Вовед ................................................ .......................................................... .......................................... 2
Поглавје 1. Основни закони на оптичките појави................................................. .......... 4
1.1 Закон за праволиниско ширење на светлината.......................................... ......... .......... 4
1.2 Закон за независност на светлосните зраци.......................................... ....................................... 5
1.3 Закон за рефлексија на светлината...................................... .......................................................... ............. 5
1.4 Законот за прекршување на светлината................................................ .......................................................... ..... 5
Поглавје 2. Идеални оптички системи................................................ ........ ......... 7
Поглавје 3. Компоненти на оптички системи.......................................... ......... .. 9
3.1 Дијафрагми и нивната улога во оптичките системи................................................. .......................... 9
3.2 Влезни и излезни ученици................................................ .......................................................... 10
Поглавје 4. Современи оптички системи................................................ ......... 12
4.1 Оптички систем ..................................................... .................................................... .......... ..... 12
4.2 Фотографски апарат................................................. .................................................... 13
4.3 Окото како оптички систем.......................................... ................................................... 13
Поглавје 5. Оптички системи кои му помагаат на окото................................................ 16
5.1 Лупа................................................... .................................................... .......................................... 17
5.2 Микроскоп ................................................ ................................................... ......... ...................... 18
5.3 Опсег на забележување................................................ ................................................................ .......................................... 20
5.4 Проекциони уреди................................................ ................................................................ ................. 21
5.5 Спектрални уреди................................................ .......................................................... ........... 22
5.6 Оптички мерен инструмент................................................ .......................... 23
Заклучок................................................ ................................................ ........................... 28
Библиографија...................................................... ................................................ ..... ..... 29
Вовед.
Оптиката е гранка на физиката која ја проучува природата на оптичкото зрачење (светлината), неговото ширење и појавите забележани при интеракцијата на светлината и материјата. Оптичкото зрачење е електромагнетни бранови, и затоа оптиката е дел општа наставаза електромагнетното поле.
Оптиката е проучување на физички феномениповрзани со ширењето на кратки електромагнетни бранови, чија должина е приближно 10 -5 -10 -7 m Значењето на овој конкретен регион од спектарот на електромагнетни бранови се должи на фактот што во него, во тесен опсег на бранови должини од 400-760 nm, лежи област на видлива светлина, директно воочена од човечкото око. Тој е ограничен од една страна со рендгенски зраци, а од друга со опсегот на микробранови на радио емисија. Од гледна точка на физиката на процесите што се случуваат, изолирањето на таков тесен спектар на електромагнетни бранови (видлива светлина) нема многу смисла, затоа концептот на „оптички опсег“ обично вклучува и инфрацрвено и ултравиолетово зрачење.
Ограничувањето на оптичкиот опсег е условно и во голема мера е определено од заедништвото на техничките средства и методи за проучување на појавите во наведениот опсег. Овие алатки и методи се карактеризираат со тоа што се засноваат на бранови својствазрачење, формирање на слики на оптички објекти со помош на уреди чии линеарни димензии се многу поголеми од должината λ на зрачењето, како и употреба на светлосни приемници, чие дејство се заснова на неговите квантни својства.
Според традицијата, оптиката обично се дели на геометриска, физичка и физиолошка. Геометриската оптика го напушта прашањето за природата на светлината, произлегува од емпириските закони на нејзиното ширење и ја користи идејата за светлосни зраци прекршени и рефлектирани на границите на медиумите со различни оптички својства и праволиниски во оптички хомогена средина. Неговата задача е математички да ја проучува патеката на светлосните зраци во медиум со позната зависност на индексот на рефракција n од координатите или, напротив, да ги пронајде оптичките својства и обликот на проѕирните и рефлектирачки медиуми во кои зраците се јавуваат долж дадена патека. Највисока вредностгеометриската оптика се користи за пресметка и дизајн на оптички инструменти - од леќи за очила до сложени леќи и огромни астрономски инструменти.
Физичката оптика ги испитува проблемите поврзани со природата на светлината и светлосните феномени. Изјавата дека светлината е попречни електромагнетни бранови се заснова на резултатите од огромен број експериментални студии за дифракција на светлината, интерференција, поларизација на светлината и ширење во анизотропни медиуми.
Една од најважните традиционални задачи на оптиката е добивање слики што одговараат на оригиналите и во двете геометриска форма, а распределбата на осветленоста се решава главно со геометриска оптика со вклучување на физичка оптика. Геометриската оптика одговара на прашањето како треба да се изгради оптички систем така што секоја точка на објектот исто така е прикажана како точка додека се одржува геометриската сличност на сликата со објектот. Ги означува изворите на изобличување на сликата и неговото ниво во реалните оптички системи. За изградба на оптички системи, од суштинско значење е технологијата на производство на оптички материјали со потребните својства, како и технологијата на обработка на оптички елементи. Од технолошки причини, најчесто се користат леќи и огледала со сферични површини, но за да се поедностават оптичките системи и да се подобри квалитетот на сликата при високи соодноси на отворот, се користат оптички елементи.
Поглавје 1. Основни закони на оптичките појави.
Веќе во првите периоди на оптичко истражување, експериментално беа воспоставени следните четири основни закони на оптичките феномени:
1. Закон за праволиниско ширење на светлината.
2. Законот за независност на светлосните зраци.
3. Законот за рефлексија од површината на огледалото.
4. Законот за прекршување на светлината на границата на две проѕирни медиуми.
Понатамошното проучување на овие закони покажа, прво, дека тие имаат многу повеќе длабоко значење, отколку што може да изгледа на прв поглед, и второ, дека нивната примена е ограничена, а тие се само приближни закони. Воспоставувањето на условите и границите на применливоста на основните оптички закони значеше важен напредок во проучувањето на природата на светлината.
Суштината на овие закони се сведува на следново.
Во хомогена средина, светлината патува во прави линии.
Овој закон се наоѓа во делата за оптика кои му се припишуваат на Евклид и веројатно бил познат и применет многу порано.
Експериментален доказ за овој закон може да се добие од набљудување на остри сенки произведени од точкасти извори на светлина или добивање слики со помош на мали отвори. Ориз. 1 го илустрира стекнувањето на сликата со помош на мала решетка, обликот и големината на сликата покажуваат дека проекцијата се случува со помош на прави зраци.
Сл. 1 Праволиниско ширење на светлината: стекнување слика со помош на мала бленда.
Законот за праволиниско ширење може да се смета за цврсто воспоставен со искуство. Има многу длабоко значење, бидејќи самиот концепт на права линија очигледно произлезе од оптички набљудувања. Геометриски концептправа линија, како права што го претставува најкраткото растојание помеѓу две точки, е концепт на права по која светлината се шири во хомогена средина.
Подетално проучување на опишаните појави покажува дека законот за праволиниско ширење на светлината ја губи својата сила ако се преселиме во многу мали дупки.
Значи, во експериментот прикажан на Сл. 1, добиваме добра сликасо големина на дупка од околу 0,5 мм. Со последователно намалување на дупката, сликата ќе биде несовршена, а со дупка од околу 0,5-0,1 микрони, сликата воопшто нема да работи и екранот ќе биде осветлен речиси рамномерно.
Светлосниот флукс може да се подели на посебни светлосни зраци, истакнувајќи ги, на пример, користејќи дијафрагми. Дејството на овие избрани светлосни зраци се покажува независно, т.е. ефектот произведен од еден зрак не зависи од тоа дали другите греди дејствуваат истовремено или се елиминирани.
