Физика вокруг нас. Глаза
Прочитав заголовок, многие подумают, что тема настоящей статьи больше подходит для медицинского журнала, чем для технического. Наши постоянные читатели помнят, что в одном из предыдущих номеров журнала мы говорили о самом замечательном оптическом приборе — глазах, а изучением оптических приборов занимается отдел физики, называемый оптикой.
Многие тысячелетия человек жил в примитивных условиях, окруженный дикой и зачастую грозной природой. Наш предок – первобытный человек выходил на заре в поисках пищи из пещеры и подолгу смотрел вдаль, выжидая дикого зверя или лесных обитателей. Его глаза привыкли смотреть только днем и только на отдалённые предметы. С наступлением сумерек он ложился спать.
Шло время. Изменялся образ жизни человека. Всё чаще и чаще ему приходилось смотреть на близлежащие предметы, например, при изготовлении топоров, посуды, предметов домашнего обихода, а позднее даже прясти. Лишь несколько столетий тому назад, после изобретения книгопечатания, человек стал смотреть на очень близкие предметы, читая книги. Читали люди преимущественно днем, так как искуственные источники света, которыми приходилось пользоваться человеку, не давали хорошего освещения.
Каждый из вас, наверное, знает, что дневное освещение гораздо лучше искусственного. Дневной свет является рассеянным, в то время, как искуственный свет (например, от электрической лампочки) дает сосредоточенный и направленный пучок. В этом легко убедиться, держа руку над освещенной книгой при дневном свете и вечером при освещении электрической лампочкой. В первом случае тени почти нет, исключая, конечно, момент, когда вас освещают непосредственно лучи Солнца, а во втором случае очень хорошо видна тень.
Есть еще одна существенная разница между естественным и искусственным освещением это его цвет.
В свете электрической лампочки много оранжевых и желтых лучей, в то время, как при естественном, дневном освещении, мы имеем больше голубых и фиолетовых лучей.
Рост культуры и технический прогресс, изменяя образ жизни человека, приводят к тому, что жители городов и в немного меньшей степени сёл и деревень значительную часть своих занятий проводят при искусственном освещении. Предмет занятий человека стал более маленьким и как бы ещё ближе придвинулся к глазу.
Это изменение хорошо иллюстрирует такое сопоставление:
Первобытный человек. Смотрел на далекие предметы, пользовался только сильным освещением, освещение было только дневное, выполнял грубые примитивные работы.
Современный человек. Смотрит на предметы, находящиеся вблизи, пользуется гораздо более слабым освещением, освещение в течение многих часов искусственное, выполняет тонкую и точную работу.
Вы видите, что глазам приходится сейчас гораздо больше работать, а условия этой работы, то есть освещенность, значительно ухудшились. Мы явно не ощущаем, какую нагрузку получили наши глаза. Происходит это потому, что глаза обладают свойством приспособления к самым разнообразным условиям освещения, даже если эти условия вредны для зрения.
Очень часто нам кажется, что освещение вполне достаточное, так как мы видим ещё буквы в книге. Глаза обманывают нас в оценке освещенности, а вредные последствия сказываются лишь спустя некоторое время.
Трехкратное увеличение расстояния вызывает девятикратное уменьшение освещенности и т. д. Это вполне понятно, ведь если одним и тем же кусочком масла намазать два (большой и маленький) куска хлеба, то на меньшем куске хлеба слой масла будет более толстым, а на большем куске — тонким.
А сейчас сделаем вывод, что физику-оптику полезно знать анатомию глаза, совершенно так же, как врачу-окулисту необходимо знать оптику.
Приборы, служащие для измерения силы света различных источников, называются фотометрами. Это сложные и довольно дорогие приборы, поэтому непригодны для нашего кабинета. Нам нужны более простые и доступные в домашних условиях приборы, от которых, впрочем, мы не будем требовать большой точности.
От свечи отрежем небольшой кусочек, длиной 3—4 см, а затем разрежем его вдоль фитиля и вытащим фитиль. Из фольги (для обертки шоколада и конфет) вырежем кусочек, равный площади сечения свечи.
Разогреем над плитой кусочек свечи с разрезанной пополам стороны. Как только парафин станет- мягким, вдавим в него фольгу. То же самое проделаем и со второй половинкой разрезанной вдоль свечи. В результате получим свечу, разделенную на 2 равные половинки блестящей полоской фольги.
Теперь приступаем к определению светосилы любого источника, например, керосиновой лампы.
Поставим керосиновую лампу на стол, а на некотором расстоянии от неё расположим горящую свечу. Между этими источниками света устанавливаем кусочек нашего «фотометра» (смотри рисунок) и будем перемещать его до тех пор, пока обе половинки, если смотреть на них сверху, не будут иметь одинаковую яркость. В таком положении измеряем расстояние между свечой и «фотометром» и между лампой и «фотометром». Пусть эти расстояния равны, например, 10 см и 30 см. Так как светосила горящей свечи равна 1 канделе, а «фотометр» находится на расстоянии 10 см, т. е. 0,1 м, следовательно, освещенность половинки «фотометра» со стороны свечи равна:
Но освещенность второй половинки «фотометра» со стороны керосиновой лампы такая же. Какова же светосила лампы? (Обозначим её буквой х).
Из уравнения получаем, помня, конечно, -что лампа находится на расстоянии 30 см, т. е. 0,3 м, следующее:
Во время измерений все посторонние источники света должны быть потушены.
Журнал ” Горизонты техники для детей” №1-64г.