Что плотнее воздух или стекло

Плотность стекла

Многие считают стекло чем-то постоянным, стабильным, ограничивая характеристики этого материала только толщиной и размерами листа. Но данную продукцию оценивают и по иным параметрам, определяющим ее оптические свойства и качества. В предлагаемом обзоре рассматривается, какова плотность стекла, как изменяется этот показатель в зависимости от состава стеклянной массы, его влияние на свойства материала.

Плотность стекла

Плотностью стекла называют массу материала на заданный объем. Этот показатель — основной, определяющий характеристики и свойства соответствующего состава. Выпускают несколько разновидностей стекольной продукции, с отличиями в параметрах для каждой из марок. Предусмотрены следующие значения для определенных видов:

• кварцевого монолита — около 2200 кг/м3;
• плотность обычных стекол, применяемых для остекления проемов в строительных объектах — 2560 кг/м3;
• оптических марок, используемых в приборах — средний показатель составляет от 3000 до 3500 кг/м3, но предельное значение некоторых плотных составов может достигать 4500 кг/м3.

Ограниченными партиями выпускают особо плотные продукты, в которых кубометр объема весит до 7 тонн. Этот состав плохо пропускает свет видимого диапазона, но обладает хорошей светопропускной способностью в ультрафиолетовом и инфракрасном спектрах. На вид такой материал можно сравнить с блестящим, но совсем непрозрачным камнем.

Свойства стекла

Значение плотности силикатных стекол (получают, сплавляя соду, кварцевый песок и известь), кварцевых (соединение кварцита с горным хрусталем) и других видов стекольной продукции зависит от состава материала.

Структура становится плотнее, если содержит окислы металлов, которые вводят при производстве — цинковый, свинцовый, бариевый, иногда — магниевый или кальциевый. Эту зависимость учитывают при организации производственного процесса.

В плотности закаленное стекло уступает отожженному. Это обусловлено влиянием термической обработки. После закалки структура массива приобретает некоторую рыхлость, а при отжиге состав уплотняется, что повышает удельный вес, делая материал плотнее.

Плотность — показатель качества

Технология выпуска стекольной продукции предельно сложна. И нужно подходить к этому очень ответственно, ведь стекло применяется в современном мире почти везде. Изготавливают и дома из специального стекла, так и офисные перегородки. Стекломассу перед заливкой в формы разогревают до заданной температуры, варят и перемешивают установленный период времени. Из состава должны выйти пузырьки с газом и воздухом, для приобретения однородной структуры готового материала.

При использовании ускоренного метода производства можно получить более рыхлый массив, уступающий средним показателям плотности стекла, что неблагоприятно отражается на качестве продукции. Для сравнения, при массе 10 кг стеклянного листа российского производства 4 мм в толщину, китайские аналоги весят до 70 г меньше.

Продукция с меньшим весом обладает определенными преимуществами:

• снижает нагрузки на оконные рамы либо стеклопакеты;
• уменьшает теплопроводность материала, улучшая изоляционные свойства, с сокращением тепловых потерь при отоплении помещения;
• повышает шумоизоляционные качества остекления.

Но у такого стекломассива один существенный минус — низкая механическая прочность, не обеспечивающая высокой точности при разрезании в заготовки нужных размеров.

Пониженная плотность оконного стекла недобросовестных производителей объясняется нарушениями технологии производства по вводу необходимых добавок, времени и температуры при термической обработке расплава. Присутствие микроскопических воздушных пузырьков невозможно выявить визуально без специальных приборов. Но оценить качество материала можно по весу листа.

На что указывает удельный вес

Высокая плотность стекла, применяемого для остекления, обеспечивает хорошую светопропускную способность, оптические свойства. Обычные стеклянные листы могут выдержать нагрев до 90 градусов. Кварцевые составы с меньшим удельным весом сохраняют целостность при температуре до 600 градусов, закаленные образцы — в пределах 300.

Масса заданного объема стекольной продукции определяет плотностные характеристики материала, от которых зависит термостойкость, прозрачность и другие свойства массива.

Заключение

Плотность стеклянного листа — отношение массы материала к занимаемому им объему. Эта величина — одна из основных, определяющих качество продукции, поэтому при покупке важно оценить характеристики стекла, ведь от этого зависят условия его эксплуатации.

