Всё о науке за 60 минут - Марти Джопсон
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Проблема этой системы в ее нынешнем виде заключается в том, что она может «ощущать» движение людей, только если они попадают на одну из узких полос, тянущихся от детектора. Чтобы обеспечить ПИР-детектору лучший обзор, используется ряд пластиковых линз, которые располагают вокруг кристаллов. Поскольку нас интересует только инфракрасное излучение, пластик не должен быть прозрачным для видимого света – только для инфракрасного излучения. Таким образом, даже если внешняя оболочка ПИР-детектора белая и непрозрачная, для инфракрасного излучения она препятствием не является. Эти пластиковые линзы фокусируют полосы инфракрасного света с различных углов на кристаллы. Так детектор может видеть комнату в полудюжине, или около того, различных направлений одновременно.
Все это складывается в изящную пассивную инфракрасную систему обнаружения, которая игнорирует не только маленьких существ, но и медленно меняющиеся фоновые инфракрасные источники. ПИР-детекторы слепы к этим вещам, но они чрезвычайно чувствительны к непрошеным гостям в вашем доме или, как в моем случае, к людям, которые хотят установить, насколько медленно нужно двигаться, чтобы перехитрить охранную сигнализацию.
Изготовление одностороннего зеркала
Вы когда-нибудь сидели у окна, наблюдая за тем, как мимо проходят люди? И вдруг обнаруживали, что постепенно за окном темнеет и вы теперь вместо того, чтобы смотреть на прохожих, смотрите на себя, как в зеркало? Ранее прозрачное окно стало отражающим, когда внешний мир потемнел. Ясно, что стекло физически не изменилось, хотя для вас оно превратилось в зеркало. Но все же если вы выйдете в темноту и посмотрите в освещенную комнату, то стекло снова станет прозрачным.
Ключ к тому, что происходит в такие моменты, лежит в осознании того, что стекло не так уж и прозрачно, как мы предполагаем. Если вы направите луч света прямо на него, непосредственно от передней поверхности стекла отразится всего около 4 % света. Также он отразится от внутренней поверхности с другой стороны стекла. В общей сложности отражается почти 7 % света. Стекло всегда действовало и будет действовать как зеркало, только не очень хорошее.
Отражение имеет место каждый раз, когда свет пытается перейти из одной среды в другую. В случае с окном он переходит из воздушной среды в стекло. Луч света – это электромагнитная волна, несущая энергию. То есть часть энергии является электрической, а часть – магнитной. Поверхность стекла заполнена электронами, которые, хоть и не свободны, могут немного перемещаться. Электрическая волновая часть света заставляет их колебаться, что, в свою очередь, создает магнитное поле, которое тоже колеблется. Колеблющиеся магнитные и электрические поля проявляются как свет, излучаемый самим стеклом. Принципиально важно то, что волны этого света не синхронизируются с падающим лучом. Часть испускаемого света движется в том же направлении, что и исходный луч света, но вместо того, чтобы усиливать этот луч, она немного гасит его. В то же время стекло с той же интенсивностью излучает свет в сторону, откуда исходил первоначальный луч. И в результате небольшое количество энергии луча, как нам кажется, отражается от поверхности стекла, тогда как остальная часть света продолжает свое движение, пусть и несколько ослабленное, в том же направлении. По большому счету, эти процессы лежат в основе любого отражения, и именно поэтому стекло ведет себя как зеркало.
Однако это не объясняет, почему вы не можете видеть свое отражение днем, но отлично видите его ночью. Для этого нужно обратиться к биологии. Наши глаза невероятно хорошо справляются с различными условиями освещения. Они в состоянии приспосабливаться за долю секунды, и мы даже не замечаем, как это происходит. Прежде всего автоматически меняется размер наших зрачков, которые пропускают свет в глазные яблоки. Сокращая и расслабляя мышцы, связанные с радужной оболочкой, наши глаза сужают и расширяют зрачки соответственно. Если зрачки сильно расширены, в глаза проникает больше света и мы можем видеть при более низких уровнях освещенности. Если сужены – наоборот, нам комфортнее в условиях яркого освещения, причем глаза не подвергаются чрезмерному воздействию солнца. Есть и другие механизмы в сетчатке, которые постепенно меняют чувствительность светочувствительных клеток, но на это может потребоваться до 30 минут.
В течение дня солнечный свет льется в окна. Даже в пасмурную погоду ваши зрачки довольно узкие, что позволяет лишь небольшому количеству света проникать к вам в глаза. Свет, отражающийся от окна, с того места, где вы стоите внутри комнаты, кажется сравнительно слабым. Поскольку ваше зрение приспособлено к тому, чтобы справляться с высоким уровнем освещенности, вы просто не воспринимаете это слабое отражение. Оно есть, но ваши глаза не могут его уловить. И наоборот: ночью, когда вы смотрите в окно, в ваши глаза не попадает большого количества света со стороны окна. Зрачки становятся предельно широкими, и теперь глаза способны обнаружить это слабое отражение. Выйдите на улицу и посмотрите в окно освещенной комнаты, где вы только что стояли. Ваши зрачки станут ýже, глаза привыкнут к высокой яркости, и отражение снова исчезнет. Конечно, если вы выключите свет в комнате, чтобы было темно как внутри, так и снаружи, вы ничего не увидите.
Исчезая в сливном отверстии по часовой или против
Если однажды вы отправитесь в такие страны, как Эквадор или Кения, – по территории обеих проходит экватор, – то сможете наблюдать эффект Кориолиса в его классическом виде. К сожалению, у меня не было возможности испытать подобный опыт лично, но в 1992 году я сделал это опосредованно во время просмотра телевизионного восьмисерийного документального фильма по книге Майкла Пэйлина «От полюса до полюса». Когда Пэйлин добрался до предместий Найроби в Кении, один восторженный молодой человек показал ему, что вода в сливном отверстии раковины к югу от экватора закручивается по часовой стрелке, а к северу – против часовой. Это достаточно распространенное наблюдение, и его объяснение состоит в том, что все дело в эффекте Кориолиса, который, в свою очередь, обусловлен вращением Земли. Научное обоснование этого эффекта уже полностью сформировано, так что можно даже провести демонстрацию. Тем не менее существуют и более прозаичные объяснения того, что происходит в раковине.
Названный в честь французского математика эффект Кориолиса – это
