содержание .. 3 4 5 6 ..
Большая книга занимательных наук (Яков Перельман) - часть 5
Рис. 51. Лучи Солнца греют наклонную крышу сильнее, чем горизонтальную земную поверхность (числа указывают величину углов)
Та же причина вызывает на наших глазах и более грандиозные явления: ведь различие в климатических поясах и временах года обусловлено в значительной степени[15]
изменением угла падения солнечных лучей. Солнце от нас зимой почти на таком же расстоянии, как и летом; оно одинаково удалено от полюсов и экватора (различия в
расстоянии настолько ничтожны, что не имеют значения). Но наклон солнечных лучей к поверхнос ти Земли близ экватора больше, чем у полюсов; летом этот угол больше, чем зимой. Это вызывает заметные различия в температуре дня и, следовательно, в жизни всей природы.
В девяностых годах XIX века продавался любопытный прибор под громким названием: «рентгеновский аппарат». Помню, как я был озадачен,
когда еще школьником впервые взял в руки эту остроумную выдумку: трубка давала возможность видеть буквально сквозь непрозрачные
предметы! Я различал окружающее не только через толстую бумагу, но и
через лезвие ножа, непроницаемое даже для подлинных рентгеновских
лучей. Нехитрый секрет устройства этой игрушки сразу станет вам ясен,
если вы взглянете на рис. 52, изображающий прообраз описываемой трубки. Четыре зеркальца, наклоненных под углом в 45°, отражают лучи несколько раз, ведя их, так сказать, в обход непрозрачного предмета.
Рис. 52. Мнимый рентгеновский аппарат
В военном деле широко пользуются подобными же приборами. Сидя в траншее, можно следить за неприятелем, не поднимая головы над землей и, следовательно, не подставляя себя под огонь неприятеля, если смотреть в прибор, который называется «перископом» (рис. 53).
Чем длиннее путь лучей света от места вступления в перископ до глаза наблюдателя, тем меньше поле зрения, видимое в прибор. Чтобы увеличить
поле зрения, применяется система оптических стекол. Однако стекла поглощают часть света, проникающего в перископ; ясность видимости предметов от этого страдает. Сказанное ставит известные границы высоте перископа; два десятка метров уже являются высотой, приближающейся к пределу; более высокие перископы дают чересчур малое поле зрения и неотчетливые изображения, особенно в пасмурную погоду.
Рис. 53. Перископ
Капитан подводной лодки наблюдает за атакуемым судном также
посредством перископа – длинной трубки, конец которой выступает над водой. Эти перископы гораздо сложнее, чем сухопутные, но сущность та же: лучи отражаются от зеркала (или призмы), укрепленного в
выступающей части перископа, идут вдоль трубы, отражаются в нижней ее части и попадают в глаз наблюдателя (рис. 54).
Рис. 54. Схема перископа подводной лодки
«Чудо» это нередко показывалось в странствующих по провинции
«музеях» и «паноптикумах». Непосвященного оно положительно ошеломляет: вы видите перед собой небольшой столик с тарелкой, а на тарелке лежит… живая человеческая голова, которая двигает глазами, говорит, ест! Под столиком спрятать туловище как будто негде. Хотя подойти вплотную к столу нельзя, – вас отделяет от него барьер, – все же вы ясно видите, что под столом ничего нет.
Когда вам придется быть свидетелем такого «чуда», попробуйте закинуть в пустое место под столиком скомканную бумажку. Загадка сразу разъяснится: бумажка отскочит от… зеркала! Если она и не долетит до стола, то все же обнаружит существование зеркала, так как в нем появится ее отражение (рис. 55).
Рис. 55. Секрет «отрубленной» головы
Достаточно поставить по зеркалу между ножками стола, чтобы пространство под ним казалось издали пустым, – разумеется, в том лишь
случае, если в зеркале не отражается обстановка комнаты или публика. Вот
почему комната должна быть пуста, стены совершенно одинаковы, пол
выкрашен в однообразный цвет, без узоров, а публика держится от зеркала на достаточном расстоянии.
Секрет прост до смешного, но пока не узнаешь, в чем он заключается, прямо теряешься в догадках.
