Физика на каждом шагу - Яков Перельман

в полтора раза.

Эхо

Когда произведенный нами звук, отразившись от стены или другой преграды, возвращается и вновь достигает нашего уха, мы слышим эхо. Оно может быть отчетливо лишь тогда, если между возникновением звука и его возвращением проходит не слишком мало времени. Иначе отраженный звук сольется с первоначальным и усилит его, тогда звук «отдается», например, в больших пустых комнатах.

Вообразите, что вы стоите на открытом месте, а прямо перед вами, в 33 м, возвышается дом. Хлопните в ладоши: звук пробежит 83 м до дома, отразится от его стен и вернется обратно. Через сколько времени? Так как он прошел 33 м туда и столько же обратно, т. е. всего 66 м, то он вернется через 66: 330, т. е. через 1/5 секунды. Наш отрывистый звук был настолько короток, что успел прекратиться меньше чем в 1/5 секунды, т. е. прежде чем пришло эхо; оба звука не слились, они слышны были раздельно. Каждое односложное слово – «да», «нет» – мы произносим примерно в пятую долю секунды; поэтому односложное эхо мы слышим, уже находясь на расстоянии 33 м от преграды. Эхо же двусложного слова, при таком расстоянии, сливается с звуком слова, усиливая его и делая неясным; отдельно мы его не слышим.

На каком же расстоянии должна быть преграда, чтобы можно было отчетливо слышать двусложное эхо, например от слов «ура», «ого»? Произнесение таких слов длится 2/5 секунды; за это время звук должен успеть пройти до преграды и обратно, т. е. двойное расстояние до преграды. Но в 2/5 секунды звук проходит

Половина этого, 66 м, и есть наименьшее расстояние до преграды, могущей породить двусложное эхо.

Теперь вы уже сами рассчитаете, что для трехсложного эха требуется расстояние в сотню метров.

Глава шестая Свет и глаз

Страшная тень

– Хочешь увидеть нечто необычайное? – как-то вечером обратился ко мне в детстве старший брат. – Пойдем со мной в соседнюю комнату.

Комната была темная. Брат взял свечу, и мы пошли. Отважно шагал я впереди, смело открыл дверь и храбро вступил первым в комнату. Но тут я застыл; со стены глядело какое-то нелепое чудовище. Плоское, как тень, оно пялило на меня свои глаза.

Признаюсь, я изрядно струсил. И, наверное, кинулся бы бежать, если бы сзади не раздался смех брата.

Оглянувшись, я понял, в чем дело: висевшее на стене зеркало было сплошь закрыто бумажным листом с вырезанными в нем глазами, носом и ртом; брат направлял на него свет свечи так, чтобы отражение этих участков зеркала попадало как раз на мою тень.

Вышел немалый конфуз: я испугался собственной тени! Когда потом я пробовал сыграть ту же шутку с товарищами, я убедился, что расположить зеркало нужным образом не так-то просто. Немало пришлось упражняться, прежде чем я овладел этим искусством. Лучи света отражаются от зеркала по определенным правилам, а именно так, что угол, под каким они встречают зеркало, равен тому углу, под каким они от него отражаются. Когда я узнал это правило, мне уже легко было сообразить, как надо поместить свечу относительно зеркала, чтобы светлые пятна упали как раз в требуемые места тени.

Как измерить силу света?

На двойном расстоянии свеча светит, разумеется, слабее. Но во сколько раз? В два? Нет, не в два: если вы поставите на двойном расстоянии две свечи, они не дадут прежнего освещения. Чтобы получить такое освещение, надо на двойном расстоянии поставить не две, а дважды две – четыре свечи. На тройном расстоянии придется поставить не три, а трижды три, т. е. девять свечей, и т. д. Это показывает, что на двойном расстоянии сила освещения ослабевает в 4 (2 × 2, или 22) раза, на тройном – в 9 (3 × 3, или З2) раз, на четвертном – в 4 × 4 (или 42), т. е. в 16 раз, на 5-кратном – в 5 × 5 (или 52), т. е. в 25 раз, и т. д. Таков закон ослабления света с расстоянием. Мы уже знаем, что таков же и закон ослабления звука: звуки ослабевают на 6-кратном расстоянии не в 6, а в 36 раз.

