Вернер Гильде - Зеркальный мир

• Название: Зеркальный мир
• Автор: Вернер Гильде
• Издательство: МИР
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 1982

Крупный ученый из ГДР в живой и увлекательной форме знакомит читателей с одним из фундаментальных понятий современного естествознания - симметрией. Рассматриваются ее основные виды, проявления в природе и использование в науке, технике и повседневной жизни. Для широкого круга читателей.

---

Между шаром и кубом, с одной стороны, и винтовой лестницей, с другой, существует еще масса степеней симметрии. От куба можно постепенно отнимать плоскости симметрии, оси и центр, пока мы не придем к состоянию полной асимметрии.

Почти у конца этого ряда симметрии стоим, мы, люди, с всего единственной плоскостью симметрии, разделяющей наше тело на левую и правую половины. Степень симметрии у нас такая же, как, например, у обычного полевого шпата (минерала, образующего вместе со слюдой и кварцем гнейс или гранит).

ПЯТЬ ПЛАТОНОВЫХ ТЕЛ

Для правильных многогранников справедливы следующие утверждения:

1. В любом многограннике (в том числе и правильном) сумма всех углов между ребрами, сходящимися в одной вершине, всегда меньше 360°.

2. По теореме Эйлера для выпуклых многогранников

e+ƒ-k=2,

где е - число вершин, ƒ - число граней и k - число ребер.

Гранями правильных многогранников могут быть лишь следующие правильные многоугольники:

3, 4 или 5 равносторонних треугольников с углом 60°. Шесть таких треугольников дают уже 60° Х 6 = 360° и, следовательно, не могут ограничивать многогранный угол.

Три квадрата (90° X 3 = 270°), 3 правильных пятиугольника (108° X 3 = 324°), 3 правильных шестиугольника (120° X 3 = 360°) ограничивают многогранный угол.

Из теоремы Эйлера и формы граней следует, что существует только 5 правильных многогранников:

< border="1"> Таблица пяти правильных многогранников Формы граней Число Платоновы тела граней в одной вершине вершин граней ребер Равносторонние треугольники 3 4 4 6 Тетраэдр То же 4 6 8 12 Октаэдр То же 5 12 20 30 Икосаэдр Квадраты 3 8 6 12 Гексаэдр (куб) Правильные пятикгольники 3 20 12 20 Пентагон-додекаэдр

(Любая грань Пентагон-додекаэдра представляет собой пятиугольную фигуру, у которой четыре стороны равны между собой, но отличны от пятой. - Прим. перев)

КАК ОТРАЖАЕТ ЗЕРКАЛО?

Конечно, все мы знаем, как отражает зеркало, но, если только потребуется описать это точно, несомненно возникнут трудности. Как правило, мы довольны собой, если что-то представляем себе хотя бы «в принципе». А подробности, которые преподаватели физики объясняли нам на доске с помощью мела и линейки, всякий нормальный школьник и студент стараются забыть, и, чем скорее, тем лучше.

Каждый ребенок, исполненный удивления перед окружающим миром, непременно заинтересуется, каким образом зеркало отражает его. Но взрослые обычно отвечают в подобных случаях: «Не задавай глупых вопросов!» Человек сникает, начинает стесняться, удивление его постепенно затухает, и он старается больше не проявлять его до конца жизни (а жаль!).

Но в этой книге мы будем как можно больше удивляться, памятуя о словах Бертольда Брехта: «Глупых вопросов не бывает, бывают только глупые ответы».

Какой путь от горящего дома до стоянки пожарной команды кратчайший? 'Угол падения', под которым пожарная машина достигнет реки, должен быть равен 'углу отражения', под которым она помчится к месту пожара

Конечно, людей можно разделить на дураков и умных, на больших и маленьких, они разнятся по языку, вероисповеданию, мировоззрению. Можно представить себе и такой способ подразделения:

1)люди, которые никогда не удивляются;

2) люди, которые удивляются, но не задумываются над удивившим их явлением;

3) люди, которые, удивившись, спрашивают «а почему?»;

4) люди, которые, удивившись, обращаются к числу и мере.

В зависимости от условий жизни, традиций, степени образованности встречаются и все возможные «промежуточные» ступени. Мыслители античности и средневековья изумлялись миру и думали о его тайнах. Но им лишь изредка выпадал случай измерить какое-либо явление.

