Сергей Бердышев - Открытия и изобретения, о которых должен знать современный человек
Современное объяснение дисперсии основывается на представлениях о двойственной, корпускулярно-волновой природе видимого излучения. Дисперсией называется зависимость скорости света в веществе от длины волны. Проходя через прозрачное или полупрозрачное вещество (газ, жидкость, стекло, пленку), одноцветный луч испытывает преломление, потому что его скорость в новой среде меняется. Причем чем больше сократится скорость, тем сильнее преломится луч. Красные лучи почти не преломляются, зато фиолетовые отклоняются очень существенно.
Белый свет является комплексным излучением, он образован смешением всех спектральных цветов. Монохромные лучи в составе белого света замедляются веществом (призмой) неодинаково, что приводит к разложению светового потока. Красный луч почти не испытывает преломления, зато остальные лучи отклоняются от него все дальше и дальше. Больше всего отклоняется от красного фиолетовый луч. Поскольку после неодинакового преломления лучи уже не могут смешаться и воссоздать белый цвет, то они приобретают вид радуги-спектра.
Мало кто знает, сколько же действительно цветов увидел Ньютон во время своего эксперимента. Согласно иллюстрациям к работам великого физика, он наблюдал ровно семь цветов спектра: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый. Парадоксально, однако знаменитый англичанин не видел семи цветов. Он их просто выдумал. Если рассуждать строго научно, то спектр разделим лишь на три области — красную, желто-зеленую и сине-фиолетовую. Человек в состоянии различить в радужной полоске пять чистых цветов — красный, желтый, зеленый, голубой и фиолетовый. Если говорить о промежуточных (переходных) оттенках, то их существует 4: оранжевый, желто-зеленый, зелено-голубой и синий. Таким образом, Ньютон мог выделить в линии спектра либо 3 главных области, либо 5 основных, чистых цветов, либо 9 цветовых оттенков вообще — 5 основных цветов и 4 переходных.
Ответ на этот вопрос содержится в исторической работе Ньютона под названием «Оптика», где ученый признается, что увидел 5 чистых цветов. Он рассказывает о своих наблюдениях следующее: «Спектр оказался окрашенным и притом так, что часть наименее преломленная была красною; верхняя же, наиболее преломленная часть у конца была окрашена в фиолетовый цвет. Пространство между этими крайними цветами имело желтую, зеленую и голубую окраску». Физик ввел в науку представление о несуществующих семи цветах спектра, неосознанно подчинись вере в магию числа 7.
Эта вера восходит к астрологии древних халдеев, которые свыше 4000 лет назад поклонялись 7 блуждающим светилам небосвода — Солнцу, Луне, Меркурию, Венере, Марсу, Юпитеру и Сатурну. По числу светил была поделена неделя, которую некогда так и называли на Руси — «седмица». Шесть трудовых дней и седьмой день отдыха приближенно совпадали с биоритмом работоспособности человека, а потому получили мистическое истолкование. Как говорится, даже Бог отдыхал в седьмой день.
Библейское «число зверя», в котором зашифровано имя императора Нерона, составлено из трех шестерок, являющихся неполными семерками. В средние века алхимики знали 7 металлов, музыканты придумали 7 нот. Следует предположить, что Ньютон последовал красивой и загадочной традиции.
Изобретение цветного телевизора
В современной жизни телевизор является не только и не столько предметом для развлечения, сколько ценнейшим источником информации. Выпуски новостей, прогноз погоды, спортивное обозрение, познавательные передачи, ток-шоу, выступления политиков, документальные фильмы и многое другое дарит людям телевидение.
Кроме привычных возможностей, телевидение в наши дни располагает еще и функцией телетекста. Основным же достоинством телевизора и его несомненным преимуществом перед радио является прием изображения.
Человек может не только слышать, но и видеть. Зрительно мы воспринимаем до 90 % информации об окружающем мире, а потому ее передача через картинку на экране более эффективна. Создание изображения на экране — сложный технический процесс. Рабочая часть телевизора, с которой непосредственно имеет дело зритель, называется электронно-лучевой трубкой, или кинескопом.
