Физика в играх: увлекательные опыты и эксперименты

Глава четвертая ОПЫТЫ СО СВЕТОМ

Солнечные часы. Попробуйте проследить за своей тенью на открытом воздухе в различные часы дня и разные времена года. Тень не остается неподвижной, она как будто ползет вокруг нас. Утром она падает по направлению к западу, в полдень — к северу, вечером — к востоку, и, если бы лучи солнца не заслонялись земным шаром, в полночь тень падала бы к югу.

Если вы наблюдали за тенью в полдень в разные дни, вы замечали, как изменяется ее длина. Зимой тень длиннее всего, летом самая короткая, а дважды в год — в начале весны и осенью — длина ее одинаковая: меньше зимней и больше летней.

Длина и направления тени зависят от положения Земли по отношению к Солнцу. Вращаясь вокруг Солнца, Земля попеременно подставляет к нему больше то Северное, то Южное полушарие. Так как мы не ощущаем движения Земли, нам кажется, будто Солнце описывает на небе дуги — зимой меньшие, а летом большие.

Всегда говорят, что солнце всходит на востоке и заходит на западе. Это не совсем верно. Все дуги, описываемые солнцем в различные времена года, имеют разную длину. Зимой солнце всходит в точке горизонта, лежащей между востоком и югом, к полудню оно невысоко поднимается над южной стороной горизонта и вечером заходит между югом и западом.

Самая короткая дуга солнца в нашем северном полушарии — 22 декабря. В эти сутки мы имеем самый короткий день и самую длин-ную ночь в году. С 22 декабря дуга, по которой движется солнце, расширяется и поднимается. Концы ее приближаются к востоку и западу. Наконец, 21 марта солнце всходит точно на востоке и заходит точно на западе: 12 часов оно движется над горизонтом и 12 часов под ним. Следовательно, день равен ночи. Поэтому 21 марта называют временем весеннего равноденствия. В полдень солнце всегда оказывается точно на юге, совершив к этому моменту половину пути. Отсюда ясно, что 21 марта оно всходит ровно в 6 часов утра и заходит ровно в 6 часов вечера.

К лету дуги солнца всё увеличиваются. Дневной путь солнца делается теперь продолжительнее ночного. Наступает наконец самый долгий день и самая короткая ночь — 21 июня. В это время солнце всходит в точке горизонта, лежащей между востоком и севером, а заходит между западом и севером. Понятно, что в это время на другой половине земного шара явления идут в обратном порядке.

Потом дни начинают укорачиваться, а ночи удлиняться. 23 сентября снова наступает равноденствие, называемое осенним.

После 23 сентября дни все продолжают укорачиваться, пока наконец не наступят самый короткий день и самая длинная ночь. Это происходит 22 декабря, после чего все изменения продолжительности дня и ночи повторяются в прежнем порядке.

Полуднем называется тот момент времени, когда солнце, находясь на юге, занимает самое высокое положение в небе.

Угол А равен 90° минус широта места наблюдения (для Москвы он равен 90° — 55°45' = 34°15'). Угол Б всегда равен 90°. Угол В равен широте места наблюдения (для Москвы — 55°45').

Наши солнечные сутки — это время, протекающее между двумя соседними полднями. Продолжительность солнечных суток в течение года непрерывно изменяется, то увеличиваясь, то уменьшаясь. В наших измерениях времени мы пользуемся некоторой средней величиной солнечных суток за год, так называемыми средними солнечными сутками. Средние солнечные сутки разделили на 24 равные части и каждую часть назвали часом.

Механизмы, указывающие время суток, называются часами. Простейшие и самые верные часы, конечно, такие, показания которых зависят от положения на небесном своде освещающего их солнца. Недостаток таких часов в том, что ими можно пользоваться только днем, и то при ясном небе. Солнечные часы можно построить очень просто.

Возьмите большой химический стакан, немного картона и бумаги, вязальную спицу и толстую деревяшку. Это все, что нам нужно. Стакан должен быть в 15 сантиметров высоты и 8 сантиметров в диаметре. На рис. 53 вверху показан схематический чертеж солнечных часов, а внизу — общий их вид. Вы видите, что стакан установлен на деревянной подставке под определенным углом к горизонту. Размер подставки зависит от величины стакана, а углы ее треугольного сечения — от того, в каком месте земного шара установлены часы. Верхний угол всегда равен 90°, а углы, прилежащие к основанию, изменяются в зависимости от широты места наблюдений.

Угол В должен быть равен широте места наблюдения; угол А равен 90° минус угол, равный этой широте. В астрономических календарях всегда имеются данные о широте крупных городов. Если вы не находитесь в одном из таких центров, то воспользуйтесь географической картой, на которой имеется место вашего наблюдения, и по ней приблизительно установите его широту. Для Москвы, например, угол В (широта) равен 55°45', а второй угол А равен 90° — 55°45' = 34°15'. Выверить углы А, Б и В можно по транспортиру. Если вы повернете подставку более крутой стороной точно к югу, тогда верхняя плоскость ее будет параллельна полуденным лучам во время равноденствия.

Для того чтобы стакан держался на подставке, выпилите деревянный кружок по внутреннему диаметру стакана и проделайте в самом центре этого кружка маленькое отверстие для спицы. Края кружка оклейте материей и установите его в середине подставки. В центр кружка вклейте на сургуче или шеллаке спицу и на нее наденьте картонный или жестяной кружок. Жестяной кружок надо припаять, иначе он будет спадать. Когда будете укреплять кружок, следите за тем, чтобы он был расположен точно перпендикулярно к спице. На другой конец спицы наденьте обрезок пробки. Приклейте его ко дну стакана, когда окончательно будете собирать весь прибор. Так будет укреплен второй конец спицы. Тень от спицы будет ложиться на стенки стакана, и чтобы узнавать время, нужно сделать циферблат.

Возьмите две полоски бумаги шириной в 1,5 сантиметра каждая. Две полоски нужны потому, что зимой лучи солнца будут светить под кружок на спице, а летом сверху него; значит, тени будут падать то под ним, то над ним. Чтобы часы верно показывали время, надо очень аккуратно разграфить полоски и наклеить их на стакан в точно определенном месте.

Сначала вычертите на бумаге в натуральную величину схематический чертеж стакана со спицей и кружком, как сделано на рис. 53, вверху. Потом от края кружка отложите вверх и вниз углы в 23,5°. В точках пересечения этих линий с противоположной стенкой стакана должны прийтись края бумажных полосок циферблата. Они должны быть наклеены на стенки стакана изнутри. Перенеся размеры с чертежа на стакан, можно точно наклеить на него бумажные полоски. Если всю эту работу вы сделаете аккуратно, ваши часы будут точно работать и в самый длинный, и в самый короткий день.

Полоски для циферблата вырежьте лучше всего из прозрачной бумаги — кальки. Длина их должна быть точно равна половине внутренней окружности стакана. Эти полоски разделите на 12 равных частей и проставьте на них цифры: в середине 12, вправо 11,10, 9, 8, 7, 6; влево 1, 2, 3, 4, 5, 6. Для упрощения работы можно вырезать сначала одну полоску бумаги шириной в 3 сантиметра, а потом, уже после того как нанесены деления, разрезать ее вдоль пополам.

Чтобы верно наклеить полоски, надо сначала, еще до привинчивания кружка, на который надевается стакан, сделать на подставке маленькое углубление для конца спицы и через центр этого углубления провести линию аб, перпендикулярную к краям подставки. Потом, когда установите спицу на место, поставьте на расстоянии 2 метров от подставки зажженную свечу с той стороны, с которой показан юг. Свечу поставьте на что-нибудь так, чтобы свет от нее падал на верхнюю плоскость подставки. Поверните подставку, чтобы тень от спицы падала точно на среднюю линию. Теперь можно наклеивать полоски на стакан. Цифра 12 должна прийтись как раз на линии тени от спицы. Только не смачивайте слишком сильно бумагу клеем — она от этого вытягивается.

Готовые часы можно установить. Для них надо выбрать такое место, где подольше светит солнце. Можно поместить их и в комнате у окна, обращенного на юг, но только поставьте их на горизонтальную поверхность и не сдвигайте уже после установки.

В солнечный день по каким-нибудь верным часам, за несколько минут до полудня, поверните солнечные часы так, чтобы тень спицы подошла к делению 12 на полосках. Как только ваши верные часы покажут 12 часов дня, поверните солнечные часы так, чтобы тень от спицы легла точно на деление 12, и укрепите подставку часов окончательно. Теперь солнечные часы будут верно показывать время.

Вы уже знаете, что летом солнце будет освещать кружок на спице сверху, а зимой снизу, и два раза в год солнечные лучи будут падать параллельно плоскости кружка, так что от него на стенку стакана будут ложиться только узенькая полоска тени и вертикальная полоска от самой спицы. Это и будут дни равноденствия. В эти дни спица при восходе и заходе солнца будет бросать тень на деление 6. В другое время года тень от кружка будет все больше и больше приближаться к полоскам с делениями, и когда она зайдет за края их, это будет самый длинный день летом и самый короткий зимой.

Тени, вертящиеся навстречу друг другу. Поставьте на стол две свечи и между ними и стеной протяните руку. Вы увидите две тени своей руки. Обе тени не будут так темны, как от одной свечи. Это потому, что на то место, куда падает тень от руки, падают лучи света от другой свечи. Две тени от руки будут одинаково темны только в том случае, если свечи стоят на равном расстоянии от стены и от руки и сила света у них одинакова. Это легко можно проверить, если отодвинуть какую-нибудь свечу подальше. Чем дальше источник света от стены, тем он должен быть сильнее, чтобы дать тень такой же густоты, как от более близкого источника света. Если вы наденете на спицу вырезанную из картона звезду и будете вращать ее между свечами и стеной, на стене будут вращаться две тени зубчатого колеса.

Но, пожалуй, немногие догадаются, как сделать, чтобы две тени одной и той же звезды вертелись в разные стороны.

Сделать это нетрудно: вращающуюся звезду нужно держать перпендикулярно к стене, а свечи должны быть одна с правой стороны звезды, а другая с левой, не очень далеко друг от друга (рис. 54).

