Текст книги "Фотография"
Автор книги: Давид Бунимович
сообщить о нарушении
Текущая страница: 2 (всего у книги 4 страниц)
3. Свойства света
Когда в комнате зажигают лампу, свет её освещает всю комнату. Значит, свет распространяется от лампы во все стороны. Хорошо известно также, что лучи света распространяются прямолинейно. Когда лучи солнца пробиваются мощными потоками сквозь просветы в облаках или узкой полосой проникают сквозь щель в ставне, можно наблюдать, как строго прямолинейно они идут.
Но всегда ли лучи света распространяются прямолинейно? Нет, не всегда. Свет распространяется прямолинейно только в однородной прозрачной среде, например, в воздухе, и только тогда, когда на его пути нет никаких препятствий.
Если же на пути света встречаются непрозрачные предметы, лучи изменяют свой путь, они отражаются от поверхности предмета и идут прямолинейно по новому направлению. При каждой встрече лучей с поверхностью того или иного тела свет частично поглощается веществом тела. Поэтому отражённые лучи света всегда слабее падающих. В зависимости от степени поглощения и отражения света окружающими нас предметами последние кажутся нам более или менее яркими. Лучше всего отражают свет полированные, зеркальные поверхности. Хорошо отражают свет белые поверхности. Хуже всего отражают свет чёрные матовые поверхности. Так, например, только что выпавший снег отражает 80 процентов падающего на него света, а чёрный бархат всего лишь 0,4 процента.
Когда параллельные лучи света падают на хорошо отполированную плоскую поверхность (например, зеркало), то все они отражаются в одну и ту же сторону и продолжают итти в одном и том же новом направлении (рис. 13).
Рис. 13. Правильное, зеркальное отражение света.
Такое отражение называется правильным, или зеркальным отражением. Но зеркальногладкие поверхности в природе встречаются очень редко. У подавляющего большинства окружающих нас предметов поверхность шероховатая. Даже хорошо отполированная блестящая металлическая пластинка оказывается совсем не гладкой, если посмотреть на неё в микроскоп.
Падая на шероховатую поверхность, лучи света отражаются от неё во всех направлениях.
Взгляните на рисунок 14.
Рис. 14. Рассеянное отражение света.
Слева показан участок хорошо отполированной поверхности в сильно увеличенном виде. В действительности этот участок поверхности не больше самой маленькой точки, которую способен видеть наш глаз. На эту поверхность падает тончайший пучок параллельных лучей света, который показан тоже в сильно увеличенном виде.
Встретившись с разными точками поверхности под разными углами, лучи света отражаются от этих точек также под разными углами, и, отразившись, расходятся в разные стороны, или, как говорят, рассеиваются.
Именно такое отражение и происходит почти всегда в природе. Называется оно неправильным или рассеянным отражением.
Попытаемся теперь уменьшить наш рисунок до его истинных размеров, то-есть изобразить его в натуральную величину. Сделать это, конечно, не легко, так как в этом случае придётся изобразить всё так мелко, что мы едва сможем разобрать рисунок; поэтому изобразим его так мелко, как возможно (рис. 14 справа). Теперь пучок лучей света превратился на нашем рисунке в тонкую линию, и падает он в одну точку поверхности, но отражённые этой точкой лучи расходятся в разные стороны. Именно так и происходит обычно отражение света в природе: лучи света, падая на поверхность любой точки предмета, отражаются от этой точки во все стороны.
Это явление играет весьма важную роль в нашей повседневной жизни. Оно позволяет видеть предметы не с одной какой-либо стороны, а с любой, так как где бы мы ни находились, всегда какая-то часть отражённых предметом лучей (если только они не заслоняются другими предметами) достигнет нашего глаза, а это условие является необходимым для зрительного восприятия предметов. Благодаря этому же явлению рассеянного отражения мы можем фотографировать предмет с любой стороны.
А что происходит с лучами света, когда они встречают на своём пути какое-либо прозрачное, то-есть пропускающее свет, тело, например стекло или воду? И в этом случае часть лучей света отражается от поверхности тела. Но большая часть лучей проникает внутрь тела. Однако прямолинейный ход лучей света при этом нарушается. Лучи света как бы изламываются в точке соприкосновения с поверхностью тела и меняют направление. Такое явление называется преломлением света.
