Номер 3, страница 199 - гдз по физике 7 класс учебник Пурышева, Важеевская

3. Каким образом достигается необходимая освещённость матрицы (плёнки) фотоаппарата?

Решение:

Необходимая освещённость матрицы (или плёнки) фотоаппарата, а точнее, правильная экспозиция, достигается путём точного дозирования количества света, попадающего на светочувствительный элемент. Этот процесс управляется тремя основными параметрами: диафрагмой, выдержкой и светочувствительностью (ISO).

1. Диафрагма объектива

Диафрагма – это механизм в объективе, состоящий из нескольких лепестков, которые образуют круглое отверстие переменного диаметра. Это отверстие регулирует интенсивность светового потока, проходящего через объектив. Величина отверстия диафрагмы выражается в виде диафрагменного числа (f-числа), например, f/1.8, f/4, f/16.

Диафрагменное число $N$ определяется как отношение фокусного расстояния объектива $f$ к диаметру входного зрачка (отверстия диафрагмы) $D$: $N = f/D$.

Освещённость $E$ на матрице обратно пропорциональна квадрату диафрагменного числа:

$E \propto \frac{1}{N^2}$

Это означает, что:

• Меньшее f-число (например, f/1.8) соответствует большему отверстию диафрагмы. Через него проходит больше света, создавая большую освещённость.

• Большее f-число (например, f/16) соответствует меньшему отверстию. Через него проходит меньше света, и освещённость уменьшается.

Таким образом, изменяя диафрагму, фотограф контролирует яркость изображения, формируемого на матрице.

2. Затвор и выдержка

Затвор – это механическое или электронное устройство, которое определяет время, в течение которого свет попадает на матрицу. Это время называется выдержкой. Выдержка измеряется в долях секунды (например, 1/1000 с, 1/60 с) или в секундах (например, 1 с, 30 с).

• Короткая выдержка (например, 1/4000 с) означает, что затвор открыт очень короткое время. На матрицу попадает мало света. Это используется для "замораживания" быстрых движений.

• Длинная выдержка (например, 5 с) означает, что затвор открыт долго. На матрицу попадает много света. Это используется в условиях низкой освещённости или для создания эффекта размытия движения.

Полное количество света, полученное матрицей за время экспозиции, называется экспозицией $H$ и равно произведению освещённости $E$ на время выдержки $t$:

$H = E \cdot t$

Для получения правильно экспонированного снимка необходимо, чтобы величина $H$ была оптимальной. Если освещённость сцены низкая, можно увеличить время выдержки или открыть диафрагму.

3. Светочувствительность (ISO)

Светочувствительность, или ISO, – это параметр, который характеризует чувствительность матрицы к свету. В цифровых камерах это эквивалентно усилению сигнала, получаемого с матрицы. Стандартные значения ISO: 100, 200, 400, 800 и так далее, где каждое следующее значение удваивает чувствительность.

• Низкое ISO (например, 100) означает низкую чувствительность. Для правильной экспозиции требуется много света. Это обеспечивает наилучшее качество изображения с минимальным уровнем шума.

• Высокое ISO (например, 3200) означает высокую чувствительность. Для съёмки требуется меньше света, что позволяет использовать более короткие выдержки или более закрытую диафрагму в тёмных условиях. Однако повышение ISO приводит к увеличению цифрового шума на изображении.

Таким образом, достижение необходимой освещённости (правильной экспозиции) – это результат совместного действия и баланса между диафрагмой, выдержкой и светочувствительностью. Фотограф или автоматика камеры подбирают такую комбинацию этих трёх параметров, которая обеспечивает получение оптимального количества света на матрице для конкретных условий съёмки.

Ответ: Необходимая освещённость матрицы (плёнки) фотоаппарата достигается путём регулирования количества света, попадающего на неё. Это осуществляется с помощью трёх основных механизмов:

1. Изменение диаметра отверстия диафрагмы в объективе: чем больше отверстие (меньше диафрагменное число, например, f/1.8), тем больше света проходит на матрицу.

2. Изменение выдержки – времени, на которое открывается затвор: чем дольше затвор открыт (длиннее выдержка, например, 1/30 с), тем больше света попадает на матрицу.

3. Изменение светочувствительности (ISO) матрицы: чем выше значение ISO (например, 1600), тем менее освещённая сцена требуется для получения нормально экспонированного кадра, но при этом возрастает уровень цифрового шума.

Совокупность этих трёх настроек (диафрагма, выдержка, ISO), известная как "экспозиционная тройка", позволяет фотографу гибко управлять экспозицией и добиваться желаемого результата в самых разных условиях освещения.