物理爱好者

漫步云涧

滑稽的照片

许多人一定还不知道，照相机即使没有放大玻璃（镜头），也可以用它那小圆孔拍得出照片来，不过拍出的照片当然没有那么清晰罢了。这种“没有镜头的镜箱”里，有一种“狭缝”镜箱，是用两条狭缝代替小圆孔的，这种镜箱会使你看到极有趣的变形。这种镜箱的前面有两块板，一块板上开一条竖直的狭缝，另一块板上开一条水平的狭缝。假如把这两块板紧贴在一起，那么所得到的像就跟小孔镜箱一样，可以得到正常的没有歪曲的像。但是，假如把两块板离开一些（这两块板装成可以活动的），那么所得到的像就会给歪曲成离奇的形状（图85和86）。你所看到的可以说不是照片，而是滑稽画。 　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　 　　这种歪曲要怎样解释呢？ 　　让我们试把水平狭缝放在竖直狭缝前面来研究一下（图87）。光线从物体D（十字形）的竖直线透过C缝的时候，那情形就跟透过普通的小孔一样；至于后面那竖直狭缝B对于这道光线的行进已经没有起什么作用。因此，映在镜箱后面毛玻璃A上的物体D的竖直线的像对原来竖直线的比，就要依AC距离对DC距离的比来决定。 　　但是，如果两块狭缝板的位置仍旧不变，物体的水平线映在毛玻璃上的形状就完全两样了。这条线的光线可以没有阻碍地通过第一道狭缝（水平狭缝），一直射到B缝；通过B缝（竖直狭缝）的时候，这道光线仿佛通过一个小孔一样，而在毛玻璃A上映出一个像来，这像的大小对原来水平线的比，与AB距离对DB距离的比相等。 　　简单地说，在两块狭缝板的位置像图87所示的情形时，对于物体的竖直线，仿佛只有前面一条缝C，而对于物体的水平线，仿佛只有后面的一条缝B。因为前面那块板比后面那块板离毛玻璃远，所以物体在毛玻璃上的像在竖直方向上应该比水平方向上放得更大，就是物体的像仿佛沿竖直方向拉长了一般。 　　反过来说，如果两个狭缝的位置跟图87相反，所得到的像就会向横的方向伸长（比较图85和图86）。 　　　　　　　　　　　　　　　 　　自然，假如两条狭缝是斜放的，就会得到另外一种歪曲的情形。 　　这种镜箱不但可以用来拍取滑稽画式的照片，它还可以担任更加重要的实际任务，例如，可以用来得到建筑物装饰图案，地毡花样等的图案棗总之，用来得到拉长或压扁了的各种装饰和图案。

漫步云涧

日出的题目








　　你在早晨5点正看到日出。但是大家都知道，光的传播不是瞬息就可以到达的：太阳光从光源──太阳──射到地球上人的眼里，要有一段时间。因此，我们可以提出这样一个问题：假如光是瞬时就可以到达的话，那么我们在什么时候就可以看到日出了呢？

　　我们知道，光从太阳到地球要跑8分钟。那么，如果光瞬息就可以到达的话，我们好像应该在8分钟以前，就是在4点52分就看到日出了。

　　我知道许多人听了会觉得意外：其实这个想法是不正确的。所谓日出只是我们地球表面上某一点从没有太阳光照到的地方转到了有太阳光照到的地方罢了。因此，即使光的传播是瞬时的，我们看见日出的时间，仍旧跟光的传播要花时间的情形完全相同，也就是说，仍旧是早上5点正。

　　但是如果你是在观察（用望远镜）太阳边缘上什么凸起的部分（日解），那又是另外一回事了。如果光的传播是瞬时的，你的确会比现在早8分钟就见到它。

漫步云涧

隔着墙壁看得见东西

在19世纪的如年代，人们用“x射线”这个响亮的名字到处售卖一种有趣的器具，当时我还是一个小学生。我还记得，第一次拿到这个巧妙玩意儿时的高兴心情。这是一个管子，可以使你隔着不透明物体清楚地看到后面的一切东西！我曾经用它不但隔着厚纸，还隔着真正的X射线都透不过的刀锋看到了后面的东西。这玩意儿构造并不复杂，只要看一看图88就可以明白。原来那个管子里有四面装成45度倾斜的平面镜，把光线反射几次，这个光线就仿佛绕过了不透明的物体一般。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　这一类东西在军事上得到了广泛的应用。战士们坐在战壕里，可以不必把头探出战壕外面就能够望到敌人，他们只要向一架叫做“潜望镜”的仪器里望去就得了（图89）。 　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　 　　光线从进入潜望镜折射到观察人的眼睛，这一段路程越长，潜望镜所能够看到的视界就越小。要把潜望镜的视界放大，就得装置一连串的镜片。但是玻璃是会吸收一部分通过潜望镜的光线的，因此所望到的物体的清晰度会受到影响。这一点使潜望镜的高度受到一定的限制，最高只能够到20米左右；更高的潜望镜只能够有极小的视界和不清楚的景象，特别是在天气阴暗的时候。 　　潜水艇上的人员向他准备攻击的敌舰观测，也是使用潜望镜（图90）的──这是一根长长的管子，上端露在水面上。这种潜望镜要比陆地用的那种复杂得多，但是原理却完全相同。光线从装在潜望镜上端的平面镜（或三棱镜）反射过来，沿着管子向下，经过底部的平面镜反射以后，落入人的眼里。

