Оптические явления в природе

DjVu

Все вы изучаете физику в школе, читаете интересные -книги по физике. Однако не всегда обращаете внимание на те физические явления, которые происходят вокруг нас в окружающей природе. А между тем лаборатория природы очень обширна и разнообразна, а явления, происходящие в ней, интересны, сложны и загадочны.
      Эта книга предназначена для учащихся средней школы, интересующихся физикой и желающих узнать тайны наиболее интересных оптических явлений в природе радуги, оптических дорожек, гало, полярных сияний и других.
      Оптические явления, рассматриваемые в книге, объяснены с научной точки зрения. Книга учит наблюдать, в ней рекомендованы и описаны опыты, которые могут провести сами учащиеся.
      Автор приносит сердечную благодарность рецензентам рукописи профессорам Р. В. Куницкому, В. Г. Семенову, Б. И. Спасскому и В. П. Орехову и кандидату физ.-мат. наук И. И. Нурминскому, сделавшим замечания, которые содействовали улучшению книги.
      ? настоящее время можно указать три основные источ- ника энергии на Земле: излучение Солнца, внутренняя теплота Земли (геотермальная энергия) и внутриядерная энергия.
      Вряд ли есть более важное явление в природе, чем излучение Солнца. Термоядерные процессы, происходящие внутри Солнца, раскаляют его поверхность примерно до 6000° К. Солнце — главный источник энергии, которой пользуется человек на Земле. Оно и светит нам и греет нас. Это его лучи вызывают круговорот воды и воздуха в природе... Грозные ураганы и нежное дуновение «зефира», зной Сахары и стужа Верхоянска, сияние дня и мрак ночи связаны с излучением Солнца.
      Это его энергия, конденсированная в угле и нефти, согревает нас зимой, вращает колеса машин, плавит металл, варит пищу, светит за письменным столом и возит нас в автомобилях и самолетах.
      Это оно освещает листья растений, приводя в действие зерна хлорофила, творящие органическую массу растений, которая в свою очередь служит пищей животным и человеку.
      Огромную роль в жизни человека играет огонь — теплота и свет, излучаемые им. Природа излучения Солнца и огня одинаковы. Это температурное излучение. В чем же оно состоит? Что такое свет? Вопрос, что такое свет, волновал человечество с древних времен.
      Мнения ученых разделились: одни считали, что свет — это поток частиц, корпускул, другие — что это волновой процесс. Творцом и защитником корпускулярной теории принято считать Исаака Ньютона (1642 — 1727). Однако уже Ньютону были известны явления дифракции, интерференции и поляризации света, которые нельзя объяснить иначе как с волновой точки зрения. Одно из этих явлений — кольца Ньютона — было открыто им самим. Ньютон пытался примирить волновую и корпускулярную точки зрения.
      Основателем волновой теории света является голландский ученый Христиан Гюйгенс (1629 — 1695). Он считал, что свет — это механические волны, распространяющиеся в некой особой предполагаемой среде, обладающей малой плотностью и большой упругостью, названной мировым эфиром.
      Известный русский ученый М. В. Ломоносов (1711 — 1765) был последователем волновой теории света. В конце XVIII и начале XIX в., после того как в результате работ Т. Юнга (1773-1829), О. Френеля (1788-1827) и других на основе волновой теории были объяснены все известные в то время оптические явления — интерференция, дифракция и поляризация света, была измерена длина волны света, восторжествовала волновая теория, а корпускулярная была забыта почти на столетие.
