«Беседы о натурфилософии»

43.(Pg. 156) How major and minor thirds?

44.(Pg. 156) What is meant by melody, and in what particular does it differ from harmony?

Plate xv.

БЕСЕДА XIV. ОБ ОПТИКЕ.

OF LUMINOUS, TRANSPARENT, AND OPAQUE BODIES. OF THE RADIATION OF LIGHT. OF SHADOWS. OF THE REFLECTION OF LIGHT. OPAQUE BODIES SEEN ONLY BY REFLECTED LIGHT. VISION EXPLAINED. CAMERA OBSCURA. IMAGE OF OBJECTS ON THE RETINA.

КЭРОЛАЙН.

Мне не терпится начать наш урок сегодня, миссис Б., ибо я ожидаю, что он будет очень занимательным.

Миссис Б. Оптика — это та ветвь философии, которая рассматривает природу и свойства света. Это, безусловно, одна из самых интересных ветвей натурфилософии, но не одна из самых легких для понимания; поэтому я должна попросить вас уделить мне ваше безраздельное внимание.

Сначала я спрошу, понимаете ли вы значение светящегося тела, непрозрачного тела и прозрачного тела.

Кэролайн. Светящееся тело — это то, которое светится; непрозрачное...

Миссис Б. Не переходите ко второму, пока мы не договоримся об определении первого. Не все тела, которые светятся, являются светящимися; ибо светящееся тело — это то, которое светится собственным светом; как солнце, огонь, свеча и т. д.

Эмили. Значит, полированный металл, когда он блестит с таким блеском, не является светящимся телом?

Миссис Б. Нет, ибо он был бы темным, если бы не получал свет от светящегося тела; поэтому он относится к классу темных, а также непрозрачных тел, который включает в себя все те, которые не являются ни светящимися, ни пропускающими свет сквозь себя.

Эмили. А прозрачные тела — это те, которые пропускают свет сквозь себя, такие как стекло и вода.

Миссис Б. Вы правы. Прозрачные или просвечивающие тела часто называют средами, потому что они позволяют лучам света проходить сквозь них; и говорят, что лучи, которые проходят сквозь них, ими передаются.

Свет, когда он исходит от солнца или любого другого светящегося тела, проецируется вперед по прямым линиям во всех возможных направлениях; так что светящееся тело является не только общим центром, из которого исходят все лучи; но каждая его точка может рассматриваться как центр, который излучает свет во всех направлениях. (Рис. 1, таблица 15.)

Эмили. Но не мешают ли лучи, которые проецируются в разных направлениях и пересекают друг друга, и не препятствуют ли они ходу друг друга?

Миссис Б. Вовсе нет. Частицы света настолько чрезвычайно малы, что никогда не было замечено, чтобы они мешали друг другу. Луч света — это одиночная линия света, проецируемая от светящегося тела; а пучок лучей — это совокупность лучей, исходящих из любой одной точки светящегося тела, как на рис. 2.

Кэролайн. Является ли свет тогда субстанцией, состоящей из частиц, как и другие тела?

Миссис Б. Это спорный вопрос, по которому я не могу претендовать на решение. В некоторых отношениях свет подчиняется законам, управляющим телами; в других он кажется независимым от них: так, хотя его путь направляется законами движения, он, по-видимому, не подвержен влиянию законов гравитации. Никогда не было обнаружено, чтобы он имел вес, хотя было проведено множество интересных экспериментов с целью выяснения этого вопроса; но мы настолько невежественны в отношении сокровенной природы света, что попытка исследовать ее завела бы нас в лабиринт недоумения, если не ошибок; поэтому мы ограничим наше внимание теми свойствами света, которые хорошо установлены.

Вернемся к изучению эффектов излучения света от светящегося тела. Поскольку лучи света проецируются по прямым линиям, когда они встречают непрозрачное тело, через которое они не могут пройти, они останавливаются на своем пути; ибо они не могут двигаться по кривой линии вокруг тела.

Кэролайн. Нет, конечно; ибо потребовалась бы какая-то другая сила, кроме силы проекции, чтобы произвести движение по кривой линии.

Миссис Б. Прерывание лучей света непрозрачным телом, следовательно, создает темноту на противоположной его стороне: и если эта темнота падает на стену, лист бумаги или любой другой объект, она образует тень.

Эмили. Тень, значит, — это не что иное, как темнота, вызванная вмешательством непрозрачного тела, которое препятствует лучам света достичь объекта за ним.

Кэролайн. Почему тогда тени имеют разную степень темноты; ведь я бы предположила, исходя из вашего определения тени, что она должна быть совершенно черной?

Миссис Б. Часто случается, что тень создается непрозрачным телом, прерывающим ход лучей от одного светящегося тела, в то время как свет от другого достигает пространства, где образуется тень; в этом случае тень пропорционально слабее. Это происходит, когда непрозрачное тело освещается двумя свечами: если вы погасите одну из них, тень станет и глубже, и отчетливее.

Кэролайн. Но все же она не будет совершенно темной.

Миссис Б. Потому что она все еще слегка освещена светом, отраженным от стен комнаты и других окружающих объектов.

Вы должны также заметить, что когда тень создается прерыванием лучей от одного светящегося тела, темнота пропорциональна интенсивности света.

Эмили. Я бы предположила обратное; ибо, поскольку свет, отраженный от окружающих объектов на тень, должен быть пропорционален интенсивности света, чем сильнее свет, тем больше будет освещена тень.

Миссис Б. Ваше замечание совершенно справедливо; но поскольку у нас нет средств для оценки степеней света и темноты, кроме как путем сравнения, самый сильный свет будет казаться производящим самую глубокую тень. Отсюда полное солнечное затмение вызывает более ощутимую темноту, чем полночь, так как оно непосредственно контрастирует с сильным светом полудня.

Кэролайн. Появление солнца после затмения должно, благодаря тому же контрасту, казаться удивительно ярким.

Миссис Б. Конечно. Есть несколько вещей, которые следует заметить в отношении формы и размера теней. Если светящееся тело А (рис. 3) больше непрозрачного тела B, тень будет постепенно уменьшаться в размере, пока не закончится в точке.

Кэролайн. Это случай с тенями Земли и Луны; так как Солнце, которое освещает их, больше любого из этих тел. И почему это не так с тенями земных объектов? Их тени, далеко не уменьшаясь, всегда больше объекта и увеличиваются с расстоянием от него.

Миссис Б. При оценке эффекта теней мы должны учитывать размеры светящегося тела; когда светящееся тело меньше непрозрачного тела, тень будет увеличиваться с расстоянием. Это лучше всего будет проиллюстрировано наблюдением тени объекта, освещенного свечой.

Эмили. Я часто замечала, что тень моей фигуры на стене становится больше по мере того, как она дальше от меня, что, несомненно, объясняется тем, что свеча, которая светит на меня, намного меньше меня самой.

Миссис Б. Да. Тень фигуры, как А (рис. 4), варьируется в размере в зависимости от расстояния различных поверхностей B C D E, на которых она описана.

