Физика на каждом шагу - Перельман Яков Исидорович (прочитать книгу TXT) 📗

Вниз головой

Когда Иван Иванович еще до ссоры с Иваном Никифоровичем пришел в гости к своему приятелю (мы говорим, конечно, о героях известной повести Гоголя), он стал свидетелем любопытного физического явления: «Комната, в которую вступил Иван Иванович, была совершенно темна, потому что ставни были закрыты, и солнечный луч, проходя в дыру, сделанную в ставне, принял радужный цвет и, ударяясь в противоположную стену, рисовал на ней пестрый ландшафт из очеретянных крыш, дерев и развешенного на дворе платья, – все только в обращенном виде».

Возможно, что и вам случалось наблюдать описанное явление. Во всяком случае, если в вашей квартире или в квартире вашего товарища имеется окно со ставнями на солнечную сторону, то вы легко можете превратить ее в физический прибор, который носит старинное латинское название «камера-обскура» (по-русски это означает «темная комната»). Вам понадобится только просверлить в ставне небольшое отверстие, которое, если сделать его аккуратно, не испортит ее. Закрыв в солнечный день ставни и двери комнаты, чтобы было темно, вы помещаете против отверстия, на некотором расстоянии, простыню: это ваш «экран». На нем тотчас же появится уменьшенное изображение всего того, что можно видеть из комнаты, глядя в просверленное отверстие. Дома, деревья, животные, люди появятся на экране в натуральных цветах, но в перевернутом виде: дома – вниз крышей, люди и животные – вниз головой и т. п.

Рис. 87

Что доказывает этот опыт? Что свет распространяется по прямым линиям: лучи от верхней части предмета и лучи от нижней его части перекрещиваются в отверстии и идут далее так, что первые лучи оказываются внизу, а вторые – вверху. Если бы лучи света были не прямые, а искривлялись или изламывались, получилось бы совсем иное.

Замечательно, что форма отверстия нисколько не влияет на вид изображения. Просверлите ли вы круглую дырочку или проделаете квадратное, треугольное, шестиугольное отверстия, изображение на экране получается одинаковое. Приходилось ли вам наблюдать на земле под густым деревом овальные светлые кружочки? Это не что иное, как изображения солнца, нарисованные лучами, которые проходят через разнообразные промежутки между листьями. Они кругловатые, потому что солнце круглое, и вытянутые, потому что падают на землю косо; подставьте лист бумаги под прямым углом к лучам солнца – вы получите на нем совершенно круглые пятна. А во время солнечного затмения, когда темный шар луны надвигается на солнце, заслоняя его и оставляя только яркий серп, круглые пятна под деревьями превращаются в маленькие серпы.

Тот аппарат, которым работают фотографы, есть такая же камера-обскура, но только в ее отверстие вставлено увеличительное стекло, для того чтобы изображение получилось ярче и отчетливее. В заднюю стенку вставляется в такой камере матовое стекло, на котором и получается изображение, конечно, вниз головой. Фотограф может рассматривать его, только накрывши камеру и себя темной материей, чтобы посторонний свет не мешал глазам [20].

Некоторое подобие такой фотографической камеры вы можете смастерить сами. Раздобудьте удлиненный закрытый ящик и просверлите в одной его стенке дырочку. Выньте стенку против просверленного отверстия и натяните вместо нее промасленную бумагу: она будет заменять матовое стекло. Поместив ящик в темную комнату и приставив его дырочкой к отверстию в ставне, вы увидите на задней стенке довольно отчетливое изображение наружного мира, опять, конечно, в перевернутом виде.

Впрочем, вы уже не нуждаетесь в темной комнате, вы можете вынести ваш «фотоаппарат» на открытое место и поставить куда угодно. Вам понадобится только покрывать свою голову темной материей, как делают фотографы.

Перевернутая булавка

Сейчас мы беседовали о камере-обскуре, объяснили, как ее сделать, но не сказали одной интересной вещи: каждый из нас носит в себе пару маленьких камер-обскур.

