Perkenalan................................................. ....... ................................................... ............. ........................... 2
Bab 1. Hukum dasar fenomena optik................................................ .......... 4
1.1 Hukum perambatan cahaya bujursangkar................................................ ......... ......... 4
1.2 Hukum independensi berkas cahaya................................................ ....... ...................... 5
1.3 Hukum pemantulan cahaya.................................................. ....... ................................................... ............. .5
1.4 Hukum pembiasan cahaya................................................ ........................................... ..... 5
Bab 2. Sistem optik ideal................................................ ........ ......... 7
Bab 3. Komponen sistem optik................................................ ......... .. 9
3.1 Diafragma dan perannya dalam sistem optik.................................. .......... ............ 9
3.2 Pintu masuk dan keluar murid.................................................. ....... ................................................... .10
Bab 4. Sistem optik modern................................................ ......... .12
4.1 Sistem optik................................................ ................................................ .......... ..... 12
4.2 Peralatan fotografi................................................ .................................................... 13
4.3 Mata sebagai sistem optik................................................ ......... ................................................ 13
Bab 5. Sistem optik yang membantu mata................................ 16
5.1 Kaca pembesar................................................ ................................................ .......... ................................... 17
5.2 Mikroskop................................................ ... ............................................... ......... ...................... 18
5.3 Lingkup pengamatan................................................ .................... .............................. ........................ ............ 20
5.4 Perangkat proyeksi................................................ .................... .............................. ................. 21
5.5 Perangkat spektral................................................ ..... ........................................ ............ 22
5.6 Alat ukur optik................................................ ...... ........................... 23
Kesimpulan................................................. ................................................. ...... ........................... 28
Daftar Pustaka................................................ . ................................................. ..... ..... 29
Perkenalan.
Optik adalah salah satu cabang ilmu fisika yang mempelajari sifat radiasi optik (cahaya), perambatannya dan fenomena yang diamati selama interaksi cahaya dan materi. Radiasi optik adalah gelombang elektromagnetik, dan oleh karena itu optik adalah bagiannya pengajaran umum tentang medan elektromagnetik.
Optik adalah studi tentang fenomena fisik terkait dengan perambatan gelombang elektromagnetik pendek, yang panjangnya kira-kira 10 -5 -10 -7 m Pentingnya wilayah spektrum gelombang elektromagnetik ini disebabkan oleh fakta bahwa di dalamnya, dalam rentang sempit panjang gelombang 400-760 nm, terdapat wilayah cahaya tampak, yang langsung dilihat oleh mata manusia. Di satu sisi dibatasi oleh sinar-X, dan di sisi lain oleh jangkauan emisi radio gelombang mikro. Dari sudut pandang fisika dari proses yang terjadi, mengisolasi spektrum gelombang elektromagnetik yang sempit (cahaya tampak) tidak masuk akal, oleh karena itu konsep “rentang optik” biasanya juga mencakup radiasi infra merah dan ultraviolet.
Batasan jangkauan optik bersifat kondisional dan sangat ditentukan oleh kesamaan sarana teknis dan metode untuk mempelajari fenomena dalam rentang tertentu. Alat dan metode ini dicirikan dengan didasarkan pada sifat gelombang radiasi, pembentukan gambar objek optik menggunakan perangkat yang dimensi liniernya jauh lebih besar daripada panjang radiasi, serta penggunaan penerima cahaya, yang tindakannya didasarkan pada sifat kuantumnya.
Menurut tradisi, optik biasanya dibagi menjadi geometris, fisik dan fisiologis. Optik geometris meninggalkan pertanyaan tentang sifat cahaya, berangkat dari hukum empiris perambatannya dan menggunakan gagasan sinar cahaya yang dibiaskan dan dipantulkan pada batas media dengan sifat optik berbeda dan bujursangkar dalam media optik homogen. Tugasnya adalah mempelajari secara matematis jalur sinar cahaya dalam suatu medium yang diketahui ketergantungan indeks bias n pada koordinat atau, sebaliknya, menemukan sifat optik dan bentuk media transparan dan reflektif di mana sinar muncul sepanjang a jalan yang diberikan. Nilai tertinggi optik geometris digunakan untuk penghitungan dan desain instrumen optik - mulai dari lensa kacamata hingga lensa kompleks dan instrumen astronomi besar.
Optika fisika mengkaji masalah-masalah yang berkaitan dengan sifat cahaya dan fenomena cahaya. Pernyataan bahwa cahaya adalah gelombang elektromagnetik transversal didasarkan pada hasil sejumlah besar studi eksperimental tentang difraksi cahaya, interferensi, polarisasi cahaya, dan propagasi dalam media anisotropik.
Salah satu tugas optik tradisional yang paling penting adalah mendapatkan gambar yang sesuai dengan aslinya bentuk geometris, dan distribusi kecerahan diselesaikan terutama oleh optik geometris dengan keterlibatan optik fisik. Optik geometris menjawab pertanyaan bagaimana seharusnya sistem optik dibangun agar setiap titik suatu benda juga digambarkan sebagai sebuah titik dengan tetap menjaga kemiripan geometri bayangan dengan benda tersebut. Ini menunjukkan sumber distorsi gambar dan tingkatnya dalam sistem optik nyata. Untuk membangun sistem optik, teknologi pembuatan bahan optik dengan sifat yang diperlukan, serta teknologi pemrosesan elemen optik, sangatlah penting. Untuk alasan teknologi, lensa dan cermin dengan permukaan bulat paling sering digunakan, tetapi untuk menyederhanakan sistem optik dan meningkatkan kualitas gambar pada rasio aperture tinggi, elemen optik digunakan.
Bab 1. Hukum dasar fenomena optik.
Sudah pada periode pertama penelitian optik, empat hukum dasar fenomena optik berikut telah ditetapkan secara eksperimental:
1. Hukum perambatan cahaya bujursangkar.
2. Hukum independensi berkas cahaya.
3. Hukum pemantulan pada permukaan cermin.
4. Hukum pembiasan cahaya pada batas dua media transparan.
Studi lebih lanjut terhadap undang-undang ini menunjukkan, pertama, bahwa undang-undang tersebut memiliki lebih banyak lagi arti yang dalam, daripada yang terlihat pada pandangan pertama, dan kedua, penerapannya terbatas, dan hanya merupakan hukum perkiraan. Penetapan kondisi dan batasan penerapan hukum dasar optik berarti kemajuan penting dalam studi sifat cahaya.
Inti dari undang-undang ini adalah sebagai berikut.
Pada medium homogen, cahaya merambat lurus.
Hukum ini ditemukan dalam karya optik yang dikaitkan dengan Euclid dan mungkin telah diketahui dan diterapkan jauh lebih awal.
Bukti eksperimental hukum ini dapat diperoleh dari pengamatan bayangan tajam yang dihasilkan oleh sumber titik cahaya, atau memperoleh gambar menggunakan lubang kecil. Beras. Gambar 1 mengilustrasikan perolehan gambar menggunakan aperture kecil, bentuk dan ukuran gambar menunjukkan bahwa proyeksi terjadi menggunakan sinar lurus.
Gambar 1 Perambatan cahaya bujursangkar: akuisisi gambar menggunakan aperture kecil.
Hukum perambatan bujursangkar dapat dianggap telah ditetapkan secara pasti berdasarkan pengalaman. Maknanya sangat dalam, karena konsep garis lurus ternyata muncul dari pengamatan optik. Konsep geometris garis lurus, sebagai garis yang mewakili jarak terpendek antara dua titik, adalah konsep garis yang merambat dalam medium homogen.
Sebuah studi yang lebih rinci tentang fenomena yang dijelaskan menunjukkan bahwa hukum perambatan cahaya bujursangkar kehilangan kekuatannya jika kita berpindah ke lubang yang sangat kecil.
Jadi, dalam percobaan yang digambarkan pada Gambar. 1, kita dapatkan gambar yang bagus dengan ukuran lubang sekitar 0,5 mm. Dengan pengecilan lubang selanjutnya, gambar akan menjadi tidak sempurna, dan dengan lubang sekitar 0,5-0,1 mikron, gambar tidak akan berfungsi sama sekali dan layar akan menyala hampir merata.
Fluks cahaya dapat dibagi menjadi berkas cahaya terpisah dengan menyorotnya, misalnya, menggunakan diafragma. Aksi berkas cahaya yang dipilih ini bersifat independen, yaitu. efek yang dihasilkan oleh satu sinar tidak bergantung pada apakah sinar lain bekerja secara bersamaan atau dihilangkan.
Sinar datang, garis normal permukaan pantul, dan sinar pantul terletak pada bidang yang sama (Gbr. 2), dan sudut antara sinar dan garis normal adalah sama besar: sudut datang i sama dengan sudut refleksi saya". Hukum ini juga disebutkan dalam karya Euclid. Pembentukannya dikaitkan dengan penggunaan permukaan logam yang dipoles (cermin), yang sudah dikenal pada zaman yang sangat jauh.
Beras. 2 Hukum refleksi.
Beras. 3 Hukum pembiasan.
Diafragma adalah penghalang buram yang membatasi persilangan berkas cahaya dalam sistem optik (dalam teleskop, pengukur jarak, mikroskop, film dan kamera fotografi, dll.). Peran diafragma sering dimainkan oleh bingkai lensa, prisma, cermin, dan bagian optik lainnya, pupil mata, batas objek yang diterangi, dan dalam spektroskop - celah.
