Короткая выдержка, как метод исследования и фиксации динамических сцен

Муниципальное казенное образовательное учреждение

дополнительного образования

Таловский детско-юношеский центр им. Титова Ю.Т.

Исследовательская работа

«Короткая выдержка, как метод исследования и фиксации динамических сцен»

Выполнили: Веретенникова Анастасия и

Серова Ульяна

Руководитель: педагог дополнительного

образования

Прищепа Евгения Константиновна

2026 г.

Содержание

Введение………………………………………………………………………….. 3

Глава 1. Теоретические основы метода короткой выдержки………………… 5

1.1. Что такое выдержка и как она работает…………………………………... 5

1.2. Короткая выдержка как инструмент познания …………………………… 6

Глава 2. Экспериментальное исследование разрыва с водой ………………... 8

2.1. Условия и оборудование эксперимента…………………………………… 8

2.2. Таблица и анализ съёмки ………….……………………………………... 10

Глава 3 Обсуждение результатов и выводы .……………………………….... 11

3.1. Подтверждение гипотезы ………………………………………………… 11

Заключение…………………………………………………………………….... 12

Список литературы……………………………………………………………... 13

Приложение (фотографии) ………….…………………………………...….… 14

Введение

В массовом представлении фотография закреплена за сферой быта и искусства: сохранение воспоминаний о праздниках, поездках, людях. В то же время она обладает потенциалом, который выводит её за рамки искусства — использование в качестве метода научного познания.

Однажды на занятии педагог продемонстрировал снимки водопада, сделанные с разной выдержкой. На фотографиях с длинной выдержкой вода выглядела как мягкая, шелковистая пелена — отдельные струи и брызги были неразличимы. На снимках же с короткой выдержкой (1/1000 или даже 1/4000 секунды) можно было увидеть каждую каплю в полёте, мельчайшие брызги и динамику разбивающихся струй о камни. Невооружённым глазом в реальном водопаде такую детализацию не разглядеть. Возникает закономерный вопрос: как изменение доли секунды способно полностью изменить то, что фиксируется на снимке?

Так родилась идея исследования.

Проблема исследования: в обычной жизни мы не замечаем, как именно движется капля воды в момент удара о поверхность. Глаз «смазывает» это движение. Нужен инструмент, который позволит остановить мгновение и изучить его по частям.

Объект исследования: падающая капля воды.

Предмет исследования: метод короткой выдержки как способ фиксации динамических сцен.

Цель работы: экспериментально доказать, что короткая выдержка позволяет не только получать художественные снимки, но и исследовать физические процессы, недоступные невооружённому глазу.

Задачи исследования:

1. Изучить, что такое выдержка, какие бывают её значения и как она влияет на передачу движения.

2. Провести серию экспериментов с разными значениями выдержки (от 1/300 до 1/800 секунды).

3. Проанализировать полученные снимки и выделить фазы удара капли.

5. Сформулировать вывод о применимости метода короткой выдержки в учебном исследовании.

Гипотеза: чем короче выдержка, тем более детально и чётко можно зафиксировать фазы движения капли воды, включая момент удара и разлёта брызг.

Методы исследования:

- теоретический анализ литературы по фотографии и физике;

- экспериментальная съёмка;

- сравнение и классификация полученных изображений;

- описание и обобщение.

Практическая значимость: материалы работы могут быть использованы на занятиях по фотографии, физике и окружающему миру в начальной и средней школе.

Глава 1. Теоретические основы метода короткой выдержки

1.1. Что такое выдержка и как она работает

Выдержка — это промежуток времени, в течение которого свет попадает на светочувствительный материал (матрицу фотоаппарата или плёнку). В современном фотоаппарате выдержка регулируется затвором — шторками, которые открываются и закрываются с высокой точностью.

Выдержка измеряется в секундах и долях секунды:

- длинные: 1 секунда, 1/2, 1/4, 1/8;

- средние: 1/30, 1/60, 1/125;

- короткие: 1/500, 1/1000, 1/2000, 1/4000 и короче.

Для понимания метода короткой выдержки нужно знать главный принцип: чем короче выдержка, тем меньше движущийся объект успевает сместиться за время открытия затвора.

Если объект движется быстро, а выдержка длинная (например, 1/30 секунды), то за это время его изображение «размазывается» по матрице. Это называется «смаз» (или шевелёнка). Если же выдержка очень короткая (1/1000 и менее), объект практически не успевает сдвинуться — мы получаем «стоп-кадр».

