Текст книги "Секреты знакомых предметов. Зеркало"

Анатолий Шапиро
Секреты знакомых предметов. Зеркало

© Е.Ц. Берзон, 2020

© ООО «Образовательные проекты», 2020

© Н.Д. Ильницкая, иллюстрации, 2020

Вступление
Только для детей

Дорогой маленький читатель!

Хочу, чтобы вместе со мной вы прикоснулись к удивительным тайнам, которые хранит в себе хорошо знакомое всем плоское зеркало. Разгадать его секреты помогут размышления над вопросом и опыты, проведённые вместе с родителями, друзьями или самостоятельно. Обдумывая полученные результаты, вы сможете прийти к собственным открытиям.

И не столь важно, что мудрое человечество уже обладает определёнными знаниями о зеркалах. Возможно, когда-нибудь, благодаря собственному опыту, вы откроете и объясните явления, которые для всех людей на Земле пока ещё остаются тайной.

Вперёд!

Вступление
Только для взрослых

Книжка «Плоское зеркало», которую вы держите в руках, входит в серию «Секреты знакомых предметов» и предназначена для младшего школьника и малыша 5–6 лет.

Дети развиваются неодинаково. Бесспорно лишь то, что чем раньше заинтересовать ребёнка явлениями окружающего его мира, тем интереснее будет его жизнь.

В книге приводятся описания несложных опытов, рассказываются легенды и мифы, связанные с таким знакомым всем предметом, как зеркало. Чтобы поддержать активную деятельность ребёнка, взрослым было бы правильно не только приобрести эту книжку, но и помочь маленькому человеку познакомиться с ней. Пролистайте вместе её страницы, рассмотрите иллюстрации, ознакомьтесь с названиями отдельных глав. Выберите простой опыт, подготовьте несложное оборудование и помогите ребёнку в эксперименте. Но выводы из опыта он непременно должен сделать сам, пусть и с вашим минимальным участием. Не сразу всё станет абсолютно понятным, но останутся первые радостные впечатления на островках памяти, появится желание познавать самому.

Выполнение опытов, собранных в этой книжке, не требует особых условий. Работать с книжкой можно в классе, детском саду и дома.

Конечно, особое внимание следует обратить на безопасность детей при выполнении заданий. Но не ругайте юного экспериментатора, делающего свой первый шаг в науке, за допущенную оплошность, небрежность, испорченные материалы. Даже известные учёные не всегда получают искомый результат сразу. Важно, чтобы возникла атмосфера заинтересованного научного поиска, появился первый успех – столь необходимый в самом начале пути в познание.

Необходимые советы при работе с книгой

1. Работайте с книгой неторопливо. При желании возвращайтесь к прочитанному ещё и ещё раз. История науки знает, что результатом упорных 10-летних экспериментов с катушкой проволоки и магнитом «великого самоучки» Майкла Фарадея было открытие закона, благодаря которому и сегодня получают переменный электрический ток во всём мире.

2. Любой опыт-задание можно изменять, делать по-другому… И вообще, придумывать свои опыты.

3. Помните о безопасности при работе с зеркалом, основную часть которого составляет стекло.

В опытах участвуют

✓ зеркала разных размеров и форм (от маленького зеркальца в маминой сумочке до большого зеркала в прихожей);

✓ два больших квадратных куска стекла, цветные стёклышки, бусинки, металлические крышки и пуговицы, фольга;

✓ листы плотной и писчей бумаги, картон, лист копировальной и пергаментной бумаги, ножницы, цветные карандаши, чёрная тушь, кисточка, клей, альбом-тетрадь для эскизов, шариковая ручка, линейка, транспортир, ластик, три булавки, скрепки, пластилин;

✓ спиртовой термометр, тонкостенный стакан;

✓ шар или мяч, верёвка, гвоздь, крючок, круглая коробочка;

✓ зубная щётка, паста или порошок;

✓ солнце, две свечи, фонарик, спички;

✓ юные читатели, их друзья, родители и педагоги.

Лужа – первое зеркало

Когда-то в глубокой-глубокой древности прекрасный юноша Нарцисс случайно увидел своё отражение на гладкой поверхности воды. Юноша настолько был очарован, что не мог оторвать взгляда от изображения на воде. Древнегреческая легенда рассказывает, что боги проявили сострадание и превратили юношу в прекрасный ароматный цветок – как вы догадываетесь, нарцисс.

