Εισαγωγή................................................. .......................................................... .......................................... 2
Κεφάλαιο 1. Βασικοί νόμοι των οπτικών φαινομένων.......................................... .......... 4
1.1 Νόμος της ευθύγραμμης διάδοσης του φωτός.......................................... ......... .......... 4
1.2 Νόμος της ανεξαρτησίας των φωτεινών δεσμών................................ ...................................... 5
1.3 Νόμος της ανάκλασης του φωτός................................................ .......................................................... ............. 5
1.4 Ο νόμος της διάθλασης του φωτός................................................ .......................................................... ..... 5
Κεφάλαιο 2. Ιδανικά οπτικά συστήματα.............................................. ........ ......... 7
Κεφάλαιο 3. Εξαρτήματα οπτικών συστημάτων.......................................... ......... .. 9
3.1 Διαφράγματα και ο ρόλος τους στα οπτικά συστήματα................................ .......................... 9
3.2 Μαθητές εισόδου και εξόδου.......................................... .......................................................... 10
Κεφάλαιο 4. Σύγχρονα οπτικά συστήματα................................................ ......... 12
4.1 Οπτικό σύστημα ..................................................... .................................................... .......... 12
4.2 Φωτογραφική συσκευή................................................ .................................................... 13
4.3 Το μάτι ως οπτικό σύστημα.......................................... ................................................... 13
Κεφάλαιο 5. Οπτικά συστήματα που βοηθούν το μάτι................................... 16
5.1 Μεγεθυντικός φακός...................................................... .................................................... .......................................... 17
5.2 Μικροσκόπιο................................................ ................................................... .......................................... 18
5.3 Πεδίο εντοπισμού ................................................ ................................................................ .......................................... 20
5.4 Συσκευές προβολής................................................ ................................................................ ................. 21
5.5 Φασματικές συσκευές................................................ .......................................................... ........... 22
5.6 Οπτικό όργανο μέτρησης................................................ ........................... 23
Συμπέρασμα................................................. ................................................ ........................... 28
Βιβλιογραφία................................................. ................................................ ..... 29
Εισαγωγή.
Η οπτική είναι κλάδος της φυσικής που μελετά τη φύση της οπτικής ακτινοβολίας (φως), τη διάδοσή της και τα φαινόμενα που παρατηρούνται κατά την αλληλεπίδραση φωτός και ύλης. Η οπτική ακτινοβολία είναι ηλεκτρομαγνητικά κύματα, και επομένως η οπτική είναι μέρος γενική διδασκαλίασχετικά με το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο.
Η οπτική είναι η μελέτη του φυσικά φαινόμενασχετίζεται με τη διάδοση βραχέων ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, το μήκος των οποίων είναι περίπου 10 -5 -10 -7 μ. Η σημασία αυτής της συγκεκριμένης περιοχής του φάσματος των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων οφείλεται στο γεγονός ότι εντός αυτής, σε ένα στενό εύρος μήκη κύματος από 400-760 nm, βρίσκεται μια περιοχή ορατού φωτός, που γίνεται άμεσα αντιληπτή από το ανθρώπινο μάτι. Περιορίζεται αφενός από τις ακτίνες Χ και αφετέρου από το φάσμα μικροκυμάτων της εκπομπής ραδιοφώνου. Από την άποψη της φυσικής των διεργασιών που λαμβάνουν χώρα, η απομόνωση ενός τόσο στενού φάσματος ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων (ορατό φως) δεν έχει πολύ νόημα, επομένως η έννοια της "οπτικής περιοχής" συνήθως περιλαμβάνει επίσης υπέρυθρη και υπεριώδη ακτινοβολία.
Ο περιορισμός του οπτικού εύρους είναι υπό όρους και καθορίζεται σε μεγάλο βαθμό από την κοινότητα των τεχνικών μέσων και μεθόδων για τη μελέτη φαινομένων στο καθορισμένο εύρος. Αυτά τα εργαλεία και μέθοδοι χαρακτηρίζονται από το ότι βασίζονται σε ιδιότητες κυμάτωνακτινοβολία, ο σχηματισμός εικόνων οπτικών αντικειμένων με χρήση συσκευών των οποίων οι γραμμικές διαστάσεις είναι πολύ μεγαλύτερες από το μήκος λ της ακτινοβολίας, καθώς και η χρήση δεκτών φωτός, η δράση των οποίων βασίζεται στις κβαντικές του ιδιότητες.
Σύμφωνα με την παράδοση, η οπτική συνήθως χωρίζεται σε γεωμετρική, φυσική και φυσιολογική. Η γεωμετρική οπτική αφήνει το ζήτημα της φύσης του φωτός, προέρχεται από τους εμπειρικούς νόμους της διάδοσής του και χρησιμοποιεί την ιδέα των ακτίνων φωτός που διαθλώνται και ανακλώνται στα όρια των μέσων με διαφορετικές οπτικές ιδιότητες και ευθύγραμμες σε ένα οπτικά ομοιογενές μέσο. Το καθήκον του είναι να μελετήσει μαθηματικά τη διαδρομή των ακτίνων φωτός σε ένα μέσο με γνωστή εξάρτηση του δείκτη διάθλασης n από συντεταγμένες ή, αντίθετα, να βρει τις οπτικές ιδιότητες και το σχήμα των διαφανών και ανακλαστικών μέσων στα οποία οι ακτίνες εμφανίζονται κατά μήκος ενός δεδομένη διαδρομή. Υψηλότερη τιμήΗ γεωμετρική οπτική χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό και το σχεδιασμό οπτικών οργάνων - από φακούς γυαλιών γυαλιών έως πολύπλοκους φακούς και τεράστια αστρονομικά όργανα.
Η φυσική οπτική εξετάζει προβλήματα που σχετίζονται με τη φύση του φωτός και τα φαινόμενα φωτός. Η δήλωση ότι το φως είναι εγκάρσια ηλεκτρομαγνητικά κύματα βασίζεται στα αποτελέσματα ενός τεράστιου αριθμού πειραματικών μελετών περίθλασης, παρεμβολής, πόλωσης φωτός και διάδοσης σε ανισότροπα μέσα.
Ένα από τα πιο σημαντικά παραδοσιακά καθήκοντα της οπτικής είναι η λήψη εικόνων που αντιστοιχούν στα πρωτότυπα και στα δύο γεωμετρικό σχήμα, και η κατανομή της φωτεινότητας λύνεται κυρίως με γεωμετρική οπτική με τη συμμετοχή της φυσικής οπτικής. Η γεωμετρική οπτική απαντά στο ερώτημα πώς πρέπει να κατασκευαστεί ένα οπτικό σύστημα έτσι ώστε κάθε σημείο ενός αντικειμένου να απεικονίζεται επίσης ως ένα σημείο διατηρώντας τη γεωμετρική ομοιότητα της εικόνας με το αντικείμενο. Υποδεικνύει τις πηγές παραμόρφωσης της εικόνας και το επίπεδο της σε πραγματικά οπτικά συστήματα. Για την κατασκευή οπτικών συστημάτων είναι απαραίτητη η τεχνολογία κατασκευής οπτικών υλικών με τις απαιτούμενες ιδιότητες, καθώς και η τεχνολογία επεξεργασίας οπτικών στοιχείων. Για τεχνολογικούς λόγους, χρησιμοποιούνται συχνότερα φακοί και καθρέφτες με σφαιρικές επιφάνειες, αλλά για την απλοποίηση των οπτικών συστημάτων και τη βελτίωση της ποιότητας της εικόνας σε υψηλές αναλογίες διαφράγματος, χρησιμοποιούνται οπτικά στοιχεία.
Κεφάλαιο 1. Βασικοί νόμοι των οπτικών φαινομένων.
Ήδη στις πρώτες περιόδους της οπτικής έρευνας, θεσπίστηκαν πειραματικά οι ακόλουθοι τέσσερις βασικοί νόμοι των οπτικών φαινομένων:
1. Νόμος της ευθύγραμμης διάδοσης του φωτός.
2. Ο νόμος της ανεξαρτησίας των φωτεινών δεσμών.
3. Ο νόμος της ανάκλασης από μια επιφάνεια καθρέφτη.
4. Ο νόμος της διάθλασης του φωτός στο όριο δύο διαφανών μέσων.
Περαιτέρω μελέτη αυτών των νόμων έδειξε, πρώτον, ότι έχουν πολύ περισσότερα βαθύ νόημα, από ό,τι φαίνεται εκ πρώτης όψεως, και δεύτερον, ότι η εφαρμογή τους είναι περιορισμένη και πρόκειται απλώς για νόμους κατά προσέγγιση. Η καθιέρωση των συνθηκών και των ορίων εφαρμογής των βασικών οπτικών νόμων σήμαινε σημαντική πρόοδο στη μελέτη της φύσης του φωτός.
Η ουσία αυτών των νόμων συνοψίζεται στα εξής.
Σε ένα ομοιογενές μέσο, το φως ταξιδεύει σε ευθείες γραμμές.
Αυτός ο νόμος βρίσκεται σε έργα για την οπτική που αποδίδονται στον Ευκλείδη και πιθανότατα ήταν γνωστός και εφαρμόστηκε πολύ νωρίτερα.
Πειραματική απόδειξη αυτού του νόμου μπορεί να ληφθεί από παρατηρήσεις ευκρινών σκιών που παράγονται από σημειακές πηγές φωτός ή λήψη εικόνων χρησιμοποιώντας μικρά ανοίγματα. Ρύζι. Το σχήμα 1 απεικονίζει τη λήψη εικόνας χρησιμοποιώντας ένα μικρό διάφραγμα, το σχήμα και το μέγεθος της εικόνας δείχνουν ότι η προβολή πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας ευθείες ακτίνες.
Εικ. 1 Ευθύγραμμη διάδοση φωτός: λήψη εικόνας με χρήση μικρού διαφράγματος.
Ο νόμος της ευθύγραμμης διάδοσης μπορεί να θεωρηθεί σταθερά εδραιωμένος από την εμπειρία. Έχει πολύ βαθύ νόημα, γιατί η ίδια η έννοια της ευθείας γραμμής προέκυψε προφανώς από οπτικές παρατηρήσεις. Γεωμετρική έννοιαμια ευθεία γραμμή, ως γραμμή που αντιπροσωπεύει τη μικρότερη απόσταση μεταξύ δύο σημείων, είναι η έννοια μιας γραμμής κατά μήκος της οποίας το φως διαδίδεται σε ένα ομοιογενές μέσο.
Μια πιο λεπτομερής μελέτη των περιγραφόμενων φαινομένων δείχνει ότι ο νόμος της ευθύγραμμης διάδοσης του φωτός χάνει τη δύναμή του αν κινηθούμε σε πολύ μικρές τρύπες.
Έτσι, στο πείραμα που απεικονίζεται στο Σχ. 1, παίρνουμε καλή εικόναμε μέγεθος τρύπας περίπου 0,5 mm. Με μια επακόλουθη μείωση της οπής, η εικόνα θα είναι ατελής και με μια τρύπα περίπου 0,5-0,1 microns, η εικόνα δεν θα λειτουργεί καθόλου και η οθόνη θα φωτίζεται σχεδόν ομοιόμορφα.
Η ροή φωτός μπορεί να χωριστεί σε ξεχωριστές δέσμες φωτός, τονίζοντας τις, για παράδειγμα, χρησιμοποιώντας διαφράγματα. Η δράση αυτών των επιλεγμένων ακτίνων φωτός αποδεικνύεται ανεξάρτητη, δηλ. το αποτέλεσμα που παράγεται από μία μόνο δέσμη δεν εξαρτάται από το εάν άλλες δέσμες ενεργούν ταυτόχρονα ή εξαλείφονται.
Η προσπίπτουσα ακτίνα, η κάθετη προς την ανακλώσα επιφάνεια και η ανακλώμενη ακτίνα βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο (Εικ. 2) και οι γωνίες μεταξύ των ακτίνων και της κανονικής είναι ίσες μεταξύ τους: γωνία πρόσπτωσης i ίσο με γωνίααντανακλάσεις θ". Αυτός ο νόμος αναφέρεται και στα έργα του Ευκλείδη. Η καθιέρωσή του συνδέεται με τη χρήση γυαλισμένων μεταλλικών επιφανειών (καθρέφτες), γνωστές ήδη σε πολύ μακρινή εποχή.
Ρύζι. 2 Νόμος της ανάκλασης.
Ρύζι. 3 Νόμος της διάθλασης.
Το διάφραγμα είναι ένα αδιαφανές φράγμα που περιορίζει διατομήδέσμες φωτός σε οπτικά συστήματα (σε τηλεσκόπια, αποστασιοποιητές, μικροσκόπια, φιλμ και φωτογραφικές κάμερες κ.λπ.). Ο ρόλος των διαφραγμάτων παίζεται συχνά από τα πλαίσια των φακών, τα πρίσματα, τους καθρέφτες και άλλα οπτικά μέρη, την κόρη του ματιού, τα όρια ενός φωτισμένου αντικειμένου και στα φασματοσκόπια - σχισμές.
Οποιοδήποτε οπτικό σύστημα - οπλισμένο και γυμνό μάτι, φωτογραφική συσκευή, συσκευή προβολής - σχεδιάζει τελικά μια εικόνα σε ένα επίπεδο (οθόνη, φωτογραφική πλάκα, αμφιβληστροειδής). τα αντικείμενα είναι στις περισσότερες περιπτώσεις τρισδιάστατα. Ωστόσο, ακόμη και ένα ιδανικό οπτικό σύστημα, χωρίς να περιορίζεται, δεν θα παρείχε εικόνες ενός τρισδιάστατου αντικειμένου σε ένα επίπεδο. Πράγματι, μεμονωμένα σημεία ενός τρισδιάστατου αντικειμένου βρίσκονται σε διαφορετικές αποστάσεις από το οπτικό σύστημα και αντιστοιχούν σε διαφορετικά συζευγμένα επίπεδα.