Кэролайн. Я заметила, что две свечи производят две тени от одного и того же объекта; в то время как казалось бы, из того, что вы сказали, что они должны скорее производить только половину тени, то есть очень слабую.

Миссис Б. Количество источников света (в разных направлениях), уменьшая интенсивность теней, увеличивает их количество, которое всегда соответствует количеству источников света; ибо каждый источник света заставляет непрозрачное тело отбрасывать разную тень, как проиллюстрировано на рис. 5, который представляет шар А, освещенный тремя свечами B, C, D; и вы наблюдаете, что свет B производит тень b, свет C — тень c, а свет D — тень d; но ни одна из этих теней не будет очень темной, потому что свет только одной свечи перехватывается шаром; а место все еще освещено остальными двумя.

Эмили. Думаю, мы теперь очень хорошо понимаем природу теней; но скажите, что происходит с лучами света, которые непрозрачные тела задерживают на своем пути и прерывание которых является причиной теней?

Миссис Б. Ваш вопрос ведет к очень важному свойству света — отражению. Когда лучи света встречают непрозрачное тело, они не могут пройти сквозь него, и часть их поглощается им, а часть отражается и отскакивает; точно так же, как упругий мяч отскакивает при ударе о стену.

Под отражением мы подразумеваем, что свет поворачивается обратно через ту же среду, которую он прошел на своем первом пути.

Эмили. И подчиняется ли свет при своем отражении тем же законам, что и твердые упругие тела?

Миссис Б. Точно. Если луч света падает перпендикулярно на непрозрачное тело, он отражается обратно по той же линии, к точке, откуда он исходил. Если он падает косо, он отражается косо, но в противоположном направлении; луч, который падает на отражающую поверхность, называется падающим лучом, а тот, который покидает ее, — отраженным лучом; угол падения всегда равен углу отражения. Вы помните этот закон в механике?

Эмили. О да, прекрасно.

Миссис Б. Если вы закроете ставни, мы впустим луч солнечного света через очень маленькое отверстие, и я смогу показать вам, как он отражается. Я сейчас держу это зеркало так, чтобы луч падал на него перпендикулярно.

Кэролайн. Я вижу луч, который падает на зеркало, но не тот, который отражается им.

Миссис Б. Потому что он поворачивается прямо обратно; и луч падения и луч отражения смешиваются вместе, оба находятся на одной линии, хотя и в противоположных направлениях.

Эмили. Луч тогда, который кажется нам одиночным, на самом деле двойной и состоит из падающего луча, идущего к зеркалу, и отраженного луча, возвращающегося от зеркала.

Миссис Б. Именно так. Мы теперь разделим их, держа зеркало M (рис. 6) таким образом, чтобы падающий луч AB падал на него косо — вы видите, отраженный луч BC уходит в другом направлении. Если мы проведем линию из точки падения B перпендикулярно к зеркалу, она разделит угол падения от угла отражения, и вы увидите, что они равны.

Эмили. Точно; и теперь, когда вы держите зеркало так, что луч падает на него более косо, он также отражается более косо, сохраняя равенство углов падения и отражения.

Миссис Б. Только благодаря отраженным лучам мы видим непрозрачные объекты. Светящиеся тела посылают лучи света непосредственно в наши глаза, но лучи, которые они посылают другим телам, невидимы для нас и видны только тогда, когда они отражаются этими телами в наши глаза.

Эмили. Но разве мы только что не видели луч света при его прохождении от солнца к зеркалу и его отражения? однако ни в том, ни в другом случае эти лучи не были направлены так, чтобы попасть в наши глаза.

Миссис Б. То, что вы видели, было светом, отраженным в ваши глаза мелкими частицами пыли, плавающими в воздухе, на которые луч светил при прохождении к зеркалу и от него.

Кэролайн. И все же я вижу солнце, светящее на тот дом вон там, так ясно, как только возможно.

Миссис Б. На самом деле вы не можете видеть ни одного луча, который проходит от солнца к дому; вы видите с помощью тех лучей, которые входят в ваши глаза; поэтому именно лучи, отраженные домом к вам, а не те, которые исходят прямо от солнца к дому, делают здание видимым для вас.

Кэролайн. Почему тогда одна сторона дома кажется освещенной солнцем, а другая — в тени? ведь если я не могу видеть солнце, светящее на него, весь дом должен казаться в тени.

Миссис Б. Та сторона дома, на которую светит солнце, получает и отражает больше света и поэтому кажется более светлой и яркой, чем сторона, которая находится в тени; ибо последняя освещена только лучами, отраженными на нее другими объектами; эти лучи, следовательно, дважды отражаются, прежде чем достигают вашего зрения; и так как свет в большей или меньшей степени поглощается телами, на которые он попадает, каждый раз, когда луч отражается, его интенсивность уменьшается.

Кэролайн. Все же я не могу примириться с мыслью, что мы не видим солнечные лучи, светящие на объекты, а только те, которые такие объекты отражают к нам.

Миссис Б. Я, однако, не теряю надежды убедить вас в этом. Посмотрите на тот большой водоем; можете ли вы сказать, почему солнце кажется светящим только на одну его часть?

Кэролайн. Нет, правда; ибо весь он одинаково подвержен воздействию солнца. Эта частичная яркость воды часто вызывала мое удивление; но она поразила меня особенно при лунном свете. Я часто наблюдала яркую полосу лунного света на море, в то время как остальная часть воды оставалась в глубокой темноте, и все же не было видимых препятствий, чтобы помешать луне светить одинаково на каждую часть воды.

Миссис Б. При лунном свете эффект более заметен из-за глубокой темноты других частей воды; в то время как при солнечном свете эффект слишком силен для глаза, чтобы иметь возможность наблюдать его так отчетливо.

Кэролайн. Но если солнце действительно светит на каждую часть этого водоема, почему каждая его часть не отражает лучи в мои глаза?

Миссис Б. Отраженные лучи не притягиваются из своего естественного курса вашими глазами. Направление отраженного луча, вы знаете, зависит от направления падающего луча; солнечные лучи, следовательно, которые падают с различной степенью косости на воду, отражаются в направлениях, столь же различных; некоторые из них встретят ваши глаза, и вы увидите их, но те, которые падают в другое место, невидимы для вас.

Кэролайн. Значит, полоса солнечного света, которую мы сейчас видим на воде, состоит из тех лучей, которые в результате отражения попадают мне в глаза?

Миссис Б. Совершенно верно.

Эмили. Но та сторона дома вон там, которая кажется находящейся в тени, действительно освещена солнцем, а его лучи отражаются в другую сторону?

Миссис Б. Нет, это другой случай, не такой, как с водной гладью. Эта сторона дома действительно находится в тени; это западная сторона, на которую солнце не может светить до самого вечера.

Эмили. Значит, те объекты, которые освещены отраженными лучами, и те, на которые падают прямые солнечные лучи, но которые не отражают эти лучи в нашу сторону, кажутся одинаково находящимися в тени?

Миссис Б. Безусловно; ведь мы видим их оба освещенными отраженными лучами. А ту часть водной глади, на которую деревья отбрасывают тень, при каком свете вы видите?

