Когда параллельные лучи света падают на хорошо отполированную плоскую поверхность (например, зеркало), то все они отражаются в одну и ту же сторону и продолжают итти в одном и том же новом направлении (рис. 13).
Рис. 13. Правильное, зеркальное отражение света.
Такое отражение называется правильным, или зеркальным отражением. Но зеркальногладкие поверхности в природе встречаются очень редко. У подавляющего большинства окружающих нас предметов поверхность шероховатая. Даже хорошо отполированная блестящая металлическая пластинка оказывается совсем не гладкой, если посмотреть на неё в микроскоп.
Падая на шероховатую поверхность, лучи света отражаются от неё во всех направлениях.
Взгляните на рисунок 14.
Рис. 14. Рассеянное отражение света.
Слева показан участок хорошо отполированной поверхности в сильно увеличенном виде. В действительности этот участок поверхности не больше самой маленькой точки, которую способен видеть наш глаз. На эту поверхность падает тончайший пучок параллельных лучей света, который показан тоже в сильно увеличенном виде.
Встретившись с разными точками поверхности под разными углами, лучи света отражаются от этих точек также под разными углами, и, отразившись, расходятся в разные стороны, или, как говорят, рассеиваются.
Именно такое отражение и происходит почти всегда в природе. Называется оно неправильным или рассеянным отражением.
Попытаемся теперь уменьшить наш рисунок до его истинных размеров, то-есть изобразить его в натуральную величину. Сделать это, конечно, не легко, так как в этом случае придётся изобразить всё так мелко, что мы едва сможем разобрать рисунок; поэтому изобразим его так мелко, как возможно (рис. 14 справа). Теперь пучок лучей света превратился на нашем рисунке в тонкую линию, и падает он в одну точку поверхности, но отражённые этой точкой лучи расходятся в разные стороны. Именно так и происходит обычно отражение света в природе: лучи света, падая на поверхность любой точки предмета, отражаются от этой точки во все стороны.
Это явление играет весьма важную роль в нашей повседневной жизни. Оно позволяет видеть предметы не с одной какой-либо стороны, а с любой, так как где бы мы ни находились, всегда какая-то часть отражённых предметом лучей (если только они не заслоняются другими предметами) достигнет нашего глаза, а это условие является необходимым для зрительного восприятия предметов. Благодаря этому же явлению рассеянного отражения мы можем фотографировать предмет с любой стороны.
А что происходит с лучами света, когда они встречают на своём пути какое-либо прозрачное, то-есть пропускающее свет, тело, например стекло или воду? И в этом случае часть лучей света отражается от поверхности тела. Но большая часть лучей проникает внутрь тела. Однако прямолинейный ход лучей света при этом нарушается. Лучи света как бы изламываются в точке соприкосновения с поверхностью тела и меняют направление. Такое явление называется преломлением света.
Взгляните на ложечку, опущенную в стакан с водой: ложечка покажется вам изломанной у поверхности воды (рис. 15).
Рис. 15. Ложечка, опущенная в стакан с водой, кажется изломанной.
Это следствие преломления света. Лучи, отражённые той частью ложечки, которая находится над водой, достигают нашего глаза, пройдя только через слой воздуха. А лучи, идущие от поверхности ложечки, погружённой в воду, прежде чем попасть в наш глаз, пройдут сначала через слой воды, затем через стекло и, наконец, через слой воздуха. При этом они три раза изменяют своё направление, отчего ложечка и кажется изломанной. На рисунке 16 показано, какой примерно путь совершит луч света, пройдя через три разные прозрачные среды: воздух, воду и стекло.
Рис. 16. Так преломляется луч света при прохождении через воздух, воду и стекло.
Установлено, что различные прозрачные среды преломляют лучи света неодинаково.
Стекло, например, преломляет свет сильнее, чем вода, алмаз — сильнее, чем стекло.
В свою очередь различные по своему составу стёкла также по-разному преломляют лучи света.
Кроме того, лучи света преломляются тем сильнее, чем больше угол, под которым они падают на преломляющую поверхность. Не преломляются и не меняют своего прямолинейного направления только те лучи, которые падают на преломляющую поверхность под прямым углом.
Таковы основные свойства света. Зная эти свойства, нам нетрудно понять, как в фотоаппарате возникает световое изображение предметов.