Το φωτεινό σημείο O (Εικ. 5) δίνει μια ευκρινή εικόνα του O` στο επίπεδο MM 1 συζυγές με EE. Όμως τα σημεία Α και Β δίνουν ευκρινείς εικόνες στα Α` και Β`, και στο επίπεδο ΜΜ προβάλλονται ως φωτεινοί κύκλοι, το μέγεθος των οποίων εξαρτάται από τον περιορισμό του πλάτους των δοκών. Εάν το σύστημα δεν ήταν απεριόριστο, τότε οι δέσμες από το Α και το Β θα φώτιζαν ομοιόμορφα το επίπεδο ΜΜ, πράγμα που σημαίνει ότι δεν θα λαμβανόταν εικόνα του αντικειμένου, αλλά μόνο μια εικόνα των επιμέρους σημείων του που βρίσκονται στο επίπεδο ΕΕ.
Όσο στενότερες είναι οι δοκοί, τόσο πιο καθαρή είναι η εικόνα του χώρου του αντικειμένου στο επίπεδο. Πιο συγκεκριμένα, δεν είναι το ίδιο το χωροαντικείμενο που απεικονίζεται στο επίπεδο, αλλά αυτή η επίπεδη εικόνα, η οποία είναι μια προβολή του αντικειμένου σε ένα συγκεκριμένο επίπεδο EE (επίπεδο εγκατάστασης), συζευγμένο σε σχέση με το σύστημα με το επίπεδο εικόνας ΜΜ. Το κέντρο προβολής είναι ένα από τα σημεία του συστήματος (το κέντρο της κόρης εισόδου του οπτικού οργάνου).
Το μέγεθος και η θέση του διαφράγματος καθορίζουν τον φωτισμό και την ποιότητα της εικόνας, το βάθος πεδίου και την ανάλυση του οπτικού συστήματος και το οπτικό πεδίο.
Το διάφραγμα που περιορίζει πιο έντονα τη δέσμη φωτός ονομάζεται διάφραγμα ή αποτελεσματικό. Ο ρόλος του μπορεί να παίξει το πλαίσιο ενός φακού ή ένα ειδικό εκρηκτικό διάφραγμα, εάν αυτό το διάφραγμα περιορίζει τις δέσμες φωτός πιο έντονα από τα πλαίσια του φακού.
|
|||
Το εκρηκτικό διάφραγμα ανοίγματος βρίσκεται συχνά μεταξύ των επιμέρους στοιχείων (φακών) ενός πολύπλοκου οπτικού συστήματος (Εικ. 6), αλλά μπορεί να τοποθετηθεί μπροστά ή μετά το σύστημα.
Εάν το BB είναι ένα διάφραγμα πραγματικού διαφράγματος (Εικ. 6) και το B 1 B 1 και B 2 B 2 είναι οι εικόνες του στο μπροστινό και πίσω μέρος του συστήματος, τότε όλες οι ακτίνες που διέρχονται από το BB θα περάσουν από το B 1 B 1 και Β 2 Β 2 και αντίστροφα, δηλ. οποιοδήποτε από τα διαφράγματα ВВ, В 1 В 1, В 2 В 2 περιορίζει τις ενεργές δέσμες.
Η κόρη εισόδου είναι αυτή των πραγματικών οπών ή των εικόνων τους που περιορίζει πιο έντονα την εισερχόμενη δέσμη, δηλ. ορατό στη μικρότερη γωνία από το σημείο τομής του οπτικού άξονα με το επίπεδο του αντικειμένου.
Η κόρη εξόδου είναι η οπή ή η εικόνα της που περιορίζει τη δέσμη που αναδύεται από το σύστημα. Οι κόρες εισόδου και εξόδου είναι συζευγμένες σε σχέση με ολόκληρο το σύστημα.
Ο ρόλος της κόρης εισόδου μπορεί να παίξει μια ή άλλη τρύπα ή την εικόνα της (πραγματική ή φανταστική). Σε ορισμένες σημαντικές περιπτώσεις, το αντικείμενο που απεικονίζεται είναι μια φωτισμένη οπή (για παράδειγμα, η σχισμή ενός φασματογράφου) και ο φωτισμός παρέχεται απευθείας από μια πηγή φωτός που βρίσκεται κοντά στην οπή ή μέσω ενός βοηθητικού συμπυκνωτή. Σε αυτή την περίπτωση, ανάλογα με την τοποθεσία, ο ρόλος της κόρης εισόδου μπορεί να παίξει το όριο της πηγής ή την εικόνα της ή το όριο του συμπυκνωτή κ.λπ.
Εάν το διάφραγμα του ανοίγματος βρίσκεται μπροστά από το σύστημα, τότε συμπίπτει με την κόρη εισόδου και η κόρη εξόδου θα είναι η εικόνα της σε αυτό το σύστημα. Εάν βρίσκεται πίσω από το σύστημα, τότε συμπίπτει με την κόρη εξόδου και η κόρη εισόδου θα είναι η εικόνα της στο σύστημα. Εάν το διάφραγμα ανοίγματος του εκρηκτικού βρίσκεται μέσα στο σύστημα (Εικ. 6), τότε η εικόνα του B 1 B 1 στο μπροστινό μέρος του συστήματος χρησιμεύει ως κόρη εισόδου και η εικόνα B 2 B 2 στο πίσω μέρος του συστήματος χρησιμεύει ως μαθητής εξόδου. Η γωνία στην οποία η ακτίνα της κόρης εισόδου είναι ορατή από το σημείο τομής του άξονα με το επίπεδο του αντικειμένου ονομάζεται "γωνία διαφράγματος" και η γωνία στην οποία η ακτίνα της κόρης εξόδου είναι ορατή από το σημείο της τομής του άξονα με το επίπεδο εικόνας είναι η γωνία προβολής ή η γωνία διαφράγματος εξόδου. [3]
Κεφάλαιο 4. Σύγχρονα οπτικά συστήματα.
Ένας λεπτός φακός αντιπροσωπεύει το απλούστερο οπτικό σύστημα. Οι απλοί λεπτοί φακοί χρησιμοποιούνται κυρίως σε μορφή γυαλιών για γυαλιά. Επιπλέον, η χρήση φακού ως μεγεθυντικού φακού είναι γνωστή.
Η δράση πολλών οπτικών οργάνων - μιας λάμπας προβολής, μιας κάμερας και άλλων συσκευών - μπορεί σχηματικά να συγκριθεί με τη δράση λεπτών φακών. Ωστόσο, ένας λεπτός φακός δίνει καλή εικόνα μόνο στη σχετικά σπάνια περίπτωση που κάποιος μπορεί να περιοριστεί σε μια στενή μονόχρωμη δέσμη που προέρχεται από την πηγή κατά μήκος του κύριου οπτικού άξονα ή σε μεγάλη γωνία προς αυτήν. Στην πλειοψηφία πρακτικά προβλήματα, όπου δεν πληρούνται αυτές οι προϋποθέσεις, η εικόνα που δίνει ένας λεπτός φακός είναι μάλλον ατελής. Ως εκ τούτου, στις περισσότερες περιπτώσεις καταφεύγουν στην κατασκευή πιο πολύπλοκων οπτικών συστημάτων που έχουν μεγάλος αριθμόςδιαθλαστικές επιφάνειες και δεν περιορίζεται από την απαίτηση εγγύτητας αυτών των επιφανειών (απαίτηση που ικανοποιεί ένας λεπτός φακός). [4]
Γενικά, το ανθρώπινο μάτι είναι ένα σφαιρικό σώμα με διάμετρο περίπου 2,5 cm, το οποίο ονομάζεται βολβός του ματιού (Εικ. 10). Το αδιαφανές και ανθεκτικό εξωτερικό στρώμα του ματιού ονομάζεται σκληρός χιτώνας και το διαφανές και πιο κυρτό μπροστινό μέρος του ονομάζεται κερατοειδής. Στο εσωτερικό, ο σκληρός χιτώνας καλύπτεται με ένα χοριοειδές, που αποτελείται από αιμοφόρα αγγεία που τροφοδοτούν το μάτι. Απέναντι από τον κερατοειδή, το χοριοειδές περνά στην ίριδα, με διαφορετικό χρώμα σε διαφορετικά άτομα, η οποία χωρίζεται από τον κερατοειδή με έναν θάλαμο που περιέχει μια διαφανή υδαρή μάζα.
Υπάρχει μια στρογγυλή τρύπα στην ίριδα,
ονομάζεται κόρη, η διάμετρος της οποίας μπορεί να ποικίλλει. Έτσι, η ίριδα παίζει το ρόλο του διαφράγματος, ρυθμίζοντας την πρόσβαση του φωτός στο μάτι. Σε έντονο φως η κόρη γίνεται μικρότερη και σε χαμηλό φωτισμό μεγαλώνει. Μέσα στον βολβό του ματιού πίσω από την ίριδα βρίσκεται ο φακός, ο οποίος είναι ένας αμφίκυρτος φακός από διαφανή ουσία με δείκτη διάθλασης περίπου 1,4. Ο φακός περιβάλλεται από έναν δακτυλιοειδή μυ, ο οποίος μπορεί να αλλάξει την καμπυλότητα των επιφανειών του, άρα και την οπτική του ισχύ.
Ο χοριοειδής στο εσωτερικό του ματιού καλύπτεται με κλάδους του φωτοευαίσθητου νεύρου, ιδιαίτερα πυκνοί μπροστά από την κόρη. Αυτοί οι κλάδοι σχηματίζουν τον αμφιβληστροειδή, στον οποίο λαμβάνεται η πραγματική εικόνα των αντικειμένων που δημιουργούνται από το οπτικό σύστημα του ματιού. Ο χώρος μεταξύ του αμφιβληστροειδούς και του φακού είναι γεμάτος με ένα διαφανές υαλώδες σώμα, το οποίο έχει ζελατινώδη δομή. Η εικόνα των αντικειμένων στον αμφιβληστροειδή είναι ανεστραμμένη. Ωστόσο, η δραστηριότητα του εγκεφάλου, που λαμβάνει σήματα από το φωτοευαίσθητο νεύρο, μας επιτρέπει να βλέπουμε όλα τα αντικείμενα σε φυσικές θέσεις.
Όταν ο δακτυλιοειδής μυς του ματιού χαλαρώνει, λαμβάνεται η εικόνα μακρινών αντικειμένων στον αμφιβληστροειδή. Γενικά, η δομή του ματιού είναι τέτοια που ένα άτομο μπορεί να δει αντικείμενα που βρίσκονται όχι πιο κοντά από 6 μέτρα από το μάτι χωρίς καταπόνηση. Σε αυτή την περίπτωση, η εικόνα των πιο κοντινών αντικειμένων λαμβάνεται πίσω από τον αμφιβληστροειδή. Για να αποκτήσετε μια καθαρή εικόνα ενός τέτοιου αντικειμένου, ο δακτυλιοειδής μυς συμπιέζει τον φακό όλο και περισσότερο μέχρι να εμφανιστεί η εικόνα του αντικειμένου στον αμφιβληστροειδή και στη συνέχεια κρατά τον φακό σε συμπιεσμένη κατάσταση.
Έτσι, η «εστίαση» του ανθρώπινου ματιού πραγματοποιείται αλλάζοντας την οπτική ισχύ του φακού χρησιμοποιώντας τον δακτυλιοειδή μυ. Η ικανότητα του οπτικού συστήματος του ματιού να δημιουργεί διακριτές εικόνες αντικειμένων που βρίσκονται σε διαφορετικές αποστάσεις από αυτό ονομάζεται διαμονή (από το λατινικό "καταλυμάτων" - προσαρμογή). Όταν βλέπετε πολύ μακρινά αντικείμενα, παράλληλες ακτίνες εισέρχονται στο μάτι. Σε αυτή την περίπτωση, το μάτι λέγεται ότι φιλοξενείται στο άπειρο.
Η διαμονή του ματιού δεν είναι άπειρη. Με τη βοήθεια του δακτυλιοειδούς μυός, η οπτική ισχύς του ματιού μπορεί να αυξηθεί κατά όχι περισσότερο από 12 διόπτρες. Όταν κοιτάτε κοντά αντικείμενα για μεγάλο χρονικό διάστημα, το μάτι κουράζεται και ο δακτυλιοειδής μυς αρχίζει να χαλαρώνει και η εικόνα του αντικειμένου θολώνει.
Τα ανθρώπινα μάτια μας επιτρέπουν να βλέπουμε τα αντικείμενα καθαρά όχι μόνο στο φως της ημέρας. Η ικανότητα του ματιού να προσαρμόζεται σε διάφορους βαθμούς ερεθισμού των απολήξεων του φωτοευαίσθητου νεύρου στον αμφιβληστροειδή, δηλ. σε διάφορους βαθμούς φωτεινότητας των παρατηρούμενων αντικειμένων ονομάζεται προσαρμογή.
Η σύγκλιση των οπτικών αξόνων των ματιών σε ένα ορισμένο σημείο ονομάζεται σύγκλιση. Όταν τα αντικείμενα βρίσκονται σε σημαντική απόσταση από ένα άτομο, τότε όταν μετακινείτε τα μάτια από το ένα αντικείμενο στο άλλο, οι άξονες των ματιών ουσιαστικά δεν αλλάζουν και το άτομο χάνει την ικανότητα να προσδιορίζει σωστά τη θέση του αντικειμένου. Όταν τα αντικείμενα είναι πολύ μακριά, οι άξονες των ματιών είναι παράλληλοι και ένα άτομο δεν μπορεί καν να προσδιορίσει αν το αντικείμενο που κοιτάζει κινείται ή όχι. Η δύναμη του δακτυλιοειδούς μυός, η οποία συμπιέζει τον φακό κατά την προβολή αντικειμένων που βρίσκονται κοντά σε ένα άτομο, παίζει επίσης έναν ορισμένο ρόλο στον προσδιορισμό της θέσης των σωμάτων. [2]
Κεφάλαιο 5. Οπτικά συστήματα που οπλίζουν το μάτι.