Это вакуумная лампа, принимающая на себя ток под высоким напряжением. Поскольку ток является направленным движением заряженных частиц — электронов, то они внутри трубки превращаются в бегущий луч. Под действием магнитов отклоняющей системы луч колеблется влево-вправо, пробегая по экрану. Эта часть кинескопа изнутри покрыт веществом люминофором, которое вспыхивает под влиянием электронного луча. Если луч очертит на люминофоре какой-то образ, то на экране появится светящееся изображение. Оно будет держаться до тех пор, пока луч обегает все точки этого изображения.
Предшественником телевизора является катодная трубка, благодаря которой Дж. Дж. Томсон открыл существование электрона. В этой трубке также был установлен покрытый люминофором экран, на который попадал электронный луч, отклонявшийся под действием магнитных полей, создаваемых специальными магнитами. Сейчас в обыкновенном телевизоре такие магниты управляются блоками строчной и кадровой разверток.
Поскольку управлять потоком электронов в вакууме тогда никто не умел, то катодная трубка Томсона была крайне примитивной и не годилась для создания телевизионного изображения. Однако Томсон в своем устройстве использовал, в чем нетрудно убедиться, все классические принципы создания телевизионного изображения. Электронный луч создавался на катоде кинескопа посредством термоэлектронной эмиссии, открытой Т. А. Эдисоном.
Явление термоэлектронной эмиссии сводится к интенсивному испусканию электронов металлом при нагреве. Катод электронно-лучевой трубки сильно нагревается под действием тока, оттого электроны активно срываются с него и быстро приобретают нужную скорость. Их поток движется в трубке со скоростью 70 000 км/с. Вообще, свободные электроны способны перемещаться в пространстве со скоростью света, т. е. 300 000 км/с. Но отклоняющая система своими магнитными полями существенно тормозит движение частиц.
Создание телевизионной техники приходится на 1940-е гг., когда американским инженером Зворыкиным, русским по происхождению, был сконструирован иконоскоп. Он представляет собой трубку наоборот, т. е. не для показа изображения, но для его передачи. Экран иконоскопа покрыт мозаичным слоем из фотоэлементов весьма малых размеров. По этому слою пробегает электронный луч, обеспечивающий контакт фотоэлементов с усилителем сигнала.
Когда на экран проецируется кинематографическое изображение, оно превращается фотоэлементами в импульсы тока, преобразуемые усилителем. Впоследствии такие сигналы передавались по радио на волнах метрового диапазона. Их приемником служил телевизор, представлявший собой видоизмененный иконоскоп. В настоящее время телевизионный тракт включает в себя массу устройств, начиная от объектива кинокамеры и заканчивая выходом кодирующего устройства в телеприемнике.
Телевидение тесно связано с электричеством, магнетизмом и радиосвязью, поскольку базируется на принципах этих отраслей физики. Оптика же объясняет физические закономерности восприятия зрительной информации и обосновывает ключевые позиции техники формирования телевизионного изображения. Если бы оптика не открыла удивительных особенностей нашего глаза, то люди никогда бы не смогли создать телевизор.
Поэтому величайшая заслуга в изобретении этого устройства принадлежит в первую очередь оптической науке. Оптики установили, что зрение человека обладает несколькими особенностями: инерционностью, ограниченной разрешающей способностью по угловому расстоянию и перемещениям, одинаковой разрешающей способностью по угловому расстоянию. Инерционность зрения позволяет воспроизводить на телеэкране изображение, разбив его на элементы. То есть последовательность быстро сменяющихся картинок воспринимается нами как одна картинка.
Воспроизведение на экране движущихся предметов на сменяющихся картинках осуществляется путем подачи компонентов движения. Изменение положения объектов изображается поэлементно — в виде отдельных подвижек. Ограничивающая разрешающая способность зрения по перемещениям создает у телезрителя иллюзию пластичности движений. Ограничивающая разрешающая способность по угловому расстоянию сводится к тому, что глаза не различают далеко расположенные предметы. Если угловое расстояние между любыми двумя объектами меньше 1 с, то оба воспринимаются как один предмет.
Одинаковая разрешающая способность заключается в независимости остроты глаза от направления зрения. Оба вида разрешающей способности позволяют подобрать ограниченную полосу частот телесигнала. Под частотами понимаются горизонтальная частота строк изображения и вертикальная частота кадров. Они задаются строчной и кадровой развертками (горизонтальной и вертикальной, как их иногда называют).