Взгляните на ложечку, опущенную в стакан с водой: ложечка покажется вам изломанной у поверхности воды (рис. 15).
Рис. 15. Ложечка, опущенная в стакан с водой, кажется изломанной.
Это следствие преломления света. Лучи, отражённые той частью ложечки, которая находится над водой, достигают нашего глаза, пройдя только через слой воздуха. А лучи, идущие от поверхности ложечки, погружённой в воду, прежде чем попасть в наш глаз, пройдут сначала через слой воды, затем через стекло и, наконец, через слой воздуха. При этом они три раза изменяют своё направление, отчего ложечка и кажется изломанной. На рисунке 16 показано, какой примерно путь совершит луч света, пройдя через три разные прозрачные среды: воздух, воду и стекло.
Рис. 16. Так преломляется луч света при прохождении через воздух, воду и стекло.
Установлено, что различные прозрачные среды преломляют лучи света неодинаково.
Стекло, например, преломляет свет сильнее, чем вода, алмаз – сильнее, чем стекло.
В свою очередь различные по своему составу стёкла также по-разному преломляют лучи света.
Кроме того, лучи света преломляются тем сильнее, чем больше угол, под которым они падают на преломляющую поверхность. Не преломляются и не меняют своего прямолинейного направления только те лучи, которые падают на преломляющую поверхность под прямым углом.
Таковы основные свойства света. Зная эти свойства, нам нетрудно понять, как в фотоаппарате возникает световое изображение предметов.
4. Как образуется в фотоаппарате световое изображение
Увеличительное стекло называют также собирательной линзой[3]3
Подробнее об увеличительном стекле см. брошюру В. С. Сухоруких «Микроскоп и телескоп», «Научно-популярная библиотека» Гостехиздата.
[Закрыть]. По форме она очень похожа на зерно чечевицы, а слово «линза» и значит «чечевица».
Обе стороны такой линзы имеют сферические, то-есть шаровые поверхности.
Если на такую линзу направить пучок лучей из какой-либо точки, то отдельные лучи, падая на поверхность линзы, встретятся с этой поверхностью под разными углами (рис. 17).
Рис. 17. Так преломляются лучи света собирательной линзой.
Луч, проходящий через центр линзы, падает под прямым углом и поэтому проходит через линзу не преломляясь. Все остальные лучи падают на поверхность линзы под другими углами и, проходя через стекло, преломляются. Чем дальше от центра линзы падает луч, тем сильнее он преломляется. Вследствие этого, пройдя сквозь линзу, лучи света собираются в одну точку (отсюда линза и получила название собирательной), а затем расходятся, рассеиваются. В том месте, где пересекаются лучи, образуется изображение точки, из которой на линзу падают лучи.
Всё это можно проверить на опыте. Приложите вплотную к собирательной линзе лист белой бумаги, а затем, обратив линзу в сторону солнечных лучей, начните медленно отдалять бумагу от линзы. Сначала на листе бумаги вы увидите освещённый круг, по величине примерно равный линзе. Но чем дальше будет бумага от линзы, тем меньше и ярче будет становиться световой кружок (рис. 18).
Рис. 18. Пройдя сквозь линзу, лучи солнечного света образуют позади линзы сходящийся пучок лучей.
Из этого нетрудно заключить, что солнечные лучи, пройдя сквозь линзу, образуют по другую сторону линзы сходящийся в виде конуса пучок лучей. В том месте, где образуется наименьший по размеру кружок, лучи пересекаются, а затем начинают снова расходиться.
Это также можно проверить, продолжая отодвигать бумагу от линзы.
Яркий маленький кружок, образующийся за линзой, есть не что иное, как изображение Солнца.
Точно так же собирательная линза даёт изображение любого предмета на бумаге или каком-либо другом экране. Из каждой точки светящегося или освещённого предмета к линзе идут лучи света. В линзе они преломляются и образуют на экране изображения соответствующих точек предмета. В результате каждая точка предмета будет изображена на экране также точкой, более или менее яркой. Такие «точечные» изображения и составят на экране изображение всего предмета.