Αν και το μάτι δεν είναι ένας λεπτός φακός, μπορείτε ακόμα να βρείτε ένα σημείο μέσα από το οποίο οι ακτίνες περνούν πρακτικά χωρίς διάθλαση, δηλ. ένα σημείο που παίζει το ρόλο ενός οπτικού κέντρου. Το οπτικό κέντρο του ματιού βρίσκεται μέσα στο φακό κοντά στην πίσω επιφάνεια του. Η απόσταση h από το οπτικό κέντρο έως τον αμφιβληστροειδή, που ονομάζεται βάθος του ματιού, είναι 15 mm για ένα φυσιολογικό μάτι.
Γνωρίζοντας τη θέση του οπτικού κέντρου, μπορείτε εύκολα να κατασκευάσετε μια εικόνα ενός αντικειμένου στον αμφιβληστροειδή του ματιού. Η εικόνα είναι πάντα πραγματική, μειωμένη και αντίστροφη (Εικ. 11, α). Η γωνία φ στην οποία το αντικείμενο S 1 S 2 είναι ορατό από το οπτικό κέντρο O ονομάζεται οπτική γωνία.
Ο αμφιβληστροειδής έχει πολύπλοκη δομήκαι αποτελείται από επιμέρους φωτοευαίσθητα στοιχεία. Επομένως, δύο σημεία ενός αντικειμένου που βρίσκονται τόσο κοντά το ένα στο άλλο που η εικόνα τους στον αμφιβληστροειδή πέφτει στο ίδιο στοιχείο γίνονται αντιληπτά από το μάτι ως ένα σημείο. Η ελάχιστη οπτική γωνία στην οποία δύο φωτεινές κουκκίδες ή δύο μαύρες κουκκίδες σε λευκό φόντο εξακολουθούν να γίνονται αντιληπτές ξεχωριστά από το μάτι είναι περίπου ένα λεπτό. Το μάτι δεν αναγνωρίζει καλά τις λεπτομέρειες ενός αντικειμένου που βλέπει σε γωνία μικρότερη από 1". Αυτή είναι η γωνία στην οποία είναι ορατό ένα τμήμα, το μήκος του οποίου είναι 1 cm σε απόσταση 34 cm από το μάτι. κακός φωτισμός (το σούρουπο), η ελάχιστη γωνία ανάλυσης αυξάνεται και μπορεί να φτάσει το 1º .
 |
Φέρνοντας ένα αντικείμενο πιο κοντά στο μάτι, αυξάνουμε τη γωνία θέασης και, επομένως, παίρνουμε
ικανότητα καλύτερης διάκρισης μικρών λεπτομερειών. Ωστόσο, δεν μπορούμε να το φέρουμε πολύ κοντά στο μάτι, καθώς η ικανότητα του ματιού να προσαρμόζεται είναι περιορισμένη. Για ένα κανονικό μάτι, η πιο ευνοϊκή απόσταση για την προβολή ενός αντικειμένου είναι περίπου 25 cm, στην οποία το μάτι μπορεί να διακρίνει λεπτομέρειες αρκετά καλά χωρίς υπερβολική κούραση. Αυτή η απόσταση ονομάζεται απόσταση της καλύτερης όρασης. για ένα μυωπικό μάτι αυτή η απόσταση είναι κάπως μικρότερη. Ως εκ τούτου, τα άτομα με μυωπία, τοποθετώντας το εν λόγω αντικείμενο πιο κοντά στο μάτι από τα άτομα με κανονική όραση ή τα άτομα με όραση, το βλέπουν από μεγαλύτερη οπτική γωνία και μπορούν να διακρίνουν καλύτερα τις μικρές λεπτομέρειες.
Σημαντική αύξηση της γωνίας θέασης επιτυγχάνεται με τη χρήση οπτικών οργάνων. Σύμφωνα με τον σκοπό τους, τα οπτικά όργανα που οπλίζουν το μάτι μπορούν να χωριστούν στις ακόλουθες μεγάλες ομάδες.
1. Συσκευές που χρησιμοποιούνται για την εξέταση πολύ μικρών αντικειμένων (μεγεθυντικός φακός, μικροσκόπιο). Αυτές οι συσκευές φαίνεται να «μεγεθύνουν» τα εν λόγω αντικείμενα.
2. Όργανα σχεδιασμένα για την παρακολούθηση μακρινών αντικειμένων (σκόπιο εντοπισμού, κιάλια, τηλεσκόπιο κ.λπ.). Αυτές οι συσκευές φαίνεται να «φέρνουν πιο κοντά» τα εν λόγω αντικείμενα.
Αυξάνοντας τη γωνία θέασης όταν χρησιμοποιείτε μια οπτική συσκευή, το μέγεθος της εικόνας ενός αντικειμένου στον αμφιβληστροειδή αυξάνεται σε σύγκριση με την εικόνα με γυμνό μάτι και, κατά συνέπεια, αυξάνεται η ικανότητα αναγνώρισης λεπτομερειών. Η αναλογία του μήκους b στον αμφιβληστροειδή στην περίπτωση του οπλισμένου ματιού b" προς το μήκος της εικόνας για το γυμνό μάτι b (Εικ. 11, β) ονομάζεται μεγέθυνση της οπτικής συσκευής.
Χρησιμοποιώντας το Σχ. 11b είναι εύκολο να δούμε ότι η αύξηση του Ν είναι επίσης ίση με τον λόγο της οπτικής γωνίας φ" όταν βλέπουμε ένα αντικείμενο μέσω ενός οργάνου προς την οπτική γωνία φ για γυμνό μάτι, επειδή το φ" και το φ είναι μικρές. [2,3] Άρα,
N = b" / b = φ" / φ,
όπου N είναι η μεγέθυνση του αντικειμένου.
b" είναι το μήκος της εικόνας στον αμφιβληστροειδή για το οπλισμένο μάτι.
b είναι το μήκος της εικόνας στον αμφιβληστροειδή για γυμνό μάτι.
φ" – γωνία θέασης κατά την προβολή ενός αντικειμένου μέσω ενός οπτικού οργάνου.
φ – γωνία θέασης κατά την προβολή ενός αντικειμένου με γυμνό μάτι.
Ένα από τα πιο απλά οπτικά όργανα είναι ένας μεγεθυντικός φακός - ένας συγκλίνοντας φακός που έχει σχεδιαστεί για την προβολή μεγεθυμένων εικόνων μικρών αντικειμένων. Ο φακός φέρεται κοντά στο ίδιο το μάτι και το αντικείμενο τοποθετείται μεταξύ του φακού και της κύριας εστίασης. Το μάτι θα δει μια εικονική και μεγεθυμένη εικόνα του αντικειμένου. Είναι πιο βολικό να εξετάσετε ένα αντικείμενο μέσω ενός μεγεθυντικού φακού με ένα εντελώς χαλαρό μάτι, προσαρμοσμένο στο άπειρο. Για να γίνει αυτό, το αντικείμενο τοποθετείται στο κύριο εστιακό επίπεδο του φακού έτσι ώστε οι ακτίνες που αναδύονται από κάθε σημείο του αντικειμένου να σχηματίζουν παράλληλες δέσμες πίσω από τον φακό. Στο Σχ. Το σχήμα 12 δείχνει δύο τέτοιες δοκούς που προέρχονται από τις άκρες του αντικειμένου. Μπαίνοντας στο άπειρο προσαρμοσμένο μάτι, δέσμες παράλληλων ακτίνων εστιάζονται στον αμφιβληστροειδή και δίνουν μια καθαρή εικόνα του αντικειμένου εδώ.
 |
Γωνιακή μεγέθυνση.Το μάτι είναι πολύ κοντά στο φακό, επομένως η γωνία θέασης μπορεί να ληφθεί ως η γωνία 2γ που σχηματίζεται από τις ακτίνες που προέρχονται από τις άκρες του αντικειμένου μέσω του οπτικού κέντρου του φακού. Αν δεν υπήρχε μεγεθυντικός φακός, θα έπρεπε να τοποθετήσουμε το αντικείμενο στην απόσταση της καλύτερης όρασης (25 cm) από το μάτι και η οπτική γωνία θα ήταν ίση με 2β. Θεωρώντας ορθογώνια τρίγωνα με πλευρές 25 cm και F cm και δηλώνοντας το μισό του αντικειμένου Z, μπορούμε να γράψουμε:
,
όπου 2γ είναι η οπτική γωνία όταν παρατηρείται από μεγεθυντικό φακό.
2β - οπτική γωνία, όταν παρατηρείται με γυμνό μάτι.
F – απόσταση από το αντικείμενο μέχρι τον μεγεθυντικό φακό.
Το Z είναι το ήμισυ του μήκους του εν λόγω αντικειμένου.
Λαμβάνοντας υπόψη ότι οι μικρές λεπτομέρειες εξετάζονται συνήθως μέσω μεγεθυντικού φακού και επομένως οι γωνίες γ και β είναι μικρές, οι εφαπτομένες μπορούν να αντικατασταθούν από γωνίες. Αυτό δίνει την ακόλουθη έκφραση για τη μεγέθυνση του μεγεθυντικού φακού = = .
Επομένως, η μεγέθυνση ενός μεγεθυντικού φακού είναι ανάλογη του 1/F, δηλαδή της οπτικής του ισχύος.
Μια συσκευή που σας επιτρέπει να αποκτήσετε υψηλή μεγέθυνση όταν βλέπετε μικρά αντικείμενα ονομάζεται μικροσκόπιο.
Το απλούστερο μικροσκόπιο αποτελείται από δύο συλλεκτικούς φακούς. Ένας φακός πολύ μικρής εστίασης L 1 δίνει μια εξαιρετικά μεγεθυμένη πραγματική εικόνα του αντικειμένου P"Q" (Εικ. 13), η οποία φαίνεται από το προσοφθάλμιο σαν μεγεθυντικός φακός.
 |
όπου P"Q" είναι μια μεγεθυμένη πραγματική εικόνα ενός αντικειμένου.
PQ – μέγεθος αντικειμένου.
Πολλαπλασιάζοντας αυτές τις εκφράσεις, παίρνουμε = n 1 n 2,
όπου PQ είναι το μέγεθος του αντικειμένου.
P""Q"" - μεγεθυμένη εικονική εικόνα ενός αντικειμένου.
n 1 – γραμμική μεγέθυνση του φακού.
n 2 – γραμμική μεγέθυνση του προσοφθάλμιου φακού.
Αυτό δείχνει ότι η μεγέθυνση του μικροσκοπίου είναι ίση με το γινόμενο των μεγεθύνσεων που δίνονται από τον αντικειμενικό και τον προσοφθάλμιο φακό χωριστά. Είναι λοιπόν δυνατή η κατασκευή οργάνων που δίνουν πολύ υψηλές μεγεθύνσεις - έως 1000 και ακόμη περισσότερες. Σε καλά μικροσκόπια, ο φακός και το προσοφθάλμιο είναι πολύπλοκα.
Το προσοφθάλμιο συνήθως αποτελείται από δύο φακούς, αλλά ο φακός είναι πολύ πιο περίπλοκος. Η επιθυμία για υψηλές μεγεθύνσεις αναγκάζει τη χρήση φακών μικρής εστίασης με πολύ υψηλή οπτική ισχύ. Το εν λόγω αντικείμενο τοποθετείται πολύ κοντά στον φακό και παράγει μια ευρεία δέσμη ακτίνων που γεμίζει ολόκληρη την επιφάνεια του πρώτου φακού. Αυτό δημιουργεί πολύ δυσμενείς συνθήκες για τη λήψη ευκρινούς εικόνας: χοντρούς φακούς και ακτίνες εκτός κέντρου. Επομένως, για να διορθωθούν κάθε είδους ελαττώματα, πρέπει να καταφύγουμε σε συνδυασμούς πολλών φακών διαφορετικών τύπων γυαλιού.
Στα σύγχρονα μικροσκόπια το θεωρητικό όριο έχει σχεδόν φτάσει. Μπορείτε να δείτε πολύ μικρά αντικείμενα μέσα από ένα μικροσκόπιο, αλλά οι εικόνες τους εμφανίζονται με τη μορφή μικρών κηλίδων που δεν έχουν καμία ομοιότητα με το αντικείμενο.
Κατά την εξέταση τέτοιων μικρών σωματιδίων, χρησιμοποιούν το λεγόμενο υπερμικροσκόπιο, το οποίο είναι ένα κανονικό μικροσκόπιο με συμπυκνωτή που καθιστά δυνατό τον έντονο φωτισμό του εν λόγω αντικειμένου από την πλευρά, κάθετα στον άξονα του μικροσκοπίου.
Χρησιμοποιώντας ένα υπερμικροσκόπιο, είναι δυνατό να ανιχνευθούν σωματίδια των οποίων το μέγεθος δεν υπερβαίνει τα χιλιοστόμετρα.
Το απλούστερο πεδίο κηλίδωσης αποτελείται από δύο συγκλίνοντες φακούς. Ο ένας φακός που βλέπει προς το αντικείμενο που παρατηρείται ονομάζεται αντικειμενικός φακός και ο άλλος που βλέπει προς το μάτι του παρατηρητή ονομάζεται προσοφθάλμιος.
