生活中的光現象

陳翠玉

在我們生活中涉及到各個方面的知識,其中與物理有關的更是比比皆是,所以通常有“生活處處皆物理”之說。比如我們乘車外出觀光,一路上的許多有趣現象,包含著很多的物理知識,下面我們就其中的光現象做個簡單的探討吧。

首先汽車上安裝了多個鏡子,如汽車的后視鏡、汽車內司機駕駛室前方的反光鏡等,它們對光的作用不同,在生活中的作用于也不同。像汽車內司機駕駛室前方的反光鏡和同學隨身攜帶的小鏡子一樣,都屬于平面鏡,物體通過平面鏡所成的像是一個正立、等大的虛像,所以通過這種鏡子看到的人和本人并不一樣,而是一個左右相反的人,這給我們的生活帶來方便的同時也留下了一點別扭的感覺;而汽車的后視鏡屬于凸面鏡,對光有發散作用,可以起到擴大視野的作用,這種鏡子通常也安裝在街頭或山路的拐彎處;汽車頭燈中安裝有凹面鏡,這樣使射出的光接近于平行光,利于行駛。

當汽車行駛過程中經過路口,總會遇到交通信號,我們會發現信號都用紅、黃、綠三種顏色。這是因為光在傳播過程中會產生散射作用,在七種可見光中,紅色光波長最長,空氣對它的散射作用最弱,所以它要比其它顏色的光傳播的更遠,這樣司機在比較遠的地方就可以清楚看到信號,即使制動,讓車速減慢。另外,人類的視覺對紅色很敏感,它能讓人產生一種灼熱感和興奮感,因此紅色被采用作停車信號。黃色光的波長僅次于紅光,居第二位,顯示的距離也較遠,因而被用作緩行信號。綠光的波長也是較長的一種色光,顯示距離也較遠,同時綠色和紅色的區別最分明,易于分辨,因此常用綠色光作為通行信號。

我們在陽光下走路或奔跑的時候,影子總是緊緊地跟著我們,汽車也是,無論汽車跑得多快,影子也能追得上,真是形影不離。這是因為當光源發出的光在空氣等均勻介質中沿直線傳播過程中經過障礙物(不透明的物體)時,一部分光被人體或汽車燈障礙物擋住,在物體后面光照不到的區域就形成了與障礙物形狀相似的陰影,即影子。在陽光或燈光下,我們通常用兩只手做出各種姿態,這樣就會看到墻上映出如圖所示的狗、鴨、飛鳥等生動的形象,豐富我們的業余生活。

同時我們知道,光在空氣中的速度接近光在真空中的速度,近似等于3×108米/秒。所以光速遠遠超過了人和汽車的運動速度,因此影子總是跟隨著人和車。如果光跑的很慢,那么,光從人的頭部跑到地面所需的這段時間內,人已經向前跑了一大段,頭部的影子便會落后一大段,影子就不是現在的樣子了。

也曾有人幻想過一種慢透光玻璃,光通過半厘米厚的這樣玻璃需要10年。新的玻璃總是一片漆黑,因為連一束光都沒有通過它。把這種玻璃放在風景秀麗的林中、湖邊,帶著這些美麗景致的光陷入慢透光玻璃中,10年也出不來。把在這種地方養了10年的玻璃鑲在城市住宅的窗戶上,那么在10年的過程中,這個窗子外面便仿佛呈現出林中湖泊的美景。這是真實的,不是靜止不動的風景,而是湖面水波蕩漾,波光閃閃,各種動物無聲地前來飲水,空中百鳥飛翔,日夜在交替,季節在變化。

科技發展到今天,部分科幻已經開始變成現實?？茖W家們已經成功地把光速降到了17m/s!我們知道在普通光學材料中,光減慢的速度程度與介質的折射率有關:折射率n=c/v(c為光在真空中的速度,v為光在該介質中的速度)。按照這個公式計算,把光速降到17m/s,介質的折射率約為1億7千6百多萬。金剛石的折射率是已知物質中最大的,僅為2.5,試想一下,折射率上億的會是什么物質呢?

美國的科學家采用由施加激光后的超低溫原子云構成的介質實驗,成功地提高了介質的折射率。雖然這一突破性科研成果還不能制作科幻中的慢透光鏡,但在科學中已經大有用武之地,如可以把紅外線由不可見光轉變肉眼可識別的光,這對視頻技術和夜視裝置的發展和應用,將會帶來重大變革。

也許有一天慢透光玻璃真的能實現,人們在家從這里就能得到回歸自然的感受。我們期待著這一天早點到來!