Упадниот зрак, нормалната на рефлектирачката површина и рефлектираниот зрак лежат во иста рамнина (слика 2), а аглите помеѓу зраците и нормалата се еднакви еден на друг: агол на инциденца i еднаков на аголотрефлексии i". Овој закон се споменува и во делата на Евклид. Неговото воспоставување е поврзано со употребата на полирани метални површини (огледала), познати веќе во многу далечна ера.
Ориз. 2 Закон за рефлексија.
Ориз. 3 Закон за прекршување.
Дијафрагмата е непроѕирна бариера што ограничува пресексветлосни зраци во оптички системи (во телескопи, далечина, микроскопи, филмски и фотографски камери итн.). Улогата на дијафрагмата често ја играат рамката на леќите, призмите, огледалата и другите оптички делови, зеницата на окото, границите на осветлениот објект, а во спектроскопите - процепите.
Секој оптички систем - вооружено и голо око, фотографски апарат, апарат за проекција - на крајот црта слика на рамнина (екран, фотографска плоча, мрежница); објектите во повеќето случаи се тридимензионални. Сепак, дури и идеален оптички систем, без да биде ограничен, не би обезбедил слики од тродимензионален објект на авион. Навистина, поединечните точки на тродимензионалниот објект се на различни растојанија од оптичкиот систем и одговараат на различни конјугирани рамнини.
Светлосната точка O (сл. 5) дава остра слика на O` во рамнината MM 1 конјугат со EE. Но, точките A и B даваат остри слики во A` и B`, а во рамнината MM тие се проектираат како светли кругови, чија големина зависи од ограничувањето на ширината на зраците. Доколку системот не е неограничен, тогаш зраците од А и Б рамномерно би ја осветлувале рамнината ММ, што значи дека нема да се добие слика на објектот, туку само слика на неговите поединечни точки кои лежат во рамнината ЕЕ.
Колку се потесни зраците, толку е појасна сликата на просторот на објектот на рамнината. Поточно, не е самиот просторен објект што е прикажан на рамнината, туку таа рамна слика, која е проекција на објектот на одредена рамнина ЕЕ (рамнина за инсталација), конјугирана во однос на системот со рамнината на сликата ММ. Проекцискиот центар е една од точките на системот (центарот на влезната зеница на оптичкиот инструмент).
Големината и положбата на отворот го одредуваат осветлувањето и квалитетот на сликата, длабочината на полето и резолуцијата на оптичкиот систем и видното поле.
Дијафрагмата што најсилно го ограничува светлосниот зрак се нарекува бленда или ефективна. Неговата улога може да ја игра рамката на објективот или специјалната експлозивна дијафрагма, ако оваа дијафрагма ги ограничува светлосните зраци посилно од рамките на леќите.
|
|||
Експлозивната дијафрагма на отворот често се наоѓа помеѓу поединечните компоненти (леќи) на сложен оптички систем (сл. 6), но може да се постави пред или по системот.
Ако BB е дијафрагма со реален отвор (слика 6), а B 1 B 1 и B 2 B 2 се нејзините слики во предните и задните делови на системот, тогаш сите зраци што минуваат низ BB ќе поминат низ B 1 B 1 и B 2 B 2 и обратно, т.е. која било од дијафрагмите ВВ, В 1 В 1, В 2 В 2 ги ограничува активните зраци.
Влезната зеница е онаа на вистинските дупки или нивните слики што најсилно го ограничува влезниот зрак, т.е. видливи под најмал агол од точката на вкрстување на оптичката оска со рамнината на објектот.
Излезната зеница е дупката или нејзината слика што го ограничува зракот што излегува од системот. Влезните и излезните зеници се конјугирани во однос на целиот систем.
Улогата на влезната зеница може да ја игра една или друга дупка или нејзината слика (реална или имагинарна). Во некои важни случаи, снимениот објект е осветлена дупка (на пример, процепот на спектрограф), а осветлувањето се обезбедува директно од извор на светлина што се наоѓа во близина на дупката или со помош на помошен кондензатор. Во овој случај, во зависност од локацијата, улогата на влезната зеница може да ја игра границата на изворот или неговата слика, или границата на кондензаторот итн.
Ако дијафрагмата на отворот лежи пред системот, тогаш таа се совпаѓа со влезната зеница, а излезната зеница ќе биде нејзината слика во овој систем. Ако лежи зад системот, тогаш се совпаѓа со излезната зеница, а влезната зеница ќе биде нејзината слика во системот. Ако дијафрагмата на отворот на експлозивот лежи во системот (слика 6), тогаш неговата слика B 1 B 1 во предниот дел на системот служи како влезна зеница, а сликата B 2 B 2 на задниот дел од системот служи како излезна зеница. Аголот под кој радиусот на влезната зеница е видлив од точката на пресек на оската со рамнината на објектот се нарекува „агол на отворот“, а аголот под кој радиусот на излезната зеница е видлив од точката на пресекот на оската со рамнината на сликата е аголот на проекција или аголот на излезната бленда. [3]
Поглавје 4. Современи оптички системи.
Тенка леќа го претставува наједноставниот оптички систем. Едноставните тенки леќи се користат главно во форма на очила за очила. Покрај тоа, добро е позната употребата на леќа како лупа.
Дејството на многу оптички инструменти - проекциона светилка, камера и други уреди - може шематски да се спореди со дејството на тенки леќи. Сепак, тенка леќа дава добра слика само во релативно редок случај кога некој може да се ограничи на тесен зрак со една боја што доаѓа од изворот долж главната оптичка оска или под голем агол на него. Во мнозинството практични проблеми, каде што овие услови не се исполнети, сликата дадена од тенка леќа е прилично несовршена. Затоа во повеќето случаи прибегнуваат кон градење посложени оптички системи кои имаат голем бројрефрактивни површини и не се ограничени со барањето за близина на овие површини (барање што го задоволува тенката леќа). [4]
Општо земено, човечкото око е сферично тело со дијаметар од околу 2,5 cm, кое се нарекува очно јаболко (сл. 10). Непроѕирниот и издржлив надворешен слој на окото се нарекува склера, а неговиот проѕирен и поконвексен преден дел се нарекува рожница. Однатре, склерата е покриена со хориоид, кој се состои од крвни садови кои го снабдуваат окото. Наспроти рожницата, хориоидот поминува во ирисот, различно обоен кај различни луѓе, кој е одвоен од рожницата со комора која содржи проѕирна водена маса.
Има тркалезна дупка во ирисот,
наречена зеница, чиј дијаметар може да варира. Така, ирисот игра улога на дијафрагма, регулирајќи го пристапот на светлината до окото. При силна светлина зеницата станува помала, а при слаба осветленост се зголемува. Внатре во очното јаболко зад ирисот се наоѓа леќата, која е биконвексна леќа направена од проѕирна супстанција со индекс на рефракција од околу 1,4. Објективот е опкружен со прстенест мускул, кој може да ја промени заобленоста на нејзините површини, а со тоа и нејзината оптичка моќ.
Хориоидот од внатрешната страна на окото е покриен со гранки на фотосензитивниот нерв, особено густи пред зеницата. Овие гранки ја формираат мрежницата, на која се добива вистинската слика на предметите создадени од оптичкиот систем на окото. Просторот помеѓу мрежницата и леќата е исполнет со проѕирно стаклестото тело, кое има желатинозна структура. Сликата на предметите на мрежницата е превртена. Сепак, активноста на мозокот, кој прима сигнали од фотосензитивниот нерв, ни овозможува да ги видиме сите предмети во природни позиции.
Кога прстенестиот мускул на окото е опуштен, на мрежницата се добива слика на далечни предмети. Општо земено, структурата на окото е таква што едно лице може да гледа предмети лоцирани не поблиску од 6 m од окото без напрегање. Во овој случај, сликата на поблиски предмети се добива зад мрежницата. За да се добие јасна слика на таков предмет, прстенестиот мускул се повеќе и повеќе ја компресира леќата додека сликата на предметот не се појави на мрежницата, а потоа ја држи леќата во компресирана состојба.