Иногда фокус обставляется еще эффектнее. Фокусник показывает сначала пустой столик: ни под ним, ни над ним ничего нет. Затем приносится из-за сцены закрытый ящик, в котором будто бы и хранится
«живая голова без туловища» (в действительности же ящик пустой). Фокусник ставит этот ящик на стол, откидывает переднюю стенку, – и изумленной публике представляется говорящая человеческая голова.
Читатель, вероятно, уже догадался, что в верхней доске стола имеется откидная часть, закрывающая отверстие, через которое сидящий под столом, за зеркалами, просовывает голову, когда на стол ставят пустой ящик без дна. Фокус видоизменяют и на иной лад, но перечислять все варианты мы здесь не станем; увидев, читатель разгадает их сам.
Есть немало вещей домашнего обихода, с которыми многие люди обращаются нецелесообразно. Мы уже указывали раньше, что иные не умеют пользоваться льдом для охлаждения: ставят охлаждаемые напитки на лед, вместо того чтобы помещать их под лед. Оказывается, что и обыкновенным зеркалом не все умеют пользоваться. Сплошь и рядом, желая хорошо разглядеть себя в зеркале, ставят лампу позади себя, чтобы
«осветить свое отражение», вместо того чтобы осветить самих себя! Многие женщины поступают именно таким образом. Наша читательница, без сомнения, догадается поместить лампу впереди себя.
Вот еще доказательство недостаточного знакомства нашего с обыкновенным зеркалом: на поставленный в заголовке вопрос
большинство отвечает неправильно, хотя все глядятся в зеркало ежедневно. Те, кто убежден, что зеркало можно видеть, ошибаются. Хорошее
чистое зеркало невидимо. Можно видеть раму зеркала, его края, предметы, в нем отражающиеся, но самого зеркала, если только оно не загрязнено,
видеть нельзя. Всякая отражающая поверхность, в отличие от
поверхности рассеивающей, сама по себе невидима. (Рассеивающей называется такая поверхность, которая разбрасывает лучи света по всевозможным направлениям. В общежитии мы называем отражающие поверхности полированными, а рассеивающие – матовыми.)
Все трюки, фокусы и иллюзии, основанные на использовании зеркал, – хотя бы, например, сейчас описанный опыт с головой, – основаны именно на том, что само зеркало невидимо, а видны лишь отражающиеся в нем предметы.
«Разумеется, самих себя, – ответят многие, – наше изображение в зеркале есть точнейшая копия нас самих, сходная с нами во всех подробностях».
Не угодно ли, однако, убедиться в этом сходстве? У вас на правой щеке родинка – у вашего двойника правая щека чиста, но на левой щеке есть пятнышко, которого у вас на этой щеке не имеется. Вы зачесываете волосы направо – ваш двойник зачесывает их налево. У вас правая бровь выше и
гуще левой; у него, напротив, эта бровь ниже и реже, нежели левая. Вы носите часы в правом кармане жилета, а записную книжку в левом кармане пиджака; ваш зеркальный двойник имеет иные привычки: его записная книжка хранится в правом кармане пиджака, часы – в левом жилетном. Обратите внимание на циферблат его часов. У вас таких часов никогда не бывало: расположение и начертание цифр на них необычайное; например, цифра восемь изображена так, как ее нигде не изображают – ИХ, и
помещена на месте двенадцати; двенадцати же нет совсем; после шести следует пять, и т. д.; кроме того, движение стрелок на часах вашего двойника обратно обычному.
Рис. 56. Такие часы имеет при себе двойник, которого вы видите в зеркале
Наконец, у вашего зеркального двойника есть физический недостаток, от которого вы, надо думать, свободны: он левша. Он пишет, шьет, ест
левой рукой, и если вы выразите готовность с ним поздороваться, он протянет вам левую руку.
Нелегко решить, грамотен ли ваш двойник. Во всяком случае, грамотен как-то по особенному. Едва ли удастся вам прочесть хоть одну строку из той книги, которую он держит, или какое-нибудь слово в тех каракулях, которые он выводит своей левой рукой.
