знаний
 Б.Ф.БИЛИМОВИЧ
 Световые  явления
вокруг  нас

МИР  ЗНАНИЙ
 Б.Ф.БИЛИМОВИЧ
 Световые  явления
вокруг  нас
 Книга  для  внеклассного  чтения
учащихся  8—10  классов
 МОСКВА  «ПРОСВЕЩЕНИЕ»  1986

ББК  22.34
Б61
 Рецензенты:
 доктор  философских  наук,  доцент  МГУ  Г.  Я.  Мякишев;
учитель  физики  А.  3.  Синяков.
 Билимович  Б.  Ф.
 Б61  Световые  явления  вокруг  нас:  Кн.  для  внеклас.
чтения  учащихся  8—10  кл.  —  М.:  Просвещение,
1986.  —  176  с.:  ил.  —  (Мир  знаний).
 В  книге  в  популярной  форме  рассказано  об  удивительных  свойствах  света
и  его  практическом  применении  в  различных  областях  науки  и  техники
 4306020000—795 	ББК 	22.34
 Б 	263—86
 103(03)-86 	535
 ©  Издательство  «Просвещение»,  1986

ПРЕДИСЛОВИЕ
 Свет  —  это  величайшая  ценность,  которой  одарила
нас  природа,  это  необходимое  условие  существова¬
ния  растений,  животных  и  человека.
 Световые  явления  необычайно  сложны  и  разнообраз¬
ны.  Световые  лучи  отражаются  и  преломляются,  они
могут  усиливать  и  ослаблять  друг  друга,  огибать  препят¬
ствия,  нагревать  предметы,  порождать  электрический
ток,  обладать  химическим  действием,  лечить  болезни.
 Все  эти  удивительные  свойства  света  изучались  в  те¬
чение  многих  столетий.  С  наиболее  важными  трудами
в  этой  области  читателя  знакомит  первая  глава  книги,
посвященная  истории  развития  учения  о  свете  с  древних
времен  и  до  наших  дней.
 Устройство  глаза,  зрение  двумя  глазами,  причина
световых  иллюзий,  восприятие  цветов  и  формы  предме¬
тов  разобраны  во  второй  главе  книги  «Свет  и  живые  ор¬
ганизмы».
 В  третьей  главе  описаны  оптические  приборы  (лупа,
микроскоп,  телескоп,  дальномер,  перископ,  бинокль),
которые  играют  большую  роль  в  жизни  человека  и  широ¬
ко  используются  медиками  и  биологами,  астрономами  и
моряками,  космонавтами  и  землемерами,  часовыми  мас¬
терами  и  текстильщиками.
 Четвертая  глава  посвящена  светопроекционной  тех¬
нике.  Кинематограф  и  фотография  прочно  вошли  в  нашу
жизнь.  Они  необходимы  ученым  при  исследовании  раз¬
личных  процессов  (в  том  числе  быстрых,  когда  прихо¬
дится  снимать  десятки  тысяч  и  даже  миллионы  снимков
в  секунду).  Микроснимки,  снимки  сооружений  и  зданий,
снимки  в  космосе,  под  водой  —  все  это  применяется
и  в  научных  исследованиях,  и  в  технике.

Методы  и  средства  световой  сигнализации,  обеспечи¬
вающие  безопасность  движения  на  сухопутном  и  морском
транспорте,  рассмотрены  в  пятой  главе.  К  нйм  относятся
светофоры  и  семафоры,  маяки  и  бакены,  сигнальные  ра¬
кеты  и  флаги.
 Одной  из  важных  отраслей  техники  является  освети¬
тельная  техника,  с  которой  знакомит  читателя  шестая
глава.  В  ней  рассказывается  о  всевозможных  источни¬
ках  света  и,  прежде  всего,  лампах  накаливания  —  от  ми¬
ниатюрных,  применяемых  в  медицине,  до  огромных  ламп
для  маяков  и  прожекторов.
 Седьмая  глава  посвящена  люминесцентному  свече¬
нию  и  его  применению  в  осветительной  технике,  телеви¬
дении,  археологии,  криминалистике,  дефектоскопии.
 С  фотоэлектрическим  эффектом,  его  практическим
использованием  знакомит  восьмая  глава.  Фотоэлемент
является  непременной  частью  почти  всякого  автоматиче¬
ского  прибора.  С  его  помощью  предупреждают  пожары,
предохраняют  рабочих  от  травм.  Фотоэлементы  считают
и  сортируют  изделия  на  фабриках,  заменяют  контролеров
в  метро  и  т.  д.
 Квантовые  генераторы  и  голография,  принципы  их
действия,  применение  и  перспективы  их  развития  —  тако¬
ва  тема  завершающей  главы.
 Эта  книга  предназначена  для  школьников  старших
классов,  которые  хотят  углубить  и  расширить  свои  зна¬
ния  по  физике.  Ознакомившись  с  предисловием  и  оглав¬
лением,  читатель  легко  Может  в  соответствии  со  своими
интересами  и  темой,  изучаемой  на  уроке,  выбрать  мате¬
риал  для  дополнительного  чтения.  Наоборот,  если  при
чтении  какого-нибудь  раздела  читатель  будет  испытывать
затруднения,  то  следует  обратиться  к  учебнику,  чтобы
легче  было  вспомнить  формулы  и  законы,  относящие¬
ся  к  этому  разделу.
 Для  более  углубленного  изучения  отдельных  вопро¬
сов  оптики  в  конце  книги  приложен  список  дополнитель¬
ной  литературы.
 Автор  надеется,  что  его  книга  явится  полезным  посо¬
бием  к  школьному  курсу  физики,  а  ее  читатели  найдут
в  ней  много  интересных  сведений.

ИСТОРИЧЕСКИЕ  СВЕДЕНИЯ.  ПРИРОДА  СВЕТА
 ПЕРВЫЕ  ПРЕДСТАВЛЕНИЯ  О  СВЕТЕ
 ЧТО  такое  свет?  Каковы  его  свойства?  Что  происхо¬
дит  во  внешнем  мире,  когда  человек  видит  предмет?
Ответить  на  эти  вопросы  пытались  еще  ученые  Древней
Греции.
 Одним  из  основоположников  геометрической  (луче¬
вой)  оптики  является  знаменитый  греческий  математик
Евклид  (300  г.  до  н.  э.).  Свои  оптические  труды  он  изло¬
жил  в  двух  трактатах  «Оптика»  и  «Катоптрика».
В  «Оптике»  Евклид  придерживается  ошибочной  теории
о  зрительных  лучах,  согласно  которой  видимость  пред¬
мета  обусловлена  тем,  что  из  глаза,  как  "^з  вершины,  идет
конус  прямых  лучей,  касающихся  границ  предмета
(рис.  1)  и,  «как  пальцы,  ощупывающих  его».
 Существовала  и  другая  не  менее  фантастическая  тео¬
рия  о  природе  света,  развиваемая  Эпикуром  (341—270  гг.
до  н.  э.)  и  Лукрецием  (96—55  гг.  до  н.  э.).  Согласно  этой
теории  зрительные  ощущения  возникают  потому,  что
в  глаз  наблюдателя  попадают  тончайшие  пленки  —ко¬
пии,  отделяющиеся  от  предметов  и  в  точности  повторяю¬
щие  их  облик  и  форму.
 В  «Оптике»  Евклида  впервые  был  сформулиро¬
ван  закон  прямолинейного  распространения  света.  Рас¬
сматривая  вопрос  о  видимых  размерах  предмета,
Евклид  правильно  указывает,  что  они  зависят  от  угла
зрения.
 В  трактате  «Катоптрика»  автор  изложил  важный  за¬
кон  отражения  света  й  применил  его  к  исследованию  как
плоских,  так  и  сферических  зеркал.  Фокусирующее  дей¬
ствие  вогнутых  зеркал  было  известно  еще  до  Евклида.
Так,  например,  Архимед  проводил  опыты  по  преломлению

света,  и  легенда  даже  приписывает  Архимеду  сожжение
римского  флота  с  помощью  вогнутого  зеркала.
 В  своем  трактате  Евклид  указывает,  что  вогнутые
зеркала  могут  дать  как  сходящийся,  так  и  расходящийся
пучок  лучей,  а  выпуклые—только  расходящийся.  Однако
первое  упоминание  о  преломлении  света  было  сделано
греческим  ученым  Аристотелем  (384—322  гг.  до  н.  э.),
который  поставил  вопрос,  почему  палка  в  воде  кажется
переломленной.
 Но  подробное  описание  преломления  света  впервые
было  сделано  Клеомедом  (50  г.  до  и.  э.).  Он  указал,  что
луч  света  при  переходе  из  менее  плотной  среды  в  более
плотную  преломляется,  приближаясь  к  перпендикуляру,
восстановленному  к  границе  раздела  двух  сред  в  точке
падения  луча,  при  обратном  переходе  луч  удаляется  от
этого  перпендикуляра.  Клеомед  описывает  следующий
оцыт.  Нужно  стать  так,  чтобы  плоское  кольцо,  положен¬
ное  на  дно  сосуда,  скрылось  за  его  краем.  Затем,  не  из¬
меняя  положение  глаз,  налить  в  сосуд  воды  (рис.  2).
Луч  света  преломится  на  поверхности  воды,  и  кольцо
станет  видимым.
 Среди  ученых,  исследовавших  оптические  явления,
следует  отметить  также  и  знаменитого  египетского  астро¬
нома  Птолемея  (70—147  гг.  н.  э.),  издавшего  в  130  г.
и.  э.  свой  трактат  «Оптика».  В  нем  были  собраны  все
современные  Птолемею  оптические  знания,  которые  он
дополнил  самостоятельными  исследованиями.  В  книге
разбирается  теория  зрения,  отражение  света,  теория

плоских  и  сферических  зеркал,  а  также  преломление
света.
 Измеряя  углы  падения  и  соответственные  им  углы
преломления,  Птолемей  получил  достаточно  точные  зна¬
чения,  однако  открыть  закон  преломления  света  ему  не
удалось.  Он  ошибочно  утверждал,  что  угол  преломления
светового  луча  пропорционален  углу  падения.
 В  вопросе  о  природе  света  Птолемей  придерживался
теории  зрительных  лучей.
 ОПТИКА  АРАБОВ
 Во  И  В.  н.  э.  для  античной  науки  наступили  тяжелые
времена.  Опустошительные  войны,  враждебное  отноше¬
ние  к  науке  христианского  духовенства  и  ряд  других  при¬
чин  привели  к  ее  длительному  застою.  Однако  достиже¬
ния  древних  ученых  не  были  утрачены.  Заслуга  в  этом
принадлежит  арабам.  Завоевав  культурные  страны  Евро¬
пы  и  Северной  Африки,  они  познакомились  с  трудами
греческих  и  римских  ученых  и  дополнили  их  сведениями,
заимствованными  в  Индии  и  Китае.  Так  науки  (в  частно¬
сти,  оптика)  начали  постепенно  развиваться.  Наиболее
выдающимся  арабским  оптиком  был  Альгазен  (XI  в.
н.э.).  Его  основное  сочинение  «Оптика»  представляет
собой  изложение  учения  о  свете  со  времен  Птолемея.
Альгазен  отвергает  древнюю  теорию  зрительных  лучей,
исходящих  из  глаза.
 Он  доказывает,  что  изображение  предмета  возникает
в  хрусталике  глаза.  То,  что  зрение  двумя  глазами  дает
одно  изображение,  он  объяснил  соединением  обоих  зри¬
тельных  впечатлений  в  одно  с  помощью  общего  зритель¬
ного  нерва.
 В  труде  Альгазена  рассматриваются  плоские,  сфери¬
ческие  (выпуклые  и  вогнутые),  цилиндрические  и  кониче¬
ские  зеркала  (также  выпуклые  и  вогнутые).  Ему  было
известно  увеличительное  действие  шарового  сегмента
(плоско-выпуклой  линзы).
 В  «Оптике»  он  показывает,  что  цвета  тел  бывают  раз¬
личными  в  зависимости  от  их  освещенности:  тела  почти
черные  при  слабом  свете  при  сильном  оказываются
цветными.
 Исследуя  преломление  света,  Альгазен  в  противопо¬
ложность  Птолемею  установил,  что  углы  падения  и  пре-

ломления  непропорциональны  друг  другу.  Это  был  важ¬
ный  толчок  к  отысканию  закона  преломления.
 В  трактате  Альгазена  описан  интересный  опыт.  Перед
небольшим  отверстием  в  стенке  коробки  были  поставлены
несколько  зажженных  свечей.  При  этом  на  противопо¬
ложной  отверстию  стенке  появились  четкие  изображе¬
ния  каждой  свечи.  Из  опыта  ученый  сделал  вывод,  что
пересекающиеся  световые  лучи  не  мешают  друг  другу.
 В  этом  опыте  Альгазен  использовал  изобретенный
им  прибор,  названный  камерой-обскурой.  В  1570  г.
итальянец  Баттиста  Порта  усовершенствовал  этот  при¬
бор,  вставив  в  отверстие  двояковыпуклую  линзу  (рис.  3),
что  значительно  улучшило  четкость  изображения.  Кеплер
объяснил  действие  камеры-обскуры  следующим  образом:
луч  света,  исходящий  из  одной  точки  изображаемого
предмета,  проходя  через  отверстие  камеры,  дает  на  ее
противоположной  стенке  световое  пятно,  подобное  отвер¬
стию.  Из  множества  таких  фигурок  и  составляется
изображение  предмета,  уже  не  зависящее  от  формы  от¬
верстия.
 Также  важным  событием  в  истории  средневековой
оптики  было  изобретение  очков.
 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ  МЕТОД  ИССЛЕДОВАНИЯ
 Следует  отметить,  что  ученые  древности  и  средних
веков  пренебрегали  опытным  исследованием.  Они  доволь¬
ствовались  наблюдениями  явлений  в  том  виде  и  в  том
месте,  где  их  находили,  и  стремились  из  этих,  иногда  слу¬
 8

чайных  наблюдений  сделать  общие  выводы.  Они  не  про¬
веряли  свои  выводы  новыми  наблюдениями  и  опытами,
проведенными  по  определенному  плану.
 В  XVII  в.  экспериментальный  метод  становится  основ¬
ным  методом  исследования,  что  обусловило  бурное*  раз¬
витие  оптики,  которое  началось  с  усовершенствования
методов  шлифовки  оптических  стекол  и  попыток  скон¬
струировать  увеличительную  трубу.  Это  имело  огромное
значение,  так  как  в  Голландии  быстрыми  темпами  раз¬
вивались  торговля  и  мореплавание,  а  навигационная
практика  нуждалась  в  оптических  приборах.  В  1590  г.
голландец  3.  Янсен  построил  первый  двухлинзовый  мик¬
роскоп,  а  Липперсгей  в  1608  г.—телескоп.
 Также  важное  открытие  было  сделано  в  1621  г.
лейденским  математиком  Снеллиусом  —  он  нашел  выра¬
жение  для  закона  преломления  света,  которое  явилось
фундаментом  всей  оптической  теории  и  послужило
основой  для  конструирования  различных  оптических
приборов.
 Выдающийся  вклад  в  теоретическое  обоснование  оп¬
тики  внес  немецкий  астроном  Кеплер  (1571  —1630).  Он
установил  ошибочность  закона  преломления  Птолемея,
но,  однако,  и  сам  не  вывел  этого  закона.  Принимая
приближенно,  что  угол  преломления  лучей  прямо  про¬
порционален  углу  падения,  Кеплер  вычертил  ход  лучей  в
различных  линзах  и  системах  линз,  а  также  вычислил  их
фокусные  расстояния  и  положение  изображения  (т.  е.
места  соединения  лучей,  падающих  на  линзу  из  одной
точки).  Эти  исследования  привели  его  к  открытию  и
объяснению  полного  отражения  и  позволили  создать
проект  зрительной  трубы  с  двумя,  а  затем  с  тремя  двоя¬
ковыпуклыми  стеклами.
 Еще  одним  шагом  вперед  явилась  его  теория  зрения.
Кеплер  указал,  что  пучки  лучей,  исходящие  из  различных
точек  видимого  предмета,  преломляются  хрусталиком
глаза  и  дают  на  сетчатке  перевернутое  изображение
предмета.  По  Кеплеру,  близорукость  и  дальнозоркость
обусловлены  изменением  кривизны  хрусталика.
 Громадную  роль  в  истории  оптики  сыграл  телескоп,
построенный  в  1609  г.  итальянским  ученым  Галилеем.
Услышав  о  новой  зрительной  трубе,  Галилей  после  дол¬
гих  размышлений  пришел  к  тому  сочетанию  линз,  которое
было  найдено  голландцами.  Он  настолько  усовершенство¬
вал  новый  инструмент,  что  получил  увеличение  в  30  раз.

в  то  время  как  трубы  первых  изобретателей  едва  увели¬
чивали  в  5  раз.
 Но  главная  заслуга  Галилея  состояла  в  том,  что  он
угадал  в  нем  мощное  средство  для  астрономических
наблюдений.  С  помощью  своего  телескопа  Галилей  сде¬
лал  ряд  замечательных  открытий.  Им  было  обнаружено
множество  новых  звезд,  было  доказано,  что  Млечный
Путь  состоит  из  большого  скопления  мелких  звезд,  а
также  наличие  гор  и  впадин  на  поверхности  Луны.  Он
увидел  Венеру  в  форме  серпа  и  заметил,  что  она  прохо¬
дит  световые  фазы,  подобно  Луне.  Галилей  также  открыл
четыре  спутника  Юпитера,  обращавшиеся  вокруг  него,
как  Луна  вокруг  Земли,  пятна  на  Солнце  и  кольцо  Са¬
турна.
 Астрономическая  труба  Галилея  и  его  замечательные
открытия  превратили  геометрическую  оптику  из  отвлечен¬
ной  математической  науки  в  важную  практическую  об¬
ласть,  необходимую  для  расчета  оптических  приборов.
 ОТКРЫТИЕ  ИНТЕРФЕРЕНЦИИ,  ДИФРАКЦИИ
И  ПОЛЯРИЗАЦИИ  СВЕТА
 В  1665  г.  итальянским  ученым  Гримальди  были  от¬
крыты  такие  явления,  как  интерференция  и  дифракция
света.  В  темную  комнату  сквозь  маленькое  отверстие  он
пропустил  солнечный  свет  и  в  конус  света  на  довольно
большом  расстоянии  от  отверстия  ввел  палку,  направив
тень  от  нее  на  белый  экран.  В  результате  тень  от  палки
оказалась  шире,  чем  она  должна  была  быть  при  совер¬
шенно  прямолинейном  распространении  света,  и  как  вну¬
три,  так  и  снаружи  окаймленной  цветными  полосами.
 Отсюда  стало  ясно,  что  свет  не  только  распростра¬
няется  прямолинейно,  но  и,  проходя  мимо  тела,  отклоня¬
ется  в  сторону  от  тела,  а  также  огибает  его.  Такое  свой¬
ство  света  Гримальди  назвал  дифракцией.  Затем,  пропу¬
стив  свет  через  два  близко  расположенных  отверстия,
он  получил  на  экране  два  частично  перекрывающихся
изображения,  причем  одна  часть  изображения  оказалась
светлее,  другая  —  темнее.  Из  опыта  Гримальди  сделал
следующий  вывод:  «Освещенное  тело  может  сделаться
темнее,  если  к  падающему  на  него  свету  прибавить  новое
количество  света».  Таким  образом,  он  точно  охарактери¬
зовал  интерференцию  света,  хотя  и  не  объяснил  ее.
 В  1669  г.  датский  ученый  Э.  Бартолин  обнаружил,  что
 10

если  смотреть  через  кристалл  исландского  шпата
(СаСОз),  то  предметы  кажутся  двойными.  Следователь¬
но,  такой  кристалл  раздваивает  падающий  на  него  луч
так,  что  в  кристалле  появляются  и  через  него  проходят
два  преломленных  луча.  Затем,  рассматривая  предмет
под  различными  углами  зрения  через  кристалл,  Барто-
лин  установил,  что  у  одного  из  лучей  —  «обыкновенно¬
го»  —  постоянный  показатель  преломления,  а  у  друго¬
го  —  «необыкновенного»  —  он  меняется  в  зависимости  от
направления  этого  луча.  Открытое  явление  оказалось
свойственным  многим 	кристаллическим  веществам  и
 получило  название  двойного  лучепреломления.
 ХРИСТИАН  ГЮЙГЕНС
 Прямолинейное  распространение  света  наводило  уче¬
ных  на  мысль  о  том,  что  свет  представляет  собой  поток
мельчайших  частиц  (корпускул),  испускаемых  источни¬
ком  света  и  движущихся  в  однородном  веществе  прямо¬
линейно  и  равномерно.  Попадая  в  глаз,  корпускулы  про¬
изводят  ощущение  света.  Наиболее  крупные  частицы
порождают  красный  свет,  наименее  крупные  —  фиоле-*
товый.
 Такие  взгляды  на  природу  света  получили  название
корпускулярной  теории  или  теории  истечения.  Сторонни¬
ком  ее  был  английский  физик  и  математик  И.  Ньютон
(1643—1727).
 Голландский  физик  X.  Гюйгенс  (1629—1695)  был
создателем  другой  —  волновой  теории  света,  основные
положения  которой  вошли  в  современную  физику.  Свои
взгляды  0Н  изложил  в  «Трактате  о  свете»,  изданном
в  169Q  г.  Гюйгенс  считал,  что  корпускулярная  теория
противоречит  свойствам  световых  лучей  при  пересечении
не  мешать  друг  другу.  Действительно,  пусть  лучи  от
источника  света,  расположенного  сбоку  от  нас,  п£ресе-
кают  лучи,  идущие  к  нам  спереди.  Тем  не  менее  мы
отчетливо  видим  предметы,  находящиеся  перед  нами.
Следовательно,  пересекаясь,  лучи  света,  подобно  волнам
на  поверхности  воды,  не  взаимодействуют  друг  с  другом.
 Гюйгенс  полагал,  что  Вселенная  заполнена  тончайшей
в  высшей  степени  подвижной  упругой  и  легкой  средой  —
мировым  эфиром.  Если  в  каком-либо  месте  эфира  час¬
тица  начнет  колебаться  (например,  под  действием  источ¬
ника  света),  то  это  колебание  передается  всем  соседним
 11

частицам  и  в  пространстве  с  огромной  скоростью  про¬
бегает  эфирная  волна,  имеющая  своим  центром  первую
частицу.  Попадая  в  глаз,  она  вызывает  зрительное  ощу¬
щение.
 Волновые  представления  позволили  Гюйгенсу  теорети¬
чески  вывести  законы  отражения  и  преломления  света.
Он  выдвинул  также  принцип,  согласно  которому  каждая
точка  поверхности,  до  которой  дошли  световые  колеба¬
ния,  сама  становится  центром  элементарных  сферических
волн.  Поверхность,  касательная  ко  всем  вторичным  вол¬
нам,  представляет  собой  волновую  поверхность  в  сле¬
дующий  момент  времени.  Линии,  перпендикулярные  к
ней,  называются  световыми  лучами.
 Опираясь  на  свой  принцип,  Гюйгенс  так  объяснял  пря¬
молинейное  распространение  света.  Пусть  свет  проникает
через  отверстие  аЬ  в  темную  комнату  (рис.  4).  Из  каж¬
дой  светящейся  точки  отверстия  идут  элементарные  сфе¬
рические  волны.  Эти  волны  могут  сойтись  друг  с  другом
и  иметь  огибающую  только  непосредственно  перед  отвер¬
стием  в  области  cd,  хотя  и  распространяются  в  стороны.
Отдельные  волны  не  могут  создавать  ощущения  света  —
там,  где  нет  огибающей,  нет  и  света.
 Такая  точка  зрения  не  позволяла  Гюйгенсу  объяс¬
нить  явление  огибания  светом  препятствий,  —  возможно,
он  ничего  не  знал  о  дифракции  и  не  имел  ясного  пред¬
ставления  об  интерференции  света  и  поэтому  не  мог
объяснить  возникновение  различных  цветов  при  прохож¬
дении  света  через  тонкие  пластинки.  Исследуя  двойное
лучепреломление,  он  дал  наглядную  модель  распростра¬
 12

нения  света  в  кристаллах.  По  Гюйгенсу,  анизотропия
(т.  е.  зависимость  физических  свойств  от  направления)
кристалла  приводит  к  тому,  что  всякая  выходящая  из
одной  точки  световая  волна  разлагается  в  кристалле  на
две  волны  (рис.  5).  Волновая  поверхность  первой  («обы¬
кновенной»)  волны  имеет  форму  сферы,  волновая  по¬
верхность  второй  («необыкновенной»)  образует  эллипсоид
вращения.  Следовательно,  скорость  v\  «обыкновенного»
луча  в  кристалле  для  всех  направлений  одинакова,  а
скорость  Т?2  «необыкновенного»  луча  зависит  от  его
направления  в  кристалле.
 Переходя  с  помощью  формул
 к  показателям  преломления,  можно  сказать,  что  показа¬
тель  преломления  П2  «необыкновенного»  луча  зависит  от
направления  распространения  лучей  в  кристалле,  а  пока¬
затель  преломления  п\  «обыкновенного»  луча  не  зависит.
(В  этих  формулах  iT—скорость  света  в  среде,  окружаю¬
щей  кристалл.)  Лишь  в  направлении,  параллельном  диа¬
гонали  АВ,  соединяющей  тупые  углы  кристалла,  скорость
распространения  обоих  лучей  одинакова,  и  поэтому  в
этом  направлении  не  образуется  двух  лучей.
 Прямая,  проведенная  через  любую  точку  кристалла
параллельно  этому  направлению,  называется  его  оптиче¬
ской  осью,  а  плоскость,  содержащая  оптическую  ось  и
луч  света,  называется  главным  сечением  кристалла.
 Из  целого  ряда  измерений  показателя  прелдмления
Гюйгенс  определил  форму  эллипсоида  для  необыкновен¬
ной  волны.
 Изучая  двойное  лучепреломление,  Гюйгенс  установил
факт  поляризации  света.  Пропуская  луч  света  через
кристалл  исландского  шпата,  он  получил  два  луча  i  и  2
(рис.  6,  а).  Когда,  исследуя  эти  лучи,  он  пропускал  их
через  второй  кристалл,  из  него  выходило  уже  четыре
луча.  Однако,  поворачивая  этот  кристалл  вокруг  лучей  1
и  2,  можно  было  добиться,  чтобы  из  него  выходило  также
два  луча  (рис.  6,  б).  Следовательно,  свойства  лучей  1  w  2
разной  ориентировки  оказались  различными,  т.  е.  не¬
симметричными,  полярными.  Эта  догадка  была  выска¬
зана  впервые  Ньютоном,  однако  ни  Ньютон,  ни  Гюйгенс
не  смогли  объяснить  открытого  Гюйгенсом  явления
несимметричности  лучей.
 13

Волновая  теория  Гюйгенса  хотя  и  объясняла  явления
геометрической  оптики,  но  имела  существенные  недо¬
статки.  Сравнивая  световые  волны  со  звуковыми,  он
полагал,  что  световые  волны  являются  продольными  и
распространяются  в  виде  непериодических  «взрывных»
импульсов.  На  основе  таких  представлений  о  природе
световых  волн  нельзя  было  истолковать  явления  интер¬
ференции  и  дифракции  света,  которые  обусловлены
периодичностью  световых  волн.
 РОБЕРТ  ГУК
 Сторонником  волновой  теории  был  и  английский  фи¬
зик  Р.  Гук  (1635—1703).  Он  полагал,  что  свет  возникает
благодаря  колебаниям  светящегося  тела;  эти  колебания
передаются  частицами  окружающей  среды,  образуя  в  ней
сферическую  волновую  поверхность,  которая  быстро  уве¬
личивается,  подобно  круговым  волнам  на  поверхности
воды.
 В  своем  сочинении  «Микрография»  Гук  впервые  об¬
стоятельно  описал  интерференционные  явления  —  цве¬
та  тонких  пластинок,  (мыльных  пузырей,  слюдяных
пластинок)  —  и  дал  им  -толкование  с  точки  зрения  вол¬
новой  теории  света.  Он  заметил  зависимости  цвета  от
толщины  пластинки,  но  не  установил  точного  математи¬
ческого  закона,  и  поэтому  открытие  периодичности  све¬
товых  волн  считают  принадлежащим  Ньютону.
 Гук  высказал  правильную  мысль  о  том,  что  появление
цветов  на  пленке  обусловлено  отражением  светового  луча
 14

от  ее  передней  и  задней  поверхностей.  Эти  лучи,  следуя
друг  за  другом,  встречаются  на  сетчатке  глаза  и  дают
ощущение  различных  цветов.  Понятие  длины  волны  и
ее  фазы  Гуку  (как  и  Ньютону)  еще  не  было  знакомо,  и
это  не  позволило  ему  создать  правильную  теорию  интер¬
ференции  света.
 Независимо  от  Гримальди,  хотя  и  позднее  его,  Гук
открыл  явление  дифракции  света  —  искривление  лучей
при  прохождении  их  около  острого  края  экрана.
 ИСААК  НЬЮТОН
 В  60-х  годах  XVII  в.  начал  свои  оптические  исследо¬
вания  И.  Ньютон.  Его  заслуги  в  истории  развития  оптики
исключительно  велики.  Он  теоретически  и  эксперимен¬
тально  исследовал  все  известные  в  его  время  оптические
явления.  Результаты  этих  исследований  и  собственные
замечательные  оптические  открытия  были  описаны  им  в
фундаментальном  трактате  «Оптика»,  изданном  в  1704  г.
 Ньютона  считают  защитником  корпускулярной  теории
света  и  противником  волновой  теории.  В  связи  с  этим
следует  сказать,  что  в  своих  сочинениях  он  избегал
решительных  высказываний  в  пользу  той  или  другой
теории,  считая,  однако,  корпускулярную  теорию  света
наиболее  вероятной.  Вместе  с  тем  Ньютон  допускал  воз¬
можность  волновой  теории  и  в  своей  знаменитой  «Опти¬
ке»  пользовался  как  корпускулярными,  так  и  волновыми
представлениями.  В  его  труде  мОжно  встретить  и  явные
противоречия.  Ньютон  допускал,  что  гипотеза  эфира  —
среды,  заполняющей  мировое  пространство,  —  может
быть  использована  для  объяснения  преломления  и  ди¬
фракции  света.  Однако  далее  он  утверждал,  что  пра¬
вильные  многовековые  движения  планет  свидетельствуют
 об 	отсутствии  в  космосе  тормозящей  среды  и,  следова¬
тельно,  небесное  пространство  лишено  всякой  ощутимой
материи.  Это,  по  его  мнению,  служит  важным  доводом
против  волновой  теории.  Повторяя  опыты  Гримальди
по  дифракции  света,  Ньютон  не  заметил  загибания  света
внутрь  тени.  Отсутствие  такого  загибания  тоже  противо-
*речит,  как  он  утверждал,  волновой  теории.
 Со  временем  Ньютон  все  более  и  более  склонялся
в  пользу  корпускулярной  теории,  —в  частности,  с  по¬
мощью  нее  объяснял  отражение  и  преломление  света.
Согласно  этой  теории,  когда  свет  приближается  к  более
 15

плотной  среде  и  переходит  в  нее,  все  корпускулы  притя¬
гиваются  к  этой  среде  и  поэтому  при  наклонном  падении
лучей  на  ее  границу  отклоняются:  чем  больше  частица,
тем  меньше  отклонение.  Следовательно,  происходит  пре¬
ломление  света  и  пространственное  разделение  разнород¬
ных  лучей,  т.  е.  дисперсия  света.  При  этом  скорость  всех
частиц  возрастает  —  в  более  плотной  среде  она  больше,
чем  в  менее  плотной.  (Впоследствии  было  доказано,  что
в  более  плотной  среде  сксфость  света  меньше,  чем  в  менее
плотной).
 Но  на  граничной  поверхности  более  плотной  среды
свет  не  только  преломляется,  но  и  отражается.  Следова¬
тельно,  эта  среда  как  притягивает  световые  корпускулы,
так  и  отталкивает  их.  Совмещение  столь  противополож¬
ных  явлений  было  слабым  местом  корпускулярной  тео¬
рии.  Чтобы  устранить  это  противоречие,  Ньютон  пытался
объединить  обе  теории  —  волновую  и  корпускулярную.
 По  новой  теории  световые  корпускулы  при  своем  дви¬
жении  приводят  в  колебание  частицы  эфира,  находящиеся
в  веществе  и  около  него.  В  результате  таких  колебаний
эфир  попеременно  сжимается  и  расширяется.  Корпус¬
кулы,  попадающие  на  сжатый  эфир,  отражаются,  по¬
падающие  на  разреженную  его  часть—пропускаются.
 Другими  словами,  каждый  световой  луч  на  своем  пути
претерпевает  особые  изменения,  благодаря  которым  в
одном  месте  он  отражается,  в  другом  —  преломляется.
Эти  «приступы»  следуют  друг  за  другом  в  равные,  но
очень  малые  промежутки  времени,  неодинаковые  для  раз¬
личных  цветов  —  они  больше  всего  для  красного  цвета,
меньше  всего  для  фиолетового.  С  помощью  этой  теории
Ньютон  объяснял  интерференцию  и  дифракцию  света.
 Открытие  дисперсии  света
 К  60-м  годам  XVII  в.  относится  одно  из  великих
 открытий  Ньютона  —  различная  преломляемость  (диспер¬
сия)  цветных  лучей  света.  Еще  задолго  до  Ньютона
было  известно,  что  пучок  белого  света,  проходя  через
стеклянную  призму,  дает  на  экране  радужную  полоску  —
спектр.  Об  этом  знали  Леонардо  да  Винчи,  Галилей  и
многие  другие  ученые  и  объясняли  это  тем,  что  стекло
как-то  влияет  на  свет,  изменяя  его  окраску.
 На  основании  многообразных  опытов  Ньютон  убедил¬
ся  в  неправильности  этого  предположения.  Цвет  есть
 16

прирожденное,  а  не  приобретенное  свойство  луча.  Белый
свет  имеет  сложную  структуру.  Он  состоит  из  множества
лучей  разного  цвета.  Ньютон  выделил  семь  основных
цветов.  Призма  разлагает  белый  цвет  на  простые  сос¬
тавные  части,  причем  различно  окрашенные  лучи  откло¬
няются  призмой  по-разному,  и  поэтому  на  экране  обра¬
зуется  спектр.  Менее  всего  отклоняются  красные  лучи,
более  всего  —  фиолетовые.
 С  помощью  опытов  Ньютон  доказал,  что  окраска  и
степень  преломляемости,  свойственные  монохроматиче¬
скому  лучу,  не  могут  быть  изменены  ни  преломлением,
ни  отражением  от  тел,  ни  какой-либо  другой  причиной.
 Разлагая  свет  сложного  цвета,  можно  получить  моно¬
хроматические  лучи,  отличающиеся  по  цвету  от  окраски
смеси.  Наоборот,  точно  такие  же  цвета,  как  и  монохрома¬
тические,  можно  получить  смешением,  например,  при  сме¬
шении  желтого  и  синего  цветов  образуется  зеленый.  Бе¬
лый  свет  всегда  сложный,  для  его  получения  требуется
смешение  всех  призматических  цветов  в  правильных  про¬
порциях.
 Таким  образом,  Ньютон  установил,  что  каждому  моно¬
хроматическому  лучу  соответствует  свой  точный  коли¬
чественный  признак  —  его  показатель  преломления.  Это
позволило  физикам  перейти  от  качественного  описания
световых  явлений,  от  субъективных  понятий  цвета  и
яркости  к  точным  числовым  характеристикам.
 После  Ньютона  дальнейшее  изучение  преломления
света  показало,  что  оно  зависит  от  вeщectвa,  из  которого
сделана  призма.  Так,  в  обыкновенных  стеклянных  приз¬
мах  синие  лучи  преломляются  сильнее  красных,  но  в
призме  из  твердых  красок  (например,  из  фуксина)  крас¬
ные  лучи  преломляются  сильнее  синих.  Следовательно,
показатель  преломления  —  это  сложный  признак,  зави¬
сящий  одновременно  от  качества  света  и  качества
вещества.
 Таким  образом,  Ньютон  заложил  основы  спектроско¬
пии,  которая  используется  в  науке  и  технике.
 Цвета  тонких  пластинок
 Изучая  цвета  тонких  пластинок,  Ньютон  проделал
следующий  опыт:  он  положил  линзу  выпуклостью  на
плоскопараллельную  стеклянную  пластинку,  благодаря
чему  между  ними  образовался  воздушный  слой  перемен-
 2-1004
 17

ной  толщины  (рис.  7).  Рассматривая  эту  систему  в  бе¬
лом  отраженном  свете,  он  нашел  в  месте  их  соприкос¬
новения  темное  пятно  с  концентрическими  радужными
кольцами  вокруг  него.  При  освещении  стекол,  например,
красными  лучами  вместо  радужных  колец  появились
правильно  чередующиеся  концентрические  красные  и  чер¬
ные  кольца.  Измерив  радиусы  темных  колец,  он  нашел,
что  они  относятся  друг  к  другу,  как  квадратные  корни
из  целых  чисел,  т.  е.  /41  /Б7  /Е~.  Отсюда,  зная  радиус
кривизны  линзы,  он  вычислил  толщину  воздушных  про¬
межутков  (зазоров)  между  линзой  и  пластинкой  в  мес¬
тах,  где  проходят  темные  кольца.  Оказалось,  что  эти
промежутки  относятся,  как  последовательные  четные  чис¬
ла:  0:2:4:6:8.
 Если  освещать  систему  (линза—пластинка)  разными
по  цвету  лучами,  ширина  колец  и  соответствующих  им
зазоров  будет  меняться.  Она  изменится  также,  если  вме¬
сто  воздуха  зазор  заполнить  какой-либо  жидкостью.
 Однако,  когда  вещество,  заполняющее  щель  между
стеклами,  не  меняется,  каждому  лучу  соответствует  свой
строго  определенный  зазор,  который  не  зависит  ни  от
материала,  из  которого  сделана  линза,  ни  от  pa^inyca  ее
кривизны.  Следовательно,  закономерное  увеличение
зазора  обусловлено  свойствами  самого  света,  именно
свет  обладает  некоторой  лравильной  периодичностью.
Значение  этого  важного  вывода  было  по  достоинству
оценено  физиками  через  много  лет  —  уже  в  XIX  столетии.
 Цвета  тонких  пластинок  и  кольца  Ньютон  объяснял
с  помощью  своей  гипотезы  о  световых  приступах  легкого
отражения  и  легкого  преломления.  Ход  его  рассуждения
был  таков.  Пусть  плоско-выпуклая  линза  £DC,  находя¬
щаяся  на  плоской  пластине  АВ,  сверху  освещена  моно¬
хроматическим  светом  (см.  рис.  7).  Свет,  попадая  на
поверхность  АВ,  смотря  по  фазису  приступа,  в  котором
он  находился  в  данное  мгновение,  разделится  на  две
части:  одна  пройдет  через  АВ,  другая  отразится  вверх
к  поверхности  ECD  линзы.  Вблизи  точки  соприкоснове¬
ния  С  свет  упадет  на  поверхность  ECD  еще  в  приступе
легкого  отражения,  в  котором  он  упал  на  АВ,  и,  следо¬
вательно,  будет  отражен  вниз.  Поэтому  глаз  (в  отражен¬
ном  свете)  увидит  вокруг  С  темное  пятно.
 Но  лучи,  падающие  дальше  от  С,  пробегают  от  АВ  к
ECD  более  длинный  путь  и  поэтому  на  некотором  рас¬
стоянии  от  с  будут  падать  на  ECD,  находясь  уже  в  при¬
 18

ступе  более  легкой  преломляемости.  Следовательно,  они
пройдут  через  ECD  и  глаз  увидит  светлый  круг  и  т.  д.
 Так  как  периоды  изменения  приступов  для  различных
монохроматических  лучей,  входящих  в  состав  белого  све¬
та,  различны,  то  и  радиусы  колец  для  таких  лучей  также
неодинаковы.  Этим  и  объясняется  появление  радужных
кругов  при  освещении  прибора  белым  светом.  Таким  же
образом  Ньютон  объяснял  цвета  тонких  пластинок,  игру
цветов  на  мыльных  пузырях  и  даже  цвета  тел.
 Объяснение  Ньютоном  дифракции
и  поляризации  света
 Изучая  дифракцию  света,  Ньютон  наблюдал  тень  от
волоса.  Она  оказалась  шире,  чем  это  следовало  из  пря¬
молинейного  распространения  света,  причем  по  обеим  ее
сторонам  обнаружились  темные  и  светлые  полосы.  Нью¬
тон  предположил,  что  свет,  встречая  на  своем  пути
какое-нибудь  тело,  отталкивается  им,  что  и  вызывает
расширение  тени.  Но,  обладая  в  то  же  время  приступами,
свет  отклоняется  в  большей  или  меньшей  степени,  в  ре¬
зультате  чего  и  появляются  полосы  около  тени.
 Явление  двойного  лучепреломления  привело  Ньютона
к  мысли,  что  у  световых  корпускул  имеется  нечто  вроде
магнитных  полюсов,  которые  притягиваются  или  отталки¬
ваются  частицами  кристалла.  В  результате  корпускулы
ориентируются  вдоль  луча  так,  что  он  приобретает  не¬
симметричные  свойства:  при  прохождении  светового  луча
через  кристалл  две  противоположные  стороны  этого
луча  дают  обыкновенное  преломление,  а  две  другие  —
необыкновенное.  Полагая  в  соответствии  с  волновой  тео¬
рией  Гюйгенса  световые  волны  продольными,  нельзя
объяснить,  каким  образом  продольные  колебания  могут
породить  такую  «поперечную»  несимметричность  света.
Это  обстоятельство  Ньютон  считал  одним  из  доводов
против  волновой  теории  Гюйгенса.
 Оценка  трудов  Ньютона
 При  оценке  трудов  Ньютона  по  оптике  следует  учесть
следующее.  Его  экспериментальные  исследования,  откры¬
тия,  математическая  обработка  найденных  фактов,  опре¬
деление  количественных  соотношений,  объяснение  всех
явлений  цветов  (цветные  полосы  при  дифракции,  пре¬
 2* 	19

ломлении,  интерференции),  исходя  из  теории  о  сложном
составе  белого  света  —  почти  все  это  вошло  в  сокровищ¬
ницу  науки  и  сохранило  свое  значение  до  наших  дней.
Что  касается  гипотез  Ньютона  о  причинах  световых
явлений,  в  частности  гипотезы  о  различных  приступах
светового  луча,  то  они  представляют  для  нас,  главным
образом,  исторический  интерес.  Лишь  некоторые  из  гипо¬
тез  великого  физика,  носящие  характер  гениальных  до¬
гадок,  были  подтверждены  экспериментально  и  теорети¬
чески  в  более  позднее  время.
 ВОЗРОЖДЕНИЕ  ВОЛНОВОЙ  ТЕОРИИ.  ЮНГ.  МАЛЮС.  БРЮСТЕР
 Благодаря  авторитету  Ньютона  корпускулярная  тео¬
рия  получила  широкое  распространение  среди  физиков
XVHI  в.,  а  волновая  теория  была  необоснованно  забыта.
Лишь  некоторые  ученые,  в  том  числе  М.  В.  Ломоносов
и  Л.  Эйлер,  были  сторонниками  волновой  теории.  Воз¬
рождение  и  быстрое  развитие  волновой  теории  (преиму¬
щественно  во  Франции  и  Англии)  на  экспериментальной
и  математической  основе  началось  в  XIX  в.  и  было  свя¬
зано  в  первую  очередь  с  именами  Т.  Юнга  (1773—
1829  гг.)  и  О.  Френеля  (1788—1827  гг.).
 Открытием,  создавшим  эпоху  в  учении  о  свете  и  сде¬
лавшим  Т.  Юнга  преобразователем  оптики,  была  интер¬
ференция  света.  Так  называют  сложение  световых  пуч¬
ков,  ведущее  к  образованию  на  экране  светлых  и  темных
полос.  Интерферировать  могут  только  когерентные  вол¬
ны,  т.  е.  такие,  которые  имеют  одинаковое  направление
колебаний  частиц  среды,  одинаковую  частоту  и  постоян¬
ную  разность  фаз.  Основное  понятие  волновой  оптики  —
длина  волны  —  было  впервые  введено  Юнгом.
 Свою  теорию  Юнг  применил  прежде  всего  для  объяс¬
нения  цветов  тонких  пленок  и  колец  Ньютона.  Пусть  два
монохроматических  луча  1  и  2  (рис.  8),  исходящие  из
одного  общего  источника  света  S,  падают  на  прозрачную
пластинку,  причем  один  из  них  отражается  от  передней,
а  другой  —  от  задней  поверхности  пластинки.  После
отражения  оба  луча,  снова  соединившись,  упадут  на  сет¬
чатую  оболочку  глаза.  При  этом  луч,  отразившийся  от
задней  поверхности  пластинки,  отстанет  приблизительно
на  двойную  толщину  последней.  Если  удвоенная  толщина
пластинки  будет  равна  целой  длине  волны  или  кратному
числу  полуволн,  то  лучи  света  в  своем  действии  сло¬
 20