Така, „фокусирањето“ на човечкото око се врши со менување на оптичката моќ на леќата со помош на прстенестиот мускул. Способноста на оптичкиот систем на окото да создава различни слики на предмети лоцирани на различни растојанија од него се нарекува сместување (од латинскиот „сместување“ - адаптација). Кога гледате многу оддалечени објекти, паралелните зраци влегуваат во окото. Во овој случај, се вели дека окото е сместено до бесконечност.
Сместувањето на окото не е бесконечно. Со помош на прстенестиот мускул, оптичката моќ на окото може да се зголеми за не повеќе од 12 диоптри. Кога долго гледате блиски предмети, окото се заморува, а прстенестиот мускул почнува да се опушта и сликата на предметот се замаглува.
Човечките очи ни овозможуваат јасно да ги гледаме предметите не само на дневна светлина. Способноста на окото да се прилагоди на различни степени на иритација на завршетоците на фотосензитивниот нерв на мрежницата, т.е. на различни степени на осветленост на набљудуваните објекти се нарекува адаптација.
Конвергенцијата на визуелните оски на очите во одредена точка се нарекува конвергенција. Кога предметите се наоѓаат на значително растојание од некоја личност, тогаш кога се движат очите од еден предмет на друг, оските на очите практично не се менуваат, а лицето ја губи способноста правилно да ја одреди положбата на предметот. Кога предметите се многу далеку, оските на очите се паралелни, а човекот не може ни да одреди дали предметот што го гледа се движи или не. Силата на прстенестиот мускул, кој ја компресира леќата при гледање предмети лоцирани блиску до некоја личност, исто така игра одредена улога во одредувањето на положбата на телата. [2]
Поглавје 5. Оптички системи што го вооружуваат окото.
Иако окото не е тенка леќа, сепак во него можете да најдете точка низ која зраците поминуваат практично без прекршување, т.е. точка која игра улога на оптички центар. Оптичкиот центар на окото се наоѓа во внатрешноста на леќата во близина на неговата задна површина. Растојанието h од оптичкиот центар до мрежницата, наречено длабочина на окото, е 15 mm за нормално око.
Знаејќи ја позицијата на оптичкиот центар, можете лесно да конструирате слика на објект на мрежницата на окото. Сликата е секогаш реална, намалена и инверзна (сл. 11, а). Аголот φ под кој објектот S 1 S 2 е видлив од оптичкиот центар O се нарекува визуелен агол.
Ретината има комплексна структураи се состои од поединечни фотосензитивни елементи. Затоа, две точки на објект лоцирани толку блиску една до друга што нивната слика на мрежницата паѓа во истиот елемент, окото ги перцепира како една точка. Минималниот визуелен агол под кој две светлечки точки или две црни точки на бела позадина се уште се перцепираат одделно од окото е приближно една минута. Окото слабо ги препознава деталите на објектот што го гледа под агол помал од 1". Ова е аголот под кој е видлив сегмент чија должина е 1 cm на растојание од 34 cm од окото. слабо осветлување (во самрак), минималниот агол на резолуција се зголемува и може да достигне 1º.
 |
Со приближување на предметот до окото, го зголемуваме аголот на гледање и, според тоа, добиваме
способност подобро да разликува мали детали. Сепак, не можеме многу да го доближиме до окото, бидејќи способноста на окото да се смести е ограничена. За нормално око, најповолното растојание за гледање предмет е околу 25 см, на кое окото може доволно добро да ги разликува деталите без прекумерен замор. Ова растојание се нарекува растојание на најдобар вид. за кратковидно око ова растојание е нешто помало. затоа, кратковидите, ставајќи го предметниот предмет поблиску до окото отколку луѓето со нормален вид или далекувидите, го гледаат од поголем агол на гледање и можат подобро да разликуваат мали детали.
Значително зголемување на аголот на гледање се постигнува со користење на оптички инструменти. Според нивната намена, оптичките инструменти кои го вооружуваат окото можат да се поделат во следните големи групи.
1. Уреди кои се користат за испитување на многу мали предмети (лупа, микроскоп). Се чини дека овие уреди ги „зголемуваат“ предметите за кои станува збор.
2. Инструменти дизајнирани за гледање далечни објекти (обем за набљудување, двоглед, телескоп итн.). овие уреди се чини дека ги „доближуваат“ предметите за кои станува збор.
Со зголемување на аголот на гледање при користење на оптички уред, големината на сликата на објектот на мрежницата се зголемува во споредба со сликата со голо око и, следствено, се зголемува способноста за препознавање детали. Односот на должината b на мрежницата во случај на вооружено око b" до должината на сликата за голо око b (слика 11, б) се нарекува зголемување на оптичкиот уред.
Користење на Сл. 11б лесно може да се види дека зголемувањето на N е исто така еднакво на односот на визуелниот агол φ" кога се гледа предмет преку инструмент до визуелниот агол φ за голо око, бидејќи φ" и φ се мали. [2,3] Значи,
N = b" / b = φ" / φ,
каде N е зголемувањето на објектот;
b" е должината на сликата на мрежницата за вооруженото око;
b е должината на сликата на мрежницата за голо око;
φ“ – агол на гледање при гледање на објект преку оптички инструмент;
φ – агол на гледање при гледање предмет со голо око.
Еден од наједноставните оптички инструменти е лупа - конвергентна леќа дизајнирана за гледање зголемени слики на мали предмети. Објективот се приближува до самото око, а предметот се поставува помеѓу леќата и главниот фокус. Окото ќе види виртуелна и зголемена слика на објектот. Најзгодно е да се испита предмет преку лупа со целосно опуштено око, приспособено до бесконечност. За да го направите ова, предметот се поставува во главната фокусна рамнина на леќата, така што зраците што излегуваат од секоја точка на објектот формираат паралелни зраци зад леќата. На сл. Слика 12 прикажува два такви греди кои доаѓаат од рабовите на објектот. Влегувајќи во бесконечното око, зраците од паралелни зраци се фокусирани на мрежницата и даваат јасна слика на објектот овде.
 |
Аголно зголемување.Окото е многу блиску до леќата, така што аголот на гледање може да се земе како аголот 2γ формиран од зраците што доаѓаат од рабовите на објектот низ оптичкиот центар на леќата. Ако немаше лупа, ќе требаше да го поставиме предметот на растојание од најдобар вид (25 cm) од окото и визуелниот агол ќе биде еднаков на 2β. Земајќи ги предвид правоаголните триаголници со страни 25 cm и F cm и означуваат половина од објектот Z, можеме да напишеме:
,
каде што 2γ е визуелниот агол кога се набљудува преку лупа;
2β - визуелен агол, кога се набљудува со голо око;
F – растојание од објектот до лупата;
Z е половина од должината на предметниот предмет.
Имајќи предвид дека малите детали обично се испитуваат преку лупа и затоа аглите γ и β се мали, тангентите може да се заменат со агли. Ова го дава следниот израз за зголемување на лупата = = .
Затоа, зголемувањето на лупата е пропорционално на 1/F, односно неговата оптичка моќност.
Уредот што ви овозможува да добиете големо зголемување кога гледате мали предмети се нарекува микроскоп.
Наједноставниот микроскоп се состои од две собирни леќи. Објективот L 1 со многу краток фокус дава многу зголемена реална слика на објектот P"Q" (слика 13), која се гледа од окуларот како лупа.
 |
каде што P"Q" е зголемена реална слика на објект;
PQ – големина на ставката;
Со множење на овие изрази, добиваме = n 1 n 2,
каде што PQ е големината на објектот;
P""Q"" - зголемена виртуелна слика на објект;
n 1 – линеарно зголемување на леќата;
n 2 – линеарно зголемување на окуларот.