Глядя на других, человеку всегда было интересно узнать, как он выглядит сам. Возможно, действительно первым зеркалом для человека стала лужица воды. Но ведь лужицу не унесёшь в кармане. И люди стали думать, как бы сделать так, чтобы лужица всегда была рядом, чтобы можно было видеть себя в любой момент.

Древние египтяне, жившие более 5000 лет тому назад, уже придумали зеркала. Правда, они были совсем не такими, какими пользуемся мы. Представьте себе небольшой кружок из бронзы. Одна сторона кружка очень гладкая. Если всмотреться в гладкий бронзовый круг, то можно увидеть себя.

Опыт 1. Зеркало из монет

Возьмите монету (металлическую крышку или пуговицу). Смочите её поверхность водой, а затем зубной пастой или порошком, хорошо потрите её. Даже опытным мастерам надо делать достаточно долго. В конце концов отполированная поверхность превратится в зеркало.

Стеклоделы из Мурано

Стеклоделы Венеции придумали зеркала, похожие на те, которыми пользуемся мы, очень давно. Именно они догадались на стеклянную пластинку нанести слой металла. Изготовление зеркал было долгим, сложным и опасным для здоровья. Зато зеркала получались изумительные. Они сверкали, отражая блеск свечей. А главное – такие зеркала не темнели и не тускнели на воздухе, как это происходило с бронзовыми зеркалами.

Мастера, изготовлявшие зеркала, пользовались в Венеции большим уважением, но под страхом смертной казни им запрещалось разглашать секреты своего ремесла. Все мастера-стеклоделы жили вблизи Венеции, на острове Мурано, куда никто из посторонних не мог попасть. Долгое время сохранялась тайна производства стеклянных зеркал. Но однажды французский посол в Венеции получил из Парижа секретное письмо. В письме требовалось найти рабочих для королевской зеркальной фабрики.

Непросто было сманить мастеровых из Мурано. Посол хорошо знал венецианские законы. В одном из них писалось: «Если стекольщик перенесёт своё ремесло в другую страну, то его родственники будут отправлены в тюрьму, а к нему будут посланы люди, чтобы его убить».

И всё же французам удалось сманить вначале четырёх мастеров зеркального дела, а потом ещё двух. Хранителей тайн производства зеркал поселили чуть ли не во дворце. Деньги им платили огромные. Исполняли все их прихоти и желания. И через несколько лет в королевских дворцах – Версальском, Фонтенбло, Лувре – появились прекрасные зеркала, сделанные уже во Франции. С той поры большие зеркала украшали дворцы королей и замки богатых людей. Стоили зеркала очень дорого и служили символом богатства и достатка.

Теперь зеркала доступны всем. Они есть в каждом доме. Мы уже привыкли к ним, не обращаем на них внимания.

Можете ли вы припомнить, сколько в вашем доме зеркал?

Опыт 2. Зеркало вблизи

Подойдите к зеркалу. Смотрите, вам навстречу приблизилось ваше собственное изображение. Со всеми мельчайшими подробностями (которые ни один художник не в состоянии изобразить с такой точностью) вы можете рассмотреть свой портрет. Вы каждое утро подходите к зеркалу, не обращая особого внимания на привычное изображение. А сегодня по-старайтесь очень внимательно всмотреться в него.

Слегка поклонитесь зеркалу.

Видите, изображение делает то же самое.

Покачайте головой – и вместе с вами покачает головой ваш зеркальный двойник.

Прикоснитесь протянутой левой рукой к холодной поверхности зеркала.

Стоп! Что это? Ваше изображение навстречу вашей руке протянуло правую руку!

Это легко понять, мысленно представив, что ваша свободная правая рука, если бы она могла попасть за зеркало, точно бы совпала с тем изображением, которое мы видим в зеркале.

А если прикоснуться к зеркалу правой рукой?..

Теперь вы убедились, что изображение в зеркале меняет левое на правое.

Подмигните левым глазом. Каким глазом подмигнёт вам изображение?

Помните строчки из сказки Пушкина:

 
«…Свет мой, зеркальце, скажи,
Да всю правду доложи…»
 

А ведь «зеркальце», как вы убедились, не может доложить всю правду. Нельзя сказать, что зеркало лжёт. Но нельзя и сказать, что зеркало говорит правду…

Зеркало отражает полуправду. Оно искажает предмет, меняя левое в нём на правое.

Опыт 3. Зеркальное письмо

Прочитайте текст:

Справились? Догадались? Конечно же, нам опять поможет плоское зеркало.