      Во второй половине XIX в., после того как были открыты электромагнитные волны, стало ясно, что свет, если он и имеет волновую природу, то это волны не механические, а электромагнитные. Свет распространяется с той же скоростью, что и электромагнитные волны, преломляется, отражается, так же как и электромагнитные волны...
      Не успела развиться электромагнитная теория света, как она встретилась с рядом непреодолимых трудностей.
      На рубеже XX в. (в 1900 г.) Макс Планк (1858 — 1947), анализируя явление излучения абсолютно черного тела, пришел к квантовой теории света, согласно которой свет излучается, распространяется и поглощается частицами (фотонами), обладающими квантами (порциями) энергии
      (где h = 6,7 10~34 дж сек — - постоянная Планка, а v — частота световой волны, имеющей длину К; с — скорость света).
      На основе квантовой теории было объяснено много непонятных до того явлений, в частности явление фотоэффекта, открытое в 1888 г. А. Г. Столетовым (1839 — 1896), излучение света и др.
      Так что же такое свет?
      В некоторых явлениях он ведет себя как волны, в других как частицы.
      Уже в самом уравнении
      видна двойственность его природы. В этом уравнении отдельные, обособленные порции энергии связаны с некоторым волновым процессом, характеризуемым длиной волны и частотой.
      В 1924 г. стало известно, что не только свет, но частицы (электроны, протоны, молекулы и т. п.) обладают волновыми свойствами.
      С этого же времени стали считать, что свет тоже обладает двойственной корпускулярно-волновой природой. Он одновременно и частица и волна. В одних условиях на первый план выступают волновые, в других — корпускулярные свойства света.
      В тридцатых годах двадцатого столетия зародилась, а затем стада развиваться новая наука — квантовая механика, соединившая математически воедино противоре чивые свойства волн и частиц. Квантовая механика является основой не только современной теории света, но и элементарных частиц и целого ряда других явлений г.
      Электромагнитная волна, сопровождающая фотон, представляет собой процесс распространения периодических изменений (колебаний) векторов напряженности электрического и магнитного полей. Эти векторы в электромагнитной волне перпендикулярны друг другу и направлению распространения и колеблются без сдвига фаз. Таким образом, световая волна является волной поперечной.
      1 Советуем прочитать статью академика И. В. Обреимова в книге У, Брэгга «Мир света. Мир звука». М., 1967.
      Ниже приведена полная шкала электромагнитных волн, обладающих различными физическими свойствами.
      В некоторых случаях для выяснения явлений не важна природа света, достаточно знать его основные свойства, полученные из. опыта: прямолинейность распространения в однородной среде, законы отражения и преломления. Отдел оптики, занимающийся изучением законов распространения света в средах и явлениями, происходящими на границе сред, называют лучевой или геометрической оптикой. Геометрическая оптика рассматривает световой поток как совокупность отдельных независимых световых лучей, каждый из которых подчиняется законам отражения и преломления.
      В предлагаемой книге в первых пяти главах рассматриваются явления, для объяснения которых достаточно знать законы геометрической оптики. Затем идут главы, требующие знания законов волновой оптики, и, наконец главы, в которых используется квантовая оптика.
     