Sistem optik apa pun - mata bersenjata dan tanpa bantuan, peralatan fotografi, peralatan proyeksi - pada akhirnya menggambar gambar pada bidang (layar, pelat fotografi, retina); objek dalam banyak kasus berbentuk tiga dimensi. Namun, bahkan sistem optik yang ideal, tanpa dibatasi, tidak akan menghasilkan gambar objek tiga dimensi pada bidang datar. Memang, titik-titik individual dari objek tiga dimensi berada pada jarak yang berbeda dari sistem optik, dan titik-titik tersebut berhubungan dengan bidang konjugasi yang berbeda.
Titik bercahaya O (Gbr. 5) memberikan gambaran tajam O` pada bidang MM 1 yang terkonjugasi dengan EE. Namun titik A dan B memberikan bayangan yang tajam pada A` dan B`, dan pada bidang MM diproyeksikan sebagai lingkaran cahaya, yang besarnya bergantung pada batasan lebar berkas. Jika sistemnya tidak tak terbatas, maka sinar dari A dan B akan menerangi bidang MM secara merata, yang berarti tidak akan diperoleh bayangan benda, melainkan hanya bayangan titik-titik individualnya yang terletak pada bidang EE.
Semakin sempit sinarnya, semakin jelas bayangan ruang benda pada bidang tersebut. Lebih tepatnya, bukan objek spasial itu sendiri yang digambarkan pada bidang tersebut, melainkan gambar datar, yang merupakan proyeksi objek tersebut ke bidang EE (bidang instalasi) tertentu, yang dikonjugasikan relatif terhadap sistem dengan bidang gambar MM. Pusat proyeksi merupakan salah satu titik sistem (pusat pupil masuk alat optik).
Ukuran dan posisi aperture menentukan pencahayaan dan kualitas gambar, kedalaman bidang dan resolusi sistem optik, serta bidang pandang.
Diafragma yang paling kuat membatasi berkas cahaya disebut bukaan atau efektif. Perannya dapat dimainkan oleh bingkai lensa atau diafragma peledak khusus, jika diafragma ini membatasi berkas cahaya lebih kuat daripada bingkai lensa.
|
|||
Diafragma bukaan eksplosif sering kali terletak di antara masing-masing komponen (lensa) dari sistem optik yang kompleks (Gbr. 6), tetapi dapat ditempatkan di depan atau di belakang sistem.
Jika BB adalah diafragma bukaan nyata (Gbr. 6), dan B 1 B 1 dan B 2 B 2 adalah bayangannya di bagian depan dan belakang sistem, maka semua sinar yang melewati BB akan melewati B 1 B 1 dan B 2 B 2 dan sebaliknya, yaitu. salah satu diafragma ВВ, В 1 В 1, В 2 В 2 membatasi sinar aktif.
Pupil masuk adalah lubang sebenarnya atau bayangannya yang paling membatasi sinar masuk, mis. terlihat pada sudut terkecil dari titik potong sumbu optik dengan bidang benda.
Pupil keluar adalah lubang atau bayangannya yang membatasi pancaran sinar yang keluar dari sistem. Pupil masuk dan keluar terkonjugasi terhadap keseluruhan sistem.
Peran murid masuk dapat dimainkan oleh satu atau beberapa lubang atau bayangannya (nyata atau imajiner). Dalam beberapa kasus penting, objek yang dicitrakan adalah lubang yang diterangi (misalnya, celah spektograf), dan penerangan disediakan langsung oleh sumber cahaya yang terletak di dekat lubang, atau melalui kondensor tambahan. Dalam hal ini, tergantung pada lokasinya, peran pupil masuk dapat dimainkan oleh batas sumber atau bayangannya, atau batas kondensor, dll.
Jika diafragma bukaan terletak di depan sistem, maka diafragma tersebut bertepatan dengan pupil masuk, dan pupil keluar akan menjadi bayangannya dalam sistem ini. Jika letaknya di belakang sistem, maka ia bertepatan dengan pupil keluar, dan pupil masuk akan menjadi gambarannya di dalam sistem. Jika diafragma bukaan bahan peledak terletak di dalam sistem (Gbr. 6), maka gambar B 1 B 1 di bagian depan sistem berfungsi sebagai pupil masuk, dan gambar B 2 B 2 di bagian belakang sistem. berfungsi sebagai murid keluar. Sudut di mana jari-jari pupil masuk terlihat dari titik potong sumbu dengan bidang benda disebut “sudut bukaan”, dan sudut di mana jari-jari pupil keluar terlihat dari titik tersebut. perpotongan sumbu dengan bidang gambar adalah sudut proyeksi atau sudut bukaan keluar. [3]
Bab 4. Sistem optik modern.
Lensa tipis mewakili sistem optik paling sederhana. Lensa tipis sederhana digunakan terutama dalam bentuk kacamata untuk kacamata. Selain itu, penggunaan lensa sebagai kaca pembesar sudah dikenal luas.
Cara kerja banyak instrumen optik - lampu proyeksi, kamera, dan perangkat lain - secara skematis dapat dibandingkan dengan cara kerja lensa tipis. Namun, lensa tipis memberikan gambar yang bagus hanya dalam kasus yang relatif jarang terjadi ketika seseorang dapat membatasi dirinya pada sinar satu warna sempit yang datang dari sumber di sepanjang sumbu optik utama atau pada sudut yang besar terhadapnya. Secara mayoritas masalah praktis, jika kondisi ini tidak terpenuhi, gambar yang dihasilkan oleh lensa tipis akan menjadi tidak sempurna. Oleh karena itu, dalam banyak kasus, mereka terpaksa membangun sistem optik yang lebih kompleks jumlah yang besar permukaan bias dan tidak dibatasi oleh persyaratan kedekatan permukaan ini (persyaratan yang dipenuhi oleh lensa tipis). [ 4 ]
Secara umum mata manusia berbentuk benda bulat dengan diameter sekitar 2,5 cm yang disebut bola mata (Gbr. 10). Lapisan luar mata yang buram dan tahan lama disebut sklera, dan bagian depannya yang transparan dan lebih cembung disebut kornea. Di bagian dalam, sklera ditutupi oleh koroid, terdiri dari pembuluh darah yang mensuplai mata. Di seberang kornea, koroid masuk ke dalam iris, yang warnanya berbeda pada orang yang berbeda, yang dipisahkan dari kornea oleh sebuah ruangan yang berisi massa encer transparan.
Ada lubang bundar di iris,
disebut pupil, yang diameternya bisa bermacam-macam. Dengan demikian, iris berperan sebagai diafragma yang mengatur akses cahaya ke mata. Dalam cahaya terang, pupilnya mengecil, dan dalam cahaya redup, pupilnya membesar. Di dalam bola mata di belakang iris terdapat lensa, yaitu lensa bikonveks yang terbuat dari bahan transparan dengan indeks bias sekitar 1,4. Lensa dikelilingi oleh otot cincin, yang dapat mengubah kelengkungan permukaannya, dan juga kekuatan optiknya.
Koroid di bagian dalam mata ditutupi dengan cabang-cabang saraf fotosensitif, terutama yang padat di depan pupil. Cabang-cabang ini membentuk retina, di mana diperoleh gambar sebenarnya dari objek yang dibuat oleh sistem optik mata. Ruang antara retina dan lensa diisi dengan badan vitreous transparan, yang memiliki struktur agar-agar. Bayangan benda di retina terbalik. Namun, aktivitas otak yang menerima sinyal dari saraf fotosensitif memungkinkan kita melihat semua objek pada posisi alaminya.
Ketika otot cincin mata berelaksasi, bayangan benda jauh diperoleh di retina. Secara umum, struktur mata sedemikian rupa sehingga seseorang dapat melihat benda yang jaraknya tidak lebih dari 6 m dari mata tanpa ketegangan. Dalam hal ini, bayangan benda yang lebih dekat diperoleh di belakang retina. Untuk memperoleh gambaran yang jelas suatu benda, otot annulus menekan lensa semakin kuat hingga bayangan benda tersebut muncul di retina, kemudian menahan lensa dalam keadaan terkompresi.
Jadi, “pemfokusan” mata manusia dilakukan dengan mengubah kekuatan optik lensa menggunakan otot annular. Kemampuan sistem optik mata untuk membuat gambar berbeda dari objek yang terletak pada jarak berbeda disebut akomodasi (dari bahasa Latin "akomodasi" - adaptasi). Saat melihat objek yang sangat jauh, sinar sejajar masuk ke mata. Dalam hal ini, mata dikatakan tertampung hingga tak terhingga.
Akomodasi mata tidak terbatas. Dengan bantuan otot annular, kekuatan optik mata dapat meningkat tidak lebih dari 12 dioptri. Jika melihat benda dekat dalam waktu lama, mata menjadi lelah, otot annular mulai mengendur, dan bayangan benda menjadi kabur.
Mata manusia memungkinkan kita melihat objek dengan jelas tidak hanya di siang hari. Kemampuan mata untuk beradaptasi terhadap berbagai tingkat iritasi pada ujung saraf fotosensitif di retina, mis. pada berbagai tingkat kecerahan objek yang diamati disebut adaptasi.