Танцующие тени. Вы заметили уже, что тень от предмета делается меньше, если свечу отодвинуть дальше, и что, если свечу отодвинуть вправо, тень передвинется влево, всегда в сторону, обратную движению света.

Зная это, можно устроить такую забаву.

Вырежьте из картона какие-нибудь фигуры и повесьте их на нитках перед экраном или просто перед белой стеной. Чтобы фигуры не вертелись, повесьте каждую на двух нитках. За фигурками поставьте несколько свечей. Получится много теней фигуры, столько, сколько вы зажжете свечей. Когда вы станете двигать свечи взад и вперед, вправо и влево, вверх и вниз, вы увидите забавную пляску фигур. Очень красиво получается, когда светлые фигуры танцуют на темном фоне.

Откройте дверь в ту комнату, где будут сидеть зрители, и затяните дверь простыней. Сами останьтесь в другой комнате; за этим экраном поставьте стол и прибейте к одному концу его лист картона, на котором вырежьте две танцующие фигуры. За экраном, на столе, укрепите какой-нибудь деревянный брусок. Лучше всего вбить внизу в брусок гвоздь и заострить его конец, чтобы можно было его вколачивать в стол. К бруску привяжите на разной высоте несколько проволок — штук 6 или больше — и укрепите на них несколько свечей. Когда вы зажжете свечи, на экране появится много светлых фигур, а когда вы начнете вертеть свой подсвечник, фигуры станут двигаться то вправо, то влево, то приближаясь, то удаляясь (рис. 55). Получится полное впечатление танцев.

Эту картину можно разнообразить, зажигая свечи по очереди. На экране появятся, скажем, две фигурки. Дайте им потанцевать, затем зажгите другую свечу, третью и т. д.

Если кроме свечей на палке вы поставите по обе стороны несколько неподвижных свечей, по краям экрана появятся неподвижные группы фигурок, как бы зрителей наших фантастических танцев. Можно придвигать стол к экрану или удалять от него; от этого фигурки будут уменьшаться или увеличиваться. Если вместо свечей вы пристроите маленькие лампочки от карманного фонаря и провода от них подведете к нескольким выключателям, вам легко будет управлять ими и при некоторой фантазии устроить очень интересное представление.

Изображения, производимые маленьким отверстием. Вы, вероятно, наблюдали, как свет пробивается в щели занавесок или ставен либо как по потолку или стенам ползут странные тени. Эти скользящие тени — изображения предметов, движущихся мимо дома.

Посмотрите на рис. 56. На нем показано, как получаются при помощи отверстий изображения на стенах или потолке. На этом рисунке видна перегородка с небольшим отверстием. Представьте себе, что вправо от нее находится темное пространство и стоит белый экран. От свечи, поставленной по левую сторону перегородки, на экране получится точное ее изображение, только перевернутое книзу.

Это явление объясняется очень просто. Лучи света распространяются всегда по прямым линиям, и свет исходит не только от самосве-тящихся предметов, как, например, от пламени свечи, но и от всех предметов, отражающих свет. Понятно, что свет от конца пламени, пройдя через отверстие, не может осветить весь экран. Он дает только пятнышко на экране. Также и от всех других частей пламени свечи на экране получаются различной яркости пятнышки. И из этих пятнышек получается изображение пламени, точно соответствующее настоящему. Так как от самой свечи отражаются лучи света пламени и тоже проходят сквозь отверстие перегородки, изображение самой свечи также получится на экране. По рисунку понятно, что изображение должно обязательно получиться перевернутым. Так появляется на экране изображение любого предмета — самосветящего-ся или освещенного. Изображение предмета будет тем яснее, чем лучше освещен предмет, и тем резче, чем меньше отверстие.

Простейший фотографический аппарат. Изображение, получаемое с помощью маленького отверстия, невелико. При этом оно очень бледно. Чем отверстие больше, тем ярче изображение, но зато оно менее ясно. Значит, чтобы получить яркое изображение, выгоднее делать отверстие большим, но это сильно ухудшает качество изображения. Для того чтобы получить яркое, четкое изображение, можно воспользоваться двояковыпуклым стеклом (линзой). С помощью этого стекла, вставляемого в большое отверстие, можно получить такое четкое и ясное изображение, что его можно обрисовать карандашом на белой бумаге.

Возьмите какое-нибудь двояковыпуклое, так называемое увеличительное, стекло и поставьте его на расстоянии 50 сантиметров от стены против окна. На стене, вероятно, получится круглое светлое пятно. Но когда вы станете приближать линзу, пятно это сделается ярче и меньше, потом очертание его станет резким, и почти тотчас же в нем появятся изображения предметов — конечно, перевернутые. Изображения опять исчезнут, если вы приблизите линзу еще ближе к стене. В этом разница между щитком с отверстием и увеличительным стеклом.

Через маленькое отверстие изображение получается независимо от расстояния его от стены, а через увеличительное стекло — только на определенном расстоянии.

Вы можете заметить, что расстояние от линзы до стены должно быть разным для различных предметов. Для получения резкого изображения близкого предмета линза должна быть отодвинута дальше от стены, а для более далекого придвинута ближе к ней. Если вы будете постепенно приближать стекло к стене, на ней сначала появятся отчетливые изображения столов, стульев, потом эти изображения станут размытыми, зато станет более резким изображение окна и, наконец, отдаленного пейзажа.

Расстояние, на котором линза дает отчетливое изображение очень отдаленных предметов, называется фокусным расстоянием стекла. Оно зависит от выпуклости стекла, и поэтому для разных стекол фокусные расстояния различны. Сильно выпуклые линзы имеют короткие фокусные расстояния, а более плоские — длинные.

Изображение предметов с помощью линзы можно получать и без всяких приспособлений, но лучше сделать так называемую камеру-обскуру, для того чтобы на изображение, полученное с помощью стекла, не падал посторонний свет.

Устройство камеры-обскуры очень простое. Прежде всего измерьте фокусное расстояние линзы. Если оно равняется, скажем, 20 сантиметрам, возьмите картонную коробку такой же длины и в середине передней стенки вырежьте круглое отверстие диаметром немного большим, чем диаметр стекла. Стекло оберните картонной трубкой т длиной в 3–4 сантиметра (рис. 57, А), а другую трубку в склейте так, чтобы в нее туго входила трубка со стеклом. Трубку в сделайте длиной в 5 сантиметров. Эту трубку вклейте в отверстие коробки; чтобы она прочно держалась, можно обернуть ее у стенки коробки полоской картона и надеть на нее снаружи и изнутри коробки картонные кольца.

У нас получился аппарат, которым можно даже фотографировать. Но нужно точно знать, в каком месте устанавливать фотографическую пластинку. Сделайте на заднюю открытую стенку аппарата крышку с четырехугольным вырезом по величине пластинки. Это отверстие затяните белой прозрачной бумагой. Когда вы будете передвигать трубку с линзой взад и вперед, на бумаге будут получаться изображения. Чтобы вам не мешал при наводке посторонний свет, накиньте на голову темный платок (рис. 57, Б).

Вы, конечно, не удивитесь, увидев, что изображение на бумаге получается перевернутым. Если вы внимательно рассмотрите его, увидите, что края изображения получились нерезкими. Этот недостаток можно легко устранить. Вы знаете, что изображение становится тем резче, чем меньше отверстие для света. Если прикрыть края линзы и воспользоваться только ее серединой, изображение получается гораздо резче. Так же прикрывают края линз и в настоящих фотографических аппаратах. Кольцо, закрывающее более или менее широкие края линзы, называется диафрагмой.

Вырежьте из картона кружок такого же диаметра, как и увеличительное стекло, и посредине его прорежьте круглое отверстие диаметром примерно в 1 сантиметр. Этот кружок (он обозначен буквой д на рис. 57, А) вставьте в трубку перед стеклом и приклейте. Теперь, передвигая трубку со стеклом, хорошенько наведите ее, чтобы получить резкое изображение снимаемого предмета. Заметьте мелом положение аппарата на подставке и унесите его в темную комнату. Там при свете красной лампы замените крышку из бумаги другой, в которой на том месте, где была бумага, вставлена фотографическая пластинка. Конечно, задняя стенка фотографической пластинки должна быть хорошо закрыта от света, иначе пластинка испортится. Проследите также за тем, чтобы свет не попал в коробку аппарата сквозь щели между стенками и крышкой.

Вам нужно еще иметь круглую крышку, чтобы закрывать трубку с линзой перед тем, как зарядить камеру фотопластинкой.

Чтобы хорошо сфотографировать предмет на воздухе, достаточно только на одно мгновение снять крышку с трубки (не качнув камеры), а потом снова надеть ее. В комнате крышку придется держать снятой 20–30 секунд. Продолжительность съемки зависит и от линзы, и от диафрагмы, и от пластинки, и от яркости освещения. Если вы напрактикуетесь, даже таким простым аппаратом можно делать неплохие снимки.

Зеркальная камера-обскура. Изображения, которые мы получали с помощью увеличительного стекла, были очень маленькими. Можно сделать так, что они будут больших размеров и их можно будет обводить карандашом для того, чтобы вместо фотографирования получать рисованные картины.

Из нескольких палочек сколотите пирамидку вышиной в 1 метр (рис. 58). Снизу она должна быть такой широкой, чтобы в нее можно было просунуть голову и руки, а сверху сделайте площадку для укрепления трубки со стеклом. В этой площадке так же, как и в нашем фотографическом аппарате, должна быть вклеена картонная трубка, внутри которой передвигается трубка с линзой. Но линза должна быть не такая, как для фотоаппарата. Она должна быть большего диаметра, чтобы изображения получались яркими. Фокусное расстояние ее должно быть приблизительно в 1 метр.

Но если воспользоваться сейчас нашей камерой-обскурой, на бумаге появится только изображение неба. Нужно еще пристроить зеркало, чтобы лучи света от предметов отражались на линзу. На рисунке видно, как это сделать.

Подберите небольшое, но хорошее зеркало, укрепите его в рамке, а рамку скрепите с деревянным брусочком обыкновенной небольшой шкатулочной петлей.

Петлю привинтите немного ниже конца бруска. К рамке напротив петли прибейте конец тонкой проволочки. Проденьте проволочку сквозь кольцо, забитое в верхний конец бруска, и пропустите свободный конец ее через верхнюю стенку пирамидки.

