Камера-обскура - это что такое? Для чего служит камера-обскура. Камера-обскура: обыкновенное фоточудо

Камера-обскура Камера-обскура (в переводе с латинского буквально – «темная комната») – это простейшее оптическое устройство (приспособление), позволяющее получить на экране изображения предметов, предшественник фотокамеры. Камера-обскура.Принцип действия

Камера №. 19 Год 1987. Из постановления городской прокуратуры: «Учитывая, что для решения возникающих в ходе следствия вопросов необходима эксгумация трупа Кравцова Николая Павловича…» Экспертам предстояло выяснить причину смерти.А причина, как казалось бы, была

ГАЗОВАЯ КАМЕРА Подобно электрическому стулу и смертельной инъекции газовая камера - сугубо американский инструмент узаконенного убийства.Она представляет собой небольшую герметичную комнату со смотровым окном, в которой стоит стул, а под ним находится ванна,

Трудно представить жизнь в информационном и компьютеризированном мире без фотографии. А ведь камера-обскура — это предшественница нынешних фотоаппаратов. Принцип ее работы до сих пор используют при производстве фотооборудования.

Общие сведения

Это изобретение является простейшим оптическим устройством, созданным столетия назад. Кроме всего прочего,этоеще и прибор, при помощи которого можно было получать изображения определенных предметов.

Конструкция

По внешнему виду камера-обскура представляет собой темный ящик с небольшим отверстием в одной из стенок. На противоположной стороне находится так называемый экран, который покрыт либо матовым стеклом, либо же тонким белым листом бумаги. Когда лучи света проходят через отверстие, то на экране получается перевернутый образ внешнего мира. Этот принцип схож с принципом работы нашего глаза, ведь изображения предметов в нем также переворачиваются и обрабатываются. Помимо этого, в современных фотоаппаратах происходит разворот изображения по аналогичному принципу.

Первые упоминания о камере-обскуре

Точная дата ее изобретения неизвестна. Первые упоминания датируются XI веком. А еще раньше, в Х веке, арабский исследователь Ибн аль-Хайсам (Альхазен) наблюдал за солнечными затмениями при помощи палатки, в одной из стенок которой ученый проделал отверстие. За солнцем он следил на противоположной стенке, где образовалось изображение небесного светила после прохождения лучей через отверстие.

В трудах английского философа Роджера Бэкона встречаются места, которые напоминают описание камеры-обскуры, ставшей прообразом объектива в современных фотоаппаратах. Однако точно известно, что это изобретение принадлежит не ему. Еще во времена Античности появился способ построения изображения через малое отверстие.

В ту же эпоху было замечено, что солнечный луч, проникающий в темную комнату через небольшое отверстие, создает световой рисунок внешнего пространства. Аристотель подметил, что это изображение получается на противоположной стене в перевернутом виде. Кроме того, хотя оно меньшего размера, однако имеет такие же цвета и пропорции, как и реальный объект.

В эпоху Средневековья ученые очень часто использовали камеру-обскуру в своих астрономических исследованиях.

Принцип работы

Его впервые изложил итальянский изобретатель и художник Леонардо да Винчи. Описание данного прибора, сделанное да Винчи, можно обнаружить в трудах Дж. Вентури. Великий итальянец разъясняет принцип работы камеры-обскуры после попадания солнечного света в темное помещение сквозь небольшой зазор. Да Винчи также создал схему расположения отверстий для лучей, траекторию самих солнечный лучей, а также экран, на котором получается изображение. Однако Леонардо в своем трактате ни разу не назвал это изобретение камерой-обскурой.

Есть и другие свидетельства того, что на протяжении столетий ученые разных стран пользовались прибором, напоминавшим тот, который сегодня мы называем камерой-обскурой. Среди них были, например, Кеплер и Цан.

Однако камера-обскура - это устройство, которое применяли не только многие ученые, но и некоторые художники использовали его для создания своих живописных полотен.

Прототипы прибора

В XVII веке немецкий астроном Иоганн Кеплер решил создать свою камеру-обскуру. Для этого он установил палатку в поле, сделал в ней отверстие и вставил туда линзу. Он наблюдал, как на прикрепленном листе бумаги, находящемся напротив линзы, возникало перевернутое изображение внешнего мира. Естественно, это можно было рассмотреть, когда солнечные лучи проходили сквозь стекло в палатке.

Новый тип камеры-обскуры удалось создать в том же XVII веке Иоганну Цану. В изобретенном им ящике находилось зеркало под углом 45 градусов по отношению к линзе. Изображение, которое возникало в момент прохождения света через линзу, отражалось на верхней части ящика, покрытой матовым стеклом с калькой. Благодаря этому Цан мог обводить по контуру появившееся изображение. Можно сказать, что это была в своем роде фотография. Среди других достижений Цана числится похожая камера-обскура, только меньшего размера и уже со встроенной линзой. Это был прообраз прибора, которым спустя сто пятьдесят лет будет пользоваться известный изобретатель фотографии Жозеф Ньепс.

