Ловцова Анжелика Федоровна

Научно-исследовательская работа «Природная камера обскура. Дерево затмения»

Материал опубликован 17 October 2023

Природная камера –обскура- дерево затмения.

г. Москва, Восточный округ.АНО ОО "Русская Международная Школа" . (Ловцова Анжелика Фёдоровна-учитель физики и астрономии).

14 октября 2023 года, произошло совершенно особое астрономическое событие - "кольцевое" солнечное затмение. Люди ,наблюдающие за ним-отправляли фотографии с результатами этого явления. И я написала эту статью – связывающую наблюдения с физикой. Такая работа позволяет продемонстрировать учащимся связь между знаниями, приобретёнными на уроках и учебно-практических занятиях, с действительностью и способствуют закреплению знаний.

Ка́мера- обску́ра (лат. camera obscūra — «тёмная комната») — простейший вид устройства, позволяющего получать оптическое изображение объектов. Представляет собой светонепроницаемый ящик с отверстием в одной из стенок и экраном (матовым стеклом или тонкой белой бумагой) на противоположной стене. Лучи света, проходя сквозь малое отверстие (диаметр которого зависит от «фокусного расстояния» камеры, приблизительно 0,1—5 мм), создают перевёрнутое изображение на экране.

https://pikabu.ru/story/derevo_otbrasyivaet_takie_serpovidnyie_teni_vo_vremya_solnechnogo_zatmeniya_9242908?ysclid=lntqu

dio7n477284544

Authors & editors: Robert Nemiroff (MTU) & Jerry Bonnell (USRA)
NASA Web Site Statements, Warnings, and Disclaimers

Если вы внимательно посмотрите на землю на этой фотографии, то увидите множество изображений солнечного затмения, созданных деревом. Щели между листьями действуют как камеры-обскуры, каждая создает маленькое изображение частично затмившегося Солнца. Снимок был сделан в Бурлесоне в штате Техас в США. Вчера в Северной и Южной Америке можно было наблюдать частное затмение Солнца – Луна проходила перед Солнцем и закрыла его часть. Люди, находившиеся в узкой полосе на Земле, могли увидеть кольцеобразное затмение, которое также называют затмением с огненным кольцом, когда Луна проходит точно перед Солнцем и солнечный свет проникает вдоль края лунного диска.

В тени листвы лучами, пробивающимися к земле, всегда проецируются правильные окружности. Какой бы формы не были вверху просветы между листьями, внизу наблюдаются светлые круги, форму которых связана с формой солнечного диска. Все круги разом становились серповидными только в одном случае — когда начиналось солнечное затмение, и диск дневного светила перекрывался Луной.

О том, что с помощью света можно получать изображения, люди знали давно.

Когда свет проникает в темное пространство сквозь крошечное отверстие, происходит нечто таинственное и удивительное. Аристотель описал это явление еще в IV веке до нашей эры. В Италии эпохи Возрождения это явление зарисовал Леонардо да Винчи. А в конце XIX века в Кони-Айленде и на других приморских курортах выстраивались очереди из желающих увидеть волшебные превращения. Мы же перенесемся с вами в далекое прошлое и изучим историю возникновения этого прародителя фотоаппаратов.

Однажды солнечным днем Абелардо Морелл превратил классную комнату в камеру-обскуру – и стена напротив ожила, подобно киноэкрану.

До появление в XVI веке волшебного фонаря камера-обскура была единственным устройством, формирующим действительные изображения.

Камера-обскура — в переводе с латыни «темная комната» или ящик с небольшим отверстием, волшебным образом создающая на противоположной ему стенке уменьшенные перевернутые изображения предметов.

Эти образы, появляющиеся на задней стенке, долгое время оставались необъяснимым курьезом.

Одно из первых изображений камеры-обскуры, используемой для наблюдения солнечного затмения. Гравюра из средневекового трактата Геммы Фризиуса.