Konvergensi sumbu visual mata pada suatu titik tertentu disebut konvergensi. Bila benda terletak pada jarak yang cukup jauh dari seseorang, maka ketika menggerakkan mata dari satu benda ke benda lain, sumbu mata praktis tidak berubah, dan orang tersebut kehilangan kemampuan untuk menentukan posisi benda dengan benar. Ketika jarak benda sangat jauh, sumbu mata sejajar, dan seseorang bahkan tidak dapat menentukan apakah benda yang dilihatnya bergerak atau tidak. Kekuatan otot annular yang menekan lensa saat melihat benda yang terletak dekat dengan seseorang juga berperan dalam menentukan posisi benda. [2]
Bab 5. Sistem optik yang mempersenjatai mata.
Meskipun mata bukan lensa tipis, Anda masih dapat menemukan titik di dalamnya yang dilalui sinar secara praktis tanpa pembiasan, yaitu. titik yang berperan sebagai pusat optik. Pusat optik mata terletak di dalam lensa dekat permukaan belakangnya. Jarak h dari pusat optik ke retina disebut kedalaman mata, untuk mata normal adalah 15 mm.
Mengetahui posisi pusat optik, Anda dapat dengan mudah membuat bayangan suatu benda di retina mata. Bayangan selalu nyata, tereduksi, dan terbalik (Gbr. 11, a). Sudut φ di mana benda S 1 S 2 terlihat dari pusat optik O disebut sudut pandang.
Retina memiliki struktur yang kompleks dan terdiri dari elemen fotosensitif individu. Oleh karena itu, dua titik suatu benda yang letaknya berdekatan satu sama lain sehingga bayangannya di retina jatuh ke dalam elemen yang sama dianggap oleh mata sebagai satu titik. Sudut pandang minimum di mana dua titik bercahaya atau dua titik hitam pada latar belakang putih masih terlihat secara terpisah oleh mata adalah kira-kira satu menit. Mata kurang dapat mengenali detail suatu benda yang dilihatnya pada sudut kurang dari 1". Ini adalah sudut terlihatnya suatu ruas yang panjangnya 1 cm pada jarak 34 cm dari mata. Dalam pencahayaan buruk (saat senja), sudut resolusi minimum meningkat dan bisa mencapai 1º .
 |
Dengan mendekatkan suatu objek ke mata, kita meningkatkan sudut pandang dan, karenanya, memperolehnya
kemampuan untuk membedakan detail-detail kecil dengan lebih baik. Namun, kita tidak bisa mendekatkannya ke mata, karena kemampuan akomodasi mata terbatas. Untuk mata normal, jarak yang paling baik untuk melihat suatu objek adalah sekitar 25 cm, dimana mata dapat membedakan detail dengan cukup baik tanpa rasa lelah yang berlebihan. Jarak ini disebut jarak penglihatan terbaik. untuk mata rabun jarak ini agak kurang. oleh karena itu, penderita rabun jauh, yang menempatkan objek tersebut lebih dekat ke mata dibandingkan orang dengan penglihatan normal atau penderita rabun dekat, akan melihatnya dari sudut pandang yang lebih besar dan dapat membedakan detail-detail kecil dengan lebih baik.
Peningkatan sudut pandang yang signifikan dicapai dengan menggunakan instrumen optik. Menurut tujuannya, alat optik yang mempersenjatai mata dapat dibagi menjadi beberapa kelompok besar berikut.
1. Alat yang digunakan untuk memeriksa benda yang sangat kecil (kaca pembesar, mikroskop). Perangkat ini seolah-olah “memperbesar” objek yang dimaksud.
2. Alat yang dirancang untuk melihat benda jauh (spotting scope, teropong, teleskop, dll). perangkat ini sepertinya “mendekatkan” objek yang dimaksud.
Dengan meningkatkan sudut pandang saat menggunakan perangkat optik, ukuran bayangan suatu objek di retina meningkat dibandingkan dengan bayangan dengan mata telanjang, dan akibatnya, kemampuan mengenali detail meningkat. Perbandingan panjang b pada retina pada kasus mata bersenjata b" dengan panjang bayangan pada mata telanjang b (Gbr. 11, b) disebut perbesaran alat optik.
Menggunakan Gambar. 11b mudah untuk melihat bahwa pertambahan N juga sama dengan perbandingan sudut pandang φ" ketika melihat suatu benda melalui instrumen dengan sudut pandang φ dengan mata telanjang, karena φ" dan φ kecil. [2,3] Jadi,
N = b" / b = φ" / φ,
dimana N adalah perbesaran benda;
b" adalah panjang bayangan pada retina untuk mata bersenjata;
b adalah panjang bayangan di retina jika dilihat dengan mata telanjang;
φ" – sudut pandang saat melihat suatu objek melalui instrumen optik;
φ – sudut pandang saat melihat suatu objek dengan mata telanjang.
Salah satu instrumen optik paling sederhana adalah kaca pembesar - lensa konvergen yang dirancang untuk melihat gambar benda kecil yang diperbesar. Lensa didekatkan ke mata itu sendiri, dan benda ditempatkan di antara lensa dan fokus utama. Mata akan melihat bayangan benda secara maya dan diperbesar. Cara paling mudah untuk memeriksa suatu objek melalui kaca pembesar adalah dengan mata yang benar-benar rileks, disesuaikan hingga tak terhingga. Caranya, benda diletakkan pada bidang fokus utama lensa sehingga sinar-sinar yang muncul dari setiap titik benda membentuk berkas sejajar di belakang lensa. Pada Gambar. Gambar 12 menunjukkan dua sinar yang datang dari tepi benda. Memasuki mata berakomodasi tak terhingga, pancaran sinar sejajar difokuskan pada retina dan memberikan gambaran jelas pada benda di sini.
 |
Pembesaran sudut. Mata terletak sangat dekat dengan lensa, sehingga sudut pandang dapat diambil sebesar sudut 2γ yang dibentuk oleh sinar-sinar yang datang dari tepi benda melalui pusat optik lensa. Jika tidak ada kaca pembesar, kita harus menempatkan benda pada jarak penglihatan terbaik (25 cm) dari mata dan sudut pandangnya sama dengan 2β. Mengingat segitiga siku-siku dengan panjang sisi 25 cm dan F cm dan menyatakan separuh benda Z, kita dapat menulis:
,
dimana 2γ adalah sudut pandang jika diamati melalui kaca pembesar;
2β - sudut pandang, bila diamati dengan mata telanjang;
F – jarak benda ke kaca pembesar;
Z adalah setengah panjang benda yang bersangkutan.
Mengingat detail-detail kecil biasanya diperiksa melalui kaca pembesar sehingga sudut γ dan β kecil, maka garis singgung dapat diganti dengan sudut. Ini memberikan ekspresi berikut untuk memperbesar kaca pembesar = = .
Oleh karena itu, perbesaran kaca pembesar sebanding dengan 1/F, yaitu daya optiknya.
Alat yang dapat memperoleh perbesaran tinggi ketika melihat benda kecil disebut mikroskop.
Mikroskop paling sederhana terdiri dari dua lensa pengumpul. Lensa fokus sangat pendek L 1 memberikan bayangan nyata yang sangat diperbesar dari benda P"Q" (Gbr. 13), yang dilihat oleh lensa mata seperti kaca pembesar.
 |
dimana P"Q" adalah bayangan nyata suatu benda yang diperbesar;
PQ – ukuran barang;
Mengalikan ekspresi ini, kita mendapatkan = n 1 n 2,
dimana PQ adalah ukuran benda;
P""Q"" - gambar virtual suatu objek yang diperbesar;
n 1 – perbesaran linier lensa;
n 2 – perbesaran linier lensa mata.
Hal ini menunjukkan bahwa perbesaran mikroskop sama dengan hasil kali perbesaran objektif dan lensa okuler secara terpisah. Oleh karena itu, dimungkinkan untuk membuat instrumen yang memberikan perbesaran sangat tinggi - hingga 1000 atau bahkan lebih. Pada mikroskop yang bagus, lensa dan lensa okulernya rumit.
Lensa mata biasanya terdiri dari dua lensa, namun lensanya jauh lebih kompleks. Keinginan untuk memperoleh perbesaran tinggi memaksa penggunaan lensa fokus pendek dengan daya optik yang sangat tinggi. Benda yang dimaksud diletakkan sangat dekat dengan lensa dan menghasilkan berkas sinar lebar yang memenuhi seluruh permukaan lensa pertama. Hal ini menciptakan kondisi yang sangat tidak menguntungkan untuk memperoleh gambar yang tajam: lensa tebal dan sinar tidak berada di tengah. Oleh karena itu, untuk memperbaiki segala macam kekurangan, kita harus menggunakan kombinasi banyak lensa dari berbagai jenis kaca.
Dalam mikroskop modern, batas teoretisnya hampir tercapai. Anda dapat melihat benda-benda yang sangat kecil melalui mikroskop, namun bayangannya muncul dalam bentuk bintik-bintik kecil yang tidak memiliki kemiripan dengan benda tersebut.
Saat memeriksa partikel sekecil itu, mereka menggunakan apa yang disebut ultramikroskop, yaitu mikroskop biasa dengan kondensor yang memungkinkan untuk menerangi objek tersebut secara intensif dari samping, tegak lurus terhadap sumbu mikroskop.
Dengan menggunakan ultramikroskop, partikel yang ukurannya tidak melebihi milimikron dapat dideteksi.
Scope spotting paling sederhana terdiri dari dua lensa konvergen. Lensa yang satu menghadap ke benda yang dilihat disebut lensa objektif, dan lensa lainnya yang menghadap ke mata pengamat disebut lensa okuler.
