Тъмната стаичка

Светлината се движи по права линия

От всяка точка на свещта тръгва светлина във всички посоки. През малкия отвор минава само тесен сноп – по права линия до екрана. Лъчът от върха на пламъка отива долу, а лъчът от основата – горе. Лъчите се кръстосват в отвора.

Затова образът е обърнат и отгоре-надолу, и отляво-надясно – завъртян на 180°. Ако дръжката на свещника е отляво, в образа тя е отдясно.

Колко голям е образът

Образът е толкова пъти по-малък от свещта, колкото пъти кутията е по-плитка от разстоянието до свещта. Свещ, висока 250 mm, на 1 m от кутия, дълбока 200 mm, дава образ, висок 50 mm.

Отворът изобщо не участва. По-големият отвор не прави образа по-голям – прави го само по-ярък и по-размазан. Два пъти по-дълбока кутия дава два пъти по-голям образ, но четири пъти по-тъмен: същата светлина се разпределя върху четири пъти по-голяма площ.

Рязко или ярко?

Една точка от свещта не дава точка на екрана, а малко светло петно с формата и размера на отвора. Колкото по-малък е отворът, толкова по-малки са петната и толкова по-рязък е образът. Но малкият отвор пропуска малко светлина – образът става тъмен.

И още нещо: светлината е вълна. През много тесен отвор тя се разлива и петното пак расте. Затова има най-добър отвор – за кутия, дълбока 200 mm, той е около половин милиметър. По-малкият пак размазва.

Това е истинският проблем на всеки фотоапарат. Лещата го решава: събира много светлина и пак дава рязък образ.

Формата на отвора обикновено не се вижда

Триъгълен отвор от 1 mm дава свещ, а не триъгълник: триъгълните петна са много по-малки от образа. Триъгълник се вижда само когато отворът е по-голям от самия образ.

Под високо дърво пролуките между листата са с всякакви форми, а светлите петна на земята са кръгли. Това са малки образи на Слънцето! Те са около 108 пъти по-малки от височината на листата: на 5 m – около 46 mm. При частично затъмнение петната стават сърпове.

За любопитните

височина на образа = височина на предмета · дълбочина на кутията / разстояние

Яркостта расте с площта на отвора. f-числото е дълбочината на кутията, делена на размера на отвора: кутия 200 mm с отвор 1 mm има f-число 200. На ярко слънце такава снимка трае около 1,6 s. Най-добрият отвор е около корен квадратен от 2,44 · дължината на вълната · дълбочината на кутията.

Знаеш ли, че образ през малък отвор са описали учени в Китай и в Гърция още преди около 2400 години? Тъмната стаичка е класически опит и се среща в много учебни материали.