Класс!ная физика



Оптика. Камера-обскура. Волшебный шарик. Опыты

09.2017

ВОЛШЕБНЫЙ ШАРИК


Твой глаз содержит маленькую линзу-хрусталик. Эта линза фокусирует свет. Но, в отличие от стеклянной линзы фотоаппарата, сделана она из живой мышечной такни. Подобно другим видам мышц, хрусталик может сокращаться и растягиваться. Изменяя форму, хрусталик может сфокусировать далекие и близкие объекты на чувствительную к свету часть глаза - сетчатку. Без этой маленькой линзы в нашем глазу весь мир казался бы нам размытым.



Встань напротив белой стены. Убедись, что твое тело достаточно освещено. Возьми стеклянный (прозрачный, без дефектов и вкраплений) шарик и держи его  на расстоянии 10  сантиметров от стены. Посмотри на стену прямо под шариком. Что (или кого) ты видишь?

Теперь поднеси шарик к выбоине или царапине на стене. Подвигай его взад-вперед, чтобы сфокусировать изображение. Как выглядит изображение царапины в шарике?

Стеклянный шарик действует как линза. Лучи света, отраженные твоим телом, падают на шарик, проходят сквозь него и попадают на стену. Если шарик находится на нужном расстоянии от стены, на ней появляется твое уменьшенное изображение.

Совершенно так же, как и линза, шарик увеличивает царапины и трещины в стене, потому что лучи света от них, пройдя через шарик, расходятся.



КАМЕРА-ОБСКУРА


Посмотри вокруг. Все выглядит так, как должно быть. Однако на самом деле твои глаза видят все совсем не так. Хрусталик проецирует на сетчатку изображение вверх ногами, и наш мозг учится «переворачивать» его еще в младенчестве.



Кнопкой проделай отверстие в дне  пластикового стаканчика, ровно по центру. Отрежь кусок кальки размером немного больше, чем диаметр стакана. Накрой им стакан сверху и закрепи с помощью аптечной круглой резинки.
Погаси свет в комнате. Направь стакан отверстием на ярко освещенное окно или настольную лампу. Посмотри через кальку. Что ты видишь? Насколько изображение похоже на реальный предмет?



Поздравляем! Ты только что сделал камеру-обскуру. Лучи света, идущие от лампы, проходят через отверстие, продолжая распространяться по прямой линии.



Благодаря этому лучи, приходящие от верхней части лампы, попадают на нижнюю часть «экрана» из кальки, а лучи, приходящие от нижней части лампы, попадают на верхнюю часть «экрана». Изображение лампы получается перевернутым.
На рисунке показано, как идут лучи в камере-обскуре и как формируется изображение.




КАМЕРА-ОБСКУРА. СДЕЛАЕМ САМИ


Камера-обскура – предок фотоаппарата и была известна давно. Очень может быть, что она была впервые создана как очень упрощенная модель человеческого глаза. Свет от ярко освещенных предметов проходит через маленькое отверстие в передней стенке темного ящика, и на матовом стекле, вставленном в его заднюю стенку, появляется уменьшенное,  перевернутое  изображение.

Кстати, наши глаза тоже видят все «вверх ногами», но мозг так умело переворачивает это изображение, что мы не испытываем никаких неудобств.

Но хотя камера-обскура известна давно, только в середине прошлого века придумали, каким способом закрепить ее изображение — на пластинке, чтобы получить фотографию.

Для изготовления камеры-обскуры возьмите высокую (литровую) коробку из-под молока, хорошо ее вымойте теплой водой и мылом, высушите и отрежьте от нее верхнюю часть на расстоянии 12 сантиметров от дна. В центре дна вырежьте отверстие диаметром 2 сантиметра. Снаружи заклейте его тонкой бумагой и закрасьте черной тушью. Всю коробку внутри тоже закрасьте тушью.