Зная этот закон, мы можем воспользоваться им, чтобы сравнить между собою яркость двух ламп, вообще двух источников света различной силы. Вы желаете, например, узнать, во сколько раз ваша керосиновая лампа светит сильнее простой свечки; другими словами, хотите определить, сколькими обыкновенными свечами нужно было бы эту лампу заменить, чтобы получить такое же освещение.

Рис. 85. Первый способ измерить силу света

Для этого вы располагаете лампу и зажженную свечу на одном конце стола, а на другом ставите отвесно (зажав, например, между страницами книги) лист белого картона. Недалеко от него, впереди, устанавливаете, также отвесно, какую-нибудь палочку, например карандаш. Он отбрасывает на картон две тени: одну – от лампы, другую – от свечи. Густота этих теней, вообще говоря, различна, потому что обе освещены: одна – яркой лампой, другая – тусклой свечой. Приближая свечу, вы можете достигнуть того, что обе тени сравняются в густоте. Это будет означать, что сейчас сила освещения лампы как раз равна силе освещения свечи. Однако лампа находится дальше от освещаемого ею картона, нежели свеча; измерьте, во сколько раз она дальше, и вы сможете определить, во сколько раз лампа ярче свечи. Если, например, лампа в 3 раза дальше от картона, чем свеча, то яркость ее в 3 × 3 (или З2), т. е. в 9 раз больше яркости свечи. Почему так – легко понять, если вспомнить закон ослабления света.

Рис. 86. Второй способ измерить силу света

Другой способ сравнить силу света двух источников состоит в том, что пользуются масляным пятном на бумаге. Такое пятно кажется светлым, если освещено сзади, и темным, если освещено спереди. Но можно расположить сравниваемые источники по обе стороны пятна на таких расстояниях, что пятно кажется освещенным с обеих сторон одинаково. Тогда остается лишь измерить расстояния источников от пятна и сделать те вычисления, которые мы предлагали в предыдущем случае.

Вниз головой

Когда Иван Иванович еще до ссоры с Иваном Никифоровичем пришел в гости к своему приятелю (мы говорим, конечно, о героях известной повести Гоголя), он стал свидетелем любопытного физического явления: «Комната, в которую вступил Иван Иванович, была совершенно темна, потому что ставни были закрыты, и солнечный луч, проходя в дыру, сделанную в ставне, принял радужный цвет и, ударяясь в противоположную стену, рисовал на ней пестрый ландшафт из очеретянных крыш, дерев и развешенного на дворе платья, – все только в обращенном виде».

Возможно, что и вам случалось наблюдать описанное явление. Во всяком случае, если в вашей квартире или в квартире вашего товарища имеется окно со ставнями на солнечную сторону, то вы легко можете превратить ее в физический прибор, который носит старинное латинское название «камера-обскура» (по-русски это означает «темная комната»). Вам понадобится только просверлить в ставне небольшое отверстие, которое, если сделать его аккуратно, не испортит ее. Закрыв в солнечный день ставни и двери комнаты, чтобы было темно, вы помещаете против отверстия, на некотором расстоянии, простыню: это ваш «экран». На нем тотчас же появится уменьшенное изображение всего того, что можно видеть из комнаты, глядя в просверленное отверстие. Дома, деревья, животные, люди появятся на экране в натуральных цветах, но в перевернутом виде: дома – вниз крышей, люди и животные – вниз головой и т. п.

Рис. 87

Что доказывает этот опыт? Что свет распространяется по прямым линиям: лучи от верхней части предмета и лучи от нижней его части перекрещиваются в отверстии и идут далее так, что первые лучи оказываются внизу, а вторые – вверху. Если бы лучи света были не прямые, а искривлялись или изламывались, получилось бы совсем иное.

Замечательно, что форма отверстия нисколько не влияет на вид изображения. Просверлите ли вы круглую дырочку или проделаете квадратное, треугольное, шестиугольное отверстия, изображение на экране получается одинаковое. Приходилось ли вам наблюдать на земле под густым деревом овальные светлые кружочки? Это не что иное, как изображения солнца, нарисованные лучами, которые проходят через разнообразные промежутки между листьями. Они кругловатые, потому что солнце круглое, и вытянутые, потому что падают на землю косо; подставьте лист бумаги под прямым углом к лучам солнца – вы получите на нем совершенно круглые пятна. А во время солнечного затмения, когда темный шар луны надвигается на солнце, заслоняя его и оставляя только яркий серп, круглые пятна под деревьями превращаются в маленькие серпы.

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].