жатся;  если  же  эта  толщина  будет  равна  половине  дли¬
ны  волны  или  нечетному  числу  полуволн,  то  они  взаимно
уничтожатся.
 Кольца  Ньютона  объясняются  наложением  двух  волн,
отличающихся  по  фазам.  Так  как  в  местах  светлых  и
темных  колец  толщина  промежуточного  слоя  кратна
половине  длины  волны,  то  Юнг  на  основании  измерений
зазоров  (сделанных  Ньютоном)  впервые  вычислил  длину
волны.
 Через  год  —  в  1803  г.  —  он  дополнил  свою  теорию  цве¬
тов  тонких  пластинок  указанием  на  то,  что  при  отраже¬
нии  луча  от  более  плотной  среды  он  «теряет»  полволны.
Этим  объясняется  темное  пятно  в  центре  системы  колец
Ньютона.  С  помощью  интерференции  света  Юнг  объяс¬
нял  также  дифракцию  света.
 Важное  открытие  было  сделано  в  1808  г.  француз¬
ским  физиком  Э.  Л.  Малюсом  (1775—1812  гг.).  Он  рас¬
сматривал  через  кристалл  исландского  шпата  отражение
заходящего  Солнца  от  стекол  окон  Люксембургского
дворца,  расположенного  напротив  его  квартиры,  и  заме¬
тил,  что  кристалл  вместо  обычных  двух  изображений
дает  только  одно  изображение  Солнца.
 Затем  Малюс  повторил  опыт  ночью,  наблюдая  отра¬
жение  пламени  свечи  в  воде,  и  обнаружил,  что  при  от¬
ражении  пучка  света  под  углом  36°  к  поверхности  воды
одно  из  изображений  в  кристалле  исландского  шпата
исчезло.  При  других  углах  отражения  интенсивность
обоих  изображений  была  различной  —  при  вращении
кристалла  более  интенсивное  изображение  ослабевало,
а  менее  интенсивное  становилось  ярче.  Подобное  явление
наблюдалось  и  для  других  отражающих  поверхностей,
только  исчезновение  одного  из  изображений  происхо¬
дило  при  других  углах  падения  луча.  Так  Малюс  впервые
открыл  поляризацию  света  при  отражении  его  от  поверх¬
ности,  а  также  им  открыта  поляризация  света  при  пре¬
ломлении.
 Поляризацию  света  исследовал  и  английский  физик
Брюстер  (1781  —  1868  гг.).  В  1815г.  он  установил,  что
для  всякой  среды,  на  поверхность  которой  падает  луч
света,  существует  определенный  угол,  при  котором  отра¬
женный  луч  поляризован.  Для  угла  полной  поляризации
он  нашел  соотношение  tg/=n:  тангенс  угла  падения  при
полной  поляризации  численно  равен  показателю  прелом¬
ления  п  отражающей  среды  (закон  Брюстера).
 21

ОГЮСТ  ФРЕНЕЛЬ
 Французский  физик  О.  Френель  в  своих  опытах  на¬
блюдал  дифракционные  полосы,  образующиеся  при  про¬
пускании  света  через  щель.  Он  пропускал  свет  через
очень  узкое  прямолинейное  отверстие,  выскобленное  в
слое  туши,  покрывающем  зеркальное  стекло,  и  через
такое  же  отверстие  между  двумя  медными  цилиндрами.
В  обоих  случаях  дифракционная  картина  оказалась
одинаковой.  Поэтому  Френель  объ5к:нил  появление  ди¬
фракционных  полос  интерференцией  всех  лучей,  прохо¬
дящих  через  отверстие.  Таким  образом,  он  вернулся  к
принципу  Гюйгенса  (см.  с.  12)  и  дополнил  его  идеей
интерференции  элементарных  волн.
 Благодаря  Френелю  физика  получила,  кроме  многих
опытов  по  наблюдению  интерференции  и  дифракции,
теорию  зон,  т.  е.  участков,  на  которые  разбивают  волно¬
вую  поверхность  при  изучении  световых  явлений.  Пока¬
жем,  например,  как  с  помощью  зон  Френеля  можно
объяснить  дифракцию  света  при  его  прохождении  через
круглое  отверстие  DD  (рис.  9).
 Пусть  источник  S  посылает  свет  через  круглое  отвер¬
стие  DD  на  экран  АА.  Для  того  чтобы  рассчитать  ди-
фракцйонную  картину  в  точке  О,  проведем  из  нее  кони¬
ческие  поверхности  OKL,  OMN,  OPQ  и  т.  д.  до  пересече¬
ния  с  поверхностью  сферической  волны  DCD.  Длины
образую1^их  выберем  так,  что
 и  т.  д.
 Другими  словами,  расстояние  от  точек
и  т.  д.  до  точки  О  возрастает  на  длину  полуволны
 света,  падающего  на  отверстие.
 Поверхность  волны  DCD  разделится  на  кольцевые
зоны.  Площади  этих  зон  практически  одинаковы,  так  как
 длина  ОС  значительно  больше  у.  Однако  свет,  посы¬
лаемый  разными  зонами  в  точку  О,  оказывает  на  нее
разное  действие.  Действительно,  разность  хода  до  точки
О  между  какой-либо  точкой  первой  зоны  и  соответствую¬
щей  точкой  второй  зоны  равняется  Поэтому  свето¬
вые  волны  от  первой  и  второй  зон,  дойдя  до  О,  будут
 22

7

взаимно  ослабляться  так,  что  в  точке  О  действие  первой
зоны  практически  уничтожается  действием  второй.  По¬
добные  же  рассуждения  показывают,  что  в  точке  О  дей¬
ствие  третьей  зоны  противоположно  действию  второй,
действие  четвертой  противоположно  действию  третьей
и  т.  д.  и  вообще  действия  соседних  зон  практически
уничтожают  друг  друга.
 Если  отверстие  DD  таково,  что  в  нем  умещаются  все¬
го  две  зоны,  то  в  точке  О  почти  не  будет  света,  так  как
две  соседние  зоны  взаимно  ослабляют  друг  друга.  Боль¬
шая  часть  света  будет  распределена  вокруг  точки  О,
так  что  мы  увидим  темное  пятно,  окруженное  светлым
кольцом.
 При  размере  отверстия  в  три  зоны  в  точке  О  должен
быть  свет,  так  как  третья  зона  ослабит  действие  второй
и  точка  О  будет  освещена  почти  неослабленным  дейст¬
вием  полной  первой  зоны.  Светлая  центральная  точка
будет  охвачена  темным  кольцом,  за  которым  вновь
наблюдается  светлое.
 При  четном  числе  зон  в  центре  будет  темное  пятно,
окруженное  чередующимися  светлыми  и  темными  кольца¬
ми,  при  нечетном  —  светлое  пятно,  а  ближайшее  кольцо
темное  и  т.  д.
 Размеры  этих  колец  тем  меньше,  чем  больше  диаметр
отверстия.  Так,  при  большом  диаметре  темные  и  светлые
кольца  около  центра  чередуются  настолько  часто,  что
мы  перестаем  различать  их  и  практически  не  замечаем
дифракции.
 С  помощью  теории  зон  Френель  объяснил  ряд  других
случаев  интерференции  и  дифракции  и  исследовал  слож¬
ные  случаи  поляризации  света.
 Многочисленные  экспериментальные  и  теоретические
исследования  Юнга,  Френеля  и  других  физиков  создали
к  середине  XIX  в.  стройную  теорию  света  как  волнового
процесса,  распространяющегося  со  скоростью  3  •  10®  м/с
в  гипотической  среде  —  эфире.  Однако  свойства  эфира
оставались  необъясненными.
 ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ  ТЕОРИЯ  СВЕТА.  ДЖЕМС  МАКСВЕЛЛ.
 ГЕНРИХ  ГЕРЦ
 Многие  выдающиеся  ученые  безуспешно  пытались
создать  непротиворечивую  теорию  механической  среды  —
эфира  как  носителя  световых  колебаний.
 24

в  1865  г.  англичанин  Д.  Максвелл  (1831  —1879  гг.)
создал  электромагнитную  теорию  света,  которая  дала
возможность  рассматривать  световые  волны  как  волны
электромагнитные,  обладающие  определенной  энергией  и
распространяющиеся  со  скоростью  света.
 В  1888  г.  немецкий  физик  Г.  Герц  (1857—1894  гг.)
обнаружил  электромагнитные  волны  и  показал,  что  они
имеют  такие  же  свойства,  как  свет.  Они  отражаются,
преломляются,  интерферируют,  дифрагируют,  поляри¬
зуются,  имеют  такую  же  скорость  распространения,  как
и  свет.
 Электромагнитное  поле  стали  рассматривать  как  осо¬
бую  форму  материи,  существующую  наряду  с  обычным
ее  видом  —  веществом.  Так  возникла  электромагнитная
теория  света,  сыгравшая  большую  роль  в  развитии  фи¬
зики  конца  XIX—начала  XX  в.
 Световая  волна,  как  и  всякая  электромагнитная  вол¬
на,  характеризуется  колебанием  двух  векторов:  вектора
электрической  напряженности  и  вектора  магнитной  ин¬
дукции  Ж.  ^
 Оба  вектора  ЕиБ  колеблются  во  взаимно  перпенди¬
кулярных  плоскостях  yOz  и  xOZy  в  одинаковых  фазах
(рис.  10).  Их  абсолютные  значения  при  этом  изменяются
от  нуля  до  некоторого  максимума.
 Световая  волна  поперечна:  скорость  распространения
 Рлны  перпендикулярна  направлениям  обоих  векторов
и  Ж.  Если  расстояние  между  ближайшими  точками
волны,  которые  колеблются  в  одинаковь^  фазах,  есть
длина  волны  X,  то  частота  колебаний  £  и  ^  равна
 v=“.  Для  желтого  света  Х=6«  10“^  м  и  при  с=3-10®  м/с
 Л
 v  =  0,5*-10^^  Гц.  Следует  заметить,  что  цвет  светового
луча  определяется  его  частотой.  Когда  луч  переходит
из  одной  прозрачной  среды  в  другую,  его  частота
(и  цвет)  не  изменяется,  а  скорость  света  и  длина  волны
изменяются.
 Явления,  изучаемые  в  оптике,  прежде  всего  связаны
с  видимым  светом,  который  способен  вызвать  зрительные
ощущения  в  человеческом  глазе.
 Длины  электромагнитных  волн  видимого  света  опре¬
делены  в  интервале  от  4-10“^  до  8  •  10“^  м.  За  пределами
этого  интервала  были  обнаружены  по  химическому,  теп¬
ловому  и  другим  действиям  излучения  более  коротких
и  более  длинных  волн.  Лучи  длиной  волны  большей,  чем
 25

7 	•  10“^  м  (примерно  до  4  •  10“"^  м),  принято  называть
инфракрасными  лучами.  Излучения  длиной  волны  мень¬
шей,  чем  4  •  10“^  (до  4  •  10~®  м),  называют  ультрафиоле¬
товыми  лучами.
 Рентгеновские  лучи  имеют  длины  волн  примерно  от
 5 	•  10“®  до  2  •  10“  м.  Существуют  электромагнитные
излучения  с  еще  меньшей  длиной  волны.  Это  гамма-лучи,
излучаемые  при  ядерных  процессах.
 С  другой  стороны,  к  инфракрасным  лучам  примыкают
электромагнитные  волны,  применяемые  в  радиотех¬
нике,  —  радиоволны.
 По  своему  происхождению  рентгеновские  лучи,  гам¬
ма-лучи  и  радиоволны  значительно  отличаются  от  види¬
мого  света  и  изучаются  радиофизикой  и  ядерной  фи¬
зикой.
 Вопрос  о  происхождении  электромагнитного  излуче¬
ния  имеет  первостепенное  значение  в  физике.  Если  длин¬
ные  волны  (радиоволны)  могут  быть  получены  искус¬
ственно,  при  колебаниях  электрических  зарядов  в  антен¬
не,  то  источником  излучения  коротких  волн,  в  том  числе
и  видимого  света  являются  молекулы  и  атомы.  Эти
излучения  связаны  с  процессами,  происходящими  в  нед¬
рах  атомов.  Поэтому  очень  важным  для  создания  пред¬
ставлений  о  строении  вещества  и  •  атомных  процессах
является  исследование  электромагнитного  излучения  и
поглощения  энергии.
 КВАНТОВАЯ  ТЕОРИЯ.  МАКС  ПЛАНК.
 АЛЬБЕРТ  ЭЙНШТЕЙН
 В  начале  XX  в.  физики  пришли  к  выводу,  что  меха¬
ника  Ньютона  и  электродинамика  Максвелла  без  прин¬
ципиальных  изменений  не  могут  быть  применены  к  атом¬
ным  процессам.  Новые  идеи  в  этой  области  предложил
немецкий  физик  М.Планк  (1858—1947  гг.).
 По  его  теории  энергия  электромагнитного  излучения
испускается  и  поглощается  не  непрерывно,  а  дискретно,
т.  е.  отдельными  порциями,  названными  Планком  кван¬
тами  и  пропорциональными  частоте  излучаемых  волн:
 где  h  —  коэффициент  пропорциональности,  называемый
постоянной  Планка.  Числовое  значение  этой  постоянной
 26

может  быть  определено  различными  способами  и  равно:
 Итак,  согласно  представлениям  Планка  энергия,  излу¬
чаемая  генератором  (источником  электромагнитных
волн  —  атомом)  в  виде  квантов,  поглощается  резонато¬
ром  (приемником  электромагнитных  волн)  также  в  виде
квантов.  Но  между  актами  излучения  и  поглощения
иногда  проходит  значительное  время,  в  течение  которого
энергия  излучения  «странствует»  по  пространству.  В  ка¬
ком  же  виде  надо  представлять  себе  энергию  излучения;
покинувшую  уже  излучатель,  но  еще  не  достигнувшую
поглощателя  (например,  глаза)?  Ответ  на  этот  вопрос
дал  в  1905  г.  А.  Эйнштейн:  между  генератором  и  резо¬
натором  энергия  находится  в  виде  потока  квантов,  не¬
сущихся  со  скоростью  света,  равной  3  •  10®  м/с.
 Теория  квантов  была  подтверждена  многочисленными
опытами.  Только  с  помощью  теории  квантов  можно  объ¬
яснить  химические  превращения  под  действием  света,
фотоэффект,  люминесценцию.  Однако  она  не  может
объяснить  интерференцию,  дифракцию,  поляризацию
света  и  многие  другие  явления,  которые  сравнительно
легко  описываются  волновой  теорией  света.
 Таким  образом,  свойства  света  противоречивы:  с  од¬
ной  стороны,  это  непрерывные  электромагнитные  волны,
с  другой  —  прерывистый  поток  частиц.  Как  может  свето¬
вая  энергия  поглощаться  порциями,  если  она  подводится
непрерывными  волнами?  Какой  физический  смысл  имеет
частота  света  v  и  длина  волны  X  в  квантовой  теории,  если
они  характеризуют  волновые  свойства  света?  Этот
«дуализм»  в  воззрениях  на  природу  света  не  поддается
наглядному  объяснению.  Материальный  мир  оказался
бесконечно  сложнее  упрощенных  механических  представ¬
лений,  которыми  оперирует  классическая  физика.
 При  изучении  оптики  мы  прежде  всего  сталкиваемся
с  понятием  волновой  поверхности  или  волнового  фронта.
Так  называется  геометрическое  место  точек  световой
волны,  которые  колеблются  с  одинаковыми  фазами.
Например,  световая  волна,  испущенная  отдельным  ато¬
мом  в  однородной  среде  с  достаточной  степенью  точно¬
сти,  может  считаться  сферической.  Такую  волну  можно
изображать  в  виде  сферических  поверхностей  (рис.  11,а),
расширяющихся  в  пространстве  со  скоростью
3  -10“^  км/с.
 27

фронтом  волны  называется  вся  рассматриваемая
поверхность  волны,  а  также  часть  ее.  Фронт  волны  может
быть  выпуклым,  плоским,  вогнутым,  как  показано  на  ри¬
сунке  11,6.
 Перпендикуляр,  мысленно  восстановленный  в  некото¬
рой  точке  к  фронту  волны,  называется  лучом.  Лучи  обра¬
зуют  пучок  лучей.  В  природе  нет  ни  световых  лучей,  ни
световых  пучков,  а  есть  световые  электромагнитные
волны.  Понятие  о  световых  лучах  условное,  введенное
для  простоты  рассуждении  при  изучении  оптических  яв¬
лений.  Вместо  того  чтобы  иметь  дело  с  выпуклыми,  плос¬
кими  и  вогнутыми  световыми  волнами,  гораздо  проще
оперировать  расходящимися,  параллельными  и  сходящи¬
мися  пучками  световых  лучей.  Часть  оптики,  изучающая
основные  ее  законы  с  помощью  введенного  понятия  о
световых  лучал,  называется  геометрической  оптикой.
Оптика,  изучающая  законы  света,  основываясь  на  волно¬
вой  теории  света,  называется  волновой  оптикой.

СВЕТ  И  ЖИВЫЕ  ОРГАНИЗМЫ
 ФОТОСИНТЕЗ  УГЛЕВОДОВ
 Среди  процессов,  сопровождающих  распространение
света,  важным  для  жизни  человека  является  фо¬
тосинтез  углеводов.
 К.  А.  Тимирязев,  которому  принадлежат  классиче¬
ские  работы  по  фотосинтезу,  говорил:  «Едва  ли  какой
процесс,  совершающийся  на  поверхности  Земли,  заслу¬
живает  в  такой  степени  всеобщего  внймания,  как  тот
далеко  еще  не  разгаданный  процесс,  который  происхо¬
дит  в  зеленом  листе,  когда  на  него  попадает  луч  Солн¬
ца».  С  химической  точки  зрения  это  процесс,  в  котором
неорганическое  вещество,  углекислота  и  вода  превраща¬
ются  в  углеводы  —  вещество  органическое.  В  свою
очередь,  образовавшиеся  углеводы  служат  для  дальней¬
шего  синтеза  белков  —  процесса,  происходящего  только
в  растениях,  а  также  растительных  жиров.
 Образовавшиеся  углеводы,  жиры  и  белки  исполь¬
зуются  самим  растением  либо  непосредственно  или
через  промежуточные  звенья  служат  пищей  для  всех
живых  организмов.  Одна  из  возможных  реакций  фото¬
синтеза  описывается  формулой
 т.  е.  углекислота  воздуха  и  вода  под  действием  кванта
света  hv  превращаются  в  углеводород  СбН120б  и  кисло¬
род  О2.  Свет  разрывает  прочную  связь,  соединяющую
кислород  с  углеродом,  в  углекислоте,  и  возникает  угле¬
водород,  который  способен  к  дальнейшему  окислению
при  сгорании  в  печах  или  организмах  животных.  Реак¬
ция  идет  за  счет  поглощаемой  растением  энергии  излу¬
чения,  принадлежащей  к  видимому  диапазону  длин  волн.
 29

Лучше  всего  поглощаются  растением  красные  и  синие
лучи.
 ВОСПРИЯТИЕ  СВЕТА  РАСТЕНИЯМИ  И  ЖИВОТНЫМИ
 Растения  воспринимают  свет  прозрачными,  линзо¬
образными  клетками,  пропитанными  кремневой  кислотой,
которая  по  своим  оптическим  свойствам  приближается
к  стеклу.  Подобная  клетка  (см.  цв.  вклейку  1,  рис.  1)
собирает  падающие  на  нее  лучи  и  направляет  их  в
определенную  точку  на  задней  стенке.  При  изменении
направления  лучей  этот  световой  зайчик  смещается  и
освещает  боковой  участок  стенки.  Это  раздражает
клетку,  и  стебель  с  листом  начинает  двигаться  до  тех
пор,  пока  солнечные  лучи  снова  не  попадут  на  свое
прежнее  место.  Так  происходит  поворот  цветка  -подсол¬
нечника  за  солнцем,  комнатных  цветов  к  окну,  так  вече¬
ром  закрывается,  а  утром  открывается  венчик  одуван¬
чика.
 Подобно  растениям,  некоторые  простейшие  организ¬
мы  (микробы)  чувствительны  к  свету  —  одни  из  них
стремятся  к  свету,  другие  нет.
 У  некоторых  представителей  животного  мира,  напри¬
мер  у  дождевого  червя,  органом  зрения  служат  отдель¬
ные  светочувствительные  клетки,  разбросанные  в  наруж¬
ных  частях  его  кожи  (см.  цв.  вклейку  I,  рис.  2).  Таким
образом  он  может  различать  свет  и  темноту.  Однако
никакого  представления  о  форме  светящегося  тела  червь
при  этом  не  получает.
 Гораздо  сложнее  устроены  глаза  насекомых,  напри¬
мер  мозаичный  глаз  стрекозы  (см.  цв.  вклейку  I,  рис.  3).
Он  состоит  из  множества  тонких  трубочек  с  располо¬
женными  в  них  светочувствительными  клетками.  Эти
клетки  соединены  с  окончанием  зрительного  нерва,
идущего  к  головному  мозгу.  Свет  может  достигать  све¬
точувствительных  клеток  только  в  том  случае,  если  он
идет  вдоль  трубочек.  Благодаря  этому  глаз  стрекозы
может  различать,  откуда  на  него  падает  свет.
 Очень  разнообразны  зрительные  органы  различных
животных.  Некоторые  из  них  представлены  на  цветной
вклейке  I,  рисунок  4.  На  рисунке  4,  а  изображен  зри¬
тельный  орган  ракушки.  Она  воспринимает  свет  зритель¬
ным  углублением,  которое  выстлано  светоощущающими
клетками.  При  помощи  такого  органа  можно  приблизи¬
тельно  определить  направление  светящегося  тела.
 30

На  рисунке  4,  б  изображено  более  совершенное
устройство  оптического  органа:  живая  камера-обскура
с  маленьким  отверстием  и  внутренней  светочувствитель¬
ной  полостью  —  это  глаз  моллюска.  На  следующих  ри¬
сунках  изображены:  глаз  скорпиона  (рис.  4,  в)—это
шар,  близко  ПОДХОДЯШ.ИЙ  к  светочувствительному  слою;
глаз  головоногого,  дающий  изображение  (рис.  4,  г)  на
сетчатке,  и,  наконец,  глаз  позвоночного  (рис.  4,(3).
 Весьма  разнообразно  расположение  и  число  глаз  у
разных  животных.  Так,  например,  у  некоторых  улиток
один  глаз  расположен  на  голове,  а  другой  —  на  спине.
У  морских  звезд  пять  глаз  на  кончиках  лучей,  у  паука-
крестовика  восемь  глазков  на  голове;  также  известно
расположение  глаз  на  ногах  и  т.  д.
 УСТРОЙСТВО  ГЛАЗА  ЧЕЛОВЕКА
 Глаз  человека  имеет  почти  шарообразную  форму
(см.  цв.  вклейку  I,  рис.  5).  Диаметр  глаза  составляет
2,4  см.  Плотная  наружная  оболочка  белого  цвета,  защи¬
щающая  глаз  и  придающая  ему  постоянную  форму,
называется  белковой  оболочкой  или  склерой  1.  Передняя
ч)асть  склеры  переходит  в  прозрачную  слегка  выпуклую
роговую  оболочку  2,  которая  действует  как  собирающая
линза  и  обеспечивает  75%  фокусирующей  способности
глаза.
 За  склерой  располагается  сосудистая  оболочка  3,
переходящая  в  передней  части  глаза  в  радужную  обо¬
лочку  4  с  отверстием  5  —  зрачком,  играющим  роль  диаф¬
рагмы.  Радужная  оболочка  бывает  коричневой,  голубой,
серой  и  других  цветов;  она  скреплена  с  мышцами,  кото¬
рые  рефлекторно  сужают  зрачок  при  усилении  света  и
расширяют  его  при  ослаблении,  регулируя  поступаю¬
щий  в  глаз  свет.  Обычно  диаметр  зрачка  меняется  от
2  до  8  мм.  Непосредственно  за  зрачком  расположен  хру¬
сталик  6  —  прозрачное  тело,  похожее  на  линзу.  Хрусталик
посредством  скрепленных  с  ним  мышц  рефлекторно  изме¬
няет  свою  кривизну.  В  результате  этого,  когда  предмет
приближается  или  удаляется  от  глаза,  изображение
предмета  на  дне  глаза  (сетчатой  оболочке)  остается
четким.
 Пространство  между  хрусталиком  и  роговой  оболоч¬
кой  (передняя  камера)  заполнено  водянистой  влагой  7.
За  хрусталиком  до  задней  стенки  (глазного  дна)  нахо-
 31

дится  студенистая  масса,  называемая  стекловидным
телом  8.
 Глазное  дно  покрыто  сетчатой  оболочкой  9,  или  рети¬
ной,  которая  непосредственно  связана  с  мозгом.
 Палочки  и  колбочки
 Сетчатка  представляет  собой  разветвление  зритель¬
ного  нерва  с  нервными  окончаниями  в  виде  палочек
и  колбочек  (см.  цв.  вклейку  1,  рис.  6).  Из  них  колбочки
(их  примерно  10  млн.  клеток)  служат  для  различения
мелких  деталей  предмета  и  восприятия  цветов.  Палочки
же  (120  млн.  клеток)  не  дают  возможности  различать
цвета  и  мелкие  детали,  но  они  высокочувствительны
к  слабому  свету.  С  помощью  палочек  человек  различает
предметы  в  сумерки  и  ночью.
 Палочки  и  колбочки  очень  малы.  Диаметр  палочки
2-10“^  мм,  длина  60-10“^  мм,  диаметр  же  колбочки
7-10“^  мм,  а  длина  около  35-10~^  мм.  Палочки  и  колбоч¬
ки  распределены  неравномерно:  в  средней  части  сетчатки
преобладают  колбочки,  а  по  краям  —  палочки.  Самая
чувствительная  часть  сетчатки  называется  желтым  пят¬
ном.  Ее  площадь  составляет  всего  1  мм^.  Наиболее  чув¬
ствительной  частью  желтого  пятна  является  еще  более
узкая  область,  в  которой  сетчатка  углублена  и  образует
так  называемую  центральную  ямку  10  (см.  цв.  вклей¬
ку  I,  рис.  5).  Здесь  палочки  совсем  отсутствуют,  а  кол¬
бочки  расположены  очень  плотно.
 Каждая  колбочка  соединена  с  отдельным  нервным
волокном,  а  палочки  присоединяются  группами  (прибли¬
зительно  по  100  палочек)  к  общему  нервному  волокну.
Нервные  волокна,  идущие  от  каждого  глаза,  собраны
вместе  и  образуют  зрительный  нерв.  В  том  месте,  где
зрительный  нерв  входит  в  глаз,  нет  ни  палочек,  ни  кол¬
бочек  и  лучи,  попадающие  на  эту  область,  не  вызывают
ощущения  света,  отсюда  и  название  «слепое  пятно».
 В  существовании  слепого  пятна  можно  убедиться  с
помощью  рисунка  7  цветной  вклейки.  Если  закрыть  ле¬
вый  глаз  и  фиксировать  правый  на  крест,  то  при  рас¬
стоянии  глаза  примерно  20  см  от  книги  черный  диск
справа  перестает  быть  видимым:  его  изображение  попа¬
дает  на  место  входа  зрительного  нерва  в  глаз,  где  нет
светочувствительных  элементов.
 Свет,  действующий  на  колбочки  или  палочки,  вызы¬
 32

вает  в  них  химические  превращения.  Благодаря  этому
в  нервном  волокне,  соединяющем  светоощущающие  клет¬
ки  глаза  с  мозгом,  возникают  электрические  импульсы,
которые  все  время  подаются  к  мозгу,  пока  свет  действует
на  глаз.  Чем  ярче  отдельные  части  предмета,  тем  больше
освещены  соответствующие  колбочки  и  палочки  и  тем
сильнее  импульсы,  которые  подаются  в  мозг.  Они  разд¬
ражают  определенные  участки  мозга  и  дают  нам  зритель¬
ный  образ  предмета.
 Свойство  мозга  спереворачивать»  изображения
 Мозг  человека  обладает  удивительной  способностью
«переворачивать»  изображения,  образующиеся  на  сет¬
чатке  глаза.  Если  изображение  на  сетчатке  перевернуто,
то  оно  кажется  нам  прямым.
 Почему  же  мы  видим  предметы  прямо,  хотя  их  изоб¬
ражения  на  сетчатке  перевернуты?  Это  объясняется  тем,
что  они  воспринимаются  нашим  мозгом.  Мозг  способен
оценивать  такие  изображения  правильно.
 Для  этого  используют  специальные  очки,  «перевора¬
чивающие»  изображения  предметов.  После  длительного
ношения  таких  очков  человек  снова  начинает  видеть
в  них  изображения  предметов  прямыми.
 Оценка  расстояния  до  предмета
 Для  нормального  зрения  человека  (когда  глаз  не
напрягается)  расстояние  наилучшего  зрения  считают
равным  25  см.
 Глаз  по  своему  действию  напоминает  фотографиче¬
ский  аппарат,  причем  роль  объектива  играет  хрусталик.
При  изменении  расстояния  до  предмета  хрусталик  меня¬
ет  свою  кривизну  так,  что  изображение  получается  на
сетчатке.  Это  свойство  хрусталика  называется  ai^OMO-
дацией.  Аккомодация  играет  большую  роль  в  оценке
расстояния  до  предмета.  Чем  ближе  предмет,  тем  больше
напрягается  хрусталик  глаза.  Это  напряжение  помогает
нашему  сознанию  определить  расстояние  до  предмета.
Кроме  того,  рассматривая  предмет,  мы  располагаем
оси  глаз  под  определенным  углом  (рис.  12).  Инстинктив¬
ная  оценка  этого  угла  тоже  служит  мерой  расстояния
от  предмета.  Так,  например,  далеко  расположенные  пред¬
меты  мы  видим  уменьшенными.
 33
 3-1004

ЗРЕНИЕ  ДНЕМ  И  НОЧЬЮ
 Чувствительность  человеческого  глаза  к  свету  очень
велика  —  она  во  много  раз  превосходит  чувствитель¬
ность  современных  фотопластин.  Например,  в  темноте
при  отсутствии  атмосферных  помех  (тумана,  дождя,
пыли,  снега)  человек  способен  различать  далеко  распо¬
ложенные  предметы.  Однако  такой  огромной  чувстви¬
тельностью  глаз  обладает  лишь  тогда,  когда  человек
длительное  время  (около  часа)  находится  в  темноте.
Если  же  человек  сразу  из  освещенного  помещения  попа¬
дает  в  темноту,  то  его  глаза  первое  время  ничего  не  раз¬
личают.  Лишь  постепенно  начинают  вырисовываться
предметы.  Такое  приспособление  глаза  к  темноте  назы¬
вается  адаптацией  к  темноте.
 При  выходе  из  темного  помещения  человек  также
утрачивает  способность  хорошо  различать  предметы,  и
требуется  некоторое  время,  чтобы  глаз  мог  привык¬
нуть  к  яркому  освещению.  Приспособление  глаза  к  осве¬
щенным  предметам  называется  адаптацией  к  свету.
 При  адаптации  к  свету  чувствительность  глаза  к  свету
может  уменьшаться,  а  при  адаптации  к  темноте  может
возрасти  в  200  тыс.  раз!  Адаптация  к  темноте  объясня¬
ется  тем,  что  в  темноте  увеличиваются  размеры  зрачка
и  возрастает  чувствительность  сетчатки  глаза.  При  ярком
слепящем  свете  палочки  и  колбочки  защищаются  от
излишнего  света  особыми  черными  клетками,  которые
расположены  в  глазном  дне,  но  они  не  мгновенно  реаги¬
руют,  поэтому  при  ярком  свете  в  первые  моменты  мы

плохо  видим,  при  уменьшении  яркости  рассматривае¬
мых  предметов  эти  клетки  перестают  участвовать  в  про¬
цессе.
 Так  как  палочки  во  много  раз  более  чувствительны
к  свету,  чем  колбочки,  то  в  сумерках  световоспринимаю¬
щим  аппаратом  являются  только  палочки.  Но  для  нор¬
мальной  работы  палочек  необходимо,  чтобы  в  них  вос¬
становилось  светочувствительное  вещество  (родопсин).
Восстановление  родопсина  в  глазе  идет  в  темноте  около
часа.  Этим  и  объясняется  медленная  адаптация  глаза
к  темноте.
 В  сумерках  глаз  не  способен  различать  подробности
предмета.  Ведь  к  одному  и  тому  же  нервному  волокну,
идущему  в  мозг,  присоединено  около  100  палочек.  Лучи
от  разных  точек  предмета  падают  на  эту  группу  пало¬
чек  и  раздражают  их.  Эти  раздражения  передаются  в
мозг  по  одному  волокну,  и  поэтому  мозг  не  может  вос¬
принять  их  раздельно.
 В  сумерках  глаз  перестает  различать  и  цвета.  Проис¬
ходит  это  потому,  что  палочки  чувствительны  главным
образом  к  синим  лучам  и  лишь  в  небольшой  степени
к  лучам  других  цветов.
 СТЕРЕОСКОПИЧЕСКОЕ  ЗРЕНИЕ
 Левый  и  правый  глаза  видят  по-разному.  Наше  со¬
знание  сливает  оба  изображения  в  один  образ,  и  мы
видим  предмет  рельефным,  объемным  —  стереоскопи¬
ческим.
 Построим  два  изображения  какого-нибудь  предмета,
например  кристалла  (рис.  13),  —  одно  такое,  каким  его
видит  левый  глаз,  другое  —  каким  его  видит  правый.
При  одновременном  рассмотрении  этих  изображений  ле¬
вым  и  правым  глазами  изображение  предмета  пока¬
жется  нам  объемным,  рельефным.
 Для  наблюдения  таких  изображений  существует
специальный  прибор,  называемый  стереоскопом  (рис.  14).
Он  содержит  две  выпуклые  линзы,  установленные  на
расстоянии  около  6,5  см  (примерно  на  таком  расстоянии
находятся  глаза  у  человека).  Перед  линзами  помещают
стереопару-картинку,  состоящую  из  двух  изображений
одного  и  того  же  предмета  или  пейзажа,  соответствую¬
щих  левому  и  правому  глазам.  Каждое  изображение
рассматривается  только  одним  соответствующим  ему
 35

глазом,  для  этого  между  линзами  установлена  перего¬
родка.
 Стереоскопический  эффект  обладает  большой  чувст¬
вительностью.
 По  мере  удаления  предмета  способность  глаза  раз¬
личать  предмет  и  судить  о  расстоянии  до  предмета  теря¬
ется,  и  примерно  с  расстояния  1—2  км  все  предметы
кажутся  лежащими  в  одной  плоскости.  Для  увеличения
этого  предельного  расстояния  используют  стереоскопиче¬
ские  трубы,  у  которых  объективы  раздвинуты  на  боль¬
шое  расстояние  (в  морских  дальномерах  до  30  м).  Ход
лучей  в  стереотрубе  изображен  на  рисунке  15.
 КОРРЕКТИРУЮЩАЯ  РАБОТА  МОЗГА
 Одной  из  удивительных  особенностей  человеческого
глаза  является  зрительная  память.  След  от  восприня¬
того  глазом  изображения  сразу  не  исчезает,  а  примерно
V4  с  остается  в  нашем  сознании.  Когда  мы  смотрим
на  последовательный  ряд  различных  изображений,  кото¬
рые  быстро  чередуются  на  экране  кинематографа,  то
видим,  что  эти  изображения  непрерывно  и  плавно  пере¬
ходят  одно  в  другое.  В  восприятии  картины  участвует
не  только  зрительная  память,  но  и  высшие  отделы
мозга:  они  строят  промежуточные  картины  между  двумя
кадрами.
 Мы  также  не  замечаем,  что  экран  быстро  и  последо¬
вательно  то  освеш.ается,  то  затемняется.  Глаз  не  видит  и
мигания  наших  электрических  лампочек,  питаемых  элект¬
рическим  током:  колебания  яркости  происходят  около
100  раз  в  секунду,  но  глаз  не  может  различить  отдельные
вспышки  света.
 Большую  роль  в  пространственных  восприятиях  игра¬
ет  корректируюш.ая  работа  мозга.  На  рисунке  16  изоб¬
ражены  элементы  куба  и  затем  составленный  из  них  куб.
Мы  сразу  получаем  объемную  картину.  Это  результат
работы  мозга,  который  позволяет  нам  правильно  воспри¬
нимать  перспективные  изображения.  Если  один  человек
на  картине  должен  находиться  вдвое  дальше  другого,
то  его  надо  изобразить  вдвое  меньшим.  При  этом  этот
человек  не  кажется  нам  карликом,  мы  считаем,  что  у  него
такой  же  рост,  как  и  у  другого,  только  он  находится
дальше.
 Мозг  обладает  высокой  степенью  приспособляемо-
 36

14

сти  —  он  выключает  из  нашего  сознания  все,  что  мешает
правильному  восприятию.  Слепое  пятно,  например,  все
время  мешает  нам  видеть  предмет  полностью,  но  мы
этого  не  замечаем.  Точно  так  же  если  треснет  одно  из
стекол  у  очков,  то  трещина  будет  мешать  человеку
только  первое  время,  а  затем  он  настолько  привыкает
к  ней,  что  перестает  ее  видеть.
 ЗРИТЕЛЬНЫЕ  ИЛЛЮЗИИ
 Приспособляемость  глаза  вызывает  иногда  зритель¬
ные  иллюзии.  «Глаз,  попадая  в  незнакомую  обстановку»,
иногда  совершает  ошибки  в  оценке  и  сравнении  длин
отрезков,  размеров  углов,  расстояний  между  предметами,
в  восприятии  формы  предметов  и  т.  д.  За  немногими
исключениями  удовлетворительного  объяснения  причин,
вызывающих  оптические  обманы,  не  найдено.
 Большинство  иллюзий  связано  с  тем,  что  некоторые
предметы  или  их  части  воспринимаются  не  отдельно,
а  в  связи  с  окружающими  предметами  (по  контрасту).
Такого  рода  иллюзии  изображены  на  рисунке  17,  где
равные  отрезки  прямой  (палуба  корабля)  на  двух  фигу¬
рах  кажутся  различными.  На  рисунке  18  сторона  аЬ
одного  треугольника  кажется  меньше  стороны  cd  друго¬
го,  хотя  они  равны  между  собой.  На  рисунке  19  отре¬
зок  аЬ  кажется  длиннее  отрезка  Ьс,  и,  хотя  рядом  лежит
линейка,  глаз  отказывается  ей  верить.  Точно  так  же  две
одинаковые  дуги  (рис.  20)  кажутся  нам  различными  и
по  длине  и  по  кривизне.
 Благодаря  световому  контрасту  при  рассматривании
рисунка  21  на  пересечении  белых  полос  появляются  и
исчезают  серые  пятна.
 На  пестром  фоне  (см.  цв.  вклейку  И,  рис.  1)  при  рас¬
смотрении  прерывистых,  строго  концентрических  окруж¬
ностей  также  возникает  иллюзия.  Создается  впечатление
нарисованной  спирали.  Убедиться  в  ошибочности  этого
представления  можно,  только  используя  циркуль.  Одна
из  причин  подобных  иллюзий  состоит  в  том,  что  пестрота
штриховки  заставляет  глаз  невольно  двигаться,  перебе¬
гая  от  штриха  к  штриху.
 На  рисунке  2  цветной  вклейки  II  прямые  параллель¬
ные  линии  кажутся  изогнутыми,  хотя  это  неверно.
 Поворот  глаз  в  вертикальной  плоскости  требует  боль¬
шего  усилия,  чем  в  горизонтальной,  поэтому  поля  шляпы
 38

кажутся  нам  меньше  ее  высоты  (см.  цв.  вклейку  II,
рис.  3).  Наоборот,  верхние  части  букв  кажутся  равными
по  высоте  нижним,  хотя  на  самом  деле  они  меньше
нижних,  в  чем  легко  убедиться,  перевернув  чертеж.
 При  долгом  рассматривании  рисунка  пространствен¬
ное  восприятие  может  меняться  как  произвольно  в  ре¬
зультате  некоторого  усилия  воображения,  так  и  непроиз¬
вольно  и  даже  вопреки  желанию.  Так,  например,  фигура,
изображенная  на  рисунке  4  цветной  вклейки  И,  может
представляться  трояко:  в  виде  лестницы,  ступенчатой
ниши  и  бумажной  полосы,  согнутой  и  протянутой  наис¬
кось  гармошки.  Рассматривая  рисунок  5  цветной  вклей¬
ки  И,  мы  затрудняемся  сказать,  где  расположены  два
куба  —  вверху  или  внизу.  И  на  рисунке  6  (там  же)  мы
видим  то  два  профиля,  то  вазу.
 Если  спираль  (см.  цв.  вклейку  И,  рис.  7)  привести
во  вращательное  движение  по  часовой  стрелке,  то  воз¬
никает  иллюзия  движения.
 Текстуры
 Большое  значение  для  оценки  расстояний  имеют  тек¬
стуры.  Текстура  —  это  «узоры»  на  предмете:  прожилки
на  деревянной  доске,  переплетенные  нити  на  ткани,  хаос
травинок,  полосатая  шкура  зебры  и  т.  д.
 Многократные  опыты  показывают,  что  если  два  пред¬
мета  закрывают  своими  контурами  одинаковое  число
элементов  одной  и  той  же  текстуры,  то  они  равны.  Если
же  один  предмет  закрывает  большее  число  элементов,
то  он  кажется  большим  по  размеру.  Отсюда  возникает
иллюзия  роста  предметов  одинакового  размера,  если  они
нарисованы  на  фоне  сходящихся  линий  или  на  фоне  со¬
кращающихся  текстур  (см.  цв.  вклейку  И,  рис.  8).  Там,
где  сходятся  два  участка  с  разными  текстурами,  обычно
пролегает  разделительная  черта  (граница).  Глйз  видит
эту  границу,  даже  если  на  самом  деле  ее  нет  (см.  цв.
вклейку,  рис.  9).
 Если  текстуры  отсутствуют,  то  зрительные  ошибки
могут  быть  максимальными.
 Оптические  иллюзии  приходится  учитывать  летчикам,
капитанам,  водителям  сухопутного  транспорта,  а  также  в
живописи  и  архитектуре.  Умелое  использование  оптиче¬
ских  иллюзий  расширяет  возможности  этих  искусств.
 39

ДЕФЕКТЫ  ГЛАЗ
 При  ухудшении  зрения  чаще  всего  нарушается  рабо¬
та  хрусталика:  он  теряет  свою  эластичность  и  частично
способность  изменять  свою  кривизну.  Если  хрусталик
имеет  слишком  выпуклую  форму  по  сравнению  с  хруста¬
ликом  нормального  глаза,  то  глаз  плохо  видит  далекие
предметы,  наступает  близорукость.  Если  же  хрусталик
становится  слишком  плоским  по  сравнению  с  хрустали¬
ком  нормального  глаза,  то  человек  нечетко  видит  близ¬
кие  предметы.  Это  признак  дальнозоркости.
 Иногда  хрусталик  совсем  теряет  способность  изме¬
нять  свою  кривизну.  В  таких  случаях  приходится  носить
одни  очки  с  вогнутыми  стеклами  для  рассматривания  да¬
леких  предметов  и  другие  —  с  выпуклыми  для  чтения
или  рассматривания  близких  предметов.  Нередко  в  од¬
них  и  тех  же  очка.,  делают  стекла  двойной  кривизны.
Верхняя  часть  стекла  имеет  одну  выпуклость,  нижняя
часть  —  другую.  Такие  очки  называются  бифокальными
(рис.  22).
 Другим  распространенным  глазным  заболеванием  яв¬
ляется  астигматизм,  при  котором  нарушается  форма  ро¬
говой  оболочки,  ее  кривизна  становится  в  разных  на¬
правлениях  различной:  человек  четко  видит,  например,
горизонтальные  линии  и  расплывчато  вертикальные  или
наоборот.  Лечат  астигматизм  с  помощью  очков  с  цилинд¬
рическими  стеклами.
 При  наличии  астигматизма  линии  одной  пары  лежа¬
щих  друг  против  друга  квадрантов  (рис.  23)  будут  ка-
 40