Таков тот человек, который притязает на полное сходство с вами! А вы
хотите судить по нему о внешнем виде вас самих…
Шутки в сторону: если вы думаете, что, глядя в зеркало, видите самих себя, – вы заблуждаетесь. Лицо, туловище и одежда у большинства людей
не строго симметричны (хотя мы этого обычно не замечаем): правая половина не вполне сходна с левой. В зеркале все особенности правой половины переходят к левой, и наоборот, так что перед нами является
фигура, производящая зачастую совсем иное впечатление, чем наша собственная.
Фотография проникла к нам в сороковых годах XIX века сначала в виде так называемой «дагеротипии» (по имени изобретателя этого способа
– Дагера) – снимков на металлических пластинках. Неудобство этого способа светописи состояло в том, что приходилось позировать перед аппаратом довольно долго – десятки минут…
«Мой дед, – рассказывал ленинградский физик, проф. Б.П. Вейнберг, – просидел перед фотографической камерой, чтобы получился с него один и притом неразмножаемый дагеротип, – сорок минут!»
Но все же возможность получать портреты без участия художника представлялась настолько новой, почти чудесной, что публика нескоро
привыкла к этой мысли. В старинном русском журнале (1845 г.) рассказан по этому поводу забавный случай:
«Многие еще до сих пор не хотят верить, что дагеротип мог действовать сам. Один весьма почтенный человек пришел заказать свой портрет. Хозяин (т. е. фотограф. – Я. П.) усадил его, приладил стекла, вставил дощечку, посмотрел на часы и вышел. Пока хозяин был в комнате,
почтенный человек сидел как вкопанный; но лишь только хозяин вышел за дверь, господин, желавший иметь свой портрет, не счел нужным сидеть смирно, встал, понюхал табаку, осмотрел со всех сторон дагеротип (аппарат), приставил глаз к стеклу, покачал головой, проговорил «хитрая штука» и начал прохаживаться по комнате.
Хозяин возвратился и, с изумлением остановившись у двери,
воскликнул:
Что вы делаете? Ведь я вам сказал, чтобы вы сидели смирно!
Ну, я сидел. Я только встал, когда вы ушли.
Тогда и надо было сидеть.
Зачем же я буду сидеть напрасно?»
Вам кажется, читатель, что теперь мы далеки от всяких наивных представлений о фотографии. Однако и в наше время большинство людей не освоилось еще вполне с фотографией, и, между прочим, мало кто умеет
смотреть на готовые снимки. Вы думаете, нечего тут и уметь: взять снимок в руки и смотреть на него. Но это вовсе не так просто: фотографические снимки принадлежат к тем предметам обихода, с которыми, при всей их распространенности, мы не умеем правильно
обращаться. Большинство фотографов, любителей и профессионалов, – не
говоря уже об остальной публике, – рассматривают снимки не совсем так, как надо. Почти столетие известно искусство фотографии, и тем не менее
многие не знают, как, собственно, следует рассматривать фотографические
снимки.
По устройству своему фотографическая камера – большой глаз: то, что рисуется на ее матовом стекле, зависит от расстояния между объективом и снимаемыми предметами. Фотографический аппарат закрепляет на пластинке перспективный вид, который представился бы нашему глазу (заметьте – одному глазу!), помещенному на месте объектива. Отсюда следует, что раз мы желаем получить от снимка такое же зрительное впечатление, как и от самой натуры, мы должны:
рассматривать снимок только одним глазом и
держать снимок в надлежащем расстоянии от глаза.
Нетрудно понять, что, рассматривая снимок двумя глазами, мы неизбежно должны увидеть перед собой плоскую картину, а не изображение, имеющее глубину. Это с необходимостью вытекает из особенностей нашего зрения. Когда мы рассматриваем телесный предмет, на сетчатках наших глаз получаются изображения неодинаковые: правый
глаз видит не совсем то же, что рисуется левому (рис. 57). Эта неодинаковость изображений и есть, в сущности, главная причина того, что предметы представляются нам телесными: сознание наше сливает оба неодинаковых впечатления в один
рельефный
образ (на этом, как известно, основано устройство стереоскопа). Иное дело, если перед нами предмет плоский, например поверхность стены; оба глаза получают тогда вполне тождественные впечатления; одинаковость эта является для сознания
признаком плоскостного протяжения предмета.