Ова покажува дека зголемувањето на микроскопот е еднакво на производот од зголемувањата дадени од објективот и окуларот одделно. Затоа е можно да се изградат инструменти кои даваат многу големи зголемувања - до 1000, па дури и повеќе. Во добри микроскопи, леќата и окуларот се сложени.
Окуларот обично се состои од две леќи, но леќата е многу посложена. Желбата да се добијат големи зголемувања ја принудува употребата на објективи со краток фокус со многу висока оптичка моќ. Предметот за кој станува збор е поставен многу блиску до леќата и произведува широк зрак на зраци што ја исполнува целата површина на првата леќа. Ова создава многу неповолни услови за добивање остра слика: дебели леќи и греди надвор од центарот. Затоа, за да се поправат сите видови недостатоци, треба да се прибегне кон комбинации на многу леќи од различни видови стакло.
Во современите микроскопи, теоретската граница е речиси достигната. Можете да видите многу мали предмети преку микроскоп, но нивните слики се појавуваат во форма на мали дамки кои немаат никаква сличност со објектот.
При испитувањето на таквите мали честички, тие користат таканаречен ултрамикроскоп, кој е редовен микроскоп со кондензатор што овозможува интензивно да се осветлува предметниот предмет од страна, нормално на оската на микроскопот.
Со помош на ултрамикроскоп, можно е да се детектираат честички чија големина не надминува милимикрони.
Наједноставниот опсег на забележување се состои од две конвергирани леќи. Една леќа свртена кон објектот што се гледа се нарекува објектив, а другата насочена кон окото на набљудувачот се нарекува окулар.
Објективот L 1 дава вистинска инверзна и значително намалена слика на објектот P 1 Q 1 што се наоѓа во близина на главниот фокус на објективот. Окуларот е поставен така што сликата на објектот е во неговиот главен фокус. Во оваа позиција, окуларот игра улога на лупа, со чија помош се гледа вистинската слика на објектот.
Ефектот на цевката, како лупа, е да го зголеми аголот на гледање. Со помош на цевка, предметите обично се испитуваат на растојанија многу пати поголеми од нејзината должина. Затоа, аголот на гледање под кој објектот е видлив без цевка може да се земе како агол 2β формиран од зраците што доаѓаат од рабовите на објектот низ оптичкиот центар на леќата.
Сликата е видлива под агол од 2γ и лежи речиси во самиот фокус F на објективот и во фокусот F 1 на окуларот.
Со оглед на две правоаголен триаголниксо заедничка страна Z“ можеме да напишеме:
,
F - фокус на објективот;
F 1 - фокус на окуларот;
Z" е половина од должината на предметниот предмет.
Аглите β и γ не се големи, така што е можно, со доволно приближување, да се заменат tanβ и tgγ со агли и потоа зголемувањето на цевката = 
,
каде што 2γ е аголот под кој е видлива сликата на објектот;
2β - агол на гледање при кој објектот е видлив со голо око;
F - фокус на објективот;
F 1 - фокус на окуларот.
Аголното зголемување на цевката се определува со односот на фокусната должина на леќата до фокусната должина на окуларот. За да добиете големо зголемување, треба да земете објектив со долг фокус и окулар со краток фокус. [1]
Апарат за проекција се користи за прикажување на гледачите зголемени слики од цртежи, фотографии или цртежи на екранот. Цртежот на стакло или на проѕирен филм се нарекува слајд, а самиот уред, дизајниран да прикажува такви цртежи, е дијаскоп. Ако уредот е дизајниран да прикажува непроѕирни слики и цртежи, тогаш тој се нарекува епископ. Уредот дизајниран за двата случаи се нарекува епидијаскоп.
Објективот што создава слика на објект пред себе се нарекува леќа. Вообичаено, леќата е оптички систем кој ги елиминира најважните недостатоци својствени за поединечни леќи. За да може сликата на објектот да биде јасно видлива за гледачите, самиот објект мора да биде силно осветлен.
Дизајнерскиот дијаграм на апаратот за проекција е прикажан на Сл. 16.
Изворот на светлина S е поставен во центарот на конкавното огледало (рефлектор) R. светлината што доаѓа директно од изворот S и се рефлектира од рефлекторот Р,паѓа на кондензаторот К, кој се состои од две плано-конвексни леќи. Кондензаторот ги собира овие светлосни зраци во
Во цевката А, наречена колиматор, има тесен процеп, чија ширина може да се прилагоди со вртење на завртката. Пред процепот се поставува извор на светлина, чиј спектар мора да се испита. Процепот се наоѓа во фокусната рамнина на колиматорот и затоа светлосните зраци излегуваат од колиматорот во форма на паралелен зрак. По минување низ призмата, светлосните зраци се насочуваат во цевката Б, преку која се набљудува спектарот. Ако спектроскопот е наменет за мерења, тогаш сликата на скала со поделби е надредена на сликата на спектарот со помош на специјален уред, кој ви овозможува прецизно да ја одредите положбата на линиите во боја во спектарот.
Кога се испитува спектар, често е подобро да се фотографира, а потоа да се проучува со помош на микроскоп.
Уредот за фотографирање спектри се нарекува спектрограф.
Спектрографскиот дијаграм е прикажан на сл. 18.
Спектарот на зрачење се фокусира со помош на објективот L 2 на матирано стакло AB, кое се заменува со фотографска плоча при фотографирање. [2]
Оптичко мерно уредување е мерен инструмент во кој гледањето (порамнување на границите на контролиран објект со влакно, вкрстување, итн.) или определување големина се врши со помош на уред со оптички принцип на работа. Постојат три групи на оптички мерни инструменти: уреди со принцип на оптичко видување и механички метод за известување за движење; уреди со оптичко видување и известување за движење; уреди кои имаат механички контакт со мерниот уред, со оптичка метода за определување на движењето на допирните точки.
Првите уреди кои станаа широко распространети беа проекторите за мерење и следење на делови со сложени контури и мали димензии.
Најчестиот втор уред е универзален мерен микроскоп, во кој делот што се мери се движи на надолжна кочија, а микроскопот за глава се движи на попречен вагон.
Уредите од третата група се користат за споредување на измерените линеарни величини со мерки или скали. Тие обично се комбинираат под општото име споредувачи. Оваа група на уреди вклучува оптиметар (оптикатор, мерна машина, контактен интерферометар, оптички пронаоѓач на опсег итн.).
Оптичките мерни инструменти се широко распространети и во геодезијата (ниво, теодолит и сл.).
Теодолит е геодетски инструмент за определување на правци и мерење на хоризонтални и вертикални агли при геодетски работи, топографски и геодетски, во градежништвото итн.
Ниво - геодетски инструмент за мерење на коти на точки на земјината површина - израмнување, како и за поставување хоризонтални насоки при вградување и сл. работи.
Во навигацијата широко се користи секстант - гониометриски рефлективен инструмент за огледало за мерење на височините на небесните тела над хоризонтот или аглите помеѓу видливите објекти со цел да се одредат координатите на местото на набљудувачот. Најважната карактеристика на секстантот е способноста за истовремено комбинирање на два објекти во видното поле на набљудувачот, меѓу кои се мери аголот, што овозможува сексстантот да се користи во авион или на брод без забележително намалување на точноста, дури и за време на пичинг.
Ветувачка насока во развојот на нови видови оптички мерни инструменти е нивно опремување со електронски уреди за читање што овозможуваат поедноставување на читањето и гледањето итн. [5]
Поглавје 6. Примена на оптичките системи во науката и технологијата.