Lensa L 1 memberikan bayangan nyata dan sangat tereduksi dari benda P 1 Q 1 yang terletak di dekat fokus utama lensa. Lensa mata ditempatkan sedemikian rupa sehingga bayangan benda berada pada fokus utamanya. Dalam posisi ini, lensa mata berperan sebagai kaca pembesar, yang dengannya gambar objek sebenarnya dapat dilihat.
Efek pipa, seperti kaca pembesar, adalah meningkatkan sudut pandang. Dengan menggunakan tabung, benda biasanya diperiksa pada jarak yang berkali-kali lipat lebih besar dari panjangnya. Oleh karena itu, sudut pandang suatu benda yang terlihat tanpa tabung dapat diambil sebagai sudut 2β yang dibentuk oleh sinar-sinar yang datang dari tepi benda melalui pusat optik lensa.
Bayangan terlihat pada sudut 2γ dan terletak hampir pada titik fokus F lensa dan pada fokus F 1 lensa okuler.
Mengingat dua segitiga siku-siku dengan sisi persekutuan Z" kita dapat menulis:
,
F - fokus lensa;
F 1 - fokus lensa mata;
Z" adalah setengah panjang benda yang bersangkutan.
Sudut β dan γ tidak besar, sehingga dengan perkiraan yang cukup, tanβ dan tgγ dapat diganti dengan sudut dan kemudian pertambahan pipa = 
,
dimana 2γ adalah sudut terlihatnya bayangan suatu benda;
2β - sudut pandang di mana suatu objek terlihat dengan mata telanjang;
F - fokus lensa;
F 1 - fokus lensa mata.
Perbesaran sudut tabung ditentukan oleh perbandingan panjang fokus lensa dengan panjang fokus lensa okuler. Untuk mendapatkan perbesaran tinggi, Anda perlu mengambil lensa fokus panjang dan lensa mata fokus pendek. [ 1 ]
Peralatan proyeksi digunakan untuk menampilkan gambar, foto, atau gambar yang diperbesar kepada pemirsa di layar. Gambar di atas kaca atau film transparan disebut slide, dan alat itu sendiri, yang dirancang untuk menampilkan gambar tersebut, disebut diaskop. Jika perangkat tersebut dirancang untuk menampilkan lukisan dan gambar buram, maka disebut episkop. Perangkat yang dirancang untuk kedua kasus tersebut disebut epidiaskop.
Lensa yang menghasilkan bayangan suatu benda di depannya disebut lensa. Biasanya, lensa adalah sistem optik yang telah menghilangkan kekurangan terpenting yang melekat pada masing-masing lensa. Agar bayangan suatu benda dapat terlihat jelas oleh pemirsa, maka benda itu sendiri harus mempunyai penerangan yang terang.
Diagram desain peralatan proyeksi ditunjukkan pada Gambar 16.
Sumber cahaya S diletakkan di tengah-tengah cermin cekung (reflektor) R. Cahaya datang langsung dari sumber S dan dipantulkan dari reflektor R, jatuh pada kondensor K, yang terdiri dari dua lensa plano-cembung. Kondensor mengumpulkan sinar cahaya ini ke dalam
Pada pipa A yang disebut kolimator, terdapat celah sempit yang lebarnya dapat diatur dengan memutar sekrup. Sebuah sumber cahaya ditempatkan di depan celah, yang spektrumnya harus diperiksa. Celah tersebut terletak pada bidang fokus kolimator, sehingga berkas cahaya yang keluar dari kolimator berbentuk berkas sejajar. Setelah melewati prisma, sinar cahaya diarahkan ke tabung B, tempat spektrum diamati. Jika spektroskop dimaksudkan untuk pengukuran, maka gambar skala dengan pembagian ditumpangkan pada gambar spektrum menggunakan perangkat khusus, yang memungkinkan Anda menentukan secara akurat posisi garis warna dalam spektrum.
Saat memeriksa suatu spektrum, seringkali lebih baik memotretnya dan kemudian mempelajarinya menggunakan mikroskop.
Alat untuk memotret spektrum disebut spektrograf.
Diagram spektograf ditunjukkan pada Gambar. 18.
Spektrum radiasi difokuskan menggunakan lensa L 2 pada kaca buram AB, yang diganti dengan pelat fotografi saat memotret. [2]
Alat ukur optik adalah suatu alat ukur yang pengamatannya (penjajaran batas suatu benda yang dikontrol dengan garis rambut, garis bidik, dan lain-lain) atau penentuan ukuran dilakukan dengan menggunakan alat yang prinsip pengoperasiannya optik. Ada tiga kelompok alat ukur optik: alat dengan prinsip penglihatan optik dan metode mekanis untuk melaporkan pergerakan; perangkat dengan penampakan optik dan pelaporan pergerakan; perangkat yang memiliki kontak mekanis dengan alat pengukur, dengan metode optik untuk menentukan pergerakan titik kontak.
Perangkat pertama yang tersebar luas adalah proyektor untuk mengukur dan memantau bagian-bagian dengan kontur kompleks dan ukuran kecil.
Perangkat kedua yang paling umum adalah mikroskop pengukur universal, di mana bagian yang diukur bergerak pada kereta memanjang, dan mikroskop kepala bergerak pada kereta melintang.
Perangkat kelompok ketiga digunakan untuk membandingkan besaran linier yang diukur dengan ukuran atau skala. Mereka biasanya digabungkan dengan nama umum pembanding. Kelompok perangkat ini mencakup optimeter (optikator, mesin pengukur, interferometer kontak, pencari jangkauan optik, dll.).
Alat ukur optik juga tersebar luas di bidang geodesi (level, theodolite, dll).
Theodolite adalah instrumen geodesi untuk menentukan arah dan mengukur sudut horizontal dan vertikal selama pekerjaan geodesi, topografi dan survei, dalam konstruksi, dll.
Level - instrumen geodetik untuk mengukur ketinggian titik-titik di permukaan bumi - meratakan, serta untuk mengatur arah horizontal selama pemasangan, dll. bekerja.
Dalam navigasi, sekstan banyak digunakan - instrumen reflektif cermin goniometri untuk mengukur ketinggian benda langit di atas cakrawala atau sudut antara objek yang terlihat untuk menentukan koordinat tempat pengamat. Fitur terpenting dari sekstan adalah kemampuannya untuk menggabungkan dua objek secara bersamaan di bidang pandang pengamat, di antaranya sudut diukur, yang memungkinkan sekstan digunakan di pesawat atau di kapal tanpa penurunan akurasi yang nyata. bahkan saat melempar.
Arah yang menjanjikan dalam pengembangan alat ukur optik jenis baru adalah melengkapinya dengan alat baca elektronik yang memungkinkan untuk menyederhanakan pembacaan dan penampakan, dll. [ 5 ]
Bab 6. Penerapan sistem optik dalam ilmu pengetahuan dan teknologi.
Penerapan dan peran sistem optik dalam ilmu pengetahuan dan teknologi sangat besar. Tanpa mempelajari fenomena optik dan mengembangkan instrumen optik, umat manusia tidak akan seperti ini level tinggi pengembangan teknologi.
Hampir semua instrumen optik modern dirancang untuk pengamatan visual langsung terhadap fenomena optik.
Hukum konstruksi gambar menjadi dasar konstruksi berbagai instrumen optik. Bagian utama dari setiap perangkat optik adalah semacam sistem optik. Pada beberapa perangkat optik, gambar diperoleh di layar, sementara perangkat lain dirancang untuk bekerja dengan mata. dalam kasus terakhir, perangkat dan mata mewakili sistem optik tunggal, dan gambar diperoleh pada retina mata.
Mempelajari beberapa Sifat kimia zat, para ilmuwan menemukan cara untuk memperbaiki gambar pada permukaan padat, dan untuk memproyeksikan gambar ke permukaan ini mereka mulai menggunakan sistem optik yang terdiri dari lensa. Dengan demikian, dunia menerima kamera foto dan film, dan dengan perkembangan selanjutnya elektronik, kamera video dan digital muncul.
Untuk mempelajari benda-benda kecil yang hampir tidak terlihat oleh mata digunakan kaca pembesar, dan bila perbesarannya kurang maka digunakan mikroskop. Mikroskop optik modern memungkinkan Anda memperbesar gambar hingga 1000 kali, dan mikroskop elektron puluhan ribu kali. Hal ini memungkinkan untuk mempelajari objek pada tingkat molekuler.
Modern penelitian astronomi tidak akan mungkin terjadi tanpa “terompet Galileo” dan “terompet Kepler”. Tabung Galilea, yang sering digunakan pada teropong teater biasa, memberikan gambaran langsung suatu benda, sedangkan tabung Kepler memberikan gambar terbalik. Oleh karena itu, jika tabung Kepler digunakan untuk pengamatan terestrial, maka tabung tersebut dilengkapi dengan sistem pembungkus (lensa tambahan atau sistem prisma), sehingga bayangan menjadi lurus. Contoh alat tersebut adalah teropong prisma.
Keuntungan dari tabung Kepler adalah ia memiliki gambar perantara tambahan, yang pada bidangnya dapat ditempatkan skala pengukuran, pelat fotografi untuk mengambil gambar, dll. Oleh karena itu, dalam astronomi dan semua kasus yang berkaitan dengan pengukuran, tabung Kepler digunakan.
Selain teleskop yang dibuat seperti teleskop, refraktor, teleskop cermin (reflektif), atau reflektor, sangat penting dalam astronomi.