заться  боле^  черными,  чем  линии  другой  пары  (если
их  рассматривать  одним  глазом).  При  повороте  рисунка
на  90°  более  четкой  будет  казаться  другая  пара  квад¬
рантов.
 Одним  из  дефектов  глаза  является  цветная  слепота.
Пусть,  например,  колбочки  глаза»  чувствительные  к  зе¬
леному  свету,  также  чувствительны  и  к  красному.  Такой
глаз  не  способен  отличать  красный  свет  от  зеленого.
Случай  цветной  слепоты  был  впервые  описан  английским
химиком  Д.  Дальтоном,  отсюда  и  произошло  название
этой  болезни  —  «дальтонизм».
 Для  многих  профессий  цветная  слепота  не  существен¬
на.  Но  для  водителя,  или  машиниста  на  железной  дороге,
или  лоцмана  корасля  крайне  важно  отличать  красный
цвет  сигнала  от  зеленого,  во  избежание  катастроф.
 При  некоторых  заболеваниях  сетчатки  для  увеличе¬
ния  остроты  зрения  используют  очки,  которые  дают  на
сетчатке  увеличенные  изображения.  Такие  очки  назы¬
ваются  телескопическими.  Они  немного  напоминают  теат¬
ральный  бинокль  (рис.  24).  Разработаны  телескопиче¬
ские  очки  советским  ученым  Д.  Д.  Максутовым.
 Вместо  очков  иногда  используют  контактные  очковые
линзы  (рис.  25),  сделанные  из  особой  прозрачной  пласт¬
массы.  Они  надеваются  под  веко  непосредственно  на  глаз¬
ное  яблоко.  Контактные  линзы  не  требуют  никакой  опра¬
вы,  не  запотевают  и  невидимы  для  постороннего  глаза.
 Существуют  также  растровые  —  дырчатые  очки
(рис.  26),  состоящие  из  сетки  с  мелкими  отверстиями.
 41

Они  служат  для  увеличения  резкости  при  наблюдении
далеких  предметов.
 В  некоторых  случаях  используются  очки  с  цветными
стеклами,  позволяющие  обнаруживать  замаскированные
предметы,  и  с  дымчатыми  стеклами,  предохраняющие
глаза  от  яркого  слепящего  света  при  электросварке  и
др.  Приведенные  примеры  не  исчерпывают  все  случаи
применения  очков.  Существует  до  80  типов  очков  раз¬
личного  назначения.
 УЧЕНИЕ  О  ЦВЕТЕ
Трехцветная  теория  зрения
 Все  тела  природы  разделяются  на  светящиеся  и  не-
светящиеся.  Светящиеся  тела  являются  источниками  све¬
та,  они  испускают  свет,  который  распространяется  во
все  стороны.  Попадая  в  глаз  на  сетчатую  оболочку,  он
вызывает  в  нашем  сознании  ощущение  света.  Несве-
тящиеся  же  тела  не  излучают  света  и  становятся  види¬
мыми  только  в  присутствии  других  светящихся  тел.  Объ¬
ясняется  это  тем,  что  лучи,  идущие  от  источника  света,
падают  на  окружающие  тела  и,  частично,  отражаясь  от
их  поверхности,  также  попадают  в  глаз,  вызывая  ощу¬
щение  света.
 Цвет  окружающих  нас  тел  значительно  отличается
от  чистых  спектральных  цветов.  Некоторые  цвета,  такие,
как  черный,  белый,  различные  оттенки  серого,  корич¬
невого  и  пурпурного,  вообще  не  встречаются  в  спектре.
Мы  уже  знаем,  что  если  луч  белого  света  разложить  с
помощью  призмы  в  спектр  цветных  лучей,  а  затем  по¬
средством  призмы  их  смешать,  то  на  экране  образуется
белое  пятно.  Опыт  показывает,  что  для  получения  белого
света  достаточно  смешать  лучи  всего  двух  определен¬
ных  цветов,  например,  синий  и  желтый  или  оранжевый
и  голубой  дают  при  смешении  белый  свет.  Такие  два
цвета,  образующие  при  смешении  белый  цвет,  называ¬
ются  дополнительными.  Все  другие  цвета  можно  полу¬
чить  при  смешении  цветных  лучей  по  два,  по  три,  по
четыре  и  т.  д.
 Опыты  показали,  что  для  получения  всевозможных
цветов  достаточно  смешать  лучи  только  трех  определен¬
ным  образом,  выбранных  цветов  —  синего,  зеленого,  кра¬
сного.  Эти  данные  легли  в  основу  трехцветной  теории
 42

зрения,  заложенной  еще  в  1767  г.  М.  В.  Ломоносовым
в  речи  «О  происхождении  цветов»  и  развитой  далее
академиком  П.  П.  Лазаревым.  По  этой  теории  дневной
светоощущающий  аппарат  глаза  (т.  е.  колбочки)  содер¬
жит  три  различные  по  своему  химическому  составу  ве¬
щества,  одно  из  которых  чувствительно  к  красным  лу¬
чам,  другое  —  к  зеленым  и  третье  —  к  сине-фиолетовым.
 Белый  свет  возбуждает  в  равной  мере  вещества  всех
трех  родов.  Ощущения  различных  цветов  и  оттенков
возникают  благодаря  различной  степени  возбуждения
этих  трех  видов  химических  веществ.  Действуя  на  глаз
комбинацией  лучей  разного  цвета  и  разной  интенсив¬
ности,  можно  заранее  предсказать,  какой  цвет  увидит
глаз.  Трехцветная  теория  широко  используется  для  по¬
лучения  цветных  изображений  в  цветной  фотографии,
цветном  кино,  цветном  телевидении,  полиграфии  и  т.  д.
 Трехкомпонентная  теория  зрения  подтверждается,  в
частности,  опытом  английского  физика  В.  Брэгга.  Крас¬
ная  лампа  помещается  позади  ярко  освещенного  белым
светом  картонного  диска  (рис.  27).  Диск  оклеен  наполо¬
вину  белой,  наполовину  черной  бумагой  и  из  него  выре¬
зан  сектор  45°,  симметричный  относительно  черно-белой
границы.  Если  с  помощью  центробежной  машины  вра¬
щать  диск  со  скоростью  2—3  об/с  в  таком  направлении,
чтобы  лампа  закрывалась  сначала  белой  половиной  дис¬
ка,  то  лампа  будет  казаться  зеленой.  Это  явление  объ¬
ясняется  следующим  образом:  чувствительность  сетчатки
глаза  к  красным  лучам  в  том  месте,  на  которое  падает
изображение  красной  лампы,  из-за  утомления  уменьша¬
ется.  Поэтому,  когда  на  это  место  падают  лучи  от  белого
сектора,  глаз  сильнее  всего  реагирует  на  зеленые  лучи,
входящие  в  состав  белого  света.
 Окраска  тел  природы
 Почему  тела  кажутся  нам  окрашенными?  Если  на
поверхность  предмета  падают  лучи  белого  света,  то
часть  из  них  отразится,  а  часть  проникнет  в  глубь  пред¬
мета  и  будет  им  поглощена.
 Если  предмет  в  одинаковой  степени  отражает  боль¬
шую  часть  лучей  всех  цветов,  входящих  в  состав  белого
света,  то  он  кажется  белым;  если  в  одинаковой  степени
поглощает  только  часть  лучей,  то  серым;  если  же  погло¬
щает  почти  все  лучи  —  черным.  Если  же  почти  все  лучи
 43

пройдут  сквозь  предмет  без  поглощения  (например,  через
воду,  воздух,  стекло  в  тонких  слоях),  то  он  будет  бес¬
цветным.
 Направим  на  красную  бумагу  и  красное  стекло  пу¬
чок  белого  света.  Бумага  и  стекло  поглотят  все  лучи  из
состава  упавшего  на  них  света,  за  исключением  крас¬
ных.  Но  красная  бумага  отразит  красные  лучи,  а  красное
стекло  пропустит  их.  Поэтому  бумага  будет  казаться
красной  в  отражаемом  свете,  а  стекло  будет  красным
на  просвет.
 Так  же  объясняется  окраска  и  других  предметов.
Таким  образом,  окраска  тел  объясняется  избирательным
поглощением,  т.  е.  свойством  тел  поглощать  в  неодина¬
ковой  степени  лучи  разных  цветов.
 Аддитивное  смешение  цветов
 Мы  уже  знаем,  что  все  цвета  и  цветовые  оттенки  мож¬
но  получить,  составляя  комбинации  из  трех  цветов  —
синего,  красного  и  зеленого.  Эти  цвета  называются  пер¬
вичными  или  основными.  Такое  смешение  цветных  лучей
можно  осуществить  с  помощью  трех  проекционных  фона¬
рей,  если  перед  объективами  поместить  светофильтры,
каждый  из  которых  пропускает  один  из  основных  цве¬
тов.  На  белом  экране  проецируются  цветные  перекры¬
вающиеся  круги  (см.  цв.  вклейку  III,  рис.  1).  В  тех  мес¬
тах  экрана,  где  цветные  лучи  перекрываются  попарно,
образуются  голубой,  желтый  и  пурпурный  цвета,  а  в
центре  экрана,  куда  падают  лучи  всех  трех  цветов,  —
белое  пятно.  В  данном  случае  окрашенные  световые  по¬
токи,  посылаемые  фонарями,  отражаются  от  экрана  не¬
зависимо  друг  от  друга  и,  попадая  на  одно  и  то  же
место  сетчатки  глаза,  оптически  складываются.  Возни¬
кает  ощущение,  соответствующее  смешанному  цвету.
Такой  способ  оптического  смешения  цветов  путем  сло¬
жения  основных  цветов  называется  слагательным  или
аддитивным  (от  лат.  additio  —  сложение).  Аддитивным
смешением  окрашенных  лучей  можно  получить  любые
цвета  и  оттенки.
 Субтрактивное  смешение  цветов
 Если  пропустить  пучок  белого  света  через  желтый
светофильтр  (например,  рассматривая  через  него  лист
белой  бумаги),  то  он  поглотит  (т.  е.  вычтет)  сине-фио¬
 44

летовые  лучи  и  пропустит  красные  и  зеленые,  которые
по  правилу  аддитивного  сложения  вызовут,  ощущение
желтого  света  (см.  цв.  вклейку  III,  рис.  2).  Пурпурный
светофильтр  поглотит  из  пучка  белого  света  зеленые  лучи
и  пропустит  сине-фиолетовые  и  красные,  а  поэтому  даст
ощущение  пурпурного  цвета.  Применив  голубой  свето¬
фильтр,  вычитающий  из  белого  света  красные  лучи  и
пропускающий  остальные,  мы  получим  голубой  цвет.
 Такой  же  результат  можно  получить,  заменив  свето¬
фильтр  слоем  прозрачной  краски.  И  здесь  желтая,  пур¬
пурная  и  голубая  краски  из  пучка  белого  света  поглотят
соответственно  синие,  зеленые  и  красные  лучи  и  про¬
пустят  желтые,  пурпурные  и  голубые.
 Если  пропустить  белый  свет  через  два  сложенных
вместе  светофильтра  —  голубой  и  пурпурный,  то  прошед¬
ший  через  них  свет  окажется  синим  (см.  цв.  вклейку
III,  рис.  3).  Действительно,  голубой  светофильтр  погло¬
тит  красные  лучи,  а  пурпурный  —  зеленые.  Следователь¬
но,  через  оба  светофильтра  пройдут  только  синие  лучи.
Точно  так  же  через  голубой  и  желтый  светофильтры
пройдет  зеленый  свет,  а  через  желтый  и  пурпурный  —
красный.  Через  три  светофильтра  —  желтый,  пурпурный
и  голубой  —  свет  вообще  не  пройдет  (см.  цв.  вклейку
III,  рис.  4).
 Аналогичным  образом  образуются  цвета  при  замене
светофильтра  слоями  прозрачных  красок,  нанесенных  на
белую  бумагу.  Изменяя  степень  поглощения  каждой  из
красок  (например,  толщиной  нанесения  краски),  можно
получить  любой  заданный  цвет.  Такой  способ  образова¬
ния  цветов  путем  вычитания  из  белого  цвета  той  или
иной  доли  первичных  цветов  называется  субтрактивным
или  вычитательным  (от  лат.  subtrahere  —  вычитать).
Субтрактивный  способ  смешения  красок  широко  исполь¬
зуется  в  цветной  фотографии  и  кинематографии.

ПРИБОРЫ,  ВООРУЖАЮЩИЕ  ГЛАЗ.  ПОЛЕ  ЗРЕНИЯ
 Все  пространство,  которое  находится  перед  глазами
и  охватывается  взором,  называется  полем  зре¬
ния.  По  вертикальному  направлению  оно  охватывает
^120°,  по  горизонтальному  —  для  одного  глаза  160°,  для
двух  глаз  более  180°.  Для  вооруженного  глаза  поле
зрения  ограничивается  диафрагмой  инструмента.
 Если  из  крайних  точек  предмета  АВ  (рис.  28)  через
центр  хрусталика  О  мы  проведем  в  поле  зрения  две  пря¬
мые,  то  получим  угол  а=ЛОД  называемый  углом  зрения,
под  которым  глаз  видит  предмет  АВ.  Чем  больше  угол
зрения,  тем  крупнее  изображение  предмета  на  сетчатке
глаза  и  тем  подробнее  можем  рассмотреть  предмет.
 Угол  зрения  зависит  от  размеров  рассматриваемого
предмета  (см.  рис.  28)  и  от  расстояния,  на  котором  нахо¬
дится  этот  предмет  от  глаза  (рис.  29).  Опытным  путем

доказано,  что,  для  того  чтобы  точки  А  w  В  различались
глазом  как  две  различные  точки,  необходимо,  чтобы  угол
зрения  а  был  не  меньше  Г.
 Если  же  этот  угол  будет  меньше  Г,  то  для  нашего
зрения  они  сольются  в  одну  точку  и  мы  говорим,  что
глаз  не  разрешает  такие  две  точки.
 Следовательно,  если  мы  хотим  видеть  предмет  АВ  не
в  виде  точки,  а  в  виде  тела,  хотим  детально  рассмотреть
его  поверхность,  то  надо  приблизить  его  к  глазу  на  такое
расстояние,  чтобы  угол  зрения  отдельных  деталей  был
больше  Г  (см.  рис.  29).  Но  есть  предметы,  которые  мы
не  можем  приближать  (например,  небесные  тела)  или
они  настолько  малы,  что  даже  на  расстоянии  наилучшего
зрения,  угол  зрения,  под  которым  мы  их  видим,  все-таки
остается  меньшим,  чем  1'.  В  таких  случаях  мы  поль¬
зуемся  оптическими  инструментами.  Они  и  позволяют
увеличивать  угол  зрения,  под  которым  мы  видим  пред¬
мет.
 ЛУПА
 Простейшей  оптической  системой  для  рассматривания
мелких  предметов  является  лупа.  Лупой  называют  линзу
или  систему  линз  с  малым  фокусным  расстоянием.  При
рассматривании  предмета  АВ  через  лупу  его  располагают
перед  лупой  близко  к  ее  фокусу  f.  Расстояние  L  от  лупы
до  предмета  выбирают  так,  чтобы  на  расстоянии  наилуч¬
шего  зрения  do  («25  см)  от  нее  возникло  мнимое,  прямое
и  увеличенное  изображение  А\В\  предмета  (рис.  30).
 47

Очевидно,  что  если  предмет  рассматривать  без  лупы
на  расстоянии  наилучшего  зрения  rfo,  он  будет  виден
под  меньшим  углом.
 Если  лупа  тонкая,  мы  можем  считать,  что  лучи  АО
и  ВО,  проведенные  от  концов  предмета  АВ  к  центру
лупы,  проходят  через  нее  без  преломления.  Тогда  линей¬
ное  увеличение  лупы  можно  выразить  формулой
 Но  L  приближенно  равно  фокусному  расстоянию  лупы  F.
Следовательно,
 Отсюда  следует,  что  короткофокусная  лупа  дает  боль¬
шее  увеличение,  чем  длиннофокусная,  а  «дальнозоркий»
глаз  (у  которого  расстояние  наилучшего  зрения  do
больше)  получит  от  данной  лупы  большее  увеличение,
чем  «близорукий».
 Лупы  пригодны  для  получения  сравнительно  неболь¬
ших  увеличений  в  2—3  раза.  Если  бы  мы  хотели  полу¬
чить  при  помощи  лупы  увеличение  в  2500  раз,  то  при¬
шлось  бы  взять  лупу  с  фокусным  расстоянием,  равным
 Наблюдать  с  помощью  такой  лупы  было  бы  невоз¬
можно,  так  как,  с  одной  стороны,  нельзы  было  бы  даже
поместить  покровное  стекло,  обычно  защищающее  рас¬
сматриваемые  объекты,  а  с  другой  —  лупы  с  таким  уве¬
личением  имеют  большую  кривизну  ограничивающих
поверхностей  и  поэтому  очень  искажают  изображение.
 При  средних  увеличениях  (в  4—10  раз)  применяют
двух-  и  трехлинзовые  лупы  (рис.  31).  В  зависимости  от
назначения  оправа  лупы  может  иметь  тот  или  иной  вид.
 Так,  например,  лупа,  предназначенная  для  рассматри¬
вания  семян  (рис.  32),  имеет  оправу  на  трех  ножках.  Для
экскурсионной  работы  предназначаются  две  или  три
лупы,  складывающиеся  вместе  (рис.  33)  и  называю¬
щиеся  ботаническими.  Наиболее  универсальными  явля¬
ются  лупы  на  ручках  (рис.  34).
 Угол  зрения  у  луп  с  малым  и  средним  увеличением
не  превышает  15—20°.  В  лупах  с  большим  увеличением
угол  зрения  достигает  80—100°.  В  таких  лупах  предмет
 48

4-1004

приходится  располагать  очень  близко  от  ее  поверхности.
Этот  недостаток  устранен  в  телелупах  (рис.  35),  которые
пригодны  для  наблюдения  как  далеких  предметов  при
увеличении  приблизительно  в  3  раза,  так  и  близких  при
увеличении  до  6  раз.
 Существуют  также  лупы  для  измерения  линейных  раз¬
меров  различных  предметов.  Для  этого  измеряемый
предмет  совмещают  с  плоской  стеклянной  или  металли¬
ческой  шкалой,  расположенной  перед  фокальной  плоско¬
стью  измерительной  лупы  (практически  в  этой  плоско¬
сти),  после  чего  изображение  предмета  и  шкалы  срав¬
нивают.
 Лупы  применяют  во  всех  случаях,  когда  необходимо
рассмотреть  плохо  различимый  глазом  предмет.  Без  лупы
не  может  обойтись  часовой  мастер,  врач-окулист,  биолог,
работник  печати,  криминалист,  геолог  и  т.  д.
 МИКРОСКОП
 Большое  увеличение  достигается  системой  нескольких
линз,  называемой  микроскопом.  Впервые  микроскоп  был
построен  в  Голландии  в  начале  XVII  в.
 Ход  лучей  в  простейшем  микроскопе  показан  на  ри¬
сунке  36.  Рассматриваемый  предмет  АВ  помещается
немного  дальше  фокуса  f  первой  линзы  О,  носящей
название  объектива.  Объектив  дает  действительное  об¬
ратное  и  увеличенное  изображение  А\В\  предмета  АВ,
которое  располагается  между  второй  линзой  0\  (оку¬
ляром)  и  ее  фокусом  /ь  При  этом  условии  окуляр  0\
будет  играть  роль  лупы  для  изображения  А\В\.
 Глаз,  помещенный  перед  окуляром  Oi,  будет  рас¬
сматривать  дважды  увеличенное  мнимое  изображение
А2В2.  Увеличение  микроскопа  у  выразится  отношением
размера  мнимого  изображения  Л2В2  в  окуляре  к  раз¬
меру  предмета  АВ\
 где 	— 	увеличение 	объектива, 	— 	уве¬
 личение  окуляра.  Следовательно,  7=7172.  Выясним,  от
чего  зависят  71  и  72.  Из  подобия  треугольников

Чем  ближе  изображение  А\В\  к  фокусу  окуляра,  тем
большее  увеличение  имеет  окуляр.  Поэтому  примем
fB\=ff\,  Обозначим  ffi=L.  Это  и  есть  оптический  ин¬
тервал  микроскопа.
 Итак,  71=^»  где  f  —  фокусное  расстояние  объек¬
тива.  Из  этой  формулы  следует,  что  увеличение  объек¬
тива  тем  больше,  чем  меньше  его  фокусное  расстоя¬
ние  F.
 Увеличение  окуляра  как  лупы  72=-^,  где  do  =
 =  25  см  —  расстояние  наилучшего  зрения,  F\  —  фокус¬
ное  расстояние  окуляра.  Следовательно,
 Так  выражается  линейное  увеличение  микроскопа.
Согласно  этой  формуле  оно  может  достигать  очень  боль¬
ших  значений.  Например,  при  f=0,2  см,  F\  =  l  см,  L=
=  18  см  (приблизительно  равное  длине  тубуса  микро¬
скопа)
 Внешний  вид  современного  микроскопа  представлен
на  рисунке  37.  Основными  частями  микроскопа  являются
объектив  I  и  окуляр  2.  Они  устанавливаются  в  металли¬
ческой  трубе  3  —  тубусе,  который  может  подниматься
и  опускаться  с  помощью  винта  4  для  грубой  наводки  и
винта  5  для  точной  наводки.  Рассматриваемый  предмет
помещают  на  предметный  столик  6.  Тубус  и  столик
укреплены  на  массивном  штативе  7.  Предмет  освещается
ярким  пучком,  направленным  снизу  на  предмет,  с  по¬
мощью  отражающего  зеркала  8  и  конденсора  9.
 В  микроскопе  имеется  также  несколько  объективов,
помещенных  в  особом  приспособлении  —  револьвере  10.
Поворотом  револьвера  можно  подобрать  объектив  с  нуж¬
ным  увеличением.
 НЕДОСТАТКИ  ЛИНЗ
Сферическая  аберрация
 Первые  микроскопы  были  несовершенны.  Чем  большее
увеличение  давал  микроскоп,  тем  более  неясным  стано¬
вилось  изображение.  Кроме  того,  с  боков  оно  было  окру-
 51

жено  цветной  каймой.  Эти  явления  зависят  от  погреш¬
ностей  линз,  которые  называются  аберрациями  (от  лат.
aberratio,  что  значит  отклонение).
 Аберрации  объясняются  следующим  образом.  Пусть
из  точки  S,  лежащей  на  оптической  оси  тонкой  двояко¬
выпуклой  линзы,  падает  на  ее  поверхность  расходящийся
пучок  лучей.  Соберется  ли  этот  пучок  после  преломления  в
некоторую  точку  Si,  т.  е.  изобразится  ли  точка  S  точкой
Si  (рис.  38)?  Чтобы  ответить  на  этот  вопрос,  рассмот¬
рим,  как  ведут  себя  после  преломления  в  линзе  свето¬
вые  лучи,  падающие  на  линзу  параллельно  ее  главной
оптической  оси.
 Опыт  показывает,  что  лучи,  падающие  на  линзу  бли
же  к  ее  краям,  пересекаются  ближе  к  линзе,  чем  лучи
проходящие  через  ее  центральную  часть  (рис.  39).  Дру
гимн  словами,  для  лучей,  проходящих  через  централь
ную  часть  линзы,  фокус  лежит  дальше,  чем  для  лучей
проходящих  через  периферическую  часть.  Следовательно
такие  лучи  не  собираются  за  линзой  в  одну  точку,  а
дают  на  экране  расплывчатое  пятно  —  кружок  рассея
ния.  Это  явление  называется  сферической  аберрацией
 Сферическая  аберрация  —  это  погрешность  в  изоб
ражении,  возникающая  потому,  что  поверхность  линзы
имеет  сферическую  форму,  благодаря  которой  мы  и  полу
чаем  неясное,  расплывчатое  изображение  предметов
 Сферической  аберрацией  обладают  также  двояковог
нутые,  рассеивающие  линзы,  мнимый  фокус  которых  для
лучей,  проходящих  через  центральную  часть,  лежит
дальше  от  линзы,  чем  для  лучей,  проходящих  через
 52

периферическую  часть.  Следовательно,  периферическая
часть  линзы  преломляет  лучи  сильнее,  чем  ее  централь¬
ная  часть  (рис.  40).
 Поэтому,  если  после  собирающей  линзы  пропустить
лучи  через  рассеивающую  линзу,  то  фокусные  расстоя¬
ния  f  и  f  1  собирающей  линзы  увеличатся.  "Однако  более
короткое  фокусное  расстояние  F  периферических  лучей
возрастет  на  большее  значение,  чем  более  длинное
фокусное  расстояние  F,  центральных  лучей.
 Правильно  рассчитав  кривизну  и  показатели  прелом¬
ления  обеих  линз,  можно  добиться  того,  чтобы  пучок
параллельных  лучей,  прошедших  через  них,  собирался
в  одной  точке.  Таким  образом  сферическая  аберрация
будет  устранена  (рис.  41).  Обычно  обе  линзы  склеи¬
вают.
 Хроматическая  аберрация
 Другой  погрешностью  линзы  является  хроматическая
аберрация,  обусловленная  зависимостью  показателя  пре¬
ломления  стекла  (и  других  прозрачных  сред)  от  длины
волны  проходящего  через  него  света.  Так,  например,  при
прохождении  пучка  параллельных  лучей  через  линзу
точка  пересечения  наиболее  сильно  преломляющихся
фиолетовых  лучей  находится  ближе  к  линзе,  чем  точка
пересечения  красный  лучей  (рис.  42).  Между  ними  рас¬
полагаются  точки  пересечения  остальных  цветных  лучей.
В  результате  на  экране  получается  не  точка,  а  белый
размытый  кружок,  окаймленный  цветной  полосой.  Это
 53

явление  называется  хроматической  аберрацией.  Обе
аберрации  значительно  ухудшают  изображение  предмета,
полученное  с  помощью  линзы.
 Хроматическую  аберрацию  устраняют.  Для  этого  к  со¬
бирающей  линзе  с  малой  дисперсией  приклеивают  рас¬
считанную  соответствующим  образом  рассеивающую
линзу  с  большой  дисперсией  (рис.  43).  Добавочная
линза  увеличивает  фокусные  расстояния  и  Fy,  соби¬
рающей  линзы.  Однако  при  этом  фокусное  расстояние
fc  синих  лучей  увеличивается  больше,  чем  фокусное
расстояние  Fk  красный  лучей.  Поэтому  оба  фокуса  /с
и  /к  попадают  в  одну  точку  /.  Соединившись  в  одном
месте,  лучи  разных  цветов  образуют  белую  точку,  и
хроматическая  аберрация  будет  значительно  уменьшена.
 54'

Для  уменьшения  аберрации  объектив  и  окуляр  мик¬
роскопа  составляются  из  целого  ряда  линз,  изготов¬
ленных  из  различных  сортов  стекла  с  разными  пока¬
зателями  преломления  (рис.  44).  В  таких  сложных
объективах  и  окулярах  аберрации  почти  полностью  от¬
сутствуют.
 Просветление  оптики
 Изготовляя  сложные  объективы  и  окуляры,  оптики
столкнулись  с  другой  трудностью.  При  прохождении
света  через  оптические  инструменты  от  каждой  поверх¬
ности  отражается  примерно  4%  проходящего  света,  что
значительно  снижает  прозрачность  стекол.  Для  просвет¬
ления  оптики  на  поверхность  каждой  линзы  наносится
тонкий  Слой  прозрачного  вещества  с  показателем  пре¬
ломления  меньшим,  чем  показатель  преломления  стекла
линзы.  Толщина  пленки  равна  целому  числу  волн  плюс
 четверть  волны  проходящего  света:
 В  этом  случае  разность  хода  лучей,  отраженных  от
верхней  поверхности  пленки  и  поверхности  линзы,  равна
удвоенной  толщине  пленки,  т.  е.  половине  длины  волны
 плюс  целое  число  волн: 	Такие  волны  гасят  друг
 друга,  и  свет  почти  без  потерь  проходит  через  прибор.
 ПРИМЕНЕНИЕ  МИКРОСКОПА
 Рассмотренный  нами  микроскоп  применяется  для
биологических  исследований.  Существуют  микроскопы
для  изучения  металлов,  минералов,  а  также  микроскопы
для  одновременного  наблюдения  двумя  глазами  с  двумя
объективами  и  двумя  окулярами  и  т.  д.  Принцип  дейст¬
вия  всех  микроскопов  одинаковый,  отличаются,  они  лишь
второстепенными  деталями,  осветительным  устройством,
столиком  и  т.  д.  Современные  микроскопы  дают  увели¬
чение  до  2500  раз  и  позволяют  детально  рассматривать
предметы,  наблюдать  за  микробами,  фотографировать  их,
фиксировать  и  снимать  на  пленку  (рис.  45).
 В  конце  прошлого  века  ученые  выяснили,  что  в  обыч¬
ный  оптический  микроскоп  нельзя  увидеть  частицы
размером  меньше  2-10“^  см.  Эта  ограниченность  опти¬
ческого  микроскопа  не  зависит  от  качества  его  линз,  она
 55

обусловлена  природой  самого  света,  его  дифракций.  Све¬
товые  волны  обходят  такую  частицу  и  не  дают  за  ней
никакой  тени.  Следовательно,  рассматривая  малую  ча¬
стицу  в  обычный  микроскоп,  мы  не  можем  обнаружить
ее  присутствия.
 Частицы  размером  меньше  2-10“^  см  могут  быть  об¬
наружены  в  так  называемый  ультрамикроскоп  (рис.  46),
изобретенный  в  1903  г.  Дело  в  том,  что  в  обычном  микро¬
скопе  свет  попадает  прямо  в  глаз  наблюдателя,  слепит
его  и  он  не  может  заметить  слабого  света,  излучаемого
частицей.  В  ультрамикроскопе  свет  электрической  дуги
освещает  частицу  сбоку  и  не  попадает  в  глаз  наблю¬
дателя.  Взглянув  в  окуляр  микроскопа,  мы  увидим,  как
на  черном  фоне  появляются  и  исчезают  светящиеся
точки,  —  это  свет,  рассеянный  частицами.  Однако  о
строении  частиц  и  их  деталях  мы  судить  не  можем.  Тем
не  менее  ультрамикроскоп  позволяет  решить  много  важ¬
ных  вопросов:  подсчитать  число  частиц,  определить  их
размеры  и  даже  форму.  Если,  например,  они  имеют  фор¬
му  шариков,  на  них  всегда  будет  падать  одинаковое
количество  света  и  они  не  будут  исчезать  из  поля  зрения,
если  же  они  имеют  форму  палочек,  то  будут  исчезать  и
появляться  в  зависимости  от  того,  с  боку  или  с  торца
они  освещены.  С  помощью  ультрамикроскопа  изучают
коллоиды.  Это  рассеянные  в  жидкости  или  газе  гигант¬
ские  молекулы,  а  также  весьма  малые  частицы
размером  от  10“^  до  10~®  см.
 Важное  значение  имеет  микроскоп  для  изучения
строения  металлов.  Невооруженному  глазу  металл  ка-
 56

жется  сплошным,  однородным  телом.  На  самом  деле  он
состоит  из  отдельных  кристаллических  зерен,  размеры
которых  очень  малы,  их  можно  рассмотреть  только  в
микроскоп.  Металлы  непрозрачны,  и  освещать  их  снизу
нельзя.  Поэтому  металлическую  пластинку  помещают
так,  чтобы  лучи  падали  на  нее  наклонно  и,  отразив¬
шись  от  пластинки,  попадали  в  микроскоп  (рис.  47).
Предварительно  ее  шлифуют,  полируют,  протравливают
кислотой,  затем  промывают.  Кислота  действует  на  пла¬
стинку  неравномерно:  на  одни  зерна  сильнее,  на  дру¬
гие  слабее.  Кроме  того,  при  протравке  разные  зерна
приобретают  различную  окраску.
 Разные  металлы  имеют  различное  строение  зерен.
Изучение  микроскопического  строения  различных  метал¬
лов  (рис.  48)  позволяет  установить  их  состав,  обнару¬
жить  вредные  примеси,  трещины  и  т.  д.  Так  удается
выяснить  причину  поломки  какой-нибудь  детали,  пре¬
дупредить  пуск  в  производство  негодного  металла.
 ТЕЛЕСКОПЫ  (РЕФРАКТОРЫ)
 Телескоп  Кеплера
 Человека  интересует  не  только  мир  малых  тел.  С  дав¬
них  пор  он  пытается  узнать,  как  устроены  звезды.  Солн¬
це  и  планеты,  каковы  их  размеры,  есть  ли  на  них  жизнь.
Огромное  расстояние  отделяет  человека  от  других  небес¬
ных  тел.
 Угол  зрения,  под  которым  они  видны  с  Земли,  очень
мал,  и  подробно  разглядеть  их  строение  невозможно.
 57

Чтобы  улучшить  видимость  небесных  тел,  надо  увеличить
угол  зрения  и  интенсивность  света,  поступающего  в
глаз  наблюдателя.  Это  можно  сделать  с  помощью  при¬
бора,  называемого  телескопом.  Проект  телескопа  был
создан  в  XVII  столетии  немецким  астрономом  Кеплером.
 Схема  телескопа  Кеплера  представлена  на  рисунке  49.
Он,  как  и  микроскоп,  состоит  из  двух  линз.  К  рассмат¬
риваемому  предмету  обращена  большая  линза  О  (объек¬
тив),  к  глазу  —  меньшая  О,  (окуляр).  Направим  теле¬
скоп  на  какое-либо  небесное  тело.  Каждая  точка  поверх¬
ности  этого  тела  посылает  в  пространство  расходящийся
пучок  света.  Та  часть  лучей,  которая  попадает  в  теле¬
скоп,  ничтожно  мала.  Она  лежит  внутри  конуса,  вершина
которого  находится  на  небесном  теле,  а  основание  совпа¬
дает  с  объективом  телескопа.  Раствор  этого  конуса  очень
мал,  ведь  высота  его  в  миллиарды  раз  больше  основания.
Поэтому  можно  считать,  что  свет,  идущий  от  каждой
точки  небесного  тела,  падает  на  объектив  телескопа
параллельным  пучком.  Лучи,  идущие  от  разных  точек
поверхности  небесного  тела,  конечно,  непараллельны
между  собой.  Наибольший  угол  образуют  лучи,  идущие
от  точек,  лежащих  на  противоположных  краях  небесного
тела.  Этот  угол  и  является  углом  зрения,  под  которым
невооруженный  глаз  видит  небесное  тело.
 Что  же  происходит  с  лучами  после  прохождения  их
через  объектив  телескопа?  Объектив  собирает  лучи  каж¬
дого  параллельного  пучка  (например,  лучи  А  и  А)  в  одну
точку.  Положение  этой  точки  зависит  от  угла,  который
составляют  лучи  с  главной  оптической  осью  объектива.
 58

Лучи,  параллельные  оптической  оси,  собираютсй
объективом  в  фокусе.  Лучи,  наклоненные  к  оптической
оси,  собираются  в  точки,  лежащие  в  фокальной  плоско¬
сти  объектива.  Таким  образом,  объектив  телескопа  обра¬
зует  действительное,  уменьшенное  и  перевернутое  изоб¬
ражение  i4iB,  небесного  тела.
 Следует  подчеркнуть,  что  изображение 	в 	сотни
 тысяч  раз  меньше,  чем  само  небесное  тело.  Какую  же
пользу  приносит  в  таком  случае  телескоп?  Дело  в  том,
что  изображение  А^В^  находится  рядом  с  наблюдателем
и  его  можно  paccMaYpHBaTb  с  близкого  расстояния  через
окуляр  О,.  Поэтому  угол  зрения  ai,  под  которым  глаз
видит  изображение  Л,В,  небесного  тела  в  телескоп,  во
много  раз  больше  того  угла  а,  под  которым  видит  небес¬
ное  тело  невооруженный  глаз.  Отношение  этих  двух
углов  называется  угловым  увеличением  телескопа  и  слу¬
жит  мерой  его  увеличения:
 Так  как  углы  а  и  ai  малы,  то  их  отношение  можно
заменить  отношением  их  тангенсов:
 где  F  и  F\  —  фокусные  расстояния  объектива  и  окуляра.
Следовательно,  угловое  увеличение  телескопа  тем  боль¬
ше,  чем  больше  фокусное  расстояние  объектива  и  чем
меньше  фокусное  расстояние  окуляра.
 При  наблюдении  Солнца,  Луны  и  других  планет  в
телескоп  их  изображение  на  сетчатке  глаза  увеличи¬
вается,  и  можно  детально  рассмотреть  строение  этих
тел.  Звезды  находятся  от  нас  в  сотни  тысяч  и  даже  мил¬
лионы  раз  дальше,  чем  Солнце.  Поэтому,  когда  мы  на¬
блюдаем  в  телескоп  звезды,  угол  зрения  тоже  увеличи¬
вается,  но  не  настолько,  чтобы  они  стали  видны  в  виде
дисков.  Они  по-прежнему  кажутся  глазу  светяш.имися
точками,  никаких  новых  подробностей  не  видно.  Однако
и  в  этом  случае  телескоп  приносит  большую  пользу.
Когда  мы  смотрим  в  телескоп  на  звезды,  в  глаз  попадает
во  столько  раз  больше  света,  во  сколько  раз  площадь
объектива  превышает  площадь  зрачка  (рис.  50).  По¬
этому  телескоп  увеличивает  видимую  яркость  звезд  и
позволяет  тем  самым  увидеть  очень  слабые  звезды,  не¬
видимые  невооруженным  глазом.
 59

Кроме  того,  телескоп  увеличивает  видимые  расстоя¬
ния  между  отдельными  звездами  —  разделяет  звезды.
С  изобретением  телескопа  стало  известно,  что  многие
звезды,  кажущиеся  невооруженному  глазу  одиночными,
состоят  на  самом  деле  из  двух,  трех  или  нескольких
звезд.  Млечный  Путь  оказался  огромным  скоплением
звезд,  которые  видны  раздельно  только  в  телескоп.
 При  наблюдении  различных  небесных  тел  приходится
пользоваться  разными  увеличениями.  Поэтому  у  астроно¬
мических  труб  имеются  несколько  окуляров  с  различными
фокусными  расстояниями  от  6  до  50  мм.
 ЗЕРКАЛЬНЫЙ  ТЕЛЕСКОП  (РЕФЛЕКТОР)
 Кроме  телескопа  с  линзами,  в  астрономии  широко
используются  зеркальные  телескопы  (рис.  51).  Зеркало  1,
как  и  линза,  собирает  падающие  на  него  от  небесного
тела  параллельные  лучи  в  точки  и  образует  действитель¬
ное  и  уменьшенное  изображение.  На  пути  сходящихся
лучей  устанавливают  небольшое  плоское  зеркало  2  и
выводят  это  изображение  в  сторону,  где  оно  и  рассмат¬
ривается  с  помощью  окуляра  3.  Окуляр  увеличивает  ви¬
димые  размеры  этого  изображения.
 Преимущество  зеркального  телескопа  перед  линзовым
состоит  в  том,  что  у  него  нет  хроматической  аберрации.
При  отражении  от  зеркала  пучок  света  не  разделяется
на  цветные  лучи,  так  как  лучи  всех  цветов  отклоняются
зеркалом  на  один  и  тот  же  угол.
 Второе  преимущество  зеркального  телескопа  заключа-
 60

ется  в  том,  что  стекло  для  зеркала  изготовить  легче,
чем  для  линзы.  Стекло,  идущее  на  изготовление  зеркала,
может  быть  неоднородным,  так  как  свет  через  него  не
проходит.  Оно  является  лишь  основанием,  на  которое
наносится  отражающий  слой.
 Для  уменьшения  сферической  аберрации  поверхности
зеркала  придают  обычно  параболическую,  а  не  сфериче¬
скую  форму.  Самый  большой  из  существующих  сейчас
телескопов  установлен  в  Советском  Союзе  на  Кавказе.
Он  имеет  зеркало  диаметром  6  м,  самый  большой  из
линзовых  телескопов  имеет  объектив  с  поперечником
всего  1  м.  Но  зеркальный  телескоп  имеет  и  существен¬
ный  недостаток.  Например,  зеркала  более  чувствительны
к  прогибу,  чем  линзы.  А  прогиб  может  появиться  из-за
собственного  веса  зеркала  или  изменения  его  темпера¬
туры,  которое  ведет  к  искажению  изображений.
 ТЕЛЕСКОП  Д.  Д.  МАКСУТОВА
 Значительным  событием  в  истории  оптики  было  изоб¬
ретение  менискового  телескопа  Д.  Д.  Максутова,  в  кото¬
ром  была  устранена  сферическая  аберрация.  Идея  спо¬
соба  Д.  Д.  Максутова  заключается  в  следующем.
 Из-за  сферической  аберрации  сферическое  зеркало  не
может  свести  параллельный  пучок  лучей  в  точку  (рис.
52,  а).  Лучи  могут  сойтись  после  отражения  от  зеркала
только  в  том  случае,  если  пучок  лучей,  падающих  на
зеркало,  расходящийся  (рис.  52,6).  Такой  пучок  дает
мениск  —  выпукло-вогнутая  рассеивающая  линза
 61

(рис.  52,  в).  Мысленно  продолжим  влево  расходящийся
за  мениском  пучок  лучей.  Продолжения  лучей  не  пере¬
секутся  в  одной  точке.  Следовательно,  мениск,  как  и
зеркало,  имеет  сферическую  аберрацию.
 Благодаря  аберрации  мениска  параллельный  пучок
лучей  после  прохождения  через  мениск  превращается  в
пучок  расходящихся  лучей,  которые,  попав  на  зеркало  и
отразившись  от  него,  сходятся  в  одну  точку.  Таким
образом,  одна  сферическая  аберрация  уничтожает  дру¬
гую.  В  результате  получается  четкое  и  ясное  изображе¬
ние  небесного  тела.
 Достоинством  этого  способа  является  то,  что  для
уничтожения  аберрации  нет  необходимости  придавать
поверхности  зеркала  сложную  параболическую  форму,
которую  очень  трудно  изготовить.  Зеркало  остается  сфе¬
рическим.
 Мениск,  как  и  зеркало,  не  имеет  хроматической  абер¬
рации.  Д.  Д.  Максутов  и  использовал  это  свойство,  со¬
единив  сферическое  зеркало  1  с  мениском  2,  создав  тем
самым  телескоп,  не  имеющий  никаких  аберраций.  На
рисунке  53  —  плоское  зеркало  3,  окуляр  4.
 Телескоп  Максутова  очень  удобен  в  работе,  так  как
имеет  малую  длину;  например,  при  диаметре  мениска
 1 	м  длина  телескопа  2  м.  Длина  линзового  телескопа
с  таким  же  поперечником  составляет  21  м.  Зеркало  в
телескопе  Максутова  не  подвергается  действию  атмо¬
сферы,  так  как  закрыто  прозрачной  крышкой  —  менис¬
ком.
 62

