Наблюдения вращающегося велосипедного колеса
Как правило, спицы вращающегося велосипедного колеса по отдельности не видны, они сливаются в тонкую вуаль, более темную у центра и светлеющую к ободу. Тень от колеса на гладкой дороге дает подобное же распределение света. Как темна эта тень? Каждая спица имеет толщину 2 мм, а расстояние между ними у обода в среднем 50 мм. Время, в течение которого освещается расположенная на дороге точка, зависит от отношения прозрачной площади колеса к площади всего колеса.
По закону Тальбота, это производит такое впечатление на наш глаз, как если бы тень, отброшенная вращающимся колесом, имела постоянную яркость, равную 50/52 яркости незатененной дороги. Но лучи Солнца падают на колесо косо, так что тени спиц ближе друг к другу, хотя толщина их не меняется. Отсюда ясно, что даже у обода тень будет на целых 4—8% темнее, чем окружающий фон, а ближе к центру ослабление яркости, вероятно, достигает 10—20%. И все же какое-либо различие в яркости обнаружить трудно, ибо темная тень обода слишком подчеркивает границу между двумя сравниваемыми полями. Постепенное ослабление яркости к центру едва заметно, поскольку мы всегда склонны рассматривать четко очерченную связную фигуру как единое целое, и эта психологическая тенденция берет верх над действительным различием в яркости.
При ближайшем изучении мы, однако, как правило, обнаруживаем одно или несколько световых дуг в тени колеса.
Часто это незамкнутые, обрывающиеся кривые. Слезьте с велосипеда и разглядите внимательно, где образуется светлая дуга. Она соответствует пересечению двух спиц; действительно, в каждой из этих точек одна спица, так сказать, исчезает, и средняя затененность в результате должна уменьшиться. Но как мала эта разница! И все же наш глаз хорошо различает ее теперь, когда две яркости можно сравнить без разграничительной линии между ними. Трудно описать, как сочетаются спицы. Большей частью они объединяются в группы по четыре, и эти группы повторяются вокруг всего колеса. Точка пересечения двух спиц описывает кривую, которую мы видим как небольшую яркую дугу. После того, как колесо повернется более чем на четырехкратное расстояние между двумя спицами, снова образуется маленькая дуга. Больше того, если в каждой группе окажутся два пересечения, одно из которых следует по пути другого, эта маленькая дуга будет особенно яркой. В первом случае она будет на 1% ярче окружающей тени, во втором — на 2%. Однако поскольку тени спиц проектируются, как правило, теснее друг к другу и, кроме того, маленькая яркая дуга располагается часто в некотором отдалении от обода, повышение составит соответственно 3 и 6%. Указанные величины являются наименьшими различиями в яркости, которые еще воспринимаются, если сравниваемые поля непосредственно прилегают друг к другу. Хотя неровности дороги, играющей здесь роль экрана, являются серьезной помехой, результат хорошо согласуется с нашими предыдущими оценками.
Если смотреть не на тень своего колеса, а прямо на колесо движущегося рядом велосипеда, то те же самые дуги и кольца видны гораздо яснее, так как теперь они не размыты и выделяются совершенно отчетливо. На светлом фоне спицы представляются темными, так что дуги оказываются ярче. Но если колесо освещено Солнцем, а фон — темный, то дуги бывают темнее.
Без сомнения, это еще не последний из любопытных эффектов, которые создаются быстрым вращением велосипедного колеса. Если вы смотрите на тень колеса, и глазу удается совершить быстрый круговой поворот, так что взгляд бессознательно следует за тенью, может случиться, что вы внезапно на момент увидите четкие линии спиц. Если вы носите очки, то достаточно незначительного внезапного смещения стекол, чтобы стали видны отдельные спицы, движущиеся странными толчками. Однако самую замечательную тень можно увидеть при езде на велосипеде по мостовой, мощенной брусчаткой. Несмотря на неровный фон, вы ясно видите радиальные, но искривленные линии, почти всегда в одной и той же части тени. Мы узнаем фигуру «явления частокола». Вы увидите ее лучше всего, смотря на тень колеса велосипедиста, едущего возле вас. Ясно, что линии пазов на брусчатке играют роль щелей забора, и очень вероятно, что в этих условиях наблюдатель смотрит пристально на само колесо.
Кроме описанных кривых, иногда можно наблюдать еще одну своеобразную световую кривую; ее можно видеть, однако, только в том случае, когда Солнце освещает велосипед со сверкающими новенькими спицами.