Открытия в сфере оптики

Камера-обскура — это изобретение, породившее стремление познавать оптику. В результате начались открытия физических законов в области отражения света. Первым, кто их использовал в своих научных трудах, был Кеплер. Это случилось в 1604 году. И уже через пару лет Галилей сконструировал достаточно сложный телескоп. Еще через два года Кеплер обосновал теорию линз, которая была принята учеными.

Давно было замечено, что влияние солнечного света на окружающий мир весьма велико. Например, было установлено его воздействие на соли серебра, из-за чего серебряные изделия заметно темнеют. Это явление положило начало великой истории фотографии.

Первым, кто смог доказать эту теорию, был физик Иоганн Шульце. В XVIII веке он проводил эксперименты по созданию светящегося в темноте вещества. В ходе своего опыта ученый смешал азотную кислоту, в составе которой было растворенное серебро, с мелом. Профессор заметил, что жидкость, находясь на солнце, постепенно темнеет. Обнаружив это явление, Шульце поставил несколько экспериментов, использовав фигурки и буквы. Он вырезал фигуры из бумаги и приложил к бутылке с раствором. В ходе этого эксперимента удалось получить фотографические отпечатки на меле, смешанном с серебром. Не подозревая о важности своего открытия, он взбалтывал бутылку, после чего изображение терялось. Результаты этого эксперимента физик опубликовал через несколько лет.

Первые фотографии

Начиная с XVIII века возрос спрос на портреты. Учитывая то, что в то время это было дорогое удовольствие, альтернативой живописному портрету стали результаты новых изобретений. Такой портрет создавался при помощи обводки силуэта, который проектировался на бумагу. Затем заготовку вырезали и наклеивали. В 1786 году Жиль-Луи Кретьен придумал обводку лица. Процесс был похож на очерчивание силуэта, однако это изображение потом гравировалось на медной пластинке, с которой делали оттиски на бумаге.

Первая фотография была получена в 1822 году. Это удалось сделать французскому изобретателю Жозефу Ньепсу. Самой старой фотографией, которая смогла уцелеть, стал снимок, сделанный Ньепсом из окна в 1826 году при помощи камеры-обскуры. Она имела оловянную пластинку, покрытую легким слоем асфальта. Создать изображение было затруднительно, поскольку сам процесс фотографирования длился целых восемь часов, да еще и при ярком свете дня. Тем не менее это был настоящий прогресс, так как уже не предусматривалось наличие темной комнаты для получения изображения.

Как изготовить камеру-обскуру в домашних условиях

Многие, кто увлекается оптикой и физикой, нередко задавались вопросом, как же ее сделать самостоятельно? Существует несколько способов, при помощи которых можно посмотреть, как работает изобретение.

Способ №1

Для изготовления камеры-обскуры своими руками необходима коробка, в которой делается отверстие для будущей линзы. Внутренняя поверхность коробки окрашивается в черный цвет, чтобы избавиться от излишка света и не испортить пленку. Перед затвором нужно установить держатель из картона и приклеить его изолентой к внешней стороне. В самой крышке затвора делается небольшое отверстие, а между его держателем устанавливается пластинка из непрозрачного материала.

К конструкции плотно привязываются подающая и принимающая камера. Кроме того, нужно учитывать герметичность, поскольку если будут щели, то фотография не получится.

В подающий отсек следует вставить новую пленку. Её можно приобрести или же достать из старых фотоаппаратов.

На последнем этапе наклеивается фольга с уже проколотым отверстием, которую следует разместить на имеющееся отверстие в коробке. Края должны быть ровными. После этого можно вставлять пленку в камеру и пользоваться.

Способ №2

Для следующего способа берется кусок плотного картона. Желательно, чтобы его внутренняя часть была черного цвета. Это нужно для того, чтобы в камеру не попадали лишние лучи света, иначе результат может быть испорчен. Кроме того, именно по этой причине всю начинку фотоаппаратов делали черного цвета и продолжают делать. Если вместо картонных заготовок, которые нужно самим собирать, взять готовый коробок, то важно не забыть прокрасить черной краской его внутреннее пространство. Чтобы максимально обезопасить камеру-обскуру, проклейте ее со всех сторон черной липкой лентой. Это послужит дополнительной защитой для того, чтобы свет точно не смог попасть и испортить результат работы.

Для этого способа стоит использовать картонные заготовки: прямоугольники, полоски разных размеров. Из них нужно склеить задник камеры, где и будет находиться пленка. На передней части камеры необходимо создать «объектив», в котором так же, как и в первом способе, сделать небольшое отверстие. Оно должно быть ровным, иначе это сильно повлияет на качество изображения. Когда конструкция будет готова, можно приступать к ее использованию.

Создать камеру-обскуру своими руками вполне возможно. Главное - следовать инструкции. А польза от нее может быть большой.

Например, такая самодельная камера-обскура - это прекрасная возможность изучить законы оптики, ближе познакомиться с наукой.

Сурдин В., Карташев М. Камера-обскура //Квант. - 1999. - № 2. - С. 12-15.

