Principio de obtención de imágenes de orificios pequeños
Principio: La luz se propaga en línea recta en un mismo medio homogéneo sin ser perturbada por la gravedad
El sol proporciona al hombre luz y calor, que son fuente de luz indispensable para el hombre. Pero debido a la rotación de la tierra, se forman el día y la noche. Cada noche, la oscuridad envuelve la tierra. Los antepasados humanos que vivieron en la antigüedad eran impotentes contra la noche. La oscuridad da a la gente una sensación abominable y aterradora, y hasta el día de hoy la oscuridad todavía se usa para describir el mal. Fueron necesarios innumerables siglos para que el hombre descubriera que el fuego también podía proporcionar luz y calor. Al principio se utilizó el fuego natural, y posteriormente se inventó la fricción artificial para hacer fuego. La invención de la fricción artificial para hacer fuego es un progreso que marcó una época en la historia de la humanidad. "Permitió al hombre dominar una fuerza natural por primera vez, separándolo finalmente del reino animal". El hombre de Pekín, que vivió hace medio millón de años, ya sabía utilizar el fuego natural. Hace unas decenas de miles de años, el hombre aprendió a hacer fuego artificial perforando madera. El fuego ha sido durante mucho tiempo la única fuente de luz artificial disponible para el hombre. Más tarde, se crearon lámparas de aceite y velas, pero todavía eran inseparables del fuego. No fue hasta la invención de las fuentes de luz modernas que reemplazaron al fuego.
A través de la observación de la luz a largo plazo, la gente descubrió que la luz que llega al suelo a lo largo de los espacios entre las hojas del denso bosque forma un haz similar a un rayo, y lo mismo ocurre con la luz del sol que entra en el casa desde la pequeña ventana. Una gran cantidad de hechos observacionales han llevado a la gente a darse cuenta de que la luz se propaga en línea recta. Para demostrar esta propiedad de la luz, hace unos 2.450 años, el destacado científico chino Mo Zhai y sus alumnos realizaron el primer experimento del mundo sobre la formación de una imagen invertida a través de un pequeño agujero y explicaron el principio de la imagen invertida a través de un pequeño agujero. Aunque no se refiere a imágenes sino a sombras, el principio es el mismo. Se abre un pequeño agujero en la pared que mira al sol en una habitación oscura. Cuando una persona se para afuera frente al agujero, aparece una figura al revés en la pared opuesta de la habitación. ¿Por qué ocurre este extraño fenómeno? Los mohistas explicaron que la luz que pasa a través de un pequeño agujero viaja en línea recta como una flecha. La cabeza de una persona bloquea la luz arriba y forma una sombra abajo. Los pies de una persona bloquean la luz abajo y forman una sombra arriba. . Esta fue la primera explicación científica de la propagación lineal de la luz.
Los mohistas también utilizaron esta característica de la luz para explicar la relación entre los objetos y las sombras. La sombra de un pájaro volador parece volar. Los mohistas analizaron la relación entre la luz, los pájaros y las sombras y revelaron el secreto de que las sombras en sí mismas no participan directamente en el movimiento. Los mohistas señalaron que la sombra de un pájaro es causada por la luz que viaja en línea recta golpeando al pájaro y siendo bloqueada por el pájaro. Cuando un pájaro está volando, el lugar donde aparece una sombra cuando se bloquea la luz en el momento anterior es iluminado por luz en el momento siguiente, y la sombra desaparece la nueva sombra que aparece se forma al bloquearse la luz en este último; momento. Ni una sombra del momento anterior. Por tanto, los mohistas llegaron a la conclusión de que "la escena no se mueve", y la "escena" se conecta con la "sombra", es decir, la sombra no participa directamente en el movimiento. Entonces, ¿por qué la sombra parece moverse? Esto se debe a que cuando el pájaro vuela, la sombra se actualiza continuamente y cambia de posición en el momento antes y después. Parece que la sombra vuela con el pájaro. Los mohistas también explicaron los fenómenos de proyección y penumbra basándose en el principio de propagación de la luz en línea recta. A mediados del siglo XIV, Zhao Youqin, un matemático astronómico de la dinastía Yuan, examinó más a fondo la relación entre la imagen formada por la luz del sol que pasa a través de los poros de la pared y los poros de su "Nuevo Libro de Gexiang". Encontró que cuando los poros son bastante pequeños, aunque la forma de los poros no sea circular, las imágenes obtenidas son todas circulares (el principio involucrado es porque: los pequeños agujeros en este momento representan la imagen del sol, por lo que es (circular); durante un eclipse solar, también falta la imagen, que es igual que en el eclipse de sol, el tamaño de los agujeros es diferente, pero el tamaño de la imagen es el mismo, pero la sombra es diferente; Si la pantalla de imagen se acerca al pequeño agujero, la imagen resultante se vuelve más pequeña y más brillante. Aumentar. Con respecto a este fenómeno, a Zhao Youqin se le ocurrieron las reglas de las imágenes estenopeicas después de pensar e investigar detenidamente. Él cree que cuando el agujero es bastante pequeño, sin importar la forma del agujero, el resultado es como una imagen invertida de la fuente de luz. En este momento, el tamaño del agujero sólo está relacionado con el brillo de la imagen y. no cambia la forma de la imagen. Cuando el agujero es bastante grande, la imagen resultante es una imagen vertical del agujero.
