Длительность световых ощущений
Мы едем по железной дороге, а мимо проносится встречный поезд. Несколько секунд мы видим пейзаж сквозь окна этого поезда, и он виден отчетливо, почти без мелькания, лишь немного теряя в яркости.
Скорость движения поезда равна примерно 17 м/сек, значит, относительная скорость двух поездов, идущих в разные стороны, составляет 34 м/сек.
Положим, что окна совпадают друг с другом через промежутки, равные примерно одному метру. Изображения систематически прерываются на 0,03 сек, чего мы практически не замечаем, и световое впечатление сохраняется.
Стоя на платформе, можно смотреть сквозь окна мчащегося поезда или видеть пейзаж, отраженный в этих окнах, и если только мы смотрим прямо перед собой, изображение будет видно без мелькания. В этом случае продолжительность зрительного восприятия составляет 0,06 сек.
Попробуем установить, как часто должны чередоваться светлое и темное, чтобы исчезло мелькание. С этой целью пройдемся вдоль высокой и длинной изгороди, соразмеряя шаг так, чтобы освещение казалось постоянным, и стараясь в то же время смотреть сквозь изгородь в одном направлении.
Скорость, при которой исчезает мелькание, зависит от отношения яркостей светлого и темного, а также от соотношения между длительностью освещения и длительностью затенения. Конечно, на самом деле ощущение света пропадает не сразу, а ослабевает постепенно. Непрерывный процесс нарастания и ослабления световых ощущений в кино должен быть поэтому очень сложным.
Классическим примером служат падающие снежные хлопья.
Леонардо да Винчи отмечал: «И снег вблизи нас кажется нам падающим быстро, а вдали — медленно. Ближний снег кажется нам непрерывной величиной, вроде белой нитки, а дальний кажется нам прерывным».
Дождевые кайли, падающие много быстрее снежинок, всегда вытягиваются в длинные тонкие линии. Но я помню один случай, когда можно было видеть в воздухе отдельные капли дождя. Это было в середине дня летом, когда шел грозовой дождь, но половина неба оставалась безоблачной, и лучи Солнца ярко освещали капли дождя. Полоса дождя проходила как раз через тень, отбрасываемую домами. Это было в сорока метрах от меня. За этой полосой дождя следовала узкая полоска шириною в несколько метров, освещенная Солнцем, а потом начинался темный фон группы деревьев. В полосе, освещенной Солнцем, можно было видеть большие светлые капли дождя, а поскольку эта полоса находилась на достаточно большом расстоянии от моих глаз, я хорошо видел, как, подобно стаям птиц, летели вниз эти светлые капли.
Спицы быстро вращающегося колеса имеют совершенно неожиданный вид, если смотреть на них сквозь частокол. Как ни странно, рисунок симметричен, так что по нему невозможно определить направление вращения, и хотя колесо обладает быстрым поступательным и вращательным движением, наблюдаемая картина практически неподвижна. Это явление возникает особенно четко, если взглянуть сквозь изгородь или редкий забор на большие колеса паровоза, замедляющего ход па станции. Впечатление сильнее всего, когда обод освещен ярко, а спицы слабо, и щели между планками забора узки. Однако эффект не наблюдается, если смотреть сквозь забор на колесо, которое крутится на одном месте; требуется непременно сочетание вращательного и поступательного движения.
Объясняя это явление, мы исходим из того, что наблюдатель, следуя глазами за колесом, связывает с ним все, что видит. Это обязательное требование, которое выполняется благодаря описанному выше способу освещения. Пусть колесо вращается вокруг неподвижной точки О, а щели в заборе равномерно перемещаются мимо него. Предположим, что в начальном положении какая-то щель пересекает определенную спицу в точке А; тогда сквозь щель будет видна часть спицы, расположенная близ А. Немного спустя спица будет проходить уже по линии ОВ, а щель передвинется так, что они встретятся в точке В; еще позже точка пересечения переместится в С. Таким образом точка за точкой будет вычерчена кривая АВСО.
Следовательно, каждая наблюдаемая линия будет геометрическим местом точек, в которых на очень короткое время мы видим пересечение определенной щели и определенной спицы. Благодаря инерции зрительного восприятия вся кривая кажется нам видимой одновременно, при условии, что колесо вертится достаточно быстро.
Каждая следующая спица, проходя в свою очередь мимо той же щели, описывает кривую, принадлежащую к тому же семейству, но с другим параметром; это и означает, что перед глазами возникает полностью вся картина. Если следующая спица и следующая щель занимают соответственно место предшествующих за одинаковое время, то, очевидно, будет снова прочерчена та же серия кривых, и вся картина окажется неподвижной. Но если расстояния между щелями не совсем удовлетворяют этому условию, то каждая спица достигнет щели чуть раньше или чуть позже. В этом случае каждая кривая превращается в другую кривую того же семейства с другим параметром. Мы увидим тогда картину, медленно смещающуюся в направлении вращения или в противоположном, но это не есть вращение всей картины в целом, поскольку она остается симметричной относительно вертикали. Возможно, наконец, что расстояния между щелями будут много больше или много меньше, например, вдвое уже. Тогда мы увидим вдвое больше кривых, чем имеется спиц, и если промежутки чередуются регулярно, картина снова окажется неподвижной.
Более сложные узоры возникают в том случае, если сквозь одно из больших колес повозки видно другое колесо. Когда взгляд отклонится немного вправо или влево, так что одно колесо уже не покрывает полностью другое, наблюдаются самые необычные кривые. Эти кривые, замеченные Фарадеем и напомнившие ему магнитные силовые линии, являются геометрическим местом точек пересечения двух спиц.
Интересно также наблюдать два колеса, одно непосредственно позади другого, вращающиеся с одинаковой скоростью и в противоположном направлении. Эту картину можно часто видеть над стволами шахт. Кажется, что есть только одно колесо и что оно покоится; если каждое колесо имеет n спиц, темных на фоне неба, кажущееся колесо представляется имеющим 2n ярких спиц. Иногда изображение несколько поворачивается в одну или в другую сторону: это вызывается небольшими изменениями в скорости вращения колес. Это явление наблюдалось еще Фарадеем.