Kemampuan observasi yang diberikan setiap teleskop ditentukan oleh diameter bukaannya. Oleh karena itu, sejak zaman kuno, pemikiran ilmiah dan teknis ditujukan untuk mencari
 |
metode pembuatan cermin dan lensa besar.
Dengan dibangunnya setiap teleskop baru, radius Alam Semesta yang kita amati semakin meluas.
Persepsi visual terhadap ruang luar adalah tindakan yang kompleks, yang keadaan pentingnya adalah dalam kondisi normal kita menggunakan dua mata. Berkat mobilitas mata yang luar biasa, kita dengan cepat memperbaiki satu titik objek demi objek lainnya; pada saat yang sama, kita dapat memperkirakan jarak ke objek yang dimaksud, serta membandingkan jarak tersebut satu sama lain. Penilaian ini memberikan gambaran tentang kedalaman ruang, distribusi volumetrik detail suatu objek, dan memungkinkan penglihatan stereoskopis.
Gambar stereoskopis 1 dan 2 dilihat menggunakan lensa L 1 dan L 2 yang masing-masing ditempatkan di depan salah satu mata. Gambar terletak pada bidang fokus lensa, dan oleh karena itu bayangannya terletak pada jarak tak terhingga. Kedua mata ditampung hingga tak terhingga. Gambar kedua foto tersebut dianggap sebagai satu objek relief yang terletak pada bidang S.
Stereoskop saat ini banyak digunakan untuk mempelajari gambar medan. Dengan memotret area dari dua titik, diperoleh dua foto, yang jika dilihat melalui stereoskop Anda dapat melihat area tersebut dengan jelas. Ketajaman penglihatan stereoskopis yang lebih besar memungkinkan penggunaan stereoskop untuk mendeteksi dokumen palsu, uang, dll.
Pada instrumen optik militer yang ditujukan untuk observasi (teropong, teropong stereo), jarak antara pusat lensa selalu jauh lebih besar daripada jarak antara mata, dan objek yang jauh tampak jauh lebih menonjol dibandingkan saat diamati tanpa perangkat.
Studi tentang sifat-sifat cahaya yang merambat dalam benda dengan indeks bias tinggi mengarah pada penemuan pemantulan internal total. Properti ini banyak digunakan dalam pembuatan dan penggunaan serat optik. Serat optik memungkinkan radiasi optik apa pun ditransmisikan tanpa kehilangan. Penggunaan serat optik dalam sistem komunikasi memungkinkan diperolehnya saluran berkecepatan tinggi untuk menerima dan mengirim informasi.
Refleksi internal total memungkinkan penggunaan prisma sebagai pengganti cermin. Teropong dan periskop prismatik dibuat berdasarkan prinsip ini.
 |
Penggunaan laser dan sistem pemfokusan memungkinkan radiasi laser terfokus pada satu titik, yang digunakan dalam pemotongan berbagai zat, di perangkat untuk membaca dan menulis CD, di pengukur jarak laser.
Sistem optik banyak digunakan dalam geodesi untuk mengukur sudut dan ketinggian (level, teodolit, sekstan, dll.).
Penggunaan prisma untuk membagi cahaya putih menjadi spektrum menyebabkan terciptanya spektrograf dan spektroskop. Mereka memungkinkan Anda mengamati spektrum serapan dan emisi padatan dan gas. Analisis spektral memungkinkan Anda mengetahuinya komposisi kimia zat.
Penggunaan sistem optik paling sederhana - lensa tipis, memungkinkan banyak orang dengan cacat pada sistem penglihatan untuk melihat secara normal (kacamata, lensa mata, dll.).
Berkat sistem optik, banyak hal penemuan ilmiah dan berprestasi.
Sistem optik digunakan di semua area kegiatan ilmiah, dari biologi hingga fisika. Oleh karena itu, kita dapat mengatakan bahwa cakupan penerapan sistem optik dalam ilmu pengetahuan dan teknologi tidak terbatas. [4.6]
Kesimpulan.
Signifikansi praktis optik dan pengaruhnya terhadap cabang ilmu pengetahuan lainnya sangatlah besar. Penemuan teleskop dan spektroskop membuka hadapan manusia hal yang paling menakjubkan dan dunia terkaya fenomena yang terjadi di alam semesta yang luas. Penemuan mikroskop merevolusi biologi. Fotografi telah membantu dan terus membantu hampir semua cabang ilmu pengetahuan. Satu dari elemen penting peralatan ilmiah adalah lensa. Tanpanya tidak akan ada mikroskop, teleskop, spektroskop, kamera, bioskop, televisi, dan lain-lain. tidak akan ada kacamata, dan banyak orang yang berusia di atas 50 tahun tidak akan mampu membaca dan melakukan banyak pekerjaan yang membutuhkan penglihatan.
Kisaran fenomena yang dipelajari oleh optik fisik sangat luas. Fenomena optik berkaitan erat dengan fenomena yang dipelajari di cabang fisika lain, dan metode penelitian optik termasuk yang paling halus dan akurat. Oleh karena itu, tidak mengherankan bahwa optik telah lama memainkan peran utama dalam banyak hal penelitian dasar dan pengembangan pandangan fisik dasar. Cukuplah untuk mengatakan bahwa keduanya utama teori fisika abad terakhir - teori relativitas dan teori kuantum - berasal dan sebagian besar dikembangkan berdasarkan penelitian optik. Penemuan laser telah membuka kemungkinan-kemungkinan baru yang luas tidak hanya di bidang optik, namun juga dalam penerapannya di berbagai cabang ilmu pengetahuan dan teknologi.
Bibliografi.
1. Artsybyshev S.A. Fisika - M.: Medgiz, 1950. - 511 hal.
2. Zhdanov L.S. Zhdanov G.L. Fisika untuk tingkat menengah lembaga pendidikan- M.: Nauka, 1981. - 560 hal.
3. Landsberg G.S. Optik - M.: Nauka, 1976. - 928 hal.
4. Landsberg G.S. Buku teks fisika dasar. - M.: Nauka, 1986. - T.3. - 656 detik.
5. Prokhorov A.M. Ensiklopedia Besar Soviet. - M.: Ensiklopedia Soviet, 1974. - T.18. - 632 detik.
6. Sivuhin D.V. Kursus umum fisika: Optik - M.: Nauka, 1980. - 751 hal.
Optik adalah cabang ilmu fisika yang mempelajari sifat radiasi cahaya, perambatannya dan interaksinya dengan materi. Gelombang cahaya adalah gelombang elektromagnetik. Panjang gelombang gelombang cahaya terkandung dalam interval tersebut. Gelombang dalam kisaran ini dapat dilihat oleh mata manusia.
Cahaya merambat sepanjang garis yang disebut sinar. Dalam pendekatan optik sinar (atau geometri), panjang gelombang cahaya yang berhingga diabaikan, dengan asumsi bahwa λ→0. Dalam banyak kasus, optik geometris memungkinkan seseorang menghitung sistem optik dengan cukup baik. Sistem optik yang paling sederhana adalah lensa.
Ketika mempelajari interferensi cahaya, harus diingat bahwa interferensi hanya diamati dari sumber yang koheren dan interferensi tersebut berhubungan dengan redistribusi energi di ruang angkasa. Di sini penting untuk dapat menuliskan dengan benar kondisi intensitas cahaya maksimum dan minimum dan memperhatikan masalah-masalah seperti warna film tipis, garis-garis dengan ketebalan yang sama dan kemiringan yang sama.
Dalam mempelajari fenomena difraksi cahaya, perlu dipahami prinsip Huygens-Fresnel, metode zona Fresnel, dan memahami cara menggambarkan pola difraksi pada celah tunggal dan pada kisi difraksi.
Ketika mempelajari fenomena polarisasi cahaya, perlu dipahami bahwa fenomena ini didasarkan pada sifat transversal gelombang cahaya. Perhatian harus diberikan pada metode menghasilkan cahaya terpolarisasi dan hukum Brewster dan Malus.
Tabel rumus dasar optik
|
Hukum fisika, rumus, variabel |
Rumus optik |
|
Indeks bias mutlak dimana c adalah kecepatan cahaya dalam ruang hampa, c=3·108 m/s, v adalah kecepatan rambat cahaya dalam medium. |
|
|
Indeks bias relatif dimana n 2 dan n 1 adalah indeks bias mutlak media kedua dan pertama. |
|
|
Hukum pembiasan dimana i adalah sudut datang, r adalah sudut bias. |
|
|
Rumus Lensa Tipis di mana F adalah panjang fokus lensa, d adalah jarak benda ke lensa, f adalah jarak lensa ke bayangan. |
|
|
Kekuatan lensa dimana R 1 dan R 2 adalah jari-jari kelengkungan permukaan bola lensa. Untuk permukaan cembung R>0. Untuk permukaan cekung R<0. |
|
|
Panjang jalur optik: dimana n adalah indeks bias medium; r adalah panjang jalur geometri gelombang cahaya. |
|
|
Perbedaan jalur optik: L 1 dan L 2 adalah jalur optik dari dua gelombang cahaya. |
|
|
Kondisi interferensi maksimum: minimum: dimana λ 0 adalah panjang gelombang cahaya dalam ruang hampa; m adalah orde interferensi maksimum atau minimum. |
|
|
Perbedaan jalur optik pada film tipis dalam cahaya yang dipantulkan: dalam cahaya yang ditransmisikan: dimana d adalah ketebalan film; i adalah sudut datang cahaya; n adalah indeks bias. |
|
|
Lebar pinggiran interferensi dalam percobaan Young: dimana d adalah jarak antara sumber cahaya koheren; L adalah jarak dari sumber ke layar. |
|
|
Kondisi maksimum utama kisi difraksi: dimana d adalah konstanta kisi difraksi; φ - sudut difraksi. |
|
|
Resolusi kisi difraksi: dimana Δλ adalah perbedaan minimum panjang gelombang dari dua garis spektrum yang diselesaikan dengan kisi; |
Kata “optik” kita jumpai misalnya ketika kita melewati sebuah toko retail yang menjual kacamata. Banyak juga yang ingat bahwa mereka belajar optik di sekolah. Apa itu optik?