Эмили. Поскольку это не прямые солнечные лучи, значит, это свет, отраженный на нее от других объектов, который она, в свою очередь, отражает нам.

Кэролайн. Но если мы видим все земные объекты благодаря отраженному свету (как и луну), почему они кажутся такими яркими и светящимися? Я полагала, что отраженные лучи должны быть тусклыми и слабыми, как у луны.

Миссис Б. Луна отражает солнечный свет с такой же яркостью, как и любой земной объект. Если вы посмотрите на нее в ясную ночь, она покажется такой же яркой, как водная гладь, стены дома или любой объект, видимый при дневном свете, на который светит солнце. Лучи луны, несомненно, слабы по сравнению с солнечными, но это было бы несправедливое сравнение, ибо первые являются падающими, а вторые — отраженными лучами.

Кэролайн. Верно; а когда мы видим земные объекты при лунном свете, свет отражается дважды и, следовательно, становится пропорционально слабее.

Миссис Б. Проходя через атмосферу, лучи как солнца, так и луны теряют часть своего света. Ибо, хотя чистый воздух является прозрачной средой, свободно пропускающей световые лучи, мы заметили, что вблизи поверхности земли он насыщен парами и испарениями, которыми часть этих лучей поглощается.

Кэролайн. Я часто замечала, что объект на вершине холма кажется более четким, чем объект на таком же расстоянии в долине или на равнине; полагаю, это объясняется тем, что воздух на возвышенности более свободен от паров, и, следовательно, отраженные лучи ярче.

Миссис Б. Это может иметь некоторый заметный эффект, но когда объект на вершине холма имеет на заднем плане светлое небо, контраст с объектом делает его очертания более четкими.

Кэролайн. Теперь я вполне убедилась, что мы видим непрозрачные объекты только благодаря отраженным лучам, но я не понимаю, как эти лучи показывают нам объекты, от которых они исходят.

Миссис Б. В дальнейшем я очень подробно опишу строение глаза, но сейчас замечу, что маленькое круглое пятнышко, которое обычно называют зрачком, собственно и именуется зрачком; а сетчатка — это расширение зрительного нерва в задней части глазного яблока, на которое, как на экран, падают лучи, входящие через зрачок. Световые лучи входят через зрачок глаза и направляются к сетчатке; там они описывают фигуру, цвет и (за исключением размера) формируют идеальное изображение объекта, от которого они исходят. Мы снова закроем ставни и впустим свет через небольшое отверстие, сделанное для этой цели, и вы увидите на стене напротив отверстия картину, подобную той, что отображается на сетчатке глаза. Изображение несколько размыто, но при использовании линзы, чтобы свести лучи в фокус, оно станет очень четким.

Кэролайн. О, как удивительно! Там точное миниатюрное изображение сада, садовника за работой, деревьев, раскачивающихся на ветру. Пейзаж был бы идеальным, если бы не был перевернут: земля находится наверху, а небо внизу.

Миссис Б. Мало просто восхищаться, нужно понимать это явление, которое называется камера-обскура, или темная комната, из-за необходимости затемнять помещение, чтобы продемонстрировать его. Камера-обскура иногда состоит из небольшой коробки, должным образом приспособленной для отображения внешних объектов.

Эта картина, которую вы сейчас видите, создается лучами света, отраженными от различных объектов в саду, которые проходят через отверстие в оконной ставне.

Plate xvi.

Лучи от сверкающего флюгера на вершине беседки А (таблица 16) отображают его в этой точке, а; ибо флюгер, будучи намного выше отверстия в ставне, позволяет проникнуть туда лишь немногим лучам, отраженным им в косо нисходящем направлении. Лучи света, как вы знаете, всегда движутся по прямым линиям; поэтому те, что входят в комнату в нисходящем направлении, продолжат свой путь в том же направлении и, следовательно, упадут на нижнюю часть стены напротив отверстия и отобразят флюгер перевернутым в этой точке, вместо того чтобы быть в прямом положении в самой верхней части пейзажа.

Эмили. А лучи света от ступеней (В) беседки при входе в отверстие поднимаются и опишут эти ступени в самой высокой, а не в самой низкой части пейзажа.

Миссис Б. Заметьте также, что лучи, идущие от беседки, которая находится слева от нас, описывают ее на стене справа; в то время как те, что отражаются ореховым деревом, С D, справа от нас, очерчивают его фигуру на картине слева, c d. Таким образом, лучи, идущие в разных направлениях и движущиеся всегда по прямым линиям, пересекаются при входе через отверстие; те, что идут сверху, направляются вниз, те, что справа, идут влево, те, что слева, — вправо; таким образом, каждый объект представлен на картине как занимающий положение, прямо противоположное тому, которое он занимает в природе.

Кэролайн. За исключением цветочного горшка, E F, который, хотя его положение и перевернуто, не изменил своего места в пейзаже.

Миссис Б. Цветочный горшок находится прямо перед отверстием; так что его лучи падают на него перпендикулярно и, следовательно, направляются перпендикулярно к стене, где они очерчивают объект прямо за отверстием.

Эмили. И именно так картина объектов рисуется на сетчатке глаза?

Миссис Б. Совершенно верно. Зрачок глаза, через который входят световые лучи, представляет собой отверстие в оконной ставне, а изображение, очерченное на сетчатке, в точности подобно картине на стене.

Кэролайн. Вы не хотите сказать, что мы видим только изображение объекта, которое нарисовано на сетчатке, а не сам объект?

Миссис Б. Если под зрением вы понимаете то чувство, с помощью которого присутствие объектов воспринимается разумом посредством глаз, то мы, безусловно, видим только изображение этих объектов, нарисованное на сетчатке.

Кэролайн. Это кажется мне совершенно невероятным.

Миссис Б. Нервы — единственная часть нашего организма, способная к ощущению: поэтому они представляются инструментами, которые разум использует в своем восприятии, ибо ощущение всегда передает идею разуму. Теперь известно, что наши нервы могут быть затронуты только при контакте; и по этой причине органы чувств не могут действовать на расстоянии: например, мы способны чувствовать запах только тех частиц, которые фактически находятся в контакте с нервами носа. Мы уже отмечали, что аромат цветка состоит из эффлювий, составленных из мельчайших частиц, которые проникают в ноздри и ударяют по обонятельным нервам, которые мгновенно передают идею запаха разуму.

Эмили. А звук, хотя и говорят, что его слышат на расстоянии, на самом деле слышен только тогда, когда вибрации воздуха, которые доносят его до наших ушей, ударяют по слуховому нерву.

Кэролайн. Не требуется никаких объяснений, чтобы доказать, что чувства осязания и вкуса возбуждаются только при контакте.

Миссис Б. И я надеюсь убедить вас, что чувство зрения таково же. Нервы, составляющие чувство зрения, не отличаются по своей природе от нервов других органов; они являются лишь инструментами, которые передают идеи разуму и могут быть затронуты только при контакте. Теперь, поскольку реальные объекты не могут быть приведены в соприкосновение со зрительным нервом, их изображение передается туда лучами света, исходящими от реальных объектов, которые фактически ударяют по зрительному нерву и формируют то изображение, которое воспринимает разум.

