Могут ли лучи ломаться?

Ты знаешь, что луч света прямолинеен. Вспомни хотя бы луч, пробившийся сквозь щелку в ставне или в занавесе. Золотой луч, полный кружащихся пылинок!

Но… физики привыкли все проверять на опыте. Опыт со ставнями, конечно, очень нагляден. А что ты скажешь об опыте с гривенником в чашке? Не знаешь этого опыта? Сейчас мы с тобой его сделаем. Положи гривенник в пустую чашку и присядь так, чтобы он перестал быть виден. Лучи от гривенника шли бы прямо в твой глаз, да край чашки загородил им дорогу. Но я сейчас устрою так, что ты снова увидишь гривенник.

Вот я наливаю в чашку воду… Осторожно, потихоньку, чтобы гривенник не сдвинулся… Больше, больше…

Смотри, вот он, гривенник! Появился, словно бы всплыл. Или, вернее, он лежит на дне чашки. Но дно это будто бы поднялось, чашка «обмелела». Прямые лучи от гривенника к тебе не доходили. Теперь лучи доходят.

Но как же они огибают край чашки? Неужели гнутся или ломаются?

Можно в ту же чашку или в стакан наклонно опустить чайную ложечку. Смотри, сломалась!

Конец, погруженный в воду, переломился вверх!

Вынимаем ложечку — она и целая, и прямая.

Значит, лучи действительно ломаются?

 

Да, они ломаются

Сейчас ты в этом окончательно убедишься. Сделаем опыт, похожий на тот, что раскрыл нам секрет солнечного зайчика. Да, да, тот самый, со столом, листом белой бумаги и расческой. Здесь тоже нужно будет расположить лампочку на уровне крышки стола, в полутора-двух метрах от края, на краю поставить редкую расческу, а на стол положить белую бумагу. Только вместо зеркала мы теперь возьмем стакан с водой. Обыкновенный чайный стакан с тонкими стенками. Прорежь в бумаге отверстие по размеру стакана, вставь в него стакан, а бумагу приподними немного, подложив под нее книжки или общие тетради. Нам нужно, чтобы лучи проходили сквозь воду, а не сквозь донышко стакана.

Готово? Смотри: по бумаге протянулись длинные лучи… Они совершенно прямые… Но те, что попали в стакан, сломались! За стаканом они собрались в пучок, а потом разошлись веером! Ну да, конечно, разошлись. Ведь за стаканом они снова совершенно прямые.

Значит, преломление лучей происходит именно в стакане. Точнее, там, где лучи входят в него, и там, где выходят. А то, что они, пройдя через выпуклый, даже круглый стакан, собрались в одной точке, тебя не должно особенно удивлять. Ты ведь уже не раз выжигал узоры на палке с помощью увеличительного стекла. Оно имеет форму чечевички. Знаешь, есть такая крупа — чечевичная? Вроде гороха, только чечевички не круглые, как горошины, а сплюснуты в виде пузатых лепешечек. По-латыни чечевица называется линзой. Поэтому все увеличительные стекла, и все лупы, и вообще все круглые стекла, употребляемые в разных приборах, назвали линзами.

 

Зажигательная льдина

Ты, верно, читал, как один из героев книги Жюля Верна «Путешествия и приключения капитана Гаттераса», доктор Клаубонни, добыл огонь с помощью… куска льда! Из льдины была сделана большая выпуклая линза. Она и собрала в одну точку лучи солнца.

Герои Жюля Верна изготовили свою линзу, вырубив ее топором из глыбы льда и отполировав рукой. Можешь попробовать сделать это более легким способом. Только понадобится форма: большая пиала или миска для салата. Тазик не годится: у него дно плоское, а «зажигательная льдина» должна и посередине быть выпуклой.

Налей в миску чистой воды и выставь на мороз. Когда хорошенько замерзнет, внеси ее в кухню и поставь в большой таз с горячей водой. Как только лед оттает у стенок, вынеси миску снова во двор и выложи готовую «зажигательную льдину» на чистую доску. Возьми ее за края и, обратив к солнцу, попробуй собрать его лучи на комке сухой бумаги.

Если все сделано хорошо, лед зажжет бумагу!

