Бруно Донат - Физика в играх
Как можно смотреть сквозь камень. Конечно, это фокус, потому что сквозь непрозрачное тело, как ни смотри, все равно ничего не увидишь. Тут секрет в зеркалах. Прибор для смотрения сквозь непрозрачные предметы сделать нетрудно. Размеры его можете взять какие захотите.
Склейте, например, П-образную картонную коробку длиной 25 сантиметров и высотой 20 сантиметров (рис. 62).
Поперечник коробки можно взять равным 7 сантиметрам. С наружных сторон коротких частей коробки приклейте две трубки Ап Б, ас внутренней, точно против этих трубок, — короткие трубочки а и б. Лучше всего врежьте трубки в стенки коробки, чтобы казалось, что трубки А и a одно целое и также одно целое трубки Б и б. Теперь в коробке надо поместить 4 зеркала З1, 32, З3 и 34. Это самая трудная часть работы.
Зеркала нужно вклеить очень точно, под углом 45° к стенкам коробки. Два верхних зеркала нужно вклеить зеркальной стороной вниз, а нижние — зеркальной стороной кверху. Тогда свет, попавший в трубку, например от свечи, отразится зеркалом 31 под углом 45° и упадет на зеркало 32. От этого зеркала под тем же углом 45° он отразится на зеркало З3, потом на зеркало 34 и, наконец, попадет в наш глаз (рис. 62). Фокус, как видите, простой, и отражение получается таким ясным, что кажется, будто действительно видишь свечу.
Рис. 62
Поставьте между трубками а и б камень, и, кто бы ни посмотрел в трубку А, увидит сквозь камень свечу. Если спрятать нижнюю часть коробки так, чтобы никто не мог подумать, что здесь сделано какое-нибудь приспособление, вряд ли кто догадается, как получается такой замечательный эффект.
Вы, вероятно, не раз замечали, проходя мимо окон магазина, что в них не только хорошо видно все находящееся за окном, но в стеклах, как в зеркале, отражаются прохожие и вся улица. Иногда предметы с улицы так хорошо отражены в оконном стекле, что кажется, будто они стоят в магазине.
Таким свойством обыкновенных стекол можно воспользоваться, чтобы устроить интересный оптический обман. На рис. 63 вы видите стол и поставленный перед ним стул. Между спинкой стула и столом остается промежуток примерно 3/4 метра. Стул покрывается чем-нибудь черным так, чтобы тот, кто будет стоять за стулом, не видел ничего под столом.
На стол поставьте, например, низкую цветочную вазу, а со стороны стула, на краю стола, установите на шнурках большое стекло в наклонном положении. На стул положите букет цветов и осветите букет из-под стола. Цветы отразятся в стекле, а сквозь стекло будет видна и ваза. Наблюдателю покажется, что в вазе появились цветы. Только когда будете показывать кому-нибудь этот опыт, сначала точно установите цветы, стекло и вазу так, чтобы отражение букета получалось на нужном месте.
Рис. 63
Если вы закроете чем-нибудь свечу, цветы из вазы исчезнут. Замените вазу банкой с водой или настоящим аквариумом, но без рыб, а рыбок из золотой бумаги положите на сиденье стула, — и все зрители увидят рыб в аквариуме. Если вы будете удалять свет, рыбки будут исчезать, а когда приблизите свет, — они снова появятся.
Еще не так давно в театрах показывали пьесы с привидениями. Для этого, конечно, были нужны громадные стекла. Изображали, например, борьбу привидения с трусливым или неустрашимым рыцарем. Края стекла при этом заделывали в стены, и тот, кто изображал рыцаря, помещался позади стекла на сцене. Перед стеклом в полу находился большой люк. В этом люке на черном фоне помещался тот, кто изображал привидение. Когда это привидение освещали сильным электрическим светом, зрители видели его прозрачную фигуру на сцене. Меч рыцаря, как казалось зрителю, проникал в тело привидения, но не поражал его. Привидение не знало никаких препятствий: ни столы, ни стулья, ни стены не могли преградить ему дорогу. Если нужно было, чтобы привидение исчезло, достаточно было только нажать кнопку и погасить свет.
В шекспировской драме «Ричард III» таким образом на сцене появлялись духи перед смертью Ричарда.