Кэролайн. Пока я слушаю ваши рассуждения, я чувствую убежденность, но когда я смотрю на окружающие объекты и думаю, что я не вижу их, а лишь их изображение, нарисованное в моих глазах, моя вера снова колеблется. Я не могу примириться с мыслью, что я не вижу на самом деле эту книгу, которую держу в руке, ни слова, которые я читаю в ней.

Миссис Б. Вам никогда не казалось странным, что вы никогда не видели своего собственного лица?

Кэролайн. Нет, потому что я так часто вижу его точное изображение в зеркале.

Миссис Б. Вы видите гораздо более точное изображение объектов на сетчатке вашего глаза: это гораздо более совершенное зеркало, чем любое созданное искусством.

Эмили. Но возможно ли, чтобы обширный пейзаж, который я сейчас созерцаю из окна, был представлен на таком малом пространстве, как сетчатка глаза?

Миссис Б. Искусство не смогло бы нарисовать столь малую и четкую миниатюру, но природа работает более верной рукой и более тонкой кистью. Только та сила, которая формирует перья бабочки и органы самого крошечного насекомого, может изобразить столь восхитительную и совершенную миниатюру, как та, что представлена на сетчатке глаза.

Кэролайн. Но, миссис Б., если мы видим только изображение объектов, почему мы не видим их перевернутыми, как вы показали нам в камере-обскуре? Разве это не сильный аргумент против вашей теории?

Миссис Б. Надеюсь, не неопровержимый. Изображение на сетчатке, правда, перевернуто, как в камере-обскуре, поскольку лучи от разных частей пейзажа пересекаются при входе в зрачок точно так же, как они делают это при входе в камеру-обскуру. Однако сцена не вызывает ощущения перевернутости, потому что мы всегда видим объект в направлении лучей, которые он посылает нам.

Эмили. Признаюсь, я этого не понимаю.

Миссис Б. Думаю, это сложный момент для ясного объяснения. Луч, который исходит от верхней части объекта, описывает изображение на нижней части сетчатки; но опыт научил нас, что направление этого луча идет сверху, поэтому мы считаем ту часть объекта, которую он представляет, самой верхней. Лучи, исходящие от нижней части объекта, падают на верхнюю часть сетчатки; но поскольку мы знаем, что их направление идет снизу, мы видим ту часть объекта, которую они описывают, как самую нижнюю.

Кэролайн. Когда я хочу увидеть объект выше меня, я смотрю вверх; когда объект ниже меня, я смотрю вниз. Разве это не доказывает, что я вижу сами объекты? Ибо если бы я видела только изображение, не было бы необходимости смотреть вверх или вниз в зависимости от того, выше или ниже меня находится объект.

Миссис Б. Прошу прощения. Когда вы смотрите вверх на возвышающийся объект, это делается для того, чтобы лучи, отраженные от него, упали на сетчатку ваших глаз; но само обстоятельство направления глаз вверх убеждает вас в том, что объект возвышен, и учит вас считать самым верхним изображение, которое он формирует на сетчатке, хотя на самом деле оно представлено в самой нижней ее части. Когда вы смотрите вниз на объект, вы делаете вывод на основе аналогичных рассуждений; именно так мы видим все объекты в направлении лучей, которые достигают наших глаз.

Но у меня есть еще одно доказательство в пользу того, что я выдвинула, которое, надеюсь, развеет ваши оставшиеся сомнения: однако я отложу его до нашей следующей встречи, так как урок сегодня был достаточно долгим.

Вопросы

1.(Pg. 157) What is optics?

2.(Pg. 157) What is meant by a luminous body?

3.(Pg. 157) What is meant by a dark body, and what by an opaque body?

4.(Pg. 157) What are transparent bodies?

5.(Pg. 157) What is a medium?

6.(Pg. 158) How is light projected from luminous bodies, and how, from every point of such bodies, (fig. 1, plate 15?)

7.(Pg. 158) Why do not the rays of light from different points, stop each other's progress?

8.(Pg. 158) What is a ray, and what a pencil of rays? fig. 2, plate 15.

9.(Pg. 158) Do we know whether light is a substance, similar to bodies in general?

10.(Pg. 158) When a ray of light falls upon an opaque body, what is the result?

11.(Pg. 159) In what does shadow consist?

12.(Pg. 159) Why are they, in general, but partially dark?

13.(Pg. 159) Upon what does the intensity of a shadow depend?

14.(Pg. 159) How are shadows affected by the size of the luminous body, as represented in plate 15, fig. 3?

15.(Pg. 159) When is the shadow larger than the intercepting body?

16.(Pg. 160) What is explained by fig. 4, plate 15?

17.(Pg. 160) What will be the effect of several lights, as in fig. 5, plate 15?

18.(Pg. 160) Why will neither of these shadows be very dark?

19.(Pg. 160) What becomes of the light which falls upon an opaque body?

20.(Pg. 160) What is meant by reflection?

21.(Pg. 161) What is meant by the incident, and reflected rays?

22.(Pg. 161) What is the result, when the incident ray falls perpendicularly, and what, when it falls obliquely?

23.(Pg. 161) What two angles are always equal in this case?

24.(Pg. 161) To what law in mechanics, is this analogous, as represented in fig. 4, plate 2?

25.(Pg. 161) What is represented by fig. 6, plate 15?

26.(Pg. 161) By what light are we enabled to see opaque, and by what, luminous bodies?

27.(Pg. 161) What enables us to see a ray of light in its passage, through a darkened room?

28.(Pg. 162) By what reasoning would you prove that an object, such, for example, as a house, is seen by reflected light?

29.(Pg. 162) Why may one side of such object appear more bright than another side?

30.(Pg. 162) How is the fact exemplified by the sun, or moon, shining upon water?

31.(Pg. 162) Why is this best evinced by moonlight?

32.(Pg. 163) By what light do we see the moon, and why is it comparatively feeble?

33.(Pg. 163) What circumstance, renders objects seen by moonlight, still less vivid?

34.(Pg. 164) What is meant by the pupil of the eye?

35.(Pg. 164) What by the retina?

36.(Pg. 164) How do the rays of light operate on the eye in producing vision?

37.(Pg. 164) How may this be exemplified, in a darkened room?

38.(Pg. 164) What is meant by a camera obscura?

39.(Pg. 164) How is it explained in plate 16?

40.(Pg. 165) Why are the objects inverted and reversed?

41.(Pg. 165) What analogy is there between the camera obscura, and the eye?

42.(Pg. 165) Is it the object, or its picture on the retina, which presents to the mind an idea of the object seen?

43.(Pg. 166) By what organs is sensation produced, and how must these organs be affected?

44.(Pg. 166) How will the idea of contact, apply to objects not touching the eye?

45.(Pg. 167) Why do not objects appear reversed to the eye, as in the camera obscura?