Таблица зависимости видимого эффекта от выдержки (для капли, падающей с высоты 30 см):

1.2. Короткая выдержка как инструмент познания

В науке и технике метод «остановленного мгновения» известен давно. Ещё в XIX веке фотограф Эдвард Мейбридж с помощью системы камер с очень короткой выдержкой доказал, что в галопе лошади бывает момент, когда все четыре ноги оторваны от земли. До этого никто не знал этого наверняка.

Сегодня короткая выдержка используется:

- в физике (изучение взрывов, капель, искр);

- в биологии (полёт насекомых, удар дятла);

- в спортивной науке (анализ техники бегунов, прыгунов);

- в криминалистике (фиксация момента происшествия).

Таким образом, короткая выдержка — это не просто художественный приём. Это инструмент, который превращает фотографа в исследователя.

Для исследования особенно важен опыт Гарольда Эджертона — американского учёного, который в 1930–1960-х годах с помощью стробоскопов и коротких выдержек снимал пули, лопающиеся шарики и, конечно, капли воды. Именно его снимки вдохновили меня на эту работу.

1.3. Почему капля воды — идеальный объект для исследования

Капля воды кажется простой и круглой. Но в момент удара о твёрдую поверхность она ведёт себя сложно и красиво. Физика этого процесса описана в гидродинамике.

Основные фазы удара капли (по Эджертону):

1. Подлёт — капля сохраняет округлую форму (за счёт поверхностного натяжения).

2. Контакт — нижняя часть капли расплющивается.

3. Образование короны — из-за инерции вода выбрасывается вверх и в стороны.

4. Отскок и разрыв— образуются мелкие вторичные капли («сателлиты»).

Все эти фазы длятся всего несколько миллисекунд (1–10 мс). Чтобы их разделить, нужна выдержка не длиннее 1/1000 секунды.

Кроме того, капля удобна для учебного эксперимента:

- не требует сложных реактивов;

- процесс повторяем (можно снимать много раз);

- результат нагляден и красив.

Именно поэтому была выбрана капля в качестве главного объекта исследования.

Глава 2. Экспериментальное исследование разрыва шарика с водой.

2.1. Условия и оборудование эксперимента.

Эксперимент проводился в помещении фотостудии при естественном и искусственном освещении. Для получения коротких выдержек требовалось много света, поэтому использовались: естественный свет из окна, софтбокс и светильник светодиодный.

Оборудование:

• Фотоаппарат | Canon EOS 600D |

• Объектив 18-55 mm/F3,5-5,6

• Штатив устойчивый, с возможностью микроперемещений

• Воздушные шарики

• Таз для воды

• Игла швейная

2.2. Описание методики съёмки

Этапы подготовки:

1. Установили камеру на штатив напротив объекта съёмки.

2. Установили серийную съёмку, чтобы зафиксировать все этапы лопающегося шарика.

3. Установили софтбокс, открыли все окна и добавили освещение в кабинете.

4.Фотосъёмка проходила в два этапа, поэтому в опыте участвовали все дети объединения «Объектив»: у каждого была своя задача. Фотографировала Веретенникова Анастасия и Ткаченко Николай, держали шарик, наполненный водой, Серова Ульяна и Трофимова Полина, прокалывал шарик иглой Жуков Максим, держал фон Агафонов Андрей.

1 этап съёмки. Установили следующие параметры камеры:

- режим — M (ручной);

- диафрагма — f/5,6;

- ISO — 100 (для минимального шума);

- выдержка — 1/300 с

Результат съёмки: зафиксировать момент разрыва шарика не удалось, но разбрызгивающиеся капли уловить получилось. Капли получились «смазаны». Фотография тёмная из-за короткой выдержки (1/300) и недостаточного количества света для данной съёмки. Но, как и указана в теоретическом исследовании, выдержки 1/300 недостаточно для «заморозки» капель.

2 этап съёмки. Была добавлена выдержка до 1/500, остальные параметры остались прежними.

Результаты съёмки: фото стало ещё темнее, так как выдержка стала короче. Но капли детализированы лучше, удалось зафиксировать сам разрыв шарика и форму воды. У сделанных фотографий была добавлена экспозиция (т.е. вытянут свет) через фоторедактор Adobe Lightroom. У фотографий появился сильный цифровой шум, что мешает детализации.

3 этап съёмки. Из-за большого цифрового шума была добавлена светочувствительность до ISO 400, что позволяет нам увеличить выдержку до 1/800.

Результаты съёмки: Получилось зафиксировать воду в форме шара, капли лучше детализированы. Шумов на фотографии меньше. Также сделана фотография, где зафиксирован разрыв шарика и брызги воды.