Дата публикации: 28.07.22

Время прочтения статьи: 3 мин. 28 сек.

Автор: Федоров Сергей Владимирович

Фото из статьи

Смотреть всю галерею

Последние статьи в блоге

Хотите, чтобы входная группа в ваш дом или офис выделялась .

Стеклянные двери — это не только красиво, но и практично. Узнайте .

Триплекс, или многослойное стекло, широко используется в .

Стеклянные межкомнатные двери — популярный элемент дизайна .

Стеклянные ограждения лестниц придают интерьеру современный вид и .

Статья рассказывает о том, как обустроить малогабаритную и .

Стекольная производственная компания “Stekloff”

Предлагаем стеклянные душевые кабины, лестничные ступени, офисные перегородки, двери, фартуки, зеркала, навесы, козырьки и безрамное остекление СПБ под ключ.

• Двери из стекла
• Стеклянные лестницы
• Стеклянные ограждения

Что плотнее воздух или стекло

Явление преломления света.

Если световой пучок падает на поверхность, разделяющую две прозрачные среды разной оптической плотности, например воздух и воду, то часть света отражается от этой поверхности, а другая часть — проникает во вторую среду. При переходе из одной среды в другую луч света изменяет направление на границе этих сред. Это явление называется преломле­нием света.

Рассмотрим преломление света подробнее. На рисунке п оказаны: падающий луч АО, преломлённый луч ОВ и перпендикуляр CD, восстановленный из точки падения О к поверхности, разделяющей две разные среды. Угол АОС— угол падения, угол DOB— угол преломле­ния. Угол преломления DOB меньше угла падения АОС.

Луч света при переходе из воздуха в воду меняет своё направление, приближаясь к перпендикуляру CD. Вода — среда оптически более плотная, чем воздух. Если воду заменить какой-либо иной прозрачней средой, оптически более плотной, чем воздух, то преломлённый луч также будет приближаться к перпендикуляру. Поэтому можно сказать: если свет идет из среды оптически менее плотной в более плотную среду, то угол преломления всегда меньше угла падения.

Опыты показывают, что при одном и том же угле падения угол преломления тем меньше, чем плотнее в оптическом отношении среда, в которую проникает луч.
Если на пути преломлённого луча расположить перпендикулярно лучу зеркало, то свет отразится от зеркала и выйдет из воды в воздух по направлению падающего луча. Следовательно, лучи падающий и преломлённый обратимы так же, как обратимы падающий и отражённый лучи.
Если свет идёт из среды более оптически плотной в среду менее плотную, то угол преломления луча больше угла падения.

Давайте проведем дома маленький эксперимент. м дома маленькийэксперимент. ам надо опустить в стакан с водой карандаш, и он покажется поломанным. Э то можно объяснить только тем, что лучи света, идущие от карандаша, имеют в воде другое направление, чем в воздухе, т. е. происходит преломление света на границе воздуха с водой. Когда свет переходит из одной среды в другую, на границе раздела происходит отражение части падающего на неё света. Остальная часть света проникает в новую среду. Если свет падает под углом к поверхности раздела, отличным от прямого, от на границе световой луч изменяет своё направление. Это и называется явлением преломлением света. Явление преломления света наблюдается на границе двух прозрачных сред и объясняется разной скоростью распространения света в различных средах. В вакууме скорость света составляет приблизительно 300000 км/с, во всех других

с редах она меньше.

На рисунке ниже показан луч, переходящий из воздуха в воду. Угол называется углом падения луча, а — углом преломления. Обратите внимание на то, что в воде луч приближается к нормали. Так происходит всякий раз, когда луч попадает в среду, где скорость света меньше. Если же свет распространяется из одной среды в другую, где скорость света больше, то он отклоняется от нормали.

Преломлением обусловлен целый ряд широко известных оптических иллюзий. Например, наблюдателю на берегу, кажется, что у человека, зашедшего в воду по пояс, ноги стали короче.

Законы преломления света.