БЕСЕДА XV. ОПТИКА — продолжение. ОБ УГЛЕ ЗРЕНИЯ И ОТРАЖЕНИИ В ЗЕРКАЛАХ.

ANGLE OF VISION. REFLECTION OF PLAIN MIRRORS. REFLECTION OF CONVEX MIRRORS. REFLECTION OF CONCAVE MIRRORS.

КАРОЛАЙН.

Что ж, миссис Б., мне не терпится услышать, какие еще доказательства вы можете предложить в поддержку своей теории. Вы должны признать, что было довольно досадно, что вы отпустили нас так, как сделали это на нашей последней встрече.

Миссис Б. Вы так сильно давите на меня своими возражениями, что должны дать мне время собрать свои силы.

Можете ли вы сказать мне, Кэролайн, почему объекты на расстоянии кажутся меньше, чем они есть на самом деле?

Кэролайн. Я не знаю другой причины, кроме их расстояния.

Миссис Б. Это факт, что расстояние заставляет объекты казаться меньше, но констатировать факт — не значит назвать причину. Мы должны снова обратиться к камере-обскуре, чтобы объяснить это обстоятельство; и вы обнаружите, что различные видимые размеры объектов на разных расстояниях происходят от того, что мы видим не сами объекты, а лишь их изображение на сетчатке. Рис. 1, таблица 17, представляет ряд деревьев, как они видны в камере-обскуре. Я выразила направление лучей от объектов к изображению линиями. Теперь заметьте: луч, который идет от верхушки ближайшего дерева, и тот, который идет от основания того же дерева, встречаются у отверстия, образуя угол около двадцати пяти градусов; угол, под которым мы видим любой объект, называется визуальным углом, или углом зрения. Эти лучи пересекаются у отверстия, образуя равные углы по обе стороны от него, и представляют дерево перевернутым в камере-обскуре. Размеры изображения значительно меньше размеров объекта, но пропорции полностью сохранены.

Plate xvii.

Теперь давайте заметим верхний и нижний луч от самого дальнего дерева; они образуют угол не более двенадцати или пятнадцати градусов и изображение пропорциональных размеров. Таким образом, два объекта одинакового размера, как два дерева аллеи, образуют фигуры разных размеров в камере-обскуре в зависимости от их расстояния; или, другими словами, в зависимости от угла зрения, под которым они видны. Вы понимаете это?

Кэролайн. Полностью.

Миссис Б. Тогда вам остается только предположить, что изображение в камере-обскуре подобно изображению на сетчатке.

Теперь, поскольку объекты одинаковой величины кажутся разных размеров, когда они находятся на разном расстоянии от нас, позвольте спросить вас, что именно вы видите: реальные объекты, которые, как мы знаем, не меняются в размере, или изображения, которые, как мы знаем, меняются в зависимости от угла зрения, под которым мы их видим?

Кэролайн. Должна признаться, что разум на стороне последних. Но разве тот стул в дальнем конце комнаты формирует на моей сетчатке изображение гораздо меньше, чем этот, который рядом со мной? Они кажутся совершенно одинакового размера.

Миссис Б. Наши чувства несовершенны, но опыт, который мы приобретаем с помощью чувства осязания, исправляет иллюзии нашего зрения в отношении объектов, находящихся в пределах нашей досягаемости. Вы настолько полностью убеждены в реальном размере объектов, которые можете потрогать, что не обращаете внимания на кажущуюся разницу.

Кажется ли вам тот дом намного меньше, чем когда вы находитесь рядом с ним?

Кэролайн. Нет, потому что он очень близко к нам.

Миссис Б. И все же вы можете видеть его целиком через одно из окон этой комнаты. Изображение дома на вашей сетчатке должно, следовательно, быть меньше, чем изображение окна, через которое вы его видите. Именно ваше знание реальной величины дома мешает вам обращать внимание на его кажущийся размер. Если бы вы привыкли рисовать с натуры, вы бы полностью осознали эту разницу.

Эмили. И скажите, пожалуйста, какова причина того, что, когда мы смотрим вдоль аллеи, деревья не только кажутся меньше по мере удаления, но и постепенно сближаются, пока не сойдутся в одной точке?

Миссис Б. Не только деревья, но и дорога, разделяющая два ряда, образует меньший визуальный угол по мере того, как она дальше от нас; поэтому ширина дороги постепенно уменьшается, так же как и размер деревьев, пока, наконец, дорога не заканчивается в точке, в которой, кажется, сходятся деревья.

Эмили. Я очень рада это понять, ибо недавно начала изучать перспективу, которая казалась мне очень сухим предметом; но теперь, когда я знакома с некоторыми принципами, на которых она основана, я найду ее гораздо более интересной.

Кэролайн. При рисовании вида с натуры кажется, что мы копируем не реальные объекты, а изображение, которое они формируют на сетчатке наших глаз?

Миссис Б. Безусловно. В скульптуре мы копируем природу такой, какой она реально существует; в живописи мы представляем ее такой, какой она нам кажется.

Мы должны теперь завершить наблюдения, которые осталось сделать по поводу угла зрения.

Если лучи, исходящие от конечностей объекта при обычном уровне освещенности, не входят в глаз под углом более двух секунд, что составляет 1/1800 часть градуса, он невидим. Следовательно, существуют два случая, когда объекты могут быть невидимы: если они либо настолько малы, либо настолько далеки, что образуют угол менее двух секунд градуса.

Точно так же, если скорость тела не превышает 20 градусов в час, его движение незаметно.

Кэролайн. Очень быстрое движение может быть незаметным, при условии, что расстояние до движущегося тела достаточно велико.

Миссис Б. Несомненно; ибо чем больше расстояние, тем меньше будет угол, под которым его движение будет казаться глазу. Именно по этой причине движение небесных тел невидимо, хотя они невообразимо быстры.

Эмили. Я удивлена, что столь большая скорость, как 20 градусов в час, должна быть невидимой.

Миссис Б. Реальная скорость зависит от пространства, охватываемого в каждом градусе, и от времени, за которое движущееся тело проходит это пространство. Но мы можем узнать протяженность этого пространства, только зная расстояние движущегося тела от его центра движения; ибо если предположить, что два человека отправляются в один и тот же момент из А и В (рис. 2), чтобы дойти каждый до конца своих соответствующих линий, С и D; если они совершают свою прогулку за одно и то же время, они должны были двигаться с очень разной скоростью; и все же для глаза, расположенного в Е, они будут казаться движущимися с одинаковой скоростью, потому что они оба пройдут одинаковое количество градусов, хотя и по очень неравной длине земли. Количество градусов, на которое тело перемещается за данное время, называется его угловой скоростью; два тела, как видите, могут иметь одинаковую угловую, или кажущуюся, скорость, в то время как их реальные скорости могут различаться почти бесконечно. Зрение — это, несомненно, чрезвычайно полезное чувство, но на него не всегда можно положиться, оно обманывает нас как в отношении размера, так и расстояния объектов; действительно, наши чувства были бы очень склонны вводить нас в заблуждение, если бы опыт не направлял нас на верный путь.