Из отрезанной верхней части коробки, разрезав ее вдоль по одному из ребер, склейте немного уменьшенную вставку, чтобы она плотно входила в нашу коробочку. Ее изнутри тоже покрасьте тушью. Затем один из ее концов заклейте тонкой (писчей) бумагой, а когда клей высохнет, протрите бумагу ваткой, смоченной постным маслом.
Центр донышка коробки, где наклеена черная бумажка, проколите иголкой. Вдвиньте вставку в коробку (промасленная бумага должна быть на внутреннем конце). Закрывшись черной материей, наведите коробку ее маленьким отверстием на окно. Это лучше проделать в комнате в яркий, солнечный день, чтобы все за окном было хорошо освещено. На промасленной бумаге вы увидите изображение окна и всего того, что за ним находится. Изображение будет перевернутое, но очень бледное. Бледность изображения объясняется маленьким отверстием в передней стенке камеры: оно пропускает мало света. Вдвигайте и выдвигайте вставку и посмотрите, как это влияет на изображение.

Начните постепенно увеличивать отверстие. Изображение будет становиться более ярким, но менее резким. Если у вас есть двояковыпуклая линза, то, увеличив еще отверстие до размера с копеечную монету, приложите к нему линзу и, вдвигая и выдвигая вставку, следите, что получится на промасленной бумаге. Двигая вставку, можно добиться четкого изображения.

С помощью подобной камеры можно даже получить фотографический снимок, заменив промасленную бумагу фотографической пластинкой или пленкой. Но наша камера слишком примитивна для этого. Камера для фотографирования должна быть совсем непроницаемой для постороннего света. У нее должен быть затвор, чтобы обеспечить нужную выдержку. И вообще самим делать фотоаппарат не имеет никакого смысла. В продаже есть сейчас недорогие аппараты, с помощью которых можно получать отличные снимки. А наша задача была — проследить, как в камере возникает изображение, и познакомиться с далеким предком современных фотоаппаратов.




ВВЕРХ НОГАМИ


Нас обманывают! Каждую минуту, с самого рождения и до сих пор! Хотя мы и не осознаем этого, но человеческий мозг постоянно переворачивает все, что видят глаза, нужной стороной вверх. Без этого весь мир казался бы нам вверх тормашками, ведь именно так изображения всех предметов попадают на нашу сетчатку.

Но представим себе, что каким-то образом изображение предмета будет спроектировано на сетчатку в правильном положении. Что тогда? Поймет ли мозг это и оставит изображение так, как оно есть, или же перевернет его вверх ногами?



Булавкой проткни маленькое отверстие в центре карточки-открытки. Встань напротив ярко освещенного окна. Поднеси карточку к глазам на расстояние около 10 сантиметров и посмотри за окно сквозь отверстие.
Возьми булавку так, чтобы ее головка смотрела вверх, и осторожно помести ее между своим глазом и карточкой.
Сначала сделай так, чтобы булавочная головка находилась прямо под отверстием. Теперь медленно поднимай ее, в то же время смотря в отверстие. С какой стороны булавка пересечет отверстие - сверху или снизу? Верни булавочную головку на уровень отверстия. Опиши, что ты видишь.



Обычно идущие от объекта лучи пересекаются, проходя через зрачок глаза. Это создает на сетчатке перевернутое изображение, которое мозг научился переворачивать.

В этом опыте ты создал уникальную ситуацию. Лучи света, пройдя через отверстие в карточке, не будут больше пересекаться, а будут только расходиться. При прохождении через зрачок они создадут на сетчатке изображение, которое будет правильно ориентировано. Однако твой мозг научен переворачивать все, что ты видишь. Поэтому,  несмотря на то, что изображение правильно ориентировано, мозг все равно перевернет его!

Источник: Майкл ди Специо «Занимательные опыты», Ф. Рабиза "Опыты без приборов", "Забавная физика"





Устали? - Отдыхаем!

Вверх