      СВЕТ И ТЕНЬ
      Очень часто мы замечаем, что если на пути лучей света оказывается какой-то непрозрачный предмет, то за ним образуется тень (рис. 1, а). Это одно из многочисленных наблюдений, показывающих, что в однородной среде свет распространяется прямолинейно.
      Поэтому при всевозможных геометрических, геодезических, астрономических и физических измерениях и построениях луч света в однородной среде принимают за прямую линию.
      Если источник света не точечный, а протяженный, то наряду с полной тенью образуется полутень (рис. 1, б). Происхождение ее понятно из рисунка.
      Однако даже в случае точечного источника света при внимательном рассмотрении границы тени можно заметить, что она несколько размыта: вблизи нее видны светлые и темные полосы. Это явление объясняется дифракцией света, о чем подробнее будет рассказано ниже.
     
      ИЗОБРАЖЕНИЕ СОЛНЦА
      О Солнце!.. Там, где тень От лип густа и ароматна, Кидаешь ты такие пятна, Что жалко мне ступать по ним!
      (Э. Ростан)
      В тени деревьев видны беспорядочно расположенные на земле светлые пятна различной величины, но одинаковой эллиптической формы. Их образуют солнечные лучи, проникающие через просветы в листьях деревьев (рис. 2). Эти светлые пятна и есть изображение Солнца.
      Как же объяснить эллиптическую форму изображения Солнца?
      Направим луч света на лист бумаги, располагая его перпендикулярно к падающему лучу; мы увидим круглое пятно. Поднимем лист выше — пятно становится меньше. Отсюда следует, что пучок лучей, образующих такое пятно, имеет форму конуса. Наклоним лист бумаги — пятно принимает форму эллипса.
      Но почему же на земле получается изображение Солнца, а не отверстия?
      Рассмотрим рисунок 3. На нем показаны ширма с маленьким отверстием CD, предмет АВ и его изображение А1В1 на экране. Мы видим, что лучи, выходящие из какой-либо точки предмета (например, А) и проходящие через отверстие С, дают на экране изображение этой точки в виде пятна, размеры которого тем меньше, чем меньше отверстие и чем дальше точка (А) от него. Такие пятна получаются от всех точек предмета. Они дают изображение предмета АВ, которое тем менее размыто по краям, чем меньше отверстие и дальше предмет. Форма изображения при этом очень мало зависит от формы отверстия С. Если же источник света находится близко от отверстия, на экране получается светлое очертание отверстия, тем более отчетливое, чем меньше размеры источника света.
      В темной комнате или в темном ящике (камера обскура), в одной из стенок которых (в ставне окна) проделано малое отверстие, можно отчетливо видеть не только Солнце, но и освещенные Солнцем ландшафты с движущимися в них предметами (рис. 4). Для получения четких изображений необходимо только подобрать величину отверстия.
      Получение изображений в темной камере, видимо, было известно уже давно. Польский писатель Б. Прус в своем произведении «Фараон», написанном на основании изучения большого количества древнеегипетских
      Рис. 4. Получение уменьшенного изображения освещенного предмета в темной камере.
      документов, рассказывает о том, как жрецы в темной палатке показывали фараону картину битвы, происходящей на освещенном солнцем плато. Повелитель египтян и не годозревал, что все виденное им не божественное знамение, а очень простое физическое явление.
     
      ТЕНЬ
      Наряду со светлыми пятнами в тени полезно пронаблюдать форму тени от различных предметов в лучах Солнца, Луны и других источников света.
      Обратите внимание на вашу собственную тень на земле. Тень ног резко очерчена, тень головы расплывчата.
      Поместите руку близко перед листом бумаги, вы увидите отчетливую тень. Отодвиньте руку от бумаги. Полная тень каждого пальца становится все уже, в то время как полутени увеличиваются, пока не сольются друг с другом. Все это происходит потому, что Солнце и другие источники света не являются точечными источниками.
      Посмотрите на тень бабочки. Она круглая. Это теневое изображение Солнца. Объясняет это явление рисунок 3.
      Возьмите лист бумаги и поместите его горизонтально так, чтобы на нем образовалась тень от вертикальной проволочной сетки (например, от проволочного забора). Удаляйте бумагу от сетки. На некотором расстоянии вы увидите, что тени горизонтальных проволок исчезли, в то время как вертикальные тени остались.
      Как же объяснить это явление?
      Представим себе проволоку разделенной на большое количество участков. Каждый участок в лучах, падающих наклонно, дает на экране тень в виде эллипса. Вертикальная проволока дает эллипсы, расположенные так, как показано на рисунке 5, а. Они перекрывают друг друга и дают сплошную линию. Эллипсы же, образованные участками горизонтальной проволочки, располагаются так, как показано на рисунке 5, б, они расплываются.
      Поздней осенью, когда деревья уже сбросили свою листву, можно часто видеть тени от двух параллельных ветвей наложенными одна на другую. Ветвь, расположенная ближе к нам, дает четкую тень, дальняя — более широкую, расплывчатую (полутень). Удивляет здесь то, что при наложении этих теней посредине более темной из них мы видим светлую полосу, так что тень выглядит двойной. Причиной является наложение полутеней. Для объяснения этого явления начертим сечения двух ветвей (рис. 6): одной — диаметром 1 см, другой — 0,5 см, расположив их центры на расстоянии 3 см друг от друга. На расстоянии 5 см от центра сечения толстой ветви расположим изображение протяженного источника света шириной 2 см и проведем от краев источника света прямые (лучи). На экране, отстоящем от центра тонкой ветви на расстоянии 10 см, обнаружим области полной тени {ВС, ВС1), полутени {АВ, АВ) и отсутствия ее (СС).
     