Современная:  астрономическая  обсерватория  —  это
большое  и  сложное  сооружение  с  множеством  вспомо¬
гательных  приборов  и  механизмов.  Телескоп  помещается
в  специалькоот  зда««и  с  отверстием  в  крыше,  через  кото¬
рое  прсгизврдится  наблюдение  неба.
 Вследствие  вращения  Земли  положение  светил  все
время  меняется.  Поэтому,  чтобы  во  время  наблюдения
светило  оставалось  в  поле  зрения  телескопа,  его  труба  с
помощью  электромоторов  все  время  поворачивается,  сле¬
дуя  за  звездой  или  планетой.  Особенно  четко  должен
действовать  механизм,  поворачивающий  телескоп  во
время  фотографирования  небесных  тел,  которое  продол¬
жается  иногда  несколько  суток.  Ведь  опережение  или
отставание  трубы  от  движения  звезды  приведет  к  «сма¬
зыванию»  изображения  и  порче  снимка.
 Одна  из  крупнейших  обсерваторий  распо’ложена  на
Кавказе  в  Карачаево-Черкесской  области  около  станицы
Зеленчукской.  Там  установлен  самый  большой  на  нашей
планете  зеркальный  телескоп  с  гигантским  зеркалом,
имеющим  диаметр  6  м.  Изготовление  подобного  зеркала
было  трудной  задачей.  Оно  весит  без  оправы  «420  кН,
а  с  оправой  «900  кН.  Зеркало  сделано  №з  особого  стек¬
ла,  которое  не  кристаллизуется,  обладает  термостойко¬
стью  и  малым  коэффициентом  расширения.  После  отлив¬
ки  зеркало  остывало  полтора  года.  Одна  только  перевоз¬
ка  его  из  Ленинграда  на  Кавказ  была  сложнейшей
проблемой.  Зеленчукский  телескоп  собирает  в  миллион
раз  больше  света,  чем  природный  «оптический  при¬
бор»  —  глаз  человека.  Подсчитано,  что  этот  телескоп
позволит  увидеть  пламя  свечи,  зажженной  в  космосе  на
расстоянии  25  ООО  км.
 ТЕЛЕСКОП  ГАЛИЛЕЯ.  БИНОКЛЬ.  ПЕРИСКОП
 Все  описанные  телескопы  дают  перевернутое  изоб¬
ражение  предмета.  Это  неудобно  при  рассматривании
земных  объектов  (людей,  зданий  и  т.д.).
 Схема  телескопа,  дающего  прямое  изображение,  при¬
ведена  на  рисунке  54.  Кроме  объектива  О  и  окуляра  Oj,
в  нем  имеется  еще  одна  «обращающая»  линза  О2,  рас¬
положенная  между  ними.  Ее  устанавливают  так,  чтобы
изображение  AiBj  предмета  АВ  находилось,  примерно,
на  двойном  фокусном  расстоянии  от  линзы  Og.  Тогда
 63

в  окуляр  Oi  видно  прямое  изображение  А2В2  пред¬
мета  АВ.
 Телескоп,  построенный  Галилеем  в  1609  г.,  также
давал  прямое  изображение  рассматриваемого  предмета
АВ.  Для  этого  в  качестве  окуляра  он  применил  двояко¬
вогнутую  линзу  (рис.  55),  расположив  ее  так,  чтобы
фокальные  плоскости  объектива  и  окуляра  совпадали  и
чтобы  она  пересекала  сходящиеся  пучки  лучей,  идущие
от  объектива,  прежде  чем  они  образуют  действительное
изображение
 Окуляр  рассеивал  эти  лучи,  и  глаз  видел  мнимое,
npi^oe  и  увелйченное  изображение  Л2В2.  Как  и  в  теле¬
скопе  Кеплера,  угловое  увеличение  телескопа  Галилея
равно  отношению  угла  ai,  под  которым  видно  в  телескоп
 64

мнимое  изображение  Л2В2»,  к  углу  а,  под  которым  виден
предмет  невооруженным  глазом:
 Две  скрепленные  трубы  Галилея  представляют  собой
бинокль  небольшого  увеличения.  Бинокли  большого  уве¬
личения  (полевые)  представляют  собой  две  трубы  Кеп¬
лера  с  окулярами  из  выпуклых  линз  (рис.  56).  Обора¬
чивающей  системой  в  последнем  бинокле  являются  две
призмы  полного  отражения  айв.  Они  позволяют  одно¬
временно  укоротить  длину  труб  (так  как  в  них  луч  света
дважды  проходит  через  бинокль)  и  увеличить  расстояние
между  центрами  объективов  по  сравнению  с  рассто¬
янием  между  зрачками  глаз.  Большое  расстояние  меж¬
ду  объективами  увеличивает  стереоскопический  эф¬
фект.
 Зрительную  трубу  особого  рода  —  перископ  —  широ¬
ко  используют  на  подводных  лодках.  Она  дает  возмож¬
ность  производить  наблюдение  из  погруженной  подвод¬
ной  лодки.  Перископ  имеет  большую  длину  и  маленький
диаметр  верхней  части.  Для  уменьшения  диаметра  свето¬
вых  пучков  внутри  перископа  служат  коллективные
линзы.
 После  отражения  от  призмы  (рис.  57)  световые
лучи  проходят  сквозь  короткофокусный  объектив  Lj.  Этот
объектив  дает  изображение  в  плоскости  Bj,  где  помещена
коллективная  линза  К\у  уменьшающая  углы  между  свето¬
выми  пучками,  образующими  изображение.  Далее  пучки,
пройдя  через  линзу  Lg,  выходят  из  нее  параллельным
пучком,  а  пройдя  через  линзу  L3,  дают  прямое  изображе¬
ние  в  плоскости  Вз»  куда  помещена  коллективная  линза
/Сз-  Затем  лучи  отражаются  от  призмы  Pg  ^  попадают  на
окуляр  О.
 С  помощью  коллективных  линз  можно  доводить  длину
перископа  до  нескольких  метров  при  диаметре  5  см.
 ВОЛОКОННАЯ  ОПТИКА
 В  60-х  гг.  XX  в.  появилась  новая  отрасль  техники  —
волоконная  оптика,  основанная  на  явлении  полного  от¬
ражения.  Рассмотрим  это  явление.
 Пусть  луч  света  переходит  из  оптически  более  плот-
 5-1004 	65

ной  среды  в  оптически  менее  плотную  (рис.  58).  При
этом  угол  преломления  р  будет  больше  угла  падения  а.
Будем  постепенно  увеличивать  угол  а.  Это  вызовет  уве¬
личение  угла  р,  причем,  когда  угол  а  достигнет  некото¬
рого  значения  а©,  угол  р  станет  равным  90°.  При  даль¬
нейшем  возрастании  угла  а  угол  р  уже  не  будет  увели¬
чиваться,  луч  отразится  —  произойдет  полное  отражение
света.
 Подобное  же  отражение  произойдет  в  том  случае,
если  на  торец  изогнутого  стеклянного  стержня  напра¬
вить  луч  света.  После  ряда  отражений  внутри  стержня
свет  выйдет  из  другого  его  торца  (рис.  59).  Очевидно,
чем  тоньше  стержень,  тем  свет  претерпевает  большее
число  отражений.  *
 По  этому  принципу  построен  медицинский  прибор,
позволяющий  осматривать  горло.  Он  имеет  форму  изог¬
нутой  стеклянной  лопатки,  широким  концом  которой
прижимают  язык  (рис.  60).  Когда  на  другом  конце  при¬
бора  зажигают  электрическую  лампу,  свет  попадает  в
горло  и  освещает,  его.
 Явление  полного  отражения  используется  и  в  воло¬
конной  оптике.  Из  специального  стекла  или  пластика
изготовляют  прозрачные  волокна  толщиной  до  0,05  мм,
покрытые  тонкой  пленкой  из  материала  с  меньшим,  чем
у  волокна,  показателем  преломления.  Это  покрытие  бла¬
годаря  полному  отражению  предотвращает  утечку  света
из  волокна.  По  волокну  можно  передавать  свет  с  одного
торца  на  другой.  Для  этого  несколько  сот  или  тысяч
волокон  собирают  в  плотный  пучок,  образующий  слож¬
ный  световод,  концы  которого  делают  плоскими  и  поли¬
руют.
 Направим  на  торец  световода  изображение  какого-
нибудь  предмета  (рис.  61).  (Обычно  это  делают  с  по¬
мощью  объектива.)  На  отдельные  волокна  будет  падать
свет  разной  интенсивности,  и  такой  же  свет  будет  пере¬
даваться  на  другой  торец.  Поэтому  на  другом  торце
возникнет  изображение,  в  точности  повторяющее  приня¬
тое.  Важно  только,  чтобы  торцы  отдельных  волокон  рас¬
полагались  на  передающем  конце  в  таком  же  порядке,
как  и  на  принимающем.  Четкость  принятого  изобра¬
жения  тем  выше,  чем  больше  волокон  содержится  в
световоде.
 Световод  можно  изгибать  практически  под  любым
углом,  даже  завязывать  в  узел,  тем  не  менее  посланное
 67

с  одного  конца  изображение  благополучно  достигнет
противоположного.  Это  свойство  световодов  позволяет
создать  на  их  основе  гибкие  перископы  и  зонды,  с  по¬
мощью  которых  можно  обнаружить  дефекты  в  недрах
моторов  и  станков  (рис.  62),  не  разбирая  их  на  части.
(На  рисунке:  1  —  линза  окуляра,  2  —  лампочки  осве¬
щения,  3  —  объектив).
 Применение  световодов
 Гибкие  зонды  нашли  широкое  применение  в  медицине
и  позволяют  изучать  состояние  некоторых  органов  —
«заглянуть»  в  желудок  и  даже  в  сердце.  И  все  это
можно  осуществить  безболезненно  для  организма  чело¬
века,  ведь  сечение  световода,  состоящее  из  множества
волокон,  имеет  диаметр  5—6  мм.  Зонды  для  медицинских
исследований  состоят  из  двух  световодов.  Свет  от  элект¬
рической  лампы  собирается  конденсором  на  входном  кон¬
це  одного  световода  и  по  нему  подается  в  освещаемую
полость.  Это  позволяет  не  вводить  в  организм  электри¬
ческую  лампу.  По  другому  световоду  свет  из  исследуемой
полости  попадает  в  глаз  наблюдателя.  Присоединив  к
его  наружному  концу  фотоаппарат,  можно  сделать  сни¬
мок  внутренних  органов  человека.
 Световоды  расширяют  возможности  кинематографии
и  телевидения,  так  как  позволяют  вести  киносъемку  или
телепередачу  из  таких  мест,  куда  невозможно  поместить
объективы  кино-  или  телекамер.
 68

Использование  световодов  в  аппаратах  оптической
связи  резко  увеличивает  их  пропускную  способность.
В  настоящее  время  созданы  световоды,  обладающие  ма¬
лыми  световыми  потерями,  материалом  для  них  служит
кварцевое  стекло.  Причем  потери  света  в  подобных  све¬
товодах  составляют  50%  при  их  длине  1  км.  Сигналы
по  ним  передаются  с  помощью  лазера.  По  сравнению
с  медным  кабелем  световод  имеет  преимущество  —  он
в  десятки  раз  легче  кабеля,  причем  на  него  не  дейст¬
вует  ни  коррозия,  ни  магнитное,  ни  электрическое
поле.
 Световоды  применяются  также  для  шифровки  и  де¬
шифровки  передаваемых  телевизионных  изображений.
Принцип  действия  этих  приборов  легко  понять,  если
представить  себе  световод  с  перепутанной  в  середине
укладкой  волокон.  Если  такой  световод  разрезать  посе¬
редине  на  две  части  и  поместить  одну  из  них  между
устройством,  принимающим  изображение  и  передатчи¬
ком,  посылающим  это  изображение  в  эфир,  то  в  эфир
будет  поступать  совершенно  непонятное  изображение
(рис.  63,  а).  Расшифровать  его  можно  только  одним
способом  —  надо  пропустить  эти  сигналы  через  вторую
часть  того  же  световода,  на  выходном  торце  которого
волокна  расположены  в  том  же  порядке,  что  и  на  вход¬
ном  торце  световода  передатчика  (рис.  63,6).  В  дейст¬
вительности  системы  оптической  связи  значительно
сложнее  —  они  позволяют  регулярно  менять  свето¬
вой  шифр.
 69

Важную  роль  играют  световоды  в  скоростной  фото¬
графии.  Основным  затруднением  при  скоростной  съемке
является  малая  сила  света,  падающего  на  фотопленку
при  короткой  выдержке.  Приходилось  применять  высоко¬
чувствительные  фотопленки,  дорогие  и  неудобные  в  обра¬
щении.  Это  препятствие  на  пути  скоростной  фотографии
удалось  преодолеть  с  помощью  пучка  конических  стек¬
лянных  волокон.  Если  на  широкий  торец  конического
волокна  направить  луч  света,  то  по  мере  его  продвиже¬
ния  к  узкому  торцу  сила  света  будет  увеличиваться.
Достигнув  узкого  торца,  сила  света  возрастает  настоль¬
ко,  что  он  будет  действовать  даже  на  фотопленку  с
нормальной  чувствительностью.  Таким  образом,  снабдив
фотоаппарат  конической  линзой  из  пучка  стеклянных
волокон,  можно  успешно  вести  скоростную  съемку.

СВЕТОПРОЕКЦИОННАЯ  ТЕХНИКА
 ФОТОГРАФИЯ.  ИСТОРИЧЕСКИЕ  СВЕДЕНИЯ  И  ПРИМЕНЕНИЕ
 -  отография  —  совокупность  методов  получения  и  ср-
Ф  хранения  изображений,  возникающих  на  светочув¬
ствительных  материалах  под  действием  излучения,  ис¬
пускаемого  объектом  фотографии.  Разнообразие  задач,
решаемых  с  помощью  фотографии,  позволяет  считать
ее  одновременно  разделом  науки,  техники  и  искусства.
 Датой  изобретения  фотографии  считается  1839  г.,
когда  в  Парижской  академии  наук  физик  Л.  Араго  сде¬
лал  сообщение  о  разработанном  Л.  Дагером  совместно
с  Ж.  Н.  Ньепсом  методе  получения  изображения  с  по¬
мощью  света,  названном  позднее  дагеротипией.
 До  изобретения  Дагера  ученые  уже  располагали  оп¬
тическим  аппаратом,  дававшим  изображение  человека  на
экране.  Это  был  «волшебный  фонарь»,  или  камера-обску-
ра.  Оставалось  закрепить  полученное  изображение.  Это
и  было  сделано  Дагером.
 Способ  Дагера  основан  на  следующем  химическом
явлении.  Если  на  слой  серебра  подействовать  йодом,  а
затем  осветить  его,  то  на  освещенной  части  осаждаются
пары  ртути,  в  которые  вносилась  обрабатываемая  пла¬
стинка.
 Фотографирование  Дагер  производил  следующим
образом.  Медная  посеребренная  пластинка  в  специаль¬
ном  ящике  подвергалась  действию  паров  йода,  в  резуль¬
тате  чего  на  ней  образовывался  слой  йодистого  серебра.
С  помощью  фотокамеры  на  пластинке  получали  изобра¬
жение  предмета.  Затем  в  другом  ящике  на  ней  осаждали
пары  ртути,  т.  е.  проявляли  снимок.  Проявленное  изоб¬
ражение  закрепляли  в  растворе  поваренной  соли,  раст¬
 71

воряющей  непроявившееся  йодистое  серебро  в  местах,
куда  не  попадал  свет.
 Чтобы  снимок  был  отчетливым,  приходилось  непо¬
движно  сидеть  перед  аппаратом  10—15  мин.
 Почти  одновременно  с  Дагером  английский  ученый
У.  Тальбот  разработал  способ  получения  изображений
на  светочувствительной  бумаге,  названный  им  калоти-
пией.  Принципиальная  разница  калотипии  и  дагеротипии
заключалась  в  том,  что  в  калотипии  получали  не  пози¬
тив,  а  негатив,  с  которого  печатанием  на  просвет  можно
было  получить  любое  число  позитивов.
 Важное  значение  для  развития  фотографии  имел
переход  от  камеры-обскуры  к  фотоаппарату  со  спе¬
циально  рассчитанным  объективом.  В  дальнейшем  фото¬
графическая  оптика  развивалась  в  направлении  совер¬
шенствования  объективов.  Оно  характеризовалось  умень¬
шением  размеров  и  массы  фотоаппаратов  и  расшире¬
нием  возможностей  их  применения.
 Первоначально  целью  фотографии  было  получение
портретных  изображений  за  периоды  времени,  много
меньшие,  чем  требуется  для  этой  цели  художнику.  Раз¬
виваясь  и  совершенствуясь,  фотография  превратилась  в
особый  вид  искусства.  Наряду  с  этим  существенно  рас¬
ширился  круг  задач,  решаемых  с  ее  помощью.  Так,  на¬
пример,  фотография  стала  одним  из  основных  средств
получения  и  хранения  научной  информации.  .Широкое
применение  находит  она  в  медицине,  полиграфии,  крими¬
налистике,  военном  деле  и  других  областях.
 Столь  широкое  распространение  фотографии  обуслов¬
лено  рядом  ее  преимуществ  по  сравнению  с  другими  ме¬
тодами  научного  исследования.
 Прежде  всего  фотография  позволяет  запечатлеть
изучаемые  явления  с  высокой  степенью  точности,  т.  е.
документировать  их  и  тем  самым  сделать  их  доступными
для  дальнейшего  изучения.  Фотопленка  имеет  значитель¬
но  большую  чем  у  глаза  область  чувствительности  к  раз¬
ным  видам  излучения  в  диапазоне  от  у-лучеи  до  инфра¬
красных  включительно.  Специальные  фотопленки  способ¬
ны  регистрировать  большинство  элементарных  частиц.
С  помощью  фотографии  удается  выявлять  весьма  малые
цветовые  различия  предметов.  Важным  преимуществом
фотопленок  перед  большинством  других  приемников
излучения  является  их  способность  суммировать  во  вре¬
мени  слабые  световые  воздействия.  Благодаря  этому  на
 72

фотографиях  звездного  неба  после  длительного  экспони¬
рования  можно  обнаружить  изображения  столь  слабых
звезд,  что  их  не  видно  в  большие  телескопы.  Даже  пла¬
нету  Венеру,  окруженную  плотной  атмосферой,  астроно¬
мы  фотографируют  в  ультрафиолетовых  и  инфракрасных
лучах.  Вид  планеты  в  ультрафиолетовых  лучах  соответ¬
ствует  внешнему  слою  ее  атмосферы,  так  как  из  глубоких
слоев  атмосферы  вследствие  большого  рассеяния  эти
лучи  не  выходят  наружу.  Напротив,  инфракрасные  лучи
проходят-  даже  сквозь  довольно  плотные  облачные  обра¬
зования,  и  фотографии  позволяют  наблюдать  поверх¬
ность  планеты,  невидимую  для  глаза.
 Фотография  является  одним  из  основных  методов
в  картографии.  С  помощью  спутников  за  короткое  время
можно  сфотографировать  всю  земную  поверхность  и  за¬
тем  использовать  эти  снимки  для  составления  подробных
карт  местности,  на  что  прежде  специальные  экспедиции
затрачивали  месяцы  и  даже  годы.
 Фотография  имеет  также  важное  значение  в  метео¬
рологии.  Для  съемок  используются  метеорологические
ракеты  и  спутники.  Такой  спутник,  двигаясь  по  орбите,
фотографирует  полосу  земной  поверхности  шириной
ПО  км  и  передает  на  Землю  изображение  облаков,
снежного  и  ледяного  покровов,  тайфунов.  Это  позволяет
судить  о  состоянии  погоды  и  правильно  выбирать  марш¬
руты  кораблей  и  самолетов.
 Для  изучения  жизни  рыб  и  других  обитателей  под¬
водного  мира  используется  подводная  фотография.
Съемки  на  малых  глубинах  производятся  при  естест¬
венном  освещении.  Глубоководные  съемки  можно  произ¬
водить  только  при  искусственном  свете,  так  как  уже  на
глубине  200  м  естественный  солнечный  свет  почти  пол¬
ностью  исчезает.  Трудность  таких  съемок  заключается
в  том,  что  фотокамеру  и  источник  света  необходимо  тща¬
тельно  герметизировать  и  защищать  от  большого  давле¬
ния  воды.
 В  СССР  изготовлены  камеры  для  фотографирования
на  любых  глубинах,  включая  максимальную  глубину
океана.
 СОВРЕМЕННЫЙ  ФОТОАППАРАТ
 Принцип  действия  фотоаппарата  описан  в  учебнике
«Физика-10»  (§  54,  с.  145).
 Современный  фотоаппарат  снабжен  устройствами  и
 73

приспособлениями,  упрощающими  и  ускоряющими  фото¬
графический  процесс  и  улучшающими  качество  снимков.
Фотоаппарат  —  сложный  и  точный  механизм,  сочетаю¬
щий  в  себе  достижения  оптики,  механики  и  электроники.
 По  своему  назначению  фотоаппараты  разделяются  на
любительские,  профессиональные  и  специальные.  Первые
два  вида  фотоаппаратов  используются  для  съемок  лю¬
дей,  пейзажей,  фотоохоты,  спортивных  соревнований
и  т.  д.  Специальные  фотоаппараты  предназначены  для
фототехнических  работ  —  съемки  станков,  зданий,  аэро¬
фотосъемки,  съемки  из  космоса,  подводной  съемки,
микросъемок  и  т.  д.
 По  размерам  получаемых  изображений  фотоаппараты
разделяются  на  миниатюрные  (с  размером  кадров
13X17  мм),  полуформатные  (18X24  мм),  малоформат¬
ные  (24X26  мм),  среднеформатные  (60X90  мм),  крупно¬
форматные  (90X120  мм  и  более).
 Наиболее  важной  частью  фотоаппарата  является
объектив,  образующий  действительное  изображение  сни¬
маемого  предмета  в  плоскости  светочувствительной
пленки.  Объектив  присоединяется  к  корпусу  фотоаппа¬
рата  с  помощью  резьбы.  Некоторые  аппараты  имеют
несколько  сменных  объективов  с  различными  фокусными
расстояниями.  Чтобы  получить  на  светочувствительной
пленке  четкое  изображение  снимаемого  предмета,  надо
установить  объектив  на  строго  определенном  расстоянии
от  него.  Эти  расстояния  указаны  на  охватывающем
объектив  фокусирующем  кольце.  Поворачивая  кольцо,
можно  перемещать  объектив  вдоль  его  оптической  оси  и
тем  самым  устанавливать  его  на  резкость.
 Наведение  аппарата  на  снимаемый  предмет  можно
производить  и  с  помощью  видоискателя,  который  служит
также  для  определения  границ  снимка.  Свет  от  объек¬
тива  отклоняется  особой  призмой  в  прямоугольное
«окошко»  видоискателя,  в  котором  можно  видеть  сни¬
маемый  предмет  и  шесть  вертикальных  отрезков,  из  кото¬
рых  одна  тройка  сдвинута  в  горизонтальном  направ¬
лении  относительно  другой  (рис.  64,  а).  При  вращении
фокусирующего  кольца  верхние  отрезки  смещаются  от¬
носительно  нижних  до  тех  пор,  пока  они  не  составят
продолжение  нижних  (рис.  64,6).  Это  и  будет  означать,
что  аппарат  наведен  на  резкость.
 Важной  частью  фотоаппарата  является  фотографи¬
ческий  затвор,  который  пропускает  свет  к  светочувстви-
 74

тельной  пленке  в  течение  определенного  времени,  назы¬
ваемого  выдержкой.  Фотозатвор  состоит  из  тонких  ме*
таллических  лепестков  сложной  формы,  расположенных
симметрично  относительно  оптической  оси  объектива.
Фотозатвор  открывает  объектив  в  направлении  от  центра
объектива  к  его  краям,  а  закрывает  в  обратном  направ¬
лении.
 Для  осуществления  различных  по  продолжительно¬
сти  выдержек  затворы  снабжены  специальными  меха¬
низмами,  разделяющимися  на  механические,  пневмати¬
ческие  и  электронные.  Наиболее  совершенные  из  них  —
электронные  механизмы  выдержек.  В  них  фотозатвор
управляется  электронным  реле,  который  действует  при
зарядке  конденсатора  до  определенного  напряжения.
Изменяя  это  напряжение,  можно  изменить  выдержку.
 Некоторые  фотоаппараты  снабжены  автоспуском,
благодаря  которому  затвор  автоматически  срабатывает
через  небольшой  промежуток  времени  —  10—15  с.  Пово¬
ротом  рычага  автоспуска  затвор  устанавливается  в  рабо¬
чее  положение.  Нажав  кнопку  спуска  затвора,  можно
произвести  снимок.
 Для  регулирования  световым  потоком,  проникающим
в  объектив  и  видоискатель,  служит  диафрагма.  При
наведении  фотоаппарата  на  снимаемый  предмет  диаф¬
рагма  полностью  открыта.  Если  нажать  на  кнопку  спуска
затвора,  диафрагма  мгновенно  сокращается  до  уста¬
новленного  размера,  призма  видоискателя  отводится  в
сторону,  а  затвор  фотоаппарата  открывается  на  время
выдержки.
 75

При  недостаточной  освещенности  снимаемого  пред¬
мета  используется  лампа-вспышка  (см.  с.  114),  для  ее
включения  на  корпусе  аппарата  имеется  штепсельное
гнездо.
 В  любительских  полуформатных  и  малоформатных
фотоаппаратах  светочувствительная  пленка  помещается
в  светонепроницаемую  кассету,  в  которой  помещен  ме¬
ханизм  для  перемотки  пленки  и  подсчета  кадров.  Экспо-
нометрические  устройства  предназначены  для  определе¬
ния  необходимых  значений  диафрагмы  и  выдержки  в
зависимости  от  светочувствительности  фотопленки  и
освещенности  снимаемого  предмета.
 ЦВЕТНАЯ  ФОТОГРАФИЯ
 Одним  из  наиболее  интересных  практических  приме¬
нений  трехцветной  теории  зрения  является  цветная
фотография,  которая  появилась  почти  одновременно  с
черно-белой.  За  150  лет  своего  существования  черно¬
белая  фотография  значительно  изменилась.  Одновремен¬
но  происходило  и  усовершенствование  способов  цветного
фотографирования.  Однако  ни  один  из  400  известных
способов  не  получил  сразу  широкого  распространения
из-за  своей  сложности  и  непостоянства  получаемых
результатов.  Только  в  наши  дни  техника  цветного  фото¬
графирования  упростилась  и  стала  доступной  для  массо¬
вого  использования.
 Трехслойные  пленки
 Наиболее  распространенным  способом  цветного  фото¬
графирования  на  трехслойных  светочувствительных  плен¬
ках  явлйется  субтрактивный.  Разрез  такой  пленки  пока¬
зан  на  рисунке  65.
 Первый  верхний  светочувствительный  слой  1  пленки
состоит  из  эмульсии,  чувствительной  только  к  синим
лучам.  Ниже  расположен  тонкий  слой  желтоокрашенного
желатина  2,  играющий  роль  светофильтра,  не  пропускаю¬
щего  синих  лучей;  далее  идет  второй  светочувствитель¬
ный  слой  3.  Он  состоит  из  эмульсии,  чувствительной
только  к  желто-зеленым  лучам,  третий  светочувствитель¬
ный  слой  4  —  из  эмульсии,  чувствительной  к  красным
лучам.  Второй  и  третий  слои  чувствительны  и  к  синим
лучам,  но  их  не  пропускает  желтый  светофильтр.  Все
 76

эти  слои  нанесены  на  прозрачную  основу  —  «подлож¬
ку»  5,  нижняя  поверхность  которой  покрыта  противо-
ореольным  слоем  в  виде  зеленого  лакового  покрытия  6.
 Получение  скрытого  изображения
 Допустим,  нам  надо  снять  цветную  шкалу  1,  изоб¬
раженную  на  цветной  вклейке  IV.  Назовем  ее  объектом
съемки.  Для  получения  цветного  негатива  надо  каждый
цвет  объекта  разложить  на  основные  цвета  (синий,
зеленый  и  красный)  и  определить  их  число  в  каждом
данном  цвете  объекта  для  того,  чтобы  смешать  их
впоследствии  в  тех  же  пропорциях  и  воспроизвести  пер¬
воначальный  цвет.
 Снимок  на  трехслойной  негативной  пленке  произво¬
дят  таким  же  аппаратом,  как  и  для  черно-белого  фото¬
графирования.  В  результате  в  каждом  слое  пленки
получится  скрытое  серебряное  негативное  изображение
объекта  (см".  цв.  вклейку  IV—2).  В  первом  слое  оно
образуется  лучами  синего  цвета  и  синими  составляю¬
щими  голубого  (состояш.его  из  синего  и  зеленого),
пурпурного  (состоящего  из  синего  и  красного),  белого
света,  в  состав  которого  входят  лучи  всех  цветов  спектра,
и  поэтому  они  дают  негативное  изображение  во  всех
трех  слоях  негативной  пленки.  Серое  поле  объекта  также
дает  слабое  изображение  во  всех  слоях  пленки.  Черное
поле  объекта,  весьма  незначительно  отражающее  свет,  не
дает  изображения  ни  в  одном  из  слоев.
 Скрытое  негативное  изображение  во  втором  слое
 77

пленки  образуется  лучами  зеленого  цвета  и  зелеными
составляющими  голубого,  а  также  лучами  желтого  цвета
(состоящего  из  зеленого  и  красного),  белого  и  серого
цветов.
 Скрытое,  негативное  изображение  объекта  в  третьем
слое  образуется  лучами  красного  цвета  и  красными
составляющими  желтого,  серого  и  белого  цветов.
 Таким  образом,  сочетание  слоев  с  разной  светочув¬
ствительностью  и  желтого  светофильтра  позволяет  произ¬
вести  цветоделение  света,  падающего  на  пленку  от
объекта.
 Цветное  проявление
 При  проявлении  в  обычном  проявителе  в  пленке
получаются  три  негатива:  в  первом  слое  негатив,  соот¬
ветствующий  изображению  в  синих  лучах,  во  втором  —
в  желто-зеленых  и  в  третьем  —  в  красных  лучах.  Однако
при  этом  никакого  цветного  изображения  не  возникает
и  все  три  негатива  будут  черно-белыми.  Для  получения
цветного  изображения  необходимо  применить  цветной
проявитель.
 Как  и  при  черно-белом  проявлении,  экспонированное*
галоидное  серебро^  каждого  светочувствительного  слоя
под  действием  проявляющего  вещества  восстанавлива¬
ется  в  металлическое  (см.  цв.  вклейку  IV—3).  При  этом,
кроме  металлического  серебра,  из  которого  образуется
изображение  объекта,  получаются  продукты  окисления
проявляющего  вещества,  остающиеся  в  растворе  прояви¬
теля.
 Когда  изготавливают  трехслойную  пленку,  в  ее  свето¬
чувствительные  слои  вводят  бесцветные  органические
соединения,  называемые  цветными  компонентами.  Соеди¬
няясь  с  продуктами  окисления,  они  образуют  красители.
 Во  время  проявления  негатива  в  тех  местах,  где
образуется  металлическое  серебро,  одновременно  идет
реакция  образования  красителя,  причем  его  масса  про¬
порциональна  массе  серебра.  Другими  словами,  в  каж¬
дом  светочувствительном  слое  негатива  образуется  окра¬
шенное  изображение  объекта  из  красителя  с  таким  же
соотношением  плотностей,  что  и  у  серебряных  изобра-
 ‘  Экспонированное  —  подвергнутое  облучению  светом.
 ^  Галоидное  серебро  —  соединение  серебра  с  галоидом,  напри¬
мер  AgBr.
 78

жений.  Это  изображение  вполне  устойчиво,  так  как  цвет¬
ные  компоненты  не  проникают  через  набухший  желати¬
новый  слой,  а  красители  не  растворяются  ни  в  воде,  ни
в  фотографических  растворах.  Схематически  реакция
цветного  проявления  может  быть  представлена  так:
 Второй  процесс  —  образование  красителя  из  продук¬
тов  окисления  проявляющего  вещества  и  цветной  ком¬
поненты  можно  представить  так:
 Цвет  красителя,  получающегося  при  цветном  проявле¬
нии,  зависит  от  химического  состава  проявляющего  ве¬
щества  и  цветной  компоненты.  Применяемые  в  трехслой¬
ных  пленках  цветные  компоненты,  вводимые  в  эмульсию
при  их  изготовлении,  образуют  желтый  краситель  в
верхнем  слое,  пурпурный  —  в  среднем  и  голубой  —
в  нижнем  (см.  цв.  вклейку  IV—3).  Эти  цвета  являются
дополнительными  синему,  зеленому  и  красному  цветам  и
при  пропускании  через  негатив  белого  света  погло¬
щают  их.
 Отбеливание  и  фиксаж
 После  образования  цветных  изображений  в  трех
слоях  негативной  пленки  производят  ее  отбеливание.
Этот  процесс  заключается  в  том,  что  пленку  опускают
в  отбеливающий  раствор,  в  результате  чего  металличе¬
ское  серебро  негативных  изображений  и  желтого  фильт¬
рующего  слоя  снова  переводится  в  галоидное  серебро
(см.  цв.  вклейку  IV—4),  которое  затем  растворяется
в  фиксирующем  растворе  (см.  цв.  вклейку  IV—5);  в  нем
разрушается  также  зеленый  краситель  противоореоль-
ного  слоя.
 После  фиксажа  в  трехслойной  негативной  пленке
остается  только  окрашенное  «цветоотделенное»  —  нега¬
тивное  изображение  объекта:  желтое  в  верхнем  слое,
 79
 Экспониро¬
ванное  гало¬
идное  серебро
 Проявляю¬
 щее
 вещество
 Металличе¬
ское  серебро
(изображение
объекта)
 Продукты
 окисления
 проявляющего
 вещества
 Продукты  окисления
проявляющего  ве¬
щества
 Цветная  компо¬
нента
 Краситель  (цветное
изображение  объ¬
екта)

пурпурное  в  среднем  и  голубое  в  нижнем,  т.  е.  цветной
негатив  (см.  цв.  вклейку  IV—6).  При  рассматривании
негатива  на  просвет,  его  цвета  оказываются  дополни¬
тельными  к  цветам  объекта.
 Получение  цветного  позитива
 Трехслойная  позитивная  пленка  для  копирования
устроена  так  же,  как  и  негативная.  Процесс  обработки
позитивной  пленки  сходен  с  обработкой  негативной
пленки.  При  копировании  негатив  накладывают  на  пози¬
тивную  пленку  и  освещают  сверху  белым  светом  (см.
цв.  вклейку  V—7).  Так  же  как  и  при  получении  цветного
негатива,  в  трех  слоях  позитивной  пленки  образуются
скрытые  изображения  (см.  цв.  вклейку  V—8).  Далее
производят  цветное  проявление  (см.  цв.  вклейку  V—9),
отбеливание  (см.  цв.  вклейку  V—10),  фиксирование
(см.  цв.  вклейку  V—11).  В  результате  получается  трех¬
слойный  цветной  позитив,  цвета  которого  являются  до¬
полнительными  к  цветам  негатива.  Поэтому  при  его
рассматривании  на  просвет  он  дает  изображение  объекта
в  его  собственных  цветах  (см.  V—12).  Таково  краткое
описание  негативно-позитивного  процесса  цветной  фото¬
графии  на  трехцветных  пленках.
 ПРОЕКЦИОННЫЕ  АППАРАТЫ
 Оптические  приборы,  предназначенные  для  проеци¬
рования  изображений  плоских  объектов  (например,  ри-
 80

сунков)  на  экран,  называются  проекционными  аппара¬
тами.  По  способу  освещения  объектов  различают  проек¬
ционные  аппараты  с  диа-  и  эпипроекциями  и  комбини¬
рованные  —  с  эпидиапроекцией.
 Диапроектор
 Диапроекционные  аппараты  служат  для  проецирова¬
ния  прозрачных  объектов  на  просвет.  К  ним  относятся
диапроекторы,  кинопроекционные  аппараты,  фотоувели¬
чители,  приборы  для  чтения  микрофильмов,  обработки
аэрофотоснимков  и  т.  д.  Ход  лучей  в  диапроекторе
показан  на  рисунке  66,  а.
 Прозрачный  рисунок  —  диапозитив  1  помещают  перед
осветительными  линзами  (конденсором)  2,  Изображе¬
ние  яркой  лампы  3  сфокусировано  на  объективе  4.  Для
того  чтобы  изображение  было  увеличенным,  диапозитив  1
располагают  между  фокусом  и  двойным  фокусом  объек¬
тива  очень  близко  к  фокусу.  Из  рисунка  66,  б  видно,  что
без  конденсора  поток  света,  проходящий  через  объек¬
тив,  резко  уменьшается.
 Эпипроектор
 Эпипроекционные  аппараты  предназначены  для  прое¬
цирования  изображений  непрозрачных  плоских  предме¬
тов  (на  отражение).  К  ним  относятся,  например,  прибо¬
ры  для  копирования  топографических  карт.  Эпипроектор
(рис.  66,  в)  состоит  из  источника  света  1,  зеркального
 6-1004
 81

отражателя  2,  проецируемого  оригинала  3,  объектива  4,
плоского  зеркала  5  и  экрана  6,  на  котором  получается
изображение.
 Эпидиаскоп
 Эпидиаскоп  —  комбинированный  прибор,  соединяет
в  себе  диапроектор  и  эпипроектор  и  служит  для  прое¬
цирования  на  экран  изображений  как  прозрачных,  так  и
непрозрачных  предметов.  Он  состоит  из  осветительной
камеры  /,  в  которой  установлена  яркая  лампа  накали¬
ваний  2,  трех  отражательных  зеркал  3  (одно  заднее,  два
боковых)  и  конденсора  4  (рис.  67).  Для  демонстрации
прозрачных  картин  служит  объектив  5  и  непрозрачных  —
объектив  6.  В  съемной  крышке  прибора  установлено
отражательное  зеркало  7.
 Сбоку  прибора  имеется  ручка  для  перемещения  реф¬
лектора  8  из  положения  а  в  положение  б.  Эпидиаскоп
снабжен  также  столиком  9,  который  служит  для  непро¬
зрачных  рисунков  и  плоских  предметов.  На  передней
стенке  установлен  выключатель  тока  10.
 В  положении,  указанном  на  рисунке  67,  рефлектор  8
расположен  так,  что  "загораживает  от  света  объектив  5.
Следовательно,  прибор  работает  как  эпипроектор,  т.  е.
обеспечивает  демонстрацию  непрозрачных  рисунков.  При
перемещении  рефлектора  8  в  крайнее  левое  положение
прибор  работает  как  диапроектор  (показывает  прозрач¬
ные  рисунки).
 Фотоу  вел  ич  ител  ь
 Фотоувеличитель  позволяет  получить  позитивное
изображение,  во  много  раз  превышающее  размеры  не¬
гатива.  Его  основные  части  —  источник  света  и  оптиче¬
ская  система  для  равномерного  освещения  негатива  и
позитива.
 Устройство  фотоувеличителя  показано  на  рисунке  68,
где  1  —  электрическая  лампа,  2  —  матовое  стекло,  рас¬
сеивающее  свет,  3  —  двухлинзовый  конденсор,  4  —  рам¬
ка  для  негатива,  5  —  объектив,  6  —  кольцо  для  фоку¬
сировки  объектива,  7  —  приспособление  для  регулировки
положения  лампы  1,8  —  штайга,  вдоль  которой  можно
передвигать  фотоувеличитель,  9  —  стопорный  винт,  10  —
экран,  на  котором  лежат  листы  фотобумаги  при  печа¬
тании  позитива.
 82

6*

Проекционные  аппараты  широко  используются  э  судо¬
строении.  Ранее  постройка  судна  начиналась  на  плазе
(на  ровной  поверхности  большой  площади),  на  котором
вычерчивались  все  части  судна  натуральных  размеров.
Долгое  время  плаз  служил  кораблестроителям  как  бы
огромной  выкройкой,  с  которой  можно  было  снять  нуж¬
ные  размеры  и  сделать  ту  или  иную  деталь.
 В  настоящее  время  чертежи  выполняют  в  масштабе
1:10,  которые  фотографируют  на  стеклянную  пластин¬
ку  —  негатив.  Негатив  вставляю,t  в  проекционный
аппарат,  который  размещается  над  разметочным  столом
так,  чтобы  лучи  падали  на  стальной  лист,  находящийся
на  этом  столе  (рис.  69).  На  стальной  лист  проецируются
линии  натуральных  размеров.  Эти  линии  прокрашивают
и  по  ним  вырезают  деталь.  Таким  образом,  при  оптиче¬
ской  разметке  отпала  необходимость  в  огромном  поме¬
щении  для  плаза,  а  огромные  шаблоны  заменены  неболь¬
шими  негативами.
 Проекторы  используются  также  в  машиностроитель¬
ной  промышленности  для  проверки  размеров  и  правиль¬
ности  изготовления  деталей  (рис.  70).  Свет  от  источни¬
ка  1,  пройдя  через  конденсор  2  и  изделие  3,  поступает
в  объектив  4  и,  отразившись  от  зеркала  5,  падает  на
экран  6,  на  который  проецируется  увеличенное  теневое
изображение  контура  изделия.  Увеличивает  проектор  в
10,  50,  или  100  раз.
 СТРОБОСКОПИЧЕСКИЕ  ИГРУШКИ
 Задолго  до  изобретения  кинематографа  существовали
игрушки  с  рисунками,  при  рассматривании  которых  ка¬
залось,  что  рисунок  движется.  Такая  игрушка  называется
стробоскопом  (рис.  71).  Стробоскоп  представляет  собой
вращающийся  диск  с  прорезями.  Рядом  с  каждой  про¬
резью  изображена  одна  и  та  же  фигура  в  разные  момен¬
ты  своего  движения.  Все  картинки  охватывают  закон¬
ченный  цикл  движения.  Стробоскоп  держат  перед  зерка¬
лом  (картинками  к  зеркалу)  и,  приводя  круг  во  враще¬
ние,  через  прорези  смотрят  на  изображение  картинок
в  зеркале.  Тогда  кажется,  что  картинка  движется.
 Создать  иллюзию  непрерывного  движения  можно  с
помощью  небольшой  книжечки  из  плотной  бумаги
(рис.  72),  на  страницах  которой  изображен  один  и  тот  же
 84

предмет  в  разные  моменты  своего  движения.  Если  быстро
перебирать  страницы  пальцами  и  смотреть  на  рисунки,
создается  иллюзия  движения.
 Еще  одна  игрушка,  названная  томатропом  (рис.  73),
представляет  собой  небольшой  кружок  с  двумя  шнурами
по  бокам.  На  одной  стороне  кружка  нарисована  клетка,
на  другой  —  птица.  Закрутив  пальцами  оба  шнура  и
затем  натягивая  их,  можно  привести  кружок  в  быстрое
вращение  вокруг  горизонтальной  оси.  Тогда  покажется,
чтЬ  птица  сидит  в  клетке.
 Киноаппарат  для  проецирования  на  экран  движу¬
щихся  фотоизображений,  запечатленных  на  кинопленке,
был  изобретен  французами  —  братьями  Люмьер,  которые
в  1896  г.  провели  первый  киносеанс.

