← 17. Látószögek
19. Tükrök →
18. Fények és árnyak
A fény betölti napjainkat, reggeltől estéig. Csodálatos
fényképek, optikai csalódások, tükrök és lencsék, üvegszálak,
távcsövek és mikroszkópok, rejtett kamerák, árny- és színjátékok,
Op-Art, fénytörések, perspektíva - mind mind külön hatalmas
tudományok. Most csak pár személyes élményem osztom meg Veled,
Kedves Olvasóm!
"A Napba lehetett nézni, de erre a gyönyörű leányra
nem!" Sajnos tűző napsütésben a zebra mellett várakozva nekem más
szokott eszembe jutni. Hol találok egy kis árnyékot, hová álljak? Amint
lógatom fejem, látok egy vékony árnyékcsík végén egy árnyék-karikát,
KRESZ-tábla árnyéka - örültem meg. Most jön a feladat: hogyan érem
el, hogy a fejem éppen a tábla árnyékába kerüljön? A "klasszikus" módszer
most nem megy a tűző napsütés miatt: nem nézhetek a fényforrás felé azt
ellenőrizni, hogy mikor takarja el a tábla a Napot a szemem elől! A
megoldás ötletét a következő képen látjuk:
Ha valaki még mindig nem jött rá, eláruljuk:
A földön nézzük a fejünk árnyékát, és úgy nyújtogassuk-
tekerjük nyakunkat, hogy fejünk árnyéka éppen eltűnjön a tábla
árnyékában! A "módszer" kis koronájú fa, lámpa, esernyő, magasabb
bácsi (lásd: Milne: Micimackó), stb. esetén is működik!
A család állandó problémája nyáron: "Hová terítsük
a pokrócot, merre is jön|megy az árnyék?" (Van aki állandóan árnyékban
szeretne, maradni, mások napon de mindig!) A megoldás nagyon egyszerű.
Egyrészt, zsúfolt strandon amúgy sincs sok választásunk, a késő délutáni
üres strand pedig mindenütt árnyékos... Félretéve a humort: Nap a mi
nézőpontunkból mindig balról jobbra forog (mint amikor elzárjuk a
vízcsapot). Az árnyék pedig éppen a másik oldalon van, a Nappal szemközt,
vagyis az árnyék is mindig balról jobbra, az óramutató járásával
megegyező irányban mozog!
A napóra szerintem kedves és hasznos díszítője
lehet házaknak, még ha nem is percre pontos. (Itt is az árnyék a Nappal
szemben mozog.) Nem a hőmérsékletre érzékeny, mint a mechanikus órák,
hanem az évszakok változására, amit bonyolultabb tervezéssel
észrevehetetlenné lehet csökkenteni. Paloznak nincs messze:
keressük meg Ponori Török Aurél napóráját! Róla és napórájáról
részletesebben a
http://veol.hu/hetvege/a-legprecizebb-napora-1567961
oldalon olvashatunk.
Szép napsütéses időt kívánok!
Ponori Török Aurél és napórája Paloznakon
Csendes téli estéken (erdei menedékházban, vagy ha
már meguntuk az Internetet) játszhatunk árnyjátékot is:
kezeinket ügyesen forgatva állatok, növények, emberek árnyékait
idézhetjük meg, sőt imbolygó gyertyaláng mellett az árnyak még
életre is kelnek. Csak arra kell vigyáznunk, hogy tudományos
előadásokon csak tudományosan használjuk az árnyjátékokat!
Sajnos a magyar nyelvű Wikipédián nincs
Árnyjáték lap, az angol nyelvűn is csak a
https://en.wikipedia.org/wiki/Shadow_play
lap található. Azonban létezik a
http://www.shadow-puppets.com/Shadow_Puppeteers.php
honlap, ahol sok árnyjáték receptet találunk.
Grätzer József SICC - Szórakoztató
Időtöltések, Cseles Csalafintaságok könyvéből nem csak az
árnyjátékok mesterfogásait tanulhatjuk meg, hanem rengeteg
fejtörő, rejtvény, udvari és szójáték, mindenféle időtöltés
kimeríthetetlen tárháza. A könyv eredetileg 1934-ben jelent meg,
azóta több tucat kiadást ért meg, napjainkban is sokszor
hiánycikk.
(Grätzer József (1897-1945) egyébként Karinthy Frigyes
személyi titkára volt az 1920-as években, becenevén
"A Rejtvénykirály". 1944 tavaszán munkaszolgálatra hurcolták,
1945 márciusában a soproni téglagyárban halt meg. Fia
Grätzer György, matematikus Ausztráliában él.)
http://hu.wikipedia.org/wiki/Grätzer_József
árnyjátékok
Vigyázat: Kálmán Jenő (szöveg) és
Tankó Béla (rajzok) SICC aranyos mesekönyve
teljesen különbözik Grätzer József könyvétől: sem matematika
sem fizika nem található benne! (Tankó Béla (1885–1982) grafikus,
könyvillusztrátor élete utolsó éveiben Devecserben
élt.)
