物理爱好者

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哪一个字母更黑些

图130使我们认识了人的眼睛的另外一个不够完善的地方，认识了所谓“像散现象”。假如你用一只眼睛向图130望去，你会感到这4个字母仿佛并不是一样黑的。就请你认出哪一个字母最黑，然后从图的侧面再向这4个字母望去。这样就会发生一个意外的变化：方才那最黑的字母已经变成灰色的了，而现在最黑的字母，已经是另外一个了。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　实际上这4个字母黑的程度都是一样的，只是涂着不同方向的阴影线罢了。假如眼睛的构造跟最好的玻璃透镜完全相同，那么阴影线的方向就不会影响到字母的黑色程度。可是我们的眼睛对于各种方向上的光线并不是完全一样地折射的，因此我们就不可能同时清楚地看到垂直、水平以及斜向的线条。完全没有这个缺点的人是很少有的，有些人的眼睛，像散作用达到了严重的程度，以至显著地妨碍了他的视觉，降低了视觉敏锐的程度。这种人要能够清楚地看到东西，就得戴上特制的眼镜。 　　人的眼睛还有别种缺点，可是制造光学仪器的技师却能把这种缺点克服。赫尔姆霍茨对于这些缺点曾经这样表示：“假如有一个光学仪器制造家想把有这些缺点的仪器卖给我，我认为我有权利用最不客气的方式指出他的工作的不经心，把他的仪器还给他，并向他提出抗议。” 　　但是，除了这些由于人体构造上的缺点所引起的错觉之外，我们的眼睛还会接受一系列的欺骗，这些欺骗是完全有另外一套原因的。

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活的相片

我想大家一定看见过两眼向我们望着的相片，相片上的人不但一直向我们看着，而且还用他的两眼监视着我们的行动：我们走到东，它就望到东，我们走到西，它就望到西。这种相片的奇异特性还在很久以前就被人们注意到了；许多人对它都感到谜似的难解，而神经质的人时常会被它吓得惊慌失措。 　　这种情形，在果戈里写的《相片》一文里，有很好的描写： 　　那两只眼睛盯住了他，就好像除他之外，不愿意再看别人一般……相片不顾四周所有的一切，一直向他盯着，仿佛要盯进他的身体里去似的…… 　　关于相片上的眼睛的这种特性，有过不少迷信的传说（就在那篇《相片》里也有提到），但是实际上这个谜底却很简单，揭开来，也不过是视觉的一种错觉罢了。 　　整个的解释只有一句话，就是因为这种相片上的两只瞳子都画在眼睛的正中央。一个向我们望着的人，他的两眼就正是这个样子的；但是当这个人向我们旁边看去的时候，他的瞳子和整个眼球的彩帘，我们看去就已经不在眼睛的中央，而是略向一边移转了。我们离开相片向一边走去，相片的两个瞳子并不改变它们的位置，仍旧留在眼睛的正中央，而且我们看到的整个面孔也仍旧在原来的位置上，于是我们会很自然地感到相片仿佛向我们这边掉转了头来监视着我们了。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　同样的方法，可以用来解释某些图画上相似的特点：一匹马在图画上一直向我们奔来，不管我们避开到什么地方；一个人永远向我们指着，他的向前伸出的手永远一直指向我们，等等。 　　图131就是这种情形的一个例子。这样制出的大幅图画常常用来做宣传鼓动工作或者用来做广告。 　　假如我们把这一类错觉的原因好好想一下的话，那么就会明白，这里面不但没有什么值得惊奇的地方，而且恰恰相反，假如图画没有了这种特性，倒是值得惊奇的了。

