生活中的光现象

陈翠玉

在我们生活中涉及到各个方面的知识,其中与物理有关的更是比比皆是,所以通常有“生活处处皆物理”之说。比如我们乘车外出观光,一路上的许多有趣现象,包含着很多的物理知识,下面我们就其中的光现象做个简单的探讨吧。

首先汽车上安装了多个镜子,如汽车的后视镜、汽车内司机驾驶室前方的反光镜等,它们对光的作用不同,在生活中的作用于也不同。像汽车内司机驾驶室前方的反光镜和同学随身携带的小镜子一样,都属于平面镜,物体通过平面镜所成的像是一个正立、等大的虚像,所以通过这种镜子看到的人和本人并不一样,而是一个左右相反的人,这给我们的生活带来方便的同时也留下了一点别扭的感觉;而汽车的后视镜属于凸面镜,对光有发散作用,可以起到扩大视野的作用,这种镜子通常也安装在街头或山路的拐弯处;汽车头灯中安装有凹面镜,这样使射出的光接近于平行光,利于行驶。

当汽车行驶过程中经过路口,总会遇到交通信号,我们会发现信号都用红、黄、绿三种颜色。这是因为光在传播过程中会产生散射作用,在七种可见光中,红色光波长最长,空气对它的散射作用最弱,所以它要比其它颜色的光传播的更远,这样司机在比较远的地方就可以清楚看到信号,即使制动,让车速减慢。另外,人类的视觉对红色很敏感,它能让人产生一种灼热感和兴奋感,因此红色被采用作停车信号。黄色光的波长仅次于红光,居第二位,显示的距离也较远,因而被用作缓行信号。绿光的波长也是较长的一种色光,显示距离也较远,同时绿色和红色的区别最分明,易于分辨,因此常用绿色光作为通行信号。

我们在阳光下走路或奔跑的时候,影子总是紧紧地跟着我们,汽车也是,无论汽车跑得多快,影子也能追得上,真是形影不离。这是因为当光源发出的光在空气等均匀介质中沿直线传播过程中经过障碍物(不透明的物体)时,一部分光被人体或汽车灯障碍物挡住,在物体后面光照不到的区域就形成了与障碍物形状相似的阴影,即影子。在阳光或灯光下,我们通常用两只手做出各种姿态,这样就会看到墙上映出如图所示的狗、鸭、飞鸟等生动的形象,丰富我们的业余生活。

同时我们知道,光在空气中的速度接近光在真空中的速度,近似等于3×108米/秒。所以光速远远超过了人和汽车的运动速度,因此影子总是跟随着人和车。如果光跑的很慢,那么,光从人的头部跑到地面所需的这段时间内,人已经向前跑了一大段,头部的影子便会落后一大段,影子就不是现在的样子了。

也曾有人幻想过一种慢透光玻璃,光通过半厘米厚的这样玻璃需要10年。新的玻璃总是一片漆黑,因为连一束光都没有通过它。把这种玻璃放在风景秀丽的林中、湖边,带着这些美丽景致的光陷入慢透光玻璃中,10年也出不来。把在这种地方养了10年的玻璃镶在城市住宅的窗户上,那么在10年的过程中,这个窗子外面便仿佛呈现出林中湖泊的美景。这是真实的,不是静止不动的风景,而是湖面水波荡漾,波光闪闪,各种动物无声地前来饮水,空中百鸟飞翔,日夜在交替,季节在变化。

科技发展到今天,部分科幻已经开始变成现实。科学家们已经成功地把光速降到了17m/s!我们知道在普通光学材料中,光减慢的速度程度与介质的折射率有关:折射率n=c/v(c为光在真空中的速度,v为光在该介质中的速度)。按照这个公式计算,把光速降到17m/s,介质的折射率约为1亿7千6百多万。金刚石的折射率是已知物质中最大的,仅为2.5,试想一下,折射率上亿的会是什么物质呢?

美国的科学家采用由施加激光后的超低温原子云构成的介质实验,成功地提高了介质的折射率。虽然这一突破性科研成果还不能制作科幻中的慢透光镜,但在科学中已经大有用武之地,如可以把红外线由不可见光转变肉眼可识别的光,这对视频技术和夜视装置的发展和应用,将会带来重大变革。

也许有一天慢透光玻璃真的能实现,人们在家从这里就能得到回归自然的感受。我们期待着这一天早点到来!