Эмили. Думаю, между тем и другим нам удается получить довольно точное представление об объектах.

Миссис Б. По крайней мере, достаточно точное для общих целей жизни. Чтобы убедить вас, насколько необходим опыт для исправления ошибок зрения, я расскажу вам случай молодого человека, который был слеп с младенчества и который восстановил зрение в возрасте четырнадцати лет с помощью операции по удалению катаракты. Сначала у него не было представления ни о размере, ни о расстоянии объектов, но он воображал, что все, что он видит, касается его глаз; и только после того, как он неоднократно ощупывал их и ходил от одного объекта к другому, он приобрел представление об их соответствующих размерах, их относительных положениях и их расстояниях.

Кэролайн. Идея о том, что объекты касались его глаз, однако, не так абсурдна, как кажется на первый взгляд; ибо если мы учтем, что мы видим только изображение объектов, это изображение фактически касается наших глаз.

Миссис Б. Это, несомненно, причина того мнения, которое он сформировал до того, как чувство осязания исправило его суждение.

Кэролайн. Но поскольку изображение должно формироваться на сетчатке каждого из наших глаз, почему мы не видим объекты раздвоенными?

Миссис Б. Действие лучей на зрительный нерв каждого глаза настолько совершенно одинаково, что они производят лишь единое ощущение; поэтому разум получает одну и ту же идею от сетчатки обоих глаз и воспринимает объект как единый.

Кэролайн. Это трудно понять, и я думаю, может быть лишь предположительным.

Миссис Б. Я легко могу убедить вас, что у вас формируется отчетливое изображение объекта на сетчатке каждого глаза. Посмотрите через окно с обоими открытыми глазами на какой-нибудь объект, находящийся точно напротив одного из вертикальных брусков рамы.

Кэролайн. Теперь я вижу дерево, ствол которого, кажется, находится на линии точно напротив одного из брусков.

Миссис Б. Если вы теперь закроете правый глаз и посмотрите левым, он покажется слева от бруска; затем, закрыв левый глаз и посмотрев другим, он покажется справа от бруска.

Кэролайн. Это действительно так!

Миссис Б. Очевидно, существуют два представления дерева в разных положениях, что должно быть обусловлено формированием его изображения на каждом глазу; если бы действие лучей на каждой сетчатке не было настолько совершенно одинаковым, чтобы производить только одно ощущение, мы бы видели раздвоенно; и мы обнаруживаем, что это случай с некоторыми людьми, страдающими болезнью одного глаза, которая препятствует лучам света воздействовать на него так же, как на другой.

Эмили. Скажите, миссис Б., когда мы видим изображение объекта в зеркале, почему оно не перевернуто, как в камере-обскуре и на сетчатке глаза?

Миссис Б. Потому что лучи не входят в зеркало через маленькое отверстие и не пересекаются, как они делают это у отверстия камеры-обскуры или зрачка глаза.

Когда вы рассматриваете себя в зеркале, лучи от ваших глаз падают на него перпендикулярно и отражаются по той же линии; изображение, следовательно, описывается за стеклом и расположено так же, как объект перед ним.

Эмили. Да, я вижу, что это так; но зеркало совсем не такое высокое, как я, как же тогда я могу видеть всю свою фигуру в нем?

Миссис Б. Не обязательно, чтобы зеркало было более чем в половину вашего роста, чтобы вы могли видеть всю свою фигуру в нем (рис. 3). Луч света А В от вашего глаза, который падает перпендикулярно на зеркало B D, отразится обратно по той же линии; но луч от ваших ног упадет на зеркало косо, ибо он должен подняться, чтобы достичь его; он, следовательно, отразится по линии А D: и поскольку мы рассматриваем объекты в направлении отраженных лучей, которые достигают глаза, и поскольку изображение появляется на том же расстоянии за зеркалом, что и объект перед ним, мы должны продолжить линию А D до Е, а линию С D до F, на конце которой будет представлено изображение.

Plate xviii.

Эмили. Тогда я не понимаю, почему я не должна видеть всю свою фигуру в гораздо меньшем зеркале, ведь луч света от моих ног всегда достигал бы его, хотя и более косо.

Миссис Б. Верно; но чем косее луч падает на зеркало, тем косее он будет отражен; луч, следовательно, отразится над вашей головой, и вы не сможете его увидеть. Это показано пунктирной линией (рис. 3).

Теперь встаньте немного правее зеркала, чтобы лучи света от вашей фигуры могли падать на него косо——

Эмили. Теперь в стекле нет моего изображения.

Миссис Б. Прошу прощения, оно есть; но вы не можете его видеть, потому что падающие лучи, падая косо на зеркало, будут отражены косо в противоположном направлении; углы падения и отражения равны. Кэролайн, встаньте в направлении отраженных лучей и скажите мне, не видите ли вы изображение Эмили в стекле?

Кэролайн. Позвольте подумать. Чтобы смотреть в направлении отраженных лучей, я должна встать настолько же левее стекла, насколько Эмили стоит правее него. Теперь я вижу ее изображение, однако не прямо перед собой, а перед ней; и оно кажется на том же расстоянии за стеклом, что и она перед ним.

Миссис Б. Вы должны помнить, что мы всегда видим объекты в направлении последних лучей, которые достигают наших глаз. Рисунок 4 представляет глаз, смотрящий на изображение вазы, отраженное зеркалом; он должен видеть его в направлении луча А В, так как это луч, который приносит изображение к глазу; продлите луч до С, и в этой точке появится изображение.

Кэролайн. Я не понимаю, почему зеркало отражает лучи света; ведь стекло — это прозрачное тело, которое должно пропускать их!

Миссис Б. Не стекло отражает лучи, которые формируют изображение, которое вы видите, а серебрение за ним; это серебрение представляет собой соединение ртути и олова, которое образует блестящее металлическое покрытие. Стекло действует главным образом как прозрачный футляр, через который лучи находят легкий путь к ртути и обратно.

Кэролайн. Почему тогда зеркала не делают просто из ртути?

Миссис Б. Потому что ртуть — это жидкость. При амальгамировании ее с оловянной фольгой она приобретает консистенцию пасты, прикрепляется к стеклу и образует, по сути, металлическое зеркало, которое было бы гораздо совершеннее без своего стеклянного покрытия, ибо чистейшее стекло никогда не бывает идеально прозрачным; часть лучей, следовательно, теряется во время их прохождения через него, будучи либо поглощенными, либо отраженными нерегулярно.

Это несовершенство стеклянных зеркал привело к использованию металлических зеркал для оптических целей.

Эмили. Но поскольку все непрозрачные тела отражают лучи света, я не понимаю, почему они не являются все зеркалами.

Кэролайн. Любопытная идея, сестра; было бы очень приятно видеть себя в каждом объекте, на который смотришь.

Миссис Б. Совершенно верно, что все непрозрачные объекты отражают свет; но поверхность тел в целом настолько грубая и неровная, что отражение от них крайне нерегулярно и препятствует лучам формировать изображение на сетчатке. Это вы сможете понять лучше, когда я объясню вам природу зрения и строение глаза.