По специальной договоренности с редколлегией и редакцией журнала "Квант"

История

Рис. 1. Старинная камера-обскура с проекцией изображения на полупрозрачный экран

На латинском языке «камера-обскура» означает просто «темная комната». Эта забава известна с античных времен: закрывшись в солнечный день в темной комнате и проделав в шторе окна маленькую дырочку, вы можете увидеть на противоположной, желательно белой, стене изображение улицы и прохожих... вверх ногами (рис. 1). Принцип действия камеры- обскуры, по-видимому, был известен еще древним грекам, ею пользовались арабские ученые, а в Европе ее впервые подробно описал Леонардо да Винчи (конец XV века). Однако широкого применения классическая камера-обскура не находила: если отверстие для света сделать большим, то изображение получается размазанным, а крохотное отверстие дает резкое, но очень тусклое изображение; кроме того, для наблюдений необходимы абсолютно темное помещение и адаптированные к мраку глаза.

Рис. 2. Камера-обскура с зеркалом (АВ ) и линзовым объективом (Е ), которую не изобрел, но подробно описал в своих книгах неаполитанский естествоиспытатель Дж Порта

Но уже к середине XVI века камеру-обскуру оснастили линзовым объективом и зеркалом, в результате чего изображение в ней стало ярким и прямым, и она приобрела большую популярность, в особенности среди не очень умелых художников, использовавших ее для точной зарисовки пейзажей. Существовали крупные обскуры - в человеческий рост, а были и портативные. Сегодня мы называем этот нехитрый оптический прибор прототипом фотоаппарата (рис. 2 и 3).

Рис. 3. Старинная линзовая портативная обскура

К сожалению, после введения линзового объектива камера-обскура не изменила своего названия. Поэтому некоторые исторические сообщения вызывают недоумение. Так, можно прочитать, что для первых опытов по фотографии в 20 - 30 годах XIX века использовались камеры-обскуры. Ну, тут уж совершенно очевидно, что речь идет о линзовых камерах. Однако встречаются и более туманные сообщения. Известно, например, что независимо от Галилея пятна на Солнце открыл в 1611 году немецкий астроном Й.Фабрициус, используя для наблюдений телескоп и камеру-обскуру. Если с телескопом все более или менее ясно, то как Фабрициус мог заметить солнечные пятна с помощью простой обскуры - непонятно. Впрочем, еще в 1609 году Кеплер опубликовал сообщение о наблюдении 18 мая 1607 года на изображении солнечного диска в камере-обскуре маленького темного пятна, принятого им по ошибке за Меркурий. Такая ошибка простительна: диаметр центральной темной части (так называемой тени) типичного солнечного пятна составляет около 15 тыс. км, т.е. немногим больше диаметра такой планеты, как Земля или Венера. Меркурий вдвое меньше Земли, но и располагается к нам (проходя перед Солнцем) почти вдвое ближе солнечной поверхности, так что угловой размер Меркурия в этот момент близок к размеру солнечного пятна, и оба они составляют около 0,3". Вопрос в том, можно ли вообще заметить объект столь малого углового размера при помощи обыкновенной обскуры?

Конечно, простую обскуру можно использовать для наблюдения частных фаз солнечного затмения (рис.4). Тут и труда большого не нужно: даже щелки между листьями дерева успешно работают как настоящая обскура. Как-то раз одному из авторов этой статьи пришлось в утренние часы наблюдать затмение Солнца с помощью дырочки, проделанной кончиком карандаша в тетрадной обложке, - изображение было отличное. Но темные пятна - это довольно мелкая деталь на диске Солнца. Скорее всего, Фабрициус использовал линзовую обскуру. Иначе почему пятна на Солнце не были открыты задолго до появления телескопа? Линзовая обскура - это почти телескоп, это результат высоких технологий эпохи Возрождения. Ее необходимо отличать от простой, или классической, камеры-обскуры с объективом-дырочкой, изготовление которой было доступно людям во все века. Попробуем выяснить, на что способен именно такой, простейший прибор.

Практика

Сделайте обскуру и увидите сами, как это просто. Берете любую коробку сантиметров 15 - 30 в длину (годится жестянка от кофе или плотный пакет от молока). В донышке делаете дырочку тонким шилом или толстой иглой (недаром американцы называют этот прибор не только «camera obscura», но и «pinhole camera»), a верхнее отверстие затягиваете промасленной бумагой. Идеально для этой цели подойдет круглая и длинная коробка от чипсов с белой матовой крышечкой - вам нужно только съесть чипсы и легким ударом шила проделать дырочку в донышке.

Теперь, внимание: для наблюдений требуется яркий свет снаружи и темнота со стороны экрана. Поэтому лучше проводить опыт в солнечный день, находясь в помещении и тщательно изолировав экран от постороннего света. Для этого можно использовать трубу из плотной бумаги длиной 30 - 40 см, приставив ее одним концом к экрану, а другим - к лицу. Однако, если ваша камера круглая, лучше использовать пальто, накинув его на голову и вставив камеру в рукав. Для сравнения «объективов» сделайте в передней стенке несколько отверстий разных диаметров; каждый раз можно наблюдать с одним, закрывая остальные старой жевательной резинкой.