Из всего сказанного заключаем:
1 . На границе раздела двух сред различной оптической плотности луч света при переходе из одной среды в другую меняет своё направление.
2. При переходе луча света в среду с большей оптической плотностью угол преломления меньше угла падения; при переходе луча света из оптически более плотной среды в среду менее плотную угол преломления больше угла падения.
Преломление света сопровождается отражением, причём с увеличением угла падения яркость отражённого пучка возрастает, а преломлённого ослабевает. Это можно увидеть проводя опыт , изображённом на рисунке. С ледовательно, отражённый пучок уносит с собой тем больше световой энергии, чем больше угол падения.

Пусть MN -граница раздела двух про зрачных сред, например, воздуха и воды, АО-падающий луч, ОВ — преломленный луч, -угол падения, -угол преломления, -скорость распространения света в первой среде, — скорость распространения света во второй среде .

Первый закон преломления звучит так: отношение синуса угла падения к синусу угла преломления является постоянной величиной для данных двух сред:

, где — относительный показатель преломления (показатель преломления второй среды относительно первой).

Второй закон преломления света очень напоминает второй закон отражения света:

падающий луч, луч преломленный и перпендикуляр, проведенный в точку падения луча, лежит в одной плоскости.

Абсолютный показатель преломления.

Скорость распространения света в воздухе почти не отличается от скорости света в вакууме: с м/с.

Если свет попадает из вакуума в какую-нибудь среду, то

где n — абсолютный показатель преломления данной среды. Относительный показатель преломления двух сред связанный с абсолютными показателями преломления этих сред, где и — соответственно абсолютные показатели преломления первой и второй сред.

Абсолютные показатели преломления света:

Вещество

Алмаз 2,42. Кварц 1,54. Воздух (при нормальных условиях) 1,00029. Этиловый спирт 1,36. Вода 1,33. Лёд 1,31. Скипидар 1,47. Плавленый кварц 1,46. Крон 1,52. Лёгкий флинт 1,58. Хлорид натрия (соль) 1,53.

(Как мы увидим в дальнейшем, показатель преломления n несколько меняется в зависимости от длины волны света – постоянное значение он сохраняет только в вакууме. Поэтому приведённые в таблице данные соответствуют желтому свету с длинной волны .)

Напимер, так как для алмаза , свет распространяется в алмазе со скоростью

Оптическая плотность среды.

Если абсолютный показатель преломления первой среды меньше абсолютного показателя преломления второй среды, то первая среда имеет меньшую оптическую плотность, нежели вторая и > . Оптическую плотность среды не следует путать с плотностью вещества.

Прохождение света сквозь плоско-параллельную пластинку и призму .

Большое практическое значение имеет прохождение света через прозрачные тела различной формы. Рассмотрим наиболее простые случаи.
Направим луч света сквозь толстую плоскопараллельную пластинку (пластинку, ограниченную параллельными гранями). Проходя через пластинку, луч света преломляется дважды: один раз при входе в пластинку, второй раз при выходе из пластинки в возд ух.

Прошедший через пластинку луч света остаётся параллельным своему первоначальному направлению и только немного смещается. Это смещение тем больше, чем толще пластинка и чем больше угол падения. Величина смещения зависит и от того, из какого вещества изготовлена пластинка.
Примером плоскопараллельной пластинки служит оконное стекло. Но рассматривая предметы через стекло, мы не замечаем изменений в их расположении и форме потому, что стекло тонкое; лучи света, проходя оконное стекло, смещаются незначительно.
Если рассматривать какой-либо предмет через призму, то предмет кажетсясмещённым. Идущий от предмета луч света падает на призму в точке А, преломляется и идёт внутри призмы по направленшо АВ Дойдя до второй грани призмы. луч света ещё раз преломляется, отклоняясь к основанию призмы. Поэтому кажется, что луч идет из точки. расположенной на продолжении луча ВС, то есть предмет кажется смещённым к вершине угла, образованного преломляющими гранями призмы.

Полное отражение света.

Красивое зрелище представляет собой фонтан, у которого выбрасываемые струи освещаются изнутри. (Это можно изобразить в обычных условиях, проделав следующий опыт№1). Обьясним это явление чуть ниже.