Поднесите маленькое зеркало к тексту, и оно поможет вам прочитать надпись. Обычно мы пишем слева направо. В зеркальном изображении всё получается справа налево. Каждое зеркальное изображение, как вы уже знаете, обращено (лево-право) по отношению к предмету.

Опыт 4. Совершенно секретно

Попробуйте быстро написать письмо зашифрованным текстом. Положите копировальную бумагу на стол угольным слоем вверх. Накройте её двумя листами белой бумаги. На верхнем листе бумаги напишите обычным способом любой текст. Удобнее писать шариковой ручкой или нажимая на карандаш. На втором листе получится зеркально зашифрованное письмо. Сделайте это несколько раз, пока не освоите зеркальную тайнопись. Правда, не сложно?

Опыт-игра 5. Рисуем, глядя лишь в зеркало

Ваш опыт уже вполне достаточен, чтобы зрительные впечатления и ощущения движения успели прийти в определённое соответствие. Зеркало нарушает эту связь.

Поставьте перед собой вертикально зеркало. Положите перед ним лист бумаги. Попробуйте, глядя только в зеркало, нарисовать прямоугольник и соединить его вершины. При этом не смотрите непосредственно на свою руку, а следите лишь за движениями руки, отражённой в зеркале. Чтобы случайно не нарушить условия опыта и не смотреть на руку, рисующую прямоугольник, второй свободной рукой удерживайте лист белой бумаги на уровне подбородка.

Рисовать, наблюдая в зеркало, трудно, потому что оно искажает привычное движение руки. Нужны многоразовые тренировки. Тогда вы сможете выиграть в соревновании на лучший рисунок, созданный, «глядя в зеркало».

Опыт 6. «Хорошие» и «плохие» зеркала

Шоколадные конфеты, обёрнутые фольгой, любят все дети. Конфеты можно съесть, а фольгу не выбрасывайте.

Один кусочек фольги хорошо разгладьте ногтем, другой – оставьте неразглаженным. Положите на них два прозрачных куска стекла. Посмотрите в них как в зеркало.

Какое изображение больше похоже на вас?

Конечно, то, которое вы видите в стекле с разглаженной фольгой. Каждый кусочек неразглаженной фольги можно рассматривать как маленькие зеркала, повёрнутые по отношению друг к другу. Изображения в них накладываются друг на друга и поэтому искажают ваш портрет.

Разные искажения можно получить и в настоящих зеркалах, если стёкла, из которых они изготовлены, имеют неровности, утолщения, искривления. В «комнате смеха» можно удивиться странным изображениям, получаемым в таких зеркалах.

Днём наш мир наполнен светом. Все окружающие предметы чётко видны. Невидимы лишь сами лучи света. Но стоит туче закрыть Солнце, как его лучи, прорвавшиеся в отдельных местах, ясно показывают свои границы. Тела, которые сами не светятся, становятся видимыми, если на них направить луч света.

Опыт 7. О чём рассказывает луч света?

В затемнённой комнате включите фонарик, расположенный рядом с ковром. Ударив несколько раз ладошкой по ковру, вы сразу узнаете, не пора ли помочь родителям и поработать пылесосом. Беспорядочное движение множества пылинок становится видимым благодаря рассеиванию световых лучей. Включайте и выключайте фонарик несколько раз, и выбитая из ковра пыль будет то исчезать, то появляться. В действительности пылинки становятся видимыми только в лучах света.

Опыт-игра 8. Солнечный «зайчик»

С помощью зеркала поймайте солнечный лучик и направьте его куда вздумается. Чтобы узнать, от вашего ли зеркала светлое пятнышко забралось на стену, быстро изменяйте его наклон, поворачивая руку с зеркалом. «Зайчик» послушно покорится вам и начнёт «прыгать» по стене.

Помните, солнечный луч не следует направлять в лицо, потому что прямой солнечный свет вреден для глаз!

Быстрее всего

Луч, который вы ловите зеркальцем, проделал длинный путь, прежде чем достиг Земли. Он шёл по прямой линии от Солнца, которое находится от нас на расстоянии ста пятидесяти миллионов (150 000 000) километров. Чтобы как-то представить себе это огромное расстояние, скажем, что путешественнику пришлось бы 4000 раз обойти Землю по экватору. Даже на автомобиле, имеющем скорость 120 км/час, на дорогу ушло бы почти 145 лет.

А солнечный луч путешествует от Солнца к Земле за восемь с половиной минут. С этой огромной скоростью он и отражается от поверхности вашего зеркала. Учёные установили, что луч света за секунду проходит 300 000 (триста тысяч) километров.

