рис. 1

рис. 3

рис. 3

рис. 4

рис. 5

Существует ряд основных свойств, которыми обладает всякое волнообразное движение. Простейшая из них – это отражение и преломление, совершающиеся по определенным законам; затем – интерференция и, следствие ее, получение стоячих волн; наконец, в учении о свете рассматриваются дифракция лучей, поляризация их и так называемое двойное лучепреломление в некоторых кристаллах. Эти основные свойства присущи волнообразным движениям всякого рода.
Спрашивается, нельзя ли на опыте хотя бы отчасти убедиться в этом? Дело в том, что ни в явлениях звука, ни в явлениях света, ни в электромагнитных явлениях никаких волн не видно. Мы, можем сделать это лишь косвенными путями.
Главнейшие свойства волнообразного движения можно наблюдать на колебаниях водной поверхности. Они дают возможность «увидеть» то, чего вовсе «не видно» при опытах со звуком и световыми колебаниями.
Заметим, однако, что между колебаниями воздуха (производящими звук), эфира (производящими свет и электромагнитные явления), с одной стороны, и колебаниями водной поверхности, с другой, есть некоторая довольно существенная разница. На частицы водной поверхности, которые колеблются вверх и вниз, действует сила тяжести, заставляя их опускаться вниз. Эти колебания не являются в этом смысле свободными, как звуковые, световые и электромагнитные.
Возьмем широкий плоский сосуд с плоскими боковыми стенками, своего рода аквариум, и нальем в него воды. Глубина не имеет значения, но лучше, если это будет мелкий сосуд. К. Чернышев, известный многими остроумными опытами в области элементарной физики, рекомендует в своем журнале «Физик-любитель», издаваемом в г. Николаев, самодельное устройство этого сосуда. Надо взять целый лист хорошего бемского стекла (в квадратный аршин) и наклеить на него, в виде четырех стенок ящика, четыре деревянные планочки высотой 5 см. Наклеить их можно с помощью какой-либо смолки. Той же смолкой надо замазать места соединения планок между собой. Такой сосуд дает возможность не только смотреть сверху на производимые в нем волны (для чего хорошо подложить под него лист белой бумаги), но и эффектно проектировать эту рябь на потолок, поставив сосуд на края двух столов и поместив под его прозрачным дном какой-либо достаточно сильный источник света.
Если в какой-либо точке этой водной поверхности произвести сотрясение (бросив туда хотя бы какой-либо тяжелый шарик или коснувшись ее пальцем), то вокруг места сотрясения могут получиться одна или несколько круговых волн, медленно разбегающихся во все стороны. Если коснуться воды ребром длинной линейки, то получится прямая волна, которая также будет двигаться. Встречая на своем пути препятствия той или другой формы, волны будут отражаться с соблюдением всех законов отражения звука и света. Круговая волна, ударившись о плоскую стенку ящика, даст встречную круговую волну, причем можно проследить закон равенства углов падения и отражения (рис. 1). Плоская волна, ударившись о выпуклое препятствие (для этого надо просто поставить в воду согнутую по дуге круга полоску свинца соответствующих размеров) и отразившись, даст расходящуюся круговую волну (рассеивающее выпуклое зеркало), а отражаясь от вогнутой поверхности той же свинцовой полоски, даст сходящуюся круговую волну (собирающее вогнутое зеркало). Можно заметить положение тех точек, которые служат центрами кругов, образуемых отраженными волнами (фокусы зеркал, мнимый и действительный, рис. 2, 3).
С этой же ванной можно продемонстрировать преломление волн. Более плотной средой служит более мелкое место. На некоторую часть дна надо положить стекло, подложив под него четыре монеты для достижения подходящего мелководья. Ритмично прикоснувшись к поверхности воды ребром линейки, мы получим ряд прямых волн, которые, дойдя до более мелкого места, будут распространяться над ним медленнее. Это будет видно из того, что при одном и том же периоде колебания длины волн станут меньше. Их гребни будут сближены между собой. Аналогично распространяются световые волны. Скорость света в более плотной среде меньше, чем в менее плотной. Если прямая волна не параллельна краю отмели, то, как только часть волны вступит на отмель, вся линия волны окажется ломаной, так что направление распространения волны изменится, повернется на некоторый угол (рис. 4). Этим объясняется набегание волн на берег реки даже тогда, когда сами волны распространяются вдоль реки, а не поперек ее. Аналогичное явление наблюдается, когда луч света входит в более плотную среду перпендикулярно к ее поверхности.
Можно устроить отмель в виде двояковыпуклой чечевицы, положив вырезанное соответствующим образом стекло (рис. 5). Ряд прямых, параллельных волн, набегая на нее, явно преломляются, стремясь собраться за ней в одной определенной точке (главном фокусе собирательного стекла).

• Проведите подобные опыты, по описанию. Установку можно сделать подобрав по размеру посуду с прямоугольным дном и прямоугольное плоское зеркало.