Итак, поэкспериментировав с обскурой, можно убедиться, что дырочка - неплохой объектив: все предметы, независимо от расстояния, получаются одинаково резкими, причем чем меньше отверстие, тем резче изображение. Правда, с совсем маленькой дырочкой трудно наблюдать: яркости не хватает. Но фотопленки сейчас очень чувствительные, уж они-то с этим справятся.

И появляется закономерная мысль - почему бы не делать у фотоаппарата вместо дорогого объектива маленькую дырочку? Тем более, что с некоторыми приборами до сих пор так и поступают: например, астрономы устраивают рентгеновские телескопы в виде свинцовой камеры-обскуры, поскольку для жестких рентгеновских лучей фокусирующих объективов не существует. Однако в оп- ! тическом диапазоне возможности обскуры весьма ограничены. И вот почему.

Теория

Будем рассуждать так. От каждой светящейся точки удаленного объекта на нашу камеру падает пучок практически параллельных лучей света. Проходя сквозь отверстие диаметром D , пучок рисует на экране кружок такого же диаметра. Пусть расстояние до экрана F . Если угловое расстояние между двумя соседними точками объекта меньше чем \(~\frac DF\) (в радианах, разумеется), то их кружки на экране будут частично перекрываться. При каком перекрытии кружков мы еще сможем различить соседние точки изображения - вопрос не простой. Многое зависит от контраста деталей исходного объекта, от яркости его изображения и т.п. Различить детали слабо контрастной картины удается в том случае, если световые кружки совсем не перекрываются. Но поскольку пятна на Солнце выглядят весьма контрастно, будем считать картину различимой, если центры кружков раздвинуты на величину их радиуса. Тогда легко определить минимальный угловой размер различимых деталей объекта, или, как говорят оптики, предельный угол разрешения , обусловленный конечным размером пучка:

\(~\alpha_1 = \frac{D}{2F}\) . (1)

До сих пор мы рассматривали свет как поток прямолинейно распространяющихся лучей. Такой подход характерен для геометрической оптики. Однако известно, что свет - это разновидность электромагнитных волн, и, как любая волна, он подвержен явлениям дифракции и интерференции. Если на входное отверстие инструмента падает волна с плоским фронтом (т.е. пучок параллельных лучей), то за отверстием фронт становится немного изогнутым (а пучок - расходящимся). Это - дифракция; именно она ограничивает применимость законов геометрической оптики. Пройдя сквозь малое отверстие камеры-обскуры, пучки света становятся расходящимися, картинка на экране - размытой. А чтобы узнать, насколько размытой, необходимо вспомнить способность света к интерференции, т.е. к взаимному сложению волн, приходящих в одну точку экрана от разных источников.

Рис. 5. Дифракционная картина изображения точечного источника круглым объективом

В нашем случае независимыми источниками света можно считать бесчисленное множество точек входной апертуры, ведь каждая из них из-за дифракции посылает свет во всех направлениях (принцип Гюйгенса - Френеля). Падающие на экран волны складываются друг с другом в соответствии со своими фазами, в некоторых точках усиливая друг друга, а в некоторых ослабляя. В результате получается следующая картина: пройдя сквозь маленькое круглое отверстие, пучок параллельных (вначале) лучей даст на экране светлое пятнышко, окруженное концентрическими темными и светлыми кольцами спадающей яркости (рис. 5). Можно считать, что камера-обскура отображает на экране каждую точку светящегося объекта в виде такого светлого пятна, окруженного «зеброй» колечек. Обычно считается, что изображения двух соседних точек объекта можно различить на экране, если центры их светлых пятен раздвинуты не менее чем на радиус первого темного кольца (критерий Рэлея). Угол α 2 , под которым этот радиус виден от входного отверстия, можно оценить из тех соображений, что разность путей света от ближайшей и наиболее удаленной точек объектива до любой из точек на темном кольце должна быть порядка длины волны света λ . Тогда мы получим \(~\alpha_2 \approx \frac{\lambda}{D}\). А точный расчет дает следующее значение предельного угла разрешения, обусловленного дифракцией:

\(~\alpha_2 = 1,22 \frac{\lambda}{D}\) . (2)

Поскольку оба указанных эффекта - геометрический размер пучка и дифракция - накладываются друг на друга, можно считать, что полный предельный угол разрешения камеры составляет α = α 1 + α 2 . В зависимости от размера отверстия он изменяется так, как показано на рисунке 6.