Только в эпоху Возрождения, то есть в XVI в., люди пришли к убеждению, что измерение лучше слепой веры или схоластических рассуждений. Этому способствовали экономические интересы, удовлетворить которые можно было только путем развития естественных наук, путем количественных измерений. (Мы видим, что, по существу, меновая стоимость «измерялась» с помощью денег.) Для XVI в. оптика была ультрасовременной наукой. Из стеклянного шара, наполненного водой, которым пользовались как фокусирующей линзой, возникло увеличительное стекло, а из него микроскоп и подзорная труба. Крупнейшей в те времена морской державе Нидерландам требовались для флота хорошие подзорные трубы, чтобы загодя рассмотреть опасный берег или вовремя уйти от врага. Оптика обеспечивала успех и надежность навигации. Поэтому именно в Нидерландах многие ученые занимались ею. Голландец Виллеброрд, Снелль ван Ройен, именовавший себя Снеллиусом (1580-1626), наблюдал (что, впрочем, видели и многие до него), как тонкий луч света отражается в зеркале. Он просто измерил угол падения и угол отражения луча (чего до него не делал никто) и установил закон: угол падения равен углу отражения.

Для построения зеркального отражения необходимо соблюдать закон: угол падения равен углу отражения

Теперь, задним числом, этот закон кажется нам чем-то само собой разумеющимся. Но в те времена он имел огромное, можно сказать, мировоззренческое значение, которое будило философскую мысль вплоть до XIX в.

Поставим себе следующую математическую задачу: в каком-то домике возник пожар. Вызвана пожарная команда, а воду для тушения приходится брать из реки. В каком месте следует ее набирать, чтобы как можно быстрее подать к горящему дому?

Треугольное зеркало отбрасывает отраженный луч точно в направлении падающего луча

Ответ гласит: место надо выбрать с таким расчетом, чтобы угол подъезда к реке был равен углу отъезда от нее по прямой к горящему дому. В этом случае общая длина отрезков пути будет минимальной. (Такой принцип минимума-максимума прежде рассматривался как проявление «воли господней»).

Закон отражения Снеллиуса объясняет явление зеркального отражения, к этому только следует добавить, почему оно свойственно лишь блестящим и гладким поверхностям. На самом деле шершавые поверхности тоже подчиняются закону отражения. Но вследствие шероховатости они словно состоят из маленьких зеркал, бессистемно направленных во все стороны. Кроме того, материал, который мы рассматриваем как зеркало, должен в очень малой мере поглощать свет и не быть прозрачным. Такими качествами отличаются, к примеру, полированные металлы, спокойная вода над темным дном, некоторые полированные камни и прежде всего помещенное на непрозрачную подложку стекло.

Мачты яхт оснащают уголковыми зеркальными отражателями. Маленькое трехгранное зеркало отражает импульс радара гораздо сильнее, чем корпус судна

Каждой точке предмета соответствует ее отражение в зеркале, и потому в нем наш правый глаз перемещается на левую сторону. Вследствие этого переноса точек предметы, расположенные дальше, в зеркале тоже кажутся уменьшенными в соответствии с законами перспективы. Технически мы можем реконструировать зеркальное изображение так, словно оно расположено за поверхностью стекла. Но это только кажущееся восприятие. Не случайно животные и маленькие дети часто заглядывают за зеркало; они верят, что изображение таится сзади, словно картина, видимая за окном. Факт перестановки левого и правого правильно осознается только взрослыми.

ЗЕРКАЛО С КОНВЕЙЕРА

В одном из греческих мифов повествуется о Нарциссе, который часами лежал на берегу озера, любуясь своим отражением в воде.

Будь Нарцисс человеком состоятельным, он, надо думать, приобрел бы себе зеркало из полированного металла. В те времена довести до зеркального блеска кусок стали или бронзы величиной с ладонь было не так-то просто. К тому же поверхность такого зеркала окислялась и ее приходилось ежедневно чистить. Латинское spectrum в немецком языке превратилось в Spiegel («Шпигель» - зеркало). Из чего можно заключить, что в Германию зеркала принесли римляне.

Только в XI в. появились известные нам зеркала из стекла. Одно из первых упоминаний о них принадлежит французскому менестрелю Вен сану де Бове. По его словам, в таких зеркалах на стекло снизу накладывался свинец. Очевидно, комментировать, в каком контексте менестрель упоминает зеркало, излишне. А в 1773 г. в Нюрнберге уже возник цех зеркальщиков. С этого времени изготовление зеркал становится важной отраслью европейских ремесел.

Венеция была первой страной (в те времена она имела статус самостоятельного государства), которая стала выдавать патенты на изобретения. В 1507 г. братья Данзало дель Галло получили патент на изготовление хрустальных зеркал. Сегодня на рынке антиквариата венецианские зеркала являются драгоценностью. В те времена под стеклянную пластинку подкладывалась тонкая оловянная фольга (олово легко прокатывается на валках). На фольгу выливалась ртуть, которая образовывала с оловом амальгаму. Так как пары ртути очень ядовиты, этот способ давным-давно запрещен и заменен серебрением.