Физика на каждом шагу - Яков Перельман

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.

Первые наблюдения в зрительную трубу

Впервые зрительная труба была направлена на небо в 1609 г. гениальным Галилеем, изготовившим трубу собственными руками. Восхищенный теми открытиями, которые ему удалось сделать на небе с помощью этого инструмента, он поспешил напечатать подробный рассказ о них.

Далее мы приводим краткое извлечение из этого рассказа.

«Предлагаю в этом малом сочинении нечто великое для рассмотрения и размышления каждому изучающему природу; говорю «великое», основываясь на важности предмета, на новизне его, от века не слыханной, а также и на том, что дело идет об орудии, делающем весьма многое доступным нашему глазу Великое, конечно, дело – узнать о существовании бесчисленного множества новых, невиданных до сих пор неподвижных звезд, далеко превосходящих численностью те, которые до настоящего времени могли быть усмотрены невооруженным зрением. Восхитительно смотреть на луну, удаленную от нас почти на 60 земных радиусов, как если бы она отстояла только на 2 таких радиуса. Смотря на луну при таких условиях, всякий заметит, что она не имеет гладкой, полированной поверхности, но представляет неровности и возвышения, подобно земной поверхности, покрыта огромными горами, глубокими пропастями и обрывами. Прекратить все споры о Млечном пути и обнаружить его истинный состав не за малое, полагаю, должно быть почитаемо. Скажу об открытии 4 блуждающих звезд[21], которые никто не наблюдал еще до нас; эти светила обращаются в определенные периоды времени около одной из известных планет, подобно тому как Венера и Меркурий обращаются вокруг Солнца. Все это я открыл несколько дней назад при помощи придуманного мною зрительного снаряда.

«Тому назад около десяти месяцев дошел до меня слух, что каким-то голландцем устроен инструмент, благодаря которому предметы, находящиеся на далеком расстоянии, кажутся как бы близ нас помещенными и могут быть рассматриваемы с ясностью. Действие этого удивительного снаряда подвергнуто было многим опытам, достоверности которых одни верили, другие нет. Все это так заинтересовало меня, что я посвятил все свои труды на изыскание научных начал и средств, которые делали бы возможным устройство инструмента подобного рода, и скоро нашел желаемое, основываясь на законах преломления света.

«Прежде всего я приготовил себе свинцовую трубку, в оконечности которой вставил по стеклу, из которых одно было плоско-выпуклое, другое – плоско-вогнутое. Приближая затем глаз к вогнутому стеклу, я нашел, что предметы, на которые была направлена труба, увеличиваются и как бы приближаются; именно, все предметы казались в три раза ближайшими и, следовательно, в девять раз большими, чем они представляются нам, когда смотрим на них невооруженным глазом. После этого я устроил другую, более совершенную трубку, увеличивавшую отдаленные предметы более чем в 60 раз. Наконец, не щадя труда и издержек, я дошел до того, что приготовил себе такую трубку, которая увеличивала предметы в 1 000 раз и таким образом приближала их на расстояние, более чем в 30 раз ближайшее действительного. Было бы совершенно бесполезным говорить, какие выгоды представляет такой снаряд как на суше, так и на море. Но, оставив земные предметы, я с моим орудием обратился к небесным и прежде всего взглянул на луну, приблизившуюся ко мне на расстояние лишь двух земных радиусов. Затем с неописуемым наслаждением я много раз наблюдал неподвижные и блуждающие звезды.