Рис. 6. Предельный угол разрешения α камеры-обскуры в зависимости от диаметра ее отверстия D . Расстояние от экрана до отверстия 4,6 см; длина световой волны λ = 4300 А. Пунктирные линии соответствуют уравнениям (1) и (2), сплошная линия - их сумма, черные точки - экспериментальные значения

Очевидно, что при некотором оптимальном диаметре отверстия (D opt) достигается наилучшая разрешающая способность камеры данного размера (F ), которую характеризует минимальное значение угла разрешения (α min). Найти эти параметры нетрудно. Тем, кто знаком с производной, ясно, что своего минимального значения а достигает в точке, соответствующей условию α’ = 0. А для остальных тоже вполне очевидно из рисунка 6, что минимум достигается в той точке, где α 1 = α 2 . Оба эти условия тождественны. Из них мы получим

\(~D_{opt} = \sqrt{2,4 \lambda F}\), и \(~\alpha_{min} = \sqrt{\frac{2,4 \lambda}{F}}\) . (3)

На что же способна оптимальная классическая камера-обскура? Для визуальных наблюдений примем длину волны видимого света λ = 5500 А. Тогда можно представить наш результат в удобном для оценок виде:

где F измеряется в метрах. Как видим, у камеры «человеческого» размера (F = 2 - 5 м) предельный угол разрешения больше, чем у здорового глаза (около 1"). Значит, с ее помощью мы не увидим на поверхности Солнца более мелких деталей, чем позволяет видеть наш невооруженный глаз - разумеется, защищенный плотным светофильтром. В прежние времена роль такого светофильтра с успехом выполняли облака, дым пожара или просто толстый слой воздуха, сквозь который мы видим Солнце на восходе и на закате. В летописях некоторых народов упоминается о пятнах на Солнце, наблюдавшихся сквозь облака или дым и выглядевших «аки гвозди». В принципе, это возможно: хотя среднее солнечное пятно имеет угловой размер около 0,3". изредка на Солнце появляются очень крупные пятна или их группы. Например, в марте 1947 года наблюдалась группа пятен размером около 200 тыс. км; похожие группы пятен наблюдались в 1957 и 1968 годах. Их угловой размер - 4" - без труда ощутим даже для не очень зоркого глаза, что и было доказано наблюдениями сквозь плотный светофильтр.

Внимание ! Мы не зря уже второй раз упомянули о светофильтре - без него на Солнце смотреть нельзя! Причем это должен быть очень темный фильтр, а вовсе не солнечные очки. Подойдет стекло сварщика или алюминированный целлофан, в который заворачивают букеты цветов.

Итак, хотя в древние времена люди изредка могли наблюдать солнечные пятна невооруженным глазом, научным фактом эти эпизодические наблюдения не стали: мало ли что может привидеться! Надежных и систематических наблюдений поверхности Солнца в древности не проводили (или сведения об этом не дошли до нас). Ну а в принципе могли бы астрономы, например, Древней Греции систематически наблюдать солнечные пятна при помощи классической обскуры? Как видно из формул 4, сделав камеру длиной 20 - 30 метров, можно получить прибор более зоркий, чем человеческий глаз. А со 100-метровой камерой можно было бы наблюдать солнечные пятна систематически. Уж не упустили ли древние греки свой шанс?

Вспомним, что с удалением экрана от объектива возрастает угловой размер изображения и, следовательно, падает яркость. Видимый диаметр солнечного диска около 0,5°, точнее - 32", диаметр его изображения на экране простой камеры-обскуры составит \(~\frac{F}{107}\). При размере камеры в 100 м диаметр изображения солнечного диска будет около 1 м. Сюда придет свет, прошедший сквозь отверстие объектива диаметром 1,2 см, значит, освещенность ослабнет почти в 10 тысяч раз. Не слишком ли тусклым будет изображение? Как известно, освещенность земной поверхности Солнцем составляет 10 5 лк; следовательно, освещенность нашего изображения будет около 10 лк. Это в десятки раз больше, чем когда Луна освещает Землю в полнолуние. Без особого труда можно различать буквы в тексте, а ведь размер солнечных пятен на метровом изображении его диска будет около 1 см - такие детали трудно будет не заметить.

Итог: теоретически древние греки могли бы использовать классическую обскуру для изучения поверхности Солнца!

Опыт

Для проверки наших теоретических представлений о качестве изображения в камере-обскуре мы поставили опыт: заменили объектив у фотоаппарата «Зенит» кусочком фольги с булавочным отверстием и сфотографировали с помощью этого «объектива» специально изготовленную таблицу (рис. 7). Расстояние от таблицы до отверстия было 30 см, а от отверстия до пленки - 4,6 см. Мы испытали три отверстия с диаметрами 170, 420 и 840 мкм. Таблица освещалась настольной лампой, чувствительность фотопленки была 64 ед., а экспозиции составляли от нескольких секунд до нескольких минут в зависимости от диаметра отверстия. Сделав отпечатки с негативов, мы определили по видимости линий таблицы на фотографиях предельный угол разрешения камеры. Он оказался даже немного меньше расчетного, что, по-видимому, объясняется очень высокой контрастностью исходного изображения и его линейным характером: прямые линии легче выявляются среди шумов изображения, чем точки. В целом же наша простая теория, как видим, вполне согласуется с экспериментом.