Чтобы показать это на рисунке, нет необходимости изображать все лучи, исходящие из каждой точки предмета, да мы и не могли бы это сделать: ведь таких лучей бесчисленное множество. Вполне достаточно найти изображение только крайних точек предмета, например самой верхней и самой нижней. Изображения же всех остальных точек расположатся на экране между изображениями крайних.
На рисунке 19 схематически показано, как образуется изображение предмета.
Рис. 19. Как образуется изображение предмета.
Показаны две крайние точки предмета – верхняя и нижняя, лучи, идущие из этих точек, и изображения этих точек на экране. Изображения всех остальных точек располагаются между двумя крайними и в совокупности дают изображение всего предмета. При этом изображения предметов на экране получаются перевёрнутыми. Именно так и образуется изображение на задней стенке фотоаппарата (рис. 20).
Рис. 20. Так образуется изображение в фотоаппарате.
Если вы внимательно осмотрите объектив современного фотоаппарата, то увидите, что он состоит из нескольких линз. Собранные в одной общей оправе, они в сумме действуют подобно одной собирательной линзе. Для какой же цели объективы составляют из нескольких линз?
Хороший фотографический снимок должен быть прежде всего резким и в точности подобным сфотографированному предмету: прямые линии предмета должны быть прямыми и на снимке, круг должен быть кругом и т. д.
Но если ещё раз проделать описанный на стр. 5 опыт с лупой, то-есть получить с её помощью изображение окна на бумаге и внимательно рассмотреть его, то можно заметить, что изображение окна более или менее резко только в своей центральной части. По мере удаления от центра резкость изображения быстро падает, а на краях изображение становится уже совсем размазанным. Можно заметить также, что изображение окна не совсем правильно: прямые линии оконной рамы получаются не точно прямыми, а слегка изогнутыми. Таким нерезким и неточным получится и фотоснимок, если сделать его с помощью одной собирательной линзы.
Опыты показали, что эти недостатки изображения можно устранить, только соединяя вместе несколько линз, различных по форме и изготовленных из различных сортов стёкол.
Комбинации из нескольких линз применяются не только в фотографических объективах, но и в других точных оптических приборах: микроскопах, биноклях, телескопах– во всех случаях, когда требуется получить резкое и правильное изображение наблюдаемых предметов. Вот почему и в фотоаппаратах применяются объективы, состоящие из нескольких линз (от 4 до 8).
Объективы, дающие резкое и неискажённое изображение, называются анастигматами.
5. Как производится фотографическая съёмка
Чтобы произвести фотосъёмку, фотоаппарат с помощью видоискателя направляют объективом на фотографируемый предмет. Чем ближе к предмету расположен фотоаппарат, тем крупнее получается на снимке изображение предмета. Чем дальше от предмета фотоаппарат, тем мельче получается его изображение, но зато большее пространство попадает в поле зрения объектива. Зная это, легко правильно установить фотоаппарат.
После установки аппарата производят наводку объектива на резкость, закрепляют объектив и закрывают затвор. Затем из фотоаппарата вынимают рамку с матовым стеклом и на её место вдвигают плоский светонепроницаемый футляр – кассету, в которой находится фотопластинка. После того как кассета вдвинута в фотоаппарат, стенка кассеты, обращённая к объективу (заслонка), вытягивается из аппарата наружу.
Так подготавливаются к съёмке пластиночные фотоаппараты. У плёночных же аппаратов плёнка находится внутри фотоаппарата. Поэтому после наводки на резкость такие аппараты уже готовы к съёмке.
Остаётся определить выдержку и привести в действие затвор фотоаппарата.
Для получения хорошего снимка очень важна продолжительность выдержки. При слишком продолжительной выдержке (передержке) снимки получаются однотонносерыми, вялыми, а при недостаточной выдержке (недодержке) – слишком контрастными, без плавных переходов от светлых мест к тёмным.