Ο φακός L 1 δίνει μια πραγματική αντίστροφη και πολύ μειωμένη εικόνα του αντικειμένου P 1 Q 1 που βρίσκεται κοντά στην κύρια εστίαση του φακού. Ο προσοφθάλμιος φακός είναι τοποθετημένος έτσι ώστε η εικόνα του αντικειμένου να βρίσκεται στην κύρια εστίασή του. Σε αυτή τη θέση, ο προσοφθάλμιος φακός παίζει το ρόλο ενός μεγεθυντικού φακού, με τη βοήθεια του οποίου προβάλλεται η πραγματική εικόνα του αντικειμένου.
Το αποτέλεσμα ενός σωλήνα, όπως ένας μεγεθυντικός φακός, είναι να αυξάνει τη γωνία θέασης. Χρησιμοποιώντας ένα σωλήνα, τα αντικείμενα εξετάζονται συνήθως σε αποστάσεις πολλές φορές μεγαλύτερες από το μήκος του. Επομένως, η γωνία θέασης στην οποία ένα αντικείμενο είναι ορατό χωρίς σωλήνα μπορεί να ληφθεί ως η γωνία 2β που σχηματίζεται από τις ακτίνες που προέρχονται από τα άκρα του αντικειμένου μέσω του οπτικού κέντρου του φακού.
Η εικόνα είναι ορατή σε γωνία 2γ και βρίσκεται σχεδόν στην ίδια την εστία F του φακού και στην εστία F 1 του προσοφθάλμιου φακού.
Λαμβάνοντας υπόψη δύο ορθογώνιο τρίγωνομε κοινή πλευρά Ζ" μπορούμε να γράψουμε:
,
F - εστίαση φακού.
F 1 - εστίαση προσοφθάλμιου φακού.
Z" είναι το ήμισυ του μήκους του εν λόγω αντικειμένου.
Οι γωνίες β και γ δεν είναι μεγάλες, επομένως είναι δυνατόν, με επαρκή προσέγγιση, να αντικατασταθούν τα tanβ και tgγ με γωνίες και στη συνέχεια η αύξηση του σωλήνα = 
,
όπου 2γ είναι η γωνία στην οποία είναι ορατή η εικόνα του αντικειμένου.
2β - γωνία θέασης στην οποία ένα αντικείμενο είναι ορατό με γυμνό μάτι.
F - εστίαση φακού.
F 1 - εστίαση προσοφθάλμιου φακού.
Η γωνιακή μεγέθυνση του σωλήνα καθορίζεται από την αναλογία της εστιακής απόστασης του φακού προς την εστιακή απόσταση του προσοφθάλμιου φακού. Για να έχετε υψηλή μεγέθυνση, πρέπει να πάρετε έναν φακό μεγάλης εστίασης και έναν προσοφθάλμιο φακό μικρής εστίασης. [ 1 ]
Μια συσκευή προβολής χρησιμοποιείται για να δείχνει στους θεατές μεγεθυμένες εικόνες σχεδίων, φωτογραφιών ή σχεδίων στην οθόνη. Ένα σχέδιο σε γυαλί ή σε διαφανές φιλμ ονομάζεται διαφάνεια και η ίδια η συσκευή, που έχει σχεδιαστεί για να εμφανίζει τέτοια σχέδια, είναι ένα διασκόπιο. Εάν η συσκευή έχει σχεδιαστεί για να εμφανίζει αδιαφανείς πίνακες και σχέδια, τότε ονομάζεται επισκόπιο. Μια συσκευή σχεδιασμένη και για τις δύο περιπτώσεις ονομάζεται επιδιασκόπιο.
Ένας φακός που δημιουργεί μια εικόνα ενός αντικειμένου μπροστά του ονομάζεται φακός. Συνήθως, ένας φακός είναι ένα οπτικό σύστημα που έχει εξαλείψει τις πιο σημαντικές ελλείψεις που ενυπάρχουν σε μεμονωμένους φακούς. Προκειμένου η εικόνα ενός αντικειμένου να είναι καθαρά ορατή στους θεατές, το ίδιο το αντικείμενο πρέπει να είναι έντονα φωτισμένο.
Το διάγραμμα σχεδιασμού της συσκευής προβολής φαίνεται στο Σχ. 16.
Η φωτεινή πηγή S τοποθετείται στο κέντρο ενός κοίλου καθρέφτη (ανακλαστήρας) R. φως που προέρχεται απευθείας από την πηγή S και ανακλάται από τον ανακλαστήρα R,πέφτει πάνω στον συμπυκνωτή Κ, ο οποίος αποτελείται από δύο επίπεδους κυρτούς φακούς. Ο συμπυκνωτής συλλέγει αυτές τις ακτίνες φωτός μέσα
Στον σωλήνα Α, που ονομάζεται collimator, υπάρχει μια στενή σχισμή, το πλάτος της οποίας μπορεί να ρυθμιστεί περιστρέφοντας μια βίδα. Μπροστά από τη σχισμή τοποθετείται μια φωτεινή πηγή, το φάσμα της οποίας πρέπει να εξεταστεί. Η σχισμή βρίσκεται στο εστιακό επίπεδο του παραμετροποιητή και επομένως οι ακτίνες φωτός εξέρχονται από τον ρυθμιστή με τη μορφή παράλληλης δέσμης. Αφού περάσουν από το πρίσμα, οι φωτεινές ακτίνες κατευθύνονται στον σωλήνα Β, μέσω του οποίου παρατηρείται το φάσμα. Εάν ένα φασματοσκόπιο προορίζεται για μετρήσεις, τότε μια εικόνα μιας κλίμακας με διαιρέσεις υπερτίθεται στην εικόνα του φάσματος χρησιμοποιώντας μια ειδική συσκευή, η οποία σας επιτρέπει να προσδιορίσετε με ακρίβεια τη θέση των χρωματικών γραμμών στο φάσμα.
Όταν εξετάζετε ένα φάσμα, είναι συχνά καλύτερο να το φωτογραφίζετε και μετά να το μελετάτε χρησιμοποιώντας μικροσκόπιο.
Μια συσκευή για τη φωτογράφηση φασμάτων ονομάζεται φασματογράφος.
Το διάγραμμα φασματογράφου φαίνεται στο Σχ. 18.
Το φάσμα ακτινοβολίας εστιάζεται με χρήση φακού L 2 σε παγωμένο γυαλί AB, το οποίο αντικαθίσταται με μια φωτογραφική πλάκα κατά τη φωτογράφηση. [2]
Μια οπτική συσκευή μέτρησης είναι ένα όργανο μέτρησης στο οποίο η όραση (ευθυγράμμιση των ορίων ενός ελεγχόμενου αντικειμένου με γραμμή μαλλιών, σταυρόνημα κ.λπ.) ή ο προσδιορισμός μεγέθους πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας μια συσκευή με οπτική αρχή λειτουργίας. Υπάρχουν τρεις ομάδες οπτικών οργάνων μέτρησης: συσκευές με αρχή οπτικής παρατήρησης και μηχανική μέθοδος αναφοράς κίνησης. συσκευές με οπτική παρατήρηση και αναφορά κίνησης· συσκευές που έχουν μηχανική επαφή με τη συσκευή μέτρησης, με οπτική μέθοδο προσδιορισμού της κίνησης των σημείων επαφής.
Οι πρώτες συσκευές που έγιναν ευρέως διαδεδομένες ήταν οι προβολείς για τη μέτρηση και την παρακολούθηση εξαρτημάτων με πολύπλοκα περιγράμματα και μικρά μεγέθη.
Η πιο κοινή δεύτερη συσκευή είναι ένα γενικό μικροσκόπιο μέτρησης, στο οποίο το τμήμα που μετράται κινείται σε ένα διαμήκη φορείο και το μικροσκόπιο κεφαλής κινείται σε ένα εγκάρσιο φορείο.
Οι συσκευές της τρίτης ομάδας χρησιμοποιούνται για τη σύγκριση μετρούμενων γραμμικών μεγεθών με μέτρα ή κλίμακες. Συνήθως συνδυάζονται με τη γενική ονομασία comparators. Αυτή η ομάδα συσκευών περιλαμβάνει ένα οπτιόμετρο (οπτικό, μηχάνημα μέτρησης, συμβολόμετρο επαφής, οπτικό ανιχνευτή εύρους κ.λπ.).
Τα οπτικά όργανα μέτρησης είναι επίσης ευρέως διαδεδομένα στη γεωδαισία (επίπεδο, θεοδόλιθος κ.λπ.).
Ο Θεοδόλιθος είναι ένα γεωδαιτικό όργανο για τον προσδιορισμό των κατευθύνσεων και τη μέτρηση οριζόντιων και κάθετων γωνιών κατά τη διάρκεια γεωδαιτικών εργασιών, τοπογραφικών και τοπογραφικών, στις κατασκευές κ.λπ.
Επίπεδο - ένα γεωδαιτικό όργανο για τη μέτρηση υψομέτρων σημείων στην επιφάνεια της γης - ισοπέδωση, καθώς και για τη ρύθμιση οριζόντιων κατευθύνσεων κατά την εγκατάσταση κ.λπ. έργα.
Στη ναυσιπλοΐα, χρησιμοποιείται ευρέως ένα εξάντο - ένα γωνιομετρικό καθρέφτη-ανακλαστικό όργανο για τη μέτρηση των υψών των ουράνιων σωμάτων πάνω από τον ορίζοντα ή των γωνιών μεταξύ ορατών αντικειμένων προκειμένου να προσδιοριστούν οι συντεταγμένες της θέσης του παρατηρητή. Το πιο σημαντικό χαρακτηριστικό της εξάντας είναι η δυνατότητα ταυτόχρονου συνδυασμού δύο αντικειμένων στο οπτικό πεδίο του παρατηρητή, μεταξύ των οποίων μετράται η γωνία, γεγονός που επιτρέπει τη χρήση της εξάντας σε αεροπλάνο ή σε πλοίο χωρίς αισθητή μείωση της ακρίβειας. ακόμα και κατά τη διάρκεια του pitching.
Μια πολλά υποσχόμενη κατεύθυνση στην ανάπτυξη νέων τύπων οπτικών οργάνων μέτρησης είναι ο εξοπλισμός τους με ηλεκτρονικές συσκευές ανάγνωσης που καθιστούν δυνατή την απλοποίηση της ανάγνωσης και της όρασης κ.λπ. [5]
Κεφάλαιο 6. Εφαρμογή των οπτικών συστημάτων στην επιστήμη και την τεχνολογία.
Η εφαρμογή και ο ρόλος των οπτικών συστημάτων στην επιστήμη και την τεχνολογία είναι πολύ μεγάλος. Χωρίς τη μελέτη των οπτικών φαινομένων και την ανάπτυξη οπτικών οργάνων, η ανθρωπότητα δεν θα ήταν έτσι υψηλό επίπεδοΑΝΑΠΤΥΞΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ.
Σχεδόν όλα τα σύγχρονα οπτικά όργανα είναι σχεδιασμένα για άμεση οπτική παρατήρηση οπτικών φαινομένων.
Οι νόμοι της κατασκευής εικόνας χρησιμεύουν ως βάση για την κατασκευή διαφόρων οπτικών οργάνων. Το κύριο μέρος κάθε οπτικής συσκευής είναι κάποιο είδος οπτικού συστήματος. Σε ορισμένες οπτικές συσκευές, η εικόνα λαμβάνεται σε μια οθόνη, ενώ άλλες συσκευές έχουν σχεδιαστεί για να λειτουργούν με το μάτι. Στην τελευταία περίπτωση, η συσκευή και το μάτι αντιπροσωπεύουν ένα ενιαίο οπτικό σύστημα και η εικόνα λαμβάνεται στον αμφιβληστροειδή χιτώνα του ματιού.
Μελετώντας μερικά Χημικές ιδιότητεςουσίες, οι επιστήμονες επινόησαν έναν τρόπο να στερεώνουν εικόνες σε στερεές επιφάνειες και για να προβάλλουν εικόνες σε αυτή την επιφάνεια άρχισαν να χρησιμοποιούν οπτικά συστήματα που αποτελούνταν από φακούς. Έτσι, ο κόσμος έλαβε φωτογραφικές μηχανές και φωτογραφικές μηχανές, και με την επακόλουθη ανάπτυξη των ηλεκτρονικών, εμφανίστηκαν οι βιντεοκάμερες και οι ψηφιακές κάμερες.
Για τη μελέτη μικρών αντικειμένων που είναι σχεδόν αόρατα στο μάτι, χρησιμοποιείται μεγεθυντικός φακός και εάν η μεγέθυνσή του δεν είναι αρκετή, τότε χρησιμοποιούνται μικροσκόπια. Τα σύγχρονα οπτικά μικροσκόπια σάς επιτρέπουν να μεγεθύνετε εικόνες έως και 1000 φορές και ηλεκτρονικά μικροσκόπιαδεκάδες χιλιάδες φορές. Αυτό καθιστά δυνατή τη μελέτη αντικειμένων σε μοριακό επίπεδο.
Μοντέρνο αστρονομική έρευναΔεν θα ήταν δυνατή χωρίς τη «τρομπέτα του Γαλιλαίου» και την «τρομπέτα του Κέπλερ». Ο σωλήνας Galilean, που χρησιμοποιείται συχνά σε συνηθισμένα κιάλια θεάτρου, δίνει μια άμεση εικόνα του αντικειμένου, ενώ ο σωλήνας Kepler δίνει μια ανεστραμμένη εικόνα. Ως αποτέλεσμα, εάν ο σωλήνας Kepler πρόκειται να χρησιμοποιηθεί για επίγειες παρατηρήσεις, τότε είναι εξοπλισμένος με ένα σύστημα περιτύλιξης (έναν πρόσθετο φακό ή ένα σύστημα πρισμάτων), με αποτέλεσμα η εικόνα να γίνεται άμεση. Ένα παράδειγμα μιας τέτοιας συσκευής είναι τα κιάλια πρίσματος.