Para confirmar esta conclusión, Zhao Youqin diseñó un experimento relativamente completo. Cava dos pozos redondos con un diámetro de más de cuatro pies en cada uno de los pisos de las dos casas de abajo. El pozo de la derecha tiene cuatro pies de profundidad y el pozo de la izquierda tiene dos metros y medio de profundidad. mesa en el pozo de la izquierda, de modo que los dos pozos La profundidad sea la misma. Haga dos platos redondos con un diámetro de cuatro pies e inserte densamente más de mil velas en cada plato. Después de encenderlas, coloque una en el fondo del pozo derecho y la otra en la mesa del pozo izquierdo. Cada tapa en la boca del pozo es una placa circular con un diámetro de cinco pies y un pequeño orificio cuadrado en el centro. El orificio cuadrado en la placa izquierda mide aproximadamente una pulgada de ancho y el orificio cuadrado en la placa derecha mide aproximadamente media pulgada. ancho. En este momento, puedes ver que todas las imágenes redondas aparecen en el suelo, pero las que tienen agujeros más grandes son más brillantes y las que tienen agujeros más pequeños son más oscuras. Zhao Youqin utilizó el principio de propagación de la luz en línea recta para explicar que la vela del este tiene una imagen en el oeste, la vela del oeste tiene una imagen en el este, la vela del sur tiene una imagen en el norte y la vela en el norte se representa en el sur. Cada vela tiene una imagen correspondiente. Dado que hay más de mil velas, las velas están densamente empaquetadas en un círculo y las imágenes que forman también están conectadas entre sí para formar una imagen redonda. . Esto muestra que cuando la distancia entre la fuente de luz, la apertura y la pantalla de la imagen permanece sin cambios, la forma de la imagen permanece sin cambios, y solo hay una diferencia en la iluminación: el que tiene un agujero más grande "acomoda más luz" y el que tiene un agujero más grande "acomoda más luz" y es por lo tanto más brillante; los pequeños "retienen menos luz" y por lo tanto son más oscuros. Si se apagan quinientas velas en el lado este del pozo derecho, faltará la mitad de la imagen en el piso de la habitación derecha en el lado oeste, lo que equivale a la misma sombra que las partes del eclipse del sol y el luna durante un eclipse solar y lunar.
Si las velas de la izquierda están muy espaciadas y sólo se encienden veinte o treinta, la imagen será circular, pero cada una de ellas es una imagen cuadrada oscura que no está conectada, si sólo se enciende una vela, el agujero cuadrado no es un; fuente de luz de vela. Es bastante pequeña, por lo que aparece la imagen de un agujero cuadrado; si se vuelven a encender todas las velas, la imagen de la izquierda volverá a tener una forma redonda. En segundo lugar, se cuelgan dos tablas grandes en el suelo paralelas al suelo como pantallas de imágenes. En este momento, la pantalla de imágenes está más cerca del agujero y la imagen vista se vuelve más pequeña y brillante. Luego retire las dos tablas colgantes mencionadas anteriormente, aún use el piso como pantalla de imagen, retire la mesa en el pozo de la izquierda y coloque la vela en el fondo del pozo. En este momento, la fuente de luz en el pozo de la izquierda está lejos. lejos del agujero cuadrado, y la imagen que aparece en el piso izquierdo se vuelve más pequeña, y debido a que la luz de las velas es débil, el brillo también se vuelve más débil a medida que aumenta la distancia. A partir de estos resultados experimentales, Zhao Youqin resumió las reglas de las imágenes estenopeicas y señaló la relación entre la distancia y la intensidad de la vela (fuente de luz) y la distancia entre el orificio y la pantalla de imagen. Señaló que cuando la pantalla de imagen está cerca. al agujero, la imagen es más pequeña cuando el agujero está lejos, la imagen es grande cuando la vela está lejos del agujero, se ve pequeña, y cuando está cerca del agujero, se ve grande; es pequeña, es brillante, cuando es grande, está oscura, aunque la vela está cerca del agujero, la luz es débil, y la imagen es oscura, aunque la vela está lejos del agujero, pero la luz es fuerte; la imagen será brillante. El último paso del experimento es quitar las dos tablas que cubren la superficie del pozo y colgar una tabla redonda con un diámetro de más de un pie debajo del piso. La tabla derecha tiene un agujero cuadrado de cuatro pulgadas de ancho y la tabla izquierda tiene. un agujero triangular de cinco pulgadas de largo a cada lado. Ajustar la altura de la placa es cambiar la distancia entre la fuente de luz, el agujero y la pantalla de imagen. En este momento, mirando la imagen en el suelo, hay un triángulo a la izquierda y un cuadrado a la derecha. Esto muestra que la forma de la imagen formada cuando el agujero es grande es la misma que la forma del agujero: si el agujero está cerca de la pantalla, la imagen será pequeña y brillante si el agujero está lejos de la pantalla; la imagen será grande y oscura.
A partir de los resultados experimentales anteriores, Zhao Youqin llegó a la conclusión de que la imagen del agujero pequeño es la misma que la forma de la fuente de luz, y la imagen del agujero grande es la misma que la forma. del agujero, y señaló que esta conclusión es "absolutamente incuestionable". Utilizar un experimento tan riguroso para demostrar la propagación lineal de la luz y aclarar el principio de la obtención de imágenes estenopeicas era algo único en el mundo en aquel momento.