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插在纸上的针和视觉上的别种错觉

图132画着一组大头针，初看并不觉得有什么特别的地方。现在请你把书放平，提高到跟眼睛相齐，闭上一只眼睛，用一只眼睛从针尖那一边望过去，使你的视线恰好沿着每一根大头针滑过腰把眼睛放在这些直线的延长线相交的一点）。这样，你就会觉得这些大头针不是画在纸上而是直插在纸上。把头略向一旁移动，你就会看见，仿佛这些大头针也都向这方向倾斜过去一般。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　这个错觉可以用透视定律解释：图上的直线恰好跟你用上面所说方法看去的时候许多竖立着的大头针的投影一样。 　　我们时常要听从错觉的支配，但是这一点不能够完全认为是视觉上的缺憾。它也有非常有利的方面，一般人就时常忘记了这一点。问题在于，假如我们的眼睛不受任何错觉的作用，那么就不可能有绘画，我们也要失去欣赏一切美术的机会了。美术家正是广泛地利用了人类视觉上这个缺点的。 　　18世纪的学者欧拉在他的有名的《有关各种物理资料书信集》里写道： 　　整个绘画艺术是建筑在这个欺骗上的。假如我们习惯按真实的情况去判断物体，那么，美术就没有地位，跟我们瞎了眼睛一般。那时候美术家会枉费了放在调色上的全部心机；我们会对他的作品这样说：这儿是一块红斑。这儿是灰色的，那儿呢，一片黑的和一些白线；这一切都在同一个平面上，看不到什么距离上的差别，而且也一点不像什么东西。无论这幅作品上画着些什么，对我们说来，就会像纸上写的信一样……在这种情形下，我们失去了愉快的有益的美术每天给我们带来的乐趣，不是会觉得可惜吗？ 　　光学上的“欺骗”非常之多，我们可以把视觉的错觉的各种例子收集成整本册子，这里面有许多大家都已经很熟悉，也有一些知道得还比较少。下面让我再举几个大家不大熟悉的有趣的例子。图133和图134是画在格子背景上的图，这两张图的效果都很好：你的眼睛一定不肯同意说图133上的字母是竖直的，而你更难同意的是，图134上画的图竟不是一个螺旋形！你只好用直接的实验来断定：把铅笔尖放到你认为是螺旋的线纹上，沿着那曲线画过去，就会知道你自己的判断错每天给我们带来的乐趣，不是会觉得可惜吗？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　光学上的“欺骗”非常之多，我们可以把视觉的错觉的各种例子收集成整本册子，这里面有许多大家都已经很熟悉，也有一些知道得还比较少。下面让我再举几个大家不大熟悉的有趣的例子。 　　图133和图134是画在格子背景上的图，这两张图的效果都很好：你的眼睛一定不肯同意说图133上的字母是竖直的，而你更难同意的是，图134上画的图竟不是一个螺旋形！你只好用直接的实验来断定：把铅笔尖放到你认为是螺旋的线纹上，沿着那曲线画过去，就会知道你自己的判断错了。同样，你可以利用两脚规来证明图135上AC线并不比AB线短。至于图136、137、138、139的详细情况，可以看各图的说明。 　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　 　　图138所生的错觉，竟严重这样的情形：这本书最初排印某一版的时候，发生过一件趣事，当出版者从制锌版的人手里拿到了这图的锌版，竟认为那锌版还没有做完，准备送回制版的人，叫他把白线交叉地方的灰色斑点去掉。我凑巧走进去，才给他解释明白了。

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近视眼怎样看东西的








　　患近视的人没有眼镜的话，是看不清楚比较远的东西的；但是他们在不戴眼镜的时候究竟能看见些什么。他们所看到的东西究竟是什么情形，这却是有正常视力的人难以理解的。但是患近视的人既是那么多，去了解他们所看到的周围世界是什么样子，也应该是一件有益的事情。

　　首先，患近视的人（自然这里是指没戴眼镜的人）永远不可能看到线条分明的轮廓，一切东西对他们来说都有模糊的外形。一个视力正常的人，向一株大树望去，能够清楚地在天空背景上辨出个别的树叶和细枝。患近视的人却只看到一片没有明显形状的模糊不清的幻觉般的绿色，细微的地方是完全看不到的。

　　对于患近视的人，人的面孔要比正常视力的人所看到的更年轻更整洁，因为面孔上的皱纹和小斑疤他们都看不见，粗糙的红色的皮肤也像是柔和的苹果色。我们有时候会觉得奇怪，某人判断别人的年龄往往会差了20岁；对于美的鉴别力，很奇怪，他时常一直把头伸到我们面前来向我们看，仿佛从来不认识一样……这一切常常不过是由于他近视的缘故罢了。一个患近视的人不戴眼镜跟你谈话的时候，他根本看不清你的面孔，至少他所看到的，跟你所预料的不同：在他面前只是一个模糊的轮廓，看不出面孔上什么特点，因此，一小时后假如他再碰到你，他已经不认识你了。患近视的人辨别一个人，大多是根据对方的声音，而不是根据对方的外形。他们在视觉上的缺憾是从听觉的敏锐上得到补偿的。

　　研究一下夜里的情形对于患近视的人是怎么一回事也是很有趣的事情。在夜里的灯光下面，一切光亮的物体，像电灯。照得很亮的窗玻璃等等，对于患近视的人都变成很大，他所看到的就是不规则的光亮斑点和一些黑影。街灯在患近视的人看来只是二三个大光点，笼罩了街道上别的部分。他们看不见驶近的汽车；看到的只是两个明亮的光点（头灯），后面只见黑漆漆的一大片。