      ЯВЛЕНИЯ, СВЯЗАННЫЕ С ОТРАЖЕНИЕМ СВЕТА ПРЕДМЕТ И ЕГО ОТРАЖЕНИЕ
      Некоторые считают, что отраженный в стоячей воде пейзаж не отличается, от реального, а только повернут «вверх ногами». Это далеко не так.
      Посмотрите поздним вечером, как отражаются в воде уличные светильники. Обратите внимание на отражение берега, спускающегося к воде. Оно кажется нам укороченным и совсем «исчезает», если мы находимся высоко над поверхностью воды. Вы никогда не сможете увидеть отражение верхушки камня, часть которого погружена в воду.
      И это не удивительно. Мы видим пейзаж таким, как если бы смотрели на него из точки, находящейся на столько глубже поверхности воды, на сколько наш глаз находится выше ее поверхности. Разница между пейзажем и его изображением уменьшается по мере приближения глаза к поверхности воды, а также по мере удаления объекта.
      Убедиться в этом можно с помощью чертежа.
      Часто нам кажется, что отражение в пруду кустов и деревьев отличается большей яркостью красок и насыщенностью тонов. Наблюдая отражение предметов в зеркале, мы также замечаем эту его особенность. В чем же здесь дело? Видимо, здесь большую роль играет психология восприятия, чем физическая сторона явления. Рама зеркала, берега пруда ограничивают небольшой участок пейзажа, ограждая наше боковое зрение от избыточного рассеянного света, поступающего со всего небосвода и ослепляющего нас. Мы смотрим на небольшой участок пейзажа как бы через темную узкую трубу. Кроме этого, уменьшение яркости отраженного света по сравнению с прямым облегчает нам наблюдение неба, облаков и ярко освещенных предметов, которые при прямом наблюдении оказываются слишком яркими для глаза.
     
      «ЗАЙЧИК»
      Кто из нас не играл «зайчиком» отраженного от зеркала солнечного света. Расстояние, с которого видно это маленькое пятно света, удивительно велико. Утверждают, что зеркало размером 5x5 см можно видеть за 15 — 30 км.
      Такое зеркало 1 может быть использовано для геодезических целей и сигнализации. Закрывая и открывая
      1 Прибор, в котором используется отраженный зеркалом луч солнечного света, называют гелиостатом.
      источник света или отраженный луч, можно передать сигналы азбукой Морзе.
      Но луч, отраженный от объектива бинокля, в военных условиях может сыграть предательскую роль, открыв противнику место расположения наблюдателя. Поэтому запрещают вести наблюдения незащищенным оптичес-ским прибором. В качестве защиты используют черные картонные или металлические трубки длиной 15 — 20 см, надеваемые на объектив прибора.
     
      ЗАВИСИМОСТЬ КОЭФФИЦИЕНТА ОТРАЖЕНИЯ ОТ УГЛА ПАДЕНИЯ СВЕТА
      На границе двух прозрачных сред свет частично отражается, частично проходит в другую среду и преломляется, частично поглощается средой. Отношение отраженной энергии к падающей называют коэффициентом отражения. Отношение энергии света, прошедшего через вещество, к энергии падающего света называют коэффициентом пропускания.
      Коэффициенты отражения и пропускания зависят от оптических свойств граничащих между собой сред и от угла падения света. Так, если свет падает на стеклянную пластинку перпендикулярно (угол падения ос = 0), то Отражается всего лишь 5% световой энергии, а 95% проходит через границу раздела. При увеличении угла падения доля отраженной энергии возрастает. При угле падения а = 90° она равна единице.
      На странице 16 приведена таблица зависимости коэффициентов отражения и пропускания от угла падения света для границ воздух — стекло и воздух — вода, а на рисунке 7 показаны кривые этой зависимости: сплошной линией для границы воздух — стекло, штриховой для границы воздух — вода, причем нижний отрезок ординаты до пересечения с кривой изображает R, а верхний — D.
      Зависимость интенсивности отраженного и проходящего через стеклянную пластинку света можно проследить, располагая пластинку под различными углами к световым лучам и оценивая интенсивность на глаз.
      Интересно также оценить на глаз интенсивность света, отраженного от поверхности водоема, в зависимости от угла его падения, пронаблюдать отражение солнечных лучей от окон дома при различных углах падения днем, при закате, восходе светила. Тогда легко можно ответить на вопрос: «Почему мы видим свет, отраженный от окон дома, только при низком положении Солнца?»
     