На протяжению двух тысячелетий это устройство использовалась в живописи, топографии и астрономических наблюдениях.

— Легенды упоминают о волшебных образах, которые в III тыс. до н.э. египетские жрецы показывали фараону в темной комнате внутри храма.

— Достоверное описание камеры-обскуры обнаружено в китайских трактатах V в. до н.э. Китайские ученые с помощью камеры-обскуры наблюдали лунные и солнечные затмения, кометы и другие небесные явления.

— Позже, в IX веке н.э. китайские философы упоминали об изображении пагод, спроецированных на стену сквозь щели в оконных ставнях.

— Независимо от древних китайских описаний в Греции не позднее IV в. до н.э. также использовали камеру-обскуру для астрономических исследований. Солнечные затмения в отсутствие светофильтров наблюдать было затруднительно. Длительный взгляд на яркое солнце мог ослепить наблюдателя.

Выход из затруднения был подсказан греческим философам самой природой.

1 из 2

Все круги -серповидные только в одном случае — когда начиналось солнечное затмение, и диск дневного светила перекрывался луной.

Все круги разом становились серповидыми только в одном случае — когда начиналось солнечное затмение, и диск дневного светила перекрывался Луной.

Об этих наблюдениях писал в IV в.до н.э. Аристотель, отметивший во время частичного затмения лунообразное изображение Солнца, образовавшееся в тени под деревьями. Строгое объяснение этому явлению было дано лишь в XVI веке.

Серьезного применения это устройство во времена Античности, правда, не нашло.

Только в X столетии арабский физик и математик Алхазен впервые использовал камеру-обскуру в своих экспериментах с лампами для изучения получаемых с ее помощью изображений.

Считается, что это название впервые использовал в XVII в. известный немецкий астроном Иоганн Кеплер.

Устройство камеры-обскуры представляет поразительную аналогию с анатомическим строением глаза. Невольно закрадывается предположение, что знание анатомии глаза навело на идею её устройства. Изобретателем камеры-обскуры долгое время ошибочно считали итальянского ученого-энциклопедиста, педагога и драматурга Джованни Батиста дела Порта описавшего (1560) сам прибор и способ повышения яркости изображения при размещении в отверстии собирательной линзы.

Вслед за арабским ученым Алхазеном он использовал её при разработке вопросов теории зрения, а также для выполнения рисунков и их проецирования (идея проекционного фонаря).

Эксперименты с камерой-обскурой натолкнули его на корректное объяснение механизма зрения. Как известно, Платон и возможно Аристотель, считали, что глаз испускает зрительные лучи для сканирования объекта. Алхазен убедительно показал, что в действительности свет от солнца или иного источника излучения, отраженный от объекта, напротив, попадает в глаз. Это открытие, сделанное на основе экспериментов с камерой-обскурой, показало несостоятельность тысячелетних представлений древних мыслителей и явилось основанием для присвоения Алхазену титула изобретателя камеры-обскуры. К сожалению, при переводе на латынь его фундаментальной Перспективы первые три главы, содержащие исследования камеры-обскуры, были утеряны. Утерянные главы были обнаружены только в начале XX века.

Общий принцип камеры-обскура

Итак, камера-обскура представляет собой светонепроницаемый ящик с отверстием в одной из стенок и экраном (матовым стеклом или тонкой белой бумагой) на противоположной стене. Лучи света, проходя сквозь малое отверстие (диаметр которого зависит от «фокусного расстояния» камеры, приблизительно 0,1—5 мм) создают перевёрнутое изображение на экране.

1 из 3

Камера-обскура не обеспечивает высокой резкости изображения. Однако можно повысить резкость изображения путем уменьшения диаметра отверстия. Для камеры характерна бесконечно большая глубина резкости изображаемого пространства. О фокусном расстоянии говорят условно.

Многие художники эпохи Ренессанса использовали камеру-обскуру для рисования своих полотен.