При переходе света из оптически более плотной среды в оптически менее плотую наблюдается явление полного отражения света. Угол преломления в этом случае больший по сравнению с углом падения (рис. 141). При увеличении угла падения световых лучей от источника S на поверхность раздела двух сред МN наступит такой момент, когда преломленный луч пойдет вдоль границы раздела двух сред, то есть = 90°.

Угол падения , которому отвечает угол преломления = 90°, называют граничным углом полного отражения.

Если превысить этот угол, то лучи не выйдут из первой среды вообще, будет наблюдаться только явление отражения света от границы раздела двух сред.

Из первого закона преломления:

Так как , то .

Если вторая среда — воздух (вакуум), то где n — абсолютный показатель преломления среды, из которой идут лучи.

Объяснение явления наблюдаемого вами в опыте довольно простое. Луч света проходит вдоль струи воды и попадает на изогнутую поверхность под углом, большим предельного, испытывает полное внутреннее отражение, а затем опять попадает на противоположную сторону струи под углом опять больше предельного. Так луч проходит вдоль струи изгибаясь вместе с ней.

Но если бы свет полностью отражался внутри струи, то она не была бы видна извне. Часть света рассеивается водой, пузырьками воздуха и различными примесями, имеющимися в ней, а также вследствие неровностей поверхности струи, поэтому она видна снаружи.

Закон преломления света

Когда свет падает на границу раздела двух прозрачных материалов, например, воздуха и стекла, световой луч разделяется на две части. Одна из частей отражается обратно в первый материал (воздух) под углом, называемым углом отражения, который всегда равен углу падения. Оставшаяся часть энергии светового луча пересекает границу раздела материалов и проникает во второй материал (стекло).

Если световой луч падает на поверхность стекла под углом, равным 90 градусам, то он практически полностью проникает в стекло и не преломляется. Если же угол падения не соответствует 90 градусам, тогда луч света, проникший в стекло, отклоняется от своего направления в воздухе. Такое отклонение проникших лучей называется преломлением. Насколько сильно отклонится луч, пересекший границу раздела двух материалов, зависит от коэффициентов преломления этих материалов. Если луч света пересекает границу между менее оптически плотным материалом и более оптически плотным, угол преломления будет меньше угла падения (преломленный луч будет приближаться к нормали). Если же луч света будет пересекать эту же границу в обратном направлении, он будет отдаляться от нормали (угол преломления больше угла падения). Преломление светового луча проиллюстрировано на рисунке 1.

Рис. 1. Преломление света

Чтобы лучше понять, как световые лучи проходят границу раздела двух сред под углами, не равными 90 градусам, рассмотрим луч, который по очереди пересекает границу между стеклом и алмазом, а потом между алмазом и воздухом, как показано на рисунке 2. Коэффициенты преломления стекла и алмаза соответственно равны 1,523 и 2,419. Поэтому преломленный луч в алмазе будет распространяться ближе к нормали (под меньшим углом). После прохождения границы между алмазом и воздухом преломленный луч будет распространяться под большим углом к нормали, чем в алмазе. Причиной этому будет меньший коэффициент преломления воздуха, который равен 1,000.

Силы света: как путешествовать через вещество?

Почему стекло прозрачное, а металл и кирпич — нет? Почему зеркало отражает? Почему сквозь матовое стекло проникает свет, но ничего не видно? Разберемся в непростом вопросе: как вещество действует на падающий на него свет.

(с) minka2507/Pixabay.

Простой, казалось бы, вопрос: как свет проходит через оконное стекло и почему он не проходит через стену? Чтобы понять это, нам придется углубиться в строение вещества и самого света.

Свет — это волны

О свете можно говорить на двух языках: как о потоке частиц света (фотонов) и как об электромагнитных волнах. Первый язык более точен, чем второй, но гораздо более сложен. Фотон в веществе — отнюдь не шарик или мячик. Законы его поведения сложны, не до конца еще изучены и плохо поддаются изложению на обыденном языке. Поэтому оставим в покое дебри квантовой оптики и поговорим о свете как о волнах.

Вспомним, что вещество состоит из атомов. У каждого атома есть положительно заряженное ядро и кружащие вокруг него отрицательно заряженные электроны. Отрицательные заряды притягиваются к положительным, поэтому ядро притягивает электроны, не давая им разлететься.