      ЗАЩИТНЫЕ СТЕКЛА
      Обычные оконные стекла частично пропускают тепловые лучи. Это хорошо для использования их в северных районах, а также для парников. На юге же помещения настолько перегреваются, что работать в них тяжело. Защита от Солнца сводится либо к затемнению здания деревьями, либо к выбору благоприятной ориентации здания при постройке. И то и другое иногда бывает затруднительным и не всегда выполнимым.
      Для того чтобы стекло не пропускало тепловые лучи, его покрывают тонкими прозрачными пленками окислов металлов. Так, оловянно-сурьмяная пленка не пропускает более половины тепловых лучей, а покрытия, содержащие окись железа, полностью отражают ультрафиолетовые лучи и 35 — 55% тепловых.
      Растворы пленкообразующих солей наносят из пульверизатора на горячую поверхность стекла во время его
      тепловой обработки или формования. При высокой температуре соли переходят в окпси, крепко связанные с.поверхностью стекла.
      Подобным же образом изготовляют стекла для светозащитных очков.
     
      СВЕТОВЫЕ ДОРОЖКИ НА ВОДЕ
      Выйдите вечером моря. Вдали светят не очень высоко над серебристым светом.
      на берег широкой реки, озера или электрические фонари. Луна стоит горизонтом и заливает окрестность Посмотрите на поверхность воды, слегка взволнованную легким ветерком, дующим к берегу. Вода темная, а от источников света, расположенных вдали, в том числе от Луны, к вашим ногам простираются световые дорожки (рис. 8), слегка дрожащие на волнах. Свежий воздух, тишина, темный вечер и эта прекрасная игра света и тени располагают к мечтам и поэзии. Много поэтических произведений и картин посвящено таким вечерам. Посмотрите картину Куинджи «Украинская ночь» или произведения Левитана.
      Нетрудно догадаться, что световые дорожки являются следствием отражения света от поверхности воды, взволнованной ветром. Но почему свет виден в одном направлении, именно вдоль линии пересечения поверхности воды с вертикальной плоскостью, проходящей через наш глаз и источник света, в то время как вся поверхность воды покрыта волнами, отражающие поверхности которых ориентированы беспорядочно, и, казалось бы, вся поверхность воды должна отражать свет и светиться?
      Для изучения этого вопроса проведем опыт.
      Положим на стол между лампой и нашими глазами небольшое зеркальце, которое должно имитировать отражающую поверхность волны (рис. 9).
      Когда зеркальце расположено горизонтально, отраженный от него луч света попадает в глаз наблюдателя. Придадим зеркальцу небольшой наклон, что соответствует наклону поверхности воды на волне. Отраженный свет теперь уже в глаз не попадет. Для того чтобы его направить в глаз, необходимо переместить зеркальце по поверхности в точку, зависящую от направления наклона. Будем изменять наклон зеркальца к поверхности стола (что соответствует разнообразному наклону волн) и искать то место на столе, из которого зеркальце при данном наклоне посылает отраженный луч в глаз. После многократных опытов мы обнаружим на столе область, находясь в которой, зеркальце может послать отраженный свет в глаз при каком-либо наклоне. Эта область представ-
      ляет собой эллипс, большая ось которого находится в плоскости, соединяющей глаз и источник света, и перпендикулярна поверхности стола. Чем меньше угол наклона зеркальца к поверхности стола, тем меньше эллипс, с которого отраженный луч попадает в глаз при какой-либо ориентировке зеркальца. Если угол наклона равен нулю, то эллипс превращается в точку. Этот опыт показывает, что в естественных условиях мы видим только те лучи, которые отражаются от волн, расположенных в узком эллипсе. При сильном ветре ширина его возрастает, а очертания становятся менее определенными.
      Наблюдая явление, можно заметить, что ширина и длина эллипса зависят также от высоты источника света и глаза наблюдателя (или объектива фотоаппарата) над горизонтом, а также от направления ветра.
      Расчеты и наблюдения подтверждают опыты с зеркальцем. Они показывают, что разнообразно ориентированные отражающие поверхности направляют в приемник света (глаз или объектив фотоаппарата) отраженные лучи только из тех точек, которые лежат в узкой полосе вокруг линии пересечения отражающей поверхности и вертикальной плоскости, проходящей через точку наблюдения и источник света. Форма этой полосы зависит от взаимного расположения наблюдателя и источника.
      Если источник света находится над головой наблюдателя, то дорожка превращается в широкое пятно (рис. 10).
      Световые дорожки можно наблюдать не только на поверхности воды, они видны на поверхности свежевыпавшего снега, особенно если он выпал в тихую погоду при легком морозе, когда сохраняются целыми снежинки. В этом случае свет отражается от поверхности разнообразно ориентированных снежинок, и в солнечный день или лунную ночь дорожка ярко выделяется на поверхности снежной равнины.
     