Теперь тот, кто сидит в камере, сможет этой проволочкой наклонять зеркало больше или меньше и получить на бумаге изображение горизонта или близкого пейзажа. Поворачивая стол или пирамидку, вы сможете получить изображение, которое хотите зарисовать.

Чтобы легче было найти нужное изображение, имейте в виду, что надо сесть спиной к действительному пейзажу. Для того чтобы изображение на бумаге получилось очень четким и ясным, нужно покрыть всю пирамидку плотной черной материей и самому влезть под этот чехол. Вы увидите на бумаге такое замечательно живое изображение, которое никакими другими способами получить нельзя. Не только одноцветное кино, но и цветное не может передать действительность так, как она получается на экране камеры-обскуры. Если вы немного умеете рисовать, с помощью камеры-обскуры вы сможете делать замечательные картины, особенно если будете раскрашивать их разноцветными красками.

Глаз — та же камера-обскура. Как бы ни был совершенен фотографический аппарат, как бы ни были тщательно сделаны его объектив и другие части, все это нельзя сравнить с замечательным по совершенству аппаратом — нашим глазом, напоминающим камеру-обскуру; камерой глаза управляет совершеннейшая система мускулов и нервов.

Глазное яблоко — почти круглое, величиной со средний грецкий орех (рис. 59). Эта прекрасная камера-обскура состоит из нескольких оболочек. Наружная, самая плотная волокнистая оболочка б называется белком. Белок — видимая часть глаза. Передняя часть этой оболочки закрывает более выпуклую часть яблока. Она совершенно прозрачна и тверже всей остальной части оболочки. Это — роговая оболочка 6р.

Вплотную к белку прилегает изнутри сосудистая оболочка с. Та часть ее, которая находится под роговой — ср, называется радужной. В середине ее есть отверстие д — зрачок. Это диафрагма нашего зрительного аппарата; она обладает замечательным свойством автоматически сжиматься, когда сквозь нее проходит яркий свет, и расширяться при слабом свете. Вы это легко можете заметить, придвигая и отодвигая от глаза товарища зажженную свечу. В сумерки зрачки так широко раскрыты, как будто хотят поглотить все слабые лучи догорающего дня.

Цвет радужной оболочки бывает различным. Она бывает очень темной, почти черной, голубоватой, серой и всяких других оттенков.

За диафрагмой помещается объектив глаза. Это чечевицеобразное, совершенно прозрачное тело — хрусталик х. Сквозь него проходят, преломляясь как в увеличительном стекле, лучи света и собираются на третьей и последней — сетчатой — оболочке глаза со. К этой оболочке прикреплены отростки зрительного нерва н, проходящего через все три оболочки глаза прямо в мозг человека. На этой сетчатой оболочке, как на пластинке фотоаппарата, и получаются изображения внешних предметов.

Кроме хрусталика, помещающегося в особой сумке и плавающего в прозрачной жидкости, весь глаз заполнен студенистым стекловидным веществом. Все части глаза, пропускающие световые лучи — роговая и сетчатая оболочки, хрусталик с сумкой и жидкостью и стекловидное тело, — поразительно прозрачны.

Глаз обладает всеми свойствами очень хорошего оптического инструмента. Фокусное расстояние хрусталика может изменяться само собой. Когда вы переводите глаза с близкого предмета на отдаленный, вы непроизвольно изменяете фокусное расстояние хрусталиков своих глазных аппаратов. Достигаете это при помощи особых мускулов, которые могут изменять форму хрусталика, делая его более выпуклым или плоским.

Последняя часть нашего фотографического аппарата — веки. Они заменяют крышку объектива и предохраняют глаз от повреждений. Впрочем, кроме век наружная сторона глазного яблока защищена еще кожицей, составляющей как бы продолжение кожи, которой покрыто все наше тело. Только на глазах она так тонка и прозрачна, что ее совсем не видно.

Видим мы таким образом. Снопы лучей света, исходя из различных частей предмета, проникают сквозь зрачок в глаза. Там лучи света преломляются, собираются в отдельные точки на сетчатой оболочке и составляют на ней изображение того предмета, на который направлен взор. Сетчатая оболочка глаза не запечатлевает изображения окончательно, как пластинка в фотоаппарате, а немедленно передает все свои световые раздражения мозгу и ежесекундно готова принимать всё новые и новые.

В зависимости от того, как пользуются зрением различные животные, населяющие землю, глаза их устроены по-разному. Птицы, например, должны видеть с высоты очень далеко, поэтому глаза их велики и светосильны. Хрусталик глаза птицы не такой выпуклый, как наш, и глазное яблоко у нее более плоское, чем у человека.

Иначе устроены глаза животных, пользующихся зрением в воде, например рыб. Опустите обыкновенное увеличительное стекло в воду, и вы увидите, что фокусное расстояние его в воде увеличивается. Получаемое с помощью стекла изображение в воде отодвигается дальше, чем в воздухе.

Значит, для того чтобы иметь стекло с тем же фокусным расстоянием в воде, надо увеличить выпуклость стекла. Действительно, глаза у рыб имеют хрусталик почти совсем шаровидный.

Искусственный глаз. Вы можете сделать себе маленькую модель глаза и на ней посмотреть, как действует наш глаз.

Раздобудьте маленькую лупу диаметром в 2 сантиметра, с фокусным расстоянием в 3–4 сантиметра. Потом возьмите резиновый мяч диаметром немного больше, чем фокусное расстояние лупы. Мяч будет глазным яблоком (рис. 60). На двух диаметрально противоположных сторонах мячика нарисуйте два кружка, один побольше лупы, другой поменьше, и вырежьте их. К меньшему отверстию приклейте лупу, чтобы она лучше держалась, оклейте ее сверху холщовым кольцом. Холст можно раскрасить под цвет радужной оболочки глаза.

Второе отверстие затяните тонкой прозрачной бумагой. Можно просто заклеить его обыкновенной белой папиросной бумагой, а потом промазать ее маслом. Чтобы при вырезании мячик не очень мялся, выберите такой, у которого стенки потолще.

Вот и весь аппарат. Поверните его стеклом к окну или какому-нибудь светящемуся предмету, и вы увидите на бумаге изображение. Если наклеенная бумага пришлась как раз в самом фокусе объектива, изображение будет отчетливым и ясным. Если изображение не получается ясным, можно сжать мячик с боков и спереди; тогда увеличится или уменьшится расстояние от объектива до бумаги, и таким образом можно будет найти положение, при котором изображение станет отчетливым. Наш глаз тоже приспособляется к рассмотрению различно удаленных предметов. В глазу хрусталик — его объектив — изменяет кривизну своих поверхностей.

Попробуйте закрыть на некоторое время глаза, а потом, открыв их, посмотреть на далекие предметы. Вы увидите их совершенно ясно. Затем попробуйте быстро перевести глаза на близкий предмет, и, прежде чем вы увидите его со всей ясностью, вам придется что-то сделать со своими глазами — присмотреться. На это уйдет некоторое время.

Что же в это время происходит с глазом? Сначала на сетчатой оболочке получается неясное изображение, и мозг сейчас же приказывает нервам привести хрусталик в такое состояние, чтобы его кривизна дала совершенно отчетливый «снимок» на сетчатой оболочке. Это делается непроизвольно в продолжение очень небольшой доли секунды. Способность глаза применяться к расстоянию до предмета носит название аккомодации глаза. То или иное отношение выпуклости хрусталика к ве-личине глазного яблока делает глаз то близоруким, то дальнозорким. Это нетрудно проследить и на опыте с искусственным глазом.

Сожмите мячик поперек между стеклом и бумагой. От этого он удлинится, и на бумаге получится изображение только близких предметов. Наш искусственный глаз станет «близоруким». Приставьте теперь к нему очки для близоруких с двояковогнутыми стеклами — и на бумаге снова появится ясное изображение отдаленных предметов (рис. 60).

Если же сжать глаз от стекла к бумаге, пропадет изображение близких предметов и аппарат наш будет работать как «дальнозоркий». Чтобы заставить теперь искусственный глаз видеть так же хорошо близкие предметы, перед ним надо поставить очки с двояковыпуклыми стеклами (очки для дальнозорких).

Зеркало. Мы уже так привыкли к зеркалу, что не обращаем внимания на некоторые его замечательные свойства. Ведь простой гладкий кусочек стекла, подклеенный чем-нибудь блестящим, становится просто чудесным.

Вы подходите к этому стеклу, а навстречу вам идет ваше собственное изображение со всеми мельчайшими подробностями, которые ни один художник не в состоянии изобразить с такой точностью.

Изображение в зеркале возникает по закону отражения лучей света, такому же простому, как «отражение» мячика от стены. Вы уже читали, что мяч, брошенный прямо в стену, отскочит назад в руки, а если бросить его под углом, он отскочит под тем же углом, но в противоположную сторону.

Помните, закон этот физиками формулируется так: угол падения равен углу отражения.

Закон этот верен при всякой величине угла, даже при бесконечно малой, а при перпендикулярном ударе в стену можно сказать, что оба угла — и падения и отражения — равны нулю. Мы знаем, что этому закону подчинены и звуковые лучи.

То же самое можно сказать и про лучи световые. На рис. 61 показано зеркало, в котором отражается свеча. Лучи света от свечи расходятся по всем направлениям. Сноп лучей падает и на зеркало и отражается им. Некоторые лучи света свечи, начерченные на рис. 61, помечены номерами 1, 2, 3,4. Первый луч падает на зеркало перпендикулярно и отражается обратно. Его можно видеть только сквозь огонь. Все остальные лучи падают на зеркало под различными углами и под теми же углами отражаются.

Возьмите, например, третий луч и в той точке зеркала, на которую он упал, восставьте к зеркалу перпендикуляр. По другую сторону перпендикуляра отложите такой же угол, какой образовал к нему луч.

Это будет луч отраженный. Продолжите его за зеркало, и он пересечется с продолжением первого луча. Сколько бы мы ни проводили лучей из одной светящейся точки, все продолжения их отражений пересекутся за зеркалом также в одной и той же точке. В этой именно точке мы и будем видеть в зеркале выбранную нами точку свечи.

Собрание изображений всех точек свечи дает нам изображение всей свечи. Мы можем изменять место свечи, и всегда ее изображение за зеркалом будет казаться нам на таком же расстоянии, на каком действительная свеча находится перед ним.