Продолжительность выдержки зависит от целого ряда условий и прежде всего от освещённости фотографируемых предметов. Выдержка зависит также от яркости самих предметов: ведь чем ярче предмет, тем больше света он отражает и тем короче должна быть выдержка.
Выдержка зависит и от степени светочувствительности пластинок или плёнок. Различные пластинки отличаются разной степенью чувствительности к свету. Чем больше чувствительность, тем короче должна быть выдержка.
Наконец, выдержка зависит и от количества света, проходящего через объектив, то-есть от светосилы объектива или диаметра отверстия применяемой диафрагмы.
Заранее предсказать выдержку для всех случаев съёмки невозможно, но на практике можно научиться определять выдержку довольно быстро и точно.
Самые короткие выдержки применяются при съёмке в хорошую погоду на открытом воздухе, когда фотографируемые предметы освещены солнцем. В таких случаях выдержка обычно не превышает сотых долей секунды. В тени или в пасмурную погоду время выдержки возрастает до десятых долей секунды, а в комнате достигает уже целых секунд.
Для получения хороших (резких) снимков очень важно, чтобы фотоаппарат во время съёмки был неподвижен. Для этой цели фотоаппарат иногда (если выдержка продолжительна) укрепляют на треножнике – штативе.
Часто приходится фотографировать предметы в движении. В таких случаях применяют моментальную съёмку с такой выдержкой, в течение которой изображение фотографируемого предмета на пластинке не успевает заметно сместиться. В зависимости от скорости движения предмета это время достигает сотых, а иногда и тысячных долей секунды.
На рисунке 21 изображён кавалерист в момент прыжка лошади через препятствие. В таком положении он находился лишь одно мгновение, но объектив фотоаппарата был открыт всего на 1/500 долю секунды, и снимок получился резким!
Рис. 21. Этот снимок сделан с выдержкой в 1/500 долю секунды.
6. Невидимое изображение становится видимым
Фотосъёмка представляет собой только первую часть фотографирования. В результате съёмки в светочувствительном слое фотопластинки образуется невидимое, скрытое фотографическое изображение. Его надо проявить, то-есть сделать видимым. Посмотрим, как производится эта работа, совершив небольшую экскурсию в лабораторию фотографа.
Если во время фотосъёмки фотограф стремится как можно лучше осветить снимаемый предмет, то, придя в фотолабораторию, он прячется от света.
Рабочий стол фотографа в лаборатории освещён лишь слабым тёмнокрасным светом, падающим от небольшого красного фонаря. Такой свет для некоторых фотопластинок не опасен. На столе находятся три плоские ванночки, или, как их называют, кюветы, с растворами.
Фотограф открывает кассету и вынимает из неё фотопластинку. Никаких следов изображения на пластинке нет. Осторожно держа пластинку за рёбра, фотограф опускает её светочувствительным слоем вверх в одну из кювет, в которую налит проявитель. Слегка покачивая ванночку, фотограф внимательно следит за пластинкой. Проходит не более одной, полутора минут, и на пластинке начинает появляться изображение. Оно становится всё отчётливее, и спустя три, пять минут на пластинке явственно выступают очертания сфотографированных предметов. Невидимое, скрытое в светочувствительном слое изображение проявилось.
Однако процесс ещё не окончен и не торопитесь включать белый свет. Он погубит пластинку, потому что неосвещённые при фотосъёмке места пластинки ещё не потеряли своей чувствительности к свету.
Фотограф осторожно переносит пластинку в следующую ванночку. В ней чистая вода. Ополоснув пластинку от проявителя, фотограф перекладывает её в третью ванночку с закрепителем (фиксажем).
Спустя несколько минут, можно включить белый свет. Пластинка уже не боится его. Фиксажный раствор закрепил изображение.
Теперь можно хорошо разглядеть полученное изображение. Лучше всего сделать это, держа пластинку над освещённым листом белой бумаги. Однако полученное изображение – только первая половина работы. Это изображение, как и при мокром коллодионном способе, негативное (см. рис. 2). Но уже по негативу опытный фотограф может сразу определить, удалась ли фотосъёмка и хорош ли будет снимок.
