6.117. Бугорки на глазах насекомых и самолеты-невидимки

Сложный глаз насекомых состоит из множества структурных единиц, или омматидиев, через которые проходит свет и в которых начинается обработка зрительной информации. Насекомое видит мозаику из изображений, создаваемых омматидиями. У многих насекомых внешняя поверхность омматидия гладкая. Но у некоторых из них она сплошь покрыта крохотными коническими бугорками. Какова же их функция? Физический эффект, объясняющий, зачем нужны эти бугорки, имеет отношение и к поглощающим поверхностям самолетов-невидимок, и к покрытиям окон с двойными и тройными стеклами.

ОТВЕТ • Одна из характеристик оптических свойств материала — коэффициент преломления, определяющий скорость света в данном материале. Когда свет проходит через поверхность, разделяющую среды с разными коэффициентами преломления, он частично отражается от этой пограничной поверхности, а оставшаяся часть проходит через нее. Например, если луч света направить на слой стекла, часть света отразится от поверхности раздела «воздух — стекло».

Поскольку коэффициент преломления омматидия больше, чем воздуха, на границе между ним и воздухом происходит частичное отражение света, и не весь падающий на глаз свет принимает участие в создании изображения. А отражательная способность омматидиев с бугорками гораздо меньше, и поэтому в глаз проникает гораздо больше света. Преимущество такой неровной поверхности связано с формой бугорков: на выступающем конце они уже, чем у основания (рис. 6.44). При наличии выступов световая волна падает не на гладкую поверхность, составленную из омматидиев, а переотражается с выступа на выступ — это уменьшает итоговое отражение, и внутрь глаза попадает больше света.

Рис. 6.44 / Задача 6.117. Бугорки на поверхности глаза насекомого уменьшают количество отраженного от глаза света.

Подобное решение применяется в строительстве. В регионах с холодным климатом любое отражение от стекла означает, что в помещение поступает меньше света, а значит, свет меньше обогревает его. В этих случаях, чтобы уменьшить отражение, поверхность одного или нескольких оконных стекол покрывают неровной пластиковой пленкой.

Затруднить обнаружение самолета-невидимки с помощью радара можно, если на его поверхности есть выступы, обеспечивающие поглощение радиоизлучения в области спектра обнаружения. Когда поверхность самолета ровная, поглощается только часть сигнала радара, а оставшаяся часть отражается. (Сходная ситуация возникает, когда видишь блики света на черном стекле: хотя существенная часть падающих лучей поглощается, отраженного света достаточно, чтобы увидеть стекло.) На поверхности самолета-невидимки имеются шероховатости, расстояние между которыми меньше длин волн радара, лежащих в микроволновом диапазоне. Излучение радара, падающее на неровную поверхность, постепенно поглощается, и отражение в направлении детектора радара уменьшается.