Бесконечные зеркальные отражения. Чтобы комната казалась больше, в ней иногда ставят зеркало во всю стену. Вся комната отражается в нем и таким образом как бы удваивается. Конечно, для полной иллюзии нужно, чтобы зеркало это было очень хорошим и совершенно чистым, чтобы оно ничем не выдавало себя. Если и противоположную сторону комнаты сделать зеркальной, комната пока-жется бесконечной. Отражение одного зеркала повторится в другом, затем опять в первом, и так пока лучи совершенно не ослабеют и не сольются где-то в бесконечной дали.

Это можно проделать и в маленьком масштабе. Подберите два одинаковых зеркала, но не очень маленьких, и поставьте их на стол одно против другого, а между ними установите две свечи. Вы увидите бесчисленную вереницу свечей, уходящих вдаль.

Калейдоскоп. Вы видели уже, что два зеркала, поставленные друг против друга, отражают стоящие между ними предметы бесконечное число раз. Очень интересно рассмотреть, что получается, если зеркала составлены под углом.

В них отражения располагаются не по одной линии, а по многоугольнику. Вы это легко заметите, если начнете наклонять одно зеркало к другому. Чем больше вы наклоните зеркало, тем рельефнее будут отражения и тем большее число углов в многоугольнике вы увидите. Если углы наклона зеркал будут 18, 36,45, 60 градусов, вы увидите 20, 10, 8, 6 изображений, считая в том числе и сам предмет.

На этом свойстве зеркала основано устройство очень интересной игрушки — калейдоскопа. Сделать его легко.

Склейте картонную трубку длиной в 25 сантиметров и внутренним диаметром в 8 сантиметров. Чтобы трубка получилась аккуратной, склейте ее на подходящем круглом цилиндре и при склейке намочите слегка картон.

Когда трубка высохнет, она получится очень твердой. Потом возьмите три полоски тонкого стекла такой же длины, как и трубка, а шириной в % ее диаметра (для нашего калейдоскопа — 7 сантиметров). Все стекла с одной стороны промажьте черным лаком и, когда он высохнет, вставьте в трубку так, чтобы два стекла были повернуты внутрь стеклом, а третье — черной стороной. Эта черная стенка вставляется для того, чтобы не слишком путать картину бесчисленными отражениями.

Лучше самому сделать стекла с черными поверхностями, чем брать обычные посеребренные, потому что они толстые и всегда дают изображение с двойными контурами. Чтобы стекла не болтались, заложите между ними и стенками скомканную бумагу.

Один конец трубки заклейте кружком с маленьким отверстием для глаза посредине. Затем подыщите круглую коробочку диаметром немного большим, чем диаметр трубки. В крышке и дне этой коробочки вырежьте круглые отверстия во всю величину их. Оставьте только узенькие края.

Дно коробочки заклейте самой прозрачной, но крепкой бумагой, а крышку заклейте стеклянным кружком. Коробочка получится с прозрачной стеклянной крышкой и с пропускающим свет дном. Подклейте ее крышку под трубку калейдоскопа. Теперь насыпьте в коробочку разной пестрой мелочи — пестрых бус, фигурок и звезд из цветной бумаги, колечек — и направьте трубку на свет. Посмотрите в маленькое отверстие и попробуйте вращать трубку вокруг оси. Вы увидите бесконечное разнообразие фигур, когда вся насыпанная в коробку мелочь, перекатываясь, будет отражаться в зеркалах. Когда фигурки попадут в угол между зеркалами, будут появляться различные звезды; когда они очутятся в углу против черного стекла, вы увидите венки. Все фигуры будут симметрично построены.

Как можно смотреть сквозь камень. Конечно, это фокус, потому что сквозь непрозрачное тело, как ни смотри, все равно ничего не увидишь. Тут секрет в зеркалах. Прибор для смотрения сквозь непрозрачные предметы сделать нетрудно. Размеры его можете взять какие захотите.

Склейте, например, П-образную картонную коробку длиной в 25 сантиметров и высотой в 20 сантиметров (рис. 62). Поперечник коробки можно взять равным 7 сантиметрам. С наружных сторон коротких частей коробки приклейте две трубки А и Б, а с внутренней, точно против этих трубок, — короткие трубочки а и б. Лучше всего врежьте трубки в стенки коробки, чтобы казалось, что трубки Ама — одно целое и также одно целое — трубки Б и б. Теперь в коробке надо поместить 4 зеркала З_р 3₂, З₃ и 3₄. Это самая трудная часть работы.

Зеркала нужно вклеить очень точно, под углом в 45° к стенкам коробки. Два верхних зеркала нужно вклеить зеркальной стороной вниз, а нижние — зеркальной стороной кверху. Тогда свет, попавший в трубку, например от свечи, отразится зеркалом 3, под углом в 45° и упадет на зеркало 3₂. От этого зеркала под тем же углом в 45° он отразится на зеркало З₃, потом на зеркало 3₄ и наконец попадет в наш глаз (рис. 62). Фокус, как видите, простой, и отражение получается таким ясным, что кажется, будто действительно видишь свечу.

Поставьте между трубками а и б камень, и кто бы ни посмотрел в трубку А, увидит сквозь камень свечу. Если спрятать нижнюю часть коробки так, чтобы никто не мог подумать, что здесь сделано какое-нибудь приспособление, вряд ли кто догадается, как получается такой замечательный эффект.

Вы, вероятно, не раз замечали, проходя мимо окон магазина, что в них не только хорошо видно все находящееся за окном, но в стеклах, как в зеркале, отражаются прохожие и вся улица. Иногда предметы с улиц так хорошо отражены в оконном стекле, что кажется, будто они стоят в магазине.

Таким свойством обыкновенных стекол можно воспользоваться, чтобы устроить интересный оптический обман. На рис. 63 вы видите стол и поставленный перед ним стул. Между спинкой стула и столом остается промежуток примерно в % метра. Стул покрывается чем-нибудь черным так, чтобы тот, кто будет стоять за стулом, не видел ничего под столом.

На стол поставьте, например, низкую цветочную вазу, а со стороны стула, на краю стола, установите на шнурках большое стекло в наклонном положении. На стул положите букет цветов и осветите букет из-под стола. Цветы отразятся в стекле, а сквозь стекло будет видна и ваза. Наблюдателю покажется, что в вазе появились цветы. Только когда будете показывать кому-нибудь этот опыт, сначала точно установите цветы, стекло и вазу так, чтобы отражение букета получалось на нужном месте.

Если вы закроете чем-нибудь свечу, цветы из вазы исчезнут. Замените вазу банкой с водой или настоящим аквариумом, но без рыб, а рыбок из золотой бумаги положите на покрышку стула, — и все зрители увидят рыб в аквариуме. Если вы будете удалять свет, рыбки будут исчезать, а когда приблизите свет — они снова появятся.

Еще не так давно в театрах показывали пьесы с привидениями. Для этого, конечно, были нужны громадные стекла. Изображали, например, борьбу привидения с трусливым или неустрашимым рыцарем. Края стекла при этом заделывали в стены, и тот, кто изображал рыцаря, помещался позади стекла на сцене. Перед стеклом в полу находился большой люк. В этом люке на черном фоне помещался тот, кто изображал привидение. Когда это привидение освещали сильным электрическим светом, зрители видели его прозрачную фигуру на сцене. Меч рыцаря, как казалось зрителю, проникал в тело привидения, но не поражал его. Привидение не знало никаких препятствий: ни столы, ни стулья, ни стены не могли преградить ему дорогу. Если нужно было, чтобы привидение исчезло, достаточно было только нажать кнопку и погасить свет.

В шекспировской драме «Ричард III» таким образом на сцене появлялись духи перед смертью Ричарда.

Вогнутые зеркала. В зеркалах с вогнутой шаровой поверхностью изображения сильно отличаются от получаемых в обычных плоских зеркалах. В опытах со звуками мы пользовались уже вогнутыми зеркалами. Там зеркало отражало звуковые лучи. Поэтому его не обязательно было делать блестящим. Для опытов со светом поверхность зеркала обязательно должна быть полированной — гладкой. Дуги на рис. 64 изображают разрезы вогнутых зеркал. Естественно, что от каждого предмета лучи будут отражаться на внутренних сторонах этих зеркал. Точки К, которые служили нам центрами для построения зеркал, называются центрами кривизны и имеют очень важное значение. Если в эту точку поместить, например, свечу, все лучи от нее будут падать на поверхность зеркала перпендикулярно и отразятся в тех же направлениях (рис. 64, А).

Посмотрим теперь, что произойдет, если мы будем приближать свечу к зеркалу по центральной линии, которая называется оптической осью зеркала.

Лучи света будут падать уже не перпендикулярно к поверхности зеркала, кроме одного, центрального, луча. Их путь вам легко определить. На рис. 64, Б из точки а, лежащей на оптической оси, проведены три луча. Для того чтобы узнать, куда отразятся эти лучи, достаточно провести радиусы через точки падения лучей на зеркало, так как радиус является перпендикуляром к зеркалу в той точке, куда он проведен. Тогда, отложив по другую сторону радиуса такие же углы, вы увидите, что все отраженные лучи сойдутся в одной точке б, лежащей тоже на оптической оси зеркала, но по другую сторону от центра кривизны.

В плоском зеркале изображение получается всегда за зеркалом, а в вогнутом может оказаться и перед ним. В этом случае оно может быть уловлено на экране. Если вы поставите перед вогнутым зеркалом в том месте, которое отмечено буквой б, лист бумаги, то на нем получится отчетливое изображение свечи, перевернутой пламенем вниз.

Припомните, что каждая точка освещенного тела является источником света. Проследите по рис. 64, В направление падающих и отраженных лучей от острия до пера стрелки. Так как вы знаете закон отражения, то, построив углы падения и проведя линии отражений, вы увидите, что лучи, исходящие от острия стрелки, после отражения пересекутся под оптической осью, а лучи света, исходящие от пера стрелки, после отражения пересекутся над осью. Таким образом изображение стрелки получается перевернутым.