Рис. 57. Каким кажется палец левому и правому глазу, если держать
руку недалеко от лица
Теперь ясно, в какую ошибку впадаем мы, когда рассматриваем фотографию двумя глазами; этим мы навязываем своему сознанию убеждение, что перед нами именно плоская картина! Когда мы предлагаем обоим глазам снимок, предназначенный только для одного, мы мешаем себе видеть то, что должна дать нам фотография; вся иллюзия, в таком совершенстве создаваемая фотографической камерой, разрушается этим промахом.
Столь же важно и второе правило – держать снимок в надлежащем расстоянии от глаза; в противном случае нарушается правильная перспектива.
Каково же должно быть это расстояние? Для получения полного впечатления надо рассматривать снимок под тем же углом зрения, под каким объектив аппарата «видел» изображение на матовом стекле камеры, или, что то же самое, под каким он «видел» снимаемые предметы (рис. 58). Отсюда следует, что снимок надо приблизить к глазу на расстояние,
которое во столько же раз меньше расстояния предмета от объектива, во сколько раз изображение предмета меньше натуральной величины. Другими словами, надо держать снимок от глаза на расстоянии, которое приблизительно равно фокусной длине объектива.
Рис. 58. В фотографическом аппарате угол 1 равен углу
2
Если мы примем во внимание, что в большинстве любительских аппаратов фокусное расстояние равно 12–15 см[16], то поймем, что мы
никогда не рассматриваем таких снимков на правильном расстоянии от глаза: расстояние лучшего зрения для нормального глаза (25 см) почти вдвое более указанного. Плоскими кажутся и фотографии, висящие на
стене, – их рассматривают с еще большего расстояния.
Только близорукие люди, с коротким расстоянием лучшего зрения (а также дети, способные видеть на близком расстоянии), могут доставить себе удовольствие любоваться тем эффектом, который дает обыкновенный снимок при правильном рассматривании (одним глазом). Держа
фотографию на расстоянии 12–15 см от глаза, они видят перед собой не
плоскую картину, а рельефный образ, в котором передний план отделяется от заднего почти как в стереоскопе.
Читатель, надеюсь, согласится теперь, что в большинстве случаев мы только по собственному неведению не получаем от фотографических снимков в полной мере того удовольствия, какое они могут доставить, и часто напрасно жалуемся на их безжизненность. Все дело в том, что мы не помещаем своего глаза в надлежащей точке относительно снимка и смотрим двумя глазами на изображение, предназначенное только для одного.
Переходя от картин к телесным предметам, зададим себе вопрос: почему, собственно, предметы кажутся нам телесными, а не плоскими? На сетчатке нашего глаза изображение получается ведь плоское. Каким же образом происходит то, что предметы представляются нам не в виде плоской картины, а телами трех измерений?
Здесь действуют несколько причин. Во-первых, различная степень освещения частей предметов позволяет нам судить об их форме. Во- вторых, играет роль напряжение, которое мы ощущаем, когда приспособляем глаза к ясному восприятию различно удаленных частей телесного предмета: все части плоской картины удалены от глаза одинаково, между тем как части пространственного объекта находятся на различном расстоянии, и чтобы ясно видеть их, глаз должен не одинаково
«настраиваться». Но самую большую услугу оказывает нам то, что здесь изображения, получаемые в каждом глазу от одного и того же предмета, не одинаковы. В этом легко убедиться, если смотреть на какой-нибудь близкий
предмет, попеременно закрывая то правый, то левый глаз. Правый и левый глаз видят предметы не одинаково; в каждом рисуется иная картина, и это- то различие, истолковываемое нашим сознанием, дает нам впечатление
рельефа (рис. 57 и 59).