Optik merupakan salah satu cabang ilmu fisika yang mempelajari sifat cahaya, sifat-sifatnya, pola rambatnya dalam berbagai media, serta interaksi cahaya dengan zat. Untuk lebih memahami apa itu optik, Anda perlu memahami apa itu cahaya.
Ide tentang cahaya dalam fisika modern
Fisika menganggap cahaya yang biasa kita alami sebagai fenomena kompleks yang bersifat ganda. Di satu sisi, cahaya dianggap sebagai aliran partikel kecil - kuanta cahaya (foton). Di sisi lain, cahaya dapat digambarkan sebagai jenis gelombang elektromagnetik yang memiliki panjang gelombang tertentu.
Cabang-cabang optik yang terpisah mempelajari cahaya sebagai fenomena fisik dari berbagai sudut.
Bagian optik
- Optik geometris. Mempelajari hukum rambat cahaya, serta pemantulan dan pembiasan sinar cahaya. Mewakili cahaya sebagai sinar yang merambat lurus dalam medium homogen (ini kemiripannya dengan sinar geometri). Tidak memperhitungkan sifat gelombang cahaya.
- Optik gelombang. Mempelajari sifat-sifat cahaya sebagai salah satu jenis gelombang elektromagnetik.
- Optik kuantum. Mempelajari sifat kuantum cahaya (mempelajari efek fotolistrik, proses fotokimia, radiasi laser, dll.)
Optik dalam kehidupan manusia
Dengan mempelajari sifat cahaya dan pola perambatannya, seseorang menggunakan pengetahuan yang diperoleh untuk keuntungannya. Instrumen optik yang paling umum dalam kehidupan di sekitar kita adalah kacamata, mikroskop, teleskop, lensa fotografi, serta kabel serat optik yang digunakan untuk memasang LAN (Anda dapat mengetahuinya di artikel
Salah satu cabang fisika yang paling kuno dan banyak jumlahnya adalah optik. Prestasinya digunakan dalam berbagai ilmu dan bidang kegiatan: teknik elektro, industri, kedokteran dan lain-lain. Dari artikel tersebut Anda dapat mengetahui apa saja yang dipelajari ilmu ini, sejarah perkembangan gagasan tentangnya, pencapaian terpentingnya, serta sistem dan instrumen optik apa saja yang ada.
Apa yang dipelajari optik?
Nama disiplin ini berasal dari bahasa Yunani dan diterjemahkan sebagai “ilmu persepsi visual”. Optik adalah salah satu cabang ilmu fisika yang mempelajari sifat cahaya, sifat-sifatnya, dan hukum-hukum yang berkaitan dengan perambatannya. Ilmu ini mempelajari sifat cahaya tampak, radiasi infra merah dan ultraviolet. Karena berkat cahaya manusia dapat melihat dunia di sekitarnya, cabang fisika ini juga merupakan disiplin ilmu yang berkaitan dengan persepsi visual radiasi. Dan tidak mengherankan: mata adalah sistem optik yang kompleks.
Sejarah terbentuknya ilmu pengetahuan
Optik berasal dari zaman kuno, ketika orang mencoba memahami sifat cahaya dan mencari tahu bagaimana mereka dapat melihat objek di dunia sekitar.
Para filsuf kuno menganggap cahaya tampak sebagai sinar yang keluar dari mata seseorang, atau aliran partikel kecil yang tersebar dari benda dan masuk ke mata.
Selanjutnya sifat cahaya dipelajari oleh banyak ilmuwan terkemuka. Isaac Newton merumuskan teori tentang sel darah - partikel kecil cahaya. Ilmuwan lain, Huygens, mengemukakan teori gelombang.
Sifat cahaya terus dieksplorasi oleh fisikawan abad ke-20: Maxwell, Planck, Einstein.
Saat ini, hipotesis Newton dan Huygens disatukan dalam konsep dualitas gelombang-partikel, yang menyatakan bahwa cahaya memiliki sifat partikel dan gelombang.
Bagian
Subyek penelitian optik tidak hanya cahaya dan sifatnya, tetapi juga instrumen penelitiannya, hukum dan sifat fenomena tersebut, dan masih banyak lagi. Oleh karena itu, sains memiliki beberapa bagian yang dikhususkan untuk aspek penelitian tertentu.
- optik geometris;
- melambai;
- kuantum.
Setiap bagian akan dibahas secara rinci di bawah ini.
Optik geometris
Pada bagian ini terdapat hukum optik sebagai berikut:
Hukum kelurusan rambat cahaya yang melewati medium homogen. Berkas cahaya dianggap sebagai garis lurus yang dilalui partikel cahaya.
Hukum Refleksi:
Sinar datang dan sinar pantul, serta garis tegak lurus antarmuka antara dua media, direkonstruksi pada titik datang sinar, terletak pada bidang yang sama ( bidang kejadian). Sudut pantul γ sama dengan sudut datang α.
Hukum pembiasan:
Sinar datang dan sinar bias, serta garis tegak lurus antarmuka antara dua media, yang direkonstruksi pada titik datang sinar, terletak pada bidang yang sama. Perbandingan sinus sudut datang α dengan sinus sudut bias β merupakan nilai konstan untuk dua media tertentu.
Lensa merupakan sarana mempelajari sifat-sifat cahaya dalam optik geometris.
Lensa adalah benda transparan yang mampu mentransmisikan dan memodifikasi, terbagi menjadi cembung dan cekung, serta mengumpulkan dan menyebarkan. Lensa merupakan komponen utama dari semua instrumen optik. Bila ketebalannya kecil dibandingkan dengan jari-jari permukaannya, maka disebut tipis. Dalam optik, rumus lensa tipis terlihat seperti ini:
1/d + 1/f = D, dimana
d adalah jarak benda ke lensa; f adalah jarak bayangan dari lensa; D adalah kekuatan optik lensa (diukur dalam dioptri).
Optik gelombang dan konsepnya
Karena diketahui bahwa cahaya memiliki semua sifat gelombang elektromagnetik, cabang fisika terpisah mempelajari manifestasi sifat-sifat ini. Ini disebut optik gelombang.
Konsep dasar cabang optik ini adalah dispersi, interferensi, difraksi dan polarisasi.
Fenomena dispersi ditemukan oleh Newton berkat eksperimennya dengan prisma. Penemuan ini merupakan langkah penting menuju pemahaman sifat cahaya. Ia menemukan bahwa pembiasan sinar cahaya bergantung pada warnanya. Fenomena ini disebut dispersi atau hamburan cahaya. Sekarang diketahui bahwa warna bergantung pada panjang gelombang. Selain itu, Newton-lah yang mengajukan konsep spektrum untuk menunjukkan garis pelangi yang diperoleh melalui dispersi melalui prisma.
Konfirmasi sifat gelombang cahaya adalah interferensi gelombangnya, yang ditemukan oleh Jung. Ini adalah nama yang diberikan untuk superposisi dua gelombang atau lebih di atas satu sama lain. Akibatnya, terlihat fenomena menguat dan melemahnya getaran cahaya di berbagai titik ruang. Manifestasi gangguan yang indah dan familier bagi semua orang adalah gelembung sabun dan lapisan tipis bensin yang tumpah.
Setiap orang pasti pernah mengalami fenomena difraksi. Istilah ini diterjemahkan dari bahasa Latin sebagai “rusak.” Difraksi dalam optik adalah pembelokan gelombang cahaya di sekitar tepi rintangan. Misalnya, jika Anda menempatkan bola di jalur berkas cahaya, cincin bergantian akan muncul di layar di belakangnya - terang dan gelap. Ini disebut pola difraksi. Jung dan Fresnel mempelajari fenomena tersebut.
Konsep kunci terakhir dalam optik gelombang adalah polarisasi. Cahaya disebut terpolarisasi jika arah osilasi gelombangnya teratur. Karena cahaya merupakan gelombang longitudinal dan bukan gelombang transversal, maka getaran hanya terjadi pada arah transversal.
Optik kuantum
Cahaya bukan hanya gelombang, tetapi juga aliran partikel. Atas dasar komponen ini, cabang ilmu pengetahuan seperti optik kuantum muncul. Kemunculannya dikaitkan dengan nama Max Planck.
Kuantum adalah bagian apa pun dari sesuatu. Dan dalam hal ini kita berbicara tentang kuanta radiasi, yaitu porsi cahaya yang dipancarkan selama itu. Kata foton digunakan untuk menunjukkan partikel (dari bahasa Yunani φωτός - “cahaya”). Konsep ini dikemukakan oleh Albert Einstein. Pada bagian optik ini, rumus Einstein E=mc 2 juga digunakan untuk mempelajari sifat-sifat cahaya.
Tujuan utama bagian ini adalah mempelajari dan mengkarakterisasi interaksi cahaya dengan materi dan mempelajari perambatannya dalam kondisi atipikal.