Чтобы удалить с негатива остатки фиксажа, негатив промывают в проточной воде минут 15–20, а затем, поставив на специальный станочек, высушивают.
Негатив готов. Теперь остаётся получить с негативного изображения фотографический отпечаток. Но, прежде чем говорить об этом, познакомимся более подробно с тем, что происходит при фотосъёмке и проявлении фотопластинок.
7. Секрет скрытого изображения
Что представляют собой современные фотопластинка и фотоплёнка? Это – стеклянная пластинка или тонкая прозрачная целлулоидная плёнка, покрытые с одной стороны тонким слоем светочувствительного вещества, называемого светочувствительной эмульсией; она окрашена обычно в бледный желтовато-розовый цвет. Если выставить фотопластинку или плёнку на яркий солнечный свет, то спустя некоторое время она постепенно потемнеет, станет серой. В тени пластинка темнеет значительно медленнее. Если же в темноте осветить пластинку светом спички, то никакого заметного на глаз потемнения вы не заметите.
Однако если такую освещённую спичкой пластинку опустить в проявитель, то пластинка быстро и очень сильно потемнеет.
Применяемая в настоящее время светочувствительная эмульсия состоит в основном из двух веществ: желатины и бромистого серебра. Бромистое серебро, обладающее высокой чувствительностью к свету, приготовляется из азотнокислого серебра и бромистого калия. Азотнокислое серебро растворяют в воде, а бромистый калий – в растворе желатины. Полученные две прозрачные жидкости сливают вместе – в смеси выпадает белесый хлопьевидный осадок. Этот осадок и есть бромистое серебро. Оно состоит из мельчайших кристаллов различной формы. Кроме бромистого серебра, в эмульсию вводят также небольшое количество йодистого серебра. Перед поливом эмульсию подогревают, доводя её до жидкого состояния, и в таком виде с помощью специальных поливных машин ровным и тонким слоем наносят на стеклянные пластинки, целлулоидную плёнку или бумагу. Затем эмульсионный слой охлаждается, превращается в студень и высушивается.
Толщина сухого эмульсионного слоя фотопластинок и плёнок очень мала – в среднем она не превышает 0,015 миллиметра. В этом тончайшем слое кристаллы бромистого серебра располагаются в 30–40 рядов. В каждом квадратном сантиметре слоя эмульсии содержится до 500 миллионов кристаллов. Отсюда можно судить, как мала величина кристаллов. Их можно разглядеть только в сильный микроскоп.
Что же происходив со светочувствительной эмульсией при фотосъёмке и проявлении?
Рассматривая фотографические снимки, мы почти никогда не задаём себе вопроса: из чего состоит фотографическое изображение? Оно не нарисовано ни карандашом, ни красками, его нельзя стереть резинкой или смыть водой, бензином или спиртом. Оно очень прочно и может сохраняться десятки лет.
Оказывается, что фотографический «рисунок» состоит из металлического серебра. Вы можете спросить, почему же в таком случае фотоснимок не имеет знакомого нам серебряного цвета и блеска? Да потому, что серебро, образующее фотографическое изображение, находится в слое эмульсии в виде мельчайших частиц. А в таком мелко раздроблённом состоянии серебро теряет свой характерный цвет и блеск и становится угольно-чёрным.
Откуда же берутся эти мельчайшие зёрна металлического серебра?
Образование этих зёрен в эмульсионном слое связано с воздействием на него света. Исследования под микроскопом показывают, что после слабого воздействия света на кристаллы бромистого серебра никаких видимых изменений этих кристаллов не происходит. Форма и вид кристаллов остаются прежними.
Однако опыт доказывает, что в кристаллах, на которые упал свет, происходят какие-то изменения. Доказательством этому служит способность таких кристаллов «проявляться», то-есть быстро темнеть под действием проявителя, в то время как кристаллы, не подвергавшиеся действию света, этим свойством не обладают.
Что же происходит в кристаллах бромистого серебра, когда на них падает свет?
В течение почти 100 лет этот вопрос оставался загадкой. Секрет скрытого фотографического изображения был разгадан лишь в самое последнее время.
