чем другой наблюдатель. Это вполне законно, так как расположение радуги зависит от места, с которого на неё смотрим. Из одной точки видна только одна радуга. Конечно, разница невелика, если два наблюдателя стоят, например, рядом. Но если же они находятся на некотором расстоянии друг от друга, то каждый видит иную радугу, созданную другими каплями дождя.
Наш физический кабинет
Радугу можно искусственно создать в комнате при помощи простых средств. Основным условием должно быть хорошее освещение солнечным светом.
Наполняем колбу водой. Напротив колбы устанавливаем экран, сделанный из листа фанеры с круглым отверстием посредине.
Через отверстие солнечные лучи падают на колбу с водой, преломляются и отражаются, образуя на экране радугу.
Нашу радугу легко «потушить». Достаточно перед колбой расположить кольцо шириной в несколько миллиметров и диаметром равным 0,86 диаметра колбы, причем центр кольца должен совпасть с центром широкой части колбы. Радуга исчезнет сразу же, так как кольцо пресечет путь лучей, которые образуют радугу
Если в точке «S» поместить на тоненькой ниточке маленький экраник, то в нижней части радуги появился тень. Опыт подтвердил, что лучи, образующие радугу, распространяются так, как мы говорили в статье «Чудеса в капле воды».
Инженер АРС
Все об автомобиле
(часть XI)
Что такое коробка передач? Для чего она нужна? На эти вопросы мы хотим сегодня ответить. Принцип работы коробки передач рассмотрим сначала на примере знакомой всем вам велосипедной перекидки. Представьте себе, что вы едете на велосипед, нажимаете на педали, вращая большое цепное колесо. Вращение по цепи передается меньшему цепному колесу, находящемуся на оси заднего колеса. При медленном вращении педалей заднее колесо вращается быстро и вы мчитесь с ветерком. Если же съедем с шоссе или начнем подниматься в гору, нам станет значительно тяжелее ехать или даже придется слезть с велосипеда. В таком случае хорошую службу сослужил бы другие цепные колеса: у педалей меньшие, а на заднем колесе — большие. Нам пришлось бы чаще крутить педали, но зато приложили бы меньше силы. Чтобы цепь можно было перебрасывать с цепных колес разной величины во время езды в велосипеде имеется перекидка.
Подобной перекидкой в автомобиле является коробка передач. Если бы не она, автомобиль мог бы ехать только по гладкому и прямому шоссе. В гору, как и вам на велосипеде, ему было бы трудно подняться. Коробка передач — это такое приспособление, которое позволяет преодолевать трудные участки пути при использовании полной силы двигателя. Без коробки передач трудно разогнать двигатель.
Рис. 32. Принцип работы перекидки:
а — при небольшом цепном колесе на заднем колесе велосипедист быстро устаёт; б — при большом цепном колесе на заднем колесе велосипедист едет без большого усилия.
Рис. 33. Конструкция и принцип работы коробки передач:
1 — первичный вал; 2 — промежуточный вал; 3 — вторичный вал; 4 — шестерня на первичном валу; 5 — шестерня на промежуточном валу; 6 и 7 — шестерни; 8 — торцевое соединение; 9 — вилка; — 10 — рычаг переключения передач; 11 — подшипники; 12 — стержень.
а — Рычаг переключения положений передачи установлен на свободный ход. Вторичный вал отключен и не вращается; б — рычаг переключения передач установлен на первую передачу (скорость). Вторичный вал коробки передач вращается медленно; в — вторая передача (скорость). Шестерни рассоединены, а вторичный вал соединен непосредственно с первичным при помощи торцевого соединения и быстро вращается.