По итогу, в нашем эксперименте, при сложившихся условиях съёмки выдержка 1/800 оказался оптимальной. Повышение светочувствительности позволило, во-первых, уменьшить выдержку для лучшей «заморозки» (удалось зафиксировать воду в форме шара, разрыв и брызги), во-вторых, снизить количество шумов по сравнению со вторым этапом (за счёт отказа от принудительного осветления в редакторе). Таким образом, ISO 400 в сочетании с выдержкой 1/800 с при диафрагме f/5,6 обеспечило наилучший результат: чёткая детализация быстрого процесса без критического уровня шума.

А также выяснилось, что для съёмки быстротекущих процессов (лопающийся шар, брызги) с ручными настройками камеры предпочтительнее пожертвовать минимальным ISO ради достаточной короткой выдержки (в данном случае 1/800 с), чем пытаться осветлять тёмный кадр в редакторе, так как последнее ведёт к неконтролируемому шуму.

2.2. Таблица и анализ съёмки.

Для систематизации были выделены параметрами съёмки. Сравненим с тем, что описано в теории и что получилось на практике, в наших условиях съёмки.

Теоретически для съёмки капель и брызг рекомендуют выдержку 1/1000 — 1/4000 секунды. У нас же света было мало, поэтому мы снимали на 1/800.

Мы сравнили наши снимки с теорией:

Вывод: даже если у вас нет идеального оборудования и много света, метод короткой выдержки всё равно работает. Фотоаппарат с выдержкой 1/500 + программа для обработки — уже инструмент исследования.

Глава 3. Обсуждение результатов и выводы.

3.1. Подтверждение гипотезы

Гипотеза полностью подтвердилась. Чем короче выдержка, тем более детально можно исследовать каплю воды. Несмотря на то что наилучший результат, указанный в теоретической части, может быть при выдержке от 1/1000 и выше, на сё же удалось при выдержке 1/800 секунды зафиксировать брызг капель, и даже разрыв шарика. В ходе работы мы убедились, что короткая выдержка — это именно метод исследования, а не просто техническая настройка. Она позволяет:

1. Разбить быстрое движение на отдельные мгновения.

2. При серийной съёмке зафиксировать фазы разрыва шарика и брызги капель.

3. Измерять — по снимку можно оценить скорость разлёта брызг и размеры капель.

4. Документировать — полученные фотографии являются объективным доказательством, в отличие от рисунка или описания.

3.3. Недостатки метода

Как и любой метод, короткая выдержка имеет ограничения:

- требует хорошего освещения (или мощной вспышки);

- сложно поймать нужный момент (нужно делать много дублей);

- снимки получаются тёмными, если света недостаточно.

Однако для учебного исследования эти недостатки не являются критическими.

Заключение

Мы начали своё исследование с простого вопроса: можно ли с помощью фотоаппарата увидеть то, чего не видит глаз? Теперь можно ответить уверенно: да, можно, если использовать метод короткой выдержки.

В ходе работы мы:

1. Изучили теорию выдержки и её роль в фотографии.

2. Собрали установку для съёмки лопающегося шарика с водой.

3. Провёли серию экспериментов с разными выдержками.

4. Получили уникальные снимки фаз удара капли (подлёт, расплющивание, корона, сателлиты).

5. Доказали, что короткая выдержка (от 1/800 с и короче) превращает фотографию из бытового инструмента в научный метод.

Особенно ценным стало то, что мы смогли самостоятельно, без дорогого оборудования, повторить опыты знаменитого Гарольда Эджертона. Это доказывает: наука доступна каждому, кто умеет задавать вопросы и экспериментировать.

Эту работу можно продолжить в нескольких направлениях:

- снять падение капли в цветную жидкость;

- измерить скорость разлёта брызг с помощью математической обработки снимков;

- сравнить поведение капель воды и масла.

Главный вывод заключается в том, что даже самый обычный предмет — капля воды — становится загадочным и интересным, если посмотреть на него с правильной выдержкой.

Список литературы

1. Алексеев С.В. Физика в фотографии. — М.: Наука, 2018. — 128 с.

2. Эджертон Г. Стоп-кадр: мгновения, которых мы не видим. — М.: Мир, 1975. — 240 с. (перевод с англ.)

3. Козлов А.В. Цифровая фотография от А до Я. — СПб.: Питер, 2021. — 304 с.

4. Статья: «Как снимать капли воды: пошаговое руководство» // Журнал «Фотомастерская», №4, 2024. — С. 22–27.

5. Интернет-ресурс: Сайт «Физика для всех». Раздел «Гидродинамика капли». URL: (условно) physics4all.ru/drop (дата обращения: 15.02.2026).

6. Учебник: Пёрышкин А.В. Физика. 7 класс. — М.: Дрофа, 2023. — Глава «Давление жидкостей» (использована для понимания поверхностного натяжения).