Как заряженные частицы могут притягиваться или отталкиваться на расстоянии, не касаясь друг друга? Дело в том, что они окружены электрическим полем. Электроны погружены в поле ядра, и это поле притягивает их к ядру. Образно говоря, электрические поля — это длинные руки, которые заряды протягивают друг другу, чтобы взаимодействовать.

Электрическое поле есть не только у заряженных частиц, но и у света. Дело в том, что свет — электромагнитная волна. Другими словами, он состоит из колеблющегося электрического и магнитного поля. Магнитного поля света мы здесь касаться не будем, а вот об электрическом поговорим подробнее.

Электромагнитные волны во многом похожи на волны в воде от брошенного камня. Бросим камень в воду и зафиксируем взгляд на какой-нибудь торчащей из воды былинке. Ее поочередно будут накрывать гребни и впадины. Точно так же атом, попавший под световую волну, будут накрывать «гребни», где электрическое поле очень сильное, и «впадины», где оно такое же сильное, но противоположно направленное. Правда, в случае света гребни и впадины будут сменять друг друга очень часто: сотни триллионов раз в секунду!

Cонолюминесценция. Когда звук порождает свет

Клешни рака-богомола настолько сильные, что при ударе создают пузырь, температура которого почти такая же, как на поверхности Солнца. Коллапсируя, пузыри выделяют энергию в виде света, что ученые д.

naked-science.ru

Грузики и пружинки

Что при этом произойдет с атомом? Вспомним, что электрическое поле действует на заряженные частицы, притягивая их или отталкивая. Эта сила со стороны света будет действовать и на ядро, и на электроны. Но ядра тяжелее электронов в тысячи, а то и сотни тысяч раз, их так просто с места не сдвинешь. А вот электроны начнут колебаться в такт волне.

Однако притяжение между электроном и ядром никуда не денется. Волна будет утаскивать электрон с его законного места, а ядро притягивать его обратно. В результате электрон будет колебаться, но не как поплавок на поверхности озера, который всецело во власти волны. Скорее, он будет похож на подвешенный на пружине грузик, за который ритмично тянут вверх-вниз. Здесь пружина — это притяжение к ядру, а тянущая рука — раскачивающая электрон световая волна.

Дальше начинается самое интересное. Колеблющийся электрон сам станет источником света! Таков уж закон природы, что колеблющаяся заряженная частица испускает электромагнитные волны. Физики называют эти волны вторичными, чтобы отличить их от первичной волны, которая накрыла атом и заставила электрон колебаться.

Конечно, под светом одного атома книжку не почитаешь. Но атомов много, очень много. В стекле вашего окна их больше, чем стаканов воды в Мировом океане. И во всех атомах, попавших под световую волну, электроны колеблются и излучают вторичные волны.

Freezelight: рисуем светом

Наверняка Вы видели фотоснимки, которые завораживают своей мистической красотой и неподвластны для понимания простых смертных. Как правило, такие фотографии сделаны при недостаточной освещенности, .

naked-science.ru

Коллективная прямота

Эти вторичные волны накладываются друг на друга. Это не всегда значит, что они становятся сильнее. Если гребень второй волны накладывается точно на гребень первой (говорят, что эти волны в фазе друг с другом), то они усиливают друг друга. Если же гребень второй волны попадает точно на впадину первой (эти волны в противофазе), то они сглаживают, ослабляют друг друга. Две строго одинаковые волны в противофазе компенсируют друг друга полностью, как будто никаких волн нет вообще. Нам еще придется вспомнить об этом ниже!

Получается сложная картина. Каждый отдельный атом излучает вторичные волны во всех направлениях. Но волны от разных атомов накладываются друг на друга, где-то в фазе, где-то в противофазе, а где-то «серединка на половинку». В результате где-то волны вообще компенсируют друг друга и исчезают, а где-то усиливаются.

У физиков есть способ рассчитать, что получается, когда друг на друга накладываются вторичные волны от всех бесчисленных атомов. Правда, он требует высшей математики, так что здесь вам придется поверить ученым на слово, даже если результат покажется очень странным. А он действительно поразителен: получается… свет, идущий сквозь вещество по прямой. Не во все стороны, а строго по прямой линии.