СОВРЕМЕННЫЙ  КИНОПРОЕКТОР
 На  рисунке  74  представлена  схема  современного  кино¬
проектора.  Из  коробки  1  пленка  попадает  на  зубчатый
барабан  2,  а  с  него  в  фильмовый  канал  3.  Зубчатый
барабан  4,  связанный  со  скачковым  механизмом  (на
рисунке  он  не  показан),  прерывисто  протягивает  пленку
через  канал  3  мимо  проекционного  окна  5  с  частотой
24  кадра  в  секунду.
 С  помощью  источника  света  6,  сферического  зерка¬
ла/и  объектива  8  кадры  фильма  проецируются  на
экран.  Чтобы  протягивание  фильма  не  было  заметно  для
зрителей,  имеется  обтюратор  9.
 После  барабана  4  кинопленка  образует  петлю  и  по¬
ступает  на  равномерно  вращающийся  зубчатый  бара¬
бан  10,  огибает  гладкий  барабан  11,  снабженный  махо¬
виком  12,  и  с  помощью  зубчатых  барабанов  13  и  14
подается  для  намотки  на  нижнюю  катушку  15.
 Фотограмма,  записанная  на  пленке,  «читается»  с  по¬
мощью  узкого  светового  пучка,  образованного  лампой  16
и  оптической  системой  /7.  Прошедший  через  фотограмму
изменяющийся  световой  поток  падает  на  фотоэлемент  18,
в  котором  возникает  небольшая  сила  тока,  идущая  к
усилителю.  От  усилителя  ток  идет  к  громкоговорителю,
установленному  в  зрительном  зале.
 В  качестве  скачкового  механизма  в  современных  ки¬
ноаппаратах  используется  обычно  мальтийский  крест
(рис.  75).  В  нем  кинопленка  1  перемещается  посредством
зубчатого  барабана  2,  посаженного  на  одну  ось  с  ведо¬
мым  диском  (крестом)  3.  Периодические  повороты  с
остановками  мальтийского  креста  осуществляет  палец  4,
который  закреплен  на  ведущем  диске  5,  равномерно
вращающемся  от  привода  киноаппарата.
 Палец  сначала  входит  в  радиальную  прорезь  лопасти
креста,  поворачивает  его  на  90°,  а  затем  выходит  из  про¬
рези.  Вместе  с  крестом  3  поворачивается  и  зубчатый
барабан  2,  перемещая  кинопленку  1  в  фильмовом  кана¬
ле  6  на  шаг  кадра.  Во  время  холостого  хода  ведущего
диска  5  кулачок  7,  закрепленный  на  диске  5,  скользит
по  вогнутой  поверхности  креста,  предохраняя  его  от
самопроизвольного  поворота.
 Киносъемочный  аппарат
 В  современном  кинематографе  съемка  осуществляется
киноаппаратом,  схема  которого  представлена  на  рисун-
 86

74

75

ке  76.  В  киноаппарате  светочувствительная  пленка  при
помощи  зубчатого  барабана  /  сматывается  с  кассеты  2
и  попадает  в  рамку  3.  Перед  экспозиционным  окном  4
помещается  киносъемочный  объектив  5.  Пленка  в  аппа¬
рате  продергивается  при  помощи  специального  «скачко-
вого»  механизма  6,  сообщающего  ей  прерываемое  дви¬
жение.  Обтюратор  7  перекрывает  окно  4  в  момент  пере¬
мещения  кинопленки,  предохраняя  от  попадания  на  нее
света.  После  выхода  из  экспозиционного  окна  4  кино¬
пленка  попадает  на  зубчатый  барабан  8,  а  затем  в  кас¬
сету  9.  Лупа  10  служит  для  наблюдения  негативного
изображения,  образуемого  на  пленке  объективом.
 Кинокопировальный  аппарат
 После  съемки  кинофильм  копируют,  т.  е.  получают
с  негативной  пленки  позитивную  с  помощью  кинокопи-
ровального  аппарата.  Такие  аппараты  разделяются  на
контактные,  в  которых  обе  пленки  в  момент  копирования
находятся  в  соприкосновении,  и  оптические,  когда  между
негативной  и  позитивной  пленками  находится  оптиче¬
ская  система.
 Когда  требуется  изменить  размеры  кинокадра,  напри¬
мер  при  копировании  кинокартин  с  узкой  кинопленки  на
широкую,  применяется  второй  тип  аппаратов.  В  копиро¬
вальной  части  контактного  аппарата  (рис.  77)  негатив¬
ная  /  и  позитивная  2  кинопленки  соприкасаются  т^еми
своими  сторонами,  на  которых  нанесена  эмульсия.  Источ¬
ник  света  3  с  помощью  оптической  системы  создает  рав¬
номерное  освещение  негатива,  причем  через  темные  его
участки  проходит  меньше  света,  чем  через  прозрачные.
Поэтому  на  позитивной  пленке  после  копирования  и
фотографической  обработки  возникает  позитивное  изоб¬
ражение  с  распределением  светотени,  обратным  негатив¬
ному,  т.  е.  с  таким  же,  как  и  в  заснятом  объекте.
 Одновременно  с  копированием  киноизображения  на
позитивной  пленке  записывается  звук.
 КИНОПАНОРАМА
Панорамное  кино
 В.  1957  г.  в  СССР  под  руководством  ученого  Е.  М.  Гол¬
довского  была  разработана  кинематографическая  уста¬
новка,  получившая  название  кинопанорамы.  В  ней  съем¬
 89

ка  фильма  производится  на  три  кинопленки,  а  проекция
посредством  трех  проекционных  аппаратов  (см.  цв.  вклей¬
ку  VI,  рис.  1)  на  большой  сильно  изогнутый  экран.
 Угол  охвата  экрана  в  горизонтальной  плоскости  до¬
стигает  150—170°,  а  в  вертикальной  —  55°.
 Восприятие  изображений  на  таком  экране  близко  к
восприятию  в  условиях  реальной  жизни,  так  как  его
границы  приближаются  к  границам  углового  поля  зрения
глаза  человека.  Звук  воспроизводится  семью  громкогово¬
рителями,  размещенными  в  разных  местах  кинозала.
Стереофоническое^  звучание  усиливает  «эффект  присут¬
ствия»  зрителя  в  кинофильме.
 Круговая  кинопанорама
 Разновидностью  кинопанорамного  кино  является  кру¬
говая  кинопанорама  —  кинотеатр,  в  котором  фильм  де¬
монстрируется  на  круговом  экране  при  горизонтальном
угле  обозрения  360°.
 Впервые  круговая  кинопанорама  была  создана  аме¬
риканским  режиссером  и  мультипликатором  фильмов
в  1955  г.  У.  Диснеем  и  названа  им  циркорамой.  Кино¬
фильм  для  циркорамы  был  снят  на  16-миллиметровую
цветную  кинопленку  и  проецировался  И  киноаппаратами
на  замкнутый  цилиндрический  экран.  Чтобы  относитель¬
ное  смещение  соседних  изображений  было  менее  заметно,
места  стыков  были  перекрыты  черными  полосками.
 Советская  круговая  кинопанорама  была  построена  в
1959  г.  в  Москве  на  ВДНХ,  а  затем  по  советским  про¬
ектам  в  Праге  и  Токио.
 Кинотеатр  на  ВДНХ  (см.  цв.  вклейку  VI,  рис.  2)  пред¬
ставляет  собой  цилиндрическое  здание  диаметром  25  м,
высотой  15  м.  Зрительный  зал,  вмещающий  около  500  че¬
ловек,  тоже  цилиндрической  формы.  Зрители  смотрят
кинофильм  стоя,  поворачиваясь  в  любую  сторону  на
360°.  Экран,  расположенный  по  кругу,  состоит  из  двух
ярусов.
 Верхний  ярус  имеет  форму  усеченного  конуса  с  диамет¬
ром  окружности  нижнего  основания  17,2  м  и  верхнего  —
15  м.  Высота  экрана  3,5  м.  Второй  ярус  основного  ци¬
линдрического  экрана,  примыкающего  к  первому  экрану,
имеет  также  высоту  3,5  м.  Изображения  на  оба  яруса
 ‘  Т.  е.  звук  приходит  к  зрителю  с  разных  сторон.
 90

проецируют  синфазно*  с  помощью  22  работающих  проек¬
ционных  аппаратов.
 Съемка  кинофильма  для  круговой  кинопанорамы  про¬
изводится  также  синфазно  11  работающими  киносъемоч¬
ными  аппаратами,  расположенными  на  одном  цилиндри¬
ческом  основании  и  обращенными  объективами  наружу.
Оптические  оси  объективов  располагаются  на  одинако¬
вых  угловых  расстояниях  друг  от  друга.
 Звук  записывается  по  девятиканальной  стереофони¬
ческой  системе.  Для  воспроизведения  звука  служат  гром¬
коговорители,  расположенные  по  стенам  зала  за  экрана¬
ми,  на  потолке  и  в  полу  для  создания  естественного
звучания.
 Цветное  движущееся  изображение,  круговой  обзор,
стереофоническое  звучание  —  все  это  создает  у  зрителя
«эффект  присутствия».
 Зрителям  кажется,  что  они  мчатся  на  быстроходном
катере,  движутся  по  улицам  большого  города,  летят  на
вертолете  среди  гор  и  т.  д.
 Стереоскопический  кинематограф
 Другой  разновидностью  кинематографа  является  сте¬
реоскопическое  кино  —  область  кинематографии,  позво¬
ляющая  производить  съемку  кинокартин  и  проецирова¬
ние  их  на  экране  объемно.
 В  стереоскопическом  кинематографе  используется  по¬
ляризация  света.  Для  получения  стереоскопического  эф¬
фекта  фильм  снимают  двумя  киносъемочными  аппарата-
 * 	Синфазно  —  согласованно.
 91

ми,  объективы  которых  находятся  на  некотором  расстоя¬
нии  друг  от  друга.  Эти  две  киноленты  проецируются  с  по¬
мощью  кинопроекторов  I  и  2  (рис.  78),  перед  объектива¬
ми  которых  помещены  поляризаторы  3  и  4,  поляризую¬
щие  проходящие  через  них  лучи  в  двух  взаимно  перпен¬
дикулярных  направлениях  (условно  показанных  в  виде
колебаний  5  и  6).
 Отраженные  от  экрана  два  поляризованных  во  взаим¬
но  перпендикулярных  плоскостях  световых  потока  7  и  8,
несущие  увеличенные  «левыеэ  и  «правые»  изображения
кадра,  рассматриваются  зрителями,  снабженными  очка¬
ми  с  поляроидами  9  и  10,  оси  поляризации  которых  тоже
перпендикулярны.  Поэтому  левый  глаз  видит  только
«левый»  кадр,  а  правый  глаз  —  только  «правый».  Этим
достигается  стереоскопическое  зидение  кинокартины.
 Высокоскоростная  киносъемка
 Высокоскоростная  киносъемка  с  частотой  смены  кад¬
ров  от  десятков  до  10®  кадр/с  применяется  в  различных
областях  науки  и  техники  для  исследования  явлений  и
процессов,  протекающих  с  высокими  скоростями,  напри¬
мер  взрывов,  ударных  волн,  электрических  разрядов,
ядерных  реакций  и  т.  д.
 Установка  для  высокоскоростной  съемки  (рис.  79)*
состоит  из  оптической  системы  1—3,  дающей  изображе¬
ние  А'В'  снимаемого  объекта  АВ  на  поверхности  быст¬
ро  вращающегося  зеркала  4.  Лучи  света,  отразившись
от  зеркала  4,  попадают  на  систему  объективов  (линз)  б,
расположенных  по  окружности,  центром  которой  являет-
 92

ся  это  зеркало,  и  создают  изображение  Л"В"  в  плоскости
неподвижной  светочувствительной  пленки  7.  На  рисунке
цифрой  2  отмечен  выходной  зрачок  *  оптической  систе¬
мы  1—3,  а  цифрой  5  —  изображение  этого  выходного
зрачка,  создаваемое  частью  3  этой  системы  и  зеркалом.
 Фотосъемка  изучаемого  процесса  происходит  в  те  мо¬
менты  времени,  когда  лучи  света  от  развертывающего
зеркала  4  попадают  на  очередную  линзу  системы  объек¬
тивов  6.
 * 	Выходным  зрачком  называется  изображение  диафрагмы,  ограни¬
чивающей  в  наибольшей  степени  пучок  лучей,  выходящих  из  опти¬
ческой  системы.

СВЕТОСИГНАЛЬНАЯ  ТЕХНИКА
 ОПТИЧЕСКИЕ  ВИДЫ  СВЯЗИ
Гелиограф
 Один  из  самых  старых  видов  связи  —  это  использо¬
вание  света  для  передачи  сообщений.  Еще  в  древ¬
ности  были  разработаны  различные  системы  оптического
телеграфа,  позволяющие  с  помощью  дымящих  костров,
по  вспышкам  факелов  или  их  расположению  передавать
условные  сигналы.  Например,  на  Кавказе  до  сих  пор
сохранились  сигнальные  башни,  на  вершинах  которых
разжигали  костры,  извещающие  о  приближении  неприя¬
теля.
 В  более  поздние  времена  использовался  гелиограф  —
аппарат  для  оптической  сигнализации  (рис.  80,  а)  с  по¬
мощью  солнечных  лучей.  Он  состоит  из  рабочего  зерка¬
ла/с  приспособлением  для  его  поворота,  коленчатого
прицела  2  и  приемной  станции  3,  Лучи  Солнца,  отразив¬
шись  от  зеркала  1,  направляются  через  прицел  на  прием-

ную  станцию  3,  где  находится  наблюдатель.  Сигналы
передаются  телеграфной  азбукой.
 Если  Солнце  находится  сзади  передающей  станции
(рис.  80,  б),  то  передача  производится  с  помощью  двух
зеркал.  Лучи  света  отражаются  от  зеркала  1  на  зерка¬
ло  а  с  него  передаются  на  приемную  станцию  3.
 Зеркальные  отражатели
 Очень  интересно  действие  зеркальных  отражателей,
которые  устанавливаются  на  шоссейных  дорогах  для  пре¬
дупреждения  о  том,  что  впереди  мост,  поворот  или  спуск.
 Если  взять  два  зеркала,  образующие  прямой  двугран¬
ный  угол,  и  направить  на  них  луч  света  (рис.  81),  лежа¬
щий  в  плоскости,  перпендикулярной  ребру  этого  двугран¬
ного  угла,  то  этот  луч,  последовательно  отраженный  от
обоих  зеркал,  будет  параллелен  падающему  лучу.  Дейст¬
вительно,  сумма  углов  2a-f  2fe-f  2c  +  2d  =  360°,  откуда
26-|-2d  +  2(a  +  c)=360°.  Но  а  +  с=90°  как  углы  прямо¬
угольного  треугольника.  Следовательно,  2&  +  2d=180®,
т.  е.  отраженный  луч  параллелен  падающему  и  направ¬
лен  в  противоположную  сторону.
 Таким  же  свойством  обладают  три  взаимно  перпенди¬
кулярных  зеркала:  падающий  на  одно  из  зеркал  луч  пос¬
ле  поочередного  отражения  всеми  тремя  зеркалами  воз¬
вращается  обратно  параллельно  первоначальному  на¬
правлению  при  любой  их  ориентировке.  Этим  и  пользуют¬
ся  на  транспорте,  устанавливая  на  дорогах  отражатели,
состоящие  из  мелких  трехгранных  зеркальных  ячеек.
 Велосипед,  снабженный  подобным  отражателем,  так¬
 95

же  отражает  лучи  автомобильных  фар  обратно  к  нагоня¬
ющему  его  автомобилю.  Такой  же  отражатель  был  уста¬
новлен  и  на  Луне  для  измерения  ее  расстояния  до  Земли
с  помощью  луча  лазера.
 Чтобы  обеспечить  безопасность  движения,  на  горных
дорогах  Крыма  и  Кавказа  также  устанавливают  зеркала.
Эти  узкие  дороги,  зачастую  проложенные  над  пропастью,
на  которых  с  трудом  могут  разминуться  два  встречных
автомобиля,  особенно  опасны  на  поворотах.  Именно
здесь  и  устанавливают  большие  выпуклые  зеркала.
Подъезжая  к  повороту,  шофер  видит  в  зеркале  отраже¬
ние  тех  встречных  машин,  которые  находятся  за  пово¬
ротом.  Это  позволяет  ему  предупредить  столкновение
встречных  машин.
 Предупреждающая  оптическая  сигнализация  устанав¬
ливается  на  машинах  «скорой  помощи»,  пожарных,  ми¬
лицейских.  Чтобы  предупредить  об  их  приближении,  на
крышах  этих  машин  устанавливают  цветные  мигающие
фонари.
 Световая  сигнализация  на  железнодорожном
транспорте
 Большую  роль  играет  световая  сигнализация  на  же¬
лезнодорожном  транспорте.  К  сигналам,  запрещающим
водителям  шоссейного  транспорта  переезжать  железно¬
дорожные  пути,  относятся  сигнальные  мачты  (рис.  82,  а).
Они  устанавливаются  по  обе  стороны  железнодорожного
полотна  и  снабжены  двумя  фонарями  с  красными  линза¬
ми,  расположенными  на  перекладине.  Вверху  мачты  над
фонарями  помещен  переездной  знак  с  надписью  «Бере¬
гись  поезда».
 Когда  к  переезду  приближается  поезд,  лампы  в  фо¬
нарях  автоматически  поочередно  зажигаются  и  гаснут.
Мигание  лампы  начинается  за  несколько  десятков  секунд
до  приближения  поезда  и  заканчивается  после  его  про¬
хождения.
 Движение  самого  поезда  управляется  светофорами
(рис.  82,6).  Он  состоит  из  светофорной  головки,  снаб¬
женной  тремя  фонарями  /,  установленными  на  мачте  2,
на  фоне  черного  щита  3.  Фонари  —  красный,  зеленый  и
желтый  —  защищены  щитками  от  прямых  солнечных
лучей.
 Важное  значение  для  безопасности  движения  имеют
зеркала,  используемые  в  метрополитене.  Большое  плос¬
 96

кое  зеркало  устанавливают  на  перроне  в  конце  станции.
Поезд,  который  подъехал  на  станцию,  останавливается
так,  чтобы  локомотив  располагался  около  этого  зеркала.
Машинист  поезда  видит  перед  собой  в  зеркале  отраже¬
ние  всех  находящихся  сзади  него  вагонов  и  входящих
и  выходящих  пассажиров.
 Применение  зеркала  не  только  обеспечивает  безопас¬
ность  пассажиров,  но  и  позволяет  обходиться  без  специ¬
ального  дежурного  по  станции.
 ОПТИЧЕСКАЯ  СИГНАЛИЗАЦИЯ  НА  МОРЕ
Маяки
 На  море  для  определения  местоположения  судна,  опо¬
знания  берегов  и  предупреждения  об  опасности  —  мелях
и  подводных  камнях  —  служат  маяки.
 Использование  маяков  для  сигнализации  началось  в
глубокой  древности  и  связано  с  развитием  мореплавания.
Вначале  это  были  костры,  разжигаемые  на  высоком  бе¬
регу,  а  затем  специальные  сооружения  башенного  типа,
которые  устанавливались  на  береговых  выступах,  при
входе  в  заливы  и  устья  рек,  на  скалах  и  отмелях.
 Наиболее  грандиозный  из  низ  —  Фаросский  маяк  —
был  сооружен  в  283  г.  до  н.  э.  в  Александрии  в  Еги^тте  и
просуществовал  1500  лет.  Маяк,  облицованный  вместе
с  башней  мрамором,  имел  высоту  143  м  (рис.  83).
 Восемь  граней  башни  были  расположены  по  направ¬
лению  главных  ветров.  Маяк  был-’украшен  статуями  и
флюгерами,  его  венчала  бронзовая  фигура  бога  морей
Посейдона.
 Оптическая  часть  маяка  состояла  из  системы  зеркал,
которая  усиливала  свет  огня,  зажженного  в  куполе  так,
что  его  видели  на  расстоянии  до.  60  км.  Этот  маяк  счи¬
тался  одним  из  семи  чудес  света.
 Первый  русский  маяк  был  построен  в  1702  г.  в  устье
Дона  для  обеспечения  безопасности  русского  флота,  сле¬
довавшего  к  Азову.  Это  была  башня,  на  вершине  которой
разжигали  костер.  Петербургский  порт  с  1733  г.  находил¬
ся  на  стрелке  Васильевского  острова.  Установленные
здесь  ростральные  колонны  являлись  не  только  частью
архитектурного  ансамбля,  но  и  служили  маяками.  На¬
верху  колонн  в  металлических  треножниках-жаровнях
поддерживался  огонь.
 Современный  маяк  состоит  из  башни,  на  вершине  ко¬
торой  установлен  оптический  аппарат  с  источником  света
и  отражателем.  Источником  света  служат  электрическая
 7-1004 	97

83

лампа  накаливания,  газосветные  трубки,  ацетиленовые
или  керосиновые  лампы.
 Свет  направляется  с  помощью  рефлектора  или  пре¬
ломляющих  линз,  концентрирующих  лучи,  испускаемые  ис¬
точником  света,  в  мощный  пучок  с  небольшим  углом  рас¬
сеивания.  В  1822  г.  Френель  предложил  устанавливать  на
маяках  огромную  линзу,  в  которой  использовалось  пол¬
ное  отражение  света.  Изготовление  обычных  больших
линз  со  сферическими  поверхностями  для  крупных  ма¬
яков  в  те  времена  было  бы  невозможно,  так  как  такая
линза  имела  бы  слишком  большой  вес.
 Линза  Френеля  —  это  система  прямоугольных  призм
(рис.  84),  каждая  из  которых  свернута  в  кольцо  и  распо¬
ложена  так,  что  они  обеспечивают  полное  отражение
всех  лучей,  идущих  от  источника  света.  Линзы  Френеля
до  сих  пор  широко  используются  на  маяках.
 Вся  оптическая  система  маяка  помещается  в  «фона¬
ре»,  предохраняющем  ее  от  непогоды.  Для  опознавания
каждый  маяк  имеет  свои  отличительные  признаки:  сектор
освегЦения,  высоту  огня  над  уровнем  моря  и  его  «харак¬
тер»  —  непрерывный  ровный  свет,  вспышки  через  равные
промежутки  времени,  непериодически  затмевающийся
свет  и  т.  д.  Огонь  маяка  имеет  дальность  видимости  от
20  до  50  км.
 Кроме  маяков,  на  морских  и  внутренних  водных  путях
для  ограждения  опасных  мест  или  указания  фарватера^
используются  также  плавучие  навигационные  знаки  —
.  бакены.  Они  снабжаются  фонарями,  которые  с  наступ¬
лением  темноты  автоматически  зажигаются.
 Судовые  огни
 Для  предупреждения  столкновения  в  море  все  без
исключения  суда  от  захода  и  до  восхода  солнца  должны
нести  судовые  огни.  С  наступлением  темноты  на  судах
зажигают  бортовые  огни:  справа  зеленый,  слева  красный
(рис.  85).  Каждый  судовой  фонарь  имеет  свой  предел
видимости,  т.  е.  он  виден  лишь  в  том  случае,  если  наблю¬
датель  находится  внутри  угла,  образованного  боковыми
стенками  фонаря.  Когда  наблюдатель,  находящийся  на
встречном  судне,  видит  красный  фонарь,  судно  идет  сле¬
ва  от  него,  зеленый  фонарь  при  этом  не  виден.  Наоборот,
если  виден  зеленый  фонарь,  судно  идет  справа,  а  крас¬
ный  фонарь  не  виден.  По  судовым  огням  можно  опреде-
 ‘  Фарватер  —  наиболее  удобный  и  безопасный  путь  в  районе,  опас¬
ном  для  плавания.
 7* 	99

лить,  идет  ли  судно  своим  курсом  или  не  может  управ¬
ляться,  стоит  ли  оно  на  якоре  или  село  на  мель,  букси¬
рует  ли  другое  судно  или  само  идет  на  буксире,  малое
это  судно  или  большое,  парусное  или  с  механическим
двигателем.
 Для  управления  судовыми  огнями  в  рулевой  рубке
установлен  распределительный  щит,  с  помощью  которого
можно  включать  и  выключать  огни.  Судно  снабжено  на¬
бором  электрических  фонарей,  пиротехнических  средств,
сигнальных  ракет,  дымовых  шашек,  самовоспламеняю¬
щихся  буйков  и  т.  д.  Пуск  сигнальных  ракет  осуществ¬
ляется  особыми  пистолетами  —  ракетницами.
 С  помощью  пиротехнических  факелов  красного  света
подают  сигнал  бедствия,  белые  факелы  служат  для  вы¬
зова  лоцмана  или  привлечения  внимания  встречного
судна.
 Ночью  для  переговоров  между  судами  пользуются
прожекторами  или  фонарями.  Сигналы  передаются  те¬
леграфной  азбукой  —  короткими  и  длинными  вспышками.
В  солнечные  дни  для  сигнализации  используют  старин¬
ный  прибор  гелиограф,  с  помощью  которого  в  ясную  по¬
году  можно  переговариваться  на  расстоянии  30—35  км.
 Наряду  с  другими  средствами  сигнализации  (радио,
телефон,  переговорные  трубы,  ручные  сирены  и  т.  д.)  при¬
меняются  и  сигнальные  флаги.  Поэтому  на  каждом  суд¬
не,  кроме  Государственного  флага,  имеется  большое  чис¬
ло  и  других  флагов  и  среди  них  набор  флагов  междуна¬
родного  свода  сигналов  (40  штук).  По  двум  сигнальным
книгам  можно  составить  любые  сочетания  слов  и  чисел.
 В  дни  праздников  и  во  время  стоянки  судна  в  портах
эти  флаги  служат  для  расцвечивания.  Сигналы  с  по¬
мощью  семафорных  флажков  передает  сигнальщик,  стоя¬
щий  на  верхнем  мостике.  Безопасность  плавания  зависит
от  снабжения  судна  всеми  средствами  связи.
 Сигнальные  огни  помещают  и  на  самолетах.  Они  по¬
зволяют  по  расположению  и  цвету  огней  опознать  npti-
надлежность  самолета.

источники  СВЕТА
 СОЛНЦЕ
 Самым  мощным  источником  света  из  всех  источни¬
ков,  которыми  пользуется  человек,  является
Солнце.  Блеск  его  поверхности  в  10  раз  больше  самого
яркого  места  в  электрической  дуге.  По  сравнению  с
полной  Луной,  Солнце  приблизительно  в  500  тыс.  раз
ярче.
 Солнце  представляет  собой  колоссальный  источник
энергии,  непрерывно  излучающий  в  космос  огромные
количества  теплоты  и  света.  На  Землю  же  попадает  лишь
ничтожная  часть  этой  энергии,  однако  только  благодаря
ей  на  Земле  и  существует  жизнь.  По  своей  роли  во  Все¬
ленной  Солнце  —  звезда,  подобная  миллионам  других
звезд.  В  настоящее  время  ученые  открыли  много  звезд,
которые  гораздо  крупнее  и  ярче  Солнца.
 Диаметр  Солнца  примерно  в  109  раз  больше  диаметра
Земли,  его  масса  в  330  ООО  раз  больше  массы  Земли,  а
средняя  плотность  1,4-  10^  кг/м^.  Среднее  удаление
Солнца  от  Земли  149,5-  10®  км.  Свет  проходит  его  за
8  мин  1.8  с.
 Исследования  показали,  что  Солнце  состоит  из  раска¬
ленных  газов  и  не  имеет  четкой  границы,  так  как  плот¬
ность  солнечной  атмосферы  уменьшается  постепенно.  По¬
верхностью  Солнца  принято  считать  фотосферу  —  осле¬
пительно  яркий  шар,  размеры  которого  мы  принимаем
за  размеры  Солнца  и  имеющий  температуру  около  6000°С.
 При  огромном  расходе  энергии  Солнце  не  остывает.
Это  указывает  на  то,  что  потеря  теплоты  через  излучение
все  время  пополняется  из  какого-то  источника.  Таким
источником  могут  быть  только  ядерные  реакции.
 Ядерные  реакции  ведут  не  только  к  превращению  ядер
легких  химических  элементов  в  ядра  более  тяжелых  эле¬
 101

ментов,  но  и  к  появлению  изотопов  основных  элементов.
Так,  если  в  ядро  атома  элемента  проникает  нейтрон  (эле¬
ментарная  частица,  равная  по  массе  протону,  но  не  име¬
ющая  электрического  заряда),  то  возникает  изотоп,  по¬
скольку  атомный  вес  его  увеличивается  на  единицу  (на
атомный  вес  протона),  а  электрический  заряд  его  остает¬
ся  прежним;  следовательно,  химические  свойства  атома
не  изменяются.  Так  как  нейтрон  не  имеет  заряда,  то  он
сравнительно  легко  проникает  в  ядро  атома,  поскольку
на  него  не  действует  электрическое  (положительное)  поле
ядра.
 Иначе  будет  протекать  ядерный  процесс,  если  в  ядро
атома  попадет  протон.  Протон  имеет  положительный
заряд,  и  электрическое  поле  ядра  атома  будет  препятст¬
вовать  проникновению  протона  в  ядро.  Чтобы  проник¬
нуть  в  ядро,  протон  должен  обладать  большой  кинетиче¬
ской  энергией,  достаточной  для  преодоления  отталкиваю¬
щих  сил  электрического  поля  ядра.
 Проникновение  протона  в  ядро  приводит  к  его  пере¬
стройке.  Протон  не  только  увеличивает  атомный  вес  яд¬
ра,  но  и  сообщает  ему  лишний  электрический  заряд,  что
ведет  к  изменению  химических  свойств  атома:  возникает
новый  химический  элемент.  При  наличии  множества
ядер  различных  химических  элементов  бомбардировке
протонами  в  первую  очередь  подвергаются  ядра  более
легких  элементов  (Li,  Be),  так  как  по  сравнению  с  ядра¬
ми  тяжелых  элементов  они  имеют  более  слабое  электри¬
ческое  поле.  Превращение  ядер  легких  элементов  проис¬
ходит  уже  при  температуре  2—3  млн.  градусов.
 Температура  в  недрах  Солнца  достигает  20  млн.  гра¬
дусов.  Поэтому  протоны  имеют  достаточно  большую  ки¬
нетическую  энергию,  чтобы  преодолеть  силы  электри¬
ческого  отталкивания  и  проникнуть  в  ядро  более  тяже¬
лых  химических  элементов.
 Так  как  Солнце  в  основном  состоит  из  водорода,  то
в  его  недрах  имеется  большое  число  свободш>1х  прото¬
нов,  обладающих  достаточной  энергией,  чтобы,  сталки¬
ваясь  с  ядрами  других  элементов,  вызвать  их  преоб¬
разование.  Тщательные  расчеты,  а  также  сравнения  с
реакциями,  полученными  искусственным  путем  в  лабора¬
торных  условиях,  позволили  установить,  что  атомная
энергия  в  недрах  Солнца  и  большинства  звезд  освобож¬
дается  в  результате  превращения  четырех  протонов  в
одно  ядро  гелия.  Превращение  водорода  в  гелий  проис¬
 102

ходит  не  непосредственно,  а  через  ряд  промежуточных
реакций,  в  которых  ядра  атома  углерода  играют  роль
катализаторов.
 За  счет  ядерных  превращений  водорода  в  гелий  выде¬
ляется  очень  много  ядерной  энергии,  которая  постепенно
из  недр  Солнца  проникает  к  его  поверхности  и  излучает¬
ся  в  мировое  пространство.  Только  ничтожная  часть  этой
энергии  приходится  на  долю  Земли,  остальная  энергия
уходит  мимо  планеты  в  мировое  пространство.  Тепло,
приносимое  на  Землю  солнечными  лучами,  составляет
почти  единственный  источник  энергии  на  Земле.  Только
приливы,  вулканические  явления  и  падение  метеоритов
не  связаны  с  внутренней  энергией  Солнца.  Все  остальные
движения  на  поверхности  Земли  происходят  за  счет  энер¬
гии  солнечных  лучей.  В  частности,  все  его  запасы,  кото¬
рыми  располагает  современная  техника  (кроме  ядерной
энергии),  представляют  собой  преобразованную  и  «за¬
консервированную»  солнечную  энергию.
 ОТ  КОСТРА  ПЕРВОБЫТНОГО  ЧЕЛОВЕКА
ДО  КЕРОСИНОВОЙ  ЛАМПЫ
 Солнце  когда-то  было  единственным  источником  света
для  человека.  Прошло  много  времени,  прежде  чем  люди
научились  добывать  огонь.  Изготавливая  деревянные
орудия  труда,  человек  заметил,  что  при  трении  друг  о
друга  дощечки  нагреваются,  а  если  усилить  трение,  то
они  загораются.  Так  научились  добывать  огонь  трением.
 Горючий  материал  можно  было  поджечь  также  искра¬
ми,  возникающими  при  ударе  двух  кремней  друг  о  друга.
 Позже  один  из  кремней  заменили  куском  металла,  а
затем  стали  использовать  трут  —  горючий  материал,
тлеющий  от  упавшей  искры.  Его  изготавливали  из  расту¬
щего  на  березе  гриба,  высушивали  и  пропитывали  се¬
литрой.  Применяли  его  до  распространения  спичек.
 В  начале  XIX  в.  появились  спички.  В  состав  спичеч¬
ной  головки  входили  сера,  бертолетовая  соль,  киноварь
и  сахар.  Спичка  зажигалась,  когда  ее  смачивали  в  сер¬
ной  кислоте.  Потом  научились  делать  фосфорные  спички,
загоравшиеся  от  трения.  Однако  они  были  неудобны  в
обращении:  легко  самовоспламенялись  и  в  составе  голо¬
вок  содержался  ядовитый  фосфор.  В  настоящее  время
в  состав  спичечной  головки  входят  сера  и  бертолетовая
соль.
 103

Первые  светильники  —  костер,  лучина,  факел,  были
весьма  несовершенны.
 Прежде  чем  зажечь  лучину,  ее  вставляли  в  «све¬
тец»—  столбик  на  подставке  с  зажимом,  в  -котором
укрепляли  лучину  наклонно  горящим  концом  вниз.  Бла¬
годаря  этому  она  не  гасла,  так  как  пламя,  более  легкое,
чем  холодный  воздух,  поднималось  вверх  и  зажигало
новые  участки.  Лучина  горела  ярко,  однако  коптила,  и
во  избежание  пожара  под  «светец»  приходилось  подсти¬
лать  железный  лист;  она  требовала  постоянного  надзора.
 Также  большое  распространение  имел  факел.  Он  пред¬
ставлял  собой  свитый  из  сухой  травы  или  шерсти  стер¬
жень,  укрепленный  на  палке  и  пропитанный  раститель¬
ным  маслом.  В  средние  века  факелами  освещались  ры¬
царские  залы  во  время  пиров.  В  наши  же  дни  факел  исполь¬
зуют  для  морской  сигнализации.
 Но  все  же  самым  распространенным  источником  света
была  масляная  лампа.  Древние  римские  лампы  из  Пом¬
пеи  (рис.  86)  были  сделаны  из  глины  и  имели  бронзовые
украшения.  Такая  лампа  имела  сужение,  напоминающее
носик  у  чайника,  и  была  снабжена  ручкой.  В  носик
вставляли  фитиль  из  мха  или  шерсти,  который  специаль¬
ными  щипцами  или  иглой  по  мере  сгорания  вытаскивали.
Лампу  наполняли  растопленным  жиром  или  оливковым
маслом.  Чтобы  масло  не  капало  с  фитиля,  внизу  подве¬
шивали  небольшую  чашечку,  куда  оно  и  стекало.  Боль¬
шие  лампы  имели  несколько  фитилей,  их  подвешивали
к  потолку  на  цепях.  Масляные  лампы  просуществовали
до  средних  веков.

Свеча
 Примерно  в  X  в.  н.  э.  появились  восковые  и  сальные
свечи.  Их  изготовляли  так:  одинаково  нарезанные  хлоп¬
чатобумажные  фитили  подвешивали  к  палке  и  одновре¬
менно  обмакивали  в  растопленное  говяжье  или  баранье
сало.  Затем  вынимали,  охлаждали  и  снова  обмакивали
до  тех  пор,  пока  вокруг  фитиля  не  нарастал  достаточно
толстый  слой  сала.  Такие  свечи  назывались  «моканы-
ми»  (рис.  87).
 Свечи  также  изготавливали  в  специальных  формах
(рис.  88).  Для  этого  в  форме  укрепляли  фитиль.  Сверху
его  привязывали  к  проволочной  перекладине,  а  снизу  к
затычке,  которая  при  заполнении  формы  не  давала  выте¬
кать  воску.  После  того  как  воск  остывал,  форму  перево¬
рачивали  и  без  труда  вытряхивали  свечу,  так  как  она
снизу  была  толще,  чем  сверху,  кроме  того,  объем  воска
при  остывании  уменьшался.
 В  начале  XIX  в.  химики  получили  новое  горючее  ве¬
щество  —  стеарин,  а  затем  парафин.  После  этого  воско¬
вые  и  сальные  свечи  были  вытеснены  более  дешевыми
стеариновыми  и  парафиновыми.
 В  сальных  свечах  использовали  крученый  фитиль,  ко¬
торый  во  время  горения  находился  внутри  пламени,  куда
воздух  доходил  плохо.  От  этого  свеча  сильно  коптила,
обнаженный  конец  фитиля  не  сгорал  и  делался  все  боль¬
ше  и  больше.  Приходилось  специальными  щипцами  уко¬
рачивать  фитиль.

в  современных  стеариновых  свечах  фитиль  делают
плетеным.  Благодаря  этому..кончик  фитиля  изгибается,
высовываясь  наружу,  в  самую  горячую  часть  пламени,
где  воздуха  больше,  и  постепенно  сгорает.
 Когда  зажигают  фитиль,  пламя  спускается  вниз  и
расплавляет  стеарин.  Сверху  свечи  образуется  «чашеч¬
ка»,  наполненная  расплавленным  »  стеарином,  который
гасит  пламя  в  нижней  части  фитиля.  В  верхнюю  же  часть
жидкий  стеарин  поступает  небольшими  порциями  благо¬
даря  капиллярности,  и  поэтому  свеча  хорошо  горит.
 Пламя  нагревает  воздух  около  свечи,  образуется  вос¬
ходящий  поток  воздуха:  он  охлаждает  снаружи  свечу  и
придает  пламени  продолговатую  форму.  Внутренняя,  бо¬
лее  темная  часть  пламени  имеет  низкую  температуру  и
состоит  из  паров  стеарина.  Из  нее  выделяется  углерод,
который,  попадая  в  наружную  часть  пламени,  сгорает
при  температуре  2000°С,  образуя  углекислый  газ.  Поэто¬
му  наружный  слой  пламени  имеет  гораздо  более  высокую
температуру  и  ярко  светит.
 УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ  ЛАМПЫ
 Еш.е  Леонардо  да  Винчи  усовершенствовал  светиль¬
ник.  Над  пламенем  лампы  он  расположил  жестяную
трубку,  охватывающую  верхнюю  часть  пламени.  Она
увеличила  тягу  воздуха,  необходимого  для  горения.  В  ре¬
зультате  масло,  подводимое  к  фитилю,  почти  полностью
сгорало,  и  пламя  становилось  менее  коптящим  и  более
ярким.  И  только  через  200  лет  жестяную  трубку  заме¬
нили  прозрачной  стеклянной.  Вначале  трубка  также  за¬
крывала  верхнюю  часть  пламени,  но  затем  была  опущена
и  закрыла  все  пламя.
 Несмотря  на  усовершенствования,  масляные  лампы
давали  слабое  освещение,  так  как  масло  п^охо  впиты¬
валось  фитилем.  Известный  французский  математик  Кар¬
дан  предложил  нагнетать  масло  в  фитиль  гидростати¬
ческим  давлением.  Для  этого  он  поместил  резервуар  с
маслом  не  под  горелкой,  как  это  было  раньше,  а  сбоку,
выше  нее,  и  с  помощью  трубки  горелка  соединялась  с
резервуаром  (рис.  89).
 Другой  изобретатель  —  Карсель  для  накачивания
масла  в  горелку  использовал  насос,  который  приводился
в  движение  часовым  механизмом.
 Существовали  также  лампы,  в  которых  на  поршень,
 106

находившийся  в  сосуде  с  маслом,  давила  пружина.  От
этого  масло  поднималось  по  трубке  в  горелку.
 В  старинных  лампах  фитили  делали  круглыми  и  кру¬
чеными.  Поэтому  воздуха  не  хватало,  он  не  проникал
внутрь  пламени  и  пламя  коптило.  Чтобы  устранить  этот
недостаток,  французский  изобретатель  Леже  предложил
делать  фитили  в  виде  плоской  ленты.  Пламя  получалось
плоским,  и  воздух  легко  проникал  ко  всем  его  частям.
Лампы  с  таким  фитилем  и  теперь  используются  в  малень¬
ких  керосиновых  лампах.
 Французский  математик  Аргант  предложил  сворачи¬
вать  фитиль  в  виде  трубки  так,  чтобы  воздух  мог  посту¬
пать  к  пламени  как  снаружи,  так  и  изнутри.  Горелку
Арганта  до  сих  пор  применяют  в  больших  керосиновых
лампах.  (Изобретателем  керосиновой  лампы  был  амери¬
канец  Силлемен,  придавший  лампе  современную  форму.)
 В  средние  века  улицы  городов  не  освеш,ались.  Первые
фонари  со  свечами  были  установлены  в  1718  г.  в  Париже
при  Людовике  XIV,  и  только  в  1765  г.  появились  фонари
с  масляными  лампами.
 В  конце  XVni  в.  в  крупных  городах  для  освеш.ения
использовали  светильный  газ,  который  получали  при  на¬
гревании  угля  или  дерева  без  доступа  воздуха.  Газ  со¬
бирали  в  специальные  резервуары  —  газгольдеры  и  затем
направляли  к  газовым  «рожкам»  —  горелкам  с  малень¬
кими  дырочками  или  прорезями  для  выхода  газа
(рис.  90,  а).  Свет  получали  непосредственно  от  пламени.
В  дальнейшем  в  пламя  стали  помещать  колпачок,  сде¬
ланный  из  редкого  металла  —  оксида  тория  (рис.  90,6).
 107

Колпачок,  названный  по  имени  изобретателя  ауэровским,
раскалялся  в  пламени  и  освещал  ярче,  чем  пламя  газа,
керосиновой  лампы  или  свечи.
 Газовое  освещение  с  ауэровским  колпачком  широко
использовалось  в  прошлом  веке  для  освещения  Москвы  и
Петербурга.
 ФЕЙЕРВЕРК
 Фейерверком  называют  декоративные  огни,  меняющие
свое  расположение,  цвет  и  форму  и  образующие  огнен¬
ные  фонтаны,  водопады  и  звезды  в  ночном  небе.
 Фейерверочные  огни  образуются  при  сжигании  хими¬
ческих  соединений,  содержащих  соли  металлов,  окраши¬
вающих  пламя  в  различные  цвета.
 Искусство  фейерверков  было  известно  в  Китае  и  Ин-
дри  еще  до  новой  эры.  В  XIV  в.  они  появились  в  Европе  —
Италии.  В  России  первый  фейерверк  был  зажжен  в  годы
правления  отца  Петра  I  Алексея  Михайловича  —  в
1674  г.  в  г.  Устюге.
 Несмотря  на  разнообразие  пиротехнических  изделий
для  фейерверков,  все  они  состоят  из  корпуса,  изготовлен¬
ного  из  какого-нибудь  легкого  материала  (бумажный
картон,  алюминий  или  пластмасса);  вышибного  и  воспла¬
меняющего  заряда,  изготовленного  из  пороха;  специаль¬
ного  пиротехнического  состава,  дающего  окрашивающее
пламя.
 Внешне  фейерверочные  изделия  представляют  собой
сферический  корпус,  начиненный  пиротехническим  соста¬
вом,  и  вышибной  пороховой  заряд  с  электровоспламени¬
телем,  прикрепленным  к  корпусу.
 Фейерверк  высотного  действия  выстреливается  из
мортир  (обычные  металлические  трубы)  (рис.  91).  Для
производства  праздничных  салютов  разработаны  спе¬
циальные  многоствольные  установки,  имеющие  от  25  до
250  стволов.  Все  они  смонтированы  на  грузовых  автомо¬
билях.  Установки  заранее  заряжают  и,  полностью  подго¬
товив  к  стрельбе,  транспортируют  на  пусковые  площадки.
 После  подачи  тока  срабатывает  вышибной  заряд,  ко¬
торый  выбрасывает  снаряженный  шар  на  заданную  вьь
соту  (от  100  до  500  м).  На  вершине  траектории  полета
срабатывает  воспламенительно-разрывной  заряд,  кото¬
рый  разрывает  корпус,  воспламеняет  и  выбрасывает  го¬
рящие  пироэлементы.  И  тогда  небо  озаряется  красочны¬
 108

ми  звездами,  распускающимися  лепестками  цветов,  сно¬
пами  искрящихся  брызг,  водопадами,  огненными  шлей¬
фами  (см.  цв.  вклейку  VII,  рис.  1).
 Чаще  всего  корпус  заряжают  пиротехническими  «бу¬
раками»,  «кометами»  и  «римскими  свечами».  При  пуске
пиротехнического  «бурака»  из  мортиры  вылетает  сноп  го¬
рящих  разноцветных  звездочек,  взрывающиеся  в  воздухе
разноцветными  яркими  вспышками.  «Кометы»,  взлетая,
оставляют  за  собой  огненно-искристый  след.  «Римские
свечи»,  подобно  автоматам,  выстреливают  пиротехниче¬
ские  звездочки  разных  цветов.
 Главное  для  пиротехники  —  получение  яркого  краси¬
вого  пламени,  поэтому  в  состав  каждой  пиросмеси  вводят
вещества,  окрашивающие  пламя  и  увеличивающие  егО
яркость.  Яркость  пламени  определяется  присутствием
твердых  частиц  (например,  угля,  порошка  алюминия  или
магния)  и  степенью  их  накала.  Красное  пламя  образует¬
ся  в  том  случае,  если  в  пиротехнической  смеси  присутст¬
вуют  соединения  стронция,  зеленое  —  хлорида  бария,  си¬
нее  —  соединения  меди.
 Пиротехнические  изделия  наземного  действия  служат
для  получения  огненных  «водопадов»,  «фонтанов»
(рис.  92),  эмблем,  лозунгов  и  т.  д.  С  помощью  пиротех¬
нических  свечей  получают  контуры  различных  картин  в
виде  множества  цветных  огненных  точек,  напоминающих
свечение  мигающих  электрических  ламп  разных  цветов.
Свечи  монтируются  на  деревянных  или  металлических
каркасах  с  помощью  простейших  зажимов.
 К  производству  фейерверочных  изделий  предъявляются
 109