Опыт 9. Такие разные, разные «зайчики»

Словите на большое прямоугольное зеркало солнечный луч и отразите его на землю у ваших ног и далеко стоящую стену дома. Пятно у ваших ног будет отличаться от пятна на стене.

Обратите внимание, где яркость пятна и размеры его больше, как меняется форма солнечного «зайчика» на стене, когда он «убегает» от вас или приближается к вам.

Зависит ли яркость от размеров пятна? Меняется ли форма «зайчика» от расстояния его до зеркала?

Выводы

Световая «сигнализация»

Восход Солнца всегда служил сигналом начала трудового дня. Положение Солнца в зените (над головой) предполагало время обеда. Заказ Солнца означал окончание трудового дня. Но пока «работает» Солнце, его лучи можно использовать и для сигнализации при помощи зеркал. Забавно ловить зеркальцем солнечный луч и передавать его на зеркало товарища. Такую цепочку можно продлить, однако при каждой передаче могущество луча теряется и отражённый сигнал слабеет.

Направьте солнечный лучик в окно квартиры вашего приятеля. Солнечный «зайчик» на потолке или стенах его комнаты будет сигналом – приглашением на прогулку, сообщением, что вы его уже ждёте. «Бегающее» световое пятнышко передаёт ваше нетерпение.

Свет в лабиринте

Для всех привычно, что лучи от Солнца или любого другого источника света разбегаются во все стороны по прямым линиям. Маленькое зеркальце способно заставить быстролетящий лучик изломать линию своего движения, превратить прямую линию в ломаную. Люди научились использовать эту способность зеркальной поверхности отражать лучи. В современной технике широко используются световоды. В них свет распространяется по любой линии, отражаясь от внутренних стенок, как от зеркал.

Особенность современных световодов – световой луч в них не теряет своей яркости, не меняет толщины. Световоды помогают врачу заглянуть в желудок больного человека, инженеру – увидеть внутреннее строение труднодоступных для взгляда устройств. Они используются в вычислительной технике, современных средствах связи для передачи изображения на большие расстояния.

Кто там, за зеркалом?

Любопытный воробей подлетел к боковому зеркалу автомобиля и, возмущённый увиденным в нём изображением, ударил клювом по стеклу. Несмышлёный котёнок, поглаживая лапкой зеркало на дверце шкафа, приглашает к играм такого же котёнка, увиденного там. Очень маленькие дети тоже не сразу понимают, кто там, за зеркалом… Давайте разберёмся, как получается изображение в плоском зеркале и какое оно.

На рисунке показаны два луча (в действительности их гораздо больше) которые, падая на плоское зеркало, отражаются от него.

Мозг человека обладает удивительной способностью: мысленно возвращать обратно, в том же направлении, расходящийся пучок света, попадающий в его глаз. Расходящийся пучок в противоположном направлении сходится – как бы собирается в одной точке за зеркалом. Эта точка и воспринимается нами как источник света, а в самом деле является его изображением.

Такие построения можно сделать для каждой точки пламени, излучающей свет, и вообще для любой точки предмета, поднесённого к зеркалу, если эта точка излучает или отражает падающий на неё свет. В тёмной комнате незажжённую свечу в зеркале увидеть невозможно.

Мы видим только источники, излучающие свет, или тела, которые отражают свет от источников.

Реального предмета за зеркалом, разумеется, нет. Это иллюзия в нашем сознании. Потому и называется изображение света в зеркале мнимым.

Между предметом и его изображением

Наука всегда начинается с измерений. Возьмите в руки зеркало, отдаляйте его от себя – изображение в зеркале будет удаляться от вас, начните приближать зеркало к себе – изображение приближается.

Как близко могут сойтись предмет и его изображение в плоском зеркале?

Можно ли измерить это расстояние?

Возможно ли касание изображения и самого предмета? От чего это зависит?

Опыт 10. Как узнать толщину зеркала?

Положите на стол зеркало. Хорошо заострённый карандаш поставьте вертикально к его поверхности так, чтобы кончик карандаша касался зеркала. Между концом грифеля и его изображением вы увидите некоторый зазор. В зеркале отражающий слой находится на обратной стороне стеклянной пластинки.

Карандаш его не касается. Изображение карандаша отстоит от отражающего слоя на таком же расстоянии, т. е. расстояние между карандашом и его изображением равно удвоенной толщине стекла.