Вы можете легко представить разнообразие направлений, в которых лучи отражались бы теркой для мускатного ореха из-за неровности ее поверхности и количества отверстий, которыми она пронизана. Все твердые тела более или менее напоминают терку для мускатного ореха в этих отношениях; и только те, которые восприимчивы к полировке, могут быть заставлены отражать лучи с регулярностью. Поскольку твердые тела имеют наиболее плотную структуру, наименее пористы и способны принимать самую высокую полировку, они делают лучшие зеркала; поэтому ни одно из них не приспособлено для этой цели так хорошо, как металлы.

Кэролайн. Но свойство регулярного отражения не ограничивается этим классом тел; ибо я часто видела себя в хорошо отполированном столе из красного дерева.

Миссис Б. Безусловно; но поскольку это вещество менее долговечно, а его отражение менее совершенно, чем у металлов, я полагаю, его редко выбирали бы для цели зеркала.

Существует три вида зеркал, используемых в оптике: плоские, которые являются обычными зеркалами, о которых мы только что упоминали; выпуклые зеркала и вогнутые зеркала. Отражение двух последних очень отличается от отражения первых. Плоское зеркало, как мы видели, не изменяет направление отраженных лучей и формирует изображение за стеклом, в точности подобное объекту перед ним. Выпуклое зеркало обладает особым свойством заставлять отраженные лучи расходиться, благодаря чему оно уменьшает изображение; а вогнутое зеркало заставляет лучи сходиться и при определенных обстоятельствах увеличивает изображение.

Эмили. У нас в гостиной есть выпуклое зеркало, которое формирует красивое миниатюрное изображение объектов в комнате; и я часто забавлялась, глядя на свое увеличенное лицо в вогнутом зеркале. Но я надеюсь, вы объясните нам, почему одно увеличивает, а другое уменьшает объекты, которые оно отражает.

Миссис Б. Давайте начнем с изучения отражения выпуклого зеркала. Оно сформировано из части внешней поверхности сферы. Когда несколько параллельных лучей падают на него, только тот луч, который, если его продолжить, прошел бы через центр или ось зеркала, перпендикулярен ему. Чтобы избежать путаницы, я на рис. 1, таблица 18, нарисовала только три параллельные линии, А В, С D, E F, чтобы представить лучи, падающие на выпуклое зеркало, М N; средний луч, заметите, перпендикулярен зеркалу, остальные падают на него косо.

Кэролайн. Поскольку три луча параллельны, почему они не все перпендикулярны зеркалу?

Миссис Б. Они были бы таковыми для плоского зеркала; но поскольку это сферическое, ни один луч не может упасть перпендикулярно на него, если он не направлен к центру сферы.

Эмили. Точно так же, как груз падает перпендикулярно на землю, когда гравитация притягивает его к центру.

Миссис Б. Поэтому, чтобы лучи могли падать перпендикулярно зеркалу в В и F, лучи должны быть в направлении пунктирных линий, которые, как вы можете заметить, встречаются в центре О сферы, частью которой является зеркало.

Теперь можете ли вы сказать мне, в каком направлении будут отражены три луча, А В, С D, E F?

Эмили. Да, думаю, что могу: средний луч, падая перпендикулярно на зеркало, отразится по той же линии: два внешних луча, падая косо, будут отражены косо к G и H; ибо пунктирные линии, которые вы нарисовали, являются перпендикулярами, которые делят углы падения и отражения этих двух лучей.

Миссис Б. Чрезвычайно хорошо, Эмили: и поскольку мы видим объекты в направлении отраженного луча, мы увидим изображение L, которое является точкой, в которой отраженные лучи, если их продолжить через зеркало, соединились бы и сформировали изображение. Эта точка одинаково удалена от поверхности и центра сферы и называется мнимым фокусом зеркала.

Кэролайн. Скажите, что означает фокус?

Миссис Б. Точка, в которой сходятся сходящиеся лучи. И в этом случае он называется мнимым фокусом, потому что лучи на самом деле не соединяются в этой точке, а только кажутся таковыми: ибо лучи не проходят через зеркало, так как они отражаются им.

Эмили. Я все еще не понимаю, почему объект кажется меньше, когда его рассматривают в выпуклом зеркале.

Миссис Б. Это происходит из-за расхождения отраженных лучей. Вы видели, что выпуклое зеркало путем отражения превращает параллельные лучи в расходящиеся; лучи, которые падают на зеркало расходящимися, становятся еще более таковыми при отражении, а сходящиеся лучи отражаются либо параллельными, либо менее сходящимися. Если тогда объект поместить перед любой частью выпуклого зеркала, как вазу А В, рис. 2, например, два луча от ее конечностей, падая сходящимися на зеркало, будут отражены менее сходящимися и не сойдутся в фокусе, пока не прибудут в С; тогда глаз, помещенный в направлении отраженных лучей, увидит изображение, сформированное в (или, скорее, за) зеркалом, в а b.

Кэролайн. Но отраженные лучи, как мне кажется, не сходятся меньше, чем падающие лучи. Я бы предположила, что, наоборот, они сходятся больше, так как они встречаются в одной точке.

Миссис Б. Они соединились бы раньше, чем они фактически делают это, если бы они не были менее сходящимися, чем падающие лучи: ибо заметьте, что если бы падающие лучи, вместо того чтобы отражаться зеркалом, продолжили свой путь в своем первоначальном направлении, они сошлись бы в фокусе в D, который значительно ближе к зеркалу, чем в С; изображение, следовательно, видится под меньшим углом, чем объект; и чем дальше последний находится от зеркала, тем меньше изображение, отраженное им.

Теперь вы легко поймете природу отражения вогнутых зеркал. Они сформированы из части внутренней поверхности полой сферы, и их особое свойство — сводить лучи света.

Можете ли вы обнаружить, Кэролайн, в каком направлении отражаются три параллельных луча, А В, С D, E F, которые падают на вогнутое зеркало, М N (рис. 3)?

Кэролайн. Думаю, могу. Средний луч отправляется обратно по той же линии, по которой он прибывает, так как это направление оси зеркала; а два других будут отражены косо, так как они падают косо на зеркало. Теперь я должна нарисовать две пунктирные линии, перпендикулярные их точкам падения, которые разделят их углы падения и отражения; и чтобы эти углы были равны, два косых луча должны быть отражены к L, где они соединятся со средним лучом.

Миссис Б. Очень хорошо объяснено. Таким образом, вы видите, что когда любое количество параллельных лучей падает на вогнутое зеркало, они все отражаются в фокус: ибо по мере того, как лучи дальше от оси зеркала, они падают более косо на него и более косо отражаются; в результате чего они приходят в фокус в направлении оси зеркала, в точке, одинаково удаленной от центра и поверхности сферы; и эта точка не является мнимым фокусом, как это бывает с выпуклым зеркалом, а является истинным фокусом, в котором соединяются лучи.

Эмили. Может ли зеркало формировать более одного фокуса путем отражения лучей?

