Оптика древних

Основателем геометрической оптики следует признать знаменитого Эвклида (300 г. до н. э.), обобщившего эмпирические данные предшественников. Оптика Эвклида изложена в двух трактатах: "Оптика" и "Катоптрика". Следуя Платону, Эвклид разделяет теорию зрительных лучей; Эти лучи - прямые линии. Видимость предмета обусловлена тем, что из глаза, как из вершины, идёт конус лучей, образующие которого направлены касательно к границе предмета. Величина предмета, по Эвклиду, определяется углом зрения. В "Оптике" он решает вопрос о зависимости видимой величины предмета от расстояния и положения его.

Таким образом, в "Оптике" впервые формулируется основной закон геометрической оптики: закон прямолинейного распространения света. В "Катоптрике" изучается отражение света. И здесь Эвклиду принадлежит весьма важный результат: открытие закона отражения. Этот закон применим как к плоским, так и сферическим зеркалам. Фокусирующее действие вогнутых зеркал Эвклиду известно, но определить положение фокуса он не может и высказывает следующее предположение: фокус вогнутого зеркала лежит либо в центре сферы, либо между этим центром и зеркалом. Зато Эвклиду известно, что вогнутые зеркала могут дать как сходящийся, так и расходящийся пучок, а выпуклые - только расходящийся. Ко времени Эвклида собирающее действие вогнутых зеркал было хорошо известно, и легенда даже приписывает Архимеду сожжение римского флота с помощью вогнутого зеркала. Ещё раньше было известно замечательное действие линз, точнее - стеклянных шаров. Так, драматург Аристофан, современник Сократа, советует должнику растопить долговое обязательство, написанное на восковой дощечке, с помощью зажигательного стекла. Прямое же упоминание о преломлении света мы находим у Аристотеля, который ставит вопрос, почему палка в воде кажется надломленной. В "Катоптрике" Эвклида встречается описание опыта с кольцом. На дно кубка положено кольцо, глаз помещается так, что кольцо скрыто за краями кубка. Если, не меняя положения глаз, подливать в кубок воды, то кольцо становится видимым. Однако, возможно, что этот опыт, занимающий в "Катоптрике" изолированное положение, представляет позднейшее прибавление. "Впервые подробное описание преломления, в том числе и опыта с кольцом. мы вступления, в том числе и опыта с кольцом, мы встречаем у Клеомеда (50 г. н. э.). В сочинении последнего "Циклическая теория метеоров" мы находим сведения об изменении угла при переходе света из более плотной среды в менее плотную. Он знает, что луч, переходя из среды менее плотной в более плотную, приближается к перпендикуляру; при обратном же переходе удаляется от перпендикуляра. Опыт с кольцом наводит его на мысль, что Солнце, уже зашедшее за горизонт, видимо вследствие преломления лучей.

Рис. 37

У Птоломея (70-147) мы встречаемся с опытным исследованием преломления света. Прибор, служивший для этой цели, состоял из диска, вокруг центра которого могли вращаться две линейки СМ и DM (рис. 37). Диск с линейками погружался наполовину в воду, и линейка СМ устанавливалась так, что она казалась составляющей продолжение DM. Затем диск вынимался из воды, и по положениям линеек отсчитывались углы падения и преломления. Таким путём Птоломей получил следующие значения:

• угол падения
  
  
• угол преломления
  
  
• должно быть:
  
  

Хотя эти числа и достаточно точны, однако Птоломей не нашёл закона преломления. Наоборот, он счёл возможным утверждать, и это утверждение принималось до Кеплера, что углы падения и преломления пропорциональны друг другу.