Примената и улогата на оптичките системи во науката и технологијата е многу голема. Без проучување на оптичките феномени и развој на оптички инструменти, човештвото не би било така високо ниворазвој на технологија.
Речиси сите модерни оптички инструменти се дизајнирани за директно визуелно набљудување на оптичките појави.
Законите за изградба на слики служат како основа за изградба на различни оптички инструменти. Главниот дел на секој оптички уред е некој вид оптички систем. Кај некои оптички уреди, сликата се добива на екран, додека други уреди се дизајнирани да работат со окото. во вториот случај, уредот и окото претставуваат единствен оптички систем, а сликата се добива на мрежницата на окото.
Проучување на некои Хемиски својствасупстанции, научниците измислиле начин да ги поправат сликите на цврсти површини, а за проектирање слики на оваа површина почнале да користат оптички системи што се состојат од леќи. Така, светот доби фото и филмски камери, а со последователниот развој на електрониката се појавија видео и дигитални камери.
За проучување на мали предмети кои се речиси невидливи за око, се користи лупа, а ако неговото зголемување не е доволно, тогаш се користат микроскопи. Современите оптички микроскопи ви дозволуваат да ги зголемувате сликите до 1000 пати, и електронски микроскопидесетици илјади пати. Ова овозможува да се проучуваат објектите на молекуларно ниво.
Модерен астрономски истражувањанемаше да биде возможно без „трубата на Галилео“ и „трубата на Кеплер“. Галилеевата цевка, која често се користи во обичните театарски двогледи, дава директна слика на објектот, додека Кеплеровата цевка дава превртена слика. Како резултат на тоа, ако Кеплер цевката треба да се користи за копнени набљудувања, тогаш таа е опремена со систем за обвиткување (дополнителна леќа или систем на призми), како резултат на што сликата станува директна. Пример за таков уред е двогледот со призма.
Предноста на Кеплер цевката е што има дополнителна средна слика, во чија рамнина може да се постави мерна вага, фотографска плоча за фотографирање и сл. Како резултат на тоа, во астрономијата и во сите случаи поврзани со мерењата, се користи Кеплер цевката.
Заедно со телескопите изградени како телескоп - рефракторите, огледалните (рефлектирачки) телескопи или рефлектори се многу важни во астрономијата.
Можностите за набљудување што ги обезбедува секој телескоп се одредуваат според дијаметарот на неговиот отвор. Затоа, уште од античко време, научната и техничката мисла била насочена кон пронаоѓање
 |
методи за правење големи огледала и леќи.
Со изградбата на секој нов телескоп, радиусот на Универзумот што го набљудуваме се шири.
Визуелната перцепција на надворешниот простор е сложено дејство, во која суштинска околност е тоа што во нормални услови користиме две очи. Благодарение на големата подвижност на очите, брзо поправаме една точка од предметот по друга; во исто време, можеме да го процениме растојанието до предметните предмети, како и да ги споредиме овие растојанија едни со други. Оваа проценка дава идеја за длабочината на просторот, волуметриската дистрибуција на деталите на објектот и овозможува стереоскопска визија.
Стереоскопските слики 1 и 2 се гледаат со помош на леќите L 1 и L 2, секоја поставена пред едното око. Сликите се наоѓаат во фокусните рамнини на леќите, и затоа нивните слики лежат на бесконечност. И двете очи се сместени до бесконечност. Сликите на двете фотографии се перцепирани како еден релјефен објект што лежи во рамнината S.
Стереоскопот во моментов е широко користен за проучување на слики од теренот. Со фотографирање на просторот од две точки се добиваат две фотографии, гледајќи на кои преку стереоскоп јасно се гледа теренот. Поголемата острина на стереоскопскиот вид овозможува користење на стереоскоп за откривање фалсификувани документи, пари итн.
Во воените оптички инструменти наменети за набљудување (двоглед, стереоскопи), растојанијата помеѓу центрите на леќите се секогаш многу поголеми од растојанието помеѓу очите, а далечните објекти изгледаат многу поистакнати отколку кога се набљудуваат без уредот.
Студијата за својствата на светлината која патува во тела со висок индекс на рефракција доведе до откривање на вкупната внатрешна рефлексија. Овој имот е широко користен во производството и употребата на оптички влакна. Оптичкото влакно овозможува секое оптичко зрачење да се пренесе без загуба. Употребата на оптички влакна во комуникациските системи овозможи да се добијат канали со голема брзина за примање и испраќање информации.
Вкупниот внатрешен одраз овозможува користење на призми наместо огледала. На овој принцип се изградени призматичните двогледи и перископи.
 |
Употребата на ласери и системи за фокусирање овозможува ласерското зрачење да се фокусира во една точка, што се користи при сечењето разни материи, во уреди за читање и пишување ЦД-а, во ласерски далечини.
Оптичките системи се широко користени во геодезијата за мерење на агли и височини (нивоа, теодолити, сексстанти итн.).
Употребата на призми за поделба на белата светлина на спектри доведе до создавање на спектрографи и спектроскопи. Тие ви дозволуваат да ги набљудувате спектрите на апсорпција и емисија цврсти материии гасови. Спектралната анализа ви овозможува да дознаете хемиски составсупстанции.
Употребата на наједноставните оптички системи - тенки леќи, им овозможи на многу луѓе со дефекти во визуелниот систем да гледаат нормално (очила, леќи за очи итн.).
Благодарение на оптичките системи, многу научни откритијаи постигнувач.
Оптичките системи се користат во сите области научна дејност, од биологија до физика. Затоа, можеме да кажеме дека опсегот на примена на оптичките системи во науката и технологијата е неограничен. [4.6]
Заклучок.
Практичното значење на оптиката и нејзиното влијание врз другите гранки на знаење се исклучително големи. Пронајдокот на телескопот и спектроскопот се отвори пред човекот најневеројатно и најбогат светфеномени што се случуваат во огромниот универзум. Пронајдокот на микроскоп направи револуција во биологијата. Фотографијата помогна и продолжува да им помага на речиси сите гранки на науката. Еден од суштински елементинаучна опрема е леќа. Без него нема да има микроскоп, телескоп, спектроскоп, камера, кино, телевизија итн. нема да има очила, а многу луѓе над 50 години не би можеле да читаат и да работат многу работи за кои е потребен вид.
Опсегот на феномени што ги проучува физичката оптика е многу обемен. Оптичките феномени се тесно поврзани со феномените кои се проучуваат во другите гранки на физиката, а методите на оптичките истражувања се меѓу најсуптилните и најточните. Затоа, не е изненадувачки што оптиката долго време игра водечка улога кај многумина основни истражувањаи развој на основни физички погледи. Доволно е да се каже дека и двете главни физички теорииминатиот век - теоријата на релативност и теоријата на квантната - настанале и во голема мера се развиле врз основа на оптичко истражување. Пронајдокот на ласерите отвори огромни нови можности не само во оптиката, туку и во неговата примена во различни гранки на науката и технологијата.
Библиографија.
1. Артсибишев С.А. Физика - М.: Медгиз, 1950. - 511 стр.
2. Жданов Л.С. Жданов Г.Л. Физика за посредници образовните институции- М.: Наука, 1981. - 560 стр.
3. Ландсберг Г.С. Оптика - М.: Наука, 1976. - 928 стр.
4. Ландсберг Г.С. Учебник по физика за основно образование. - М.: Наука, 1986. - Т.3. - 656-ти.
5. Прохоров А.М. Голема советска енциклопедија. - М.: Советска енциклопедија, 1974. - Т.18. - 632-та година.
6. Сивукин Д.В. Општ курсфизика: Оптика - М.: Наука, 1980. - 751 стр.
