趣味物理学-第15部分

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冬天大。正是这个原因，才造成了白天里温度的显著变化，也就是说，引
起了整个大自然界生活上的显著变化。第七章光线

捉影

唉，影子啊，黑暗的影子，

有谁不被你追上？

有谁不被你追越？

只有你，黑色的影子，

却没人能把你捉到和拥抱！

——涅克拉索夫

假如说我们的祖先不会捉自己的影子，至少他们已经会从自己的影子
那里得到一些好处。他们利用影子，画出人体的“影像”。

在我们的时代里，靠了照相术的帮助，每个人都能够得到自己的照片
或是替亲近的人拍照。但是在十八世纪的时候，人们却还没有这种幸福，
当时要请画家画一幅像，得付出很多的钱，就只有不多的人能够出得起这
笔钱。因此，“影像”才得到了这样大的流行，在当时，这种“影像”竟
相当于现在的照相术这样普遍。所谓“影像”，其实可以说是捉到并且钉
住在纸上的影子。这种“影像”，是用很机械的方法画出的，在这一方面，
使我们不由得想起了它跟照相术刚好相反。我们在拍照的时候，是利用光
线射到底片上，但是我们的祖先为了同一个目的，却是利用没有光——利
用了影子。

影像怎样画法，从图82　可以看得很清楚。那个人的头转到某一个位
置，使它的影子有最显著的轮廓，然后用笔描出它的轮廓来。这个轮廓画
好以后，涂满黑墨，剪下贴到一张白纸上，影像就成功了。愿意的话，可
以利用放大尺把它缩小。你可别以为这种简单的黑色轮廓画不可能表示那
个人形貌上的特点。相反的，画得好的影像有时候跟原来的形貌非常相
象。

这种影像的特点是画法简单，又跟原来的形貌相象，这使得许多画家
对它发生了兴趣，他们开始用同样方法画整幅的图画、风景等等，渐渐的
发展成功一个画派。图84　就是席勒的影像。

“影像”这个名称，是从法文Silhouette（西路哀特）这个字译过
来的。这个字的来源很有趣，本来是十八世纪中叶一位法国财政大臣的
姓，那位大臣叫艾奇颜纳·德·西路哀特，他在当时曾经竭力号召浪费成
性的法国国民注意节俭，并且责备法国显贵们不应该把大量金钱消费到图
片和画像上。由于影像很便宜，顽皮的人就把这种影像叫做“■
laSilhouette”（意思就是“西路哀特式”）。

鸡蛋里的鸡雏

你可以利用影子的特性，向你的同伴表演一个有趣的玩意儿。拿一张
浸过油的纸，把它张在一张硬纸板中间的方孔上，就装成一个油纸幕。幕


的后面放两盏灯；请你的观众在幕的前面观看。现在，把一盏灯点起，譬
如把左面的一盏灯点起。

在点起了的灯跟纸幕之间，加进一个椭圆形的硬纸片，于是幕上就现
出了一个鸡蛋的影像（这时右面一盏灯还没有点燃）。现在你可以向你的
观众说，就要开动爱克斯射线透视机了，就可以透视到鸡蛋的内部。。看
到鸡雏了！果然，一下子你的观众就会看到那鸡蛋仿佛边上比较明亮，中
心部分却暗了下去，清楚地看到了一只鸡雏的影像。

其实这出魔术没有多大奥妙，说穿了很简单：在你右面那盏灯的前
面，放着一个鸡雏形的硬纸片。把这盏灯点亮以后，幕上那椭圆形的影子
上，又有右面的灯射来的一个“鸡雏”的影子，而鸡雏影子四周受到右面
灯光的照射，因此，“鸡蛋”的边上要比它的中央部分明亮。你的观众呢，
他们是坐在幕的前面的，并没有看到你的动作，因此，——假如他们不懂
物理学和解剖学的话，——很可能就给你骗了，以为你果真把爱克斯射线
透过了鸡蛋。

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（这两块板装得可以活动的），那
么所得到的像就会给歪曲成离奇的形状。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。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，对于这道光线的进行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，跟AB　距离对DB　距离的比相等。

简单地说，在两块狭缝板的位置象图88　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，却仿佛只有后
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88　相反，所得到的像就会向横
的方向伸长。


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，
——总之，用来得到拉长或压扁了的各种装饰和图案。

日出的题目

你在早晨正五点钟看到日出。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，光从太阳到地球一直要跑8　分钟。那么，如果光瞬息就可
以到达的话，我们好象应该在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出于意外：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，仍旧是早上五点正

只

。

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
珥），那又是另外一回事了。如果光的传插是瞬时的，你的确会比现在早
8　分钟就见到它。

只

是“大部分”，而不是全部分。另外一个重要的原因是白昼时间的长短不同，也就是说，太阳射到地面
上的时间长短不同。其实，这两个原因是由于同一个天文事实，就是地轴对于地球绕日公转的轨道面是倾
斜的。
#　假如把所谓“大气折射”的作用也计算在内，那么结果就更会出人意外。大气折射会使空气里光线的行
进路线发生折屈，因此使我们看到日出的时候，要比太阳从地平线升起的时间更早。但是如果光的传播是
瞬时的，就不可能有这种折射发生，因为折射只是由于各种不同介质里光速不同才产生的。没有折射，会
使观察的人看到日出的时间比光的传播要花时间的情形更迟；这个差别的多少要看观测地点的纬度、空气
温度和许多别的条件来决定，大约迟2　分钟到几昼夜或者更多（在极地上）。这样看来，我们是得到一个
好象很奇怪的结论了：我们看到日出的时间，如果光的传播是瞬时的（就是无限快的），竟要比不是瞬时
的更迟！


第八章光的反射和折射

隔着墙壁看得见东西

在前一世纪的九十年代，人们用“爱克斯射线机”这个响亮的名字到
处售卖一种有趣的器具。我还记得，当时我还是一个小学生，第一次拿到
这个巧妙玩意儿时候的高兴的心情。这是一个管子，可以使你隔着不透明
物体清楚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
爱克斯射线都透不过的刀锋，看到了后面的东西。这个玩意儿构造上并不
复杂，只要看一看图89，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。

光线从走进潜望镜折射到观察的人的眼睛，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
到二十米左右；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，落到人的眼里。

放在前面还是后面？

日常家庭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。就连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。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。

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不够认识：对于这一节
的题目，就一定有许多人尽管每天都在看镜子，还是会回答得不正确的。

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，
漫射表面叫做磨沙面。）

所有利用镜子所做出的表演或者观察——就象方才那两节所叙述的
一样，正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。

在镜子前面画图

镜里的像跟原物不相同，从下面的实验里更可以显著地看出来。

在你面前竖直的放一面镜子，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画的，就会更加
出你意外，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一
一读出来。我相信你会觉得很困难；所有的字都跟平常的不同。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