4. Как образуется в фотоаппарате световое изображение
Увеличительное стекло называют также собирательной линзой[3]. По форме она очень похожа на зерно чечевицы, а слово «линза» и значит «чечевица».
Обе стороны такой линзы имеют сферические, то-есть шаровые поверхности.
Если на такую линзу направить пучок лучей из какой-либо точки, то отдельные лучи, падая на поверхность линзы, встретятся с этой поверхностью под разными углами (рис. 17).
Рис. 17. Так преломляются лучи света собирательной линзой.
Луч, проходящий через центр линзы, падает под прямым углом и поэтому проходит через линзу не преломляясь. Все остальные лучи падают на поверхность линзы под другими углами и, проходя через стекло, преломляются. Чем дальше от центра линзы падает луч, тем сильнее он преломляется. Вследствие этого, пройдя сквозь линзу, лучи света собираются в одну точку (отсюда линза и получила название собирательной), а затем расходятся, рассеиваются. В том месте, где пересекаются лучи, образуется изображение точки, из которой на линзу падают лучи.
Всё это можно проверить на опыте. Приложите вплотную к собирательной линзе лист белой бумаги, а затем, обратив линзу в сторону солнечных лучей, начните медленно отдалять бумагу от линзы. Сначала на листе бумаги вы увидите освещённый круг, по величине примерно равный линзе. Но чем дальше будет бумага от линзы, тем меньше и ярче будет становиться световой кружок (рис. 18).
Рис. 18. Пройдя сквозь линзу, лучи солнечного света образуют позади линзы сходящийся пучок лучей.
Из этого нетрудно заключить, что солнечные лучи, пройдя сквозь линзу, образуют по другую сторону линзы сходящийся в виде конуса пучок лучей. В том месте, где образуется наименьший по размеру кружок, лучи пересекаются, а затем начинают снова расходиться.
Это также можно проверить, продолжая отодвигать бумагу от линзы.
Яркий маленький кружок, образующийся за линзой, есть не что иное, как изображение Солнца.
Точно так же собирательная линза даёт изображение любого предмета на бумаге или каком-либо другом экране. Из каждой точки светящегося или освещённого предмета к линзе идут лучи света. В линзе они преломляются и образуют на экране изображения соответствующих точек предмета. В результате каждая точка предмета будет изображена на экране также точкой, более или менее яркой. Такие «точечные» изображения и составят на экране изображение всего предмета.
Чтобы показать это на рисунке, нет необходимости изображать все лучи, исходящие из каждой точки предмета, да мы и не могли бы это сделать: ведь таких лучей бесчисленное множество. Вполне достаточно найти изображение только крайних точек предмета, например самой верхней и самой нижней. Изображения же всех остальных точек расположатся на экране между изображениями крайних.
На рисунке 19 схематически показано, как образуется изображение предмета.
Рис. 19. Как образуется изображение предмета.
Показаны две крайние точки предмета — верхняя и нижняя, лучи, идущие из этих точек, и изображения этих точек на экране. Изображения всех остальных точек располагаются между двумя крайними и в совокупности дают изображение всего предмета. При этом изображения предметов на экране получаются перевёрнутыми. Именно так и образуется изображение на задней стенке фотоаппарата (рис. 20).
Рис. 20. Так образуется изображение в фотоаппарате.
Если вы внимательно осмотрите объектив современного фотоаппарата, то увидите, что он состоит из нескольких линз. Собранные в одной общей оправе, они в сумме действуют подобно одной собирательной линзе. Для какой же цели объективы составляют из нескольких линз?
Хороший фотографический снимок должен быть прежде всего резким и в точности подобным сфотографированному предмету: прямые линии предмета должны быть прямыми и на снимке, круг должен быть кругом и т. д.
Но если ещё раз проделать описанный на стр. 5 опыт с лупой, то-есть получить с её помощью изображение окна на бумаге и внимательно рассмотреть его, то можно заметить, что изображение окна более или менее резко только в своей центральной части. По мере удаления от центра резкость изображения быстро падает, а на краях изображение становится уже совсем размазанным. Можно заметить также, что изображение окна не совсем правильно: прямые линии оконной рамы получаются не точно прямыми, а слегка изогнутыми. Таким нерезким и неточным получится и фотоснимок, если сделать его с помощью одной собирательной линзы.