Оптикае гранка на физиката која ја проучува природата на светлосното зрачење, неговото ширење и интеракција со материјата. Светлинските бранови се електромагнетни бранови. Брановата должина на светлосните бранови е содржана во интервалот. Брановите од овој опсег ги перцепира човечкото око.
Светлината патува по линии наречени зраци. При приближувањето на зраците (или геометриската) оптика, конечните бранови должини на светлината се занемарени, под претпоставка дека λ→0. Во многу случаи, геометриската оптика овозможува доста добро да се пресмета оптичкиот систем. Наједноставниот оптички систем е леќата.
При проучување на интерференцијата на светлината, треба да се запомни дека пречките се забележуваат само од кохерентни извори и дека пречките се поврзани со прераспределбата на енергијата во вселената. Овде е важно да можете правилно да ги запишете условите за максимален и минимален интензитет на светлина и да обрнете внимание на прашања како што се боите на тенки филмови, ленти со еднаква дебелина и еднаков наклон.
При проучување на феноменот на дифракција на светлината, неопходно е да се разбере принципот Хајгенс-Френел, методот на зона на Френел и да се разбере како да се опише дифракционата шема на еден процеп и на дифракциона решетка.
Кога го проучувате феноменот на поларизација на светлината, треба да разберете дека основата на овој феномен е попречноста на светлосните бранови. Треба да се обрне внимание на методите за производство на поларизирана светлина и на законите на Брустер и Малус.
Табела со основни формули за оптика
|
Физички закони, формули, променливи |
Формули за оптика |
|
Апсолутен индекс на рефракција каде што c е брзината на светлината во вакуум, c=3·108 m/s, v е брзината на ширење на светлината во медиумот. |
|
|
Релативен индекс на рефракција каде што n 2 и n 1 се апсолутни индекси на рефракција на вториот и првиот медиум. |
|
|
Закон за рефракција каде што i е аголот на инциденца, r е аголот на прекршување. |
|
|
Формула за тенки леќи каде што F е фокусна должина на леќата, d е растојанието од објектот до леќата, f е растојанието од објективот до сликата. |
|
|
Моќност на објективот каде што R 1 и R 2 се радиусите на искривување на сферичните површини на леќата. За конвексна површина R>0. За конкавна површина Р<0. |
|
|
Должина на оптичка патека: каде n е индексот на рефракција на медиумот; r е должината на геометриската патека на светлосниот бран. |
|
|
Разлика во оптичката патека: L 1 и L 2 се оптички патеки на два светлосни бранови. |
|
|
Состојба на пречки максимум: минимум: каде λ 0 е брановата должина на светлината во вакуум; m е редоследот на максимумот или минимумот на пречки. |
|
|
Разлика на оптичката патека во тенки филмови во рефлектираната светлина: во пренесена светлина: каде што d е дебелината на филмот; i е аголот на инциденца на светлината; n е индекс на рефракција. |
|
|
Ширината на рабовите на пречки во експериментот на Јанг: каде што d е растојанието помеѓу кохерентните извори на светлина; L е растојанието од изворот до екранот. |
|
|
Услов за главните максими на дифракционата решетка: каде што d е константа на дифракционата решетка; φ - агол на дифракција. |
|
|
Резолуција на дифракциона решетка: каде Δλ е минималната разлика во брановите должини на две спектрални линии решени со решетката; |
Зборот „оптика“ го среќаваме на пример, кога поминуваме покрај малопродажба што продава очила. Многумина се сеќаваат и дека учеле оптика во училиште. Што е оптика?
Оптиката е гранка на физиката која ја проучува природата на светлината, нејзините својства, обрасците на ширење во различни медиуми, како и интеракцијата на светлината со супстанциите. За подобро да разберете што е оптика, треба да разберете што е светлина.
Идеи за светлината во модерната физика
Физиката ја смета светлината на која сме навикнати како сложен феномен со двојна природа. Од една страна, светлината се смета за прилив на ситни честички - светлосни кванти (фотони). Од друга страна, светлината може да се опише како вид на електромагнетни бранови кои имаат специфична бранова должина.
Одделни гранки на оптика ја проучуваат светлината како физички феномен од различни агли.
Оптички делови
- Геометриска оптика. Ги испитува законите за ширење на светлината, како и рефлексијата и прекршувањето на светлосните зраци. Ја претставува светлината како зрак што се шири праволиниски во хомогена средина (ова е нејзината сличност со геометриски зрак). Не ја зема предвид брановата природа на светлината.
- Бранова оптика. Ги проучува својствата на светлината како вид на електромагнетни бранови.
- Квантна оптика. Ги проучува квантните својства на светлината (го проучува фотоелектричниот ефект, фотохемиските процеси, ласерското зрачење итн.)
Оптика во човечкиот живот
Со проучување на природата на светлината и моделите на нејзината дистрибуција, човекот го користи стекнатото знаење во своја полза. Најчестите оптички инструменти во животот околу нас се очила, микроскоп, телескоп, фотографска леќа, како и кабел со оптички влакна што се користи за поставување LAN (за ова можете да дознаете во статијата
Една од древните и обемни гранки на физиката е оптиката. Нејзините достигнувања се користат во многу науки и области на активност: електротехника, индустрија, медицина и други. Од написот можете да дознаете што проучува оваа наука, историјата на развојот на идеите за неа, најважните достигнувања и кои оптички системи и инструменти постојат.
Што учи оптика?
Името на оваа дисциплина е од грчко потекло и е преведено како „наука за визуелна перцепција“. Оптиката е гранка на физиката која ја проучува природата на светлината, нејзините својства и законите поврзани со нејзиното ширење. Оваа наука ја проучува природата на видливата светлина, инфрацрвеното и ултравиолетовото зрачење. Бидејќи благодарение на светлината луѓето можат да го видат светот околу нив, оваа гранка на физиката е исто така дисциплина поврзана со визуелната перцепција на зрачењето. И не е ни чудо: окото е сложен оптички систем.
Историја на формирањето на науката
Оптиката настанала во античко време, кога луѓето се обидувале да ја разберат природата на светлината и да сфатат како можат да ги видат предметите во околниот свет.
Античките филозофи сметале дека видливата светлина е или зраци што излегуваат од очите на една личност или како млаз од ситни честички што се распрснуваат од предметите и влегуваат во окото.
Потоа, природата на светлината ја проучувале многу истакнати научници. Исак Њутн формулираше теорија за трупови - ситни честички на светлината. Друг научник, Хајгенс, ја изнесе теоријата на брановите.
Природата на светлината продолжија да ја истражуваат физичарите од 20 век: Максвел, Планк, Ајнштајн.
Во моментов, хипотезите на Њутн и Хајгенс се обединети во концептот на двојност на бранови честички, според кој светлината има својства и на честички и на бранови.
Секции
Предмет на оптичкото истражување не е само светлината и нејзината природа, туку и инструментите за ова истражување, законите и својствата на овој феномен и многу повеќе. Затоа, науката има неколку делови посветени на поединечни аспекти на истражувањето.
- геометриска оптика;
- бран;
- квантна.
Секој дел ќе се дискутира подетално подолу.
Геометриска оптика
Во овој дел постојат следниве закони за оптика:
Законот за исправноста на ширењето на светлината што минува низ хомогена средина. Светлосниот зрак се смета за права линија по која минуваат светлосните честички.
Закон за рефлексија:
Инцидентот и рефлектираните зраци, како и нормалната на интерфејсот помеѓу двата медиума, реконструирани на точката на инциденца на зракот, лежат во иста рамнина ( рамнина на инциденца).Аголот на рефлексија γ е еднаков на аголот на инциденца α.