Το πλεονέκτημα του σωλήνα Kepler είναι ότι έχει μια επιπλέον ενδιάμεση εικόνα, στο επίπεδο της οποίας μπορεί να τοποθετηθεί μια κλίμακα μέτρησης, μια φωτογραφική πλάκα για τη λήψη φωτογραφιών κ.λπ. Ως αποτέλεσμα, στην αστρονομία και σε όλες τις περιπτώσεις που σχετίζονται με μετρήσεις, χρησιμοποιείται ο σωλήνας Kepler.
Μαζί με τα τηλεσκόπια που κατασκευάζονται σαν τηλεσκόπιο - τα διαθλαστικά, τα κατοπτρικά (ανακλαστικά) τηλεσκόπια ή οι ανακλαστήρες, είναι πολύ σημαντικά στην αστρονομία.
Οι δυνατότητες παρατήρησης που παρέχει κάθε τηλεσκόπιο καθορίζονται από τη διάμετρο του ανοίγματός του. Επομένως, από την αρχαιότητα η επιστημονική και τεχνική σκέψη στόχευε στην εύρεση
 |
μέθοδοι για την κατασκευή μεγάλων καθρεφτών και φακών.
Με την κατασκευή κάθε νέου τηλεσκοπίου, η ακτίνα του Σύμπαντος που παρατηρούμε διευρύνεται.
Η οπτική αντίληψη του εξωτερικού χώρου είναι σύνθετη δράση, στην οποία η ουσιαστική περίσταση είναι ότι υπό κανονικές συνθήκες χρησιμοποιούμε δύο μάτια. Χάρη στη μεγάλη κινητικότητα των ματιών, σταθεροποιούμε γρήγορα το ένα σημείο ενός αντικειμένου μετά το άλλο. Ταυτόχρονα, μπορούμε να εκτιμήσουμε την απόσταση από τα εν λόγω αντικείμενα, καθώς και να συγκρίνουμε αυτές τις αποστάσεις μεταξύ τους. Αυτή η αξιολόγηση δίνει μια ιδέα για το βάθος του χώρου, την ογκομετρική κατανομή των λεπτομερειών ενός αντικειμένου και καθιστά δυνατή τη στερεοσκοπική όραση.
Οι στερεοσκοπικές εικόνες 1 και 2 προβάλλονται χρησιμοποιώντας φακούς L 1 και L 2, ο καθένας τοποθετημένος μπροστά από το ένα μάτι. Οι εικόνες βρίσκονται στα εστιακά επίπεδα των φακών και επομένως οι εικόνες τους βρίσκονται στο άπειρο. Και τα δύο μάτια φιλοξενούνται στο άπειρο. Οι εικόνες και των δύο φωτογραφιών γίνονται αντιληπτές ως ένα ανάγλυφο αντικείμενο που βρίσκεται στο επίπεδο S.
Το στερεοσκόπιο χρησιμοποιείται σήμερα ευρέως για τη μελέτη εικόνων εδάφους. Φωτογραφίζοντας την περιοχή από δύο σημεία, προκύπτουν δύο φωτογραφίες, βλέποντας τις οποίες μέσω ενός στερεοσκοπίου μπορείτε να δείτε καθαρά το έδαφος. Η μεγαλύτερη οξύτητα της στερεοσκοπικής όρασης καθιστά δυνατή τη χρήση στερεοσκοπίου για τον εντοπισμό πλαστών εγγράφων, χρημάτων κ.λπ.
Στα στρατιωτικά οπτικά όργανα που προορίζονται για παρατήρηση (κιάλια, στερεοσκοπικά), οι αποστάσεις μεταξύ των κέντρων των φακών είναι πάντα πολύ μεγαλύτερες από την απόσταση μεταξύ των ματιών και τα μακρινά αντικείμενα φαίνονται πολύ πιο εμφανή από ό,τι όταν παρατηρούνται χωρίς τη συσκευή.
Η μελέτη των ιδιοτήτων του φωτός που ταξιδεύει σε σώματα με υψηλό δείκτη διάθλασης οδήγησε στην ανακάλυψη της ολικής εσωτερικής ανάκλασης. Αυτή η ιδιότητα χρησιμοποιείται ευρέως στην κατασκευή και χρήση οπτικών ινών. Η οπτική ίνα επιτρέπει τη μετάδοση οποιασδήποτε οπτικής ακτινοβολίας χωρίς απώλειες. Η χρήση οπτικών ινών σε συστήματα επικοινωνίας κατέστησε δυνατή την απόκτηση καναλιών υψηλής ταχύτητας λήψης και αποστολής πληροφοριών.
Η ολική εσωτερική ανάκλαση επιτρέπει τη χρήση πρισμάτων αντί για καθρέφτες. Τα πρισματικά κιάλια και τα περισκόπια είναι κατασκευασμένα πάνω σε αυτή την αρχή.
 |
Η χρήση λέιζερ και συστημάτων εστίασης επιτρέπει την εστίαση της ακτινοβολίας λέιζερ σε ένα σημείο, το οποίο χρησιμοποιείται στην κοπή διάφορες ουσίες, σε συσκευές ανάγνωσης και εγγραφής CD, σε αποστασιομετρητές λέιζερ.
Τα οπτικά συστήματα χρησιμοποιούνται ευρέως στη γεωδαισία για τη μέτρηση γωνιών και υψομέτρων (επίπεδα, θεοδόλιθοι, εξάντρες κ.λπ.).
Η χρήση πρισμάτων για τη διάσπαση του λευκού φωτός σε φάσματα οδήγησε στη δημιουργία φασματογράφων και φασματοσκοπίων. Σας επιτρέπουν να παρατηρήσετε τα φάσματα απορρόφησης και εκπομπής στερεάκαι αέρια. Η φασματική ανάλυση σάς επιτρέπει να το μάθετε χημική σύνθεσηουσίες.
Η χρήση των απλούστερων οπτικών συστημάτων - λεπτών φακών, επέτρεψε σε πολλά άτομα με ελαττώματα στο οπτικό σύστημα να βλέπουν κανονικά (γυαλιά, φακοί ματιών κ.λπ.).
Χάρη στα οπτικά συστήματα, πολλά επιστημονικές ανακαλύψειςκαι πετυχαίνοντας.
Τα οπτικά συστήματα χρησιμοποιούνται σε όλους τους τομείς επιστημονική δραστηριότητα, από τη βιολογία στη φυσική. Επομένως, μπορούμε να πούμε ότι το πεδίο εφαρμογής των οπτικών συστημάτων στην επιστήμη και την τεχνολογία είναι απεριόριστο. [4.6]
Συμπέρασμα.
Η πρακτική σημασία της οπτικής και η επιρροή της σε άλλους κλάδους της γνώσης είναι εξαιρετικά μεγάλη. Η εφεύρεση του τηλεσκοπίου και του φασματοσκοπίου άνοιξε μπροστά στον άνθρωπο το πιο εκπληκτικό και πλουσιότερος κόσμοςφαινόμενα που συμβαίνουν στο απέραντο Σύμπαν. Η εφεύρεση του μικροσκοπίου έφερε επανάσταση στη βιολογία. Η φωτογραφία βοήθησε και βοηθάει σχεδόν όλους τους κλάδους της επιστήμης. Ενας από ουσιαστικά στοιχείαΟ επιστημονικός εξοπλισμός είναι ένας φακός. Χωρίς αυτό δεν θα υπήρχε μικροσκόπιο, τηλεσκόπιο, φασματοσκόπιο, κάμερα, κινηματογράφος, τηλεόραση κ.λπ. δεν θα υπήρχαν γυαλιά και πολλά άτομα άνω των 50 δεν θα μπορούσαν να διαβάσουν και να κάνουν πολλές δουλειές που απαιτούν όραση.
Το φάσμα των φαινομένων που μελετά η φυσική οπτική είναι πολύ εκτεταμένο. Τα οπτικά φαινόμενα συνδέονται στενά με φαινόμενα που μελετώνται σε άλλους κλάδους της φυσικής και οι μέθοδοι οπτικής έρευνας είναι από τις πιο λεπτές και ακριβείς. Ως εκ τούτου, δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι η οπτική έχει πρωταγωνιστήσει εδώ και πολύ καιρό σε πολλά βασική έρευνακαι την ανάπτυξη βασικών φυσικών απόψεων. Αρκεί να πούμε ότι και τα δύο κύρια φυσικές θεωρίεςτον περασμένο αιώνα - η θεωρία της σχετικότητας και η θεωρία του κβαντικού - προήλθαν και αναπτύχθηκαν σε μεγάλο βαθμό με βάση την οπτική έρευνα. Η εφεύρεση των λέιζερ έχει ανοίξει τεράστιες νέες δυνατότητες όχι μόνο στην οπτική, αλλά και στις εφαρμογές της σε διάφορους κλάδους της επιστήμης και της τεχνολογίας.
Βιβλιογραφία.
1. Artsybyshev S.A. Φυσική - Μ.: Medgiz, 1950. - 511 p.
2. Zhdanov L.S. Zhdanov G.L. Φυσική για ενδιάμεσα Εκπαιδευτικά ιδρύματα- Μ.: Nauka, 1981. - 560 σελ.
3. Landsberg Γ.Σ. Optics - M.: Nauka, 1976. - 928 p.
4. Landsberg Γ.Σ. Εγχειρίδιο στοιχειώδους φυσικής. - Μ.: Nauka, 1986. - Τ.3. - 656s.
5. Prokhorov A.M. Μεγάλη Σοβιετική Εγκυκλοπαίδεια. - Μ.: Σοβιετική εγκυκλοπαίδεια, 1974. - Τ.18. - 632s.
6. Sivukhin D.V. Γενικό μάθημαφυσική: Οπτική - Μ.: Nauka, 1980. - 751 σελ.
Οπτικήείναι κλάδος της φυσικής που μελετά τη φύση της ακτινοβολίας φωτός, τη διάδοσή της και την αλληλεπίδρασή της με την ύλη. Τα κύματα φωτός είναι ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Το μήκος κύματος των κυμάτων φωτός περιέχεται στο διάστημα. Τα κύματα αυτού του εύρους γίνονται αντιληπτά από το ανθρώπινο μάτι.
Το φως ταξιδεύει κατά μήκος των γραμμών που ονομάζονται ακτίνες. Στην προσέγγιση της ακτίνας (ή γεωμετρικής) οπτικής, τα πεπερασμένα μήκη κύματος του φωτός παραμελούνται, υποθέτοντας ότι λ→0. Σε πολλές περιπτώσεις, η γεωμετρική οπτική επιτρέπει σε κάποιον να υπολογίσει αρκετά καλά το οπτικό σύστημα. Το απλούστερο οπτικό σύστημα είναι ένας φακός.
Κατά τη μελέτη της παρεμβολής του φωτός, θα πρέπει να θυμόμαστε ότι η παρεμβολή παρατηρείται μόνο από συνεκτικές πηγές και ότι η παρεμβολή σχετίζεται με την ανακατανομή της ενέργειας στο διάστημα. Εδώ είναι σημαντικό να μπορείτε να γράφετε σωστά τις συνθήκες για τη μέγιστη και την ελάχιστη ένταση φωτός και να δίνετε προσοχή σε θέματα όπως τα χρώματα λεπτών μεμβρανών, λωρίδες ίσου πάχους και ίσης κλίσης.
Κατά τη μελέτη του φαινομένου της περίθλασης φωτός, είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε την αρχή Huygens-Fresnel, τη μέθοδο της ζώνης Fresnel, και να κατανοήσουμε πώς να περιγράψουμε το σχέδιο περίθλασης σε μια μόνο σχισμή και σε ένα πλέγμα περίθλασης.
Όταν μελετάτε το φαινόμενο της πόλωσης του φωτός, πρέπει να καταλάβετε ότι η βάση αυτού του φαινομένου είναι η εγκάρσια κύματα φωτός. Πρέπει να δοθεί προσοχή στις μεθόδους παραγωγής πολωμένου φωτός και στους νόμους των Brewster και Malus.
Πίνακας βασικών τύπων για την οπτική
|
Φυσικοί νόμοι, τύποι, μεταβλητές |
Τύποι οπτικών |
|
Απόλυτος δείκτης διάθλασης όπου c είναι η ταχύτητα του φωτός στο κενό, c=3·108 m/s, v είναι η ταχύτητα διάδοσης του φωτός στο μέσο. |
|
|
Σχετικός δείκτης διάθλασης όπου n 2 και n 1 είναι οι απόλυτοι δείκτες διάθλασης του δεύτερου και του πρώτου μέσου. |
|
|
Νόμος της διάθλασης όπου i είναι η γωνία πρόσπτωσης, r είναι η γωνία διάθλασης. |
|
|
Φόρμουλα λεπτού φακού όπου F είναι η εστιακή απόσταση του φακού, d είναι η απόσταση από το αντικείμενο στο φακό, f είναι η απόσταση από το φακό στην εικόνα. |
|
|
Ισχύς φακού όπου R 1 και R 2 είναι οι ακτίνες καμπυλότητας των σφαιρικών επιφανειών του φακού. Για κυρτή επιφάνεια R>0. Για μια κοίλη επιφάνεια R<0. |
|
|
Μήκος οπτικής διαδρομής: όπου n είναι ο δείκτης διάθλασης του μέσου. r είναι το μήκος της γεωμετρικής διαδρομής του φωτεινού κύματος. |
|
|
Διαφορά οπτικής διαδρομής: Τα L 1 και L 2 είναι οι οπτικές διαδρομές δύο κυμάτων φωτός. |
|
|
Συνθήκη παρεμβολής ανώτατο όριο: ελάχιστο: όπου λ 0 είναι το μήκος κύματος του φωτός στο κενό. m είναι η σειρά του μέγιστου ή του ελάχιστου παρεμβολής. |
|
|
Διαφορά οπτικής διαδρομής σε λεπτές μεμβράνες στο ανακλώμενο φως: στο μεταδιδόμενο φως: όπου d είναι το πάχος του φιλμ. i είναι η γωνία πρόσπτωσης του φωτός. n είναι ο δείκτης διάθλασης. |
|
|
Πλάτος κροσσών παρεμβολής στο πείραμα του Young: όπου d είναι η απόσταση μεταξύ συνεκτικών πηγών φωτός. L είναι η απόσταση από την πηγή στην οθόνη. |
|
|
Προϋπόθεση για τα κύρια μέγιστα του πλέγματος περίθλασης: όπου d είναι η σταθερά του πλέγματος περίθλασης. φ - γωνία περίθλασης. |
|
|
Ανάλυση πλέγματος περίθλασης: όπου Δλ είναι η ελάχιστη διαφορά στα μήκη κύματος δύο φασματικών γραμμών που επιλύονται από το πλέγμα. |
Συναντάμε τη λέξη «οπτικά», για παράδειγμα, όταν περνάμε από ένα κατάστημα λιανικής που πουλά γυαλιά. Πολλοί θυμούνται επίσης ότι σπούδασαν οπτική στο σχολείο. Τι είναι η οπτική;
Η οπτική είναι ένας κλάδος της φυσικής που μελετά τη φύση του φωτός, τις ιδιότητές του, τα μοτίβα διάδοσης σε διάφορα μέσα, καθώς και την αλληλεπίδραση του φωτός με τις ουσίες. Για να κατανοήσετε καλύτερα τι είναι η οπτική, πρέπει να καταλάβετε τι είναι το φως.