　　甚至连夜里的天空，患近视的人所看到的也跟正常视力的人大不相同。患近视的人只能够看到的，不是几千颗星，而只有几百颗星。但是这几百颗星在他看来却像一些很大的光球。月亮在患近视的人看来显得非常大而且好像非常近；“半月”在他看来形状很复杂，很奇怪。这一切歪曲以及仿佛放大的原因，当然是由于患近视的人的眼睛构造上有了毛病。患近视的人眼球太深了，它收到的外面物体上每一点所发的光线，不能够恰好集中在视网膜上，而是在网膜的前面。因此光线射到眼球底部的视网膜的时候，已经又散了开来，以致造成了模糊的像。

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怎样寻找回声

谁都没有看到过它， 听呢──每个人都听到过， 没有形体，可是它活着， 没有舌头──却会喊叫。 ──涅克拉索夫 　　马克·吐温写过一个笑话，说到一位不幸的收藏家想搜集……你猜搜集什么？搜集回声！他不辞劳苦地收买了许多能够产生多次回声的土地。 　　首先，他在乔治亚州收买回声，这地方的回声可以重复4次，接着跑到麦里兰去买6次回声，以后又到──去买13次回声。接下去买的是堪萨斯的9次回声，再下去是田纳西的12次回声，这一次买得非常便宜，因为峭岩有一部分崩毁了，需要加工修理。他以为可以把它修理好，但是担任这个工作的建筑师却向来没有过把回声变成3倍的经验，因此终于把这件事情搞坏了──加工完毕以后，这地方恐怕只适宜给聋哑的人去住了…… 　　这当然只是开玩笑；但是很好听的多次回声却也的确在地球上各地方存在的，有的很早就已经引起大家注意，变成全世界出名的地方了。 　　这里可以提几个有名的回声的例子：在英国的武德斯托克，回声可以清楚地重复17个音节，格伯士达附近选连堡城的废墟能够得到27次的回声，后来，一堵墙壁给毁坏了，这回声才“静默”下去。原捷克斯洛伐克的亚德尔士巴哈附近一个圆的断岩，在一定的地方上可以使7个音节有3次重复的回声，但是离这个地点几步，即使步枪的射击也不会发生回声。更多次数的回声曾经在米兰附近的一座城堡（现在已经不存在了）听到过：从侧屋窗子放出的枪声，回声重复了40～50次；大声读一个单词，也能够重复30次之多。 　　山地里的回声跟平地上不同，种类很多，可是听到的机会反而少。在山地里，要听到回声比在树林环绕着的平地里困难。你就会明白这是什么原因的。回声实际上就是从某个障碍物反射回来的声波，它和光的反射一样。“声线”（就是声波传播的方向）的入射角也等于它的反射角。 　　现在请设想你站在山脚下（图140），而那会把你的声音反射回来的障碍物比你站立的位置高，例如在AB的地方。这儿不难看到，沿着Ca，Cb，Co等线向前扩展的声波，经过反射，就不会到达你的耳朵，而在空间沿aa，bb，co等方向散射开去。假如你站立的位置和障碍物在同一水平或者比障碍物高（图141），那么情形就两样了。沿Ca，Cb向下传播的声音，沿CaaC或CbbbC折线，从地面反射一二次后，会又回到我们的耳边来。两点之间地面的凹陷，会使回声更加清晰，起着像四面镜一样的作用。相反，假如C，B两点之间的地面是凸起的，那么这回声就很微弱，甚至根本不会传到你的耳朵里；这样的地面会和凸面镜一样，把“声线”散射开去。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　在不平坦的地面上寻找回声，是需要一定的技巧的。甚至已经找到了最合宜的地方，还得知道怎样把它“召唤”出来。首先，你不可以站在离障碍物太近的地方：应该让声音走过一段相当远的路──否则回声回来得太快，会跟原来发的声音汇合到一起。我们知道声音的速度是340米每秒，那么就不难了解，当我们站在离障碍物85米的地方，你应当在发出这声音以后半秒钟，听到这个回声。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　虽然回声的产生是“由于一切声音在空旷的空间产生自己的反映”棗但是并不是所有声音反映得同样清晰的。“野兽在森林里吼叫，或者是号角在吹，或者是雷声在轰鸣，或者是一个女孩子在土丘后面歌唱”，所得到的回声都各不相同。所发声音越尖锐、越断续，所得到的回声就越清晰。最好是用拍手来引起回声。人的声音引起的回声比较不清晰，特别是男子的声音，妇女和孩子的高音调可以得到清晰得多的回声。