Рассматривая этот чертеж, вы поймете, что чем ближе придвигать источник света к зеркалу, тем дальше от него будет помещаться отражение, делаясь все больше по размерам. Придвигая предмет, вы дойдете наконец до такого предела (точка в на рис. 64, Г), который составляет существенную особенность вогнутого зеркала. Все лучи, исходящие из этой точки, уже не пересекаются, а идут параллельно друг другу и главной оси зеркала. Физики говорят, что точка пересечения этих лучей лежит в бесконечности. Так, пока источник света прошел короткий путь от центра кривизны К до замечательной точки в, изображение его должно было совершить громадное путешествие. Сперва оно уходило медленно, потом все быстрее и быстрее и наконец ушло в бесконечность.

Если источник света мы поместим на огромном расстоянии от зеркала, тогда его лучи, поступая в зеркало, параллельно отразятся все почти в туже точку в, находящуюся на половине расстояния между центром кривизны К и центром самого зеркала. Эта замечательная точка в называется главным фокусом зеркала.

У нас есть источник почти идеально параллельных лучей света. Это солнце, так как оно находится от нас на громадном расстоянии. Когда зеркало направлено на солнце, изображение его получается в уменьшенном виде в точке е. Если навести изображение солнца на бумагу, она тотчас же загорится. Это объясняется тем, что вместе с лучами света от зеркала отражаются и тепловые лучи, идущие от солнца.

На этих свойствах вогнутых зеркал основано устройство так называемых гелиостанций, использующих тепло солнца. В месте в ставят паровой котел, на котором собираются тепловые лучи. После достаточного действия их котел настолько нагревается, что вода в нем закипает. Температура в точке в может быть так велика, что самые тугоплавкие металлы, помещенные в ней, будут плавиться.

Интересно посмотреть, что получится, если источник света приближать к зеркалу от главного фокуса в. Посмотрите на чертеж Д рис. 64. Лучи света падают на зеркало под таким большим углом, что после отражения не идут даже параллельно, а расходятся в пространстве. Точка их пересечения, а значит, и изображение получится на продолжении отраженных лучей за зеркалом. То же происходит в опытах и с плоским зеркалом, но изображение в обычном зеркале получалось в натуральную величину, а изображение в вогнутом зеркале будет увеличенным.

Какой замечательный прибор — вогнутое зеркало! Пока источник света или какой-нибудь предмет перемещается на незначительное расстояние от центра кривизны к зеркалу, изображение его совершает гигантский путь. Когда источник света находился к зеркалу немного ближе центра кривизны, изображение его получалось увеличенным и перевернутым. По мере приближения предмета к зеркалу оно, все так же перевернутое, убегало от него и становилось все больше и больше, пока не ушло в пространство. Это было, когда источник света находился в главном фокусе. При дальнейшем приближении источника света к зеркалу изображение, которое мы только что получили в беспредельном пространстве и перед зеркалом, появилось сразу далеко за ним. При этом оно успело перевернуться и стать прямым. Затем с невероятной быстротой оно приближается, уменьшаясь, чтобы наконец столкнуться с источником света в тот момент, когда он прикоснется к зеркалу.

Цветы в воздухе. Изображение, которое дает вогнутое зеркало, можно даже не воспроизводить на бумаге. Оно видно в воздухе настолько ясно и с такими мельчайшими подробностями, что хочется протянуть руку и взять его. И только потому, что в это же время вы видите перед зеркалом тот же предмет, вы сознаете, что это изображение, а не оригинал.

Но если только немного приподнять зеркало, изображение получится не прямо за предметом, а немного выше его. Если заслонить чем-нибудь предмет от глаз зрителей, можно увидеть только одно изображение. На рис. 65 показано, как можно, пользуясь вогнутым зеркалом, ввести глаза в заблуждение.

Поставьте на подставку пустую вазу, а на передней стороне подставки на черном матовом фоне приколите цветы, перевернутые стеблями вверх. Матовый фон, например черный бархат, нужен для того, чтобы не получилось изображение ящика. Букет поместите ниже оптической оси, и изображение его получится выше ее. Изображение букета будет так реально, что невольно несколько раз отойдешь в сторону, чтобы убедиться, что ваза действительно пуста.

Можно спрятать перевернутую статуэтку за подставку и показывать ее стоящей на каком-нибудь пьедестале. С вогнутым зеркалом можно проделать множество интересных опытов.

Шаровидное зеркало. Выпуклое зеркало не так интересно, как вогнутое. Если начертить отражение лучей в выпуклом зеркале, то вы увидите, что отраженные им лучи все-гда расходятся, где бы ни находился источник света. Значит, это зеркало совсем не дает действительных изображений, лежащих перед ним в воздухе. Изображение всегда находится за зеркалом и всегда получается в уменьшенном виде. Такие шаровидные зеркала иногда ставят как украшение в садах, парках и т. п. В них замечательно отражаются в миниатюре окрестности, и получается очень живой пейзаж.

Предметы, находящиеся дальше от шаровидного зеркала, кажутся уменьшенными сильнее, чем более близкие. Поэтому, рассматривая в такое зеркало свое изображение, вы увидите страшную карикатуру на себя. У вас будет выпученный живот, очень маленькие голова и ноги. Если вы приблизите к зеркалу кулак с вытянутым пальцем, он покажется больше головы, а палец — целой дубиной.

Если вы хотите проделать опыты с шаровидным зеркалом, возьмите колбу, налейте в нее серебряной краски или просто черного лака, повертите, чтобы покрылись все стенки, потом вылейте лишний лак и высушите колбу. Попробуйте посмотреться в такое зеркало (рис. 66).

Цилиндрическое зеркало. Возьмите цилиндрическое стекло от лампы или химический стакан и оклейте его внутри гладкой оловянной бумагой. Приклеивается оловянная бумага просто белком яйца. Прижмите бумагу аккуратно ваткой и дайте белку как следует высохнуть. Такое зеркало в продольном направлении имеет свойства простого зеркала, а в поперечном — шаровидного. Если зеркало поставить вертикально, человеческая фигура отразится в нем очень вытянутой, а если поставить его горизонтально, отражение будет сдавленное сверху вниз. Но в обоих случаях оно получается со всеми подробностями и совершенно ясное.

С помощью такого цилиндрического зеркала можно получить обычное изображение, только картинка, которую рассматривают в зеркале, должна быть очень вытянута в ширину. Вы можете сами делать картинки для цилиндрического зеркала. Срисуйте изображение какого-нибудь предмета в этом зеркале, установленном поперек. Отражение будет раздуто с боков. Когда вы поставите свой рисунок перед стоящим зеркалом, раздутые бока сожмутся и изображение получится совершенно правильным.

Очень оригинальными выходят картинки для получения правильного изображения в зеркале, стоящем на них. Одна такая картинка показана у нас на рис. 67. Но рисовать их очень трудно.

Вытянутое изображение без зеркала. Вы, конечно, не раз наблюдали за своей тенью, проходя вечером мимо уличных фонарей. Сначала почти бесформенная тень тянется длиннейшим хвостом сзади, потом очень быстро сокращается, собирается почти в одно пятно под ногами, а затем опять быстро вытягивается в бесформенную полосу впереди. И все же всегда можно найти такую точку зрения, с которой тень будет совершенно правильной формы, точно соответствующей действительным очертаниям тела. Если бы можно было смотреть из фонаря, чтобы глаз находился в том месте, где помещена накаленная нить лампы, наше тело совершенно заслонило бы свою тень, точно слилось бы с ней, хотя снизу тень кажется бесформенной.

Вы можете сделать очень интересный опыт. Вырежьте какую-нибудь фигурку и поставьте ее вертикально на стол перед свечой, а за ней расстелите на столе лист белой бумаги. Очертите карандашом контур тени, которая, конечно, не будет подобна фигурке. Если вы посмотрите на эту тень сквозь маленькое отверстие, сделанное в бумаге, с того места, где прежде был огонь свечи, вы увидите правильный контур фигуры.

Призма. Если вам попадалась стеклянная трехгранная призма и вы пытались посмотреть сквозь нее на лампу, вы, наверное, были удивлены тем, что хотя призма прозрачна, но, как ни вертите ее, огня все же не видно. Но вот вы совершенно случайно повернули призму как-то в сторону и вдруг увидели огонь, но совершенно в другом направлении, окруженный красивой радужной каймой. Вращая призму, вы увидите все окружающие предметы, но только не в том месте, где они действительно стоят. Все предметы, рассматриваемые сквозь призму, окаймлены чудесными радужными полосками. Горы, дома, облака, деревья волшебно играют пестрыми цветами.

Что же случилось со светом, прошедшим через призму? Вы, вероятно, уже замечали, что солнечный луч, упав в какой-нибудь сосуд с водой, идет в воде не по тому направлению, что в воздухе. Получается впечатление, будто в этом месте луч преломлен, как палка (рис. 68, А). Такое преломление всегда бывает, когда луч падает на воду не отвесно, а под каким-нибудь углом. Если опустить перпендикуляр в точку соприкосновения луча с поверхностью воды, то угол а, составленный этим перпендикуляром и падающим лучом, будет больше угла б, составленного продолжением перпендикуляра и лучом, преломленным водой.

Так всегда бывает, когда луч переходит из менее плотной среды, например воздуха, в более плотную, например воду. Угол отклонения луча в разных жидкостях различен даже и при одном и том же угле падения.

Этот опыт можно произвести и наоборот. Если поместить источник света в воде, луч, проходя из более плотной среды в менее плотную, пройдет точно такой же путь, но в обратном направлении, как и в первом случае, т. е. при выходе из воды он отклонится от перпендикуляра. То же самое получится, если луч упадет не под прямым углом на стекло.

Предположим, что линия 1–2 на рис. 68, Б — это плоскость стеклянного тела. Луч, падающий на стекло под острым углом, войдя в более плотную среду, приближается к перпендикуляру (угол а больше угла б).

Если где-нибудь на протяжении этого луча встретится наружная плоскость стекла (например линия 3–4), тогда луч, пройдя в менее плотную среду — в воздух, — опять отклонится от перпендикуляра (угол г больше утла в). На прохождение луча не влияет форма остальной части стеклянного тела. Вы можете стекло слева обрезать, а справа заострить, т. е. сделать из него призму (рис. 68, В).

