Глаз обладает очень важным свойством, играющим огромную роль для зрения. Это свойство можно назвать "зрительной инерцией": быстро мелькнувший и исчезнувший образ еще некоторое время после исчезновения оставляет на "сетчатке" след в глазу и кажется более длительным, чем на самом деле. Если это явление (например, зажигание и тушение лампочки) повторять через равные, все сокращаемые промежутки времени, то мы будем видеть сперва появляющуюся и исчезающую лампочку, но затем, по мере сокращения времени тушения, — лампочку, словно горящую непрерывно. Промежутки между зажиганием лампы, очевидно, занимают при этом как раз столько времени, насколько задерживается изображение лампочки в глазу.
Это свойство легко может про верить каждый: если быстро вращать рукой тлеющую спичку в темноте, то покажется, что вращающий держит светящийся круг — все точки окружности за время одного оборота задерживаются на сетчатке глаза. Еще интереснее проверить это явление таким образом: нарисовать на одной стороне картонки клетку, а на другой — птицу и при помощи двух ниток быстро вращать картон, чтобы глаз последовательно видел то одну, то другую сторону. Глядя на это, вы увидите не два, а один рисунок: птица, сидящая в клетке.
Свойство это было известно еще в глубокой древности; Лукреций (до нашей эры) описал его в своей поэме "О природе вещей". Но обстоятельно оно было исследовано только в девятнадцатом веке, когда бельгийский физик Плато точно определил, как долго задерживается изображение на сетчатке. Его исследования имели огромное значение для изобретения кинематографа, в котором последовательно заснятые части движущейся фигуры дают впечатление непрерывности явления.
Вообразим, что период качания маятника часов, разделен, скажем, на 8 частей. Изобразим его последовательные положения на кружке, а над каждым изображением сделаем узкий прорез — щель. Мы получим простейший вид стробоскопа (рис. 1).
Насадим кружок на ось (шпилькой, гвоздиком) и, подойдя к зеркалу, придадим кружку пальцем вращательное движение. Наблюдая через щель а в диске за изображением часов в зеркале, мы увидим маятник висящим вертикально; через следующую — отклоненным, затем — еще больше; потом последовательно он возвращается назад, проходит первоначальное положение, отклоняется в другую сторону и т. д. Так как вращение происходит быстро, то мы (хотя последовательные положения и прерваны промежутками между щелями), благодаря "инерции глаза", сохраняем впечатление от одного до другого рисунка, и движение маятника нам кажется непрерывным, как в натуре. Плато воспользовался этим прибором, чтобы определить, как долго сохраняется впечатление от зрительного образа. Если знать, как скоро вращается диск, не трудно вычислить, сколько времени проходит между двумя взглядами в соседние отверстия; при этом, конечно, скорость вращения должна быть такая, чтобы наблюдаемое движение шло плавно, без скачков. Это легко достигается.
 Рис. 3. Ручка для насадки кружков. |
Вместо качающегося маятника, можно нарисовать, расчленив на равные части, любое другое движение, сделав в диске столько отверстий, на сколько частей вы расчленили движение. Возьмите, например, клоуна, который вертится на трапеции. Рис. 2 изображает такого гимнаста. Разделите диск диаметрами, скажем, на восемь частей. Следовательно, весь оборот вокруг трапеции клоун сделает в восемь последовательных движений: если на первом рисунке он держит голову вертикально вниз, — на втором он сделает одну восьмую оборота, на третьем — две восьмых и т. д. Чтобы сделать такой прибор, в конце каждого из восьми диаметров нарисуйте по кружку, каждый из них разделите на восемь частей и врисуйте в них клоуна так, чтобы он концом колпака, например, касался последовательно в каждом cлeдующем кружке последующего диаметра. Тогда на восьмом (и первом) он придет в прежнее положение, то есть закончит один оборот вокруг трапеции. Если станете через отверстие смотреть в зеркало, клоун будет непрерывно вертеться на своей трапеции.
Сделайте специальную ручку (рис. 3) для насадки кружков. Диск а при помощи распиленной катушки b, винта d и шайбочки е (предохраняющей от винта и уменьшающей трение), привинчивается к ручке. Чтобы не делать на кружке с рисунками каждый раз и прорезы, диск с ними можно сделать один в 26 см диаметром; фигурки изображать на меньшем кружке в 18 см; затем накалывать его на диск двумя канцелярскими скрепками (рис. 1, внизу). Щели диска должны быть аккуратно вырезаны, — края параллельны и отстоят — верхний край на 1 см, нижний на 4 см от верхнего края общего диска, и иметь длину следовательно 3 см. Можно обойтись и без зеркала, сделав два кружка, — один с 8 рисунками, другой с дисками; насадив их на общую ось (см. рис. 4) и вращая, наблюдать через прорезы за рисунком. Сюжеты для рисования могут быть многочисленны: клоун может вращаться вокруг трапеции на ноге, на руках; можно изобразить с вертящимися крыльями мельницу (рис. 5); нужно, только понять и запомнить, что движение надо разделить на равные части, нарисовать на равном расстоянии друг от друга последовательные положения движущегося предмета и сделать столько прорезов для наблюдения, на сколько частей разделено движение.
Так как рисование таких фигурок сложно, переводите фигурки, изображенные на наших рисунках, через угольную бумагу на обратную сторону цветных бумажных лоскутков, вырежьте по 8 одинаковых фигурок и, расчертив кружок по рисунку 1 и 2, наклейте их в нужных положениях. Это упростит работу, а цветная бумага украсит игрушку.