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眼睛







每个人都有一双眼睛，这是人们观察世界的窗口．正是因为有了它，才使我们能欣赏到五彩斑斓的世界．不过，你是否知道眼睛观察到物体的原理呢?下面让我们了解一下它的简单构造和光学原理．


眼睛的基本构造如所示．最外层的无色透明部分叫做角膜，中间的透明囊状物叫做晶状体．紧贴着晶状体有一带孔的薄膜叫做虹膜，中间的小孔叫做瞳孔．瞳孔的大小可通过肌肉的伸缩自动改变，以控制进入眼睛内光的多少．光线强时，瞳孔变小；光线暗时，瞳孔变大．晶状体和前面的角膜之间充满着无色透明的液体──水样液，晶状体和后面的视网膜之间充满着无色透明的胶状物质──玻璃体．角膜、水样液、晶状体和玻璃体都对光线产生折射，它们的共同作用相当于一个凸透镜，这个凸透镜的前焦点约在角膜前1.5cm处，后焦点约在角膜后2.0cm处．用眼睛观察的物体，距离都大于2倍焦距，所以从物体射进眼睛里的光线经过这个凸透镜折射后，在视网膜上形成倒立、缩小的实像，刺激分布在视网膜上的感光细胞，通过视神经传给大脑，产生视觉，于是我们就看到了物体．?

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光圈指数中的规律







用过照相机的朋友会发现几乎所有照相机镜头的光圈环上都刻有同一组光圈指数：1.4，2，2.8，4，5.6，8，11,16，22


乍一看，这组光圈指数很不整齐，也不好记。难道照相机的设计师要跟用户过不去吗？


细心的朋友会发现，光圈指数不整齐，却有规律：每隔一个指数，数值都扩大2倍；相邻指数之比都约等于。例如：1.4×≈2,2×≈2.8……为什么要这样设置光圈指数呢?


让我们先看看光圈跟光圈指数的关系吧。调整光圈环，可以选择不同的光圈指数，从而改变镜头里面的光孔直径（光圈），以改变进入镜头的光的能量。你会发现，光圈指数小时，光圈变大。由于单位时间进入镜头的光的能量跟光孔面积成正比，即跟光孔直径平方成正比，而相邻指数之比都约等于，其相邻指数对应的光孔面积之比就约等于2。


现在，我们不难理解照相机设计师的一番苦心了：光圈指数不整齐，为的是使单位时间进入镜头的光的能量变化整齐，即每开大一挡光圈（光圈指数小一档），单位时间进入镜头的光的能量扩大2倍。那么，为什么要调整光圈呢？


我们知道，照相机是利用透镜成像的原理制成的，而像必须成在感光胶片上。当快门打开后，感光胶片要接受一定的光能量（即底片正常曝光），才能得到好的底片。进入镜头的光能首先取决于被摄景物的亮度，而被摄景物的亮度既千差万别，又千变万化。要使曝光正常，就要根据景物亮度的不同来控制进入镜头的光能量。


控制进入镜头的光能量通常靠调节光圈和快门速度来实现的。前面说过，光圈大小可以控制单位时间进入镜头的光的能量，而快门速度可以控制光进入镜头的时间。


在拍摄运动的对象时，如果快门速度太慢，拍出的照片就会模糊不清。提高了快门速度，光进入镜头的时间就变短，只有相应地调大光圈（减少光圈指数），以便加大单位时间进入镜头的光的能量，才能保证获得正常的曝光量。


照相机的快门速度的级别也是按2倍关系设置的：250,125,60,30,15……分别代表1/250秒,1/125秒,1/60秒,1/30秒,1/15秒……于是，快门速度每改变一级，光进入镜头的时间变化2倍。正因为光圈指数和快门速度的级别都是按照2倍关系设置的，才会给用户调节带来方便：如果用户选快门速度为60（1/60秒），光圈指数为11时，底片正常曝光，那么，当他根据需要（如拍摄较快运动的物体）将快门速度改变为125（比原来大一级）时，只需将光圈指数调整为8（光圈也比原来开大一挡），底片依然正常曝光。


现代的照相机，大多是用电子装置自动控制曝光量的，其依据也是这个道理，只不过用户不必去反复调节光圈和快门就是了。