Ιδέες για το φως στη σύγχρονη φυσική
Η Φυσική θεωρεί το φως στο οποίο έχουμε συνηθίσει ως ένα σύνθετο φαινόμενο με διττή φύση. Από τη μια πλευρά, το φως θεωρείται ένα ρεύμα μικροσκοπικών σωματιδίων - κβάντα φωτός (φωτόνια). Από την άλλη πλευρά, το φως μπορεί να περιγραφεί ως ένας τύπος ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων που έχουν συγκεκριμένο μήκος κύματος.
Ξεχωριστοί κλάδοι της οπτικής μελετούν το φως ως φυσικό φαινόμενο από διάφορες οπτικές γωνίες.
Τμήματα οπτικών
- Γεωμετρική οπτική. Εξετάζει τους νόμους της διάδοσης του φωτός, καθώς και την ανάκλαση και τη διάθλαση των ακτίνων του φωτός. Αντιπροσωπεύει το φως ως ακτίνα που διαδίδεται ευθύγραμμα σε ένα ομοιογενές μέσο (αυτή είναι η ομοιότητά του με μια γεωμετρική ακτίνα). Δεν λαμβάνει υπόψη την κυματική φύση του φωτός.
- Οπτική κυμάτων. Μελετά τις ιδιότητες του φωτός ως τύπου ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων.
- Κβαντική οπτική. Μελετά τις κβαντικές ιδιότητες του φωτός (μελετά το φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, φωτοχημικές διεργασίες, ακτινοβολία λέιζερ κ.λπ.)
Η οπτική στην ανθρώπινη ζωή
Μελετώντας τη φύση του φωτός και τα μοτίβα της διανομής του, ένα άτομο χρησιμοποιεί την αποκτηθείσα γνώση προς όφελός του. Τα πιο κοινά οπτικά όργανα στη ζωή γύρω μας είναι τα γυαλιά, ένα μικροσκόπιο, ένα τηλεσκόπιο, ένας φωτογραφικός φακός, καθώς και ένα καλώδιο οπτικών ινών που χρησιμοποιείται για την τοποθέτηση ενός LAN (μπορείτε να μάθετε για αυτό στο άρθρο
Ένας από τους αρχαίους και ογκώδεις κλάδους της φυσικής είναι η οπτική. Τα επιτεύγματά του χρησιμοποιούνται σε πολλές επιστήμες και τομείς δραστηριότητας: ηλεκτρολόγος μηχανικός, βιομηχανία, ιατρική και άλλα. Από το άρθρο μπορείτε να μάθετε τι μελετά αυτή η επιστήμη, την ιστορία της ανάπτυξης ιδεών σχετικά με αυτήν, τα πιο σημαντικά επιτεύγματα και ποια οπτικά συστήματα και όργανα υπάρχουν.
Τι σπουδάζει η οπτική;
Το όνομα αυτού του κλάδου είναι ελληνικής προέλευσης και μεταφράζεται ως «η επιστήμη της οπτικής αντίληψης». Η οπτική είναι ένας κλάδος της φυσικής που μελετά τη φύση του φωτός, τις ιδιότητές του και τους νόμους που σχετίζονται με τη διάδοσή του. Αυτή η επιστήμη μελετά τη φύση του ορατού φωτός, της υπέρυθρης και της υπεριώδους ακτινοβολίας. Δεδομένου ότι χάρη στο φως οι άνθρωποι μπορούν να δουν τον κόσμο γύρω τους, αυτός ο κλάδος της φυσικής είναι επίσης ένας κλάδος που σχετίζεται με την οπτική αντίληψη της ακτινοβολίας. Και δεν είναι περίεργο: το μάτι είναι ένα πολύπλοκο οπτικό σύστημα.
Ιστορία του σχηματισμού της επιστήμης
Η οπτική ξεκίνησε στην αρχαιότητα, όταν οι άνθρωποι προσπαθούσαν να κατανοήσουν τη φύση του φωτός και να καταλάβουν πώς μπορούσαν να δουν αντικείμενα στον περιβάλλοντα κόσμο.
Οι αρχαίοι φιλόσοφοι θεωρούσαν το ορατό φως είτε ως ακτίνες που βγαίνουν από τα μάτια ενός ατόμου είτε ως ένα ρεύμα μικροσκοπικών σωματιδίων που διασκορπίζονται από αντικείμενα και εισέρχονται στο μάτι.
Στη συνέχεια, η φύση του φωτός μελετήθηκε από πολλούς εξέχοντες επιστήμονες. Ο Ισαάκ Νεύτων διατύπωσε μια θεωρία για τα σωματίδια - μικροσκοπικά σωματίδια φωτός. Ένας άλλος επιστήμονας, ο Huygens, πρότεινε τη θεωρία των κυμάτων.
Η φύση του φωτός συνέχισε να διερευνάται από τους φυσικούς του 20ου αιώνα: Maxwell, Planck, Einstein.
Επί του παρόντος, οι υποθέσεις του Newton και του Huygens ενώνονται στην έννοια της δυαδικότητας κύματος-σωματιδίου, σύμφωνα με την οποία το φως έχει τις ιδιότητες τόσο των σωματιδίων όσο και των κυμάτων.
Ενότητες
Το αντικείμενο της έρευνας της οπτικής δεν είναι μόνο το φως και η φύση του, αλλά και τα όργανα για αυτήν την έρευνα, οι νόμοι και οι ιδιότητες αυτού του φαινομένου και πολλά άλλα. Ως εκ τούτου, η επιστήμη έχει πολλές ενότητες αφιερωμένες σε επιμέρους πτυχές της έρευνας.
- γεωμετρική οπτική;
- κύμα;
- ποσοστό.
Κάθε ενότητα θα συζητηθεί λεπτομερώς παρακάτω.
Γεωμετρική οπτική
Σε αυτή την ενότητα υπάρχουν οι ακόλουθοι νόμοι της οπτικής:
Ο νόμος για την ευθύτητα της διάδοσης του φωτός που διέρχεται από ένα ομοιογενές μέσο. Μια δέσμη φωτός θεωρείται ως μια ευθεία γραμμή κατά μήκος της οποίας περνούν σωματίδια φωτός.
Νόμος της ανάκλασης:
Οι προσπίπτουσες και οι ανακλώμενες ακτίνες, καθώς και η κάθετη στη διεπαφή μεταξύ των δύο μέσων, που ανακατασκευάζονται στο σημείο πρόσπτωσης της ακτίνας, βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο ( επίπεδο πρόσπτωσης).Η γωνία ανάκλασης γ είναι ίση με τη γωνία πρόσπτωσης α.
Νόμος της διάθλασης:
Οι προσπίπτουσες και διαθλώμενες ακτίνες, καθώς και η κάθετη στη διεπαφή μεταξύ των δύο μέσων, που ανακατασκευάζονται στο σημείο πρόσπτωσης της ακτίνας, βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο. Ο λόγος του ημιτόνου της γωνίας πρόσπτωσης α προς το ημίτονο της γωνίας διάθλασης β είναι μια σταθερή τιμή για δύο δεδομένα μέσα.
Οι φακοί είναι ένα μέσο μελέτης των ιδιοτήτων του φωτός στη γεωμετρική οπτική.
Ο φακός είναι ένα διαφανές σώμα που είναι ικανό να μεταδίδει και να τροποποιεί.Χωρίζονται σε κυρτές και κοίλες, καθώς και σε συλλογή και διασπορά. Ο φακός είναι το κύριο συστατικό όλων των οπτικών οργάνων. Όταν το πάχος του είναι μικρό σε σχέση με τις ακτίνες των επιφανειών, ονομάζεται λεπτό. Στην οπτική, ο τύπος για έναν λεπτό φακό μοιάζει με αυτό:
1/d + 1/f = D, όπου
d είναι η απόσταση από το αντικείμενο στο φακό. f είναι η απόσταση από την εικόνα από τον φακό. D είναι η οπτική ισχύς του φακού (μετρούμενη σε διόπτρες).
Η οπτική των κυμάτων και οι έννοιές της
Δεδομένου ότι είναι γνωστό ότι το φως έχει όλες τις ιδιότητες ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος, ένας ξεχωριστός κλάδος της φυσικής μελετά τις εκδηλώσεις αυτών των ιδιοτήτων. Ονομάζεται οπτική κυμάτων.
Οι βασικές έννοιες αυτού του κλάδου της οπτικής είναι η διασπορά, η παρεμβολή, η περίθλαση και η πόλωση.
Το φαινόμενο της διασποράς ανακαλύφθηκε από τον Νεύτωνα χάρη στα πειράματά του με πρίσματα. Αυτή η ανακάλυψη είναι ένα σημαντικό βήμα προς την κατανόηση της φύσης του φωτός. Ανακάλυψε ότι η διάθλαση των ακτίνων φωτός εξαρτάται από το χρώμα τους. Το φαινόμενο αυτό ονομάστηκε διασπορά ή σκέδαση φωτός. Είναι πλέον γνωστό ότι το χρώμα εξαρτάται από το μήκος κύματος. Επιπλέον, ήταν ο Νεύτων που πρότεινε την έννοια του φάσματος για να δηλώσει τη λωρίδα του ουράνιου τόξου που λαμβάνεται από τη διασπορά μέσω των πρισμάτων.
Η επιβεβαίωση της κυματικής φύσης του φωτός είναι η παρεμβολή των κυμάτων του, που ανακαλύφθηκε από τον Jung. Αυτό είναι το όνομα που δίνεται στην υπέρθεση δύο ή περισσότερων κυμάτων το ένα πάνω στο άλλο. Ως αποτέλεσμα, μπορεί κανείς να δει το φαινόμενο της ενίσχυσης και εξασθένησης των φωτεινών δονήσεων σε διαφορετικά σημεία του χώρου. Όμορφες και οικείες εκδηλώσεις παρεμβολής σε όλους είναι οι σαπουνόφουσκες και το ουράνιο τόξο φιλμ χυμένης βενζίνης.
Όλοι βιώνουν το φαινόμενο της περίθλασης. Αυτός ο όρος μεταφράζεται από τα λατινικά ως "σπασμένος". Η περίθλαση στην οπτική είναι η κάμψη των κυμάτων φωτός γύρω από τις άκρες των εμποδίων. Για παράδειγμα, εάν τοποθετήσετε μια μπάλα στη διαδρομή μιας δέσμης φωτός, θα εμφανιστούν εναλλασσόμενοι δακτύλιοι στην οθόνη πίσω από αυτήν - ανοιχτό και σκοτεινό. Αυτό ονομάζεται μοτίβο περίθλασης. Ο Jung και ο Fresnel μελέτησαν το φαινόμενο.
Η τελευταία βασική ιδέα στην οπτική κυμάτων είναι η πόλωση. Το φως ονομάζεται πολωμένο εάν η φορά των κυματικών του ταλαντώσεων είναι διατεταγμένη. Δεδομένου ότι το φως είναι ένα διαμήκη και όχι ένα εγκάρσιο κύμα, οι δονήσεις συμβαίνουν αποκλειστικά στην εγκάρσια διεύθυνση.
Κβαντική οπτική
Το φως δεν είναι μόνο ένα κύμα, αλλά και ένα ρεύμα σωματιδίων. Με βάση αυτό το συστατικό του, προέκυψε ένας τέτοιος κλάδος της επιστήμης όπως η κβαντική οπτική. Η εμφάνισή του συνδέεται με το όνομα του Max Planck.
Ένα κβάντο είναι οποιοδήποτε μέρος του κάτι. Και σε αυτή την περίπτωση μιλάμε για κβάντα ακτινοβολίας, δηλαδή τμήματα φωτός που εκπέμπονται κατά τη διάρκειά της. Η λέξη φωτόνια χρησιμοποιείται για να δηλώσει σωματίδια (από την ελληνική φωτός - «φως»). Αυτή η ιδέα προτάθηκε από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν. Σε αυτό το τμήμα της οπτικής, ο τύπος του Einstein E=mc 2 χρησιμοποιείται επίσης για τη μελέτη των ιδιοτήτων του φωτός.