Описанная игрушка была названа в свое время "фенакистископом", зрительным обманом. Ее видоизменение, гораздо более интересное, получило название "зоотропа" или "праксиноскопа". Но мы будем называть все эти приборы "стробоскопом", так как они основаны на описанных свойствах глаза, именующихся в науке "стробоскопическими явлениями".
Хорнер устроил прибор, изображенный на рис. 6. Барабан из картона с отверстиями для наблюдения, располаженными в равных промежутках друг от друга, имеет возможность быстро вращаться вокруг вертикальной оси помощью подталкивания пальцем. Внутрь барабана вкладывается лента с последовательными изображениями какого-нибудь движения (рисунков столько, же, сколько отверстий; на нашем рисунке изображено "скакание через веревку"). Глядя в прорезы, вы видите непрерывное движение: человек на рисунке оживает.
Такой стробоскоп легко изготовить. Он состоит из круглой доски, выпиленной лобзиком, 28,6 см. диаметром. В центре она прибивается к большой катушке. Из не толстого (лучше бристольского) картона вырезывается полоска 17 см ширины и 95—100 см длины. На ней надо нанести две параллельные линии, отстоящие от края на 10 и 14 см. (рис. 7). Между этими линиями и делаются прорезы, с отстоянием друг от друга на 7,5 см; их выйдет 12. Эта полоска картона с отверстиями аккуратно наклеивается или прибивается маленькими гвоздиками на выпиленную доску, оставшиеся края k накладываются друг на друга и тоже склеиваются: получается открытый сверху барабан (рис. 8, слева вверху). Этот барабан должен вращаться; поэтому катушка, прибитая к его дну, насаживается на стержень в (гвоздь, карандаш), прочно и вертикально укрепленный в деревяшке а. Вращение достигается толканием помощью указательного пальца.
Еще лучше устроить вращающийся механизм: ящик (рис. 8.2) из четырех досок имеет два отверстия а; в верхнее проходит стержень а (рис. 8.3) с дыркой наверху и кончающийся вбитым гвоздем, которым он входит в просверленное в дне ящика углубление. На стержне под верхней доской посажена и укреплена гвоздем спиленная катушка b с деревянным кружком с. Через боковое отверстие ящика пропущен другой деревянный стерженек при помощи гвоздика, вращающегося в ящике; катушка держащаяся на этом стержне своей выдающейся кромкой ч, касается кружка с. С наружной стороны ящика на горизонтальный стержень надевается металлический кружок О и полкатушки К, связанная со стержнем гвоздиком, и при помощи ручки (она держится шпиньком и скобкой) стержень приводится во вращение, заставляя вращаться и вертикальную ось, а с ней и насаженный барабан (см. рис. 8.4). Желательно кружок о оклеить снизу тонким сукном, тогда трение между ним и катушкой г увеличивается и вращение барабана становится надежнее.
Теперь все дело в картинках. В барабане 12 отверстий, следовательно, чтобы фигурки плавно двигались, их надо изобразить в 12-ти положениях. Полоска бумаги такой длины, чтобы она занимала точно внутренность барабана (90 см и 8 см ширины), делится на 12 равных частей, по 7,5 см. В каждой точке рисуется фигурка в таком положении, чтобы пройдя все двенадцать положений, цикл движений замкнулся. Начнем с простейшего: мальчик, вертящий на веревочке шар (рис. 9). Все 12 рисунков мальчика должны быть одинаковы (можно фигуру вырезать из цветной бумаги); мячик же в каждом последующем рисунке должен быть отклонен по кругу на одну двенадцатую, чтобы потом вернуться в прежнее положение. Другой рисунок — клоун, вертящийся вокруг трапеции: фигурка также вырезается из бумаги и наклеивается в двенадцати точках так, что в каждой последующей она на одну двенадцатую повернута. Катящийся мяч: чтобы видно было его вращение, мяч сделан двуцветный, он будет казаться катящимся, если линия раздела красок (черное и белое) будет в каждом последующем рисунке повернута на 1/12-тую (рис. 12).
Можно изобразить кузнеца, бьющего по наковальне. Сообразим, какие движения делает его рука; крайнее ее отклонение до удара, — разделите этот размах на двенадцать частей и на каждом рисунке нарисуйте одно из положений, расположив их последовательно на рисунке: вы увидите живого молотобойца. Так же можно изобразить бегущего мальчика (рис. 13).
Когда ваши полоски (90 см длины и 8 ширины) с двенадцатью рисунками готовы, вложите их, соединив концы разрезом, как показано на рис. 11.7, в барабан, осветите сверху лампой и, быстро закрутив, следите в прорезы: фигурки оживут и задвигаются.
Огромное значение может иметь стробоскоп в школьном обиходе. Иметь для обучения модели машин, действие которых привело бы к пониманию сложных движений, как распространение волны, движения поршня и золотника в двигателе внутреннего сгорания, возникновения токов в кольце, — весьма трудно.
Все же цикловыe явления с необыкновенной наглядностью и полным реализмом могут быть демонстрированы в стробоскопе. При простоте его изготовления руками самих школьников этот прибор может быть школе более, чем полезен, — необходим. Прекрасно можно изобразить для изучения и такие явления, как кровообращение, почкование и ряд других явлений в области естествознания. Статистические таблицы оживают в стробоскопе; целый ряд явлений из области обществоведения становится в нем легко запоминающимся и занимательным.