В летнее время «зажигательную льдину» можно приготовить в домашнем холодильнике. Правда, в морозильную камеру холодильника, где получают лед, большая миска не влезет. Но хватит и пиалы средних размеров: ведь летнее солнце горячее!

 

В мир невидимого

Около четырехсот лет назад искусные мастера в Италии и в Голландии научились делать очки. Вслед за очками изобрели лупы для рассматривания мелких предметов. Это было очень интересно и увлекательно: вдруг увидеть во всех подробностях какое-нибудь просяное зернышко или мушиную ножку!

В наш век радиолюбители строят аппаратуру, позволяющую принимать все более удаленные станции. А триста лет назад любители оптики увлекались шлифованием все более сильных линз, позволяющих дальше проникнуть в мир невидимого.

Одним из таких любителей был голландец Антоний ван Левенгук. Линзы лучших мастеров того времени увеличивали всего в тридцать — сорок раз. А линзы Левенгука давали точное, чистое изображение, увеличенное в триста раз!

Словно целый мир чудес открылся перед пытливым голландцем. Левенгук тащил под стекло все, что только попадалось ему на глаза.

Он первый увидел микроорганизмы в капле воды, капиллярные сосуды в хвосте головастика, красные кровяные тельца и десятки, сотни других удивительных вещей, о которых до него никто и не подозревал.

Но не думай, что Левенгуку легко давались его открытия. Это был самоотверженный человек, отдавший исследованиям всю свою жизнь. Его линзы были очень неудобны, не то что теперешние микроскопы. Приходилось носом упираться в специальную подставку, чтобы во время наблюдения голова была совершенно неподвижна. И вот так, упершись в подставку, Левенгук просидел шестьдесят лет!

 

По следам Левенгука

Современные микроскопы дают увеличение в полторы-две тысячи раз, а электронные — даже в 200 тысяч раз. Настоящий микроскоп нам с тобой, конечно, не сделать. Но мы можем соорудить лупу, немного похожую на ту, которой пользовался Левенгук!

Вырежь пластинку из тонкой листовой латуни, меди, цинка или хотя бы из жести от консервной банки. Положи эту пластинку на дощечку и проколи в ней отверстие швейной иглой. Ты, может быть, думаешь, что проколоть пластинку иглой невозможно, что игла сломается?

Да, конечно, она сломается, если дать ей изогнуться. Весь фокус именно в том, чтобы игла не сгибалась.

Для этого подбери длинную корковую пробку. Загони иглу в пробку отвесно. Если окажется, что пробка коротковата и ушко иглы выступает, отломи его.

Затем положи на стол две кости домино или две одинаковые дощечки так, чтобы между ними осталось совсем небольшое пространство. Над этим пространством положи на опоры пластинку, а на нее поставь пробку с иглой.

Если теперь сильно и отрывисто ударить молотком по пробке, игла пробьет пластинку насквозь!

Интересно, что это отверстие само по себе, без всякого стекла, уже увеличивает. Поднеси пластинку к самому глазу и гляди через отверстие хотя бы на книжную страницу, но только с расстояния около двух сантиметров. Невооруженным глазом ты ничего так близко не увидишь. А через отверстие буквы покажутся очень большими, словно не в книге, а на афише!

Таким же способом можно рассматривать, например, маленького жучка, наколотого на булавку, мушиную лапку да и мало ли что еще. Условие только одно: наблюдаемый предмет должен быть очень ярко освещен. Лучше всего держать его против света или отбрасывать на него свет лампы с помощью зеркала.

Маленькое отверстие увеличивает потому, что у его краев лучи тоже преломляются, как в линзе. Но ты можешь вставить в это отверстие линзу, и тогда его увеличительное действие намного усилится. Как это сделать? Возьми на кончик булавки капельку чистой воды или вазелинового масла и «посади» ее в отверстие. Конечно, пластинку нужно держать горизонтально, чтобы наша жидкая «линза» не утекла и не потеряла своей круглой формы. Если капелька мала, добавь еще жидкости. Так ты можешь подобрать «линзу» с большим увеличением.

Только пользоваться ею будет очень неудобно. Пластинку нужно держать неподвижно и горизонтально, а голову — очень близко к ней и тоже совершенно неподвижно. Поработай немножко с этим «микроскопом», и ты поймешь, какое терпение было у Левенгука!

