Твердотельный лазер перестал быть чудом, а вошел в нашу повседневную жизнь. Стоит он уже недорого, легко умещается даже в обычной авторучке, превращая ее в лазерную указку. А ее узкий луч -это параллельный пучок света, «зайчик» которого виден за сотню метров. В условиях класса при длине луча около десяти метров его поворот даже на десятую долю градуса становится отчетливо заметен. В кабинете физики с таким лучом можно творить чудеса.

Гальванометр из страны великанов.

Вот, например, как с помощью лазерного луча реша­ется одна старая надоевшая проблема.

Порою в ходе эксперимента нужно кое-что измерять, причем так, чтобы это видел весь класс. Но стрелки приборов, далее специальных, демонстрационных, вид­ны плохо. Увеличить размер прибора? Но на столе и так мало места.

А что, если все-таки прибор увеличить до размера целого класса? Но куда же тогда поместить учащихся? Очень просто, внутрь прибора. Выглядит это так. На передней стене, над доской, длинная шкала с четкими делениями, а по ней вместо стрелки бежит яркий лазерный зайчик. Весь приборчик размером с коробку от тор­та размещен на противоположной стене. С таким пред­ложением выступил на страницах журнала инженер Ю.Прокопцев (см. «ЮТ» № 10 за 2004 г.)

Улучшая классика

Лазер позволяет упростить опыты немецкого класси­ка демонстрационного физического эксперимента Вихарда Поля. Демонстрируя, как человек может двумя пальцами закрутить или погнуть толстый стальной прут, В.Поль прикреплял зеркало к пруту, зажатому в массивные кузнечные тиски, и посылал на него узкий пучок света.

По отклонению его зайчика на отдаленной стене моле­но было судить о том, что стержень действительно реа­гирует на усилие пальцев. Но для этого был нужен очень яркий луч света, который обычно получали при помощи фонаря с дуговой лампой. Сегодня же в школах подобных фонарей давно уже нет.

А вот новое исполнение этого опыта. Как и прежде, зажмем прут в мощные тиски, закрепленные на проч­ном массивном столе. Установим на том же столе шта­тив с лазером, а к пруту скотчем прикрепим небольшое зеркальце. Свет лазера, отразившись от него, падает на стену. Попробуем погнуть или закрутить прут — и зай­чик на стене заметно сдвинется.

Все опыты В.Поль ставил в большой университетской аудитории, где длина луча могла достичь 20 — 30 м. Естественно, что смещение зайчика в классной комна­те, в которой луч значительно короче, менее заметно. Однако этой беде можно помочь.

Поль в таких случаях рекомендовал второе, не­подвижное, зеркало. Луч следует пустить так, чтобы он обежал оба зеркала несколько раз. Тогда произойдет многократное уве­личение угла отклонения. У этого способа есть един­ственный недостаток — сложность отладки. Гораздо проще в этом отношении способ другой. Достаточно укрепить на столе телескоп или подзорную трубу и пропустить через нее луч лазера так, чтобы он вошел в объектив и вышел через окуляр. Его угловое от­клонение возрастет пропорционально кратности при­бора.

Мираж на любой вкус

Интересны опыты, связанные с криволинейным рас­пространением света. Это явление лежит в основе мира­жей, но не стоит думать, что они наблюдаются только в пустынях. Сидя в автомобиле, можно увидеть, как в жаркий летний день дорога словно становится мокрой. Это и есть следствие криволинейного распространения света в неравномерно нагретых слоях воздуха — своеоб­разный мираж в городе.

Переверните обычный утюг. Закрепив его в таком положении, пустите вдоль его поверхности под неболь­шим углом вниз луч лазера. Если утюг включить, то станет заметно, как по мере его нагревания, зайчик на стене отчетливо поползет вверх.

Объясняется это тем, что слой воздуха по мере удале­ния от подошвы утюга холоднее. Скорость света в горя­чем воздухе меньше, чем в холодном. В результате дли­на волны делается в этом месте больше. Луч света, об­разно говоря, на своем горячем краю как бы растягива­ется и изгибается вверх.

Мираж можно получить и в твердом прозрачном теле, например, в прямоугольной призме из огрстекла от на­бора по изучению преломления. Для этого следует на­греть при помощи утюга одну из ее узких граней. (При температуре выше 135° С оргстекло начинает пузырить­ся, поэтому поставьте регулятор утюга в положение минимальной температуры.) Пустите луч лазера вдоль нижней грани призмы — и увидите, как по мере нагре­вания лазерный зайчик на стене медленно поползет вверх.

Холодный мираж

Наблюдать мираж мож­но и без нагревания. Важно лишь создать среду, коэф­фициент преломления ко­торой менялся бы от точки до точки. Это можно сде­лать, к примеру, подавая в воздух другой газ. Закре­пите на штативе воронку, затянутую плотной тка­нью, и подайте в нее угле­кислый газ от аппарата Кипа. Затем пустите по по­верхности ткани лазерный луч. Он отклонится вниз.

Объясняется это тем, что при атмосферном давлении коэффициент преломления газов пропорционален их плотности. А скорость света в более плотном углекис­лом газе меньше, чем в воздухе. Соответственно меньше и длина волны. Вблизи поверхности воронки, где угле­кислого газа достаточно много, луч света снижает свою скорость, как бы сжимается у своего нижнего края и идет вниз.

А вот еще одно явление, связанное с прохождением све­та через неоднородную среду. Его иногда наблюдают те, кто имеет дело с очень быстро вращающимися телами.

Насадите на дрель диск из толстой фанеры и, включив мотор, обточите его напильником. У вас получится иде­ально круглый относительно оси вращения дрели диск. Не вынимая его из патрона, закрепите дрель на прочном столе в тисках и пустите луч лазера по касательной к его ободу. Луч отклонится в сторону от оси вращения. Объясняется это тем, что вблизи обода диска образуется «пограничный слой» — слой воздуха, как бы прилип­ший к его поверхности и вращающийся вместе с ним. Плотность его у поверхности обода диска меньше, чем в окружающем воздухе, и по мере удаления растет. Вот и движется свет по кривой, как в мираже.

А. ВАРГИН