Глаз и Солнце - Сергей Вавилов

Опыт 10. Я соединил две призмы одинаковой формы вместе, так что их оси и противоположные грани были параллельны и они составляли параллелепипед. Когда солнечный свет светил внутрь моей темной комнаты через малое отверстие в оконной ставне, я поставил этот параллелепипед в пучок света на некотором расстоянии от отверстия в такое положение, что оси призм были перпендикулярны к лучам, которые падали на первую грань одной призмы, проходили через две соприкасающиеся грани обеих призм и выходили из последней грани второй призмы. Так как эта грань параллельна первой грани первой призмы, то выходящий свет параллелен падающему. Далее, за этими двумя призмами я ставил третью, которая могла преломлять выходящий свет и посредством этого преломления отбрасывала обычные цвета призмы на противоположную стену или же на лист белой бумаги, помещаемый на подходящем расстоянии за призмой, для того чтобы на него падал преломленный свет. После этого я вращал параллелепипед вокруг его оси и нашел, что в том случае, когда соприкасающиеся грани двух призм становились настолько наклонными к падающим лучам, что все лучи начинали от них отражаться, то лучи, претерпевавшие в третьей призме наибольшее преломление и освещавшие бумагу фиолетовым и синим светом, первые исчезали благодаря полному отражению из проходящего света, остальные же лучи оставались и окрашивали бумагу в свои цвета – зеленый, желтый, оранжевый и красный, как и прежде; при дальнейшем движении двух призм остальные лучи также, вследствие полного отражения, исчезали по порядку, соответственно их степеням преломляемости. Следовательно свет, выходящий из двух призм, слагается из различно преломляемых лучей ввиду того, что более преломляемые лучи могут быть от него отнятыми, менее же преломляемые остаются. Но этот свет, проходящий только через параллельные поверхности двух призм, если и претерпевает какое-либо изменение на одной поверхности вследствие преломления, то теряет его при обратном преломлении на другой поверхности и, восстанавливаясь таким образом в своем первоначальном строении, приобретает ту же природу и условия, как вначале, до падения на призмы; поэтому и до падения свет также был составлен из лучей различной преломляемости, как и после этого.

Предложение III. Теорема III. Солнечный свет состоит из лучей, различающихся по отражаемости, причем более других отражаются те лучи, которые более преломляемы. <…>

Предложение IV. Задача I. Отделить один от другого неоднородные лучи сложного света. <…>

Опыт 11. Можно взять треугольное отверстие с равными сторонами с основанием, например, около десятой части дюйма и с высотою в дюйм или более. Если ось призмы будет параллельной перпендикуляру треугольника, то таким способом изображение pt (рис. 66) будет образовано из равносторонних треугольников ag, bh, ci, dk, el, fm и т. д. и других бесчисленных промежуточных треугольников, соответствующих треугольному отверстию по форме и толщине и располагающихся один за другим в непрерывном ряду между двумя параллельными линиями af и gm. Эти треугольники немного перемешаны у оснований, но не у вершин, и поэтому свет на более ярком краю af изображения, где расположены основания треугольников, несколько смешан, на темном же краю gm он совершенно не смешан, и во всех местах между краями изображения смешанность пропорциональна расстояниям этих мест от темного края gm. Имея спектр pt подобного строения, мы можем производить опыты или в ярком, но менее простом свете у края af, или в более слабом, но более простом свете вблизи другого края gm, смотря по тому, что более удобно.

