Занимательная физика. Книга 1

Многие не знают, что фотографический аппарат можно устроить и без увеличительного стекла (объектива), пользуясь просто маленьким круглым отверстием. Изображения получаются при этом менее яркие. Любопытное видоизменение такой камеры без объектива представляет «щелевая» камера, в которой вместо дырочки имеются две пересекающиеся щели. В передней части камеры помещаются две дощечки; в одной сделана вертикальная щель, в другой – горизонтальная. Если две дощечки прилегают друг к другу вплотную, изображение получается такое же, как и у камеры с дырочкой, т. е. неискаженное. Совсем иное наблюдается, если дощечки находятся на некотором расстоянии одна от другой (их нарочно делают подвижными); тогда изображение курьезным образом искажается (рис. 97 и 98). Получается скорее карикатура, нежели фотография.

Рис. 97. Фотография-карикатура, полученная с помощью щелевой камеры. Изображение растянуто горизонтально.

Рис. 98. Карикатурная фотография, вытянутая вертикально (получена щелевой камерой).

Чем же объясняется такое искажение? Рассмотрим случай, когда горизонтальная щель находится впереди вертикальной (рис. 99). Через первую щель C лучи от вертикальных линий фигуры D (креста) пройдут как через простое отверстие; задняя щель нисколько не изменит хода этих лучей. Следовательно, изображение вертикальной линии получится на матовом стекле A в том масштабе, который отвечает расстоянию стекла A от стенки C.

Иначе изобразится на стекле горизонтальная линия при том же расположении щелей. Через первую (горизонтальную) щель лучи пройдут беспрепятственно, не перекрещиваясь, пока не достигнут вертикальной щели B; через эту щель лучи пройдут как через дырочку и дадут на матовом стекле A изображение в том масштабе, который отвечает расстоянию A от второй перегородки B.

Рис. 99. Почему щелевая камера дает искаженные изображения.

Короче говоря, для вертикальных линий, при данном расположении щелей, как бы существует одна только передняя щель; для горизонтальных, напротив, – одна только задняя. А так как передняя щель дальше от матового стекла, нежели задняя, то все вертикальные протяжения должны получиться на стекле A в большем масштабе, нежели горизонтальные: изображение будет как бы вытянуто по вертикальному направлению.

Наоборот, при обратном расположении щелей должны получиться изображения, вытянутые в горизонтальном направлении (ср. рис. 97 и 98).

Понятно, что при косом размещении щелей будут получаться искажения соответственно иного рода.

Такой камерой можно пользоваться для получения не одних лишь карикатур. Она пригодна и для более серьезных практических целей, например для того, чтобы приготовить варианты архитектурных украшений, узоров для ковров, обоев и т. п., вообще получать орнаменты и узоры, по желанию растянутые или сжатые в определенном направлении.

Задача о солнечном восходе

Некто наблюдал восход солнца ровно в 7 часов. В котором часу наблюдал бы он тот же восход, если бы свет распространялся мгновенно?

Зная, что свет проходит от Солнца до Земли в 8 минут, отвечают обыкновенно, что наблюдатель при мгновенном распространении света увидел бы восход Солнца на 8 минут ранее – т. е. в 6 часов 52 минуты.

Однако такое решение неверно: расстояние от Солнца до Земли и скорость света тут совершенно не при чем.

Восход Солнца над горизонтом происходит не вследствие действительного движения Солнца, а вследствие вращения земного шара, который повертывает в уже освещенное пространство разные точки своей поверхности. Поэтому наблюдатель и при мгновенном распространения света заметил бы восход Солнца в тот же самый физический момент, что и при немгновенном распространении света, – т. е. ровно в 7 часов.

Если же принять во внимание так называемую атмосферическую рефракцию, то дело изменится. Рефракция искривляет путь лучей в воздухе и тем самым позволяет нам видеть восход Солнца ранее его появления над геометрическим горизонтом.

При мгновенном распространении света рефракции не будет – так как преломление обусловливается различием скоростей света в разных средах. Отсутствие же рефракции повлечет за собой то, что наблюдатель увидит восход Солнца немного позже, чем при немгновенном распространении света; эта разница, в зависимости от широты места наблюдения, температуры воздуха и других условий, колеблется от 2 минут до нескольких дней и даже более (в полярных широтах).

Таким образом, получается парадокс: при мгновенном (т. е. бесконечно быстром) распространении света мы увидим восход Солнца позднее, чем при немгновенном!..

Глава XОтражение и преломление света

Обводный путь световых лучей

Пользуясь зеркалами, можно заставить свет идти не прямо, а по ломаной линии, обходя непрозрачные предметы. Это свойство света пока не получило применения в практической жизни, – если не считать игрушек и фокусов.