Поверхность воды изгибается под действием лазера

Согласно последним исследованиям ученых из Франции, мощности самого обычного «бытового» лазера из DVD-плеера достаточно для преодоления поверхностного натяжения воды и искривления этой поверхности с образованием небольшой неровности. При этом на эксперименте были получены не только впадины, но и возвышенности. Предложенное экспериментаторами теоретическое объяснение процесса еще не до конца принимается коллегами. Однако найденная методика может в будущем использоваться для формирования миниатюрных линз, которые будут легко настраиваться, в зависимости от требований эксперимента.

Исследователи научились искривлять поверхность воды при помощи источников оптического излучения еще в 1973 году, однако тогда для этого использовались мощные лазеры, действовавшие за счет большого фотонного давления. Это явление тогда было удивительно само по себе, т.к. вода имеет достаточно большое поверхностное натяжение (а свет оказывает сравнительно малое давление).

До сих пор считалось, что искривление может быть достигнуто при помощи лазеров мощностью не менее 10 Вт (это класс лазеров, используемых в микро-машиностроении или хирургии). Поэтому никто даже не пытался получить сходные результаты при помощи менее мощного оборудования. Но группа ученых из University of Rennes (Франция) решила провести эксперимент со слабым лазером в конфигурации, известной как полное внутреннее отражение, в рамках которой силы распределяются несколько иным образом, нежели в случае прямого облучения. Подробные результаты их работы опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Когда вы освещаете светом воду под некоторым случайным углом, суммарная сила давления света будет складываться из воздействия трех лучей: первоначального, прошедшего через поверхность и отраженного от поверхности. В результате сила давления окажется вертикальной (горизонтальная компонента суммарной силы окажется равной нулю). Но когда свет падает на поверхность воды из ее толщи под углом более 49 градусов, он практически полностью отражается обратно. В этом случае горизонтальная составляющая силы сохраняется (согласно эффекту Гаусса Хенхена) и воздействует на воду в направлении центра луча. Образуется искривление поверхности, на подобие того, что возникает, если края листа бумаги сдвигать друг к другу.

На эксперименте команда использовала зеленый 20-милливатный аргоновый лазер, направленный под углом к поверхности из мелкого контейнера с водой, снабженного зеркалом вдоль дна. Лазерный луч несколько раз отражался от зеркала и поверхности, в конечном итоге попадал на сенсор. Удлиненное изображение луча демонстрировало искривление водной поверхности (также как кривое зеркало, в зависимости от своей формы, искажает пропорции отражающегося в нем человека).

Ученые были озадачены тем, что при этом на поверхности образовывались не ожидаемые ими выпуклости, а, наоборот, впадины. Однако их объяснение показывает, что все это полностью соответствует влиянию эффекта Гаусса Хенхена. Свое мнение относительно того, почему возможен такой сюрприз, команда базирует на присутствии небольшого электрического поля, распространяющегося примерно на один микрон над поверхностью воды. Они полагают, что градиент этого поля настолько велик, что он значительно изменяет давление воздуха в непосредственной близости от поверхности (вдавливая ее вниз).

Коллеги ученых, однако, не до конца принимают данное объяснение, хотя и не берут под сомнения результаты эксперимента. По их мнению, модель слишком проста.

Но, вне зависимости от деталей этой модели, обнаруженный эффект вполне может использоваться для создания небольших настраиваемых оптических линз.

Источник(и):

1. focus.aps.org

2. sci-lib.com

http://www.nanonewsnet.ru/news/2011/poverkhnost-vody-izgibaetsya-pod-deistviem-lazera