повышенные  требования  как  к  качеству  продукции,  так
и  к  соблюдению  особых  мер  предосторожности.  Все  опас¬
ные  операции  механизированы  и  выполняются  в  отдель¬
ных  бронированных  кабинах  без  присутствия  людей.
На  отдельных  операциях,  где  необходимо  визуальное
наблюдение  за  их  ходом,  используют  системы  промыш¬
ленного  телевидения.
 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ  ИСТОЧНИКА  СВЕТА
Электрическая  дуга
 В  1802  г.  русский  академик  В.  В.  Петров  открыл
электрическую  дугу  и  показал  возможность  использова¬
ния  ее  для  освещения.  Как  объяснить  возникновение
электрической  дуги?  Если  два  угольных  стержня,  нахо¬
дящиеся  под  электрическим  напряжением,  привести  в  со¬
прикосновение,  ток  будет  проходить  по  узким  местам
между  соприкасающимися  немногими  точками  обоих
стержней.  Сопротивление  этого  участка  велико,  и  поэто¬
му  концы  углей  раскаляются  до  белого  каления.  Когда
угли  раздвигаются,  между  ними  образуется  слой  раска¬
ленного  и  сильно  ионизованного  газа.  Летящие  от  ка¬
тода  электроны,  попадая  на  анод,  вызывают  сильное  на¬
гревание  и  создают  в  нем  углубление,  называемое  кра¬
тером.  Кратер  анода  есть  наиболее  накаленная  часть
электрической  дуги,  его  температура  достигает  4000°С,
катод  нагревается  до  3000°С.
 Многие  изобретатели  пытались  применить  электриче¬
скую  дугу  для  освещения.  Однако  для  получения  дуги
требуется  довольно  большая  сила  тока,  а  существовав¬
шие  в  то  время  источники  тока  —  батареи  элементов  да¬
вали,  как  правило,  небольшую  силу  тока.  Другая  труд¬
ность  состояла  в  том,  что  при  горении  стержни  надо  было
все  время  сближать,  чтобы  дуга  не  погасла.  Был  изобре¬
тен  четко  действующий  регулятор,  сближающий  сгораю¬
щие  стержни,  но  дуговые  лампы  с  регулятором  не  полу¬
чили  широкого  распространения  из-за  дороговизны.
 В  настоящее  время  дуговые  лампы  используются  в
прожекторах,  на  маяках  и  в  кинопроекционных  уста¬
новках.
 Свеча  Яблочкова
 Задача  регулирования  угольных  стержней  при  го¬
рении  дуговой  лампы  была  гениально  решена  русским
 110

изобретателем  П.  Н.  Яблочковым  в  1876  г.  Он  располо¬
жил  стержни  не  друг  над  другом,  а  рядом,  причем  на
таком  расстоянии,  чтобы  при  пропускании  тока  между
ними  возникала  дуга  (рис.  93).
 Чтобы  дуга  горела  только  между  концами  стержней,
они  были  изолированы  друг  от  друга  слоем  глины  или
гипса,  которые  в  процессе  горения  постепенно  испарялись.
 Для  зажигания  дуги  служила  тонкая  пластинка,  пло¬
хо  проводящая  ток  и  соединяющая  концы  стержней.  При
возникновении  тока  она  сгорала  и  между  концами  углей
образовывалась  электрическая  дуга.
 Во  время  горения  дуги  стержни  находились  на  одном
расстоянии  друг  от  друга,  их  не  нужно  было  сдвигать
ни  вручную,  ни  с  помощью  каких-либо  приспособлений.
 При  работе  на  постоянном  токе  один  стержень  сгорал
быстрее  другого.  Чтобы  устранить  этот  недостаток,  Яб¬
лочков  использовал  для  питания  дуги  переменный  ток.
Электрическая  свеча  Яблочкова  горела  ярким  и  ровным
светом  больше  часа.  Она  получила  широкое  распростра¬
нение.
 Свечи  Яблочкова  назвали  «русским  светом»  и  широко
использовали  в  крупнейших  городах  Европы.  Через  не¬
сколько  лет  они  были  вытеснены  лампами  накаливания,
однако  следует  помнить,  что  именно  Яблочкову  мы  обя¬
заны  введением  электрического  света  в  повседневный
обиход.
 111

Лампочка  Лодыгина
 При  большой  силе  тока  тонкая  металлическая  про¬
волока  может  нагреваться  и  даже  расплавиться.  Это
явление,  известное  уже  в  начале  XIX  в.,  было  использо¬
вано  при  создании  новых  ламп.  Однако  металлические
нити  плавились,  как  только  их  нагревали  до  необходимой
температуры,  а  на  воздухе  окислялись  и  быстро  пере¬
горали.
 Первая  удачная  конструкция  лампы  была  создана
в  1872—1873  гг.  русским  электротехником  А.  Н.  Лоды¬
гиным  (рис.  94).  В  небольшой  стеклянный  шар  он  впаял
две  проволоки,  между  которыми  был  закреплен  тонкий
угольный  стержень.  Из  шара  откачивали  воздух.  Благо¬
даря  большому  сопротивлению  стержень  при  пропуска¬
нии  тока  раскалялся  и  испускал  яркий  свет.
 Такие  лампы  горели  в  течение  .20—30  мин.  Через  два
года  А.  Н.  Лодыгин  сконструировал  лампы  с  несколькими
угольными  стержнями  —  когда  один  из  них  сгорал,  авто¬
матически  зажигался  другой.  Эти  лампы  горели  в  течение
нескольких  часов.
 Работы  Лодыгина  стали  известны  американскому
изобретателю  Эдисону.  Он  поставил  множество  опытов
и  в  1879  г.  создал  электрическую  лампу  с  нитью  накали¬
вания  из  обугленного  бамбука,  способную  выдержать
несколько  часов  непрерывного  горения  (рис.  95).
 А.  Н.  Лодыгиным  также  были  созданы  более  эконо¬
мичные  лампы  накаливания  с  нитью  из  тугоплавких  ме¬
таллов  —  вольфрама,  молибдена,  осмия,  иридия,  кото¬
рые  в  1900  г.  демонстрировались  на  Всемирной  вы¬
ставке.  Широкое  использование  ламп  с  вольфрамовой
нитью  началось  с  1910  г.,  когда  был  найден  способ  изго¬
товления  тянутых  нитей  из  вольфрама.
 СОВРЕМЕННАЯ  ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ  ЛАМПА
 На  рисунке  96  изображена  современная  газонапол¬
ненная  электрическая  лампа.  Внешней  оболочкой  лампы
служит  стеклянный  баллон  1  и  цоколь  2.  Последний  необ¬
ходим  для  укрепления  лампы  в  патроне.  Цоколь  состоит
из  металлического  стаканчика  3  с  винтовой  нарезкой,
изолирующего  слоя  4  и  впаянного  в  этот  слой  металли¬
ческого  кружка  5.
 Внутри  баллона  находится  ножка,  состояш.ая  из  стек¬
лянной  палочки  7,  двух  металлических  проволок  (элект-
 112

родов)  11  и  тонкой  стеклянной  трубочки  9,  которая  слу¬
жит  для  выкачивания  из  баллона  воздуха  и  наполнения
его  газом  (азотом  или  аргоном)  через  небольшое  отвер¬
стие  в  стекле.  Расширенная  часть  8  ножки  называется
тарелочкой.  Стеклянная  палочка  и  электроды  соединены
вместе  в  верхней  сплющенной  части  тарелочки,  назы¬
ваемой  лопаточкой  10.  К  концам  электродов  прикрепле¬
на  вольфрамовая  нить  6,  которая  для  уменьшения  ее
распыления  при  нагревании  свертывается  в  спираль.
 Каждый  электрод  состоит  из  трех  кусков  проволоки.
Внутренняя  часть  присоединена  к  нити  накала,  наруж¬
ная  —  к  цоколю.  Обе  они  состоят  из  медной  проволоки.
Средняя  часть,  проходящая  через  стекло  лопаточки,  сде¬
лана  из  платинита.  Платинит  —  сплав  никеля  с  железом,
который  много  лет  «разыскивали»  электротехники.
Он  обладает  таким  же  коэффициентом  теплового  рас¬
ширения,  как  и  стекло.  Когда  спираль  под  действием
электрического  тока  нагревается  до  температуры  свыше
2000°С,  от  нее  нагреваются  и  электроды.  Нагревается
также  и  стеклянная  лампа,  через  которую  проходят
электроды.  Так  как  при  этом  все  они  одинаково  рас¬
ширяются,  то  стекло  не  трескается  и  лампа  горит  не
менее  800  ч.
 Современные  электроламповые  заводы  выпускают  са¬
мые  разнообразные  электролампы  —  от  миниатюрных  ме¬
дицинских  лампочек  мощностью  0,4  Вт  до  метровых  ламп
в  десятки  тысяч  ватт  (рис.  97,  а).  Такие  большие  лампы
используют  для  маяков,  прожекторов  и  других  целей.
Для.  свечения  рубиновых  звезд  на  башнях  Московского
 8-1004
 ИЗ

Кремля  построены  лампы  мощностью  до  5000  Вт
(рис.  97,  б).
 При  фотографировании  в  слабо  освещенных  местах
используются  источники  света  одноразового  действия,'
так  называемые  лампы-вспышки.  Такая  лампа  представ¬
ляет  собой  стеклянную  колбу,  наполненную  кислородом,
и  содержит  моток  тончайшей  проволоки  из  алюминия
или  сплава  магния  и  циркония.  При  подключении  ее  к
источнику  тока  напряжением  1,3—1,5  В  проволока  вос¬
пламеняется  и,  сгорая  в  атмосфере  кислорода,  дает  мощ¬
ную  световую  вспышку.  Сила  света  такой  лампы  дости¬
гает  2000  кд,  а  продолжительность  вспышки  0,01  с.  Су¬
ществуют  также  лампы-вспышки,  представляющие  собой
прозрачный  кубик  из  пластмассы,  разделенный  на  че¬
тыре  части,  каждая  из  которых  представляет  собой
лампу-вспышку,  и  поэтому  лампа  позволяет  производить
четыре  вспышки.
 Применение  электрических  ламп  многообразно.  Они
освещают  улищл,  заводы,  фабрики,  дома.  Электрические
лампы  также  широко  используются  в  медицине,  сельском
хозяйстве  и  т.  д.

виды  ИЗЛУЧЕНИЯ  и  СПЕКТРЫ
 ТЕПЛОВОЕ  ИЗЛУЧЕНИЕ
 сякое  излучение  сопровождается  потерей  энергии.
Поэтому  излучение  может  происходить  либо  за  счет
убыли  энергии  самого  тела,  либо  за  счет  того,  что  тело
получает  энергию  извне.  Если,  например,  нагреваемое  те¬
ло  излучает  свет,  то  энергия  берется  за  счет  передачи  те¬
лу  извне  некоторого  количества  теплоты.  Излучение  тако¬
го  рода  носит  название  температурного  (или  теплового)
излучения.  Костер  и  свеча,  керосиновая  лампа  и  совре¬
менная  электрическая  лампа^—  все  это  тепловые  источ¬
ники  света:  в  них  свет  излучается  раскаленными  телами.
Несмотря  на  то  что  в  электрической  лампе  нет  пламени,
она  также  относится  к  тепловым  источникам  света,  по¬
тому  что  свет  в  ней  излучается  вольфрамовым  волоском,
раскаленным  добела.  Вообще  говоря,  тепловым  излуче¬
нием  характеризуется  любое  тело,  если  его  температура
выше  абсолютного  нуля.
 Известно,  что,  чем  темнее  тело  в  ненагретом  состоя¬
нии,  тем  ярче  свет,  который  оно  испускает  при  нагрева¬
нии.  Возьмем,  например,  кусок  белого  фосфора  и  темной
огнеупорной  краской  нанесем  на  него  какой-нибудь  ри¬
сунок.  При  его  нагревании  примерно  до  3000°С  ярче  все¬
го  будут  светиться  те  места,  на  которых  нанесена  краска.
Чем  больше  поглощает  тело  падающего  на  него  света,
тем  чернее  оно  кажется.  Например,  сажа  или  черный
бархат  поглощают  падающие  на  них  световые  лучи  почти
на  99%.  Тело,  поглощающее  все  падающие  на  него  лучи,
называется  абсолютно  черным.  Его  можно  получить  сле¬
дующим  образом.
 Возьмем  вычерненную  изнутри  полую  сферу  с  малень¬
ким  отверстием.  Всякий  луч  света,  попавший  внутрь  сфе-
 8* 	115

ры  через  это  отверстие,  испытывает  внутри  нее  многочис¬
ленные  поглощения  и  отражения.  Поэтому  в  конце  кон¬
цов  все  лучи  будут  практически  поглощены  стенками
сферы  и  отверстие  будет  выглядеть  черным.  Оно  и  будет
тем  абсолютно  черным  телом,  которое  мы  хотели  полу¬
чить.  Ведь  для  того,  чтобы  тело  было  абсолютно  черным,
нужно  лишь  одно  условие:  оно  должно  поглощать  все
падающие  на  него  лучи.
 Впервые  наблюдения  за  излучением  абсолютно  черно¬
го  тела  при  разных  температурах  были  проведены  в  кон¬
це  прошлого  века  немецкими  учеными  Вином  и  Лум-
мером.
 Они  намотали  на  полый  цилиндр  из  огнеупорного  фар¬
фора  платиновую  спираль.  Проволока  вводилась  в  элект¬
рическую  цепь  через  реостат.  Изменяя  силу  тока,  про¬
пускаемого  через  спираль,  можно  было  накалять  цилиндр
до  той  или  иной  постоянной  температуры,  измеряемой
пирометром  (прибор  для  измерения  высоких  темпе-
ратур).
 Оказалось,  что  при  постоянной  температуре  через  от¬
верстие  такого  абсолютно  черного  тела  излучается  столь¬
ко  же  света,  сколько  и  поглощается.  Если  бы  тело  боль¬
ше  излучало,  чем  поглощало,  то  оно  стало  бы  охлаж¬
даться,  а  если  бы  больше  поглощало,  то  оно  стало  бы
нагреваться.  Это  можно  было  бы  заметить  по  показаниям
пирометра,  помещенного  в  черное  тело.  При  таком  состо¬
янии  абсолютно  черного  тела,  называемом  равновесным,
запас  энергии  тела  не  изменяется.  Следует  заметить,
что  тепловое  излучение  всякого  тела  также  является
равновесным.
 Дальнейшие  исследования  показали,  что  в  спектре
излучения  абсолютно  черного  тела  присутствуют  всевоз¬
можные  волны  разной  интенсивности.  С  увеличением
температуры  интенсивность  всех  излучаемых  волн  растет.
 Ученые  выяснили,  что  большая  часть  тепловых  источ¬
ников  света  (свечи,  лампы,  костер  и  даже  Солнце)  по
своим  свойствам  близка  к  абсолютно  черному  телу.  Эти
тела  излучают  почти  всю  ту  энергию,  которую  они  полу¬
чают  каким-либо  способом.  Так,  например,  уголь,  сго¬
рая,  излучает  почти  всю  энергию,  которая  нужна  для  его
горения  и  которую  он  получает.  Поэтому  казалось  бы,
что  все  тепловые  источники  света  должны  быть  выгод¬
ными.  Но  это  не  так.  Дело  в  том,  что  из  энергии,  затра¬
ченной  на  нагревание  теплового  источника  света,  в  ви¬
 116

димое  излучение  превращается  только  ничтожная  ее  до¬
ля.  Даже  абсолютно  черное  тело,  которое  является  са¬
мым  совершенным  из  всех  тепловых  источников  света,
нагретое  до  2000°С,  превращает  в  свет,  ощутимый  для
наших  глаз,  только  0,3%  всей  поглощенной  им  энергии.
Обычные  же  источники  света  излучают  свет  еще  хуже.
 Во  что  же  превращается  остальная  энергия,  погло¬
щаемая  абсолютно  черным  телом  или  обычным  тепловым
источником  света?  В  основном  эта  энергия  излучается
в  виде  инфракрасных  лучей,  которые  нам  не  удается  не¬
посредственно  использовать  для  освещения.
 Из  всего  этого  следует,  что  все  тепловые  источники
света  экономически  невыгодны,  даже  в  том  случае,  если
они  приближаются  по  своим  свойствам  к  наиболее  вы¬
годному  из  них  —  абсолютно  черному  телу.
 Существенным  недостатком  тепловых  источников  све¬
та  является  и  то,  что  они  испускают  свет,  очень  отлича¬
ющийся  по  своему  составу  от  солнечного  света,  к  кото¬
рому  наши  глаза  более  всего  приспособлены.
 Новые  возможности  дает  нам  использование  холодно¬
го  света.
 ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ  ИСТОЧНИКИ  СВЕТА
 Существует  еще  один  вид  свечения  тел,  называемый
люминесценцией.  Оно  отличается  от  теплового  излучения
тем,  что  не  зависит  от  температуры  излучающего  тела
и  может  быть  достаточно  интенсивным,  даже  если  тело
холодное.  Люминесцентное  свечение  имеет  характеристи¬
ческий  спектр,  т.  е.  частота  волн  излучаемого  им  света
зависит  от  химического  состава  излучающего  тела.  Кро¬
ме  того,  люминесценция  обладает  конечным  временем  за¬
тухания:  свечение  проходит  не  сразу  после  прекращения
действия  причины,  вызвавшей  люминесценцию,  а  про¬
должается  еще  некоторое  время.
 Характерной  особенностью  люминесценции  является  и
то,  что  люминесцирующее  тело,  получив  квким-нибудь
образом  энергию  извне,  не  сразу  излучает  свет.  Между
моментом  получения  им  энергии  и  моментом  излучения
происходит  задержка.  Наконец,  яркость  люминесцентно¬
го  свечения  больше  яркости  абсолютно  черного  тела,
взятого  при  той  же  температуре,  при  которой  находится
это  тело.
 Согласно  определению  С.  И.  Вавилова  существенным
свойством  люминесценции  является  ее  конечная  длитель¬
 117

ность,  которая  позволяет  легко  отличить  ее  от  теплового
излучения.  Люминесцирующие  вещества  называются  лю¬
минофорами.
 Свет,  излучаемый  люминофором,  может  возникать
«за  счет»  любого  вида  энергии.  Отсюда  и  различные  ви¬
ды  люминесценции.
 Триболюминесценция  вызывается  трением,  ударом,
т.  е.  возникает  «за  счет»  механической  энергии  (на¬
пример,  сахар  светится  при  раскалывании  его  в  тем¬
ноте).
 Хемилюминесценцией  называется  свечение,  происхо¬
дящее  при  некоторых  химических  и  биологических  про¬
цессах  (например,  свечение  фосфора  при  его  окислении
или  свечение  живых  организмов).
 Свечение  разреженных  газов  при  пропускании  через
них  электрического  тока  называется  электролюминесцен¬
цией  (например,  полярное  сияние,  порождаемое  потоком
электронов,  которое  испускает  Солнце).  Попадая  в  атмо¬
сферу  Земли,  электроны  отклоняются  ее  магнитным  по¬
лем  к  земным  полюсам  и  вызывают  свечение  в  ее  верхних
разреженных  слоях.
 Особенно  важным  видом  люминесценции  является
фотолюминесценция,  при  которой  тела  под  действием
падающего  на  них  излучения  начинают  светиться,  при¬
чем  свет  одной  длины  волны  возбуждает  свет  другой
длины  волны.
 В  1852  г.  Стокс  сформулировал  один  из  основных  за¬
конов  фотолюминесценции:  световые  волны  люминесцен¬
ции  всегда  длиннее,  чем  возбуждающая  волна.  Ультра¬
фиолетовые  лучи  могут  вызвать  синюю  люминесценцию,
синие  —  зеленую,  зеленые  —  красную.  С  точки  зрения
теории  квантов  этот  закон  вполне  объясним.  Действи¬
тельно,  энергия  возбуждающего  кванта  hv  внутри  облу¬
ченного  тела  частично  превращается  в  другие  виды  энер¬
гии.  Поэтому  энергия  hvo  излучаемого  кванта  должна
быть  меньше,  чем  hv,  т.  е.  /zVq</zv,  следовательно,  vo<v
 или 	где  А,о,  Я  —  длины  волн  люминесценции  и
 Ло  А
 возбуждающего  света.  Отсюда  А,о>А,  —  это  и  есть  закон
Стокса.
 Таким  образом,  люминесцирующеё  вещество  может
превратить  невидимые  ультрафиолетовые  лучи  в  свет,
видимый  глазом.  Это  позволяет  создать  люминесцентные
лампы  —  экономичные  источники  света,  испускающие
 П8

излучение,  приближающееся  по  своему  составу  к  сол¬
нечному.
 Свечение  различных  веществ  под  действием  падаю¬
щего  на  них  света  происходит  не  только  во  время  облу¬
чения,  но  и  некоторое  время  после  его  прекращения.  Это
явление  называется  послесвечением.  Таким  веществом
является,  например,  сернистый  цинк,  содержащий  при¬
месь  меди.  Если  его  облучать  ярким  солнечным  светом,
а  затем  перенести  в  темную  комнату,  он  будет  светиться
несколько  часов  тусклым  голубовато-зеленым  светом,
при  котором  можно  различать  предметы.  Кристалли¬
ческие  вещества,  способные  светиться  несколько  часов,
называются  кристаллофосфорами.  Эти  вещества  являют¬
ся  своеобразными  аккумуляторами  солнечной  энергии.
 Люминесценция  —  явление  сравнительно  редкое,  од¬
нако  с  древних  времен  известное.  Еще  Аристотель  в
IV  в.  до  н.  э.  описывал  свечение  гниющего  мяса,  пред¬
ставляющее  собой  сложный  случай  люминесценции.  Од¬
ним  из  первых  исследователей  люминесценции  был  Га¬
лилей.  В  начале  XIX  в.  люминесценцию  изучал  В.  В.  Пет¬
ров,  который  показал,  что  свечение  гнилого  дерева  есть
не  что  иное,  как  медленное  горение,  т.  е.  соединение  его
с  кислородом.
 Свечение  живых  организмов
 Интересным  случаем  люминесценции  является  свече¬
ние  живых  организмов  (см.  цв.  вклейку  VII,  рис.  2).
Существует  около  двух  тысяч  видов  светящихся  жуков,
много  видов  комаров  и  других  светящихся  насекомых.
Люминесцируют  также  и  многие  глубоководные  рыбы  и
животные.  Например,  у  рыбы-удильщика  на  голове  име¬
ется  длинная  «удочка»,  на  конце  которой  приманка  —
небольшой  шарик,  светящийся  в  темноте  (у  некоторых
рыб  она  в  десять  раз  длиннее  тела).  Снаружи  он  покрыт
черным  «покрывалом»  из  особых  клеток.  При  их  расши-
)ении  свет  гаснет,  при  сужении  свет  пробивается  наружу.
Лод  «покрывалом»  заложен  прозрачный  слой,  выполняю¬
щий  роль  линзы.  Полость  шарика  заполнена  светящи¬
мися  бактериями,  плавающими  в  жидкости.
 Обманутая  рыба,  кальмар  или  рак  бросаются  на  ого¬
нек  и  попадают  в  зубы  «рыболова».  Ученые  считают,  что
около  90%  всех  глубоководных  животных  имеют  светя¬
щиеся  органы,  которые  своим  светом  отпугивают  врагов
 П9

или  приманивают  добычу.  Многие  обитатели  глубин,  спа¬
саясь  от  преследования,  выбрасывают  облако  светящейся
слизи,  ослепляющей  нападающего  хищника.  Свечение
морской  воды  также  зависит  от  содержащихся  в  ней
мелких  светящихся  животных.
 ГАЗОСВЕТНЫЕ  ТРУБКИ
 На  явлении  электролюминесценции  основано  действие
рубок  Гейслера  с  разреженным  газом,  появившихся  в
Ю-х  гг.  прошлого  века.  Такая  трубка  (рис.  98)  изготов-
1яется  из  стекла  и  запаивается  с  обоих  концов.  Она  со¬
держит  небольшое  количество  какого-нибудь  газа  (неона,
аргона,  кислорода  и  т.  д.),  в  нее  впаяны  металлические
стержни  —  электроды.  Если  к  электродам  приложить
высокое  электрическое  напряжение,  то  через  газ  пойдет
ток,  и  он  начнет  светиться.
 Трубки  Гейслера  давали  яркий  свет,  однако  для  осве¬
щения  жилых  помещений  не  годились,  так  как  требовали
высокого  напряжения  до  30  ООО  В,  что  опасно  для  жизни,
и  давали  неприятный  мерцающий  свет.  В  настоящее  вре¬
мя  трубки  Гейслера  разного  размера  и  формы  исполь¬
зуются  для  рекламы.
 50  лет  назад  появились  новые  люминесцентные  источ¬
ники  света  —  ртутные  лампы.  Они  действуют  подобно
трубкам  Гейслера,  только  светив  них  излучается  парами
ртути.  И  здесь  возбуждение  атомов  достигается  электри¬
ческим  током,  но  они  требуют  обычного  напряжения  —
127  или  220  В,  и  температура  в  таких  лампах  не  очень
высокая  —  400—500°С.
 На  рисунке  99  изображена  ртутная  лампа.  Внутрь
стеклянного  баллона  трубки  впаяны  три  электрода:  ос¬
новные  а  и  Ь  и  вспомогательный  с.  Электрод  с  присоеди¬
нен  к  тому  же  проводу  цепи,  что  и  электрод  а,  через
огромное  графитное  сопротивление  R.  Внутрь  трубки
введен  разреженный  газ  аргон  и  капелька  ртути.
 При  включении  цепи  между  электродами  Ь  и  с  через
аргон  возникает  тлеющий  разряд  с  выделением  теплоты.
 В  результате  этого  ртуть  нагревается  и  превращается
в  пар.  Электроды  а  и  Ь  раскаляются,  и  через  пары  ртути
возникает  дуговой  разряд  —  лампа  загорается.  Такой
разряд  между  электродами  Ь  и  с  невозможен,  так  как
сопротивление  R  препятствует  возникновению  тока,  до¬
статочно  большого  для  дугового  разряда.
 120

98

Ртутные  лампы  дают  синевато-зеленый  свет  и  значи¬
тельно  более  экономичны,  чем  обычные  электролампы,
однако  применять  их  для  освещения  неудобно  и  небез¬
вредно.  Свет  их  неприятен  для  глаз.  Эти  лампы  излучают
много  ультрафиолетовых  лучей,  под  действием  которых
начинают  светиться  многие  окружающие  тела.  Поэтому
ртутные  лампы  используют  только  как  источники  ультра¬
фиолетовых  лучей.  Для  этого  баллон  лампы  делают  из
кварца,  который  хорошо  пропускает  эти  лучи.  Называ¬
ются  такие  лампы  кварцевыми.
 Излучение  кварцевых  ламп  убивает  микробы  таких
болезней,  как  столбняк,  сибирская  язва,  туберкулез
и  т.  д.  В  связи  с  этим  они  применяются  для  стерилизации
воды,  продуктов,  операционных  столов,  а  также  при  ле¬
чении  некоторых  болезней.
 ЛЮМИНЕСЦЕНТНАЯ  ЛАМПА
 Люминесцентная  лампа  представляет  собой  трубку
длиной  до  70  см  и  диаметром  около  4  см  и  сделана  из
бесцветного  прозрачного  стекла  (рис.  100).  На  ее  внут¬
реннюю  поверхность  нанесен  плотный  слой  белых  кри¬
сталлов  люминофора,  придающий  ей  белый  (молочный)
цвет.  Из  трубки  откачан  воздух,  впущено  немного  арго¬
на  и  помещена  капелька  ртути,  которая  при  разогрева¬
нии  электродов  превращается  в  ртутный  пар,  запол¬
няющий  всю  трубку.  Примесь  аргона  нужна  для  лучшего
использования  электрической  энергии  в  разряде,  свечение
же  разряда  в  основном  определяется  ртутью.
 С  обоих  концов  в  трубку  вплавлены  электроды  1,
представляющие  собой  вольфрамовые  спирали,  покрытые
оксидом  бария.  Последовательно  с  электродами  включе¬
ны  два  прибора  —  стартер  2  и  дроссель  3.  Стартер  —  это
малая  неоновая  лампа  с  двумя  электродами,  один  из  ко¬
торых  биметаллический.
 В  момент  включения  кнопки  К  в  стартере  возникает
разряд,  биметаллический  электрод  нагревается,  изгиба¬
ется  и  замыкает  цепь.  При  этом  ток  проходит  по  цепи
(в  направлении  стрелки  внутри  трубки)  и  электроды  рас¬
каляются.  Находящиеся  на  их  поверхности  атомы  ба¬
рия  испускают  электроны,  которые  устремляются  к  по¬
ложительно  заряженному  электроду  —  аноду.  На  своем
пути  они  сталкиваются  с  атомами  ртути  и  аргона  и  иони¬
зуют  их.
 122

Под  влиянием  ударов  электронов  и  ионов  электроды
лампы  через  1—2  с  нагреваются  так,  что  дальше  их  ра¬
зогревать  током  уже  нет  необходимости.  К  этому  мо¬
менту  биметаллический  электрод  стартера  успевает
остыть  и  размыкает  цепь.  Ток  начинает  идти  не  по  прово¬
локам  электродов,  а  непосредственно  через  трубку  от  од¬
ного  электрода  к  другому  (по  направлению  стрелок  вне
трубки).
 В  трубке  возникает  электрический  разряд,  под  дейст¬
вием  которого  атомы  и  ионы  ртути  возбуждаются  и
испускают  свет.  Более  половины  этого  света  составляют
невидимые  ультрафиолетовые  лучи,  которые,  падая  на
кристаллы  люминофора,  покрывающие  внутреннюю  по¬
верхность  трубки,  заставляют  их  испускать  видимый
свет,  ярко  освещающий  пространство  вокруг  трубки.  Для
трубки  подбирают  такой  люминофор,  чтобы  состав  испус¬
каемого  излучения  был  близок  солнечному.
 Обычно  для  питания  люминесцентных  ламп  исполь¬
зуют  переменный  ток.  Лампу  включают  через  реактивную
катушку  (дроссель),  служащую  для  ограничения  силы
тока.  Кроме  того,  при  размыкании  тока  стартером  сила
тока  самоиндукции  в  дросселе  увеличивается,  что  облег¬
чает  возникновение  в  лампе  разряда.
 В  люминесцентных  лампах  светоотдача  составляет
свыше  50  лм/Вт,  они  в  3—4  раза  экономичнее,  чем  лам¬
пы  накаливания.  Срок  службы  люминесцентных  ламп
доведен  до  3000  ч,  т.  е.  больше  срока  службы  лампы
накаливания  в  2—3  раза.  Основное  преимущество  лю¬
минесцентной  лампы  —  это  возможность  создания  днев¬
ного  искусственного  света,  благодаря  чему  они  так  ши¬
роко  применяются.  Используют  их  на  текстильных  фаб¬
риках,  так  как  при  люминесцентном  освещении  хорошо
видны  детали  тканей  и  их  истинный  цвет.  Люминесцент¬
ные  лампы  применяют  для  освещения  вокзалов,  вести¬
бюлей,  театров,  кино,  спортивных  залов,  магазинов,  кар¬
тинных  галерей  и  т.  д.
 Но  эти  лампы  имеют  и  недостатки.  Первый  —  необ¬
ходимость  применять  при  их  эксплуатации  сложные
устройства:  дроссели,  стартеры  и  т.  д.  ВторЬй  —  мигание
света.  Третий  —  чувствительность  их  к  температуре.
Лампы  нельзя  зажигать  при  температуре  ниже  +10°С,
они  плохо  переносят  и  температуру  +40°С.
 123

ДРУГИЕ  СЛУЧАИ  ИСПОЛЬЗОВАНИЯ  ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ
 Использование  люминесценции  не  ограничивается  лю¬
минесцентными  лампами.  Люминофорами  покрывают
стрелки  и  шкалы  приборов  в  тех  случаях,  когда  нет  нор¬
мального  освещения  и  приходится  отсчитывать  показа¬
ния  приборов  в  темноте.  При  этом  в  люминофор  добав¬
ляют  немного  солей  радия.  Тогда  люминофор  светится
долгое  время  (в  течение  нескольких  лет).
 Широко  используется  в  технике  люминесцентная  де¬
фектоскопия.  Чтобы  обнаружить  дефект  на  металли¬
ческих  изделиях,  их  поверхность  покрывают  раствором
люминофора,  а  затем  стирают  его,  люминофор  остается
лишь  в  мельчайших  трещинах.  Затем  деталь  освещают
ультрафиолетовым  светом  кварцевой  лампы.  Люминофор,
оставшийся  в  трещинах,  светится,  и  дефекты  становятся
видимыми.
 Люминофором  покрывают  кинескопы  телевизоров,
экраны  осциллографов  и  рентгеновских  трубок.
 За  последние  60  лет  выросла  еще  одна  отрасль  лю¬
минесценции  —  люминесцентный  анализ,  основанный  на
том,  что  ультрафиолетовые  лучи,  падая  на  различные
тела,  во  многих  случаях  вызывают  видимое  излучение
различных  цветов  в  зависимости  от  химического  состава
тела.
 Пользуясь  ртутной  кварцевой  лампой  и  черным
стеклом,  пропускающим  ультрафиолетовые  лучи,  в  пол¬
ной  темноте  возможно  вызывать  видимое  излучение  пред¬
метов.  В  такой  обстановке  полностью  используется
огромная  чувствительность  человеческого  глаза,  приспо¬
собившегося  к  темноте,  и  удается  заметить  ничтожные
примеси.
 Люминесцентный  анализ  используется  в  археологии
для  чтения  стертых  надписей  в  старинных  рукописях  и
книгах.  Такая  надпись  оставляет  после  себя  невидимые
следы  краски,  которая  под  действием  ультрафиолетовых
лучей  испускает  свет.  Это  и  позволяет  выявлять  стертые
надписи  и  даже  читать  их.
 Люминесценцию  применяют  на  горных  разработках
по  добыче  алмазов.  Для  этого  добытую  породу  с  вкрап¬
ленными  в  нее  алмазами  облучают  ультрафиолетовыми
лучами.  Под  действием  этих  лучей  алмазы  люминесци-
руют,  что  позволяет  обнаружить  их  и  отделить  от  пус¬
той  породы.
 124

Люминесценция  широко  распространена  в  химии,  ме¬
дицине,  пищевой  и  металлообрабатывающей  промышлен¬
ности,  минералогии,  судебной  медицине,  уголовном  ро¬
зыске  и  т.  д.
 СПЕКТРАЛЬНЫЙ  АНАЛИЗ
 Опыты  Ньютона  по  дисперсии  света  показали,  что
каждый  луч  света  определенной  частоты  имеет  свой  соб¬
ственный  показатель  преломления  и  поэтому  занимает  в
рпектре  строго  определенное  место.  Этот  факт  использо¬
вали  в  своих  научных  трудах  основатели  спектрального
анализа  —  немецкие  ученые  Кирхгоф  (1824—1887  гг.)  и
Бунзен  (1811  —1899  гг.),  исследовавшие  спектры  разных
металлов,  соли  которых  они  вводили  в  бесцветное  пламя.
Они  усовершенствовали  установку  Ньютона,  создав  та¬
ким  образом  прибор  —  спектрометр,  с  помощью  которого
можно  не  только  наблюдать  спектры  различных  веществ,
но  и  измерять  их  частоты.
 Современный  спектрометр  изображен  на  рисунке  101.
Он  состоит  из  коллиматора  К  —  трубки,  на  внешнем  кон¬
це  которой  укреплена  заслонка  с  узкой  вертикальной
щелью  S;  ширину  щели  можно  регулировать  специаль¬
ным  винтом.  На  другом  конце  коллиматора  расположен
объектив  —  линза  0\.  Лучи  от  источника  света  Si,  прой¬
дя  линзу  Д,  выходят  из  коллиматора  параллельным
пучком  и  попадают  на  треугольную  призму  Пр.  Здесь
они  разлагаются  в  спектр  и  направляются  параллельны¬
ми  пучками  в  зрительную  трубу  Тр.  Объектив  Оз  собира¬
ет  в  одном  месте  спектра  синие  лучи,  в  другом  месте
красные  и  т.  д.  Полученный  спектр  в  увеличенном  виде
наблюдается  через  окуляр  Ок.
 Вспомогательный  источник  света  S2  с  помощью  вогну¬
того  зеркала  3  освещает  шкалу  Ш,  нанесенную  на  стек¬
лянную  пластинку  и  помещенную  на  внешнем  конце  труб¬
ки  С.  Из  объектива  Оз  лучи  выходят  параллельным
пучком  и,  отразившись,  как  от  зеркала,  от  грани  приз¬
мы  Яр,  дают  изображение  шкалы  Ш  там  же,  где  полу¬
чается  спектр.  Шкала  проградуирована  так,  что  по  ней
можно  сразу  отсчитывать  частоту  той  или  другой
спектральной  ли1^ии  без  вычислений.
 125

Спектры  испускания
 Изучая  с  помощью  спектрометра  спектры  пламени  го¬
релки,  окрашенные  парами  металлов  —  натрия,  калия,
лития,  стронция,  ученые  обнаружили,  что  они  состоят
из  отдельных  цветных  линий,  расположенных  на  черном
фоне.  Такие  спектры  называются  линейчатыми  и  дают
раскаленные  одноатомные  газы  и  пары.  Ученые  устано¬
вили,  что  каждое  вещество  (если  только  его  можно
превратить  в  раскаленный  газ)  излучает  спектр,  свойст¬
венный  только  этому  веществу.  Были  исследованы  и
занесены  в  особый  атлас  спектры  всех  известных  хими¬
ческих  элементов.
 С  помрщью  спектров  можно  установить  состав  слож¬
ных  смесей  и  сплавов.  Любое  сложное  вещество  при
очень  высокой  температуре  (например,  при  температуре
электрической  дуги  3000—4000°С)  распадается  на  со¬
ставные  части  —  элементы.  Поэтому  спектры  сложных
веществ  представляют  собой  соединение  наложенных
друг  на  друга  спектров  всех  составных  частей  вещества.
Определив  частоту  главных,  наиболее  ярких  линий  этого
сложного  спектра,  можно  установить,  из  каких  элементов
состоит  сложное  вещество.  Этот  процесс  называют  ка¬
чественным  спектральным  анализом.  С  исключительной
точностью  и  быстротой  он  позволяет  обнаружить  в  ве¬
ществе  тысячные  и  даже  миллионные  доли  примесей,  ко¬
торые  не  улавливаются  или  с  трудом  улавливаются  хи¬
мическими  методами.
 Чем  больше  в  смеси  того  или  иного  элемента,  тем
ярче  спектральные  линии  этого  элемента.  Сопоставляя
яркости  линий  отдельных  элементов,  определяют  про¬
центное  содержание  их  в  веществе.  Этот  процесс  назы¬
вается  количественным  спектральным  анализом.
 Роль  спектрального  анализа  в  промышленном  произ¬
водстве  исключительно  велика.  Современные  машины  и
инструменты  работают  в  различных  условиях  —  при  вы¬
соких  температурах  и  давлениях,  в  электрических  и  маг¬
нитных  полях.  Поэтому  к  ним  предъявляются  высокие
требования,  особенно  .к  машинам,  изготовленным  из  ста¬
ли.  Так,  например,  инструментальная  сталь,  из  которой
изготовляют  режущие  инструменты,  не  должна  снижать
своих  режущих  свойств  при  температуре  600°С,  в  других
случаях  нужна  неокисляющая  сталь,  жароупорная,  осо¬
бенно  прочная  на  разрыв.
 126

Подобный  экспресс-контроль  производится  следую¬
щим  образом.  Между  образцом  /,  взятым  для  анализа
сплава,  и  «стандартным»  электродом  2  создается  элект¬
рическая  дуга  (рис.  102).  Стандартный  электрод  изго¬
товляют  из  металла,  составляющего  основу  сплава.  Так,
при  контроле  сталей  он  берется  из  железа,  при  контроле
латуни  —  из  меди.  Это  делается  для  того,  чтобы  спектр
стандартного  электрода  hq  вносил  в  спектр  испытуемого
образца  никаких  новых  линий.  В  электрической  дуге  об¬
разуются  раскаленные  пары  сплава  и  стандартного  элек¬
трода.  Пары  излучают  спектр.  Этот  спектр  испускания
рассматривают  в  спектроскоп,  специально  приспособлен¬
ный  для  исследования  нужных  участков  спектра.  Его
называют  стилоскопом,  что  значит  прибор  для  исследо¬
вания  сталей.  Если  исследуется  сталь,  в  стилоскопе  вид¬
ны  линии,  излучаемые  железом  и  другими  составными
частями  сплава.
 Чтобы  определить  процентное  содержание  этих  частей,
сравнивают  яркость  излучаемых  ими  линий  со  специаль¬
но  избранными  линиями  железа.  Если,  например,  линия
хрома  длиной 	волны  4,2543- 	10~^  м 	так  же 	ярка,  как 	и
 линия  железа 	длиной  волны 	4,2474- 	10“^  м, 	то  хрома 	в
 сплаве  0,12%;  если  же  линия  хрома  несколько  ярче,  чем
линия  железа 	длиной  волны 	4,2605- 	10“^  м, 	то  хрома 	в
 сплаве  около 	6%.  Точно  так 	же  определяют 	в  сплаве 	и
 другие  добавки-присадки.  Полный  спектральный  анализ
сплава  из  6—7  металлов  занимает  2—3  мин.  Экспресс-
анализ  широко  используется  на  машиностроительных  и
машинообрабатывающих  заводах,  при  геологических
изысканиях  и  поисках  нефти.
 Спектры  поглощения
 Итак,  мы  выяснили,  что  раскаленные  газы  и  пары
дают  линейчатые  спектры.  Раскаленные  твердые  и  жид¬
кие  тела  образуют  сплошной  спектр  от  красного  цвета  к
фиолетовому  со  множеством  оттенков.  Если  при  получе¬
нии  сплошного  спектра  лучи  света  пропустить  через  ох¬
лажденные,  несветящиеся  пары  вещества,  то  получится
спектр  поглощения.  Так  называют  сплошной  спектр,  в  ко¬
тором  на  месте  цветных  линий,  соответствующих  этому
веществу,  находятся  темные  линии.
 Подобные  опыты  с  охлажденными  парами  различных
веществ  показали,  что  охлажденные  пары  любого  ве¬
 127

щества  поглощают  только  такие  частоты,  какие  испус¬
кают  раскаленные  пары  того  же  вещества.  Таким  обра¬
зом,  спектр  поглощения  какого-нибудь  вещества  как  бы
дополняет  линейчатый  спектр  испускания  этого  же  ве¬
щества,  состоящий  из  цветных  линий.  Зная  один  из  них,
можно  судить  о  другом,  и  наоборот.
 Открытие  спектров  поглощения  сыграло  большую  роль
в  истории  физики.  До  этого  времени  не  удавалось  полу¬
чить  спектры  неразрушенных  сложных  соединений,  так
как  они  при  высоких  температурах  распадались  на  со¬
ставные  части  —  элементы  прежде,  чем  может  появиться
спектр  испускания.
 Спектры  поглощения  возникают  при  более  низких
температурах,  чем  спектры  испускания,  и  поэтому  их
можно  получить  от  сложных  веществ  до  их  разложения.
Исследование  спектров  поглощения  привело  к  открытию
новых  элементов  —  празеодима,  неодима,  самария,  голь¬
мия,  тербия.
 СПЕКТРЫ  В  АСТРОНОМИИ
 Долгое  время  солнечный  спектр  считали  сплошным.
Однако  в  начале  прошлого  века  немецкий  ученый
Фраунгофер  обнаружил  в  солнечном  спектре  несколько
тысяч  тонких  темных  линий.  Наиболее  четко  выраженные
линии  были  названы  латинскими  буквами  Л,  В,  С,  D
и  т.  д.  Фраунгоферовы  линии  можно  найти  в  солнечном
спектре  в  любом  опыте,  они  соответствуют  лучам  с  впол¬
не  определенной  длиной  волны.  Например,  линии  А  на
самом  краю  красной  части  спектра  соответствует  длина
волны  7,608  •  10“^  м.
 Происхождение  фраунгоферовых  линий  в  солнечном
спектре  объясняется  так.  Ослепительно  яркая  поверх¬
ность  Солнца  —  фотосфера  образует  сплошной  спектр.
Многочисленные  вещества,  содержащиеся  в  более  холод¬
ной  солнечной  атмосфере,  поглощают  линии  спектра,  со¬
ответствующие  этим  веществам,  в  результате  чего  обра¬
зуется  сплошной  спектр  с  множеством  темных  линий.
Следует  заметить,  что  сами  вещества  также  излучают
спектр  цветных  линий,  однако  они  значительно  слабее  ли¬
ний  сплошного  спектра  и  поэтому  по  контрасту  кажутся
темными.
 Изучая  спектры  поглощения  Солнца  и  многих  звезд,
ученые  определили  состав  их  внешних,  более  холод-
 128

ных  слоев.
 По  спектру  светила  можно  сделать  заключение  не
только  о  его  химическом  составе,  но  и  о  некоторых  его
физических  свойствах.
 Так,  например,  лабораторные  опыты  показывают,  что
с  увеличением  давления  линии  газа  расширяются  и  в
спектре,  кроме  этого,  появляются  новые  линии.  Таким  об¬
разом,  спектр  может  дать  нам  представление  о  давлении
в  атмосфере  звезды.
 Еще  сильнее  изменяется  линейчатый  спектр  газа  при
изменении  температуры.  При  температурах  в  несколько
тысяч  градусов  атомы  некоторых  веществ  подвергаются
ионизации,  т.  е.  теряют  часть  своих  электронов.  Спектр
незаряженного  газа  отличается  от  спектра  ионизованного
атома.  Ученые-физики  изучают  законы  этих  изменений.
 По  спектру  можно  судить  о  магнитных,  а  также  об
электрических  силах,  действующих  на  небесные  тела.
Действительно,  из  физики  известно,  что,  если  поместить
источник  света  в  сильное  магнитное  поле,  спектральные
линии  «расщепляются»,  а  при  наличии  сильного  электри¬
ческого  поля  линии  расширяются.
 По  изменению  спектров  излучения  инженеры  опреде¬
ляют  температуру  в  электрической  дуге,  в  доменных  и
электрических  печах,  где  обычным  термометром  нельзя
пользоваться.
 Определение  скорости  звезд
 С  помощью  спектров  русскому  астроному  А.  А.  Бело-
польскому  удалось  определить  скорость,  с  которой  уда¬
ляются  от  Земли  или  приближаются  к  ней  звезды.  Его
идея  была  основана  на  известном  из  акустики  явлении
Доплера,  которое  заключается  в  том,  что  при  движении
источника  звука  (например,  гудка  тепловоза)  к  наблюда¬
телю  частота  звука  увеличивается,  а  при  удалении  от
наблюдателя  —  уменьшается.
 Аналогичный  эффект  существует  и  в  оптике  для  све¬
товых  волн:  когда  источник  света  (например,  звезда)
приближается  к  Земле,  частота  волн  испускаемого  звез¬
дой  света  возрастает  и  все  линии  ее  спектра  смещаются
в  сторону  коротких  (фиолетовых)  волн;  если  источник
света  удаляется  от  Земли,  частота  волн  уменьшается,
и  поэтому  все  линии  спектра  звезды  смещаются  в  сторону
длинных  (красных)  волн.
 129

Белопольский  воспользовался  формулой  Доплера:
 v'  =  V  (1  zb  ),  где  v'  —  частота  света,  воспринимаемого
 наблюдателем,  а  v  —  частота,  испущенная  источником
света  ^звездой).  Знак  «  +  »  в  этой  формуле  берется  в
том  случае,  если  звезда  приближается  к  наблюдателю,
знак  «  —»,  если  она  удаляется;  с=3-  10®  м/с  —  ско¬
рость  света.  Таким  образом,  из  этой  формулы  можно
определить  скорость  v  звезды  относительно  наблюдателя.
Эти  вычисления  были  трудными,  так  как  размер  спект¬
рального  смещения  v'  —  v  очень  мал,  однако  Белополь¬
ский  сумел  не  только  обнаружить  его,  но,  измерив,  вы¬
числить  скорость  многих  звезд  относительно  Земли.  Ока¬
залось,  что  одни  звезды  приближаются  к  нам,  другие
удаляются  со  скоростью  нескольких  десятков  километров
в  Секунду.
 Чтобы  доказать,  что  его  выводы  о  влиянии  скорости
звезды  на  спектр  справедливы,  он  поставил  в  земных
условиях  опыт  с  быстро  вращающимися  зеркалами,  дока¬
зывающий,  что  движение  источника  света  вызывает  сме¬
щение  спектральных  линий,  и  показал,  что  знак  смеще¬
ния  соответствует  знаку  скорости,  как  этого  требует
теория.