Рассеяние света: ах, какой рассеянный.

Правило «свет движется по прямой» не работает для матового стекла, задымленного воздуха и прочих мутных сред. В таких веществах световая волна то и дело наталкивается на препятствия: пузырьки воздуха в стекле, частицы дыма в воздухе и так далее. Из-за этого она постоянно меняет направление. В мутной среде свет рассеивается: беспорядочно движется во все стороны. Изображение становится похоже на пазл, кусочки которого перемешали и разбросали. Именно поэтому сквозь матовое стекло ничего не видно (что весьма уместно в некоторых ситуациях!). Поэтому же непрозрачна груда мелких осколков разбитого стекла: границы между осколками тоже рассеивают свет.

Преломление света: поворот в пути

Вернемся к прозрачному оконному стеклу. Если первичная волна падала под прямым углом к поверхности стекла, то точно так же будет двигаться и свет в веществе, порожденный вторичными волнами. Если же она падала под любым другим углом, свет, попав в вещество, несколько изменит направление. Это называется преломлением света.

Одни прозрачные вещества преломляют свет сильнее, другие слабее. Это зависит, во-первых, от плотности: чем теснее расположены атомы, тем сильнее преломляется свет. Стекло плотнее воды, поэтому преломление в стекле заметнее. Во-вторых, атомы тоже бывают разные. Выше мы сравнивали электрон, колеблющийся под действием световой волны, с грузом на пружине. Но пружины бывают разной длины и жесткости. Так и атомы различаются расстоянием от электрона до ядра и силой притяжения между ними. От этого зависит, какие вторичные волны будут излучаться и в конечном итоге — как будет преломляться свет.

Отражение света: мир в зеркалах

Все предметы, прозрачные и непрозрачные, хоть немного отражают свет. Только благодаря тому, что отраженный свет попадает нам в глаза, мы их и видим. Кстати, предметы, отражающие много света, мы воспринимаем как светлые, а почти ничего не отражающие — как темные. В жаркий день надевайте светлый головной убор, чтобы не напекло голову!

Откуда берется отраженная световая волна? Теперь, когда мы познакомились с колеблющимися электронами, легко дать ответ. Вторичные волны от каждого атома на поверхности вещества идут во всех направлениях, как вглубь вещества, так и наружу. Те, что идут внутрь, образуют свет в веществе, а те, что идут наружу,— отраженный свет.

Раз предметы отражают свет, почему мы не видим в них своего отражения? Во-первых, они отражают не весь свет, а только часть, и обычно небольшую. Но даже в свежем снегу, отражающем 90% падающего света, не полюбуешься своим отражением. Он слишком неровный: каждый крошечный участок поверхности представляет собой зеркальце, отражающее свет в собственную сторону. Чтобы поверхность стала единым зеркалом, она должна быть очень гладкой.

Лучшие зеркала получаются из металлов. В больших настенных зеркалах свет отражается от тончайшего слоя серебра, прикрытого прозрачным стеклом. В дешевых карманных зеркалах отражающий слой часто делают из алюминия.

Почему именно металлы так хорошо отражают свет? Дело в том, что в металлах есть свободные электроны. Они не прикреплены к конкретному атому, а свободно путешествуют по всему объему вещества. Эти электроны, не сдерживаемые ядрами, колеблются с большим размахом. Неудивительно, что они порождают сильные вторичные волны. Как мы помним, часть этих волн идет наружу, а часть внутрь вещества. Волны, идущие наружу, это и есть отраженный свет. А вот волны, идущие вглубь металла, находятся в противофазе с падающей волной и почти полностью гасятся (почему именно в противофазе, сложно объяснить без привлечения математики, просто поверьте). Поэтому металлы хорошо отражают свет, но очень непрозрачны.

Почему же тогда железный гвоздь, алюминиевая ложка или серебряный крестик — это не зеркало? Потому что гвоздь покрыт оксидом железа, ложка — оксидом алюминия, а крестик — оксидом серебра. Оксиды — это уже не сами металлы, и они гораздо хуже отражают свет.