颠倒的大头针,我们眼睛看到的影象其实是倒立的

时间:2023-11-17 04:39:01

颠倒的大头针,我们眼睛看到的影象其实是倒立的

图 眼睛的纵切面图

我们讨论了如何制作“黑房间”。其实,我们每个人身上都有一对小型的“黑房间”,就是眼睛。从构造上来说,眼睛跟上文中提到的箱子是一样的。我们知道,眼睛上有一个瞳孔。其实,它并非只是一个黑色的圆片,它的作用跟上文中提到的小孔差不多,只不过在这个小洞的外边,有一层薄膜,在薄膜的下面,有一种胶状的透明物质。在瞳孔的后面,是透明的“晶状体”,它的形状跟双凸透镜差不多。从晶状体到眼球后壁之间的整个区域,都是用来成像的,这里面都是透明物质。如图所示,这是眼睛的纵切面图。眼睛的这种构造不仅不会影响成像,而且会使成像的结果更清晰明亮。另外,眼睛中所成的像非常小。比如,距离20米的高度为8米的电线杆,在眼睛里所成的像的高度大概是0.5厘米。

有意思的是,虽然眼睛成像的结果与“黑房间”一样,也是颠倒的,但是,我们所看到的物体却是正立的。这是因为我们长时间养成了这样的习惯:在使用眼睛的时候,习惯于把看到的物体转化成自然状态。

我们可以通过实验来验证这一点。如果我们想方设法在眼睛底部呈现一个没有颠倒的、自然状态的物体图像,那么,这时我们会看到什么呢?刚才提到,我们已经习惯于把看到的景象进行翻转,于是,实验中的景象自然也会被翻转,结果,我们看到的景象反而不是正立的,而是颠倒的了。事实确实如此。下面,我们就来做一个这样的实验:

第1步:找一张明信片,在它上面用大头针扎一个小孔。

第2步:把明信片对着窗户或者台灯,右眼与明信片的距离大概是10厘米。

第3步:把大头针举在明信片的前面,也就是明信片和眼睛中间的某处,使大头针的针帽对着小孔。

颠倒的大头针,我们眼睛看到的影象其实是倒立的

图 从小孔后面看到的颠倒图像

这时,我们看到,大头针在小孔的后面,而且大头针上下颠倒了。如图所示。如果我们把大头针往右移,我们眼睛看到的却是它在往左移。

这是由于,此时,大头针在眼睛中所成的像不是翻转的,而是正立的。明信片上的小孔在实验中的作用就是光源,它把大头针的影子投到了瞳孔上。但是,由于这个影子距离瞳孔太近了,所以图像根本没有翻转。在眼睛的后壁上形成了一个圆形的光斑,这就是明信片上小孔的像。在这上面有一个大头针的轮廓,而且大头针是正立的。但是,由于我们只能看到小孔范围内的大头针,我们以为明信片后面的大头针是上下颠倒的,原因就在于我们养成了根深蒂固的习惯,习惯于把看到的所有景象进行翻转。