Nagylányom szobájában különös képre ébredt:
félárnyék volt, pedig a sötétítő nem (nagyon) lyukas, a
szemközti falon pedig az utca túloldala látszott, egészen
jól kivehetően, élesen, csak éppen fejjel lefelé. Még ma
is emlegeti ezt a "csodát". [Kép forrása:
http://www.abelardomorell.net/posts/camera-obscura/ .]
Pedig nem csoda, hanem csak fizika:
Camera Obscura latinul, vagyis sötét kamra
(kicsi szoba). Kint már verőfényesen sütött a Nap, és az
elsötétített szobába csak egy nagyon kis résen
keresztül jöhettek be a fénysugarak. Szépen, egyenes
vonalban jöttek, s így a szemközti falra kirajzolták azokat
a tárgyakat, ahonnan elindultak. Mindenkinek ajánlom
kipróbálni, nagyon szép élmény, nem csak gyermekeknek
tetszik! (No, és hátha az érettségin a Camera Obscura
tételt húzzák.)
A Camera Obscura lényege a nagyon kis
rés. Nagyobb lyukon keresztül haladva a fénysugarak
összekeverednek, szóródnak, nem lesz éles a kép a szemközti
falon. A fényképészetben is már több, mint száz éves ismert,
hogy a szűk lencsenyílás ("rekesznyílás") élesebb képet
ad - persze, a fényerő ekkor csökken, vagyis a kép sötétebb lesz.
Ez alapján nem meglepő, hogy a mobiltelefonok apró lencséje
egészen jó minőségű, éles képet ad. A fényerő hiánya
csak szobai felvételeknél észrevehető (érzékeny elektronikával
pótolják). Ennek ellenére, néha nem árt kis alkoholos vattával
(fülpálcikával) az apró lencsét (-takaró ablakot)!
Sőt, a
http://printscreen.hu/keszits-papirbol-mukodo-pinhole-kamerat
honlap tanúsága szerint még lencse nélküli, csak papírból
készült fényképezőgéppel ("lyukkamera", "pinhole camera") is lehet
jó képeket készíteni. A honlapon még a papírkamera "szabásrajzát"
is megtaláljuk: csak ki kell nyomtatni rajzlapra, ollóval kivágni és
fénymentesen ! összeragasztani:
camera-obs-pinhole.pdf .
Ha kezünkbe kerül egy régi "celluloidos" fényképezőgép,
és tanulmáynozni szeretnénk működését, a rekesz-, zár-, távolság- és
egyéb beállításait, akkor először (sötétkamrában) vegyük ki a filmet, majd
egyszerűen hátul, a film helyére tegyünk áttetsző papírt ("pausz-",
"zsír-" vagy "átütő" papírt) és már látjuk is a fényképet!
Szoktatok hunyorogni? Én is jobban látok, ha
hunyorítok, ekkor már szemüveg sem kell rám. Ez megint a Camera
Obscura -jelenség ("mindig kéznél van"). Ez a működési elve a
lyukas szemüvegnek: a lyukak lencseként működnek, minden
dioptriára jók. Azért van sok lyuk, hogy a kép ne legyen sötét,
és hogy szemünknek ne csak egyetlen pontját használjuk. Én még
nem próbáltam ki, hatását nem ismerem!
Másolás ablakon és munkaasztalon
Sok gyermek szeret rajzolni, de sokszor inkább
lemásolnának egy "édi" rajzot. Erre Nagymamám mutatott egy
ősrégi módszert (baloldali kép): az eredeti rajzot egy üres lappal
rajta (felénk) tegyük az ablakra (mint egy "természetes"
munkaasztalra), és az így átvilágított rajzot már csak meg kell
"ismételnünk". Ha állandóan szétcsúszik a két papír, akkor
celluxszal vagy gem-kapoccsal óvatosan rögzítsük
őket egymáshoz.
Sajnos így állva kell rajzolnunk függőleges
felületre ("felfelé"), hátunk és kezünk megfájdul, és az ablakot
sem szabad kitörnünk.
Ezért leányomnak a következő "munkaasztalt"
készítettem el pár perc alatt (jobboldali ábra): Egy alacsony
("dohányzó") asztalra egy-egy vastagabb könyvet tettem jobbra és balra,
majd keresztbe, mint egy hidat egy áttetsző, kb. 30x50 cm
plexit (azaz átlátszó műanyagot), alulra megvilágításnak
pedig egy zseblámpát. Nálam a plexi egy régi lemezjátszó fedele
volt. Üveget nem ajánlok, bár a 10mm vastag már elég
törésálló. Később megtudtam, hogy nyomdákban még most is
használják az ilyen, alulról megvilágított (természetesen beépített)
másolóasztalokat.
A Camera Obscura-t könnyen át lehet alakítani
egy 45o-ban elhelyezett síktükörrel és
egy áttetsző fedőlappal (plusz egy árnyékoló ernyővel, esetleg még egy
lencsével), amint a baloldali ábrán és bekezdés utáni rajzon is látható.
Így a szabadban levő tárgyakat, tájképeket lehet egyszerűen, "gépiesen"
lerajzolni. Ez a fényképezőgép őse, házilag is egyszerűen elkészíthető.
