Cтр. 26

Уголковый отражатель
Поделиться…

Катафот известен всем с детства — его устанавливают на спицах колёс велосипеда.

Катафоты играют важную роль в повышении безопасности дорожного движения. В отличие от фар, катафот не требует энергии и не содержит лампочек. Но если его закрепить на велосипеде, мотоцикле, автомобиле, если превратить в катафот с помощью специального покрытия даже небольшую часть куртки пешехода или поверхность дорожного знака, — во всех этих случаях водитель машины, фары которой осветили один из перечисленных объектов, сразу его заметит из–за отражения света фар от катафота.

Простейшая разновидность катафота — уголковый отражатель, именно его мы видим на велосипедах и автомобилях. Для объяснения принципов работы уголкового отражателя достаточно школьных знаний из оптики и геометрии.

Возьмём в плоскости два перпендикулярных «зеркальных» отрезка, от которых луч отражается по закону «угол падения равен углу отражения». Отразившись последовательно от обоих зеркал, луч уйдёт в сторону источника параллельно исходному лучу. Для доказательства сформулированного утверждения достаточно вспомнить и применить два геометрических факта: 1) сумма углов в треугольнике равна 180°, 2) признак параллельности прямых (сумма внутренних односторонних углов при секущей равна 180°).

Чтобы получить такой эффект в нашем (трёхмерном) пространстве, нужно взять три взаимно перпендикулярных зеркала.

В этом случае «экономное» объяснение эффекта можно дать на языке векторов. Если направление исходного луча задаётся вектором с координатами ($a$, $b$, $c$), то после отражения луча от плоскости $xOy$ его направляющим вектором будет ($a$, $b$, $-c$), а после последовательных отражений от плоскостей $yOz$ и $zOx$ — ($-a$, $b$, $-c$) и ($-a$, $-b$, $-c$) соответственно. Конечно же, подобное объяснение можно привести и для плоского случая.

Катафот данного типа представляет собой множество уголков–ячеек, что обеспечивает увеличение «отражательной силы» устройства. Для создания ячеистого зеркала важно то, что равными (и в частности равносторонними) треугольниками можно замостить плоскость.

Вернёмся к автомобилям — свет включённых фар, отразившись от катафота, «вернётся» к водителю машины, сообщая ему об объекте, находящемся впереди.

Катафоты верно служат и в других средах, например, их можно встретить на морях и реках: они являются частью оснастки небольших яхт и плотов; буй, определяющий границы участков и водные пути, с закреплённым на нём катафотом, становится источником важных сигналов.

Ещё один пример — из истории освоения космоса. Для исследования Луны в Советском Союзе была разработана серия аппаратов «Луноход». Первый аппарат «Луноход–1» был доставлен на поверхность Луны 17 ноября 1970 года, «Луноход–2» — в январе 1973 года. На обоих луноходах были установлены уголковые отражатели. Эти отражатели, а также отражатели американской программы «Аполлон» позволяют с большой точностью измерять постоянно меняющееся расстояние от Земли до Луны. А эта характеристика «межпланетных отношений» важна и в чисто земной жизни, например, в учёте влияния приливов и отливов, и в чисто космической, например, при расчёте траекторий космических аппаратов.

Дополнительная информация

  • Название «катафот» происходит от английского слова «cat». Человек, придумавший его в XIX веке увидел, что в глазах кошки свет от фонарика отражается и возвращается обратно.
  • В светоотражающих покрытиях, например, дорожных знаков, «встроен» другой тип катафота. Эти покрытия содержат мелкие шарики, проникая в которые, свет отражается от «задней стенки» шарика, а затем выходит из него наружу параллельно тому направлению откуда пришёл. По сути — тот же эффект, который приводит к появлении радуги в каплях дождя. С той лишь разницей, что из водяной капли свет выходит под углом в 41°—42° к приходящему солнечному, а в катафоте — параллельно исходному направлению.

Литература

  • Алёшкина Е. Ю. Лазерная локация Луны // Журнал «Природа». 2002. №9. С. 57—66. — [Информация про уголковый отражатель на Луноходе].
  • Передвижная лаборатория на Луне Луноход–1. Т. 2. — М.: Наука, 1978. — [Информация про уголковый отражатель на Луноходе].