Рис 7. Тестовая таблица (а) и ее изображение (б), сфотографированное камерой-обскурой на основе фотоаппарата «Зенит» (D = 0,42 мм, F = 4,6 см)

Убедившись в этом, мы решили, что пора наблюдать Солнце и попытаться с помощью камеры-обскуры увидеть на нем пятна. Эксперимент был поставлен 19 мая 1998 года в Астрономическом институте им. П.К.Штернберга (МГУ) при любезном содействии старшего научного сотрудника отдела исследования Солнца И.Ф.Никулина. Создать камеру длиной 100 и даже 50 метров нам, к сожалению, не удалось. Мы использовали в качестве корпуса обскуры трубу вертикального солнечного телескопа длиной 17 м. Зеркальный объектив этого инструмента находится в его нижней части, поэтому труба до объектива представляет просто светозащищенный объем без оптических элементов. Удобно и то, что система плоских зеркал (целостат) перед трубой телескопа постоянно поддерживает направление его оптической оси на Солнце. Входное отверстие трубы мы закрыли плотной крышкой с круглой дырочкой диаметром 5 мм. В нижней части трубы на листе белой бумаги мы увидели яркое изображение Солнца диаметром 16 см с хорошо различимой группой из двух пятен. Это был момент торжества - солнечный телескоп-обскура действует!

Последующее изучение Солнца в нормальный оптический инструмент показало, что в этот день на поверхности нашего светила действительно были пятна: группа из двух больших пятен с размерами 15" и 17", разделенных расстоянием в 1", а также несколько маленьких с размерами 3 - 5". Маленьких пятен с помощью обскуры мы не заметили, а два больших пятна (впрочем, вполне рядовых для Солнца) были весьма отчетливо видны по отдельности. Мы продолжили наблюдения и в последующие дни, отмечая по движению пятен вращение Солнца. На фото на рисунке 8 показана поверхность Солнца в день 2 июня 1998 года, сфотографированная с помощью солнечного телескопа (а) и полученная на экране нашего телескопа-обскуры (б).

Галилей и Фабрициус открыли солнечные пятна лишь после изобретения оптического телескопа, хотя, как мы теперь видим, такая возможность существовала еще во время египетских пирамид. Быть может, эта мысль натолкнет читателей «Кванта» на размышления о неиспользованных возможностях нашего времени? Кстати, Фабрициусу, когда он открыл солнечные пятна, было немногим более 20 лет.

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Сегодня фотоаппарат есть почти у каждого человека, одни пользуются профессиональными фотокамерами, другим достаточно камеры на телефоне. Увлечение селфи стало неотъемлемой частью нашей культуры. Интересно, а раньше как люди могли запечатлеть моменты своей жизни? Писали картины, например. Но ведь у каждого свой взгляд и видение предметов, а значит 100% сходства, конечно же не было. Так чем же наши предки заменяли фотоаппарат?

Не каждый школьник сможет похвастаться тем, что видел своими глазами и держал в руках черно-белую фотографическую карточку. И совсем мало тех, кто видел, как появляется изображение на фотобумаге. Рассматривая бабушкин фотоальбом, я заметила, что фотографии были совсем другими. Фотобумага, цветовая гамма, размер фотографий заметно отличаются от современных фотографий. Интересно, а когда появилась и как развивалась фото индустрия? В не зависимости от сложности конструкции и функций сегодняшних фотокамер, все они являются потомками устройства изобретенного гораздо раньше, чем появилось само слово «фотография». Речь пойдет о камере-обскура - устройства, на основе которого были созданы все основные принципы фотографирования.

Сегодня фотография очень широко применяется в разных сферах деятельности человека: в искусстве, в науке или повседневной жизни. Увлечение фотографией стало особенной приметой времени. Так как ею занимаются многие люди разных возрастов и самых разных профессий.

Объектом исследования является история развития фотоаппарата.

Предмет исследования камера-обскура.

Цель: изучить историю фотоаппарата и принцип работы камеры-обскура.

Задачи исследования:

Узнать историю фотоаппарата.

Сделать свои камеры-обскура.

Выяснить знают ли школьники что такое «камера-обскура»?

Гипотеза: камера-обскура является прототипом современного фотоаппарата.

Методы исследования: изучение материалов, социологический опрос, обработка анкет, эксперимент, анализ полученных данных.

Раздел. История камеры-обскура.

Когда была изобретена камера-обскура, точно не известно, но уже в V веке до нашей эры китайский философ Ми Ти описал возникновение изображения на стене затемненной комнаты. Упоминал о такой камере и Аристотель. 1 С нее - то и началась история фотографии, когда через маленькое отверстие на бумагу проектировали изображение предмета.

Принцип действия камеры-обскура заключается в следующем. Если в одной из стенок темного ящика сделать небольшое отверстие, то на противоположной стенке ящика (внутри его) образуется видимое световое изображение всех освещенных предметов, находящихся перед отверстием, при этом изображение будет перевернутым.

До XVII века все камеры-обскура были стационарными, так как представляли собой обыкновенные комнаты, в которых можно было вести астрономические наблюдения.