Опыт 11. Изображение в металлическом зеркале

В качестве зеркала возьмите металлическую крышку. Коснувшись её поверхности остриём карандаша, вы не увидите зазора между предметом и его изображением. В металличе-ском зеркале нет стеклянной прослойки, поэтому изображение кончика карандаша практически сливается с реальным.

Сам себе экзаменатор

Английское слово test (тест) – буквально означает «проба», испытание – серия вопросов, правильные ответы на которые следует выбрать самостоятельно.

Тест I. Изображение в плоском зеркале

1. Каким бывает изображение в плоском зеркале в сравнении с размерами предмета?

а) уменьшенным;

б) равновеликим;

в) увеличенным;

г) любых размеров.

2. Где расположено изображение предмета, находящегося перед зеркалом?

а) в плоскости зеркала;

б) перед зеркалом;

в) за зеркалом;

г) в любом месте.

3. Каким будет изображение предмета в зеркале?

а) действительным;

б) мнимым;

в) любым;

г) вместо изображения – световое пятно.

4. На каком расстоянии расположено изображение от зеркала?

а) равном расстоянию предмета перед зеркалом;

б) значительно большим, чем расстояние предмета от зеркала;

в) значительно меньшим, чем расстояние предмета от зеркала;

г) расстояние может быть любым.

Угол – сломанный луч

Играя с солнечными «зайчиками», вы при помощи плоского зеркала меняли направление движения луча, разделяя его на два: падающий и отражённый.

Фигуру, образованную падающим и отражённым лучами, имеющими общую точку, называют углом, а лучи – сторонами угла. Общая точка двух лучей называется вершиной угла. Угол между вертикальной линией и горизонтальной называется прямым. Углы больше прямого – тупые углы, а меньше прямого – острые.

Углы обозначаются знаком ∠ и одной из букв греческого алфавита (α – альфа, β – бета, γ – гамма, δ – дельта и другие).

Углы измеряют в градусах. Прямой угол всегда равен 90 градусам (90^о).

Иногда углы обозначаются тремя буквами: ∠BAC; ∠DAE; ∠KAM. Такая запись означает, что вершина каждого из этих углов находится в точке А. Из неё начинаются два луча – две стороны угла.

Величину угла можно измерять при помощи прибора – транспортира. Он состоит из линейки и полукруглой пластины с делениями, показывающими число градусов.

Опыт 12. Как «поднять» единицу?

Положите на стол лист бумаги с нарисованной большой цифрой «1». Поднесите к листу бумаги зеркало. В зависимости от того, как вы его расположите, изображение нарисованной цифры может быть горизонтальным, наклонённым, вертикальным.

Как надо расположить зеркало, чтобы изображение цифры 1 стояло вертикально или было расположено «вверх ногами»?

Молодцы, если вы догадались наклонить зеркало и изменить угол наклона! Угол наклона зеркала, при котором изображение единицы располагается вертикально, равен…

Зеркало всегда делит «по-честному» на две равные части и углы, и расстояния между предметом и его изображением.

Наука, изучающая свет, называется оптикой. Как в каждой науке, в оптике есть свои законы.

Опыт 13. Открытие давно открытого закона

Законы отражения света давно известны науке. Попробуйте открыть их для себя, получить результат самостоятельно.

Лист плотной белой бумаги, разделённый линией на две равные части, поднесите к вертикально закреплённому на столе зеркалу. Расположите лист так, чтобы проведённая линия оказалась примерно посередине зеркала. На одной половинке листа, приблизительно в центре, воткните булавку.

Вторую булавку расположите в том месте, где проведённая линия на бумаге подходит к зеркалу. Обе булавки соедините прямой линией (через две точки всегда можно провести прямую, и притом только одну). Булавки и проведённая прямая хорошо видны в вертикально стоящем зеркале.

Третью булавку необходимо воткнуть на другой половине листа бумаги так, чтобы две булавки, отражённые в зеркале, и булавка, которую вы пока держите в руках, были расположены на одной прямой.

Булавку на разделительной линии соедините прямой с третьей булавкой. Зеркало выполнило свою роль: оно точно обо-значило единственное направление отражённого в нём отрезка прямой между двумя булавками. Его можно убрать. На бумаге остались проведённые линии и углы между ними.

Если вы аккуратно провели опыт, то, согнув белый лист бумаги вдоль разделительной линии, вы заметите, что наклонные линии-лучи совпали.

Это означает, что углы, ограниченные сторонами, равны. Этим опытом вы экспериментально подтвердили один из основных законов плоского зеркала – закон отражения света: угол падения равен углу отражения.