Занимательная физика (книга 1) - Яков Перельман

Сейчас было объяснено, что при таких условиях порождается иллюзия телесного образа, выступающего впереди экранной плоскости. Иллюзии, достигаемые “чудесами теней”, чрезвычайно забавны: порой кажется, что брошенный предмет летит прямо в зрителя; какой-нибудь исполинский паук шагает по воздуху в публику, заставляя ее невольно вскрикивать и отворачиваться. Аппаратура здесь крайне проста; она понятна из рис. 134, где Зл и Кр означают зеленую и красную лампы (слева); Р и Q – предметы, помещенные между лампами и экраном; р и q со значками Зл и Кр – окрашенные тени этих предметов на экране; Р1 и Q1 – места, в которых видит эти предметы зритель, смотрящий через окрашенные пленки – зеленую (Зл) и красную (Кр). Когда бутафорский “паук” за экраном переносится из Q в Р, зрителю кажется, что он перебегает из Q1 в P1.

Рис. 134. Секрет “чудес теней”.

Вообще, приближение предмета за экраном к источнику света, обусловливая увеличение тени на экране, создает иллюзию надвигания предмета от экрана на зрителя. Все, что зрителям кажется летящим на них с экрана, движется на самом деле в обратном направлении – от экрана назад к источнику света.

Здесь уместно рассказать о серии опытов, очень нравившихся посетителям “Павильона занимательной науки” в Ленинградском ЦПКО на Кировских островах. Один из уголков помещения обставлен, как гостиная. Вы видите мебель в темно-оранжевых чехлах; стол, покрытый зеленой скатертью; на нем – графин с клюквенным морсом и цветы; полка уставлена книгами с цветными надписями на корешках. Сначала все это показывается при обычном белом электрическом освещении. Затем – поворотом выключателя – белое освещение заменяется красным. Это порождает в гостиной неожиданную перемену: мебель становится розовой, зеленая скатерть превращается в темно-лиловую; морс делается бесцветным, как вода; цветы меняют окраску и кажутся совершенно другими; часть надписей на книжных корешках бесследно исчезает…

При новом повороте выключателя уголок заливается зеленым светом – и облик гостиной опять неузнаваемо изменяется.

Все эти занимательные метаморфозы хорошо иллюстрируют ньютоново учение об окраске тел. Сущность учения в том, что поверхность тела имеет всегда цвет не тех лучей, которые она поглощает, а тех, которые она рассеивает, т. е. отбрасывает в глаз наблюдателя. Знаменитый соотечественник Ньютона, английский физик Тиндаль, формулирует это положение так:

“Когда мы освещаем предметы белым светом, то красный цвет образуется от поглощения зеленых лучей, а зеленый – от поглощения красных, между тем как остальные цвета в обоих случаях проявляются. Значит, тела приобретают свой цвет отрицательным способом: окраска – следствие не прибавления, а исключения”.

Зеленая скатерть, следовательно, оттого зеленого цвета при белом освещении, что она способна рассеивать преимущественно лучи зеленые и примыкающие к ним в спектре; прочие лучи она рассеивает в незначительном количестве, большую же их часть поглощает. Если направить на такую скатерть смесь красных лучей с фиолетовыми, то скатерть будет рассеивать почти одни только фиолетовые, поглощая большую часть красных. Глаз получит впечатление темно-лиловой окраски.

Примерна такова же причина и всех прочих цветовых метаморфоз в уголке гостиной. Загадочным представляется лишь обесцвечивание морса: почему красная жидкость при красном же освещении кажется бесцветной? Разгадка в том, что графин с морсом стоит на белой салфетке, разостланной на зеленой скатерти. Если снять графин с салфетки, сразу обнаруживается, что в красных лучах жидкость в графине не бесцветная, а красная. Бесцветной кажется она только рядом с салфеткой, которая в красном освещении делается красной, но которую мы по привычке и по контрасту с темной цветной скатертью продолжаем считать белой. А так как цвет жидкости в графине одинаков с цветом мнимо белой салфетки, то мы невольно приписываем и морсу белый цвет; он становится в наших глазах уже не морсом, а бесцветной водой.

Опыты, подобные описанным, можно проделать и в упрощенной обстановке: достаточно, раздобыв цветные стекла, рассматривать сквозь них окружающие, предметы. (Подобные эффекты описаны в моей книге “Знаете ли вы физику?”.)

Предложите гостю указать пальцем на стене, какой высоты достигнет книга, которую он держит в руках, если поместить ее стоймя на полу. Когда он сделает это, поставьте в самом деле книгу на пол: окажется, что высота ее чуть не вдвое ниже указанной!

Особенно хорошо удается опыт, если спрошенный сам не нагибается для указания высоты, а лишь на словах объясняет вам, в каком месте стены надо сделать пометку. Разумеется, опыт можно проделывать не только с книгой, но и с лампой, шляпой и другими предметами, которые мы обычно привыкли видеть близ уровня наших глаз.

Причина ошибки кроется в том, что все предметы сокращаются, когда мы смотрим вдоль них.

Рис. 135. Размеры башенных часов Вестминстерского аббатства.

Ту ошибку, которую сделал ваш гость при оценке высоты книги, мы делаем постоянно и при определении величины предметов, помещенных очень высоко. Особенно характерна ошибка, которую мы совершаем при определении размеров башенных часов. Мы знаем, конечно, что такие часы очень велики, – и все же представление наше об их величине значительно уступает действительности. Прилагаемый рис.135 изображает циферблат знаменитых часов Вестминстерского аббатства в Лондоне, перенесенный на мостовую улицы.

Люди кажутся букашками в сравнении с ним. И, взглянув на рисующуюся вдали часовую башню, вы отказываетесь верить, что виднеющиеся на башне отверстия равны этим часам по размерам.

Взгляните издали на рис. 136 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. 136. 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 1/5 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. 136 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. 137. 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.