Первоначально камерой-обскура пользовались исключительно ученые - оптики и астроному - для научных опытом и наблюдений. Однако вскоре эта монополия была нарушена, и камера-обскура из инструмента ученых постепенно превратилась в инструмент художников-живописцев, найдя в этом свое истинное призвание (См. приложение 1). При помощи зеркала расположенного под углом 45° переводили изображение на матовую, горизонтальную пластину, что позволило художникам переносить пейзаж на бумагу.

Даже, несмотря на всю привлекательность работы художника с камерой-обскура, этот процесс был очень трудоемким. Новое устройство захватило умы всех ученых того времени. Не одну сотню лет ученые в разных странах пытались «остановить мгновения» и каким-то образом зафиксировать изображения, полученные камерой-обскурой. Теперь трудно с точностью сказать, кто первым предложил поставить линзы и увеличить четкость изображения. В свою очередь, фиксация с помощью угля или карандаша светового изображения, возникающего в камере-обскура, натолкнула изобретателей на мысль о химической фиксации этого изображения, что привело, в конце концов, к изобретению фотографии.

Окружающий человека мир постоянно меняется. Поэтому неудивительно, что люди всегда стремились найти способ, который не требовал бы долгого и утомительного труда художника, и позволил бы сохранить на долгие годы жизнь во всем ее многообразии.

Лишь развитие химии позволило создать устойчивое во времени изображение. Первые неисчезающие изображения с помощью камеры-обскура были получены Жозефом Нисефором Ньепсом в 1826 году 2 .

С греческого языка фотография переводится (фото - свет и граф - рисую, пишу) как светопись или рисование светом. Фотография - это объединение различных способов получения изображения и поэтапного процесса попадания света на особые светочувствительные материалы и дальнейшей химической обработки.

Далее камера-обскура все более совершенствовалась: в нее добавлялись линзы, сначала для увеличения угла обозрения, затем для улучшения четкости изображения, большое неудобство представляло перевернутое изображение, чтобы избавиться от этого недостатка, крепили к камере-обскура зеркало, которое вторично переворачивало изображение. Со временем из стационарной, она стала мобильной и меньших размеров.

В XVII веке появляются первые переносные камеры-обскура. Раньше и сейчас такие комнаты используются для развлечения и обучения. Несмотря на то, что они были довольно тяжелыми и громоздкими, такие камеры стали находить уже более широкое применение. Представляли собой специальную палатку, которая вращалась, давая возможность вести круговой обзор неба или горизонта. В том же веке в России, имела распространение камера-обскура, сделанная в виде походной палатки. С ее помощью были документально запечатлены виды Петербурга, Петергофа и другие русские города.

Основной частью любого фотоаппарата является объектив, непрозрачная камера, светочувствительная поверхность внутри камеры (фотопластинка, фотопленка, а у цифровых фотоаппаратов это матрица) во время фотографирования объектив приоткрывается с помощью специального затвора, он пропускает свет в камеру, и мы получаем уменьшенное, перевернутое изображение.

Все современные фотоаппараты это все та же древняя камера-обскура, только снабженная различного рода вспомогательными механизмами. Принцип действия ее остался прежним.

С латинского языка camera переводится как комната, а obscura - темная. 3 Темная комната. По определению получается, что камера-обскура - это прототип фотографического аппарата, это темное помещение с одним миниатюрным отверстием, через которое на противоположную стенку проецируется перевернутое уменьшенное изображение предметов снаружи.

Все слышали знаменитую фразу фотографов «Внимание, сейчас вылетит птичка». А что за птичка и где она находится? Оказывается, раньше фотографы действительно её использовали. В начале 20 века, определенные навыки требовались не только фотографу, но и фотографируемому. Кадр занимал несколько секунд, в течение которых человек должен быть неподвижен, иначе фотография получалась смазанная. Для детей это была большая проблема. И тогда была придумана птичка из латуни.

Её держал ассистент или один из родителей около объектива. К ней подходил небольшой резиновый шланг с грушей. Нижняя часть птички была заполнена водой. При надавливании на грушу птичка издавала свист похожий на пение настоящей птицы и ребенок на несколько секунд замирал, глядя на то, кто же там поет. В результате получался нужный кадр, все были довольны.

2 раздел. Эксперимент

Посмотрев передачу по детскому телеканалу, там рассказывали, как сделать камеру - обскура. Меня это очень заинтересовало. Я предложила маме сделать такой эксперимент дома. Мама согласилась.

Как мы уже выяснили, что камера-обскура имела самые разнообразные размеры, мы сделали«камеры» двух размеров, одну небольшую из коробки под обуви, и большую во всю комнату.