Вогнутые зеркала. В зеркалах с вогнутой шаровой поверхностью изображения сильно отличаются от получаемых в обычных плоских зеркалах. В опытах со звуками мы пользовались уже вогнутыми зеркалами. Там зеркало отражало звуковые лучи. Поэтому его не обязательно было делать блестящим. Для опытов со светом поверхность зеркала обязательно должна быть полированной — гладкой. Дуги на рис. 64 изображают разрезы вогнутых зеркал. Естественно, что от каждого предмета лучи будут отражаться на внутренних сторонах этих зеркал. Точки К, которые служили нам центрами для построения зеркал, называются центрами кривизны и имеют очень важное значение. Если в эту точку поместить, например, свечу, все лучи от нее будут падать на поверхность зеркала перпендикулярно и отразятся в тех же направлениях (рис. 64, А).
Посмотрим теперь, что произойдет, если мы будем приближать свечу к зеркалу по центральной линии, которая называется оптической осью зеркала. Лучи света будут падать уже не перпендикулярно к поверхности зеркала, кроме одного, центрального луча. Их путь вам легко определить. На рис. 64, Б из точки а, лежащей на оптической оси, проведены три луча. Для того чтобы узнать, куда отразятся эти лучи, достаточно провести радиусы через точки падения лучей на зеркало, так как радиус является перпендикуляром к зеркалу в той точке, куда он проведен. Тогда, отложив по другую сторону радиуса такие же углы, вы увидите, что все отраженные лучи сойдутся в одной точке б, лежащей тоже на оптической оси зеркала, но по другую сторону от центра кривизны.
Рис. 64
В плоском зеркале изображение получается всегда за зеркалом, а в вогнутом может оказаться и перед ним. В этом случае оно может быть уловлено на экране. Если вы поставите перед вогнутым зеркалом в том месте, которое отмечено буквой б, лист бумаги, то на нем получится отчетливое изображение свечи, перевернутой пламенем вниз.
Припомните, что каждая точка освещенного тела является источником света. Проследите по рис. 64, В направление падающих и отраженных лучей от острия до пера стрелки. Так как вы знаете закон отражения, то, построив углы падения и проведя линии отражений, вы увидите, что лучи, исходящие от острия стрелки, после отражения пересекутся под оптической осью, а лучи света, исходящие от пера стрелки, после отражения пересекутся над осью. Таким образом, изображение стрелки получается перевернутым.
Рассматривая этот чертеж, вы поймете, что чем ближе придвигать источник света к зеркалу, тем дальше от него будет помещаться отражение, делаясь все больше по размерам. Придвигая предмет, вы дойдете наконец до такого предела (точка в на рис. 64, Г), который составляет существенную особенность вогнутого зеркала. Все лучи, исходящие из этой точки, уже не пересекаются, а идут параллельно друг другу и главной оси зеркала. Физики говорят, что точка пересечения этих лучей лежит в бесконечности. Так, пока источник света прошел короткий путь от центра кривизны Ж до замечательной точки в, изображение его должно было совершить громадное путешествие. Сперва оно уходило медленно, потом все быстрее и быстрее и наконец ушло в бесконечность.
Если источник света мы поместим на огромном расстоянии от зеркала, тогда его лучи, поступая в зеркало, параллельно отразятся все почти в ту же точку в, находящуюся на половине расстояния между центром кривизны Км центром самого зеркала. Эта замечательная точка в называется главным фокусом зеркала.
У нас есть источник почти идеально параллельных лучей света. Это солнце, так как оно находится от нас на громадном расстоянии. Когда зеркало направлено на солнце, изображение его получается в уменьшенном виде в точке в. Если навести изображение солнца на бумагу, она тотчас же загорится. Это объясняется тем, что вместе с лучами света от зеркала отражаются и тепловые лучи, идущие от солнца.
На этих свойствах вогнутых зеркал основано устройство так называемых гелиостанций, использующих тепло солнца. В месте в ставят паровой котел, на котором собираются тепловые лучи. После достаточного действия их котел настолько нагревается, что вода в нем закипает. Температура в точке в может быть так велика, что самые тугоплавкие металлы, помещенные в ней, будут плавиться.
Интересно посмотреть, что получится, если источник света приближать к зеркалу от главного фокуса в. Посмотрите на чертеж Д рис. 64. Лучи света падают на зеркало под таким большим углом, что после отражения не идут даже параллельно, а расходятся в пространстве. Точка пересечения их, а значит, и изображение получится на продолжении отраженных лучей за зеркалом. То же происходит в опытах и с плоским зеркалом, но изображение в обычном зеркале получалось в натуральную величину, а изображение в вогнутом зеркале будет увеличенным.
