Почти все мы хоть раз купались в бассейне или в море. Наверное, многие замечали, что под толщей воды на дне солнечные зайчики образуют красивую картину из темных «ячеек» и светлых полос. Почему же наблюдается такой эффект? - Обратим внимание на то, что поверхность воды неровная. Падая на неё, свет преломляется и распределяется по дну неравномерно.

Почему свет собирается в некоторых областях, а не хаотично разбегается по дну? Чтобы объяснить это, можно сравнить гребень волны с плоско-выпуклой линзой. Их сечения очень похожи. Свет, проходя через лупу, фокусируется в некоторой точке. Интересно, что гребень волны действует так же – преломляя свет, фокусирует его лучи на дне! Этим и объясняется присутствие явления только в интервале определенных глубин – дно должно попадать в «фокус», или лежать вблизи «фокуса» волны. Волны, или рябь на воде представляют собой, по сути дела, набор большого количества собирающих (гребень волны) и рассеивающих (впадина) линз, периодически сменяющих друг друга.

Нами была создана программа для модельного описания и демонстрации явления. Она принимает на вход коэффициент преломления жидкости и карту высот поверхности – матрицу, числа в которой характеризуют высоту столба жидкости в конкретной точке (считаем, что солнце находится в зените). Этих данных достаточно для того, чтобы рассчитать изображение, получаемое на дне. Программа вычисляет нормаль к поверхности. Для каждой точки волны из карты высот, при помощи известной формулы для коэффициента преломления рассчитывает направление преломленного луча, и находит точку дна, куда упадет этот луч. На рисунках показаны форма волны (с плоским фронтом распространения) и результат ее работы – игра света на дне сосуда. Расчет подтверждает наше предположение – волна фокусирует лучи как линза.

Картина для двух волн, распространяющихся под углом друг к другу, значительно более наглядна и красива! Ниже приведены результаты. Волны распространяются под углом 45 градусов друг к другу, частота одной волны немного больше частоты другой. Амплитуды равные. Результат очень напоминает то, что мы видим в реальной жизни.

Обратите внимание и на то, что ячеистая структура игры света на мелководье напоминает одновременно и кристаллическую решетку и пчелиные соты, рисунок крылышек стрекозы и тончайшую сеть паутины. Разумеется, не могли не заметить это прекрасное явление природы и художники. Удивительная игра света на дне моря великолепно передана замечательным русским живописцем Сильвестром Щедриным на одном из его итальянских пейзажей.