Закон за рефракција:
Упадните и прекршените зраци, како и нормалната на интерфејсот помеѓу двата медиума, реконструирани на точката на инциденца на зракот, лежат во иста рамнина. Односот на синусот на аголот на инциденца α со синусот на аголот на прекршување β е константна вредност за две дадени медиуми.
Леќите се средство за проучување на својствата на светлината во геометриската оптика.
Леќата е проѕирно тело кое е способно да пренесува и модифицира. Објективот е главната компонента на сите оптички инструменти. Кога нејзината дебелина е мала во споредба со радиусите на површините, таа се нарекува тенка. Во оптика, формулата за тенка леќа изгледа вака:
1/d + 1/f = D, каде
d е растојанието од објектот до леќата; f е растојанието до сликата од објективот; D е оптичката моќност на леќата (мерена во диоптри).
Бранова оптика и нејзините концепти
Бидејќи е познато дека светлината ги има сите својства на електромагнетниот бран, посебна гранка на физиката ги проучува манифестациите на овие својства. Тоа се нарекува бранова оптика.
Основните концепти на оваа гранка на оптика се дисперзија, интерференција, дифракција и поларизација.
Феноменот на дисперзија го откри Њутн благодарение на неговите експерименти со призми. Ова откритие е важен чекор кон разбирање на природата на светлината. Тој открил дека прекршувањето на светлосните зраци зависи од нивната боја. Овој феномен беше наречен дисперзија или расејување на светлината. Сега е познато дека бојата зависи од брановата должина. Покрај тоа, Њутн го предложи концептот на спектарот за да ја означи лентата на виножитото добиена со дисперзија низ призми.
Потврда за брановата природа на светлината е мешањето на нејзините бранови, откриено од Јунг. Ова е името дадено на суперпозиција на два или повеќе бранови еден врз друг. Како резултат на тоа, може да се види феноменот на зајакнување и слабеење на светлосните вибрации на различни точки во вселената. Убави и познати манифестации на мешање за секого се меурчињата од сапуница и филмот со боја на виножито од истурениот бензин.
Секој го доживува феноменот на дифракција. Овој термин е преведен од латински како „скршен“. Дифракцијата во оптиката е свиткување на светлосните бранови околу рабовите на пречките. На пример, ако поставите топка на патеката на светлосниот зрак, на екранот зад него ќе се појават наизменични прстени - светло и темно. Ова се нарекува шема на дифракција. Јунг и Френел го проучувале феноменот.
Последниот клучен концепт во брановата оптика е поларизацијата. Светлината се нарекува поларизирана ако е подредена насоката на нејзините бранови осцилации. Бидејќи светлината е надолжен, а не попречен бран, вибрациите се јавуваат исклучиво во попречната насока.
Квантна оптика
Светлината не е само бран, туку и поток на честички. Врз основа на оваа негова компонента, се појави таква гранка на науката како квантна оптика. Неговиот изглед е поврзан со името на Макс Планк.
Квант е кој било дел од нешто. И во овој случај зборуваме за кванти на зрачење, односно делови од светлина што се емитуваат за време на тоа. Зборот фотони се користи за означување на честички (од грчкиот φωτός - „светлина“). Овој концепт беше предложен од Алберт Ајнштајн. Во овој дел од оптика, формулата на Ајнштајн E=mc 2 се користи и за проучување на својствата на светлината.
Главната цел на овој дел е проучување и карактеризирање на интеракцијата на светлината со материјата и проучување на нејзиното ширење во нетипични услови.
Својствата на светлината како млаз честички се појавуваат во следниве услови:
- топлинско зрачење;
- фотоелектричен ефект;
- фотохемиски процеси;
- стимулирана емисија итн.
Во квантната оптика постои концепт на некласична светлина. Факт е дека квантните карактеристики на светлосното зрачење не можат да се опишат во рамките на класичната оптика. Некласична светлина, на пример, двофотонска, компресирана, се користи во различни области: за калибрирање на фотодетектори, за прецизни мерења итн. Друга апликација е квантната криптографија - таен метод за пренос на информации користејќи бинарни кодови, каде што вертикално насочен На фотонот му се доделува 0, а на хоризонтално насочен - 1.
Важноста на оптиката и оптичките инструменти
Во кои области оптичката технологија ја најде својата главна примена?
Прво, без оваа наука немаше да има оптички инструменти познати на секој човек: телескоп, микроскоп, камера, проектор и други. Со помош на специјално избрани леќи, луѓето можеа да го истражуваат микрокосмосот, универзумот, небесните објекти, како и да снимаат и емитуваат информации во форма на слики.
Покрај тоа, благодарение на оптиката, откриени се голем број важни откритија во областа на природата на светлината, нејзините својства, феномените на интерференција, поларизација и други.
Конечно, оптиката беше широко користена во медицината, на пример, во проучувањето на зрачењето со Х-зраци, врз основа на кое беше создаден уред кој спаси многу животи. Благодарение на оваа наука е измислен и ласерот кој нашироко се користи во хируршките интервенции.
Оптика и визија
Окото е оптички систем. Благодарение на својствата на светлината и способностите на органите на видот, можете да го видите светот околу вас. За жал, малку луѓе можат да се пофалат со совршена визија. Со помош на оваа дисциплина стана возможно да се врати способноста на луѓето да гледаат подобро со помош на очила и контактни леќи. Затоа, медицинските установи вклучени во изборот на производи за корекција на видот, исто така, го добија соодветното име - оптика.
Можеме да го сумираме. Значи, оптиката е наука за својствата на светлината, која влијае на многу области од животот и има широка примена во науката и во секојдневниот живот.
Светлина- Станува збор за електромагнетни бранови, чии бранови должини за просечно човечко око се движат од 400 до 760 nm. Во овие граници, светлината се нарекува видливи. Светлината со најдолга бранова должина ни изгледа црвена, а светлината со најкратка бранова должина изгледа виолетова. Лесно е да се запамети алтернацијата на боите во спектарот користејќи ја изреката „ ДОсекој ЗАловец Исака Зне, Где СОоди Фазан“. Првите букви од зборовите на изреката одговараат на првите букви од основните бои на спектарот по опаѓачки редослед на бранова должина (и, соодветно, зголемена фреквенција): „ ДОцрвено - ЗАопсег - Ижолта - Ззелена - Гсина - СОсина - Фвиолетова." Светлината со бранова должина подолга од црвената се нарекува инфрацрвена. Нашите очи не го забележуваат тоа, но нашата кожа бележи такви бранови во форма на топлинско зрачење. Светлината со бранови должини пократки од виолетова се нарекува ултравиолетови.
Електромагнетни бранови(и особено, светлосни бранови, или едноставно светлина) е електромагнетно поле кое се шири во просторот и времето. Електромагнетните бранови се попречни - векторите на електричен интензитет и магнетна индукција се нормални еден на друг и лежат во рамнина нормална на насоката на ширење на бранот. Светлинските бранови, како и сите други електромагнетни бранови, се шират во материјата со конечна брзина, која може да се пресмета со формулата:
Каде: ε И μ - диелектрична и магнетна пропустливост на супстанцијата, ε 0 и μ 0 – електрични и магнетни константи: ε 0 = 8,85419 10 -12 F/m, μ 0 = 1,25664·10 -6 H/m. Брзина на светлината во вакуум(Каде ε = μ = 1) е константна и еднаква Со= 3∙10 8 m/s, исто така може да се пресмета со формулата:
Брзината на светлината во вакуум е една од основните физички константи. Ако светлината се шири во кој било медиум, тогаш брзината на нејзиното ширење се изразува и со следнава врска:
Каде: n– индексот на прекршување на супстанцијата е физичка големина која покажува колку пати брзината на светлината во медиум е помала отколку во вакуум. Индексот на рефракција, како што може да се види од претходните формули, може да се пресмета на следниов начин:
- Светлината носи енергија.Кога светлосните бранови се шират, се јавува проток на електромагнетна енергија.
