Капля на травинке. Впечатление, будто ее пронзил солнечный луч
Эти лучи могут многократно отражаться от участков сферической поверхности капли, наполняя ее солнечным светом.
Поверхность капли изогнута и спокойна. На ней всегда найдется такой участок, который отразит солнечный луч в наш глаз. На отражающем участке поверхности, обращенной к солнцу, возникнет блик, подобный блику на солнечной дорожке. Блик будет устойчивым, так как форма поверхности капли со временем не изменяется и отражающий участок оказывается недвижимым.
Блики на капле при различных положениях глаза наблюдателя относительно солнечного луча
Итак, блик, который на теневой стороне капли,— следствие преломления лучей, а второй блик на участке поверхности капли, обращенной к солнцу,— следствие отражения солнечных лучей этой поверхностью. На первом сконцентрирована интенсивность почти всех лучей, упавши х на полусферическую поверхность, обращенную к солнцу, а второй блик отражает лишь те лучи, которые упали на малый участок поверхности капли. Поэтому первый блик ярче второго. Сказанное можно подтвердить простыми опытами, которые были поставлены в нашей лаборатории. Экспериментировали мы со специально приготовленной моделью капли. Сферическую стеклянную колбу заполнили водой и таким образом стали обладателями сферической линзы — модели капли. Колбу осветили интенсивным параллельным пучком света — на ее поверхности загорелось два блика. Можно было сделать так, чтобы каждый из них светился вне зависимости от свечения другого. Блик, обусловленный отражением света, можно было убрать, приблизив палец к тому месту колбы, где блик светился. А тот блик, в котором собраны все лучи с поверхности освещаемой полусферы, можно было убрать, лишь полностью преградив путь лучам на эту поверхность. Если же оставался небольшой освещаемый участок этой поверхности — где-нибудь сбоку или посредине,— блик загорался.
И еще один факт. Яркий блик оставался неподвижным, с какого бы места мы па освещенную колбу ни смотрели, а другой смещался, если, глядя на колбу, двигаться вокруг нее. Причину этого легко понять, посмотрев на ход лучей, схематически изображенных на рисунке.
Предположение юного фотографа, что солнечный луч пронзил росинку, оказалось красивым поэтическим вымыслом. В действительности же все происходит в соответствии с законами геометрической оптики. Впрочем, для естествоиспытателей они не менее красивы, чем поэтический вымысел.
Еще в юности я прочел в одном из украинских стихотворений такую строку: «Охололi алмази роси» — «Застывшие алмазы росы». И с тех пор она всплывает в памяти всякий раз, когда глаз останавливается на капле, застывшей на каменной глыбе или льдинкой повисшей на кончике хвойной иглы.
О «застывших алмазах» можно было бы книгу написать. Но здесь речь пойдет лишь о том, что происходит с росинкой, застывшей на камне, и с камнем, на котором росинка застыла.
Итак — капля росы на поверхности камня.
Судьба водяной капли, кристаллизующейся на поверхности твердого тела, во многом определяется тем, что плотность воды больше плотности льда. Именно из-за этого различия плотностей лед, образовавшийся на поверхности реки, не опускается на дно, и реки не промерзают насквозь. Именно поэтому деревянные бочки на морозе лопаются под напором льда, который образуется при кристаллизации воды.
Представим себе на камне каплю росы, в которой должна начаться кристаллизация. Рассуждая схематически, разумно указать три места, где может появиться зародыш кристаллизации: на границе капля — камень, в объеме капли и на границе капля — воздух. Казалось бы, естественнее всего появиться зародышу на границе капля — камень. Ведь именно вблизи этой границы капля нее,чем у «макушки», так как тепло из капли в объем камня отходит активнее, чем в воздух. Оказывается, однако, что на границе капля — камень кристаллизация начинается не всегда. Даже, точнее, так: редко, лишь в тех случаях, когда охлаждение происходит очень быстро. Причину этого выясним позже, а сейчас — о двух других возможностях появления зародыша. Легко понять, что эти возможности практически равнозначны, так как если зародыш и возникает в объеме капли, то он мгновенно всплывает к ее макушке, т. е. к границе капля — воздух. Такой зародыш разрастается, и при этом граница лед — вода будет двигаться по направлению к границе вода — камень, где зародыш «не пожелал» возникнуть. Если зародыш все же возник на границе между каплей и камнем, граница растущего кристаллика будет продвигаться к макушке капли.