Были предприняты многочисленные шаги по усовершенствованию этого прибора. Так, поместить в отверстие линзу предложили профессор математики в Милане Джероме Кардан (1501–1576), Джованни Батиста Бенедетти (1585) и Даниелло Барбаро (1556), причем последний также показал возможность увеличения резкости изображения диафрагмированием объектива. Серьезным недостатком камеры-обскуры являлось получение перевернутого изображения. Для его устранения Игназио Данти предложил в 1573 г. использовать зеркало, которое вторично переворачивало изображение.

В улучшении оптической системы камеры – обскуры принадлежит большая заслуга известному немецкому астроному И. Кеплеру. В 1611г. им была придумана оптическая схема, состоящая из двух линз (вогнутой и выпуклой), которая позволяла увеличить угол поля зрения камеры – обскуры.

В 1686 году Йоганн Цан спроектировал портативную камеру-обскуру, оснащённую зеркалом, расположенным под углом 45° и проецировавшим изображение на верхнюю горизонтальную стенку ящика. Бумага укладывалась на стеклянное окно в стенке горизонтально, а изображение на ней не было перевёрнуто вверх ногами, облегчая рисование.

Итак, первая фотография была получена при помощи камеры-обскура и имела перевернутый вид.

Так же немало важное значение имели опыты действия света на различные химические вещества. Ученые всех стран экспериментировали, исследуя чувствительность различных химических соединений к солнечному свету в 18-19 веке. Н. Ньепс в 1826 г. использовал асфальтовый слой для получения изображения с помощью камеры – обскуры.

Изобретателем первых изображений с галогенидами серебра считается французский художник и изобретатель Луи Жак Дагер. Используя камеру – обскуру для рисования, он в1824 г. начал искать способы закрепления полученного изображения. Ж. Дагер в 1829 – 1835 г. проводил поиски совместно с Н. Ньепсом. После смерти Н. Ньепса Ж. Дагер опубликовал новый оригинальный способ получения светописных изображений назвав его «дагеротипия».

1 из 2

Дагеротип Луи Дагера

О новом способе получения фотографических изображений было сообщено 7 января 1839 г. физиком и астрономом Араго на выступлении Парижской академии наук. Считается, что 7 января 1839 г. официальный день изобретения фотографии.

Нельзя сказать, что фотографию изобрел один человек, в это изобретение вложен труд многих поколений ученых в разных странах мира.Еще в глубокой древности люди знали, что от солнечных лучей темнеет человеческая кожа, искрятся опалы и аметисты – это химическая предыстория фотографии. А вот оптическая насчитывает примерно тысячу лет. И началось все с «комнаты, часть которой освещена солнцем» — камеры-обскура (лат. «camera obscurа» — тёмная комната). Это поразительное явление, благодаря которому, при проникновении луча света в темное помещение сквозь небольшое отверстие, на противоположной стене можно наблюдать проекцию предметов внешнего мира. Предметы изображаются в точных пропорциях и цветах, но в уменьшенных, по сравнению с натурой, размерах и в перевернутом виде. Упоминания о камере-обскуре встречаются ещё в IV веке до н. э.Начиная с XVI века, камеру-обскура начинают использовать в своей работе художники, но с большой осторожностью, чтобы не быть обвиненными в колдовстве. В последующие столетия, благодаря научным открытиям, конструкция только совершенствовалась. С помощью оптических инструментов – линз и зеркал – размеры устройства существенно уменьшились. А в 1685 году Иоганн Цан создал рефлексный тип камеры-обскуры с зеркалом под углом 45 градусов к линзе, так что изображение отражалось в верхней части ящика уже не в перевернутом, а прямом виде. Со временем художники стали пользоваться камерой-обскурой даже на природе, и для этой цели в XVII веке были модифицированы закрытые кресла и тенты.А до создания фотоаппарата оставался всего один шаг - нужно было лишь создать инструмент для автофиксации изображения без помощи руки художника.