Стробоскоп

Слово "стробоскоп" в переводе с греческого означает "смотрю кручение, вращение". Первые стробоскопы - это были фотографии или рисунки, отличающиеся какими-то элементами движения (друг от друга последовательно рисунки отличались), которые в большом количестве рисовались на круге или барабане. Когда такой круг или барабан приводились во вращение, то при этом возникала иллюзия движения этих фигурок. Такие стробоскопы - это предшественники современного кинематографа.

Стробоскопический эффект используется также в науке, в технике для исследования быстро протекающих периодических процессов, таких как колебания, вращение и другие. Для исследования таких процессов используются источники света, которые посылают на объект прерывистый пучок света. Это может быть механический диск с прорезью, так называемый обтюратор. Если привести во вращение этот обтюратор, за ним, за обтюратором, стоит лампа (сейчас я привожу во вращение обтюратор), то вы видите, что вспышки лампы при этом последовательно проходят через прорезь. Когда я уменьшаю частоту вращения диска, то при этом уменьшается и частота вспышек, освещающих какой-либо объект.

Мы можем использовать в качестве такого устройства, которое создает прерывистый пучок света, и импульсную лампу. Вы видите такую импульсную ртутную лампу. Сейчас мы включим эту лампу и осветим этой лампой экран, часть экрана. Вы видите, что экран освещается лишь в определенные моменты времени. Мы можем менять частоту вспышек этой лампы, промежуток времени между двумя последовательными вспышками. Вот я уменьшаю этот промежуток времени, увеличиваю частоту работы лампы, частоту импульсов, следующих друг за другом. А вот я увеличиваю период этих импульсов, промежуток между этими импульсами, уменьшая частоту работы лампы.

С помощью стробоскопа, с помощью такой импульсной лампы мы сейчас определим частоту вращения лопасти вентилятора. Вы видите, на одну из лопастей наклеен черный кружок. Приведем во вращение вентилятор. Вы видите, сейчас изображение лопастей слилось в один сплошной круг. Осветим с помощью стробоскопа лампу, и вы видите теперь медленное движение лопастей. Мы можем остановить это движение, меняя напряжение на моторе вентилятора. Когда неподвижно изображение, это означает, что частота вспышек лампы равна частоте вращения вентилятора. Сейчас частота вспышек лампы составляет примерно 20 Гц, и частота вращения вентилятора - тоже 20 Гц, 20 оборотов в секунду или 1200 оборотов в минуту.

Если увеличить напряжение на моторе, то есть увеличить частоту вращения вентилятора, то возникает иллюзия движения по часовой стрелке черного пятна. Дело в том что сейчас за промежуток времени между двумя последовательными вспышками лампы вентилятор успевает сделать больше одного оборота, и поэтому нам кажется, что черное пятно вращается по часовой стрелке.

Если уменьшить напряжение на моторе, уменьшить частоту вращения вентилятора, то возникает иллюзия вращения черного пятна против часовой стрелки. Сейчас за промежуток времени между двумя последовательными вспышками лампы вентилятор делает меньше одного оборота, и поэтому возникает вот такая иллюзия движения черного пятна против часовой стрелки.

Попробуем остановить вращение вентилятора ("остановить" в кавычках, конечно) и увеличить частоту вспышек лампы в три раза. Вы видите сейчас как бы остановившийся вентилятор, но на каждой лопасти видно изображение черного пятна. В чем причина? Частота вращения вентилятора - по-прежнему 20 Гц, он делает 20 оборотов в секунду. Частота вспышек лампы сейчас - 60 Гц, то есть лампа вспыхивает трижды за один оборот вентилятора. Поэтому стоит лопасти повернуться на 120° - следует вспышка, и мы видим лопасть. Это приводит к размножению черного пятна, в кавычках к "размножению" черного пятна, мы видим теперь три черных пятна вместо одного.

Если бы у нас был сплошной круг с черным пятном, то мы могли бы размножить это черное пятно, сделать из него два, три четыре черных пятна, соответственно, увеличить частоту вспышек лампы в два, в три, в четыре раза.