      ПОЛНОЕ ВНУТРЕННЕЕ ОТРАЖЕНИЕ СВЕТА СВЕТ В СТРУЕ ВОДЫ
      Красивое зрелище представляет вечером фонтан, у которого выбрасываемые струи освещаются изнутри. Как этого добиваются? Какое физическое явление при этом используют?
      Рис. 10. Другая форма световой Рис. 11. Полное внутреннее дорожки. отражение света в струе воды.
      Проделайте опыт. Возьмите высокую консервную банку (рис. И), на высоте 5 см от дна просверлите круглое отверстие {а) диаметром 5 — -6 мм. Края отверстия тщательно обработайте. Электрическую лампочку вместе с патроном аккуратно оберните целлофановой бумагой (так, чтобы вода не проникла в патрон и не вызвала короткого замыкания) и расположите ее напротив отверстия. В банку налейте воды. Открыв отверстие а, вы получите струю, освещенную изнутри. В темной комнате она ярко светится, и опыт выглядит очень эффектно. Струе можно придать любую окраску, поместив на пути лучей света цветное стекло Ь. Если на пути струи поставить палец, то она разбрызгивается и брызги ярко светятся. Можно использовать другие конструкции. Например, в банке сделать два отверстия — одно напротив другого. Заднее закрыть прозрачной пленкой и за ним поместить лампу.
      Объяснить это явление довольно просто. Луч света проходит вдоль струи воды и попадает на изогнутую ее поверхность изнутри под углом, большим предельного, испытывает полное внутреннее отражение, а затем попадает на противоположную сторону струи опять под углом, большим предельного (рис. И). Так луч проходит вдоль струи, изгибаясь вместе с ней.
      Но если бы свет полностью отражался внутри струи, она не была бы видна извне. Часть света рассеивается водой, пузырьками воздуха и различными примесями, имеющимися в ней, а также вследствие неровностей поверхности струи, поэтому она видна снаружи.
     
      СВЕТОВОДЫ
      Можно ли «загнать» свет в изогнутую трубу и заставить луч изгибаться вместе с трубой?
      Посмотрите на рисунок 12. Человек смотрит в световод с одного конца, а в другом его торце отчетливо виден его глаз.
      Световод состоит из множества пластмассовых или стеклянных волокон, в которых также, как и в струе воды происходит многократное внутреннее отражение света от стенок с выходом в торец.
      В настоящее время световоды широко используют в медицине. Вместе с миниатюрной подсвечивающей лампочкой световод вводят во внутренние полости органов (сердца, желудка, кишечника и т. п.), и он позволяет осмотреть стенки этих органов.
     