Миссис Б. Да. Если лучи падают сходящимися на вогнутое зеркало (рис. 4), они быстрее приводятся в фокус, L, чем параллельные лучи; их фокус, следовательно, ближе к зеркалу М N. Расходящиеся лучи приводятся в более далекий фокус, чем параллельные лучи, как на рисунке 5, где фокус находится в L; но то, что называется истинным фокусом зеркал, как выпуклых, так и вогнутых, — это фокус параллельных лучей, и он одинаково удален от центра и поверхности сферического зеркала.

Теперь я покажу вам реальное отражение лучей света металлическим вогнутым зеркалом. Это зеркало сделано из полированного олова, которое я выставляю на солнце, и так как оно ярко светит, мы сможем собрать лучи в очень блестящий фокус. Я держу кусок бумаги там, где, как я полагаю, расположен фокус; вы можете видеть по яркому пятну света на бумаге, насколько сильно сходятся лучи: но он еще не совсем в фокусе; по мере того как я приближаю бумагу к этой точке, заметьте, как яркость пятна света увеличивается, в то время как его размер уменьшается.

Кэролайн. Это должно быть вызвано тем, что лучи приближаются ближе друг к другу. Думаю, вы держите бумагу как раз в фокусе сейчас, свет такой маленький и ослепительный — О, миссис Б., бумага загорелась!

Миссис Б. Лучи света не могут быть сконцентрированы без одновременного накопления пропорционального количества тепла: отсюда вогнутые зеркала получили название зажигательных зеркал.

Эмили. Я часто слышала о поразительных эффектах зажигательных зеркал, и я очень рада понимать их природу.

Кэролайн. Это не может быть истинным фокусом зеркала, в котором соединяются лучи солнца, ибо, поскольку они исходят от столь большого тела, они не могут падать на зеркало параллельно друг другу.

Миссис Б. Строго говоря, они, конечно, не падают. Но когда лучи исходят с такого огромного расстояния, как солнце, их можно считать параллельными: их точка соединения, следовательно, является истинным фокусом зеркала, и там представлено изображение объекта.

Теперь, когда я убрала зеркало из-под влияния солнечных лучей, если я помещу горящую свечу в фокус, как будет отражаться ее свет? (Рис. 6).

Кэролайн. Этого, признаюсь, я сказать не могу.

Миссис Б. Луч, который падает в направлении оси зеркала, отражается обратно по той же линии; но давайте нарисуем два других луча из фокуса, падающих на зеркало в В и F; пунктирные линии перпендикулярны этим точкам, и два луча будут, следовательно, отражены к А и Е.

Кэролайн. О, теперь я понимаю это ясно. Лучи, которые исходят от света, помещенного в фокус вогнутого зеркала, падают расходящимися на него и отражаются параллельно. Это в точности противоположно предыдущему эксперименту, в котором солнечные лучи падали параллельно на зеркало и отражались в фокус.

Миссис Б. Да: когда падающие лучи параллельны, отраженные лучи сходятся в фокус; когда, напротив, падающие лучи исходят из фокуса, они отражаются параллельно. Это важный закон оптики, и поскольку вы теперь знакомы с принципами, на которых он основан, я надеюсь, что вы не забудете его.

Кэролайн. Я уверена, что мы не забудем. Но, миссис Б., вы сказали, что изображение формируется в фокусе вогнутого зеркала; однако я часто видела стеклянные вогнутые зеркала, где объект был представлен внутри зеркала, точно так же, как в выпуклом зеркале.

Миссис Б. Это бывает только тогда, когда объект помещен между зеркалом и его фокусом; изображение тогда кажется увеличенным за зеркалом, или, как вы бы сказали, внутри него.

Кэролайн. Я не понимаю, почему изображение должно быть больше объекта.

Миссис Б. Это результат сходящегося свойства вогнутого зеркала. Если объект, А В (рис. 7), поместить между зеркалом и его фокусом, лучи от его конечностей падают расходящимися на зеркало и при отражении становятся менее расходящимися, как если бы они исходили из С: для глаза, помещенного в этой ситуации, изображение будет казаться увеличенным за зеркалом в а b, так как оно видится под большим углом, чем объект.

Теперь, я надеюсь, вы понимаете отражение света непрозрачными телами. На нашей следующей встрече мы приступим к другому свойству света, не менее интересному, которое называется преломление.

Вопросы

1.(Pg. 168) What is meant by the angle of vision, or the visual angle?

2.(Pg. 169) Why do objects of the same size appear smaller when distant, than when near?

3.(Pg. 169) Why do not two objects, known to be equal in size, appear to differ, when at different distances from the eye?

4.(Pg. 169) How is this exemplified, by a house seen through a window?

5.(Pg. 170) Why do rows of trees, forming an avenue, appear to approach as they recede from the eye, until they eventually seem to meet?

6.(Pg. 170) In drawing a view from nature, what do we copy?

7.(Pg. 170) What is the difference in sculpture, in this respect?

8.(Pg. 170) Excepting the rays from an object enter the eye, under a certain angle, they cannot be seen; what must this angle exceed?

9.(Pg. 170) What two circumstances may cause the angle to be so small, as not to produce vision?

10.(Pg. 170) Motion may be so slow as to become imperceptible, what is said on this point?

11.(Pg. 170) Under what circumstances may a body, moving with great rapidity, appear to be at rest?

12.(Pg. 170) Upon what does the real velocity of a body, depend?

13.(Pg. 171) What must be known, to enable us to ascertain the real space contained in a degree?

14.(Pg. 171) What is explained by fig. 2, plate 17?

15.(Pg. 171) What is said respecting the evidence afforded by our senses, and how do we correct the errors into which they would lead us?

16.(Pg. 171) An image of a visible object is formed upon the retina of each eye, why, therefore, are not objects seen double?

17.(Pg. 172) By what experiment can you prove that a separate image of an object is formed in each eye?

18.(Pg. 172) Under what circumstances are objects seen double?

19.(Pg. 172) Why is not the image of an object inverted in the common mirror?

20.(Pg. 172) Your whole figure may be seen in a looking-glass, which is not more than half your height; how is this shown in fig. 3. plate 17?

21.(Pg. 173) Why is the image invisible to the person, when not standing directly before the glass?

22.(Pg. 173) In what situation may a second person see the image reflected?

23.(Pg. 173) In what direction will an object always appear to the eye?

24.(Pg. 173) How is this explained by fig. 4, plate 17?

25.(Pg. 173) What is it that reflects the rays in a looking-glass?

26.(Pg. 174) All opaque bodies reflect some light, why do they not all act as mirrors?

27.(Pg. 174) What substances form the most perfect mirrors, and for what reason?

28.(Pg. 174) What are the three kinds of mirrors usually employed for optical purposes?

29.(Pg. 174) How are the rays of light affected by them?

30.(Pg. 175) What is the form of a convex mirror, and how do parallel rays fall upon it, as represented in fig. 1, plate 18?

31.(Pg. 175) What is represented by the dotted line in the same figure?

32.(Pg. 175) Explain by the figure, how the parallel rays will be reflected.