Как известно, свет – лучистая энергия – представляет собой электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве со скоростью 300 000 километров в секунду. Но поток лучистой энергии не является непрерывным, а состоит из отдельных сгустков энергии – квантов. Величина энергии кванта зависит от длины волн лучей[4]4
Подробнее о природе света см. брошюры «Научно-популярной библиотеки» Гостехиздата: проф. Г. С. Горелик и М. Л. Левин «Радиолокация» и В. А. Мезенцев «Электрический глаз».
[Закрыть]. Чем больше длина волны света, тем меньше энергия кванта. Так, например, кванты красного света, имеющего большую длину волны, несут меньше энергии, чем кванты синих или фиолетовых лучей с более короткой длиной волны. Энергия любого кванта света вообще ничтожно мала, но она оказывается вполне достаточной для того, чтобы вызвать химические изменения в кристаллах бромистого серебра.
Именно этими изменениями и объясняется образование скрытого фотографического изображения.
В чём заключаются эти изменения и как они происходят?
Известно, что все вещества в природе состоят из мельчайших частиц – атомов; каждый атом в свою очередь состоит из ядра и Двигающихся вокруг него мельчайших электрических частиц – электронов.
Ядро атома имеет положительный электрический заряд, а электроны – отрицательный. При этом положительный заряд ядра и сумма отрицательных зарядов электронов одинаковы по своей величине, поэтому в целом атом электрически нейтрален, то-есть не обнаруживает электрических свойств.
Но если каким-либо путём оторвать от атома хотя бы один электрон, то положительного электричества в атоме окажется больше, и атом становится положительно заряженным. Наоборот, если прибавить к какому-либо атому один лишний электрон, то-есть создать в атоме перевес отрицательного электричества, атом в целом окажется заряжённым отрицательным электричеством. Такие электрически заряженные атомы называются ионами.
Превращение атомов в ионы происходит очень часто во время химического взаимодействия некоторых веществ, или, как говорят химики, во время химических реакций. Так обстоит дело и при химическом взаимодействии азотнокислого серебра и бромистого калия во время приготовления светочувствительной фотографической эмульсии.
При химическом взаимодействии азотнокислого серебра и бромистого калия из атомов брома и серебра образуются молекулы бромистого серебра. При этом каждый атом брома отнимает у атома серебра один электрон и присоединяет его к себе, благодаря чему атомы серебра превращаются в положительно заряженные ионы серебра, а атомы брома – в отрицательно заряженные ионы брома.
Известно, что тела, заряженные разноимённым электричеством, притягиваются, а заряженные одноимённым электричеством, отталкиваются друг от друга. По этой причине положительно заряженные ионы серебра и отрицательно заряженные – ионы брома, после соединения их в молекулы бромистого серебра, располагаются в таком порядке, при котором притягивающие и отталкивающие силы ионов взаимно уравновешиваются. Образуется достаточно прочная так называемая кристаллическая решётка бромистого серебра, в которой каждый ион серебра окружён шестью ионами брома, а каждый ион брома – шестью ионами серебра (рис. 22).
Рис. 22. Схематическое изображение кристаллической решётки бромистого серебра.
Действие квантов света на кристаллы бромистого серебра заключается в том, что они отрывают от ионов брома один электрон, захваченный ими у атомов серебра. Этот электрон тотчас же притягивается каким-либо ионом серебра, и последний становится электрически нейтральным атомом серебра. Чем сильнее действие света, тем больше электронов возвращается от ионов брома к ионам серебра. Силы притяжения между атомами исчезают, прочность кристаллической решётки бромистого серебра ослабляется, и она легко может быть разрушена. С разрушением этой решётки бром уходит в виде газа, а атомы серебра образуют мельчайшие зёрна чистого металлического серебра.
Но такое разрушение кристаллической решётки бромистого серебра происходит только тогда, когда свет долгое время действует на светочувствительную эмульсию. Поэтому в фотографии применяется проявитель, который довершает разрушение кристаллической решётки бромистого серебра, начатое светом.
