Физика без формул - Александр Леонович

Зачем человеку очки? Сегодня этот вопрос звучит странно, потому что чуть ли не большая половина людей пользуется очками или заменяющими их контактными линзами. Значит, мы испытываем в очках большую потребность. Но почему?

Если глазным мышцам не хватает сил, чтобы сфокусировать хрусталик на рассматриваемом предмете, изображение в глазу получается размытым. Ну, как в фотоаппарате, который плохо настроили на резкость. Близорукие люди не видят четко дальше какого-то, предельного для каждого из них расстояния. А дальнозорким, наоборот, недоступно резкое изображение близких предметов. Значит, к линзе-хрусталику нужно добавить помощника-очки. Запомните, они не вылечивают, а только временно, пока их носят, подправляют дефекты зрения.

Близорукому человеку необходимы в очках рассеивающие или, как их еще называют, отрицательные линзы. После преломления в них световые лучи, идущие от далеких предметов, кажутся исходящими из ближних точек. И глаз воспринимает их, не напрягаясь. Подобная картина наблюдается в собирающих, или положительных, линзах для дальнозорких. Только там очки «перековывают» лучи от близких предметов в будто бы идущие издалека.

История создания очков начинается где-то в XIII–XIV веках. Во всяком случае, известен портрет кардинала в очках, написанный в 1352 году в Италии. Интересно, как, в соответствии с модой, менялся внешний вид очков. Лорнет, монокль, пенсне — каких только не было изобретений! Но оптический принцип действия очков оставался неизменным.

Познакомьтесь с бактерией!

А можно ли нормальным, здоровым глазом разглядеть бактерию? Увы, нет, не приспособлено для этого наше зрение. Ну, а если воспользоваться хорошей лупой? Конечно, она способна дать большое увеличение, но и ее недостаточно для таких крохотных тел, как бактерия. Что же делать?

Когда стали появляться хорошие по качеству и разнообразные по форме линзы, а это было около 500 лет назад, можно было попробовать «поиграть» с ними, покомбинировать. Видимо, кто-то в это время обнаружил, что система из двух линз способна дать большее увеличение, чем каждая из них в отдельности. Авторство этого открытия обычно приписывают итальянцу Галилео Галилею. Иногда «отцом» микроскопа называют голландца Антони ван Левенгука. Но достоверных сведений о первооткрывателе нет.

Антони ван Левенгук (1632–1723) — голландский натуралист. Внес свое имя в летописи науки как один из основоположников микроскопии. Изготавливал сильные увеличительные стекла, благодаря которым смог сделать ряд важнейших открытий в биологии. Впервые наблюдал бактерии, обнаружил движение мельчайших телец в кровяных сосудах.

Принцип действия микроскопа заключается в том, что первая линза, направленная на исследуемый предмет, создает его увеличенное изображение. Другая линза, словно подхватывая световые лучи от первой, вторично увеличивает это изображение. В результате малюсенький предметик (недаром говорят — микроскопический) вырастает в своих размерах в тысячи раз. Представляете, каким было удивление того же Левенгука, увидевшего в микроскоп дотоле никому не известную жизнь, протекающую в мире мельчайших организмов!

Но и оптический микроскоп имеет свои пределы увеличения. Ему на помощь в XX веке пришел так называемый электронный микроскоп, работающий, правда, на совершенно иных принципах… Зато в него можно «разглядеть» даже отдельные молекулы.

Свет — волна и свет — частица

Для того чтобы строить какие-то теории о свете, надо как-то вообразить себе, что же он из себя представляет. Исаак Ньютон считал, что свет — это поток частичек, «корпускул», выстреливаемых, будто из пулемета, источником света. Другой точки зрения придерживался известнейший голландский ученый Христиан Гюйгенс. Он полагал, что свет от источника распространяется в виде волн, подобных тем, что мы наблюдаем при падении камушка в воду. Кстати, именно Гюйгенс обратил внимание, что принцип Ферма о минимальном времени движения светового луча опирается на волновые свойства света.

Корпускулярная и волновая теории света поначалу не смогли мирно ужиться. В каких-то случаях они приводили к одинаковым результатам, порой опровергали друг друга. Между сторонниками двух точек зрения шли острые, иногда яростные дискуссии. Скажем, авторитет Ньютона был столь велик, что вплоть до начала XIX века корпускулярным языком описывали явления, явно противоречащие ньютоновской теории.

Христиан Гюйгенс (1629–1695) — голландский физик, математик и астроном. Разработал волновую теорию света, выдвинул известный волновой принцип, названный его именем, объяснил многие оптические явления. В механике исследовал столкновение тел и вывел его законы, сконструировал первые маятниковые часы и создал их теорию. Установил постоянные точки термометра. Совершенствовал телескоп, с его помощью открыл кольцо Сатурна и его спутник Титан.

Начало позапрошлого столетия ознаменовалось поразительными открытиями. Опыты демонстрировали, что свет может огибать препятствия, усиливать или ослаблять себя, исчезать в непредвиденных местах и возникать там, где его не ждали. Объяснение таким переменам в его поведении оказалось возможным только в рамках волновой теории света.