      АЛМАЗЫ И САМОЦВЕТЫ
      К 50-летию Великого Октября в Кремле была открыта выставка алмазного фонда СССР
      Входим в зал. Свет слегка приглушен. В витринах сверкают и переливаются изумительные творения ювелиров. Эти изделия пленяют изяществом рисунка, неповторимой гармонией цветовых сочетаний, глубоким проникновением в красоту камня. Они заставляют нас преклоняться перед гением человека, вложившего в них свой художественный вкус, талант, сумевшего так вдохновенно воплотить в камне мечту о прекрасном.
      Вот чудо природы — алмаз «Орлов» (см. цветную вклейку I).
      С именем великого русского писателя связано появление в России другого алмаза — уникума «Шах». После того, как в 1829 г. религиозные фанатики убили в Тегеране русского посла Александра Сергеевича Грибоедова, алмаз «во искупление вины» был подарен Николаю I персидским шахом.
      Сверкает солнечными искрами алмаз «Мария» — самый крупный советский кристалл, названный именем Марии Марковны Коненкиной, которая нашла его в Якутии. Здесь же алмаз «Валентина Терешкова».
      В чем же секрет прелестной игры света в алмазах и других драгоценных камнях?
      Алмаз имеет высокий показатель преломления (п = = 2,4173) и вследствие этого малый предельный угол полного внутреннего отражения (апред = 24° 30, в то время как у стекла апред = 30 — 40°) и обладает большой дисперсией, вызывающей разложение белого света на простые цвета.
      Кроме того, игра света в алмазе зависит от правильности его огранки (рис. 13).
      Как видно из рисунков, грани алмаза многократно отражают свет внутри кристалла. Вследствие большой прозрачности алмазов высокого класса свет внутри них почти не теряет своей энергии, а только разлагается на простые цвета, лучи которых затем вырываются наружу в различных, самых неожиданных направлениях. При повороте камня меняются рис# з# Огранка бриллианта цвета, исходящие из камня, «розой».
      Рис. 14. Огранка бриллианта.
      и кажется, что сам он является источником многих ярких разноцветных лучей.
      Встречаются алмазы, окрашенные в красный, голубоватый и сиреневый цвета. Сияние алмаза зависит от его огранки. Если смотреть сквозь хорошо ограненный водяно-прозрачный бриллиант 1 на свет, то камень кажется совершенно непрозрачным, а некоторые его грани выглядят просто черными. Это происходит потому, что свет, претерпевая полное внутреннее отражение, выходит в обратном направлении или в стороны.
      Если смотреть на верхнюю огранку со стороны света, она сияет многими цветами, а местами блестит. Яркое сверкание верхних граней бриллианта называют алмазным блеском. Нижняя сторона бриллианта снаружи кажется как бы посеребренной и отливает металлическим блеском.
      Наиболее распространенными формами огранки являются две: собственно бриллиантовая и огранка «розой». Разрез первой изображен на рисунке 14, слева, а вид ее сбоку — на рисунке 14, справа. Здесь же показан ход трех лучей, упавших на алмаз в различных точках грани. Лучи 2 и 3 вследствие дисперсии разлагаются на все цвета спектра, из которых на рисунке изображены лишь крайние. На рисунке 13 изображена огранка «розой».
      Наиболее прозрачные и крупные алмазы служат украшением. Мелкие алмазы находят широкое применение в технике в качестве режущего или шлифующего инструмента для металлообрабатывающих станков. Алмазами армируют головки бурильного инструмента для проходки
      1 Бриллиантом называют ограненный и полированный алмаз,
      скважин в твердых породах.
      Такое применение алмаза возможно из-за большой отличающей его твердости. Другие драгоценные камни в большинстве случаев являются кристаллами okhgh алюминия.(А1203) с примесью (очень незначительной) окислов окрашивающих элементов — хрома (рубин), меди (изумруд), марганца (аметист) и т.д. Они также отличаются твердостью, прочностью и обладают красивой окраской и «игрой света». В настоящее время умеют получать искусственным путем крупные (до нескольких килограммов) кристаллы окиси алюминия и окрашивать их в желаемый цвет. Искусственно получают и алмазы. Для этого ампулу с графитом помещают в контейнер с пирофилитом — веществом, напоминающим глину. Контейнер помещают между шестью пуансонами (рис. 15), которые при помощи гидравлических прессов сдвигаются и сжимают контейнер до давления 60 ООО атм. Затем через два противоположных пуансона и через контейнер пропускают электрический ток, который разогревает контейнер до 2000 — 2500° С. Графит плавится, после чего ток выключают и начинается постепенное охлаждение углерода при высоком давлении.
      Кристаллизация углерода внутри кубика происходит довольно быстро, при зтом получаются алмазы, достигающие размера 2 — 3 мм, а по твердости превосходящие натуральные, но темного цвета.