Κύριος στόχος αυτής της ενότητας είναι η μελέτη και ο χαρακτηρισμός της αλληλεπίδρασης του φωτός με την ύλη και η μελέτη της διάδοσής του σε άτυπες συνθήκες.
Οι ιδιότητες του φωτός ως ρεύματος σωματιδίων εμφανίζονται υπό τις ακόλουθες συνθήκες:
- θερμική ακτινοβολία?
- φωτοηλεκτρικό φαινόμενο;
- φωτοχημικές διεργασίες?
- διεγερμένη εκπομπή κ.λπ.
Στην κβαντική οπτική υπάρχει η έννοια του μη κλασικού φωτός. Το γεγονός είναι ότι τα κβαντικά χαρακτηριστικά της φωτεινής ακτινοβολίας δεν μπορούν να περιγραφούν στο πλαίσιο της κλασικής οπτικής. Το μη κλασικό φως, για παράδειγμα, δύο φωτονίων, συμπιεσμένο, χρησιμοποιείται σε διάφορα πεδία: για βαθμονόμηση φωτοανιχνευτών, για ακριβείς μετρήσεις κ.λπ. Μια άλλη εφαρμογή είναι η κβαντική κρυπτογραφία - μια μυστική μέθοδος μετάδοσης πληροφοριών με χρήση δυαδικών κωδίκων, όπου μια κάθετα κατευθυνόμενη Το φωτόνιο εκχωρείται με 0, και ένα οριζόντια κατευθυνόμενο - 1.
Η σημασία της οπτικής και των οπτικών οργάνων
Σε ποιους τομείς έχει βρει την κύρια εφαρμογή της η οπτική τεχνολογία;
Πρώτον, χωρίς αυτή την επιστήμη δεν θα υπήρχαν οπτικά όργανα γνωστά σε κάθε άτομο: τηλεσκόπιο, μικροσκόπιο, κάμερα, προβολέας και άλλα. Με τη βοήθεια ειδικά επιλεγμένων φακών, οι άνθρωποι μπόρεσαν να εξερευνήσουν τον μικρόκοσμο, το σύμπαν, τα ουράνια αντικείμενα, καθώς και να συλλάβουν και να μεταδώσουν πληροφορίες με τη μορφή εικόνων.
Επιπλέον, χάρη στην οπτική, ανακαλύφθηκαν μια σειρά από σημαντικές ανακαλύψεις στον τομέα της φύσης του φωτός, των ιδιοτήτων του, των φαινομένων παρεμβολής, πόλωσης και άλλα.
Τέλος, η οπτική χρησιμοποιήθηκε ευρέως στην ιατρική, για παράδειγμα, στη μελέτη της ακτινοβολίας ακτίνων Χ, με βάση την οποία δημιουργήθηκε μια συσκευή που έσωσε πολλές ζωές. Χάρη σε αυτή την επιστήμη, εφευρέθηκε και το λέιζερ, το οποίο χρησιμοποιείται ευρέως σε χειρουργικές επεμβάσεις.
Οπτική και όραση
Το μάτι είναι ένα οπτικό σύστημα. Χάρη στις ιδιότητες του φωτός και τις δυνατότητες των οργάνων όρασης, μπορείτε να δείτε τον κόσμο γύρω σας. Δυστυχώς, λίγοι άνθρωποι μπορούν να καυχηθούν για τέλεια όραση. Με τη βοήθεια αυτής της πειθαρχίας, κατέστη δυνατή η αποκατάσταση της ικανότητας των ανθρώπων να βλέπουν καλύτερα με γυαλιά και φακούς επαφής. Ως εκ τούτου, τα ιατρικά ιδρύματα που συμμετέχουν στην επιλογή προϊόντων διόρθωσης όρασης έλαβαν επίσης το αντίστοιχο όνομα - οπτική.
Μπορούμε να το συνοψίσουμε. Άρα, η οπτική είναι η επιστήμη των ιδιοτήτων του φωτός, που επηρεάζει πολλούς τομείς της ζωής και έχει ευρεία εφαρμογή στην επιστήμη και στην καθημερινή ζωή.
Φως- Πρόκειται για ηλεκτρομαγνητικά κύματα, τα μήκη κύματος των οποίων για το μέσο ανθρώπινο μάτι κυμαίνονται από 400 έως 760 nm. Μέσα σε αυτά τα όρια καλείται φως ορατός. Το φως με το μεγαλύτερο μήκος κύματος φαίνεται κόκκινο σε εμάς και το φως με το μικρότερο μήκος κύματος φαίνεται ιώδες. Είναι εύκολο να θυμάστε την εναλλαγή των χρωμάτων στο φάσμα χρησιμοποιώντας το ρητό " ΠΡΟΣ ΤΗΝκάθε ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕκυνηγός ΚΑΙθέλει ΖΜπα, σολ de ΜΕπηγαίνει φάαντάν." Τα πρώτα γράμματα των λέξεων του ρητού αντιστοιχούν στα πρώτα γράμματα των βασικών χρωμάτων του φάσματος σε φθίνουσα σειρά μήκους κύματος (και, κατά συνέπεια, αυξανόμενη συχνότητα): " ΠΡΟΣ ΤΗΝτο κόκκινο - ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕεύρος - ΚΑΙκίτρινο - Ζπράσινο - σολμπλε - ΜΕμπλε - φάμωβ." Το φως με μήκη κύματος μεγαλύτερο από το κόκκινο ονομάζεται υπέρυθρες. Τα μάτια μας δεν το παρατηρούν, αλλά το δέρμα μας καταγράφει τέτοια κύματα με τη μορφή θερμικής ακτινοβολίας. Το φως με μήκη κύματος μικρότερο από το ιώδες ονομάζεται υπεριώδης.
Ηλεκτρομαγνητικά κύματα(και ειδικότερα, ελαφρά κύματα, ή απλά φως) είναι ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο που διαδίδεται στο χώρο και στο χρόνο. Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα είναι εγκάρσια - τα διανύσματα της ηλεκτρικής έντασης και της μαγνητικής επαγωγής είναι κάθετα μεταξύ τους και βρίσκονται σε ένα επίπεδο κάθετο προς την κατεύθυνση διάδοσης του κύματος. Τα κύματα φωτός, όπως και κάθε άλλο ηλεκτρομαγνητικό κύματα, διαδίδονται στην ύλη με πεπερασμένη ταχύτητα, η οποία μπορεί να υπολογιστεί από τον τύπο:
Οπου: ε Και μ – διηλεκτρική και μαγνητική διαπερατότητα της ουσίας, ε 0 και μ 0 – ηλεκτρικές και μαγνητικές σταθερές: ε 0 = 8,85419 10 –12 F/m, μ 0 = 1,25664·10 –6 H/m. Ταχύτητα φωτός στο κενό(Οπου ε = μ = 1) είναι σταθερό και ίσο Με= 3∙10 8 m/s, μπορεί επίσης να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον τύπο:
Η ταχύτητα του φωτός στο κενό είναι μια από τις θεμελιώδεις φυσικές σταθερές. Εάν το φως διαδίδεται σε οποιοδήποτε μέσο, τότε η ταχύτητα διάδοσής του εκφράζεται επίσης με την ακόλουθη σχέση:
Οπου: n– ο δείκτης διάθλασης μιας ουσίας είναι ένα φυσικό μέγεθος που δείχνει πόσες φορές η ταχύτητα του φωτός σε ένα μέσο είναι μικρότερη από ό,τι στο κενό. Ο δείκτης διάθλασης, όπως φαίνεται από τους προηγούμενους τύπους, μπορεί να υπολογιστεί ως εξής:
- Το φως μεταφέρει ενέργεια.Όταν τα κύματα φωτός διαδίδονται, προκύπτει μια ροή ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας.
- Τα κύματα φωτός εκπέμπονται ως μεμονωμένα κβάντα ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας (φωτόνια) από άτομα ή μόρια.
Εκτός από το φως, υπάρχουν και άλλα είδη ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Παρακάτω παρατίθενται κατά σειρά φθίνουσας διάρκειας κύματος (και, κατά συνέπεια, αυξανόμενης συχνότητας):
- Ραδιοκύματα;
- Υπέρυθρη ακτινοβολία;
- Ορατό φως;
- Υπεριωδης ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ;
- Ακτινοβολία ακτίνων Χ;
- Ακτινοβολία γάμμα.
Παρέμβαση
Παρέμβαση– μια από τις πιο φωτεινές εκδηλώσεις της κυματικής φύσης του φωτός. Συνδέεται με την ανακατανομή της φωτεινής ενέργειας στο χώρο κατά την εφαρμογή του λεγόμενου συναφήςκύματα, δηλαδή κύματα που έχουν τις ίδιες συχνότητες και σταθερή διαφορά φάσης. Η ένταση φωτός στην περιοχή επικάλυψης δέσμης έχει τον χαρακτήρα εναλλασσόμενων φωτεινών και σκοτεινών λωρίδων, με την ένταση στα μέγιστα να είναι μεγαλύτερη και στα ελάχιστα μικρότερη από το άθροισμα των εντάσεων της δέσμης. Όταν χρησιμοποιείτε λευκό φως, τα κρόσσια παρεμβολής εμφανίζονται σε διαφορετικά χρώματα του φάσματος.
Για τον υπολογισμό της παρεμβολής, χρησιμοποιείται η έννοια μήκος οπτικής διαδρομής. Αφήστε το φως να διανύσει την απόσταση μεγάλοσε μέσο με δείκτη διάθλασης n. Στη συνέχεια, το μήκος της οπτικής διαδρομής του υπολογίζεται από τον τύπο:
Για να προκύψουν παρεμβολές, πρέπει να επικαλύπτονται τουλάχιστον δύο δοκοί. Για αυτούς υπολογίζεται διαφορά οπτικής διαδρομής(διαφορά οπτικού μήκους) σύμφωνα με τον ακόλουθο τύπο:
Αυτή η τιμή είναι που καθορίζει τι συμβαίνει κατά τη διάρκεια της παρεμβολής: ελάχιστο ή μέγιστο. Θυμηθείτε τα εξής: μέγιστη παρεμβολή(ελαφριά λωρίδα) παρατηρείται σε εκείνα τα σημεία του χώρου στα οποία ικανοποιείται η ακόλουθη συνθήκη:
Στο Μ= 0, παρατηρείται μέγιστη μηδενική τάξη, στο Μ= ±1 μέγιστο της πρώτης τάξης και ούτω καθεξής. Ελάχιστη παρεμβολή(σκοτεινή ζώνη) παρατηρείται όταν πληρούται η ακόλουθη προϋπόθεση:
Η διαφορά φάσης ταλάντωσης είναι:
Για τον πρώτο περιττό αριθμό (ένα) θα υπάρχει ελάχιστος της πρώτης σειράς, για τον δεύτερο (τρεις) ελάχιστος της δεύτερης σειράς κ.λπ. Δεν υπάρχει ελάχιστο μηδενική παραγγελία.
Περίθλαση. Σχάρα περίθλασης
Περίθλασηφως είναι το φαινόμενο της απόκλισης του φωτός από την ευθύγραμμη κατεύθυνση διάδοσης όταν περνάει κοντά σε εμπόδια των οποίων οι διαστάσεις είναι συγκρίσιμες με το μήκος κύματος του φωτός (φωτός που κάμπτεται γύρω από εμπόδια). Η εμπειρία δείχνει ότι το φως, υπό ορισμένες συνθήκες, μπορεί να εισέλθει στην περιοχή της γεωμετρικής σκιάς (δηλαδή να είναι εκεί που δεν πρέπει). Εάν υπάρχει ένα στρογγυλό εμπόδιο στη διαδρομή μιας παράλληλης δέσμης φωτός (ένας στρογγυλός δίσκος, μια μπάλα ή μια στρογγυλή τρύπα σε μια αδιαφανή οθόνη), τότε στην οθόνη που βρίσκεται σε αρκετά μεγάλη απόσταση από το εμπόδιο, μοτίβο περίθλασης– σύστημα εναλλασσόμενων φωτεινών και σκούρων δακτυλίων. Εάν το εμπόδιο είναι γραμμικό (σχισμή, σπείρωμα, άκρη της οθόνης), τότε στην οθόνη εμφανίζεται ένα σύστημα παράλληλων κροσσών περίθλασης.
Σχάρες περίθλασηςείναι περιοδικές κατασκευές που χαράσσονται από ειδικό διαχωριστικό μηχάνημα στην επιφάνεια μιας γυάλινης ή μεταλλικής πλάκας. Σε καλές σχάρες, οι γραμμές παράλληλες μεταξύ τους έχουν μήκος περίπου 10 cm και υπάρχουν έως και 2000 γραμμές ανά χιλιοστό. Σε αυτή την περίπτωση, το συνολικό μήκος της σχάρας φτάνει τα 10–15 εκ. Η παραγωγή τέτοιων σχάρων απαιτεί τη χρήση των υψηλότερων τεχνολογιών. Στην πράξη, χρησιμοποιούνται επίσης πιο χονδροειδείς σχάρες με 50–100 γραμμές ανά χιλιοστό που εφαρμόζονται στην επιφάνεια μιας διαφανούς μεμβράνης.
Όταν το φως προσπίπτει κανονικά σε ένα πλέγμα περίθλασης, παρατηρούνται μέγιστα σε ορισμένες κατευθύνσεις (εκτός από αυτήν στην οποία προσπίπτει αρχικά το φως). Για να παρατηρηθούν μέγιστη παρεμβολή, πρέπει να πληρούται η ακόλουθη προϋπόθεση:
Οπου: ρε– περίοδος (ή σταθερά) του πλέγματος (απόσταση μεταξύ γειτονικών γραμμών), Μείναι ένας ακέραιος αριθμός που ονομάζεται τάξη του μέγιστου περίθλασης. Σε εκείνα τα σημεία της οθόνης για τα οποία πληρούται αυτή η προϋπόθεση, βρίσκονται τα λεγόμενα κύρια μέγιστα του σχεδίου περίθλασης.
