Можно сделать ещё и такой опыт. Нарисуйте на картонном квадратике клетку, а на обороте его — птичку. Укрепите этот квадратик на волчке и заставьте волчок быстро вращаться (рис. 5). Вы увидите, что два различных изображения сольются в одно, и птичка окажется внутри клетки. В этом случае, как и в предыдущих, рисунок с одной стороны вращающегося квадратика ещё не успевает исчезнуть из нашего сознания, как на его место накладывается рисунок второй стороны квадратика.
Таким образом мы воспринимаем два рисунка, как одно изображение.
Сохранение зрительных впечатлений объясняется сложными процессами, происходящими в наших органах зрения. Учёные установили, что человеческий глаз сохраняет зрительные впечатления в течение примерно 0,1 доли секунды. Значит, если промежуток времени, разделяющий два зрительных впечатления, не превышает 0,1 доли секунды, то эти впечатления сливаются одно с другим.
Рис. 4. Этот стробоскоп уже более совершенен. Картинные диски заменены в нём вращающимся барабаном с узкими щелями.
Именно благодаря этой особенности нашего зрения и «оживают» рисунки в стробоскопе. Когда мы смотрим на вращающийся круг или цилиндр этого прибора, наш глаз улавливает отдельные фигурки, быстро мелькающие сквозь щели. Однако промежутки времени между чередующимися изображениями настолько малы, что зрительное впечатление от одной фигурки ещё не исчезает, как глаз видит уже следующую фигурку. В результате мы видим непрерывное движение.
Рис. 5. При быстром вращении два рисунка сливаются в один.
Попробуйте замедлить вращение кругов стробоскопа, и впечатление непрерывности движения исчезнет. Наш глаз будет видеть каждое изображение фигурки отдельно. Вращайте круги быстрее, и нарисованные фигурки снова «оживут».
Описанные приборы, в сущности, не имеют ничего общего с современным кинематографом. Они лишь помогают нам понять ту особенность нашего зрения, которая позволяет воспринимать отдельные, быстро сменяющиеся рисунки, как процесс непрерывного движения изображённых на этих рисунках фигурок.
В основу кинематографии были положены два других важных изобретения XIX века — фотографический аппарат и проекционный фонарь. Необходимой частью этих аппаратов является увеличительное стекло, двояковыпуклая линза. С нею мы поэтому сначала и познакомимся.
3. СЕКРЕТ ДВОЯКОВЫПУКЛОЙ линзы
Кто не знает обычного увеличительного стекла, похожего на зёрнышко чечевицы. Если такое стекло — его называют также двояковыпуклой линзой — поместить между каким-либо предметом и глазом, то изображение предмета кажется наблюдателю увеличенным в несколько раз.
Рис. 6. Прямолинейный луч света, попав в другую среду — в воду, изменяет своё направление, преломляется.
В чём секрет такого увеличения? Чем объяснить, что предметы, если смотреть на них через двояковыпуклую линзу, кажутся нам больше своей действительной величины?
Чтобы хорошо понять причину этого явления, надо вспомнить о том, как распространяются лучи света.
Повседневные наблюдения убеждают нас в том, что свет распространяется прямолинейно. Вспомните, например, как иногда солнце, скрытое облаками, пронизывает их прямыми, ясно видимыми пучками лучей.
Но всегда ли лучи света прямолинейны? Оказывается, не всегда.
Проделайте, например, такой опыт.
В ставне, плотно прикрывающем окно вашей комнаты, сделайте небольшое отверстие. Луч света, пройдя сквозь это отверстие, «прочертит» в тёмной комнате прямолинейный след. Но поместите на пути луча банку с водой, и вы увидите, что луч, попав в воду, изменит своё направление, или, как говорят, преломится (рис. 6).
Таким образом, преломление световых лучей можно наблюдать тогда, когда они попадают в другую среду. Так, пока лучи идут в воздухе, они прямолинейны. Но как только на их пути встречается какая-то другая среда, например вода, свет преломляется.
Вот такое же преломление испытывает луч света и в том случае, когда он проходит через двояковыпуклое увеличительное стекло. При этом линза собирает световые лучи в узкий заострённый пучок (этим, кстати сказать, и объясняется то, что с помощью увеличительного стекла, собирающего лучи света в узкий пучок, можно на солнце поджечь папиросу, бумагу и пр.).
Но почему же линза увеличивает изображение предмета?
А вот почему. Посмотрите невооружённым глазом на какой-нибудь предмет, например на лист дерева. Лучи света отражаются от листа и сходятся в вашем глазу. Теперь поместите между глазом и листом двояковыпуклую линзу. Световые лучи, проходя через линзу, будут преломляться (рис. 7). Однако человеческому глазу они не кажутся ломаными. Наблюдатель по-прежнему ощущает прямолинейность лучей света. Он как бы продолжает их дальше, за линзу (см. пунктирные линии на рис. 7), и предмет, наблюдаемый через двояковыпуклую линзу, кажется наблюдателю увеличенным!
Ну, а что произойдёт, если лучи света, вместо того, чтобы попасть в глаз наблюдателя, будут продолжены дальше? После пересечения в одной точке, называемой фокусом линзы, лучи вновь разойдутся. Если на их пути поставить зеркало, мы увидим в нём увеличенное изображение того же листа (рис. 8). Однако оно представится нам уже в перевёрнутом виде. И это вполне понятно. Ведь после пересечения в фокусе линзы световые лучи идут дальше в том же прямолинейном направлении. Естественно, что при этом лучи от верхушки листа направляются вниз, а лучи, идущие от его основания, отразятся в верхней части зеркала.
Рис. 7. Проходя через линзу, световые лучи преломляются. Однако наблюдателю они не кажутся ломаными. Поэтому и предмет, наблюдаемый через двояковыпуклую линзу, кажется увеличенным.
Рис. 8. После пересечения в фокусе линзы световые лучи идут дальше, в том же прямолинейном направлении. Мы увидим в зеркале изображение того же листа, но в увеличенном и обратном виде.
Вот это свойство двояковыпуклой линзы — способность собирать лучи света в одной точке — и используется в фотографическом аппарате.
4. СВЕТ-ХУДОЖНИК
Поместите двояковыпуклую линзу в отверстие, сделанное в стенке небольшого ящика. Внутри ящика, на его противоположной стенке, появится перевёрнутое изображение того предмета, к которому обращена линза. Если сделать одну из стенок, например стенку с линзой, подвижной, то можно найти такое её положение, при котором изображение в ящике получится удивительно отчётливым.
Фотографический аппарат очень напоминает по своему устройству описанный ящик.
Существует много типов фотографических аппаратов; они отличаются друг от друга размерами, формой, устройством. Но общие принципы устройства и основные части у всех фотографических аппаратов примерно одинаковы. Каждый фотоаппарат состоит из светонепроницаемой коробки (рис. 9), так называемой камеры, на передней стенке которой находится двояковыпуклая линза или несколько линз, собранных в металлической трубке — оправе. При фотографировании трубка с линзами всегда направлена на снимаемый предмет — объект; поэтому она называется объективом. В заднюю стенку коробки вделано матовое стекло; на нём, как на экране, получается изображение снимаемого предмета.
С помощью специальных винтов объектив фотоаппарата может перемещаться, отодвигаясь от матового стекла или приближаясь к нему. Чтобы облегчить передвижение объектива, боковые стенки аппарата часто делаются в виде гармоники из тонкой кожи или плотной материи, непроницаемой для света.