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ  ЭФФЕКТ
И  ЕГО  ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
 ФОТОЭЛЕМЕНТ  С  ВНЕШНИМ  ФОТОЭФФЕКТОМ
 Вырывание  электронов  из  вещества  под  действием
света,  получившее  название  фотоэффекта,  отно¬
сится  к  наиболее  замечательным  оптическим  явлениям.
Влияние  света  на  протекание  электрических  процессов
было  впервые  описано  в  1888  г.  Г.  Герцем,  который  заме¬
тил,  что  проскакивание  электрической  искры  между  цин¬
ковыми  шариками,  соединенными  с  полюсами  действую¬
щей  индукционной  катушки,  происходит  значительно
легче,  если  один  из  них  осветить  ультрафиолетовыми
лучами.
 Дальнейшее  подробное  изучение  влияния  света  на  за¬
ряженные  тела  было  проведено  в  период  с  1888  по
1890  г.  профессором  Московского  университета  А.  Г.  Сто¬
летовым,  который  создал  первый  фотоэлемент.
 Существуют  три  типа  -фотоэлементов:  с  внешним  фо¬
тоэффектом,  с  внутренним  фотоэффектом  и  с  запираю¬
щим  слоем.  На  рисунке  103  изображен  фотоэлемент  с
внешним  фотоэффектом.  Внутренняя  поверхность  его
баллона  наполовину  покрыта  амальгамой  одного  из  ще¬
лочных  металлов  и  представляет  собой  катод  фотоэле¬
мента.  Анодом  служит  проволочное  кольцо,  установлен¬
ное  в  центре  баллона.  Наилучшим  материалом  для
катода  является  цезий,  требующий  наименьшей  затраты
энергии  на  вырывание  светом  электрона  с  поверхности
катода.  Воздух  из  баллона  выкачивают,  поэтому  такой
фотоэлемент  называют  вакуумным.
 К  фотоэлементу  присоединяют  батарею  элементов
напряжением  в  несколько  десятков  или  сотен  вольт.  От¬
рицательный  полюс  батареи  соединяют  с  катодом  фото¬
элемента,  а  положительный  —  с  анодом.
 9* 	131

в  темноте  ток  через  фотоэлемент  идти  не  будет,  так
как  его  электроды  разделены  вакуумом.  Но  если  катод
фотоэлемента  осветить,  с  его  поверхности  будут  вылетать
электроны,  которые,  попадая  на  анод,  создадут  в  цепи
электрический  ток,  сила  тока  которого  незначительна,
поэтому  обычно  производят  последующее  увеличение
силы  тока.
 Чувствительность  фотоэлемента  можно  повысить,  если
наполнить  его  инертным  газом  при  небольшом  давлении.
При  одном  и  том  же  освещении  можно  пол*учить  в  не¬
сколько  раз  большую  силу  тока,  чем  от  вакуумного  фото¬
элемента.  Это  объясняется  тем,  что  электроны,  быстро
летящие  от  катода  к  аноду,  сталкиваются  по  пути  с  атома¬
ми  газа  и  ионизуют  их,  т.  е  выбивают  из  них  электроны,
причем  из  одного  электрона  получаются  два;  один  перво¬
начальный  и  один,  выбитый  из  атома  газа.  Оба  они  тоже
летят  к  аноду  и  ионизуют  атомы  газа  и  т.  д.
 Таким  образом,  число  свободных  электронов  быстро
нарастает.  Такое  увеличение  силы  тока  тем  больше,  чем
выше  напряжение  внешней  батареи.  Однако  при  напря¬
жении  выше  250—300  В  газ  и  без  освещения  фотоэле¬
мента  начинает  проводить  электрический  ток.  Поэтому
напряжение  внешней  батареи  нельзя  неограниченно  уве¬
личивать.
 Фотоэффект  можно  наблюдать  во  всех  металлах.  Од¬
нако  большинство  из  них,  такие,  как  медь,  железо,  пла¬
тина,  никель,  вольфрам,  чувствительны  только  к  невиди¬
мым  ультрафиолетовым  лучам.  На  эти  металлы  не  дейст¬
вуют  видимые  лучи  света,  а  так  как  свет  Солнца  и  свет
 132

электрической  лампы  содержат  немного  ультрафиолето¬
вых  лучей,  то  эти  металлы  не  пригодны  для  изготовления
катодов  фотоэлементов.  Поэтому  их  делают  из  калия,
натрия  и  цезия,  которые  особенно  чувствительны  к  види¬
мым  лучам.
 Катод  современного  фотоэлемента  представляет  собой
не  просто  пластинку  из  щелочного  металла  —  чувстви¬
тельность  такого  фотоэлемента  к  свету  была  бы  невелика.
Современные  катоды  состоят  из  трех  слоев.  Например,
катод  кислородно-цезиевого  фотоэлемента  состоит  из
тонкого  слоя  серебра,  нанесенного  на  баллон,  на  серебро
нанесен  слой  оксида  цезия,  а  поверх  него  —  пленка  ме¬
талла  цезия.  Такой  сложный  катод  не  только  более
чувствителен  к  видимым  лучам,  чем  катод  из  чистого
металла,  но  и  отличается  от  него  и  по  другим  свойствам.
Чувствительность  катодов  из  чистых  металлов  с  уменьше¬
нием  длины  волны  все  время  возрастает,  сложные  катоды
наиболее  чувствительны  к  волнам  какой-нибудь  опреде¬
ленной  длины.  Их  чувствительность  уменьшается  как  в
сторону  более  длинных  волн,  так  и  в  сторону  более  ко¬
ротких.
 Например,  кислородно-цезиевый  элемент  особенно
чувствителен  к  красным  лучам,  которых  очень  много  в
излучении  обычных  источников  света.  Эта  способность
сложных  катодов  реагировать  на  волны  определенной
длины  получила  название  селективного  эффекта.  Средняя
чувствительность  вакуумных  фотоэлементов  около
50  мкА/лм.  Они  применяются  для  автоматизации  произ¬
водственных  процессов,  в  звуковом  кино  и  телевидении,
в  измерительной  технике,  для  контроля  продукции  по
размеру,  прозрачности,  качеству  отделки  и  т.  д.
 Фотоэлектронный  умножитель
 Сила  тока,  создаваемая  фотоэлектронами,  очень  мала
и  составляет  стотысячные  доли  ампера.  Советский  уче¬
ный  Л.  А.  Кубецкий  нашел  способ  увеличения  силы  тока
в  сотни  тысяч  раз  без  помощи  радиоламп.  Уже  давно
было  известно,  что  быстрые  электроны,  падая  на  поверх¬
ность  какого-нибудь  тела,  вырывают  из  его  поверхности
новые  электроны.  Это  явление  и  использовал  Кубецкий
при  создании  вторичных  электронных  трубок.
 В  такой  трубке  (рис.  104)  располагают  друг  за  дру-
 133

гом  11  —13  пластинок,  покрытых  веществом,  дающим
большое  число  подобных  вторичных  электронов.
 Между  каждой  парой  этих  пластинок  (или,  как  их  на¬
зывают,  эмиттеров),  а  также  между  первым  эмиттером
и  катодом,  с  одной  стороны,  и  последним  эмиттером  и
анодом,  с  другой  стороны,  включены  батареи  напряже¬
нием  около  100  В.  Благодаря  этому  электроны,  летящие  с
катода  на  первую  пластинку,  с  первой  пластинки  на  вто¬
рую,  со  второй  на  третью  и  т.  д.,  приобретают  на  пути
очень  большую  скорость,  причем  их  число  быстро  воз¬
растает.
 Если,  например,  из  катода  вылетел  один  электрон,  то,
попав  на  первую  пластинку,  он  благодаря  приобретенной
скорости  выбьет  из  нее  два  электрона,  которые  летят  ко
второй  пластинке.  Здесь  они  выбьют  уже  четыре  электро¬
на.  Эти  электроны  выбьют  из  третьей  пластинки  8  элект¬
ронов  и  т.  д.  Число  электронов,  а  следовательно,  и  сила
тока  возрастают  в  миллионы  раз.  В  настоящее  время  в
нашей  стране  созданы  и  успешно  используются  много
типов  этих  приборов.
 ФОТОЭЛЕМЕНТ  С  ВНУТРЕННИМ  ФОТОЭФФЕКТОМ
 Вырывание  электронов  с  поверхности  вещества  под
действием  света,  как  уже  было  сказано,  называется
внешним  фотоэффектом  или  фотоэлектронной  эмиссией.
Но  многие  вещества,  называемые  полупроводниками,  ве¬
дут  себя  иначе.  В  них  большинство  электронов  крепко
связано  с  атомами,  свободных  электронов,  которые  могли
 134

бы  перемещаться  на  большое  расстояние,  сравнительно
немного,  поэтому  в  темноте  они  являются  изоляторами.
Однако  в  таких  веществах  под  действием  света  многие
электроны  теряют  свою  связь  с  атомами  и  становятся
свободными.  От  этого  сопротивление  вещества  резко
уменьшается,  оно  начинает  проводить  электрический  ток.
Например,  у  селена  в  обычных  условиях  сопротивление
во  много  раз  больше,  чем  у  меди.  Поэтому  если  его
включить  в  электрическую  цепь,  то,  пока  селен  находится
в  темноте,  тока  не  будет.
 При  освещении  селеновой  пластинки  сопротивление  ее
быстро  уменьшается,  и  она  начинает  проводить  электри¬
ческий  ток.  Чем  интенсивнее  свет,  тем  меньше  ее  сопро¬
тивление  и  тем  больше  сила  тока.  Это  явление  получило
название  внутреннего  фотоэффекта,  а  приборы,  изменяю¬
щие  свое  сопротивление  под  действием  света,  —  фото¬
сопротивлений  и  фотоэлементов  с  внутренним  фотоэф¬
фектом.  Устройство  такого  фотоэлемента  показано  на
рисунке  105.  На  изоляционную  пластинку  между  близко
расположенными  рядами  металлических  электродов  на¬
носится  селен,  к  электродам  подключается  источник
напряжения  и  гальванометр.  Фотоэлементы  этого  вида
чувствительны  к  видимому  излучению  и  инфракрасным
лучам.
 ФОТОЭЛЕМЕНТ  С  ЗАПИРАЮЩИМ  СЛОЕМ
 Если  медную  пластину  1  нагреть  на  воздухе  до  высо¬
кой  температуры,  то  на  ее  поверхности*  образуется  тон-
 135

чайший  слой  полупроводника  2.  Это  оксид  меди  (I)  —
соединение  меди  с  кислородом.  При  этом  на  границе
между  металлом  и  полупроводником  образуется  запи¬
рающий  слой  5,  через  который  электроны  могут  перехо¬
дить  только  в  одном  направлении  от  металла  1  к  полу¬
проводнику  2,  В  обратном  же  направлении  —  от  полупро¬
водника  к  металлу  —  электроны  через  этот  слой  прохо¬
дить  не  могут.  Чтобы  пропустить  через  пластину  электри¬
ческий  ток,  с  одной  ее  стороны  удаляется  пленка  до
чистой  меди,  а  к  слою  оксида  меди  2  крепко  прижи¬
мается  свинцовая  луженая  пластина  4.  Полученное  соп¬
ротивление  с  запирающим  слоем  включается  в  электри¬
ческую  цепь  сначала  по  схеме,  изображенной  на  рисун¬
ке  106,  а,  затем  по  схеме  рисунка  106,  б.  В  первом  слу¬
чае  тока  не  будет,  а  во  втором  —  ток  пойдет.  Действи¬
тельно,  в  первом  случае  электроны  должны  передвигать¬
ся  от  полупроводника  к  металлу,  а  во  втором  —  от  ме¬
талла  к  полупроводнику.  Следует  указать,  что  все  разме¬
ры  на  рисунке  106  преувеличены,  верхняя  металлическая
пластина  имеет  толщину  менее  одной  стотысячной  доли
сантиметра  и  служит  только  для  того,  чтобы  удобнее
было  включать  фотосопротивление  в  электрическую  цепь.
Пластины  с  запирающим  слоем  используются  для  вы¬
прямления  переменного  тока,  т.  е.  для  превращения  пере¬
менного  тока  в  постоянный.
 Фотосопротивление  обладает  еще  одним  свойством.
Если  соединить  его  с  прибором  для  измерения  силы  тока
и  осветить  так,  чтобы  лучи  действовали  на  запирающий
слой  (рис.  107),  то  в  цепи  возникнет  электрический  ток.
 136

хотя  в  ней  нет  никакого  другого  источника  тока.  Таким
образом,  эта  пластина  представляет  собой  фотоэлемент  с
запирающим  слоем,  в  котором  электрическая  энергия
создается  за  счет  световой  энергии,  причем,  чем  интен¬
сивнее  свет,  тем  больше  сила  тока.  Обычно  направление
тока  в  них  противоположно  тому  направлению,  в  котором
через  пластину  мог  бы  проходить  ток  от  внешнего  источ¬
ника  (см.  рис.  106,6).
 Устройство  фотоэлемента  с  запирающим  слоем,  как
можно  видеть  из  рисунка  107,  простое.  На  толстую  ме¬
таллическую  пластину  1  наносят  тончайший  прозрачный
слой  полупроводника  2,  а  сверху  д^я  контакта  наклады¬
вают  металлическую  сетку  3  или  покрывают  полупровод¬
ник  тонкой  металлической  пленкой.  Слой  полупроводни¬
ка  2  и  верхний  слой  металла  должны  быть  настолько
тонкими,'  чтобы  свет  мог  сквозь  них  проникать  к  запи¬
рающему  слою  4.  В  качестве  полупроводника  в  элемен¬
тах  с  запирающим  слоем  берут  не  только  оксид  меди  (I),
но  и  другие  вещества.  В  частности,  Б.  Т.  Коломийцем
разработаны  серно-таллиевые  фотоэлементы  чувствитель¬
ностью  0,005  мА/лм,  которая  в  десятки  раз  превышает
чувствительность  других  фотоэлементов.  Коэффициент
полезного  действия  этих  батарей  составляет  около  6%,
они  не  требуют  других  источников  тока,  просты  по  конст¬
рукции  и  удобны  в  эксплуатации.  Поэтому  батареи  таких
фотоэлементов  устанавливаются  на  всех  космических
кораблях  (рис.  108),  в  автоматических  устройствах,  сиг¬
нальных  и  счетных  установках,  звуковом  кино  и  т.  д.
 137

ПРАКТИЧЕСКОЕ  ИСПОЛЬЗОВАНИЕ  ФОТОЭФФЕКТА
Прибор  ДЛЯ  НОЧНОГО  видения
 Фотоэлементы  используются  во  многих  случаях,  на¬
пример  в  приборе,  позволяющем  видеть  в  темноте.  Пред¬
меты,  которые  необходимо  увидеть,  освещают  прожекто¬
ром,  излучающим  невидимые  инфракрасные  лучи.  Для
этого  обычный  прожектор  закрывают  особым  стеклом,  не
пропускающим  видимые  лучи  и  хорошо  пропускающим
инфракрасные  лучи,  которых  очень  много  в  свете  про¬
жектора.
 Отраженные  предметами  инфракрасные  лучи  попа¬
дают  в  прибор  (рис.  109).  Он  представляет  собой  про¬
зрачный  цилиндр  с  двумя  донышками.  Воздух  из  прост¬
ранства  между  ними  откачан.  На  внутреннюю  поверх¬
ность  переднего  донышка  нанесен  тонкий  слой  веще¬
ства  /,  чувствительного  только  к  инфракрасным  лучам.
На  внутреннюю  сторону  заднего  донышка  нанесен  люми¬
нофор  2,  который  может  светить  под  ударами  падающих
на  него  электронов.  Между  слоем  светочувствительного
вещества  и  люминофором  подают  напряжение  в  не¬
сколько  тысяч  вольт.  Первый  слой  служит  катодом,  вто¬
рой  —  анодом.
 Перед  цилиндром  помещают  объектив,  создающий  на
светочувствительной  поверхности  переднего  донышка  не¬
видимое  изображение  тех  предметов,  которые  мы  рас¬
сматриваем.  Под  действием  инфракрасных  лучей  из  све¬
точувствительного  слоя  (катода)  вырываются  электроны,
которые  с  большой  скоростью  движутся  к  люминофору
(аноду)  и,  ударившись  об  него,  вызывают  свечение.
Те  места,  на  которые  попало  больше  инфракрасных  лучей,
испускают  больше  электронов.  Эти  электроны  вызывают
и  более  интенсивное  свечение  люминофора.  Так,  на  люми¬
нофоре  получается  видимое  изображение  невидимых
предметов,  находящихся  в  поле  зрения  прибора.  Это
изображение  рассматривается  с  помощью  обычного
объектива  и  окуляра.
 Можно  построить  прибор  ночного  видения  и  в  ультра¬
фиолетовых  лучах.  Однако  эти  лучи  в  сильной  степени
поглощаются  воздухом,  пылью  и  туманом.  Поэтому
в  нем  будут  видны  только  очень  близкие  предметы.  Ин¬
фракрасные  же  лучи  проходят  через  пыль,  туман  и
воздух.
 138

107}

ПРИМЕНЕНИЕ  ФОТОРЕЛЕ
 Фотоэлемент  является  важной  составной  частью  мно¬
гих  автоматических  станков  или  машин.  Так,  например,
при  работе  пресса  во  избежание  несчастных  случаев
применяют  автоматическое  устройство,  схема  которого
представлена  на  рисунке  ПО.
 Луч  света  от  лампы  1  проходит  через  опасную  зону  7
и  попадает  на  фотоэлемент  2.  При  этом  по  катушке  маг¬
нитного  реле  3  протекает  ток  и  толкатель  4,  управляю¬
щий  работой  пресса,  удерживается  в  вертикальном  поло¬
жении,  кулачковая  муфта  5  остается  невключенной.
 Когда  рабочий  нажимает  на  педаль,  муфта  5  сцеп¬
ляется  и  электрический  мотор  6  приводит  пресс  в  движе¬
ние.  Если  же  рабочий  случайно  попадает  в  опасную  зону
7  и  свет  не  попадает  на  фотоэлемент  2,  то  ток  по  катушке
реле  3  прекратится.  Благодаря  этому  пружина  8  пере¬
местит  толкатель  в  крайнее  левое  положение,  а  пружи¬
на  9  разъединит  муфту  5.  Тем  самым  рабочий  будет  за¬
щищен  от  несчастного  случая.
 Магнитное  реле  может  включать  вторичный,  более
сильный  ток  либо  тогда,  когда  возникает  фотоэлектриче¬
ский  ток,  либо  тогда,  когда  этот  ток  исчезает.
 Применение  фотореле  необычайно  разнообразно.  На
рисунке  111  изображено  реле,  включающее  и  выключаю¬
щее  уличное  освещение.  Когда  интенсивность  дневного
света  ниже  нормы,  то  сила  тока  фотоэлемента  настолько
мала,  что  реле  включает  электрические  лампы  уличных
фонарей.  Утром,  когда  интенсивность  света  становится
достаточной  для  нормальной  видимости,  сила  тока  в
фотоэлементе  возрастает  и  фонари  выключаются.
 Своевременное  включение  и  выключение  уличных  фо¬
нарей  сберегает  очень  много  электрической  энергии.  Та¬
кие  же  фотоэлектрические  устройства  включают  и  выклю¬
чают  свет  маяков  и  бакенов.
 ФОТОТЕЛЕГРАФ
 Фотоэлемент  является  важной  составной  частью
фототелеграфа,  позволяющего  передавать  по  проводам
на  далекие  расстояния  неподвижные  изображения  рисун¬
ков,  рукописей,  фотографий.  Например,  снимок,  сделан¬
ный  где-нибудь  в  Сибири,  в  тот  же  день  появляется  и  в
центральных  газетах.
 140

Один  из  способов  осуществления  фототелеграфа  со¬
стоит  в  следующем  (рис.  112).  Передаваемый  документ
или  снимок  укрепляют  на  барабане  /,  который  медленно
вращается  и  одновременно  смещается  вдоль  своей  оси,
подобно  гайке,  навинчиваемой  на  винт.  На  чертеж
направляют  тонкий  пучок  света,  освещающий  на  нем
маленькое  пятнышко  размером  0,2  X  0,2  мм.
 При  движении  барабана  зайчик  2  перемещается  по
бумаге,  описывая  винтовую  линию,  покрывающую  всю
поверхность  передаваемого  чертежа.
 Отраженный  свет  попадает  на  фотоэлемент  3,  Когда
луч  отражается  от  белой  бумаги,  то  фотоэлемент  осве¬
щается  интенсивно,  а  когда  от  черных  линий  чертежа,  то
света  попадает  на  фотоэлемент  мало.  В  соответствии  с
этим  изменяется  и  сила  тока  в  фотоэлементе.  Импульсы
этого  тока  пропорциональны  яркости  отдельных  мест
изображения.
 После  усиления  сигнал  передается  на  приемную  стан¬
цию.  Здесь  электрические  сигналы  превращаются  в  све¬
товые.  Для  этого  электрический  ток  пропускают  через
модулятор  света  —  особый  прибор,  прозрачность  кото¬
рого  изменяется  в  зависимости  от  силы  тока,  проходя¬
щего  через  него.  Чем  больше  сила  тока,  тем  прозрачней
модулятор.  Поэтому  и  пучок  света,  проходящий  через
модулятор,  соответственно  меняет  свою  яркость.
 Этот  свет  направляют  на  фотобумагу,  укрепленную  на
таком  же  барабане  4,  как  и  барабан  передающей  стан¬
ции.  После  проявления  на  фотобумаге  появляется  точная
копия  оригинала.
 141

другие  случаи  использования  фотореле
 Приведенными  примерами  не  исчерпываются  все  слу¬
чаи  использования  фотоэффекта.  На  горных  дорогах  не¬
редко  бывает,  что  идущая  с  большим  грузом  автомашина
не  может  свободно  пройти  через  туннель.  В  таких  слу¬
чаях,  чтобы  предупредить  аварию,  также  используют
фотореле.
 Перед  входом  в  туннель  в  его  верхней  части  устанав¬
ливают  источник  света  так,  чтобы  луч  шел  параллель¬
но  дороге,  навстречу  подъезжающей  машине.  Если  груз
не  превышает  высоты  туннеля,  луч  света  не  попадает
на  него  и  машина  может  спокойно  проезжать  в  туннель.
Но  если  перед  туннелем  оказывается  машина  с  очень
высоким  грузом,  луч  света  отражается  от  него  и  падает
на  фотоэлемент,  укрепленный  рядом  с  источником  света.
Перед  туннелем  загорается  красная  лампа  и  подается
предупредительный  звуковой  сигнал  тревоги.
 Можно  устроить  световую  преграду  на  невидимых  лу¬
чах  —  ультрафиолетовых  или  инфракрасных.  Преиму¬
щество  такой  преграды  в  том,  что  она  невидима.  Подоб¬
ные  установки  успешно  используются  для  охраны  грани¬
цы,  а  также  различных  помещений  и  территорий.
 На  железнодорожном  транспорте  фотореле  исполь¬
зуются  для  самых  различных  целей:  для  остановки  по¬
ездов,  для  автоматической  сигнализации  при  разрыве
состава  в  пути,  для  контроля  за  скоростью  поездов  и  т.  д.
 Фотоэлемент  применяют  и  для  автоматического  счета
различных  изделий,  движущихся  на  конвейере  (рис.  113).
 142

Каждый  раз,  когда  какое-нибудь  непрозрачное  тело  пере¬
секает  пучок  света,  сила  тока  в  фотоэлементе  резко  па¬
дает.  Нетрудно  сделать  приспособление,  которое  при
каждом  таком  падении  силы  тока  будет  автоматически
поворачивать  колесо  счетчика  на  одно  деление,  т.  е.  счи¬
тать  проходящие  предметы.
 Такие  устройства  позволяют  считать  безошибочно  с
большой  скоростью  до  тысячи  и  более  деталей  в  минуту.
 Фотоэлементы  могут  применяться  в  любой  отрасли
техники.  Автоматическое  взвешивание,  измерение  скоро¬
сти  движения  различных  тел,  автоматический  контроль
качества  изделия,  измерение  давления,  температуры,
влажности,  концентрации  —  вот  неполный  перечень  того,
что  может  делать  фотоэлемент.
 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ  ФОТОЭФФЕКТА  В  ТЕЛЕВИДЕНИИ
Иконоскоп
 Для  передачи  движущихся  изображений  на  расстоя¬
ние  с  помощью  электричества  профессор  С.  И.  Катаев
в  1931  г.  изобрел  передающую  трубку  —  иконоскоп
(рис.  114).
 Основными  частями  иконоскопа  являются  мозаика  и
электронный  прожектор.  Мозаика  состоит  из  нескольких
миллионов  зерен  серебра,  покрытых  цезием,  изолирован¬
ных  друг  от  друга  и  покрывающих  обращенную  к  пере¬
даваемому  изображению  сторону  слюдяной  пластинки  1.
На  другую  ее  сторону  нанесено  сплошное  металлическое
покрытие  2.  Зерна  мозаики  являются  одновременно  ми¬
ниатюрными  фотокатодами  и  обкладками  весьма  малых
конденсаторов;  другой  обкладкой  для  всех  этих  конден¬
саторов  служит  металлическое  покрытие  2,  называемое
сигнальной  пластинкой.
 Электронный  прожектор  состоит  из  катода  5,  управ-,
ляющего  электрода  4,  анодов  5  и  6  и  отклоняющих  кату¬
шек  7.  На  мозаику  с  помощью  объектива  8  проецируется
передаваемое  изображение  АВ.
 Благодаря  фотоэмиссии  электронов  из  мозаики  ее
зерна  заряжаются  положительно  до  потенциалов,  про¬
порциональных  их  освещенности.  Тонкий  электронный  пу¬
чок,  создаваемый  прожектором,  отклоняется  катушка¬
ми  7  по  строкам  и  вдоль  строк  и,  облучая  мозаику  точка
за  точкой,  разряжает  ее.  При  этом  через  сопротивление  9
 143

проходит  ток,  создавая  на  его  концах  —  на  выходе  ико¬
носкопа  —  напряжение,  пропорциональное  освещенности
передаваемой  точки  изображения.  Другими  словами,  воз¬
никают  электрические  сигналы,  соответствующие  свето¬
вому  изображению,  спроецированному  на  мозаику.  Эти
сигналы  усиливаются  и  передаются  на  приемную  стан¬
цию.
 Кинескоп
 Для  приема  телевизионных  изображений  применяют
электронно-лучевые  трубки,  или  кинескопы,  изобретен¬
ные  в  1907  г.  русским  ученым  Б.  Л.  Розингом.  Кинескоп
(рис.  115)  состоит  из  колбы  /,  в  которой  создан  высокий
вакуум.  На  дне  колбы  помещается  экран  2  из  люминесци-
рующего  материала,  способного  светиться  под  действием
электронной  бомбардировки.
 В  узкой  цилиндрической  части  колбы  находится
электронный  прожектор,  создающий  электронный  луч.
Он  состоит  из  катода  3  —  тонкой  металлической  нити,
которая,  когда  через  нее  пропускают  электрический  ток,
накаляется  и  начинает  испускать  электроны.  В  металли¬
ческом  колпачке,  окружающем  катод,  для  прохода  элект¬
ронного  пучка  сделано  отверстие.
 На  некотором  расстоянии  от  катода  расположен
анод  4,  между  анодом  и  катодом  существует  большое
электрическое  напряжение  в  несколько  тысяч  вольт.  По¬
падая  в  электрическое  поле,  создаваемое  положитель¬
ным  зарядом  анода,  электроны  притягиваются  к  нему  и
приобретают  громадную  скорость.  Но  так  как  анод  имеет
форму  трубки,  то  пучок  быстрых  электронов  пролетает
сквозь  него  дальше  и,  ударившись  об  экран  2,  вызы¬
вает  его  люминесцентное  свечение.  Яркость  этого  све¬
чения  зависит  от  числа  электронов  в  пучке  и  от  их  ско¬
рости.  Как  только  действие  электронного  пучка  прекра¬
щается,  почти  мгновенно  гаснет  и  экран.
 На  пути  электронного  пучка  к  экрану  перед  анодом
расположен  еще  один  электрод  в  виде  кольца  5,  заряжен¬
ный  отрицательно.  Поэтому,  пролетая  внутри  кольца,
пучок  электронов  отталкивается  от  него  и  сжимается  в
очень  тонкий  луч.  При  ударе  об  экран  такой  луч  образует
на  нем  маленькую  яркую  точку.
 На  своем  пути  к  экрану  электронный  пучок  проходит
две  пары  пластинок  б,  которые  служат  для  управления
 144

10-1004

его  движением.  Каждая  пара  пластинок  соединена  с  ге¬
нератором,  вырабатывающим  электрическое  напряжение
пилообразной  формы  (рис.  116).  Сначала  это  напряже¬
ние  медленно  нарастает  от  нуля  до  некоторого  значения,
например  до  100  В,  затем  быстро  падает  до  нуля^  снова
возрастает  и  т.  д.
 Под  действием  такого  напряжения  на  вертикальных
пластинах  электронный  луч  колеблется  горизонтально,
напряжение  на  горизонтальных  пластинах  смещает  его  в
вертикальном  направлении.
 Точно  так  же  ведет  себя  светящаяся  точка  на  экране:
прочертив  одну  горизонтальную  строку,  она  опускается
ниже  и  чертит  новую  строку  и  т.  д.  Обычно  за  ‘/25  с  элек¬
тронный  луч  чертит  625  строк  и  только  один  раз  совер¬
шает  движение  сверху  вниз.  Поэтому  генератор  горизон¬
тальной  развертки  должен  давать  625X25=15  625  ко¬
лебаний  в  секунду,  а  генератор  вертикальной  развертки
только  25,  причем  на  экране  получается  светящийся
прямоугольник.
 Чтобы  на  экране  получилось  передаваемое  изображе¬
ние,  в  кинескопе  имеется  еще  один  электрод  —  сетка  7.
Это  небольшая  трубка,  через  которую  проходит  электрон¬
ный  луч.  К  сетке  и  подводится  принятый  и  усиленный
радиосигнал  от  передатчика.
 Несмотря  на  высокое  анодное  напряжение,  разгоняю¬
щее  электроны  до  большой  скорости,  сравнительно  не¬
большое  отрицательное  напряжение,  приложенное  к  сет¬
ке,  может  задержать  пролетающие  сквозь  нее  электроны
и  даже  возвратить  часть  назад.  В  этом  случае  на  экран
 146

кинескопа  будет  попадать  небольшое  число  электронов  и
светящееся  пятно  будет  слабым.
 Наоборот,  если  отрицательное  напряжение  на  сетке
уменьшить  до  нуля,  то  число  электронов  в  пучке  резко
возрастет.  Ударяясь  об  экран,  такой  луч  образует  и  бо¬
лее  яркую  световую  точку.
 Движение  развертывающего  луча  передатчика  долж¬
но  с  большой  точностью  согласовываться  с  движением
электронного  луча  кинескопа.  Иначе  все  точки  принятого
изображения  окажутся  не  на  своих  местах,  и  оно  будет
искаженным.
 Чтобы  этого  не  случилось,  вместе  с  сигналом  изобра¬
жения  по  радио  посылаются  специальные  сигналы  «сог¬
ласовывания»  (синхронизации).  По  этим  сигналам
электронный  луч  приемника  начинает  развертку  каждой
строки  и  каждого  кадра  строго  одновременно  с  начала
развертки  их  на  передатчике.
 Общая  схема  телевизионной  передачи  и  приема  пока¬
зана  на  рисунке  117.
 ЦВЕТНОЕ  ТЕЛЕВИДЕНИЕ
Цветной  кинескоп
 В  настоящее  время,  кроме  черно-белых,  широкое
распространение  получили  и  цветные  телевизоры.  Рас¬
смотрим  устройство  и  принцип  действия  трехлучевого
цветного  кинескопа,  схема  которого  изображена  на  цвет¬
ной  вклейке  VIII,  рис.  1.  Экран  кинескопа  I  представляет
 10*
 147

собой  мозаику,  состоящую  из  сотен  тысяч  точечных  лю¬
минофоров  трех  видов:  красного,  зеленого  и  синего
(эти  условные  названия  означают,  что  под  действием
электронного  луча  данный  люминофор  дает  свечение  со¬
ответствующего  цвета).  Точечные  люминофоры  образуют
группы  из  трех  точек  —  к,  з,  с,  систематически  повто¬
ряющиеся  вдоль  строки  (см.  цветную  вклейку  VIII,
рис.  2).
 В  соответствии  с  точечным  трехцветным  экраном  в
кинескопе  имеются  три  отдельных  электронных  прожек¬
тора  2,  создающие  три  электронных  луча  3,  которые
условно  назовем  красным,  зеленым  и  синим.  Интенсив¬
ность  этих  лучей  управляется  (независимо  друг  от  дру¬
га)  подачей  напряжений  {/к,  Us  и  {/с  на  управляющие
электроды  2.  Однако  развертка  по  строкам  и  кадрам
производится  одновременно  одной  общей  для  всех  лучей
отклоняющей  магнитной  системой  4.
 Для  того  чтобы  каждый  из  электронных  лучей,  дости¬
гая  экрана,  попадал  только  на  «свои»  точки  люминофора,
перед  экраном  1  помещается  маска  5,  представляющая
собой  тонкую  металлическую  пластинку  толщиной  0,15  мм
с  многочисленными  отверстиями  для  прохождения  элект¬
ронных  лучей.  Электронная  система  кинескопа  устроена
так,  чтобы  обеспечить  схождение  всех  трех  лучей  в  об¬
щей  точке  на  поверхности  маски.
 Таким  образом,  при  строчной  и  кадровой  развертке
электронные  лучи  будут  последовательно  проникать  через
все  отверстия  маски,  одновременно  возбуждая  три  раз¬
ных  точечных  люминофора,  находящиеся  за  каждым
отверстием  (см.  цв.  вклейку  VIII,  рис.  3).  Если  бы  маска
отсутствовала,  каждый  из  лучей,  двигаясь  по  строкам
и  кадрам,  возбуждал  бы,  кроме  «своих»  точек,  также  и
точки  двух  других  люминофоров.
 На  цветной  вклейке  VIII,  рисунок  4  иллюстрируется
избирательное  действие  маски.  Рассмотрим  движение
трех  лучей  (к,  з,  с)  слева  направо  вдоль  маски.
 а) 	В  первый  момент  все  три  луча  проникают  через
отверстие  т  в  маске  и  попадают  на  соответствующие
точечные  катодолюминофоры,  вызывая  свечение  экрана.
 б) 	и  в)  В  следующие  два  момента  лучи  скользят  по
непрозрачному  промежутку  тп  между  отверстиями  мас¬
ки.  Поэтому  лучи  не  проникают  через  маску,  не  доходят
до  экрана  и  не  вызывают  свечения  экрана.
 г)  Все  три  луча  проходят  через  отверстие  п,  и  каж¬
 148

дый  из  них  вызывает  свечение  «своего»  точечного  като-
долюминофора.
 Таким  образом,  благодаря  маске  лучи  попадают  толь¬
ко  на  соответствующие  катодолюминофоры.
 Цветное  изображение  получается  путем  пространст¬
венного  смешения  цветов.  Например,  если  все  три  цвет¬
ные  группы  точек  (к,  з,  с)  светятся  с  одинаковой  яр¬
костью,  то  получится  белое  свечение  экрана;  если  светят¬
ся  синие  и  зеленые  точки  люминофора,  то  экран  будет
казаться  для  зрителей  голубым;  если  светятся  красные  и
синие  точки,  то  экран  будет  пурпурного  цвета  и  т.  д.
Следовательно,  в  зависимости  от  сигналов,  модулирую¬
щих  электронные  лучи,  будет  меняться  цвет  свечения
участков  экрана,  так  как  яркость  свечения  частиц  люми¬
нофоров  каждого  из  цветов  зависит  от  плотности  тока
электронных  лучей.  Как  следует  из  описания  принципа
работы  кинескопа,  число  элементов  разложения  опреде¬
ляется  числом  отверстий  маски,  а  группа  из  трех  цветных
точек  люминофоров  образует  один  элемент  изображения.
 В  цветных  телевизорах  экран  делают  прямоугольным.
Диаметр  отверстий  в  маске  и  размер  цветной  точки  лю¬
минофора  порядка  0,25—0,3  мм.  На  экране  трубки  раз¬
мером  по  диагонали  59  см  размещается  I  200  ООО  цветных
точек  люминофоров,  что  соответствует  400  ООО  отверстий
в  маске.
 Следует  указать,  что  наличие  трех  электронных  про¬
жекторов,  маски  и  мозаичного  экрана  делает  цветной
телевизор  значительно  более  сложным  по  сравнению  с
черно-белым.
 Значение  телевидения  в  жизни  человека
 В  современной  жизни  исключительно  велика  ррль
телевидения.  С  помощью  телевидения  зрители  не  только
знакомятся  с  политическими  событиями,  с  новыми  теат¬
ральными  и  эстрадными  постановками,  оно  широко  ис¬
пользуется  в  науке  и  технике,  прежде  всего  там,  где  не¬
посредственное  наблюдение  опасно  или  невозможно.  Те¬
левизионная  камера  позволяет  наблюдать  за  течением
технологических  процессов,  происходящих  при  очень  вы¬
сокой  температуре  и  давлении,  за  взрывами,  химиче¬
скими  реакциями  и  т.  д.  Эту  задачу  можно  решить,
установив  в  нужных  местах  телевизионные  камеры,  пере¬
 149

дающие  изображения  на  центральный  наблюдательный
пункт.
 Важную  роль  играет  телевидение  в  медицине,  в  част¬
ности  в  хирургии.  Наблюдать  сложную  операцию,  не  ме¬
шая  хирургу,  могут  в  лучшем  случае  2—3  человека.
Здесь  также  может  помочь  телевидение.  Над  операцион¬
ным  столом  устанавливают  телевизионную  камеру-пере¬
датчик,  а  в  соседнем  помещении  камеру-приемник,  позво¬
ляющую  следить  за  сложной  операцией  большому  числу
врачей.
 Телевизионная  камера  позволяет  с  борта  судна  видеть
то,  что  происходит  на  глубине  моря.  Подводный  телеви¬
зор  устроен  так  же,  как  и  обычный  наземный.  Пришлось
только  сделать  камеру  водонепроницаемой  и  изменить
оптическую  систему,  так  как  оптические  свойства  воды
резко  отличаются  от  оптических  свойств  воздуха.  Пере¬
дающую  камеру  телевизора  опускают  в  воду  на  прочном
кабеле,  который  служит  одновременно  для  подачи  элект¬
роэнергии.  Передающие  телевизионные  аппараты  бывают
активные  и  пассивные.
 Активные  аппараты  снабжены  электродвигателями  и
гребными  винтами,  с  помощью  которых  они  передвигают¬
ся  в  нужном  направлении.  Управляет  двигателями  опе¬
ратор,  находящийся  на  судне.  Подводная  телевизионная
камера  может  «обойти»  вокруг  судна,  а  оператор  про¬
верить  состояние  его  подводной  части  и  определить,  нуж¬
дается  ли  судно  в  ремонте,  в  очистке  корпуса  от  обраста¬
ния. 	^
 Пассивные  камеры  не  передвигаются,  но  тоже  прино¬
сят  большую  пользу.  При  помощи  камеры  можно,  напри¬
мер,  осмотреть  гребной  винт  судна.
 Следует  напомнить,  что  водолаз  может  пробыть  на
глубине  100  м  не  более  30  мин,  а  время  пребывания  под
водой  телевизионной  камеры  неограниченно.  Камера  мо¬
жет  быть  опущена  на  такую  глубину,  куда  водолаз
спуститься  не  в  состоянии.
 Очень  эффективно  применение  буксируемых  телеви¬
зионных  камер  при  розыске  и  подъеме  затонувших  судов
и  даже  торпед.
 Телевизионная  камера  позволила  нам  наблюдать  за
работой  космонавтов  на  космических  кораблях,  на  Луне,
с  помощью  телевидения  были  переданы  на  Землю  изоб¬
ражения  далеких  планет  —  Марса,  Сатурна,  Юпитера,
находящихся  от  Земли  на  расстоянии  многих  миллионов
километров.
 150