Рис. 59. Стеклянный куб с пятнами, рассматриваемый левым и правым глазом
Теперь представьте себе два рисунка одного и того же предмета: первый изображает предмет, каким он кажется левому глазу, второй – правому. Если смотреть на эти изображения так, чтобы каждый глаз видел только «свой» рисунок, то вместо двух плоских картин мы увидим один
выпуклый, рельефный предмет, даже более рельефный, чем телесные предметы, видимые одним глазом. Рассматривают такие парные рисунки при помощи особого прибора – стереоскопа. Слияние обоих изображений достигалось в прежних стереоскопах при помощи зеркал, а в новейших – с помощью стеклянных выпуклых призм: они преломляют лучи так, что при мысленном их продолжении оба изображения (слегка увеличенные
благодаря выпуклости призм) покрывают одно другое. Идея стереоскопа, как видим, необычайно проста, но тем поразительнее действие, достигаемое столь простыми средствами. Большинству читателей, без сомнения, случалось видеть стереоскопические фотографии различных сцен и ландшафтов. Иные, быть может, рассматривали в стереоскоп и чертежи фигур, изготовленные с целью облегчить изучение стереометрии. В дальнейшем мы не будем говорить об этих более или менее общеизвестных применениях стереоскопа, а остановимся лишь на тех, с которыми многие читатели, вероятно, незнакомы.
При рассматривании стереоскопических изображений можно обойтись и без какого-либо прибора: надо лишь приучить себя соответствующим образом направлять глаза. Результат получается такой же, как и при
помощи стереоскопа, с той лишь разницей, что изображение при этом не
увеличивается. Изобретатель стереоскопа Уитстон первоначально пользовался именно этим естественным приемом.
Рис. 60. Несколько секунд не сводите глаз с промежутка между пятнышками – оба черных пятна сольются в одно
Рис. 61. Повторите то же с этой парой рисунков.
Добившись слияния, перейдите к следующему упражнению
Начните с рис. 60 – пары черных точек. Держите их перед глазами и в течение нескольких секунд не сводите взгляда с промежутка между пятнышками; при этом сделайте такое усилие, словно бы желали рассмотреть предмет, расположенный далее, позади рисунка. Вы увидите
скоро уже не два, а четыре пятна, – кружки раздвоятся. Но затем крайние точки отплывут далеко, а внутренние сблизятся и сольются. Если вы повторите то же с рис. 61 и 62, то в последнем случае в момент слияния
увидите перед собой словно внутренность длинной трубы, уходящей вдаль.
Рис. 62. Когда эти изображения сольются, вы увидите перед собой
словно внутренность трубы, уходящей вдаль
Добившись этого, можете перейти к рис. 63; здесь вы должны увидеть висящие в воздухе геометрические тела. Рис. 64 представит вам длинный коридор каменного здания или туннель, а на рис. 65 вы можете восхищаться иллюзией прозрачного стекла в аквариуме.
Рис. 63. Эти четыре геометрических тела при слиянии изображений кажутся словно парящими в пространстве
Наконец, на рис. 66 перед нами уже целая картина – морской пейзаж.
Научиться такому непосредственному рассматриванию парных
изображений сравнительно нетрудно.
Многие из моих знакомых овладевали этим искусством в короткий срок, после небольшого числа проб. Близорукие и дальнозоркие, носящие очки, могут не снимать их, а смотреть на изображение так, как
рассматривают всякую картину. Пробуйте придвигать или отодвигать от глаз рисунки, пока не уловите надлежащего расстояния. Во всяком случае
нужно проделывать опыты при хорошем освещении – это сильно
способствует успеху.
Рис. 64. Длинный, уходящий вдаль коридор
Рис. 65. Рыбка в аквариуме
Научившись рассматривать без стереоскопа воспроизведенные здесь рисунки, можете воспользоваться приобретенным навыком для рассматривания вообще стереоскопических фотографий, обходясь без
специального прибора… Не надо только чрезмерно увлекаться этим упражнением, чтобы не утомить глаза.
Рис. 66. Стереоскопический ландшафт моря
Если вам не удастся приобрести способность управлять своими
глазами, вы можете, за неимением стереоскопа, пользоваться стеклами
очков для дальнозорких; надо подклеить их под отверстия в картоне так, чтобы смотреть только через внутренние края стекол; между рисунками следует поместить какую-нибудь перегородку. Этот упрощенный стереоскоп вполне достигает цели.
Взгляните издали на рис. 67 и скажите: сколько черных кружков могло бы поместиться в свободном промежутке между нижним кружком и одним из верхних кружков – четыре или пять? Скорее всего, вы ответите, что четыре кружка уместятся свободно, но для пятого, пожалуй, места уже недостанет.