Теперь вам должно быть ясно, почему луч света в призме отклоняется от своего первоначального направления и почему каждый предмет сквозь призму кажется сдвинутым со своего действительного места. На рисунке вы видите, как нужно держать призму, чтобы увидать свет свечи.

Если вы проделаете опыт преломления с лучами различных цветов: красным, зеленым, голубым и т. д., то найдете, что призма преломляет их неодинаково.

Поставьте между источником света и призмой последовательно красное, голубое и зеленое стекла и уловите на белом экране цветные лучи, выходящие с другой стороны призмы. Вы увидите тогда, что различные цветные лучи отклоняются призмой по-разному. Меньше всего отклоняется красный луч, затем желтый, зеленый. Больше других отклоняются от своего первоначального направления голубой, синий и фиолетовый лучи (рис. 69)[1].

Если вы пропустите сквозь призму белый луч света, например солнечный, то при выходе из призмы он не только отклонится, но еще растянется в полосу, окрашенную во все цвета радуги в той последовательности, как у нас на рис. 69. Цветная полоса, которую дает призма, называется спектром. То, что белый цвет состоит из всех цветов радуги, сейчас знает каждый школьник, но когда физик Ньютон в 1672 году пришел к этому выводу, он был встречен градом насмешек.

Хорошая и большая призма из флинт- или кронгласса стоит очень дорого. Но вы и сами можете сделать совсем неплохую призму.

Если у вас есть аквариум, то две стороны его, сходящиеся под углом, можно использовать как призму.

Чтобы с помощью такой призмы получить спектр от солнечных лучей, установите аквариум, как показано на рис. 70. Опыт этот лучше произвести в комнате, выходящей окнами на восток или запад. Солнце с юга нам не так удобно, потому что стоит в это время слишком высоко. Закройте окно картоном и прорежьте в нем щель шириной в 2 сантиметра и высотой в 10 сантиметров. Лучи солнца широкой лентой пройдут через щель. На пути этих лучей установите аквариум. Позади него на белой бумаге вы получите чудесную цветную ленту. Если вы будете поворачивать аквариум, вы увидите, что в зависимости от его положения спектр становится короче и длиннее. Он делается ярче, когда укорачивается, и тускнеет при удлинении.

Когда солнце стоит высоко и лучи падают очень круто, спектр получается не вполне правильным. Но вы можете поставить за окном зеркало и с его помощью направлять отраженные лучи сквозь щель в горизонтальном направлении.

Другой простой способ получения спектра предложил физик Хопкинс. Его опыт нужно произвести в темной комнате. Призма при этом совсем не нужна. Вместо нее нужны миска с водой и зеркало шириной в 12 сантиметров и высотой в 20 сантиметров.

Луч солнца, пройдя в щель, прорезанную высоко в ставне окна или в листе картона, которым закрыто окно, попадет в миску. Ниже поверхности воды он отразится от зеркала обратно, снова пройдет сквозь воду и опять преломится у ее поверхности (рис. 71). Значит, он преломляется два раза так же, как и в призме. Благодаря этому составляющие его цветные лучи разделяются.

Спектр проектируется на листе бумаги ниже щели, причем получается не горизонтальная, а вертикальная разноцветная лента. Красный цвет — наверху, голубой — внизу.

Что обнаруживает призма? Если вам удастся достать хотя бы самую маленькую призму из флинтгласса, с ее помощью вы сможете произвести очень интересные опыты. Призму достаточно достать высотой даже в 1 сантиметр. Стоить она должна не очень дорого, потому что даже изъяны на призме нам не важны. Важно только, чтобы две стороны были хорошими, а надбитые края не помешают.

Укрепите призму в пробке (рис. 72). Чтобы не пачкать призму клеем, вырежьте в пробке треугольник и вставьте ее туда. За призмой прорежьте в пробке щель и вставьте в нее ровный кусочек картона, окрашенный в черный цвет.

В картоне прорежьте острым ножом щель длиной не более полусантиметра и не шире полумиллиметра. Можно иметь в запасе еще одну картонку с более узкой щелью.

Но сделать ровную щель в картоне очень трудно. Можно сделать по-другому. Наклейте обрезок оловянной бумаги на стеклянную пластинку такой же величины, как и картон, и прорежьте щель ножом по линейке. Так вы получите щель шириной до 1/₁₀ миллиметра или даже еще уже. Только следите за тем, чтобы в щель не попал клей.

На схеме рис. 72 показано, где должна быть сделана щель в пробке для картона или для стекла.

Этот прибор — простейший спектроскоп. Спектроскопы физиков и астрономов — чрезвычайно сложные приборы, и стоят они тысячи рублей. Но с помощью нашего простейшего спектроскопа можно провести много интересных опытов. Однако пользование им требует навыка и терпения.

Схема рис. 72 показывает ход лучей от источника света — спиртовой лампочки — сквозь щель на призму. Лучи дважды преломляются призмой и наконец выходят из нее по направлению б-а. Спектроскоп устанавливается так, чтобы лучи света падали на щель перпендикулярно, а глаз устанавливается в направлении а-б. Вы увидите чудесные краски спектра, которые будут тем гуще и ярче, чем уже щель.

Пользуясь этим прибором, можно исследовать пламя различных источников света. Если вы рассмотрите в спектроскоп пламя свечи или лампы, вы не увидите большой разницы в спектрах. Всегда появляется блестящая лента, в которой один цвет незаметно переходит в другой. Затем попробуйте исследовать спиртовую лампу. Она освещает очень плохо — спектр получается матовый, еле заметный. Если вы вставите в пламя спиртовки тонкую стеклянную трубку, пламя быстро окрасится в желтый цвет. Это происходит благодаря натрию, который входит в состав стекла и светит довольно ярко.

Вы, может быть, ожидали увидеть гораздо более яркий спектр. Напрасно. Вы увидите только более яркую окраску желтой полосы спектра. Натрий не дает при накаливании ни красного, ни зеленого, ни голубого лучей, а только один желтый. Призма обнаруживает это, и не только это: она «видит» еще многие другие тайны.

Посыпьте на фитиль немного поваренной соли. Пламя также сделается ярче, но спектроскоп покажет, что увеличилась только желтая полоса спектра. Что это значит? Очевидно, в поваренной соли есть натрий. Химия подтверждает это; поваренная соль — это действительно хлористый натрий, химическое соединение натрия с хлором.

Достаньте несколько крупинок хлористого лития и хлористого стронция. Вдавите маленький кристаллик лития в ушко штопальной иголки и воткните эту иголку в фитиль, чтобы пламя охватило кристаллик. Сейчас же пламя окрасится в красный цвет, а в спектроскопе вы увидите рядом две яркие полоски — красную и оранжевую. Если повторить этот опыт с хлористым стронцием, пламя также станет красноватым. Но в спектроскопе пламя обнаруживает и другие свойства. В спектре появляются три яркие линии — одна в красной, другая в желтой, третья в голубой части спектра.

Спектроскоп никогда не ошибается. С его помощью мы для каждого вещества открываем особый спектр, который дает только это вещество. Если вещества смешаны, то и тогда опытный химик, взглянув в спектроскоп, скажет, какие именно вещества находятся в пламени. Этот способ определения состава веществ называется в науке спектральным анализом.

С помощью одних только телескопов мы не могли бы узнать, из каких веществ состоят звезды, лучи света которых идут к нам, быть может, тысячелетиями. Маленькое граненое стекло дало ответ на многие наши вопросы. Стекло направляли на звезды, и оно давало ту или иную группу хорошо известных цветных линий.

Линии спектра не только обнаружили, что вещества отдаленных светил находятся в раскаленном состоянии, но сказали нам, какие именно эти вещества. Так люди узнали, что в составе звезд имеются водород, железо, углерод, азот, никель — словом, те же вещества, которые находятся и в нашей Земле. Спектроскоп доказал родственность всех материалов Вселенной.

Радужный круг. С помощью большой лупы вы можете собрать все цветные лучи солнечного спектра снова в одно пятно. Это пятно будет совершенно белым. Лучшего доказательства того, что белый цвет составляется из всех цветов радуги, привести невозможно.

Но можно соединить краски спектра в белый цвет и другим, пожалуй, более простым способом. Вырежьте из картона круг, оклейте его белой бумагой и разделите на секторы, различные по величине, как показало на рис. 73[2]. Окрасьте секторы красками спектра так, чтобы фиолетовая часть занимала самый большой, а оранжевая — самый маленький сектор. Краски накладывайте тонким слоем, но выбирайте чистые яркие цвета. Оклеивать секторы цветной бумагой не стоит, потому что очень трудно найти бумагу, точно соответствующую цветам спектра. Если вы будете быстро вращать этот круг или наденете его на волчок, при хорошем освещении он покажется вам совершенно белым.

Понятно, что цвета смешиваются не в круге: на нем они остаются такими, какими были нарисованы. Смешение происходит в сетчатой оболочке нашего глаза. Сетчатая оболочка обладает свойством задерживать принятые впечатления более долгое время, чем они иногда длятся. Поэтому сетчатая оболочка видит одновременно красный, желтый, зеленый, голубой и другие цвета, хотя они падают на нее последовательно один за другим. Вот почему сетчатка дает впечатление белого цвета.

Но получение белого цвета зависит от правильного выбора красок. Если, несмотря на все старания, вы не получите чистого белого цвета, а вращающийся круг будет казаться вам серым — это не противоречит, конечно, теории, а показывает только, что краски, взятые вами, по силе и чистоте не могут сравниться с настоящими красками спектра.

Почему цветные предметы кажутся иногда черными? С помощью хотя бы аквариума получите в темной комнате хороший солнечный спектр. Только постарайтесь получить его побольше размером.

Возьмите обрезок красной бумаги или материи и попробуйте осветить его лучами спектра. Только подложите его под лучи спектра так, чтобы на него падали, скажем, одни желтые лучи. Вы увидите, что обрезок бумаги покажется вам черным, совсем черным, как хороший черный бархат. Передвиньте обрезок дальше. Во всех цветах он будет черным, и только тогда, когда дойдет до красного цвета спектра, вы снова увидите, что он красный.

То же будет не только с красной бумагой, а с любым предметом любого чистого цвета. Он будет казаться вам черным под всеми лучами, кроме лучей своего цвета.