ОПТИКА  КОГЕРЕНТНЫХ  СВЕТОВЫХ  ВОЛН
 КВАНТОВЫЕ  ГЕНЕРАТОРЫ  СВЕТА
 дним  из  крупнейших  изобретений  нашего  века
является  квантовый  генератор,  или  лазер.  Теоре¬
тические  основы  лазеров  были  разработаны  советскими
учеными  Н.  Г.  Басовым  и  А.  М.  Прохоровым  и  незави¬
симо  от  них  американским  ученым  Ч.  Таунсом,  получив¬
шими  за  эту  работу  в  1964  г.  Нобелевскую  премию.
 Рассмотрим  принцип  действия  квантового  генератора,
активным  или  рабочим  веществом  которого  служит  ру¬
бин.  Такой  генератор  называется  рубиновым  лазером.
Главной  частью  лазера  (рис.  118,  а)  служит  синтетиче¬
ский  рубиновый  кристалл  1  (оксид  алюминия  с  примесью
0,05%  хрома),  имеющий  форму  стержня.  Длина  его
колеблется  от  2  до  30  см,  диаметр  —  от  0,5  до  2  см.
Плоские  торцовые  концы  2  кристалла  делают  строго
параллельными,  шлифуют  и  полируют  с  высокой  точно¬
стью.  Поверхность  торцов  покрывают  тонкими  зеркаль¬
ными  слоями  серебра,  причем  один  из  них  делают  полу¬
прозрачным.
 Кристалл  для  охлаждения  заключают  в  кварцевую
трубку  3,  через  которую  циркулирует  жидкий  азот.  Руби¬
новый  стержень  помещают  в  спиральную  импульсную
ксеноновую  лампу  4,  витки  которой  охватывают  его  со
всех  сторон.
 Вспышка  лампы  длится  тысячные  доли  секунды,  при¬
чем  она  дает  мощное  излучение  с  преобладанием  зеле¬
ного  света.  За  это  время  лампа  потребляет  энергию  в
несколько  тысяч  джоулей,  большая  часть  которой  уходит
на  нагревание  прибора.
 Другая,  меньшая  часть  в  виде  голубого  и  зеленого
излучения  поглощается  рубином.  При  этом  атомы  хрома
 151

возбуждаются,  переходя  с  первого,  низшего  (основного)
энергетического  уровня  (I)  на  высший  —  второй  (И),  а
затем  на  промежуточный  —  третий  (III)  (метастабильный)
уровень  (рис.  118,6).  Время  пребывания  их  на  третьем
уровне  в  1000  раз  больше,  чем  на  втором,  в  результа¬
те  чего  в  кристалле  накапливаются  возбужденные
атомы.
 Под  действием  кванта  красного  цвета  (некоторое
число  таких  атомов  кристалл  испускает  самопроизволь¬
но)  атом  хрома  переходит  с  третьего  энергетического
уровня  на  первый,  излучая  квант  света,  совпадающий
по  фазе  и  направлению  с  квантом,  породившим  его.
Оба  эти  кванта  вызывают  появление  еще  двух  и  т.д.;
число  квантов  лавинообразно  возрастает.
 Часть  световой  волны,  параллельной  оси  кристалла,
отражаясь  многократно  от  его  торцов,  непрерывно  уве¬
личивает  свою  амплитуду  благодаря  новым  присоеди¬
няющимся  квантам  и,  наконец,  пробивает  полупрозрач¬
ный  серебряный  слой  и  вырывается  из  лазера  тонким  и
мощным  световым  пучком  красного  цвета.  А  те  кванты,
направление  распространения  которых  в  начале  их  воз¬
никновения  не  совпало  с  направлением  оси  стержня,
уходят  через  боковые  стенки  рубинового  стержня,  не
вызывая  сколько-нибудь  заметного  излучения.  Только
многократное  прохождение  возникшей  световой  волны
между  торцами  стержня  без  какого-либо  существенного
отклонения  ее  от  оси  стержня  обеспечивает  световому
импульсу  строгую  направленность  и  огромную  мощность,
которая  еще  недавно  казалась  фантастичной.
 152

Со  времени  изобретения  первых  лазеров  техника
квантовых  генераторов  получила  дальнейшее  развитие.
Увеличилась  их  мощность,  созданы  лазеры  непрерывного
действия,  лазеры,  в  которых  активным  веществом,  гене¬
рирующим  когерентный  свет,  служат  газы  (газовые
лазеры)  или  полупроводники  (полупроводниковые  ла¬
зеры).  Появились  и  новые  способы  «накачки»,  т.  е.  спо¬
собы  возбуждения  активного  вещества,  генерирующего
свет.
 Увеличение  мощности  лазеров  поставило  перед  уче¬
ными  проблему  управления  световым  потоком  таких  ла¬
зеров.  Сферические  и  цилиндрические  линзы  пригодны
только  для  сравнительно  небольшой  мощности  излуче¬
ния.  При  большой  мощности  излучения  стеклянные  лин¬
зы  растрескиваются  и  выходят  из  строя.  В  этом  слу¬
чае  пришлось  отказаться  от  привычной  оптики  и  заме¬
нить  ее  системой  металлических  полированных  зеркал
(рис.  119).
 .  На  рисунке  120  показан  газовый  лазер.  Существен¬
ное  отличие  его  от  рубинового  лазера  заключается
в  том,  что  газовый  лазер  работает  в  непрерывном  режи¬
ме.  По  своему  устройству  он  похож  на  неоновую  газо¬
разрядную  трубку,  которая  применяется  для  рекламы.
Лазер  состоит  из  стеклянной  трубки  1,  наполненной
смесью  неона  и  гелия.  В  ее  торцы  впаяны  два  электро¬
да  2,  к  которым  подведено  высокое  напряжение  5.  Све¬
чение,  возникающее  в  трубке  за  счет  высоковольтного
разряда,  возбуждает  атомы  смеси,  что  создает  большую
«заселенность»  метастабильного  состояния.  И  хотя  атомы
 153

непрерывно  переходят  в  основное  состояние,  они  сразу
же  за  счет  свечения  газа  от  высоковольтного  разряда
снова  возвращаются  в  метастабильное  состояние.  Излуче¬
ние  лазера  4  выходит  из  трубки  через  ее  правый  полу¬
прозрачный  торец  5.
 Способы  возбуждения  лазера
 В  первых  образцах  рубиновых  лазеров  применялись
спиральные  газоразрядные  лампы,  охватывающие  руби¬
новый  стержень.  Для  накачки  использовалась  энергия
вспышки  лампы.  В  настоящее  время  наряду  с  оптиче¬
скими  методами  применяют  и  другие  методы  накачки,
например  метод  солнечного  возбуждения,  возбуждение
энергией  взрывающейся  проволочки,  катодно-люмине-
сцентное  возбуждение.
 На  рисунке  121  показана  система  возбуждения,  ис¬
пользующая  солнечную  энергию.  Для  фокусировки  сол¬
нечного  света  1  применяется  параболическое  зеркало  2
диаметром  до  ПО  см.  Свет  от  параболического  зеркала
с  помощью  стеклянной  линзы  3  концентрируется  на  сап¬
фировую  сферу  4,  примыкающую  к  одному  из  торцов
рубинового  стержня  5.  Излучение  6  выходит  через  другой
полупрозрачный  торец  рубина.
 Другой  способ  возбуждения  основан  на  использо¬
вании  энергии  взрывающейся  проволоки  (рис.  122).  Это
очень  мощный  источник  света.  Взрывающаяся  прово¬
лока  1  помещается  в  одной  из  фокальных  линий  эллип¬
тического  отражателя  2  из  нержавеющей  стали.  В  другой
фокальной  линии  помещается  рубин  3.  Взрывается  про¬
волока  большим  импульсом  тока  при  разряде  блока  кон¬
денсаторов  4.  Проволоку  делают  из  вольфрама,  алюми¬
ния  и  меди  длиной  около  50  мм  и  диаметром  0,1—0,2  мм.
Поверхность  рубина  защищается  от  капель  расплавлен¬
ного  металла  и  ударной  волны  специальным  экраном  5
из  стекловолокна.  Этот  способ  весьма  перспективен  для
создания  сверхмощных  лазеров.
 В  случае  катодно-люминесцентного  возбуждения  при¬
меняется  электронно-лучевая  трубка  (рис.  123).  Она
состоит  из  металлического  цилиндра  1,  внутренняя  по¬
верхность  2  которого  покрывается  специальным  люмино¬
фором.  По  оси  цилиндра  размещается  рубиновый  стер¬
жень  3,  защищенный  экраном  4.  При  бомбардировке
электронами  5  люминофор  светится.  Энергия  излучения
 154

119  ]

люминесценции  является  источником  возбуждения  руби¬
на.  Возникающий  луч  лазера  выходит  через  торец  ру¬
бина.
 Применение  лазеров
 В  отличие  от  света,  испускаемого  обычными  источни¬
ками,  свет  лазера  обладает  высокой  мощностью,  коге¬
рентностью  и  монохроматичностью.  Это  позволяет  ис¬
пользовать  его  в  качестве  тончайшего  инструмента  для
исследования  особенностей  строения  атомов  и  молекул
и  для  выяснения  биологической  структуры  живых  кле¬
ток.  Квантовые  генераторы  применяются  в  медицине,
биологии,  химии,  геофизике,  космонавтике,  навигации.
 Лазеры  позволили  произвести  оптическую  локацию
небесных  тел.  В  ноябре  1963  г.  в  Советском  Союзе
был  осуществлен  опыт  по  исследованию  Луны  с  помощью
лазера.  Излучение  лазера,  установленного  в  фокусе  2,6  м
телескопа  Крымской  обсерватории,  в  виде  мощных  им¬
пульсов  посылали  в  сторону  Луны.  Отраженный  Луной
луч  возвращался  на  Землю,  где  регистрировался  очень
чувствительными  приемными  устройствами.  Интенсив¬
ность  отраженного  луча  была  в  10‘^  раз  слабее  перво¬
начальной.  Однако  этого  оказалось  достаточно,  чтобы
определить  конфигурацию  естественного  спутника  Земли
и  pasjviepbi  отдельных  частей  его  поверхности  с  точно¬
стью,  в  100  раз  превышавшей  точность  любого  другого
метода.  Этим  способом  была  определена  глубина  лунных
кратеров.
 Чрезвычайно  широки  перспективы  применения  лазе¬
ров  для  различных  технических  целей.  Уже  сейчас
созданы  приборы  для  выполнения  ряда  технологических
операций,  которые  раньше  были  вообще  невыполнимы
или  крайне  затруднены.
 Луч  лазера  создает  на  поверхности  образца  темпе¬
ратуру  в  несколько  тысяч  градусов  и  мгновенное  его
испарение  в  том  месте,  куда  упал  луч.  Это  открывает
возможность  для  промышленной  обработки  различных
изделий,  особенно  сверхтвердых  материалов,  таких,  как
алмаз,  корунд,  специальные  сплавы.  Так,  например,
сверление  отверстий  в  алмазном  фильере  обычным  спо¬
собом  длится  несколько  часов;  лазерный  станок  выпол¬
няет  эту  работу  за  несколько  минут.
 156

с  помощью  лазера  производится  травление  микро¬
схем.  Травлением  называют  удаление  излишнего  мате¬
риала  с  платы,  на  которую  нанесен  рисунок  радиосхемы.
После  травления  остаются  только  необходимые  соедине¬
ния.
 При  обработке  деталей  на  токарном  станке  луч  лазе¬
ра  фокусируется  в  непосредственной  близости  от  резца
(рис.  124).  От  этого  металл  нагревается  и  размягчается
в  чрезвычайно  узкой  зоне,  которая  тут  же  идет  в  струж¬
ку.  Это  резко  сокращает  время  обработки  детали.
Мощным  пучком  лазера  режут  самые  твердые  материа¬
лы,  «прошивают»  в  них  тончайшие,  а  также  фигурные
отверстия.
 Сфокусированным  лучом  лазера  производят  микро¬
сварку  мельчайших,  даже  не  видимых  невооруженным
глазом,  деталей  при  изготовлении  полупроводниковых
приборов  и  монтаж  сложных  и  тонких  радиосхем,  а  так¬
же  сваривают  разнородные  материалы  —  алюминий  и
никель,  золото  и  кремний  и  т.  д.
 Неоценимую  помощь  оказывает  лазер  шахтерам  при
проходке  горных  выработок.  Наметив  ось  будущего  под¬
земного  коридора,  устанавливают  лазер  так,  чтобы  его
луч  шел  по  этой  оси.  Ослепительно  яркий  световой
зайчик  лазерного  луча  служит  горнякам  тем  ориен¬
тиром,  по  которому  ведется  работа.  Такой  способ  га¬
рантирует  высочайшую  точность  проходки  горной  вы¬
работки.
 Луч  лазера  может  быть  с  успехом  использован  в
качестве  скальпеля.  В  этом  случае  луч  от  лазера  пере¬
дают  по  гибкому  световоду,  состоящему  из  пучка  стек¬
лянных  нитей.  Световод  оканчивается  линзой  и  ручкой.
Луч  фокусируется  в  небольшую  точку  диаметром  в  не¬
сколько  десятимиллиардных  долей  метра.  Таким  скаль¬
пелем  разрезают  ткань  тела,  обеспечивая  полную  сте¬
рильность.
 Весьма  ценным  инструментом  служит  лазер  в  глазной
хирургии.  Дело  в  том,  что  луч  лазера  определенной
интенсивности  может  проходить  через  прозрачные  ткани
глаза,  не  повреждая  их.  Это  позволяет  производить  опе¬
рации  внутри  глаза,  в  частности  «приваривание»  отстав¬
шей  сетчатки.  Кратковременность  светового  импульса
исключает  перегрев  глаза  или  его  повреждение  при  не¬
произвольном  движении  глаз.
 157

ПРИНЦИПЫ  ГОЛОГРАФИИ'
 Голография  точечного  объекта
 Голографией  называется  метод  съемки  предметов  и
воспроизведения  их  изображений,  основанный  на  интер¬
ференции  света.  Общая  теория  голографии  была  разра¬
ботана  в  1948—1951  гг.  английским  ученым  Деннисом
Габором.  Поясним  сущность  голографии  на  примере  по¬
лучения  голограммы  точечного  объекта  (рис.  125,  о).
Пусть  перед  фотопластиной  1  помещен  точечный  пред¬
мет  2,  освещенный  когерентной  волной  лазера.  Отражен¬
ная  предметом  сферическая  когерентная  волна  3  (она
называется  сигнальной)  падает  на  фотопластину  1.
Кроме  того,  на  пластину  направлена  еще  одна  вспомо¬
гательная  когерентная  плоская  волна  4  (для  ^  этого
используется  тот  же  лазер),  называемая  опорной  вол¬
ной.  Обе  волны  —  сигнальная  и  опорная  —  интерфе¬
рируют,  и  в  светочувствительном  слое  фотопластины
возникает  неподвижная  интерференционная  картина.
 Как  известно,  когерентные  волны  опорного  луча
имеют  одинаковые  амплитуду  и  длину,  а  также  равные
соотношения  фаз;  сигнальные  волны,  отраженные  от
предмета,  имеют  на  фотопластине  различную  амплитуду,
а  их  фазы  случайны.  Именно  поэтому  интерференцион¬
ный  эффект  в  каждой  точке  фотослоя  определяется
 '  При  описании  голографии  использована  книга:  Тарасов  Л.  В.
Оптика,  рожденная  лазером.  М.,  1977.
 158

амплитудой  и  фазой  сигнальной  волны,  которые  в  свою
очередь  связаны  с  формой  предмета.  Таким  образом,
получающееся  после  проявления  фотопластины  интерфе¬
ренционное  изображение  (голограмма)  хранит  информа¬
цию  о  форме  предмета.
 Голограмма  совершенно  не  похожа  на  изображаемый
ею  предмет,  она  представляет  собой  весьма  сложную
картину,  состоящую  из  множества  тонких  причудливых
линий,  которые  можно  наблюдать  только  в  мощный
микроскоп.
 Чтобы  получить  изображение  предмета  (этот  процесс
называется  считыванием),  необходимо  осветить  получен¬
ную  голограмму  волной  лазера  с  частотой,  одинаковой
с  частотой  опорной  волны  4  и  под  таким  же  углом  к  фо¬
топластине  (рис.  125,6).  (В  данном  случае  эта  волна
плоская  и  направлена  перпендикулярно  к  фотопластине.)
 При  этом  происходит  дифракция  этой  волны  на  свое¬
образной  дифракционной  решетке,  которую  представляет
собой  на  голограмме  система  интерференционных  полос.
Как  видно  из  рисунка,  в  результате  дифракции  возни¬
кают  две  волны  —  5  и  5.  Первая  (обусловленная  диф¬
ракцией  плюс  1-го  порядка)  является  как  бы  продолже¬
нием  сигнальной  волны,  использовавшейся  при  получе¬
нии  голограммы,  т.  е.  в  принципе  ничем  не  отличается  от
волны,  рассеянной  предметом  при  его  непосредственном
рассматривании.  Наблюдатель,  смотрящий  сквозь  голо¬
грамму,  увидит  мнимое  изображение  7  предмета  в  том  же
месте,  где  предмет  находился  при  съемке  голограммы.
 Вторая  волна  (обусловленная  дифракцией  минус
1-го  порядка)  образует  действительное  изображение  8.
Она  тоже  несет  в  себе  информацию  о  предмете.  Чтобы
увидеть  это  изображение,  мы  должны  смотреть  на  голо¬
грамму  по  ходу  данного  волнового  фронта.  Тогда  дейст¬
вительное  изображение  покажется  нам  плавающим  в
пространстве  где-то  между  наблюдателем  и  голограммой,
т.  е.  будет  расположено  перед  ней,  а  не  позади  нее.
 Кроме  мнимой  и  действительной  волн,  возникают  вол¬
ны,  обусловленные  дифракцией  высших  порядков,  однако
ими  обычно  пренебрегают.
 Итак,  голографический  метод  является  двухступен¬
чатым:  на  первом  этапе  происходит  регистрация  голо¬
граммы,  т.  е.  с  предмета  снимают  голограмму;  на  втором
этапе  с  голограммы  восстанавливают  изображение  пред¬
мета.  Получение  голограммы  основано  на  интерференции
 159

световых  волн,  а  считывание  —  на  явлении  дифракции
световых  волн.
 Голографическое  изображение  объемно,  и  мы  можем
заглянуть  за  предмет,  расположенный  на  переднем  плане,
просто  слегка  двигая  головой  в  сторону.  Разумеется,  при
наблюдении  голограммы  с  разных  сторон  необходимо
быть  предельно  осторожным  и  ни  в  коем  случае  не  под¬
ставлять  глаза  под  лазерный  луч,  так  как  это  может
привести  к  их  повреждению.
 Если  при  регистрации  голограммы  предмет  освещал¬
ся,  например,  красным  светом,  то  и  последующее  восста¬
новление  изображения  осуществляется  с  помощью  луча
того  же  цвета.  В  результате  голографическое  изображе¬
ние  будет  также  цветным,  например  красным.  Для  полу¬
чения  голограммы,  воспроизводящей  естественный  цвет
предмета,  применяют  другие,  более  сложные  методы.
 Голография  трехмерного  объекта
 Полная  схема  получения  изображения  предмета  голо-
графическим  методом  представлена  на  рисунке  126.
Предмет  1  (восьмигранная  призма)  устанавливается
около  фотопластины  2,  на  которой  получают  голограмму.
Пучок  света  от  лазера  3  направляют  на  расщепляю¬
щую  пластину  4  (полупрозрачное  зеркало),  которая
делит  его  на  две  части.  Одна  часть  пучка  направляется
на  рассеивающую  линзу  5,  которая  расширяет  его.  Коге¬
рентность  пучка  при  этом  не  нарушается.  Широкий  пу¬
чок  лазера  нужен  для  того,  чтобы  он  мог  захватить
большую  площадь,  включающую  изображаемый  предмет.
От  линзы  5  пучок  света  падает  на  зеркало  б,  а  от  него
на  предмет  1  и  освещает  его.  Часть  световых  волн,  кото¬
рые  отражаются  от  предмета  1  во  всех  направлениях,
падает  на  фотопластину  2.  Это  сигнальные  волны.
 Другая  часть  лазерного  пучка  от  расщепляющей
пластины  4  и  расширяющей  пучок  рассеивающей  линзы  7
попадает  на  зеркало  5,  а  от  него  также  на  пластину  2.
Она  образует  опорный  пучок  света.  Таким  образом,  оба
пучка  —  сигнальный  и  опорный  —  порождаются  одним
и  тем  же  лазером  5.  Это  обеспечивает  когерентность
обоих  пучков.  На  фотопластине  2  они  интерферируют,
образуя  голограмму.  На  этом  процесс  регистрации  голо¬
граммы  заканчивается.
 Далее  идет  процесс  считывания  голограммы.  Стек¬
лянная  фотопластина  с  записанной  на  ней  голограммой
 160

П-Ш04

играет  при  этом  роль  «окна»,  открывающего  вид  на
«сцену»,  реально  существовавшую  за  пластиной  при
регистрации  голограммы.  На  рисунке  127  изображен  про¬
цесс  считывания  голограммы.
 ДОСТОИНСТВА  и  возможности  ГОЛОГРАФИИ
 Надежность  хранения  информации  на  голограмме
 Одним  из  испытанных  средств  хранения  информации
является  фотография.  В  музеях  хранятся  фотографии
выдающихся  деятелей,  в  патентных  библиотеках  —  фото¬
графии  машин,  в  научно-исследовательских  институ¬
тах  —  фотографии  изученных  образцов  металла  и  т.  д.
Следует,  однако,  отметить,  что  хранение  информации,
записанной  на  голограмме,  гораздо  надежнее,  чем  на
фотографии.  Если  уничтожение  некоторой  части  фото¬
графии  приводит  к  потере  определенной  части  информа¬
ции,  то  уничтожение  части  голограммы  к  этому  не  при¬
водит.  Действительно,  при  фотографировании  каждая
точка  предмета  изображается  одной  точкой  на  фото¬
пластине  (рис.  128,  а),  а  при  голографировании  записы¬
вается  на  всей  площади  голограммы  (рис.  128,  б).  Поэто¬
му  при  исчезновении  части  фотографии  полностью
утрачивается  информация  о  соответствующей  части  сня¬
того  предмета;  при  исчезновении  части  голограммы  ин¬
формация  о  всем  предмете  сохраняется.  Как  показывает
опыт,  можно  сравнительно  безболезненно  уничтожить
^/lo  площади  голограммы,  тем  не  менее  оставшийся
осколок  позволит  получить  представление  о  всем  пред¬
мете.  Правда,  чем  меньше  осколок,  тем  хуже  изображе¬
ние  предмета.
 Таким  образом,  запись  на  голограмму  оказывается
весьма  надежным  способом  хранения  информации.  Воз¬
можно,  что  в  будущем  человечество  будет  хранить  осо¬
бенно  ценную  информацию  именно  в  виде  голограмм.
 Информационная  емкость  голограммы
 Можно  ли  на  одну  фотопластину  записать  несколько
изображений?  В  принципе  можно.  Однако  вряд  ли  кто
захочет  пользоваться  фотографией,  где  несколько  изоб¬
ражений  наложено  одно  на  другое.  Точно  так  же  бес¬
смысленно  требовать  совмещения  друг  с  другом  несколь¬
 162

ких  страниц  текста.  В  этом  проявляется  ограниченность
фотографического  способа  хранения  информации.
 Голография  снимает  эти  ограничения,  внося  тем  са¬
мым  поправку  в  наши  устоявшиеся  представления.  На
одну  и  ту  же  голограмму  можно  записать  много  сцен  (стра¬
ниц  текста,  фотоизображений,  рисунков)  и  считывать  их
записи  независимо  друг  от  друга.  Действительно,  для  восста¬
новления  изображения  с  голограммы  необходимо  пользо¬
ваться  считывающей  волной,  которая  по  структуре  своего
фронта  была  бы  тождественна  опорной  волне  и  под
таким  же  углом,  как  и  опорная  волна,  падала  на  голо¬
грамму.
 Предположим  для  простоты,  что  опорная  волна  была
плоской.  Будем  записывать  на  одну  и  ту  же  голограмму
разные  сцены,  меняя  всякий  раз  углы,  под  которыми
опорная  волна  падает  на  голограмму  (для  этого  можно,
например,  менять  ориентацию  голограммы  в  опорном
световом  пучке).  Очевидно,  что  для  считывания  той  или
иной  сцены  надо  лишь  обеспечить  соответствующую
ориентацию  голограммы  относительно  плоской  считываю¬
щей  волны.
 Допустимое  число  записей  на  одну  и  ту  же  голограм¬
му  возрастет,  если  учесть  возможность  изменения  не
только  ориентации  голограммы  относительно  опорной
волны,  но  также  изменения  формы  фронта  опорной  све¬
товой  волны.  Исследования  показывают,  что  на  одной
голограмме  площадью  около  100  см^  можно  записать
(при  условии  уверенного  считывания)  по  крайней  мере
целый  том  Большой  советской  энциклопедии.  Это  говорит
об  исключительно  высокой  информационной  емкости
голограммы.
 Если  принять  во  внимание  высокую  информацион¬
ную  емкость  голограммы  и  высокую  надежность  ее  хра¬
нения,  то  можно  предсказать,  что  в  будущем  книгохра¬
нилища  возможно  уступят  место  хранилищам  голограмм.
Вместо  громоздких  томов  будут  применяться  компактные
кассеты  с  голограммами.
 Знакомясь  с  удивительными  свойствами  голографии,
можно  представить  себе,  какие  широкие  перспективы
ожидают  ее  в  будущем.  В  частности,  открывается  воз¬
можность  создания  голографического  цветного  стерео¬
скопического  'Кинематографа,  цветного  объемного  теле¬
видения  и  т.  д.
 11"

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
 Значение  оптических  явлений  в  жизни  человека  дале¬
ко  не  исчерпывается  примерами,  приведенными  в
этой  книге.  Оптика  играет  определяющую  роль  в  разви¬
тии  физики,  астрономии,  геодезии  и  целого  ряда  других
наук.  Квантовая  теория  и  специальная  теория  относи¬
тельности,  теория  строения  атома  и  квантовая  меха¬
ника  —  все  это  начиналось  с  изучения  оптических  яв¬
лений.
 Недаром  некоторые  ученые  полагают,  что  открытие
свойств  линзы  имеет  для  науки  такое  же  значение,  как
и  изобретение  колеса  в  технике.
 Создание  линзы  было  важнейшим  шагом  в  деле  прак¬
тического  использования  оптики.  С  тех  пор  —  со  времен
трубы  Галилея  и  первых  микроскопов  —  прикладное
значение  оптики  возросло  во  много  раз.  В  настоящее
время  сотни  оптических  заводов  производят  электро¬
лампы  и  осветительные  приборы,  телескопы  и  дально¬
меры,  микроскопы  и  бинокли,  фото-  и  киноаппараты,
разнообразные  оптические  инструменты  для  геологов  и
космонавтов,  для  медиков  и  землемеров  и  многое  другое.
Идет  непрерывный  процесс  совершенствования  произво¬
димых  оптических  приборов.  Так,  например,  в  настоящее
время  все  объективы  фотоаппаратов  практически  выпус¬
каются  с  просветленной  оптикой,  фотоаппараты  осна¬
щаются  электронными  устройствами  для  автоматического
фокусирования  объективов  и  управления  фотозатворами,
расширяется  производство  видеомагнитофонов.  Созданы
аппараты  перезаписи  кинофильмов  с  кинопленки  на  маг¬
нитную  ленту  и  последующего  их  показа  с  помощью
 164

видеомагнитофона  на  экране  обычного  телевизора.  Все
шире  используются  в  разных  отраслях  техники  лазеры  и
волоконная  оптика.
 Ученые  планируют  создание  в  ближайшем  будущем
новых,  еще  более  совершенных  оптических  приборов.
Это  касается,  в  частности,  астрономии.  Прогресс  астро¬
номии  неразрывно  связан  с  совершенствованием,  глав¬
ным  образом,  зеркальных  телескопов.  Но  если  увеличи¬
вать  дальше  размеры  зеркала,  сложность  его  создания  и
стоимость  растет  в  геометрической  прогрессии.  В  то  же
время  есть  ряд  задач,  которые  требуют  использования
зеркал  гораздо  больших  размеров,  чем  зеркало  самого
большого  —  зеленчукского  телескопа.  Это  —  исследо¬
вание  новых,  еще  не  изученных  частей  Вселенной,  ее
прошлого,  изучение  физико-химического  состава  небес¬
ных  тел,  природы  астероидов  и  т.  д.
 Ученые  Крымской  астрофизической  обсерватории
АН  СССР  разрабатывают  проект  большого  составного
телескопа  с  главным  зеркалом,  имеющим  диаметр  25  м.
Оно,  словно  мозаичное  панно,  должно  быть  собрано  из
500  ситалловых  шестигранников  площадью  1,2  м  каждый.
Толщина  каждого  из  них  будет  гораздо  меньше,  чем
потребовалось  бы  для  сплошного  зеркала.  Расчеты  крым¬
ских  ученых  показывают,  что  вся  оптика  этого  телескопа
должна  весить  1500  кН.  Напомним,  что  зеркало  6-метро¬
вого  телескопа  весит  420  кН.  А  ведь  собирающая  поверх¬
ность  25-метрового  телескопа  в  17  раз  больше!
 Человек  благодаря  изобретенным  им  приборам  спосо¬
бен  теперь  увидеть  то,  что  невооруженным  глазом  ни¬
когда  не  смог  бы  увидеть.  Микроскоп  позволяет  ему
проникнуть  в  мир  мельчайших  организмов,  телескоп  —
в  область  далеких  гигантских  звездных  галактик,  суще¬
ствуют  оптические  приборы,  позволяющие  видеть  в  ту¬
мане,  в  облаках,  в  ночном  мраке.  И  может  быть,  неда¬
леко  то  время,  когда  человек  создаст  оптические  при¬
боры,  с  помощью  которых  будет  сделан  новый  шаг  в
овладении  природой.

СОВЕТУЕМ  ПРОЧИТАТЬ!
 Басов  Н.  Г.,  Афанасьев  Ю.  В.  Световое  чудо
века.  —  М.:  Педагогика,  1984.
 Диомидов  В.  Как  мы  видим  то,  что  видим.  —
М.:  Знание,  1979.
 Кок  У.  Лазеры  и  голография.  —  М.:  Мир,  1971.
 Колин  К.  Т.,  Аксе  НТО  в  Ю.  В.,  Колпен-
ская  Е.  Ю.  Телевидение.  —  М.:  Связь,  1980.
 Кудрявцев  П.  С.  Курс  истории  физики.  —  М.:
Просвещение,  1982.
 Тарасов  Л.  В.  Оптика,  рожденная  лазером.  —
М.:  Просвещение,  1977.
 Толанский  С.  Оптические  иллюзии.  —  М.:  Мир,
1964.
 Толанский  С.  Удивительные  свойства  света.  —
М.:  Мир,  1967.
 У  и  н  ь  о  н  М.  Знакомство  с  голографией.  —  М.:  Мир,
1980.
 Фарадей  М.  История  свечи.  —  М.:  Детгиз,  1956.

ПРЕДМЕТНО-ИМЕННОЙ  УКАЗАТЕЛЬ
 Аберрация
 — 	сферическая  51,61
 — 	хроматическая  53,  60
Абсолютно  черное  тело  115—117
Адаптация  34
Аккомодация  33
 Альгазен  7
Анизотропия  13
Араго  71
Аргант  107
Аристотель  6,  119
Архимед  5,  6
Астигматизм  40
 Бартолин  10
Басов  Н.  Г.  151
Белопольский  А.  А.  129
Бинокль  65
Близорукость  40
Брэгг  43
Брюстер  21
 Галилей  9,  10,  64,  119
Гейслер  120
Гелиограф  94
Герц  25,  131
Глаз  31
 Голограмма  158,  160—163
Голография  157
Гримальди  10
Гук  14,  15
Гюйгенс  И  —14,  22
 167

д
 Дагер  71
 Дальнозоркость  40
Дальтон  41
Диапроектор  81
Дисней  90
Дисперсия  16,  54
Дифракция  10,  15,  16,  19,  22
Длина  волны  15,  21,  25,  26
 Е
 Евклид  5
 Закон
 — 	отражения  12
 — 	преломления  12
 И
 Иконоскоп  143
 Интерференция  10,  15,  16,  20
 Карсель  106
Кеплер  8,  9,  58,  64,  65
Кинескоп  144,  147—149
Кино
 — 	панорамное  89
 — 	стереоскопическое  91
Киноаппарат  86
Кинопроектор  86
Клеомед  6
 Кольца  Ньютона  18,  20,  21
Кубецкий  Л.  А.  133
 Л
 Лазарев  П.  П.  43
Лазер  151  —  157
Лампа
 — 	керосиновая  107
 — 	квантовая  122
 168

— 	Лодыгина  112
 — 	люминесцентная  122,  123
 — 	масляная  104
 — 	ртутная  120
 — 	электрическая  112—114
Леже  107
 Леонардо  да  Винчи  16
Линзы
 — 	контактные  41
 — 	Френеля-99
Липперсгей  9
Лодыгин  А.  Н.  112
Ломоносов  М.  В.  20,  43
Лукреций  5
 Лупа  47
 Луч  световой  12,  26,  28,  42
Люминесценция  117—119
 М
 Максвелл  25,  26
Максутов  Д.  Д.  41,  61,  62
Малюс  21
Маяки  97
Мениск  62
 Микроскоп  50,  55—57
Млечный  Путь  10
 Н
 Ньепсон  71
 Ньютон  11,  13—21,  26,  125
О
 Огни  судовые  99
Ось  оптическая  13
Отражатели  зеркальные  95
Очки
 — 	бифокальные  40
 — 	растровые  41
 — 	с  цилиндрическими  стеклами  40
 — 	телескопические  41
 П
 Перископ  65
 169

Петров  В.  В.  110,  119
Планк  26,  27
 Показатель  преломления  13,  16,  21,  55
Поле  зрения  46
Поляризация  13,  19,  21
Порта  8
 Постоянная  Планка  26
Прохоров  А.  М.  151
Птолемей  6,  7
 Р
 Розинг  В.  Л.  144
 Свет  17
 Световод  67—69
Свеча  105
 — 	Яблочкова  ПО
Сигнализация
 — 	световая  96
 — 	оптическая  97
Смещение  цветов
 — 	аддитивное  44
 — 	субтрактивное  44,  45
Снеллиус  9
 Солнце  101—103
Спектрометр  125
Спектроскопия  17,  125,  126
Стереоскопический  эффект  35
Стокс  118
Столетов  А.  Г.  131
Стробоскоп  84
 Т
 Тальбот  72
Таунс  151
Текстуры  39
Телескоп  9,  63
 — 	Галилея  64
 — 	зеркальный  60
 — 	Кеплера  58
 — 	Максутова  Д.  Д.  61
Теория
 — 	волновая  11,  15,  16,  20
 — 	квантовая  26
 170

— 	корпускулярная  11,  15,  16
 — 	электромагнитная  25
Тимирязев  К.  А.  29
Триболюминесценция  118
Трубки  Гейслера  120
 Угол  зрения  46
 Умножитель  фотоэлектрический  133
 Фейерверк  108
Фотоаппарат  73—76
Фотография  71—73,  76—80
Фотолюминесценция  118
Фотореле  140,  142,  143
Фототелеграф  140,  141
Фотоувеличитель  82
Фотоэлемент
 — 	с  внутренним  фотоэффектом  134,  135
 — 	с  запирающим  слоем  135—137
Фотоэффект  131,  132
Фраунгофер  128
 Френель  20,  22,  24,  99
 X
 Хемилюминесценция  118
Э
 Эдисон  112
Эйлер  20
Эйнштейн  27
 Электролюминесценция  118
Эпидиаскоп  82
Эпикур  5
Эпипроектор  81
 Ю
 Юнг  20,  21,  24
Я
 Яблочков  П.  Н.  111
Янсен  9
 171

СОДЕРЖАНИЕ
 Предисловие
 3
 ИСТОРИЧЕСКИЕ  СВЕДЕНИЯ,  ПРИРОДА  СВЕТА
 Первые  представления  о  свете
 5
 Оптика  арабов
 7
 Экспериментальный  метод  исследования
 8
 Открытие  интерференции,  дифракции  и  поляризации  света
 10
 Христиан  Гюйгенс
 11
 Роберт  Гук
 14
 Исаак  Ньютон
 (Открытие  дисперсии  света.  Цвета  тонких  пластинок.  Объяснение
Ньютоном  дифракции  и  поляризации  света.  Оценка  труда  Ньютона)
 15
 Возрождение  волновой  теории.  Юнг.  Малюс.  Брюстер
22
 Огюст  Френель
22
 Электромагнитная  теория  света.  Джемс  Максвелл.  Генрих  Герц
 24
 Квантовая  теория.  Макс  Планк.  Альберт  Эйнштейн
26
 СВЕТ  И  ЖИВЫЕ  ОРГАНИЗМЫ
 29
 Фотосинтез  углеводов
 29
 Восприятие  света  растениями  и  животными
 30
 Устройство  глаза  человека
(Палочки  и  колбочки.  Свойство  мозга  «переворачивать»  изображения.
Оценка  расстояния  до  предмета)
 31
 Зрение  днем  и  ночью
 34
 Стереоскопическое  зрение
 35

Корректирующая  работа  мозга
36
 Зрительные  иллюзии  (Текстуры)
 38
 Дефекты  глаз
40
 Учение  о  цвете
 (Трехцветная  теория  зрения.  Окраска  тел  природы.  Аддитивное  смеше¬
ние  цветов.  Субтрактивное  смешение  цветов)
 42
 ПРИБОРЫ,  ВООРУЖАЮЩИЕ  ГЛАЗ.  ПОЛЕ  ЗРЕНИЯ
 46
 Лупа
 47
 Микроскоп
 50
 Недостатки  линз
(Сферическая  аберрация.  Хроматическая  аберрация.
Просветление  оптики)
 51
 Применение  микроскопа
55
 Телескопы  (Рефракторы)  (Телескоп  Кеплера)
 57
 Зеркальный  телескоп  (Рефлектор)
 60
 Телескоп  Д.  Д.  Максутова
61
 Телескоп  Галилея.  Бинокль.  Перископ
63
 Волоконная  оптика  (Применение  световодов)
 СВЕТОПРОЕКЦИОННАЯ  ТЕХНИКА
 71
 Фотография.  Исторические  сведения  и  применение
71
 Современный  фотоаппарат
73
 Цветная  фотография
(Трехслойные  пленки.  Получение  скрытого  изображения.  Цветное
проявление.  Отбеливание  и  фиксаж.  Получение  цветного  позитива)
 76

проекционные  аппараты
(Диапроектор.  Эпипроектор.  Эпидиаскоп.  Фотоувеличитель)
 80
 Стробоскопические  игрушки
84
 Современный  кинопроектор
(Киносъемочный  аппарат.  Кинокопировальный  аппарат)
 86
 Кинопанорама
 (Панорамное  кино.  Круговая  кинопанорама.  Стереоскопический
кинематограф.  Высокоскоростная  киносъемка)
 89
 СВЕТОСИГНАЛЬНАЯ  ТЕХНИКА
 94
 Оптические  виды  связи
(Гелиограф.  Зеркальные  отражатели.  Световая  сигнализация
на  железнодорожном  транспорте)
 94
 Оптическая  сигнализация  на  море
(Маяки.  Судовые  огни)
 97
 источники  СВЕТА
 101
 Солнце
 101
 От  костра  первобытного  человека  до  керосиновой  лампы.  (Свеча)
 1оа
 Усовершенствование  лампы
106
 Фейерверк
 108
 Электрические  источники  света
(Электрическая  дуга.  Свеча  Яблочкова.  Лампочка  Лодыгина)
 ПО
 Современная  электрическая  лампа
112
 виды  ИЗЛУЧЕНИЯ  и  СПЕКТРЫ
 115
 Тепловое  излучение
Люминесцентные  источники  света.
 (Свечение  живых  организмов)
 117
 Газосветные  трубки
120
 174

Люминесцентная  лампа
122
 Другие  случаи  использования  люминесценции
 124
 Спектральный  анализ
(Спектры  испускания.  Спектры  поглощения)
 125
 Спектры  в  астрономии
(Определение  скорости  звезд)
 128
 ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ  ЭФФЕКТ  И  ЕГО  ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
 Фотоэлемент  с  внешним  фотоэффектом
(Фотоэлектронный  умножитель)
 131
 Фотоэлемент  с  внутренним  фотоэффектом
 134
 Фотоэлемент  с  запирающим  слоем
 135
 Практическое  использование  фотоэффекта
(Прибор  для  ночного  видения)
 138
 Применение  фотореле
140
 Фототелеграф
(Другие  случаи  использования  фотореле)
 140
 Использование  фотоэффекта  в  телевидении
(Иконоскоп.  Кинескоп)
 143
 Цветное  телевидение
(Цветной  кинескоп.  Значение  телевидения  в  жизни  человека)
 147
 ОПТИКА  КОГЕРЕНТНЫХ  СВЕТОВЫХ  ЛУЧЕЙ
 151
 Квантовые  генераторы  света
(Способы  возбуждения  лазера.  Применение  лазеров)
 151
 Принципы  голографии
(Голография  точечного  объекта.  Голография  трехмерного  объекта)
 158

Достоинства  и  возможности  голографии
(Надежность  хранения  информации  на  голограмме.  Информационная
емкость  голограммы)
 162
 Заключение
 164
 Советуем  прочитать
166
 Предметно-именной  указатель
167
 БОРИС  ФЕОФАНОВИЧ  БИЛИМОВИЧ
СВЕТОВЫЕ  ЯВЛЕНИЯ  ВОКРУГ  НАС
 Заведующая  редакцией  Н.  В.  Хрусталь
Редактор  Т.  П.  Каткова
Мл.  редактор  О.  В.  Агапова
Художественный  редактор  В.  М.  Прокофьев
Художники  С.  Ф.  Лухин,  О.  М.  Шмелев
Технические  редакторы  Е.  Н.  Зелянина,  С.  С.  Якушкина
Корректор  О.  В.  Мокрович
•
 ИБ  №  9172
 Сдано  в  набор.  10.0186  Подписано  к  печати  13.10  86.  Формат
84Х108'/з2  Бумага  кн.  жури.  отеч.  Гарнитура  литературная.  Печать
офсетная  Уел  печ.  л.  9,24  +  0,42  вкл  Уел  кр.-отт.  30,24  Уч  -изд  л
8,86  +  0,49  вкл  Тираж  100  000  экз  Заказ  №  1004  Цена  45  коп
 Ордена  Трудового  Красного  Знамени  издательство  «Просвещение»
Государственного  комитета  РСФСР  по  делам  издательств,  полиграфии  и
книжной  торговли.  Москва,  3-й  проезд  Марьиной  рощи,  41
 Ярославский  полиграфкомбинат  Союзполиграфпрома  при  Государствен¬
ном  комитете  СССР  по  делам  издательств,  полиграфии  и  книжной  торгов¬
ли  150014,  Ярославль,  ул.  Свободы,  97.

Табл.  I
 '/212-10(14
 Рис.7
 Рис.З
 Рис.4
 Рис.1  Рис.2
 Рис.5

Рис.7
 Рис.9
 Табл.II
 ^ис.1
 Рис.  3
 Рис.5  Рис.  6
 Рис.4

тг*
 Табл.Ш
 Рис.  4
 Рис.  2
 Рис.1
 Белый  свет
 Рис.  3

1 	—  объект  съемки
 2 	—  скрытое  изображение  на  негативной  пленке  после  съемки
 3 	—  негативная  пленка  после  цветного  проявления
 4 	—  негативная  пленка  после  отбеливания
 5—негативная  пленка  после  фиксирования  (готовый  цветной
негатив)
 6 	—  цветной  негатив  при  рассматривании  на  просвет;  цвета
изображения  на  негативе  дополнительны  к  цветам  объекта
 Табл.  IV

7 	—  печать  с  цветного  негатива  на  трехслойную  позитивную
 пленку
 8 	—  скрытое  изображение  на  позитивной  пленке  после  печати
 9 	—  позитивная  пленка  после  цветного  проявления
10  —  позитивная  пленка  после  отбеливания
 И—позитивная  пленка  после  фиксирования  (готовый  цветной
позитив)
 12 	—  цветное  изображение  объекта  при  рассматривании  на
просвет
 Табл.  V

Рис.2
 Табл.  VI
 Рис.1

Рис.2
 Табл.УП
 Рис.1

Рис.  3
 Рис.4
 Табл.УШ
 Рис.1
 Рис.  2

45  коп.