Левенгук пользовался одной линзой. Но уже в его время существовали микроскопы с двумя стеклами. В них изображение, которое давала первая линза, рассматривали не прямо глазом, а через вторую линзу. И эту вторую линзу брали послабее, чтобы было удобнее пристраиваться к ней глазом. Так не только легче было смотреть, но даже еще раз получалось увеличение!

Правда, в те далекие времена микроскопы с двумя линзами были еще очень несовершенны. Они увеличивали всего в несколько десятков раз и давали плохое, нерезкое изображение. Левенгук из своей одной линзы «выжимал» гораздо больше. Но постепенно двухлинзовые микроскопы удалось усовершенствовать, и они далеко превзошли то, что давала линза Левенгука. От них и пошли наши нынешние микроскопы, в которых уже не две линзы, а две группы стекол: одна, обращенная к объекту наблюдения (объектив), другая — к глазу (окуляр).

 

Увеличивает ли увеличительное стекло?

Что за вопрос? Крошечное насекомое, маленький винтик, мелкое колесико от часов кажутся гораздо больше, если их рассматривать через лупу или хотя бы через увеличительное стекло от бабушкиных очков. Видны такие подробности, которых не рассмотришь невооруженным глазом.

Но оказывается, что действие лупы сильно зависит от расстояния. Смотри через лупу на какой-нибудь предмет, постепенно отодвигаясь от него. Вначале изображение увеличивается, затем начнет раздуваться, как мыльный пузырь, заполнит собой всю лупу и, наконец, расплывется и пропадет.

Продолжай отодвигаться. Изображение появится снова, но, для того чтобы его увидеть, нужно будет держать глаз подальше от лупы. Изображение будет увеличенное, но перевернутое. Отодвигайся еще дальше — и это перевернутое изображение будет становиться все меньше, меньше… Скоро оно станет равным предмету, а потом и вовсе уменьшенным. Значит, увеличительное стекло может увеличивать только вблизи. Удаленные предметы увеличительное стекло не увеличивает, не приближает, а словно бы удаляет!

Как же быть, если мы хотим рассматривать в увеличенном виде удаленный предмет? Артиста на сцене, корабль в море, «каналы» на Марсе? Увеличительное стекло даст уменьшенное изображение таких предметов. Но зато предмет далеко, а его изображение получится здесь, близко. Значит, это изображение можно рассматривать через второе увеличительное стекло!

И теперь-то уже изображение можно будет увеличить. Если второе стекло сильнее первого, предмет как бы приблизится к нам! Так удалось создать зрительные трубы, и телескопы, и бинокли. Так увеличительное стекло позволило нам увидеть не только микробов, но и трещины на Луне, и кольца Сатурна, и невообразимо удаленные звезды и туманности!

 

Изображение можно поймать!

Впрочем, поймать можно не всякое изображение. Вот, скажем, мнимое изображение, которое получается в зеркале, можно только увидеть глазом. Поймать его невозможно. В самом деле, возьми лист белой бумаги и постарайся расположиться с ним так, чтобы изображение, даваемое зеркалом, получилось на этом листе, как на экране. Можешь особенно не стараться. Все равно ничего не получится!

А вот линза дает возможность поймать изображение, получить его на листке бумаги, на экране, на фотографической пластинке. Вспомни хотя бы опыт с зажигательным стеклом. Ведь ослепительно яркое пятнышко, прожигающее бумагу, — это пойманное изображение Солнца! Конечно, оно уменьшенное: ведь Солнце очень далеко от нас, а линза только одна. Но оно уже не мнимое, а вполне действительное. Бумага вспыхивает!

С помощью линзы можно получить и другие действительные изображения. Можешь, например, получить на листе бумаги или на белой стене изображение окна твоей комнаты и улицы за ним. Этот опыт лучше всего получается под вечер, когда на улице еще светло, но в комнате уже сгущаются сумерки.

В темной комнате легко получить действительное изображение свечи. На расстоянии 1 м от горящей свечи держи лупу, а в нескольких сантиметрах позади нее — лист белой бумаги. Немного подвигав лупу вперед-назад, ты скоро получишь на бумаге резкое изображение свечи.

Оно будет перевернутое и уменьшенное. Совсем как изображение окна в предыдущем опыте!