Объясняется это довольно просто. Почему мы видим предметы красными, зелеными или синими? Зеленые предметы мы видим именно зелеными потому, что из снопа белых солнечных лучей, которыми они освещены, они отражают в наш глаз только зеленые лучи и поглощают лучи всех остальных цветов. Когда эти предметы освещаются цветами, не содержащими зеленых лучей, они кажутся черными, потому что не отражают их.

Поняв это явление, можно проделать несколько очень интересных опытов. Введите в огонь спиртовки конец стеклянной трубки. Вы уже знаете, что огонь станет желтым. Если комната, кроме этого огня, ничем не освещена, вы увидите ее обстановку в довольно странном виде. В букете цветов, например, только белый и желтый цвета будут видны яркими пятнами. Розы почернеют, почернеют васильки, зеленые листья станут черно-бурыми. Под влиянием желтых лучей зеленые предметы не чернеют совершенно, потому что зеленый цвет содержит в себе немного желтой краски. Лица людей кажутся страшными, землисто-черными, губы и десны — почти черными. Глаза становятся какими-то неподвижными и тупыми. Получается мертвая картина, и хочется снова зажечь обычный свет.

Светящийся фонтан. Вы уже видели, что солнечные лучи, падающие на воду под острым углом, вступив в воду, отклонились к перпендикуляру, проходящему сквозь поверхность воды в точке падения луча. Вы знаете также, что возможен обратный ход луча из воды в воздух. Но из воздуха луч света может перейти в воду при всех условиях, а из воды не всегда. Это возможно только тогда, когда угол а (рис. 74, А) будет не очень маленьким. Если угол падения луча на поверхность воды снизу будет равен некоторому, для каждого вещества определенному, углу а или будет меньше его (рис. 74, Б), то луч не пройдет в воздух, потому что поверхность воды при этом действует как зеркало. По закону отражения он опять отражается обратно в воду.

Вы можете легко проверить это, если посмотрите снизу и сбоку на поверхность воды в аквариуме. Вы увидите на поверхности воды отражение пола. Но можно проделать опыт, который докажет явление отражения поверхностью воды еще лучше. На рис. 74, В и Г показаны лучи солнца, падающие из окна на зеркало 3. От этого зеркала лучи отражаются горизонтально.

Чтобы пропустить световой луч в водяную струю, достаньте какую-нибудь четырехгранную жестянку. Сделайте в ней с двух противоположных сторон, поближе ко дну, два отверстия. Одно из них — шириной и высотой примерно по 6 сантиметров — закройте стеклом, а в другое небольшое отверстие вставьте жестяную трубочку длиной в несколько сантиметров. Эту трубочку заткните пробкой. Стекло приклейте к банке сплавом канифоли с воском. Стекло и жестянка должны быть совершенно сухими, иначе клей не пристанет.

Приготовленную таким образом жестянку поставьте на стол так, чтобы световые лучи, отброшенные зеркалом, прошли через стекло в жестяную трубку. Теперь наполните жестянку водой и забелите воду молоком. Под трубку поставьте таз или ведро и откройте пробку. Вода потечет толстой ровной струей. Но луч света не выйдет за пределы струи. Там, где он должен был бы выйти в воздух, например в точке а (рис. 74, В), он отражается от поверхности струи и меняет направление. Так же он отражается, скажем, в точке б, потому что при очень большом угле падения луча внутренняя поверхность струи действует как зеркало.

Струя не выпускает пойманный луч. Вместо белесоватой струи воды вы увидите словно сверкающий расплавленный металл. Это удивительно красивое зрелище. Особенно хорошо получается этот опыт, если затемнить комнату, а к стеклянному окошку приставить лупу, фокус которой направлен в струю воды. Так как вода немного увеличивает фокусное расстояние, лучше всего взять лупу с фокусным расстоянием, составляющим в воде % расстояния между стеклом и концом трубки банки. Вы увидите тогда, как блестящая струя воды падает в ведро и брызги воды блестят как алмазы.

Мираж. В старинном предании рассказывается, что у мифического короля Артура была сестра-волшебница Фата-Моргана. Свою волшебную силу она, по преданию, проявляла, устраивая всевозможные обманчивые воздушные картины. Поэтому явление миража довольно часто называли фата-морганой.

Конечно, явление миража объясняется физическим законом преломления и отражения лучей. Над раскаленной почвой пустыни расстилаются слои воздуха разной температуры, а значит, и разной плотности: более горячие слои внизу, у раскаленной почвы, а более холодные — наверху.

Если на эти слои упадет под некоторым углом луч света б, отраженный вершиной пальмы (рис. 75), он преломится в слоях воздуха примерно так же, как преломлялся бы луч, выходящий из воды в воздух. Правда, здесь преломление луча значительно меньше и луч проходит ряд слоев воздуха. При этом постепенно уменьшается угол наклона его над горизонтом, и наконец наступает момент, когда угол становится таким небольшим, что преломления больше быть не может, и происходит полное внутреннее отражение. Отражающий слой делается как бы зеркалом, и всадник, едущий в пустыне, видит пальму, перевернутую вершиной вниз. Кажется, что она отражается в воде. Но воды нет. Люди и животные находят только голую, раскаленную поверхность пустыни.

На рис. 75 изображение хода лучей при мираже показано условно. Всадник на рисунке находится слишком близко к пальме. На самом деле это явление происходит лишь тогда, когда наблюдатель находится довольно далеко и углы падения лучей света, отражаемых пальмой на раскаленный песок, очень велики.

Нам и самим нетрудно устроить явление миража. Если плита у вас в кухне будет сильно раскалена и вы наклонитесь так, чтобы глаз ваш находился почти на уровне раскаленной плиты, вы увидите тогда, что маленькие предметы, лежащие немного выше поверхности плиты (кусочек хлеба, например), отражаются в плите как в зеркале.

Автор этой книги взял для опыта полосу железа длиной в 80 сантиметров и накалил ее над пятью газовыми горелками. Затем вырезал маленькую пальму вышиной в 2 сантиметра (из белой бумаги) и поставил ее на расстоянии 3 метров от конца полосы (рис. 76). Получилось совершенно отчетливое отражение пальмы, только края его дрожали, как дрожит отражение в воде.

Игра красок в подзорной трубе. Кто имеет маленькую подзорную трубу, хотя бы самодельную, тот может с ее помощью наблюдать игру красок совершенно исключительной красоты.

Подзорная труба ставится на стол и направляется на какой-нибудь отдаленный блестящий, освещенный солнцем предмет. Можно, например, поставить за окном никелированный шар от кровати или другую никелированную часть. Солнце должно так освещать предмет, чтобы он ослепительно блестел.

Из картона вырезается несколько колечек точно по диаметру объектива трубы. Эти колечки нужно сделать как можно уже. На них наклеиваются кружки из оловянной бумаги. В кружках надо предварительно вырезать ряды правильно расположенных отверстий. Вырезать лучше всего острым ножом, положив оловянную бумагу на стекло. Отверстия могут быть сделаны, например, так, как показано на рис. 77.

Если закрыть этим кружком объектив трубы и направить ее на блестящий предмет, вы увидите удивительный, сияющий всеми цветами радуги рисунок.

Рисунок зависит от расположения отверстий на кружке; он меняется с переменой кружков. То, что мы рассматриваем в калейдоскоп, это только тусклая картина по сравнению с тем, что можно увидеть таким способом.

Оптические обманы. В этой книге вы уже читали о многих ошибках нашего зрения. Мы не всегда можем правильно определить размер предмета или расстояние до него.

Посмотрите, например, на рис. 78. Там нарисованы три человека. Задний кажется нам низкорослым, а передний великаном; только средний, рядом с ними, представляется нам человеком нормального роста. Однако измерьте фигурки при помощи линейки с делениями, и вы увидите, что все три фигуры совершенно одинаковой высоты. Этот обман получается только из-за специально вычерченного фона. Все линии фона нарочно сведены в одну точку, чтобы вызвать впечатление перспективы и убедить нас, что передняя фигура находится дальше задней.

Мы привыкли к тому, что более отдаленная фигура всегда кажется нам меньше, а так как она здесь одинаковой высоты с более близкими к нам фигурами, мы считаем ее более высокой, чем соседние. Если вы переведете эти рисунки на бумагу, так же закрасите фигуры черной тушью, но не проведете линий перспективы — обман зрения уже не получится. Вы увидите, что все три фигуры одинакового роста.

Тут вы ошибались в определении высоты фигур. В следующих опытах вы также ошибетесь в определении расстояний.

Взгляните на три шара, помеченные цифрами 1, 2 и 3 на рис. 79. Вам покажется, что они отстоят друг от друга на равном расстоянии. Это обман. Измерьте расстояния, и вы увидите, что шар 1 гораздо ближе к 2, чем шар 3.

Расстояние между первым и вторым шарами кажется нам больше только потому, что оно заполнено предметами. У нас на рисунке между этими шарами нарисованы еще четыре.

Так ошибаемся мы довольно часто: когда солнце склоняется к горизонту, оно кажется нам все больше и больше, потому что мы видим его приближающимся к земным предметам и сравниваем диаметр солнца с земными предметами. Когда же солнце стоит высоко в небе и нигде близко нет предметов, с которыми можно было бы сравнить его размер, оно совсем не кажется нам таким большим.

Такое явление можно заметить, наблюдая диск луны. Мы поражаемся малому диаметру луны, когда она высоко на небе, после того как видели громадный диск ее при восходе.

Некоторое объяснение этому явлению вы сейчас получите. На рис. 80 начерчены две пары концентрических кругов. Мы разберем только внутренние круги. Который из них, по-вашему, больше — левый или правый? Не колеблясь, вы ответите, наверное, что правый. А между тем они совершенно одинаковы. Невозможно отделаться также от ошибочного впечатления, когда вы держите в руках два кольца разной толщины или две трубки со стенками разной толщины, хотя внутренние диаметры их совершенно одинаковы. Вокруг левого внутреннего круга нашему глазу видна на рисунке большая масса, чем вокруг правого, поэтому правый кажется нам меньше сдавленным.

Когда вы смотрите на картину пейзажа, всегда перед вашими глазами два направления: вертикальное и горизонтальное.