Νόμοι της γεωμετρικής οπτικής
Γεωμετρική οπτικήείναι ένας κλάδος της φυσικής που δεν λαμβάνει υπόψη τις κυματικές ιδιότητες του φωτός. Οι βασικοί νόμοι της γεωμετρικής οπτικής ήταν γνωστοί πολύ πριν εδραιωθεί η φυσική φύση του φωτός.
Οπτικά ομοιογενές μέσο- πρόκειται για ένα μέσο σε ολόκληρο τον όγκο του οποίου ο δείκτης διάθλασης παραμένει αμετάβλητος.
Ο νόμος της ευθύγραμμης διάδοσης του φωτός:Σε ένα οπτικά ομοιογενές μέσο, το φως διαδίδεται ευθύγραμμα. Αυτός ο νόμος οδηγεί στην ιδέα μιας ακτίνας φωτός ως μια γεωμετρική γραμμή κατά μήκος της οποίας διαδίδεται το φως. Πρέπει να σημειωθεί ότι ο νόμος της ευθύγραμμης διάδοσης του φωτός παραβιάζεται και η έννοια της δέσμης φωτός χάνει το νόημά της εάν το φως διέρχεται από μικρές τρύπες των οποίων οι διαστάσεις είναι συγκρίσιμες με το μήκος κύματος (στην περίπτωση αυτή παρατηρείται περίθλαση).
Στη διεπαφή μεταξύ δύο διαφανών μέσων, το φως μπορεί να ανακλάται εν μέρει έτσι ώστε μέρος της φωτεινής ενέργειας να διαδίδεται σε νέα κατεύθυνση μετά την ανάκλαση και εν μέρει να περάσει από το όριο και να διαδοθεί στο δεύτερο μέσο.
Νόμος της ανάκλασης του φωτός:οι προσπίπτουσες και οι ανακλώμενες ακτίνες, καθώς και η κάθετη στη διεπαφή μεταξύ των δύο μέσων, που ανακατασκευάζονται στο σημείο πρόσπτωσης της ακτίνας, βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο (το επίπεδο πρόσπτωσης). Γωνία ανάκλασης γ ίση με τη γωνία πρόσπτωσης α . Σημειώστε ότι όλες οι γωνίες στην οπτική μετρούνται από την κάθετη έως τη διεπαφή μεταξύ των δύο μέσων.
Νόμος της διάθλασης του φωτός (νόμος Snell):οι προσπίπτουσες και διαθλασμένες ακτίνες, καθώς και η κάθετη στη διεπαφή μεταξύ των δύο μέσων, που ανακατασκευάζονται στο σημείο πρόσπτωσης της ακτίνας, βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο. Ημιτονοειδής λόγος γωνίας πρόσπτωσης α στο ημίτονο της γωνίας διάθλασης β είναι μια σταθερή τιμή για δύο δεδομένα μέσα και καθορίζεται από την έκφραση:
Ο νόμος της διάθλασης θεσπίστηκε πειραματικά από τον Ολλανδό επιστήμονα W. Snellius το 1621. Σταθερή αξία n 21 καλούνται σχετικός δείκτης διάθλασηςτο δεύτερο περιβάλλον σε σχέση με το πρώτο. Ο δείκτης διάθλασης ενός μέσου σε σχέση με το κενό ονομάζεται απόλυτος δείκτης διάθλασης.
Ένα μέσο με μεγαλύτερη απόλυτη τιμή ονομάζεται οπτικά πυκνότερο και ένα μέσο με μικρότερη απόλυτη τιμή ονομάζεται λιγότερο πυκνό. Όταν μετακινείται από ένα λιγότερο πυκνό μέσο σε ένα πιο πυκνό, η δέσμη «πιέζει» την κάθετη και όταν μετακινείται από ένα πιο πυκνό σε ένα λιγότερο πυκνό μέσο, «απομακρύνεται» από την κάθετη. Η μόνη περίπτωση που μια ακτίνα δεν διαθλάται είναι εάν η γωνία πρόσπτωσης είναι 0 (δηλαδή οι ακτίνες είναι κάθετες στη διεπιφάνεια).
Όταν το φως περνά από ένα οπτικά πυκνότερο μέσο σε ένα οπτικά λιγότερο πυκνό n 2 < n 1 (για παράδειγμα, από γυαλί στον αέρα) μπορεί να παρατηρηθεί φαινόμενο της συνολικής εσωτερικής αντανάκλασης, δηλαδή την εξαφάνιση της διαθλασμένης ακτίνας. Αυτό το φαινόμενο παρατηρείται σε γωνίες πρόσπτωσης που υπερβαίνουν μια ορισμένη κρίσιμη γωνία α pr, που λέγεται περιοριστική γωνία ολικής εσωτερικής ανάκλασης. Για γωνία πρόσπτωσης α = α pr, αμαρτία β = 1, αφού β = 90°, αυτό σημαίνει ότι η διαθλασμένη ακτίνα πηγαίνει κατά μήκος της ίδιας της διεπαφής και, σύμφωνα με το νόμο του Snell, ικανοποιείται η ακόλουθη συνθήκη:
Μόλις η γωνία πρόσπτωσης γίνει μεγαλύτερη από την οριακή, η διαθλασμένη ακτίνα δεν πηγαίνει πλέον απλώς κατά μήκος του ορίου, αλλά δεν φαίνεται καθόλου, αφού το ημίτονο της πρέπει τώρα να είναι μεγαλύτερο από ένα, αλλά αυτό δεν μπορεί να συμβεί.
Φακοί
Φακόςείναι ένα διαφανές σώμα που οριοθετείται από δύο σφαιρικές επιφάνειες. Εάν το πάχος του ίδιου του φακού είναι μικρό σε σύγκριση με τις ακτίνες καμπυλότητας των σφαιρικών επιφανειών, τότε ο φακός ονομάζεται λεπτός.
Υπάρχουν φακοί περισυλλογήΚαι διασκόρπιση. Εάν ο δείκτης διάθλασης του φακού είναι μεγαλύτερος από αυτόν του περιβάλλοντος μέσου, τότε ο συγκλίνοντας φακός στη μέση είναι παχύτερος από ό,τι στις άκρες και ο αποκλίνων φακός, αντίθετα, είναι πιο λεπτός στο μεσαίο τμήμα. Αν ο δείκτης διάθλασης του φακού είναι μικρότερος από αυτόν του περιβάλλοντος μέσου, τότε ισχύει το αντίθετο.
Μια ευθεία γραμμή που διέρχεται από τα κέντρα καμπυλότητας των σφαιρικών επιφανειών ονομάζεται κύριος οπτικός άξονας του φακού. Στην περίπτωση των λεπτών φακών, μπορούμε περίπου να υποθέσουμε ότι ο κύριος οπτικός άξονας τέμνεται με τον φακό σε ένα σημείο, το οποίο συνήθως ονομάζεται οπτικό κέντρο του φακού. Η δέσμη φωτός διέρχεται από το οπτικό κέντρο του φακού χωρίς να αποκλίνει από την αρχική της κατεύθυνση. Όλες οι ευθείες που διέρχονται από το οπτικό κέντρο ονομάζονται δευτερεύοντες οπτικούς άξονες.
Εάν μια δέσμη ακτίνων παράλληλη προς τον κύριο οπτικό άξονα κατευθύνεται προς έναν φακό, τότε αφού περάσουν από τον φακό οι ακτίνες (ή η συνέχειά τους) θα συγκλίνουν σε ένα σημείο φά, η οποία ονομάζεται κύρια εστίαση του φακού. Ένας λεπτός φακός έχει δύο κύριες εστίες, συμμετρικά τοποθετημένες σε σχέση με τον φακό στον κύριο οπτικό άξονα. Οι συγκλίνοντες φακοί έχουν πραγματικές εστίες, ενώ οι αποκλίνοντες φακοί έχουν φανταστικές εστίες. Απόσταση μεταξύ του οπτικού κέντρου του φακού Οκαι κύρια εστίαση φάπου ονομάζεται εστιακό μήκος. Δηλώνεται με το ίδιο γράμμα φά.
Φόρμουλα φακού
Η κύρια ιδιότητα των φακών είναι η ικανότητα να παράγουν εικόνες αντικειμένων. Εικόνα- αυτό είναι το σημείο στο χώρο όπου τέμνονται οι ακτίνες (ή οι προεκτάσεις τους) που εκπέμπονται από την πηγή μετά τη διάθλαση στον φακό. Έρχονται εικόνες ευθείαΚαι άνω κάτω, έγκυρος(οι ίδιες οι ακτίνες τέμνονται) και φανταστικο(οι συνέχειες των ακτίνων τέμνονται), διευρυμένηΚαι μειωμένος.
Η θέση της εικόνας και ο χαρακτήρας της μπορούν να προσδιοριστούν χρησιμοποιώντας γεωμετρικές κατασκευές. Για να το κάνετε αυτό, χρησιμοποιήστε τις ιδιότητες ορισμένων τυπικών ακτίνων, η πορεία των οποίων είναι γνωστή. Πρόκειται για ακτίνες που διέρχονται από το οπτικό κέντρο ή ένα από τα εστιακά σημεία του φακού, καθώς και ακτίνες παράλληλες προς τον κύριο ή έναν από τους δευτερεύοντες οπτικούς άξονες.
Για απλότητα, μπορείτε να θυμάστε ότι η εικόνα ενός σημείου θα είναι ένα σημείο. Η εικόνα ενός σημείου που βρίσκεται στον κύριο οπτικό άξονα βρίσκεται στον κύριο οπτικό άξονα. Η εικόνα ενός τμήματος είναι ένα τμήμα. Εάν ένα τμήμα είναι κάθετο στον κύριο οπτικό άξονα, τότε η εικόνα του είναι κάθετη στον κύριο οπτικό άξονα. Αλλά εάν το τμήμα έχει κλίση προς τον κύριο οπτικό άξονα υπό μια ορισμένη γωνία, τότε η εικόνα του θα είναι κεκλιμένη σε κάποια άλλη γωνία.
Οι εικόνες μπορούν επίσης να υπολογιστούν χρησιμοποιώντας φόρμουλες λεπτών φακών. Αν η μικρότερη απόσταση από ένα αντικείμενο σε έναν φακό συμβολίζεται με ρε, και η μικρότερη απόσταση από το φακό στην εικόνα είναι διαμπερής φά, τότε ο τύπος λεπτού φακού μπορεί να γραφτεί ως:
Μέγεθος ρε, το αντίστροφο της εστιακής απόστασης. που ονομάζεται οπτική ισχύς του φακού. Η μονάδα οπτικής ισχύος είναι 1 διόπτρα (ντόπτερ). Διόπτρα είναι η οπτική ισχύς ενός φακού με εστιακή απόσταση 1 m.
Είναι σύνηθες να αντιστοιχίζονται ορισμένα σημάδια στις εστιακές αποστάσεις των φακών: για έναν συγκλίνοντα φακό φά> 0, για διασπορά φά < 0. Оптическая сила рассеивающей линзы также отрицательна.
Ποσότητες ρεΚαι φάυπακούτε επίσης σε έναν ορισμένο κανόνα σημαδιών: φά> 0 – για έγκυρες εικόνες; φά < 0 – для мнимых изображений. Перед ρεΤο σύμβολο «–» τοποθετείται μόνο όταν μια συγκλίνουσα δέσμη ακτίνων πέφτει στον φακό. Στη συνέχεια, επεκτείνονται νοερά στη διασταύρωση πίσω από τον φακό, τοποθετείται μια φανταστική πηγή φωτός και προσδιορίζεται η απόσταση για αυτήν ρε.
Ανάλογα με τη θέση του αντικειμένου σε σχέση με τον φακό, αλλάζουν οι γραμμικές διαστάσεις της εικόνας. Γραμμική αύξησηΦακοί Γ ονομάζεται λόγος των γραμμικών διαστάσεων της εικόνας και του αντικειμένου. Υπάρχει ένας τύπος για τη γραμμική μεγέθυνση ενός φακού:
Σε πολλά οπτικά όργανα, το φως διέρχεται διαδοχικά από δύο ή περισσότερους φακούς. Η εικόνα ενός αντικειμένου που δίνεται από τον πρώτο φακό χρησιμεύει ως αντικείμενο (πραγματικό ή φανταστικό) για τον δεύτερο φακό, ο οποίος κατασκευάζει μια δεύτερη εικόνα του αντικειμένου κ.λπ.
Η επιτυχής, επιμελής και υπεύθυνη εφαρμογή αυτών των τριών σημείων, καθώς και η υπεύθυνη μελέτη των τελικών προπονητικών τεστ, θα σας επιτρέψουν να δείξετε ένα εξαιρετικό αποτέλεσμα στην αξονική τομογραφία, το μέγιστο από αυτό που μπορείτε.
Βρήκατε κάποιο λάθος;
Εάν πιστεύετε ότι έχετε βρει κάποιο σφάλμα στο εκπαιδευτικό υλικό, τότε παρακαλώ γράψτε γι 'αυτό στο ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ(). Στο γράμμα, αναφέρετε το θέμα (φυσική ή μαθηματικά), το όνομα ή τον αριθμό του θέματος ή του τεστ, τον αριθμό του προβλήματος ή τη θέση στο κείμενο (σελίδα) όπου, κατά τη γνώμη σας, υπάρχει σφάλμα. Περιγράψτε επίσης ποιο είναι το ύποπτο σφάλμα. Το γράμμα σας δεν θα περάσει απαρατήρητο, το σφάλμα είτε θα διορθωθεί είτε θα σας εξηγηθεί γιατί δεν είναι λάθος.