Можно получить и увеличенное действительное изображение свечи. Для этого лупу нужно приблизить к свече. Увеличенное изображение тоже будет перевернутым. Действительные изображения ты видел не раз и очень их любишь. Это изображения на экране кино. Ведь объектив кинопроекционного аппарата — это несколько оптических стекол, с помощью которых маленькая картинка на пленке отбрасывается в увеличенном виде на экран!

 

Волшебный фонарь

Так по старинке иногда еще называют проекционный аппарат. Волшебный фонарь ты можешь легко смастерить сам из обыкновенного фильмоскопа и коробки от ботинок. Одну из торцовых стенок коробки разрежь косым крестом, отогни уголки и вставь между ними фильмоскоп. В противоположной стенке вырежь круглое отверстие, вставь в него основание подвесного патрона для электрической лампочки, а «юбку» патрона наверни изнутри коробки. Патрон заряди шнуром с вилкой на конце.

Вверни в патрон лампочку мощностью не более 40 ватт, а в фильмоскоп заряди диафильм. Отрегулировав выдвижение объектива, ты сможешь получить на стене затемненной комнаты увеличенное изображение диафильма.

Так что же здесь волшебного? Вот, скажем, волшебная лампа Аладдина, та действительно оправдывала свое название. Стоило ее потереть — и тут же являлся огромный джинн, готовый построить дворец или разрушить город. А волшебный фонарь сколько ни три, ничего не появится, кроме волдырей на ладони.

И все-таки свое название волшебный фонарь получил неспроста. С его помощью устраивали такие «чудеса», что бедный джинн из арабской сказки позеленел бы от зависти. В храмах Древнего Египта и Эллады появлялись на стенах изображения богов. Источником света для проекции жрецам древности служило солнце.

Лет триста-четыреста назад католические монахи усовершенствовали это изобретение и приладили к нему масляную лампу, вроде керосиновой, только более тусклую. С ее помощью удавалось получать на стенах затемненных церквей очень слабые, туманные изображения. Но и этого было вполне достаточно. Верующие со страху буквально на карачках ползали. А ученые монахи, описывая в своих книгах устройство волшебного фонаря, нарочно выражались неясно, чтобы простые люди не поняли секрет этого «чуда».

Сейчас, конечно, ничего волшебного в волшебном фонаре не осталось. Этим нехитрым аппаратом даже первоклассника не обманешь. И все-таки старый волшебный фонарь помог создать одно настоящее чудо. Ведь он дедушка кинематографа. В кинопроекторе мы видим те же основные части: позади — яркий фонарь, впереди — объектив, а между ними — прозрачная картинка на кинопленке.

Сегодня волшебный фонарь советского кинематографа несет свет науки, свет новых идей в самые отдаленные и глухие уголки страны.

 

Фотоаппарат с дыркой

Одной из основных частей нашего волшебного фонаря была коробка от ботинок. Из такой же коробки можно сделать и фотоаппарат. Правда, снимать он не сможет, но «прицеливаться» будет превосходно.

Самая дорогая часть фотоаппарата — это объектив, сложная комбинация линз. Но мы обойдемся вовсе без объектива. Его заменит маленькая дырочка, просверленная посередине одной из торцовых стенок ящика. Той самой, на которой указан размер, фасон и сорт обуви. А противоположную стенку вырежь. Оставь только узкий кантик, чтобы приклеить к нему промасленную бумагу или чертежную кальку (тоже промасленную). Лучше сначала приклеить, а потом уже промасливать. Ведь к маслу клей не пристанет. А масло лучше взять машинное.

Поставь свой «фотоаппарат» на стол и наведи его дырочкой на окно. На промасленной бумаге получится четкое перевернутое изображение окна и всего, что за ним находится.

Правда, свет в комнате «забивает» это изображение. Поэтому рассматривай его, накрывшись темной материей.

«Аппарат» можно и на улицу выносить, только не забудь темную материю взять с собой.

Изображение получается действительное. Если вместо промасленной бумаги поставить фотографическую пластинку, можно фотографировать. Интересно, что первый фотоаппарат был очень похож на нашу коробку от ботинок! Объектив, затвор, видоискатель — все это появилось позже. А вначале был только ящик с отверстием и с матовым стеклом для наводки, на место которого потом ставили пластинку.