Sifat-sifat cahaya sebagai aliran partikel muncul pada kondisi berikut:
- radiasi termal;
- efek fotoelektrik;
- proses fotokimia;
- emisi terstimulasi, dll.
Dalam optik kuantum terdapat konsep cahaya non-klasik. Faktanya adalah karakteristik kuantum radiasi cahaya tidak dapat dijelaskan dalam kerangka optik klasik. Cahaya non-klasik, misalnya, dua foton, terkompresi, digunakan di berbagai bidang: untuk mengkalibrasi fotodetektor, untuk pengukuran yang tepat, dll. Aplikasi lainnya adalah kriptografi kuantum - metode rahasia untuk mentransmisikan informasi menggunakan kode biner, yang diarahkan secara vertikal foton diberi 0, dan foton yang diarahkan secara horizontal diberi 1.
Pentingnya optik dan instrumen optik
Di bidang apa saja teknologi optik menemukan penerapan utamanya?
Pertama, tanpa ilmu pengetahuan ini tidak akan ada alat optik yang diketahui setiap orang: teleskop, mikroskop, kamera, proyektor dan lain-lain. Dengan bantuan lensa pilihan khusus, manusia dapat menjelajahi mikrokosmos, alam semesta, benda-benda langit, serta menangkap dan menyiarkan informasi dalam bentuk gambar.
Selain itu, berkat optik, sejumlah penemuan penting ditemukan di bidang sifat cahaya, sifat-sifatnya, fenomena interferensi, polarisasi dan lain-lain.
Akhirnya, optik banyak digunakan dalam pengobatan, misalnya, dalam studi radiasi sinar-X, yang menjadi dasar pembuatan perangkat yang menyelamatkan banyak nyawa. Berkat ilmu ini, laser juga ditemukan, yang banyak digunakan dalam intervensi bedah.
Optik dan visi
Mata adalah sistem optik. Berkat sifat cahaya dan kemampuan organ penglihatan, Anda dapat melihat dunia sekitar. Sayangnya, hanya sedikit orang yang bisa membanggakan penglihatannya yang sempurna. Dengan bantuan disiplin ini, kemampuan masyarakat untuk melihat lebih baik dapat dipulihkan dengan bantuan kacamata dan lensa kontak. Oleh karena itu, institusi medis yang terlibat dalam pemilihan produk koreksi penglihatan juga menerima nama yang sesuai - optik.
Kita bisa menyimpulkannya. Jadi, optik adalah ilmu tentang sifat-sifat cahaya, yang mempengaruhi banyak bidang kehidupan dan mempunyai penerapan luas dalam ilmu pengetahuan dan kehidupan sehari-hari.
Lampu- Ini adalah gelombang elektromagnetik, yang panjang gelombang rata-rata mata manusia berkisar antara 400 hingga 760 nm. Dalam batas-batas ini, cahaya disebut bisa dilihat. Cahaya dengan panjang gelombang terpanjang tampak merah bagi kita, dan cahaya dengan panjang gelombang terpendek tampak ungu. Sangat mudah untuk mengingat pergantian warna dalam spektrum dengan menggunakan pepatah “ KE setiap TENTANG pemburu DAN ingin Z tidak, G de DENGAN pergi F adzan." Huruf pertama dari kata-kata pepatah tersebut sesuai dengan huruf pertama dari warna primer spektrum dalam urutan panjang gelombang yang menurun (dan, karenanya, frekuensinya meningkat): “ KE merah - TENTANG jangkauan - DAN kuning - Z hijau - G biru – DENGAN biru – F ungu." Cahaya yang panjang gelombangnya lebih panjang dari merah disebut inframerah. Mata kita tidak menyadarinya, tapi kulit kita merekam gelombang tersebut dalam bentuk radiasi termal. Cahaya yang panjang gelombangnya lebih pendek dari ungu disebut ultraungu.
Gelombang elektromagnetik(dan khususnya, gelombang cahaya, atau sederhananya lampu) adalah medan elektromagnetik yang merambat dalam ruang dan waktu. Gelombang elektromagnetik bersifat transversal - vektor intensitas listrik dan induksi magnet saling tegak lurus dan terletak pada bidang yang tegak lurus terhadap arah rambat gelombang. Gelombang cahaya, seperti gelombang elektromagnetik lainnya, merambat dalam materi dengan kecepatan terbatas, yang dapat dihitung dengan rumus:
Di mana: ε Dan μ – permeabilitas dielektrik dan magnetik suatu zat, ε 0 dan μ 0 – konstanta listrik dan magnet: ε 0 = 8,85419 10 –12 F/m, μ 0 = 1,25664·10 –6 Jam/m. Kecepatan cahaya dalam ruang hampa(Di mana ε = μ = 1) konstan dan sama Dengan= 3∙10 8 m/s, dapat juga dihitung dengan rumus:
Kecepatan cahaya dalam ruang hampa adalah salah satu konstanta fisika mendasar. Jika cahaya merambat dalam suatu medium, maka kecepatan rambatnya juga dinyatakan dengan hubungan berikut:
Di mana: N– indeks bias suatu zat adalah besaran fisis yang menunjukkan berapa kali kecepatan cahaya dalam suatu medium lebih kecil dibandingkan dalam ruang hampa. Indeks bias, seperti terlihat pada rumus sebelumnya, dapat dihitung sebagai berikut:
- Cahaya membawa energi. Ketika gelombang cahaya merambat, timbul aliran energi elektromagnetik.
- Gelombang cahaya dipancarkan sebagai kuanta radiasi elektromagnetik (foton) oleh atom atau molekul.
Selain cahaya, ada jenis gelombang elektromagnetik lainnya. Di bawah ini tercantum dalam urutan penurunan panjang gelombang (dan, karenanya, peningkatan frekuensi):
- Gelombang radio;
- Radiasi infra merah;
- Cahaya tampak;
- Radiasi ultraviolet;
- radiasi sinar-X;
- Radiasi gamma.
Gangguan
Gangguan– salah satu manifestasi paling terang dari sifat gelombang cahaya. Hal ini terkait dengan redistribusi energi cahaya di ruang angkasa ketika apa yang disebut diterapkan koheren gelombang, yaitu gelombang yang frekuensinya sama dan beda fasanya tetap. Intensitas cahaya pada daerah tumpang tindih berkas bersifat garis terang dan gelap berselang-seling, dengan intensitas pada titik maksimum lebih besar dan pada titik minimum lebih kecil dari jumlah intensitas sinar. Saat menggunakan cahaya putih, pinggiran interferensi muncul dalam spektrum warna yang berbeda.
Untuk menghitung interferensi digunakan konsep panjang jalur optik. Biarkan cahaya menempuh jarak L dalam medium dengan indeks bias N. Kemudian panjang jalur optiknya dihitung dengan rumus:
Agar interferensi dapat terjadi, setidaknya dua balok harus saling tumpang tindih. Bagi mereka itu dihitung perbedaan jalur optik(perbedaan panjang optik) menurut rumus berikut:
Nilai inilah yang menentukan apa yang terjadi selama interferensi: minimum atau maksimum. Ingat hal berikut: interferensi maksimum(garis terang) diamati pada titik-titik dalam ruang yang memenuhi kondisi berikut:
Pada M= 0, maksimum orde nol diamati, di M= ±1 maksimal order pertama dan seterusnya. Minimal interferensi(pita gelap) diamati ketika kondisi berikut terpenuhi:
Beda fasa osilasinya adalah:
Untuk bilangan ganjil pertama (satu) minimal orde pertama, untuk bilangan kedua (tiga) minimal orde kedua, dan seterusnya. Tidak ada minimum pesanan nol.
Difraksi. Kisi difraksi
Difraksi cahaya adalah fenomena penyimpangan cahaya dari arah rambat bujursangkar ketika melewati dekat rintangan yang dimensinya sebanding dengan panjang gelombang cahaya (cahaya yang membelok di sekitar rintangan). Pengalaman menunjukkan bahwa cahaya, dalam kondisi tertentu, dapat memasuki wilayah bayangan geometris (yaitu, berada di tempat yang tidak seharusnya). Jika terdapat rintangan berbentuk bulat pada jalur berkas cahaya paralel (cakram bundar, bola, atau lubang bundar pada layar buram), maka pada layar yang terletak pada jarak yang cukup jauh dari penghalang tersebut, pola difraksi– sistem cincin terang dan gelap yang bergantian. Jika hambatannya linier (celah, benang, tepi layar), maka sistem pinggiran difraksi paralel muncul di layar.
Kisi-kisi difraksi adalah struktur periodik yang diukir dengan mesin pemisah khusus pada permukaan pelat kaca atau logam. Pada kisi-kisi yang baik, garis-garis yang sejajar satu sama lain panjangnya sekitar 10 cm, dan terdapat hingga 2000 garis per milimeter. Dalam hal ini panjang total kisi-kisi mencapai 10–15 cm, pembuatan kisi-kisi tersebut memerlukan penggunaan teknologi tertinggi. Dalam praktiknya, kisi-kisi yang lebih kasar dengan 50–100 garis per milimeter yang diterapkan pada permukaan film transparan juga digunakan.
Ketika cahaya biasanya datang pada kisi difraksi, maksimum diamati di beberapa arah (selain arah di mana cahaya pertama kali datang). Untuk diamati interferensi maksimum, syarat berikut harus dipenuhi:
Di mana: D– periode (atau konstanta) kisi (jarak antar garis yang berdekatan), M adalah bilangan bulat yang disebut orde maksimum difraksi. Pada titik-titik layar yang memenuhi kondisi ini, terdapat apa yang disebut maksimum utama pola difraksi.
