Бруно Донат - Физика в играх
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.
Какой замечательный прибор вогнутое зеркало! Пока источник света или какой-нибудь предмет перемещается на незначительное расстояние от центра кривизны к зеркалу, изображение его совершает гигантский путь. Когда источник света находился к зеркалу немного ближе центра кривизны, изображение его получалось увеличенным и перевернутым. По мере приближения предмета к зеркалу оно, все так же перевернутое, убегало от него и становилось все больше и больше, пока не ушло в пространство. Это было, когда источник света находился в главном фокусе. При дальнейшем приближении источника света к зеркалу изображение, которое мы только что получили в беспредельном пространстве и перед зеркалом, появилось сразу далеко за ним. При этом оно успело перевернуться и стать прямым. Затем с невероятной быстротой оно приближается, уменьшаясь, чтобы наконец столкнуться с источником света в тот момент, когда он прикоснется к зеркалу.
Цветы в воздухе. Изображение, которое дает вогнутое зеркало, можно даже не воспроизводить на бумаге. Оно видно в воздухе настолько ясно и с такими мельчайшими подробностями, что хочется протянуть руку и взять его. И только потому, что в это же время вы видите перед зеркалом тот же предмет, вы сознаете, что это изображение, а не оригинал.
Но если только немного приподнять зеркало, изображение получится не прямо за предметом, а немного выше его. Если заслонить чем-нибудь предмет от глаз зрителей, можно увидеть только одно изображение. На рис. 65 показано, как можно, пользуясь вогнутым зеркалом, ввести глаза в заблуждение.
Рис. 65
Поставьте на подставку пустую вазу, а на передней стороне подставки на черном матовом фоне приколите цветы, перевернутые стеблями вверх. Матовый фон, например черный бархат, нужен для того, чтобы не получилось изображение ящика. Букет поместите ниже оптической оси, и изображение его получится выше ее. Изображение букета будет так реально, что невольно несколько раз отойдешь в сторону, чтобы убедиться, что ваза действительно пуста.
Можно спрятать перевернутую статуэтку за подставку и показывать ее стоящей на каком-нибудь пьедестале. С вогнутым зеркалом можно проделать множество интересных опытов.
Шаровидное зеркало. Выпуклое зеркало не так интересно, как вогнутое. Если начертить отражение лучей в выпуклом зеркале, то вы увидите, что отраженные им лучи всегда расходятся, где бы ни находился источник света. Значит, это зеркало совсем не дает действительных изображений, лежащих перед ним в воздухе. Изображение всегда находится за зеркалом и всегда получается в уменьшенном виде. Такие шаровидные зеркала иногда ставят как украшение в садах, парках и т. п. В них замечательно отражаются в миниатюре окрестности, и получается очень живой пейзаж.
Предметы, находящиеся дальше от шаровидного зеркала, кажутся уменьшенными сильнее, чем более близкие. Поэтому, рассматривая в такое зеркало свое изображение, вы увидите страшную карикатуру на себя. У вас будет выпученный живот, очень маленькие голова и ноги. Если вы приблизите к зеркалу кулак с вытянутым пальцем, он покажется больше головы, а палец — целой дубиной. Если вы хотите проделать опыты с шаровидным зеркалом, возьмите колбу, налейте в нее серебряной краски или просто черного лака, повертите, чтобы покрылись все стенки, потом вылейте лишний лак и высушите колбу. Попробуйте посмотреться в такое зеркало (рис. 66).
Рис. 66
Цилиндрическое зеркало. Возьмите цилиндрическое стекло от лампы или химический стакан и оклейте его внутри гладкой оловянной бумагой. Приклеивается оловянная бумага просто белком яйца. Прижмите бумагу аккуратно ваткой и дайте белку как следует высохнуть. Такое зеркало в продольном направлении имеет свойства простого зеркала, а в поперечном — шаровидного. Если зеркало поставить вертикально, человеческая фигура отразится в нем очень вытянутой, а если поставить его горизонтально, отражение будет сдавленное сверху вниз. Но в обоих случаях оно получается со всеми подробностями и совершенно ясное.