Для небольшой нам понадобились:

Коробка;

Листы темной бумаги;

Скотч или клей;

Ножницы;

Лист белой бумаги;

Что делать:

Взять коробку из-под обуви, на внутреннюю сторону крышки приклеить темный лист бумаги, и на дно коробки также приклеить темный лист, небольшое отверстие, плотно заклеить, чтобы не проникали лишние лучи. «Экраном» будет белый лист бумаги, приклеить «экран» полукругом. На противоположной стороне от экрана необходимо сделать маленькое отверстие. Сначала мы сделали маленькое отверстие шилом, но так как света проникало очень мало, изображение было очень темным. Тогда при помощи ножниц, мы увеличили отверстие, картинка стала светлее. Так как в такую маленькую коробку мы не поместимся, мы воспользовались современными технологиями. В коробку мы поместили сначала мобильный телефон с возможностью видеозаписи. И попробовали в солнечный день снять видео в своем кабинете с классным руководителем. Но телефон был слишком большой и помещался под углом, поэтому видео сняли только частично. У папы спросили видеорегистратор из машины. С балкона сняли видео. Вот что получилось… Так как на улице зима, белый снег и коричневые деревья, то видео получилось черно - белое. (Но весной мы с мамой обязательно попробуем еще раз этот эксперимент, чтобы получить цветное изображение) Видео не очень четкое, но нам удалось при помощи обычной коробки из-под обуви получить перевернутое изображение предметов находящихся за окном!!!

Для камеры-обскура больших размеров нам понадобятся:

Комната;

Темная непрозрачная пленка;

Что делать:

Заклеить окно пленкой, сделать небольшое отверстие в пленке и смотреть на противоположную сторону.

Я живу на третьем этаже, перед нашим окном растет дерево, поэтому на противоположной стене я увидела ветви дерева, было не очень красиво, но так удивительно!!!

Когда свет проникает в темное пространство сквозь крошечное отверстие, происходит нечто таинственное и удивительное.

Размеры изображаемых предметов зависят от расстояния между отверстиями и стенкой, на которой появляется изображение. Чем больше это расстояние, тем большими будут выглядеть изображаемые предметы. При этом качество изображения зависит от величины отверстия. Чем оно меньше, тем резче изображение и тем оно темнее. С увеличением отверстия резкость изображения ухудшается, зато его яркость возрастает.

Проведя социологический опрос (см. приложение 2) в своем классе, я выяснила, что 30 человек не знают, что такое «Камера - обскура» (и некоторые взрослые кому я задавала этот вопрос, затруднялись с ответом) 3 человека ответили, что знают. Из них двое смотрели мультик «Смешарики» в котором рассказывали о камере-обскура. И один человек узнал от своей мамы.

Заключение

Изучив историю вопроса, появление фотоаппарата мне удалось определить основные этапы развития, что сначала появилась камера-обскура, которая проецировала изображение в комнату, затем научились эти кадры сохранять, сначала перерисовывая изображение, с развитием и изучением химических свойств сохранять изображения.

Проведя все эксперименты, выделила специфические особенности:

Изображения получаются перевернутыми.

Чем меньше отверстие, тем более четкие получаются изображения, но темные.

Количество изображений равно количеству отверстий.

Форма отверстия на форму изображения не влияет.

Если в камеру-обскура добавить линзы для улучшения четкости изображения, зеркало - чтобы перевернуть изображение то получится фотоаппарат. Все современные фотоаппараты это древняя камера-обскура, только снабженная различного рода вспомогательными механизмами.

В природе, эффект камеры-обскура можно наблюдать во время частичного солнечного затмения - тогда на земле появляются серповидные тени, повторяющие форму Солнца, закрытого Луной. (См. приложение 3).

Наши глаза, тоже маленькие камеры-обскура, то, что мы называем зрачком это не черный кружок, а отверстие, которое ведет в темную внутренность нашего органа зрения, все предметы мы видим перевернутыми, но наш мозг каждый раз возвращает их в естественное положение. (См. приложение 4).

Гипотеза подтвердилась, что камера-обскура является прототипом современного фотоаппарата.

И сейчас, в век цифровой фотографии, камера-обскура продолжает привлекать фотографов простотой конструкции, изяществом концепции и работой непосредственно со светом.

Надеюсь, тема моего исследования заинтересовала Вас, сделать такое нехитрое устройство может каждый, (напомню, что для этого надо затемнить окно темной пленкой, сделать в пленке небольшое отверстие и наслаждаться результатом) я Вас уверяю, результат Вас удивит и зачарует!

Список литературы

Сурдин В., Карташев М. Камера-обскура// Квант, 1999, № 2

Розов Г.Д. Искусство фотографии. Издательство: АСТ, 2006.

Большая советская энциклопедия. М., 1973 г.

Интернет источники

http://novotarbeevo.narod.ru/festival/tur_fisic/kamera.htm

http://animamuseum.ru/blogarticle/kamera-obskura-3-ya-chast-nano

http://m.nat-geo.ru/photo-master/34462-kamera-obskura

Приложение 1

Камера - обскура

Приложение 2

Социологический опрос

Приложение 3

Эффект камеры-обскура в природе

Приложение 4

Наши глаза - маленькие «Камеры-обскура»

1 Сурдин В., Карташев М. Камера-обскура// Квант, 1999, № 2

2 Розов Г.Д. Искусство фотографии. Издательство: АСТ, 2006

3 Большая советская энциклопедия. М., 1973 г.