Это – наши глаза. Глаз устроен совершенно наподобие того ящика, который я предлагал вам изготовить. То, что называют «зрачком» глаза, есть не черный кружок на глазу, а отверстие, ведущее в темную внутренность нашего органа зрения. Отверстие это обтянуто снаружи прозрачной оболочкой и прикрыто студенистым, также прозрачным веществом под ней; сзади к зрачку прилегает прозрачный «хрусталик», имеющий форму двояковыпуклого стекла, а вся внутренность глаза, за хрусталиком до задней стенки, на которой рисуются изображения внешних предметов, заполнена прозрачным веществом. Все это не мешает глазу оставаться камерой-обскурой. Изображения эти на дне глаза очень мелки: например, 8-метровый телеграфный столб, который мы видим в расстоянии 20 м от нас, рисуется на дне глаза в виде тончайшей черточки примерно в полсантиметра длиной.

Самое интересное то, что, хотя все изображения получаются в глазу, как и в камере-обскуре, перевернутыми, мы все же видим предметы прямыми. Происходит это переворачивание в силу долговременной привычки: мы привыкли пользоваться своими глазами так, что каждый зрительный образ приводим в естественное положение.

Что это действительно происходит, вы можете проверить на опыте. Постараемся устроить так, чтобы на дне глаза получилось не перевернутое, а прямое изображение предмета. Что мы увидим? Так как мы привыкли переворачивать все зрительные образы, то перевернем и этот образ; мы должны, значит, увидеть не прямое, а перевернутое изображение. Так и бывает в самом деле. Следующий опыт обнаруживает это весьма наглядно.

Проколите булавкой отверстие в почтовой карточке и держите ее против окна или лампы сантиметрах в десяти от правого глаза; впереди же карточки держите булавку так, чтобы ее головка приходилась против дырочки. При таком расположении предметов вы увидите булавку, словно помещенную позади отверстия, а главное – в перевернутом виде.

Двиньте булавку немного вправо – глаз ваш увидит, что она двинулась влево.

Причина та, что булавка на дне глаза рисуется в данном случае не в перевернутом виде, а в прямом. Отверстие в карточке играет здесь роль источника света, отбрасывающего тень от булавки. Тень эта падает на зрачок, и изображение ее получается не перевернутое, так как она чересчур близка к зрачку. На задней стенке глаза получается светлый кружок; это изображение отверстия в карточке. А на нем видны темные очертания булавки – ее тень в прямом виде. Нам же кажется, что мы через отверстие карточки видим булавку позади нее (так как видна только та часть булавки, которая помещается в отверстии), и притом в перевернутом виде, потому что по укоренившейся привычке мы бессознательно переворачиваем все получаемые зрительные образы.

Загадка нашего зрения

Вы уже знаете, что глаз устроен наподобие фотографической камеры и что на матовом стекле такой камеры все представляется в перевернутом виде.

Вам известно также, почему мы видим предметы кругом нас не в перевернутом, а в настоящем их виде. С раннего детства приучаем мы себя видеть вещи не такими, какими рисуются они в нашем глазу.

Другое дело – ребенок, еще не выработавший в себе этой привычки. Руку, которая протягивается к нему с правой стороны, он видит приближающейся слева. Бутылка молока, опускающаяся сверху, кажется ему поднимающейся снизу. Оттого ребенок так беспомощно машет руками, пока не приучится помещать видимые вещи там, где они действительно находятся.

Интересный опыт проделал один американский ученый. Он изготовил очки, перевертывающие все изображения, и стал их всегда носить. Первое время ему казалось, что весь мир перевернулся. Он боялся ступить, чтобы не попасть в беду. Постепенно он научился правильно разбираться в своих ощущениях, начал двигаться уверенно и стал наконец видеть мир через свои диковинные очки совершенно таким, каким и мы его видим. Но всего замечательнее, что, когда он снял очки, мир снова перевернулся в его глазах: пришлось опять переучиваться. Такова сила привычки.