Рис. 67
С помощью такого цилиндрического зеркала можно получить обычное изображение, только картинка, которую рассматривают в зеркале, должна быть очень вытянута в ширину. Вы можете сами делать картинки для цилиндрического зеркала. Срисуйте изображение какого-нибудь предмета в этом зеркале, установленном поперек. Отражение будет раздуто с боков. Когда вы поставите свой рисунок перед стоящим зеркалом, раздутые бока сожмутся, и изображение получится совершенно правильным.
Очень оригинальными выходят картинки для получения правильного изображения в зеркале, стоящем на них. Одна такая картинка показана у нас на рис. 67. Но рисовать их очень трудно.
Вытянутое изображение без зеркала. Вы, конечно, не раз наблюдали за своей тенью, проходя вечером мимо уличных фонарей. Сначала почти бесформенная тень тянется длиннейшим хвостом сзади, потом очень быстро сокращается, собирается почти в одно пятно под ногами, а затем опять быстро вытягивается в бесформенную полосу впереди. И все же всегда можно найти такую точку зрения, с которой тень будет совершенно правильной формы, точно соответствующей действительным очертаниям тела. Если бы можно было смотреть из фонаря, чтобы глаз находился в том месте, где помещена накаленная нить лампы, наше тело совершенно заслонило бы свою тень, точно слилось бы с ней, хотя снизу тень кажется бесформенной.
Вы можете сделать очень интересный опыт. Вырежьте какую-нибудь фигурку и поставьте ее вертикально на стол перед свечой, а за ней расстелите на столе лист белой бумаги. Очертите карандашом контур тени, которая, конечно, не будет подобна фигурке. Если вы посмотрите на эту тень сквозь маленькое отверстие, сделанное в бумаге, с того места, где прежде был огонь свечи, вы увидите правильный контур фигуры.
Призма. Если вам попадалась стеклянная трехгранная призма и вы пытались посмотреть сквозь нее на лампу, вы, наверное, были удивлены тем, что хотя призма прозрачна, но, как ни вертите ее, огня все же не видно. Но вот вы совершенно случайно повернули призму как-то в сторону и вдруг увидели огонь, но совершенно в другом направлении, окруженный красивой радужной каймой. Вращая призму, вы увидите все окружающие предметы, но только не в том месте, где они действительно стоят. Все предметы, рассматриваемые сквозь призму, окаймлены чудесными радужными полосками. Горы, дома, облака, деревья волшебно играют пестрыми цветами.
Что же случилось со светом, прошедшим через призму? Вы, вероятно, уже замечали, что солнечный луч, упав в какой-нибудь сосуд с водой, идет в воде не по тому направлению, как в воздухе. Получается впечатление, будто в этом месте луч преломлен, как палка (рис. 68, А). Такое преломление всегда бывает, когда луч падает на воду не отвесно, а под каким-нибудь углом. Если опустить перпендикуляр в точку соприкосновения луча с поверхностью воды, то угол а, составленный этим перпендикуляром и падающим лучом, будет больше угла б, составленного продолжением перпендикуляра и лучом, преломленным водой.
Так всегда бывает, когда луч переходит из менее плотной среды, например воздуха, в более плотную, например воду. Угол отклонения луча в разных жидкостях различен даже и при одном и том же угле падения.
Этот опыт можно произвести и наоборот. Если поместить источник света в воде, луч, проходя из более плотной среды в менее плотную, пройдет точно такой же путь, но в обратном направлении, как и в первом случае, то есть при выходе из воды он отклонится от перпендикуляра. То же самое получится, если луч упадет не под прямым углом на стекло.
Предположим, что линия 1–2 на рис. 68, Б — это плоскость стеклянного тела. Луч, падающий на стекло под острым углом, войдя в более плотную среду, приближается к перпендикуляру (угол а больше угла б). Если где-нибудь на протяжении этого луча встретится наружная плоскость стекла (например, линия 3–4), тогда луч, пройдя в менее плотную среду — в воздух, опять отклонится от перпендикуляра (угол г больше угла в). На прохождение луча не влияет форма остальной части стеклянного тела. Вы можете стекло слева обрезать, а справа заострить, то есть сделать из него призму (рис. 68, В).