Когда же вам скажут, что в промежутке помещается ровно три кружка, не более, – вы не поверите. Возьмите же бумажку или циркуль и убедитесь, что вы неправы.
Рис. 67. Пустой промежуток между нижним кружком и каждым из верхних кажется больше, нежели расстояние между наружными краями верхних кружков. В действительности же расстояния равны
Эта странная иллюзия, в силу которой черные участки кажутся нашему глазу меньше, нежели белые такой же величины, носит название
«иррадиации». Она зависит от несовершенства нашего глаза, который как оптический аппарат не вполне отвечает строгим требованиям оптики. Его преломляющие среды не дают на сетчатке тех резких контуров, которые получаются на матовом стекле хорошо наставленного фотографического аппарата: вследствие так называемой сферической аберрации каждый
светлый контур окружается светлой каймой, которая увеличивает его размеры на сетчатой оболочке глаза. В итоге светлые участки всегда кажутся нам больше, чем равные им черные. В своем «Учении о цветах» великий поэт Гёте, который был зорким наблюдателем природы (хотя и не всегда достаточно осмотрительным физиком-теоретиком), пишет об этом явлении так:
«Темный предмет кажется меньше светлого той же величины. Если рассматривать одновременно белый круг на черном фоне и черный круг того же диаметра на белом фоне, то последний нам покажется примерно на 000/5 меньше первого. Если черный круг сделать соответственно больше, они покажутся равными. Молодой серп Луны кажется принадлежащим кругу большего диаметра, чем остальная темная часть Луны, которая иногда
бывает при этом различима («пепельный свет» Луны. – Я. П.). В темном платье люди кажутся тоньше, чем в светлом. Источники света, видные из-за края, производят в нем кажущийся вырез. Линейка, из-за которой появляется пламя свечи, представляется с зарубкой в этом месте. Восходящее и заходящее солнце делает словно выемку в горизонте».
В этих наблюдениях все верно, кроме утверждения, будто белый кружок кажется больше равного черного всегда на одну и ту же долю. Прибавка зависит от расстояния, с какого кружки рассматриваются. Сейчас станет понятно, почему это так.
Отодвиньте рис. 67 от глаз подальше, – иллюзия станет еще сильнее, еще поразительнее. Объясняется это тем, что ширина добавочной каймы всегда остается одинаковой; если поэтому в близком расстоянии она увеличивала ширину светлого участка всего на 10 %, то на далеком
расстоянии, когда само изображение уменьшится, та же добавка будет
составлять уже не 10 %, а, скажем, 30 % или даже 50 % его ширины. Указанной особенностью нашего глаза обычно объясняют также странное
свойство рис. 68. Рассматривая его вблизи, вы видите множество белых
кружков на черном поле. Но отодвиньте книгу подальше и взгляните на рисунок с расстояния 2–3 шагов, а если у вас очень хорошее зрение, то с расстояния шагов 6–8; фигура заметно изменит свой вид: вы увидите в ней вместо кружков белые шестиугольники, наподобие пчелиных ячеек.
Рис. 68. На некотором расстоянии кружки кажутся шестиугольниками
Меня не вполне удовлетворяет объяснение этой иллюзии иррадиацией,
с тех пор как я заметил, что черные кружки на белом фоне также кажутся издали шестиугольными (рис. 69), хотя иррадиация здесь не увеличивает, а сокращает кружки. Надо сказать, что вообще существующие объяснения зрительных иллюзий нельзя считать окончательными; большинство же иллюзий и вовсе не имеет еще объяснения (подробнее об этом см. мою
книжечку «Обманы зрения» – альбом оптических иллюзий).
Рис. 69. Черные кружки кажутся издали шестиугольниками
содержание ..
3
4
5
6 ..
Видеть сквозь стены
Говорящая «отрубленная» голова
Впереди или сзади?
Можно ли видеть зеркало?
Кого мы видим, глядя в зеркало?
Чего многие не умеют?
Искусство рассматривать фотографии
На каком расстоянии надо держать фотографию?
Что такое стереоскоп?
Наш естественный стереоскоп
Белое и черное
Какая буква чернее?