Рис. 66

Но для таких опытов нужно, чтобы комната была темной, насколько это возможно, дабы посторонний свет не смешивался со светом спектра pt и не делал его сложным, особенно в том случае, когда мы хотим производить опыты в наиболее простом свете, вблизи края спектра gm, где свет слабый находится в меньшей пропорции к постороннему свету и поэтому, смешиваясь с ним, искажается более других и делается более сложным. Линза также должна быть хорошей, такой, чтобы она могла служить для оптических целей; призма должна быть с широким углом, например в 65 или 70 градусов, тщательно сработанной, из стекла без пузырьков и жил; грани ее должны быть не выпуклыми или вогнутыми, как это обыкновенно случается, но правильно плоскими; полировка должна быть такой же, как при изготовлении оптических стекол; нельзя ограничиваться только оловянным пеплом, как это делается обыкновенно, причем сглаживаются только края выбоин, оставленных песком, и по всему стеклу остаются бесчисленные группы маленьких выпуклых полированных волнообразных возвышений. Далее, края призмы и линзы, поскольку они также могут производить неправильное преломление, должны быть покрыты приклеенной черной бумагой. Весь свет солнечного пучка, впускаемого внутрь комнаты, являющийся бесполезным и невыгодным для опыта, должен быть задержан черной бумагой или другими черными препятствиями, ибо иначе бесполезный свет, отражаясь всевозможными путями в комнате, смешается с удлиненным спектром и будет способствовать его искажению. При производстве этих опытов такая тщательность требуется не всегда; она, однако, помогает успеху опытов и заслуживает применения со стороны очень осторожного исследователя. Трудно получить призмы, пригодные для такой цели; поэтому я пользовался иногда призматическими сосудами, сделанными из кусков зеркального стекла, наполняемыми дождевой водой. Для увеличения преломления я растворял иногда в воде большое количество Saccharum Saturni (свинцового сахара).

Предложение V. Теорема IV. Однородный свет преломляется правильно без всякого расширения, расщепления или рассеяния лучей, и неясное изображение предметов, рассматриваемых через преломляющие тела при помощи неоднородного света, возникает благодаря различной преломляемости различных сортов лучей.

Опыт 12. В середине черной бумаги я сделал круглое отверстие около одной пятой или шестой части дюйма в диаметре. Я заставлял падать на эту бумагу спектр однородного света, описанный в предыдущем предложении, таким образом, что некоторая часть света могла проходить через отверстие в бумаге. Эту пропущенную часть света я преломлял призмой, помещенной за бумагой, заставляя падать перпендикулярно на белую бумагу на расстоянии двух или трех футов от призмы; я нашел, что спектр, образованный на белой бумаге этим светом, не был удлиненным, как при преломлении сложного солнечного света (в опыте третьем), он был совершенно круглым (поскольку я мог судить при помощи моего глаза), длина была не больше, чем ширина; это показывает, что свет преломляется правильно, без всякого расширения лучей.

Опыт 13. Я помещал в однородном свете бумажный кружок диаметром в четверть дюйма; в непреломленном разнородном белом свете солнца я помещал другой бумажный круг того же диаметра. Отходя от кругов на расстояние нескольких футов, я рассматривал оба круга через призму. Круг, освещаемый разнородным светом солнца, казался весьма удлиненным, как и в опыте четвертом, длина была в несколько раз больше ширины; но другой круг, освещаемый однородным светом, казался круглым и вполне отчетливым, как и при наблюдении простым глазом, что доказывает все предложение.

Опыт 14. Я помещал в однородном свете мух и другие подобные мелкие предметы и, рассматривая через призму, видел их части столь же отчетливыми, как и при наблюдении простым глазом. Я рассматривал также сквозь призму те же предметы, помещенные в непреломленный неоднородный белый свет, и видел крайне неясно, так что не мог отличить их малые части одну от другой. Я помещал также небольшой печатный лист сначала в однородный свет и затем в неоднородный и, рассматривая буквы через призму, видел, что в последнем случае они были столь неясны и неотчетливы, что я не мог их читать; в первом случае, однако, они казались настолько отчетливыми, что я мог бегло читать, и думаю, что видел их так же отчетливо, как и при наблюдении простым глазом. В обоих случаях я рассматривал те же предметы, сквозь ту же призму, на том же расстоянии от меня и в том же положении. Разница была только в отношении света, освещающего предметы, который в одном случае был простым, а в другом сложным; поэтому отчетливая видимость в первом случае и неясность в последнем могли возникать только от различия света, что доказывает все предложение. В этих трех опытах примечательно, кроме того, то, что цвет однородного света никогда не менялся при преломлении.

Предложение VI. Теорема V. Синус падения всякого луча, рассматриваемого отдельно, находится в данном отношении к синусу преломления.