Трудно сказать, какое из них вернее оценивается нашими глазами. Скорее горизонтальное, потому что мы привыкли писать и читать написанное горизонтально. Благодаря этому мы приобретаем более верное понятие о длине горизонтальных линий картины.

Рассматривая предметы, расположенные вертикально, мы очень часто ошибаемся в определении их размеров.

Взгляните на рис. 81, на котором видны две линии — горизонтальная и вертикальная.

Наверное, вам кажется, что вертикальная линия по крайней мере на ⅓ длиннее горизонтальной, в то время как они совершенно одинаковы.

Из-за того, что мы хуже определяем размеры вертикальных линий, чем горизонтальных, в большинстве случаев квадрат, нарисованный от руки, оказывается ниже, чем нужно, т. е. его вертикальные стороны короче горизонтальных.

А вот взгляните на два квадрата рис. 82. Один прочерчен вертикальными линиями, другой — горизонтальными. Конечно, всякий скажет, что второй квадрат шире и промежутки между горизонтальными полосками шире, чем между вертикальными. А между тем они совершенно одинаковы. Поэтому люди низкого роста, которые хотят казаться более высокими, часто носят одежду с вертикальными полосами.

Хвосты, усики и другие прибавления, не составляющие корпуса, предмета, который вы хотите измерить на глаз, всегда вводят в заблуждение. На рис. 83 начерчены две совершенно одинаковые линии с усиками, но одни усики направлены внутрь, а другие — наружу. Из-за этого одна линия кажется нам значительно короче, чем другая. Вы можете легко проверить линейкой, что на самом деле они совершенно одинаковы. Рис. 84 обманывает нас из-за косой штриховки. Получается впечатление, будто обе полоски расходятся. На самом же деле они параллельны.

Интересный случай показан на рис. 85. Горизонтальные линии там зачерчены совершенно параллельно одна другой, по линейке, а между тем нам кажется, что они согнуты в середине и на верхнем рисунке расходятся, а на нижнем — сходятся. Даже если вы приложите линейку и убедитесь, что линии эти прямые и параллельные, все-таки не избавитесь от оптического обмана, когда снимете линейку.

Замечательно простой случай оптического обмана показан на рис. 86. Там начерчены три строго параллельные линии, только косо заштрихованные. Наверное, никто из рассматривающих этот рисунок не поверит, что линии параллельны.

Параллельность линий рис. 84, 85 и 86 легко проверить и без линейки. Поднимите книгу на уровень глаз и посмотрите вдоль линий.

Иногда архитекторы, вычерчивая детали здания, умышленно искривляют линии балок, для того чтобы при рассматривании они казались прямыми. В древних постройках часто находят в балках некоторую кривизну в верхней части, сделанную для того, чтобы балки казались прямыми снизу.

А вот посмотрите на рис. 87 и скажите, какая из двух линий под черной балкой составляет продолжение верхней. Вы, может быть, сразу не решитесь определить это, но, рассматривая рисунок, наверняка выберете нижнюю линию и, конечно, ошибетесь.

Забавный обман зрения вызывает также рис. 88. Две части кольца нарисованы одна над другой. Они совершенно одинаковы, но нижняя кажется нам значительно короче верхней. Вы, пожалуй, не сразу заметите, в чем дело. Ведь на нашем рисунке наружные дуги не находятся одна над другой, и вы путаете, сравнивая лежащие рядом наружную дугу одной части кольца и внутреннюю дугу другой части.

Вы, вероятно, смотрели с моста вниз на текущую воду, и в конце концов вам представлялось, что мост поплыл вперед по реке. Если долго смотреть на фабричную трубу, не сводя с нее глаз, нам начинает казаться, что фабричная труба падает. Такое же впечатление вызывают и быстро бегущие над трубой облака.

Иногда облака могут стать действительно причиной падения. Если вы, стоя на площадке трамвая, станете смотреть на плывущие облака, вы очень легко можете свалиться. У вас получится обманчивое впечатление, будто вы падаете, а облака стоят, и, чтобы удержаться от воображаемого падения, вы невольно делаете движение, которое в действительности может привести к падению.

Когда вы смотрите из окна вагона, вам кажется, что поезд стоит, а поля, деревья и дома быстро бегут, и только тряска вагона мешает вам поддаться этому обману. Трудно отделаться от обмана, глядя с моста на воду, так как в этом случае ничто не нарушает впечатления.

На этом же основан ежедневный оптический обман, которому поддаются все люди, хотя и знают сущность явления. Это — кажущееся нам движение Солнца и светил вокруг земного шара. Очень часто нам кажется, что неподвижные предметы движутся. На рис. 89 видны несколько концентрических кругов, промежуток между которыми равен толщине кругов. Если вы пристально посмотрите на рисунок и при этом будете слегка вертеть книгу, круги немедленно начнут вращаться по направлению движения книги. Если вы так же пристально посмотрите на начерченный рядом круг с зубцами, вам покажется, что они бегут в направлении, противоположном движению книги.

Еще интереснее рис. 90. Шесть концентрических кругов окружают зубчатое колесо. Здесь обман зрения поразителен. Если вы будете вращать рисунок, вы увидите, что концентрические круги бегут в том же направлении, что и книга, а зубчатое колесо вращается в обратную сторону.

Стробоскоп. Видимые нами в кино движущиеся изображения также основаны на обмане зрения. Демонстрирование движущихся изображений основано на том, что перед глазами проносится последовательный ряд картин, очень мало отличающихся друг от друга. Наш глаз может отличать различные предметы только тогда, когда ему показывают их не больше десяти-двенадцати в секунду. Если перед глазом проносится большее число почти одинаковых изображений, отличающихся друг от друга как последовательные положения движущегося предмета, то нам кажется, что мы видим движущийся предмет.

Чтобы лучше понять действие кино, вы можете проделать следующий опыт. Прибор для этого опыта — очень забавная игрушка.

На рис. 91 показан кружок, вырезанный из плотного картона. Диаметр его может быть взят в 30–40 сантиметров. Разделите этот круг радиусами на 18–20 частей. На расстоянии 3 сантиметров от краев кружка прорежьте короткие щели шириной примерно в полсантиметра. Под прорезанными щелями на совершенно одинаковом расстоянии от центра кружка приклейте ряд картинок, нарисованных так, чтобы каждая соседняя картинка немного отличалась от предыдущей. Можно нарисовать, например, кузнеца, постепенно на каждой картинке все ниже и ниже опускающего молот и сгибающегося при этом. Когда вы начнете вращать круг перед зеркалом и будете смотреть в прорезы кружка на изображения в зеркале, вам покажется, что кузнец ожил. Он усердно бьет молотом, и вы совсем не видите тех отдельных картинок, которые сами рисовали.

Может быть, вам трудно нарисовать фигуру кузнеца; тогда можете сделать рисунки маятника так, чтобы первое изображение было близко к последнему, как показано на рис. 91, внизу. На этом рисунке видно, как укрепить кружок на изогнутой проволоке, на которой он может вращаться между двумя кусочками пробки.

Со сложными рисунками опыт удается плохо, так что не старайтесь изображать большие картины.

Для того чтобы с помощью стробоскопа можно было рассматривать различные самодельные картинки, нарисуйте их на от-дельных кружках плотной бумаги, а потом прикалывайте эти бумажные кружки к картонному кругу стробоскопа. Вы скоро сможете собрать себе коллекцию различных стробоскопических картин.

Птица в клетке. Еще один опыт показывает, что глаз удерживает на некоторое время впечатление виденного даже тогда, когда предмет уже исчез. На одной стороне небольшого белого кусочка картона нарисуйте клетку, а на другой стороне — птицу.

Рисунки должны находиться друг против друга так, что, если бы вам удалось увидеть сквозь картон оба рисунка, птица оказалась бы в перевернутой клетке.

Если к двум сторонам этого картонного кружка вы привяжете по нитке и ими будете вращать картонку, перед вашими глазами будет появляться то рисунок птицы, то рисунок клетки. Не успевая различить их отдельно, вы увидите птицу, сидящую в клетке.

Таким же образом вы можете нарисовать себе множество различных веселых картинок.

Оптические обманы из-за сильного освещения. Каждое сильно освещенное тело кажется больше, чем оно есть в действительности. Объясняется это тем, что световые лучи, дающие на сетчатке глаза изображение освещенного предмета, раздражают не только те нервы, которые непосредственно встретили изображение, но и окружающие их: близкие — больше, более отдаленные — меньше. Это называется иррадиацией.

Кто видел на берегу моря закат солнца, тот, наверное, наблюдал такое явление. Заходящее солнце кажется погружающимся в воду не на самом горизонте, а перед ним, и даже кажется, что суда, находящиеся на горизонте, могли проплыть за солнцем (рис. 92, вверху). Если вы станете потихоньку опускать свечу позади темного цветного стекла, вы будете видеть верхнюю часть пламени яркой, а нижнюю, находящуюся за стеклом, тусклой. Часть пламени за стеклом покажется вам уже, чем верхняя, потому что эта часть не вызывает в глазах явления иррадиации (рис. 92, внизу). Вы легко поймете теперь, что трудно сравнивать величины различно освещенных предметов.

Отойдите от стола на три шага и решите, какой из двух кружков на рис. 93 больше. Белый левый кружок отражает большее количество световых лучей, поэтому он кажется значительно больше своего действительного размера. На самом деле диаметр его точно равен диаметру соседнего черного кружка. По этой же причине белая женщина на черном фоне кажется больше, чем совершенно черная соседка, хотя они также абсолютно одинаковы.

Многие из вас, вероятно, замечали, что при новолунии часто бывает виден не только блестящий серп, но и остальная часть луны, пепельно-серого цвета. Зная, что и серп, и другая часть луны, так сказать, «начерчены» одним радиусом, вам все же кажется, что рожки серпа как бы обнимают остальную часть луны. Это явление показано на рис. 93, внизу. В действительности на небе рожки серпа выступают еще яснее.

Прочтя о многих примерах оптических обманов, вы, может быть, подумаете, что все, что мы видим вокруг себя, на самом деле не такое, каким нам представляется. Но дело в том, что мы располагаем еще многими другими чувствами, которые взаимно дополняют и контролируют друг друга. Если отдельные наши чувства несовершенны и их легко обмануть, то взятые вместе они дают нам возможность более правильно видеть окружающую нас природу.