A Camera Lucida ("fényes szoba") egy kecsesebb
szerkezet, egy helyen látjuk a tárgy virtuális képét és a rajzpapírt.
Részletesebben lásd a
http://hu.wikipedia.org/wiki/Camera_lucida honlapon.
Mind a Camera Obscura, mind a Camera Lucida
modern változatait megvásárolhatjuk művészboltokban (vagy magunk is
összeüthetjük kis kézügyességgel). Ajánlom még a
https://sites.google.com/site/getlucidart/history-of-the-camera-lucida-1
oldalt is.
Módosított Camera Obscura
"Meddig látunk el a sötétben?", vagy inkább
"Bennünket milyen messziről vesznek észre a sötétben?"
Mindkettő nagyon fontos a balesetek (esetleg támadások) elkerülése
érdekében! A tapasztalatok szerint ha sötétben állunk (mozdulatlanul),
akkor már 15-20m -ről sem látnak minket, de lámpa alatt
álldogálva még akár 500m -ről is jól észre lehet venni
minket. Ezt érdemes tudni mind erdei bújócskán, mind randevún
várakozáskor!
Egy tényleg mindennapos probléma: belátnak-e az
utcáról a szobánkba? Vannak, akik már nappal is ettől félnek,
és vannak, akik még sötétben sem húzzák el a sötétítőt (nem tudom,
milyen szándékkal). A baloldali képen is látszik, de tessék
kipróbálni: nappal, napsütésben csak az égbolt vagy az utca
tükröződését látjuk, a szobából pedig semmit. Este, sötétben, vagy
akár már alkonyatkor, vagy borongós időben viszont bizony szépen
látni a szobát, bútorokat, embereket, ... , de ne feledjük: ekkor
már ki van világítva belűlről a szoba!
Hasonló (fizikai) probléma: mi mikor látunk ki az
ablakon, anélkül, hogy felkapcsolnánk az udvari világítást? Amint
a jobboldali fénykép mutatja: nem mindig, legalábbis este nem.
Napközben pedig minden érdekeset világosan látunk az utcán.
Az általános szabály egyszerű: a világosabb
teret (ill. annak tárgyait) látjuk a másik, a sötétebb helyről.
Mintha a következő lenne a szabály: a fény a világosabb helyről
halad a sötétebb helyre. Ugye! Vagyis a sötétebb helyről látjuk
a világosabb helyet!
Az ablaküvegen tükröződve környezetünket látjuk
vissza, a tükrözésekkel a következő
19. Tükrök fejezetben foglalkozunk.
No, mit ábrázol a fenti nagy kép? Lehet, hogy valaki
nem ismeri fel egyből, ezért lefényképeztem még egyszer, a cipőmmel
együtt (baloldali kis kép, klikk): apró kavicsok a járdán.
Én egyből észrevettem őket, pedig ugyanolyan színűek, mint az aszfalt
- az árnyékukról! Napnyugtakor és napkeltekor bárkinek lehet ilyen
élménye.
A fizikai magyarázat egyszerű: nem a tárgyat, hanem
annak árnyékát látjuk! A ködkamra is hasonlóan működik:
nem az atomi részecskéket látjuk, hanem azoknak csak a
kondenz-csíkját, mintha miniatűr repülőgépeket látnánk,
az égbolt helyett a dobozban.
Ami azonban bennünket ennél jobban érdekel: nekünk ez
mire jó mindennapjainkban? Hát, kerestetek-e elgurult csavart,
gyöngyöt, valami apróságot parkettán, ágy vagy autó alatt? Zseblámpával
hogyan világítjátok meg a vizsgált terepet? Természetesen
vízszintesen oldalról, mint a fenti nagy képen, és az árnyékokat
kerestük - vágja rá mindenki! (Ezzel a módszerrel a porcicák, átlagosnál
nagyobb szőnyegbojtok is megtalálhatók.)
Az ágy és autó alatti keresés tükörrel is
megoldható, vagyis öltönyben nem kell az aszfaltra feküdnünk, de ez a
módszer már a következő,
19. Tükrök fejezetbe tartozik.
Bizonyára mindegyikőtök látta már a szobában, erdőben
éles napsütés esetén a levegőben lebegő porszemeket. Igen, ha
a porszemet erős megvilágítás éri, sötét háttér előtt, akkor szabad
szemmel is látjuk az ilyen apró tárgyakat. Az "apró" csillagokat
is ezért látjuk a sötét égbolton. A porszemekről sok érdekességet
olvashatunk a
http://www.vilaglex.hu/Fizika/Html/Anyagres.htm
honlap végén.
A fény tulajdonságairól és azok alkalmazásairól még a
13. Fuldokló kimentése ,
7. A tojás nem törik?
fejezetekben is írtunk, a következő
19. Tükrök
fejezet pedig egészében a (sík-)tükrökkel, tükrözésekkel foglalkozik.
Szép napsütést kívánunk!
Képek forrása: Internet és a Szerző.
← 17. Látószögek
19. Tükrök →
Szalkai István
Pannon Egyetem
Matematika Tanszék
Veszprém
szalkai@almos.uni-pannon.hu
2014.12.03.