漫步云涧

放在前面还是后面








　　家庭日常生活里有不少的事情，许多人是在很不合理地做着的。我们前面已经说过，许多人不会使用冰来冷却食物──他们不知道应该把食物放到冰的下面，却把它放到冰的上面去镜子这样普通的东西，到现在还不见得每个人都会正确使用它。许多人照镜子的时候，总把灯放在身后，想“照亮镜子里面的像”，不知道要照亮的正是他自己！

　　许多妇女都是这样做的，我们这本书的女读者，无疑会是把灯放在前面的人。

漫步云涧

镜子可以看得见吗








　　这儿又是一个实例，说明我们对于普通镜子还认识不够：对于这一节的题目，就一定有许多人，尽管每天都在看镜子，却还是会回答得不正确。

　　谁要是认为镜子是可以看得见的，那他就错了。一面光洁的极好的镜子是看不见的。能够看得见的只是镜框、玻璃的边缘，以及一切映在镜里的像──但是镜子本身，只要它没有污点，是看不见的。一切有反射作用的表面──不是漫射的表面──本身都是看不见的（所谓漫反射的表面，是指把光线向各方面反射出去的表面。我们平常把反射表面叫做磨光面，漫射表面叫做磨砂面）。

　　所有利用镜子所作出的表演或者观察──就像方才那两节所叙述的一样，都是根据镜子本身看不见的这个特性。看得见的只是镜子里反映的物体。

漫步云涧

在镜子前面画图

镜里的像跟原物不相同，从下面的实验里可以更明显地看出来（图91）。 　　在你面前竖直地放一面镜子，在镜子前面的桌子上铺一张纸，请你在这张纸上画一个随便什么图，比方说画一个长方形和一条对角线。但是画的时候眼睛不许望着手，只许看着镜子里的手的像。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　你一定就会发觉，本来是非常简单的一个题目，竟简直没有法子交卷。多年来，我们的视觉已经跟动作的感觉得到了协调，但是镜子破坏了这种协调，因为它把我们手部的动作变了样。我们多年的习惯要对你每一个动作抗议，你想把一条直线画向右面去，但是你的手却要向左边移去，等等。 　　假如你在镜子前面画的不是那么简单的图，而是比较复杂的图，或者是写些什么东西，那么，只要你的眼睛是向镜里的像看着，就会更加出你意外，你得到的会是一幅非常可笑的混乱的图画！ 　　吸墨纸上吸印的字，也是反转的。试把一张吸墨纸上吸印到的字迹──读出来，我相信你会觉得很困难：所有的字都跟平常不同。但是，试把一面镜子直竖在这吸墨纸前面，你就可以看到镜子里的字迹跟平常的完全一样了。是镜子把吸墨纸从普通字迹上印到的反了的字迹又反了一次。

漫步云涧

捷径

我们都知道，光在同一种介质里的传播是依直线行进的，也就是说是依最短的路径行进的。但是，当光从一点射出不是直接射到另一点，而是经过镜面的反射射到另一点的时候，光也仍旧是依最短的路径行进的。 　　让我们跟着光的路径看去。假设图92上A点表示光源，MN线表示镜面，ABC线表示光从蜡烛到人的眼睛C的路径。直线KB跟MN垂直。 　　　　　　　　　　　　　　　 　　 　　根据光学的定律，反射角2等于入射角1。知道了这一点，就很容易证明从A点到镜面再到C点的所有可能走的路线里，ABC是最短的一条。我们可以把光线的路径ABC跟另外一条路径比如ADC（图93）来比较一下。从A点向MN作一垂线AE，把它延长到跟CB线的延长线相交于F。然后把F、D两点用直线连接起来。首先让我们证明三角形ABE和FBE全等。这两个三角形都是直角三角形，而且有公共的直角边EB；此外，EFB和EAB两角相等，因为它们分别跟角2和角1相等；这样就证明了三角形ABE和三角形FBE全等。于是得到AB＝FB，AE＝W。现在再来看两个直角三角形ADE和FDE，它们有公共的直角边ED，上面又已经证明AE＝FE，所以三角形ADE和三角形FDE也全等。因此，AD和FD也自然相等。 　　这样一来，我们可以把路线ABC用跟它相等的路线FBC来代替（因为AB＝FB），把路线ADC用路线FDC来代替。把这两条路线FBC跟FDC比较，可见直线FBC要比折线FDC短。因此，路线ABC要比ADC短，而这正是我们需要证明的！ 　　无论D点在什么地方，只要反射角等于入射角，路线ABC总比路线ADC短。这样，光线在光源、镜子和人的眼睛之间行进，果然是选择所有可能的路线里最短的一条。这一点，还在2世纪时就由希腊亚历山大城的机械师和数学家希罗指出了。