Hukum optik geometris
Optik geometris adalah cabang fisika yang tidak memperhitungkan sifat gelombang cahaya. Hukum dasar optik geometris telah diketahui jauh sebelum sifat fisik cahaya diketahui.
Media yang homogen secara optik- ini adalah media yang seluruh volumenya indeks biasnya tetap tidak berubah.
Hukum perambatan cahaya bujursangkar: Dalam medium yang homogen secara optis, cahaya merambat secara bujursangkar. Hukum ini mengarah pada gagasan tentang sinar cahaya sebagai garis geometris di mana cahaya merambat. Perlu dicatat bahwa hukum perambatan cahaya bujursangkar dilanggar dan konsep berkas cahaya kehilangan maknanya jika cahaya melewati lubang-lubang kecil yang dimensinya sebanding dengan panjang gelombang (dalam hal ini, difraksi diamati).
Pada antarmuka antara dua media transparan, cahaya dapat dipantulkan sebagian sehingga sebagian energi cahaya akan merambat ke arah baru setelah pemantulan, dan sebagian lagi melewati batas tersebut dan merambat pada medium kedua.
Hukum pemantulan cahaya: sinar datang dan sinar pantul, serta garis tegak lurus antarmuka kedua media, yang direkonstruksi pada titik datang sinar, terletak pada bidang yang sama (bidang datang). Sudut refleksi γ sama dengan sudut datang α . Perhatikan bahwa semua sudut dalam optik diukur dari tegak lurus hingga antarmuka antara dua media.
Hukum pembiasan cahaya (hukum Snell): sinar datang dan sinar bias, serta garis tegak lurus antarmuka antara dua media, yang direkonstruksi pada titik datang sinar, terletak pada bidang yang sama. Rasio sinus datang sudut α terhadap sinus sudut bias β adalah nilai konstan untuk dua media tertentu dan ditentukan oleh ekspresi:
Hukum pembiasan secara eksperimental ditetapkan oleh ilmuwan Belanda W. Snellius pada tahun 1621. Nilai konstan N 21 dipanggil indeks bias relatif lingkungan kedua dibandingkan dengan lingkungan pertama. Indeks bias suatu medium terhadap ruang hampa disebut indeks bias absolut.
Media yang nilai absolutnya lebih besar disebut lebih rapat optiknya, dan medium yang nilai absolutnya lebih kecil disebut kurang rapat. Ketika berpindah dari medium yang kurang rapat ke medium yang lebih rapat, berkas “menekan” terhadap garis tegak lurus, dan ketika berpindah dari medium yang lebih rapat ke medium yang kurang rapat, berkas “menjauh” dari tegak lurus. Satu-satunya kasus ketika sinar tidak dibiaskan adalah jika sudut datangnya 0 (yaitu, sinar tegak lurus terhadap antarmuka).
Ketika cahaya berpindah dari medium yang optiknya lebih rapat ke medium yang optiknya kurang rapat N 2 < N 1 (misalnya dari kaca ke udara) dapat diamati fenomena refleksi internal total, yaitu hilangnya sinar bias. Fenomena ini diamati pada sudut datang yang melebihi sudut kritis tertentu α pr, yang disebut membatasi sudut refleksi internal total. Untuk sudut datang α = α pr, dosa β = 1, karena β = 90°, ini berarti sinar bias melewati antarmuka itu sendiri, dan menurut hukum Snell, kondisi berikut terpenuhi:
Segera setelah sudut datang menjadi lebih besar dari sudut datangnya, sinar bias tidak lagi berjalan sepanjang batas, tetapi tidak muncul sama sekali, karena sinusnya sekarang harus lebih besar dari satu, tetapi hal ini tidak dapat terjadi.
Lensa
Lensa adalah benda transparan yang dibatasi oleh dua permukaan bola. Jika ketebalan lensa itu sendiri kecil dibandingkan dengan jari-jari kelengkungan permukaan bola, maka lensa tersebut disebut tipis.
Ada lensa mengumpulkan Dan penyebaran. Jika indeks bias lensa lebih besar dari pada medium sekitarnya, maka lensa konvergen di bagian tengah lebih tebal daripada di tepinya, dan lensa divergen sebaliknya lebih tipis di bagian tengah. Jika indeks bias lensa lebih kecil dari indeks bias medium sekitarnya, maka yang terjadi adalah sebaliknya.
Garis lurus yang melalui pusat kelengkungan permukaan bola disebut sumbu optik utama lensa. Dalam kasus lensa tipis, kita dapat berasumsi bahwa sumbu optik utama berpotongan dengan lensa pada satu titik, yang biasa disebut pusat optik lensa. Berkas cahaya melewati pusat optik lensa tanpa menyimpang dari arah aslinya. Semua garis lurus yang melalui pusat optik disebut sumbu optik sekunder.
Jika seberkas sinar sejajar sumbu optik utama diarahkan ke suatu lensa, maka setelah melewati lensa sinar-sinar tersebut (atau kelanjutannya) akan berkumpul di satu titik. F, yang disebut fokus utama lensa. Lensa tipis memiliki dua fokus utama, letaknya simetris relatif terhadap lensa pada sumbu optik utama. Lensa konvergen mempunyai fokus nyata, sedangkan lensa divergen mempunyai fokus imajiner. Jarak antara pusat optik lensa HAI dan fokus utama F ditelepon Focal length. Itu dilambangkan dengan huruf yang sama F.
Rumus lensa
Sifat utama lensa adalah kemampuannya menghasilkan gambar suatu benda. Gambar- ini adalah titik dalam ruang di mana sinar (atau perluasannya) yang dipancarkan oleh sumber setelah pembiasan pada lensa berpotongan. Gambar datang lurus Dan terbalik, sah(sinar itu sendiri berpotongan) dan imajiner(lanjutan sinarnya berpotongan), diperbesar Dan berkurang.
Posisi bayangan dan karakternya dapat ditentukan dengan menggunakan konstruksi geometris. Untuk melakukan ini, gunakan sifat-sifat beberapa sinar standar, yang jalannya diketahui. Ini adalah sinar yang melewati pusat optik atau salah satu titik fokus lensa, serta sinar yang sejajar dengan sumbu optik utama atau salah satu sumbu optik sekunder.
Untuk mempermudah, Anda dapat mengingat bahwa bayangan suatu titik akan menjadi sebuah titik. Bayangan suatu titik yang terletak pada sumbu optik utama terletak pada sumbu optik utama. Gambar suatu segmen adalah sebuah segmen. Jika suatu segmen tegak lurus terhadap sumbu optik utama, maka bayangannya tegak lurus terhadap sumbu optik utama. Tetapi jika ruas tersebut dimiringkan terhadap sumbu optik utama pada sudut tertentu, maka bayangannya akan dimiringkan pada sudut lain.
Gambar juga dapat dihitung menggunakan formula lensa tipis. Jika jarak terpendek suatu benda ke lensa dilambangkan dengan D, dan jarak terpendek dari lensa ke bayangan adalah melalui F, maka rumus lensa tipis dapat dituliskan sebagai:
Ukuran D, kebalikan dari panjang fokus. ditelepon kekuatan optik lensa. Satuan daya optik adalah 1 dioptri (dopter). Diopter adalah kekuatan optik suatu lensa dengan panjang fokus 1 m.
Merupakan kebiasaan untuk menetapkan tanda-tanda tertentu pada panjang fokus lensa: untuk lensa konvergen F> 0, untuk hamburan F < 0. Оптическая сила рассеивающей линзы также отрицательна.
Kuantitas D Dan F juga mematuhi aturan tanda tertentu: F> 0 – untuk gambar yang valid; F < 0 – для мнимых изображений. Перед D Tanda “–” ditempatkan hanya ketika seberkas sinar konvergen jatuh pada lensa. Kemudian mereka secara mental direntangkan ke persimpangan di belakang lensa, sumber cahaya imajiner ditempatkan di sana, dan jaraknya ditentukan. D.
Bergantung pada posisi benda terhadap lensa, dimensi linier bayangan berubah. Peningkatan linier lensa Γ disebut perbandingan dimensi linier bayangan dan benda. Ada rumus perbesaran linier suatu lensa:
Di banyak instrumen optik, cahaya melewati dua atau lebih lensa secara berurutan. Bayangan suatu benda yang diberikan oleh lensa pertama berfungsi sebagai benda (nyata atau imajiner) bagi lensa kedua, yang membentuk bayangan kedua benda tersebut, dan seterusnya.
Penerapan ketiga poin ini yang berhasil, rajin dan bertanggung jawab, serta studi yang bertanggung jawab atas tes pelatihan akhir, akan memungkinkan Anda untuk menunjukkan hasil yang sangat baik di CT, semaksimal kemampuan Anda.
Menemukan kesalahan?
Jika Anda merasa telah menemukan kesalahan dalam materi pendidikan, lalu silakan tulis tentang itu di surel(). Dalam surat tersebut sebutkan mata pelajaran (fisika atau matematika), nama atau nomor topik atau ujian, nomor soal, atau tempat dalam teks (halaman) yang menurut Anda terdapat kesalahan. Jelaskan juga apa dugaan kesalahannya. Surat Anda tidak akan luput dari perhatian, kesalahannya akan diperbaiki, atau Anda akan dijelaskan mengapa itu bukan kesalahan.