- Светлинските бранови се емитуваат како поединечни кванти на електромагнетно зрачење (фотони) од атоми или молекули.
Покрај светлината, постојат и други видови на електромагнетни бранови. Подолу се наведени по редослед на намалување на брановата должина (и, соодветно, зголемување на фреквенцијата):
- Радио бранови;
- Инфрацрвено зрачење;
- Видлива светлина;
- Ултравиолетово зрачење;
- Х-зраци зрачење;
- Гама зрачење.
Мешање
Мешање– една од најсветлите манифестации на брановата природа на светлината. Тоа е поврзано со прераспределба на светлосната енергија во просторот при примена на т.н кохерентнабранови, односно бранови кои имаат исти фреквенции и постојана фазна разлика. Интензитетот на светлината во областа на преклопување на зракот има карактер на наизменични светли и темни ленти, при што интензитетот во максимум е поголем, а во минимум помал од збирот на интензитетите на зракот. Кога се користи бела светлина, рабовите на пречки се појавуваат во различни бои на спектарот.
За пресметување на пречки, се користи концептот должина на оптичката патека. Нека светлината го помине растојанието Лво медиум со индекс на рефракција n. Потоа, должината на нејзината оптичка патека се пресметува со формулата:
За да дојде до пречки, мора да се преклопат најмалку два греди. За нив се пресметува разлика во оптичката патека(оптичка разлика во должина) според следната формула:
Токму оваа вредност одредува што се случува за време на пречки: минимум или максимум. Запомнете го следново: максимум на пречки(светлосна лента) се забележува во оние точки во просторот во кои е исполнет следниот услов:
На м= 0, се забележува максимум нула редослед, на м= ±1 максимум од првиот ред и така натаму. Минимум за пречки(темна лента) се забележува кога е исполнет следниот услов:
Разликата во фазата на осцилација е:
За првиот непарен број (еден) ќе има минимум од првиот ред, за вториот (три) минимум од вториот ред итн. Не постои минимум од нула нарачка.
Дифракција. Дифракциона решетка
Дифракцијасветлината е феномен на отстапување на светлината од праволинискиот правец на ширење при поминување во близина на препреки чии димензии се споредливи со брановата должина на светлината (светлината која се наведнува околу пречките). Искуството покажува дека светлината, под одредени услови, може да влезе во регионот на геометриската сенка (т.е. да биде таму каде што не треба). Ако има тркалезна пречка на патеката на паралелен светлосен зрак (окружен диск, топка или тркалезна дупка во непроѕирен екран), тогаш на екранот што се наоѓа на доволно големо растојание од пречката, шема на дифракција– систем на наизменични светли и темни прстени. Ако пречката е линеарна (прецеп, конец, раб на екранот), тогаш на екранот се појавува систем на паралелни дифракциони реси.
Дифракциони решеткисе периодични структури врежани со специјална машина за делење на површината на стаклена или метална плоча. Кај добрите решетки линиите паралелни една со друга се долги околу 10 cm, а има и до 2000 линии на милиметар. Во овој случај, вкупната должина на решетката достигнува 10-15 см. Производството на такви решетки бара употреба на највисоки технологии. Во пракса, се користат и погруби решетки со 50–100 линии на милиметар нанесени на површината на проѕирен филм.
Кога светлината вообичаено се спушта на дифракциона решетка, максимумите се забележуваат во некои правци (покрај онаа во која светлината првично паднала). Со цел да се набљудува максимум на пречки, треба да се исполни следниот услов:
Каде: г– период (или константа) на решетката (растојание помеѓу соседните линии), ме цел број наречен ред на дифракциониот максимум. На оние точки на екранот за кои е исполнет овој услов, се наоѓаат таканаречените главни максими на дифракционата шема.
Законите на геометриската оптика
Геометриска оптикае гранка на физиката која не ги зема предвид брановите својства на светлината. Основните закони на геометриската оптика биле познати долго пред да се утврди физичката природа на светлината.
Оптички хомогена средина- ова е медиум во целиот волумен на кој индексот на рефракција останува непроменет.
Закон за праволиниско ширење на светлината:Во оптички хомогена средина, светлината се шири праволиниски. Овој закон води до идејата за светлосниот зрак како геометриска линија по која светлината се шири. Треба да се забележи дека законот за праволиниско ширење на светлината е прекршен и концептот на светлосен зрак го губи своето значење ако светлината минува низ мали дупки чии димензии се споредливи со брановата должина (во овој случај се забележува дифракција).
На интерфејсот помеѓу два проѕирни медиуми, светлината може делумно да се рефлектира така што дел од светлосната енергија ќе се шири во нова насока по рефлексијата, а делумно ќе помине низ границата и ќе се шири во вториот медиум.
Закон за рефлексија на светлината:упадните и рефлектираните зраци, како и нормалната на интерфејсот помеѓу двата медиума, реконструирани во точката на инциденца на зракот, лежат во иста рамнина (рамнината на инциденца). Агол на рефлексија γ еднаков на аголот на инциденца α . Забележете дека сите агли во оптика се мерат од нормалната до интерфејсот помеѓу двата медиума.
Закон за прекршување на светлината (Снелов закон):упадните и прекршените зраци, како и нормалната на интерфејсот помеѓу двата медиума, реконструирани на точката на инциденца на зракот, лежат во иста рамнина. Агол на инциденца синус сооднос α до синусот на аголот на прекршување β е константна вредност за два дадени медиуми и се определува со изразот:
Законот за рефракција беше експериментално воспоставен од холандскиот научник В. Снелиус во 1621 година. Постојана вредност n 21 се нарекуваат релативен индекс на рефракцијавтората средина во однос на првата. Индексот на рефракција на медиумот во однос на вакуумот се нарекува апсолутен индекс на рефракција.
Средината со поголема апсолутна вредност се нарекува оптички погуста, а медиумот со помала апсолутна вредност се нарекува помалку густа. Кога се движите од помалку густа средина во погуста, зракот „притиска“ на нормалното, а кога се движи од погуста кон помалку густа средина, „се оддалечува“ од нормалното. Единствениот случај кога зракот не е прекршен е ако аголот на инциденца е 0 (односно, зраците се нормални на интерфејсот).
Кога светлината преминува од оптички погуста средина во оптички помалку густа средина n 2 < n 1 (на пример, од стакло до воздух) може да се набљудува феномен на целосна внатрешна рефлексија, односно исчезнување на прекршениот зрак. Овој феномен е забележан при агли на инциденца што надминуваат одреден критичен агол α pr, кој се нарекува ограничувачки агол на вкупниот внатрешен одраз. За агол на инциденца α = α пр, грев β = 1, бидејќи β = 90°, тоа значи дека прекршениот зрак оди по самиот интерфејс и, според законот на Снел, следниот услов е задоволен:
Штом аголот на инциденца стане поголем од ограничувачкиот, прекршениот зрак веќе едноставно не оди по границата, но воопшто не се појавува, бидејќи неговиот синус сега мора да биде поголем од еден, но тоа не може да се случи.
Леќи
Леќие проѕирно тело ограничено со две сферични површини. Ако дебелината на самата леќа е мала во споредба со радиусите на искривување на сферичните површини, тогаш леќата се нарекува тенки.
Постојат леќи собирањеИ расфрлање. Ако индексот на прекршување на објективот е поголем од оној на околниот медиум, тогаш конвергираната леќа во средината е подебела отколку на рабовите, а дивергираната леќа, напротив, е потенка во средниот дел. Ако индексот на рефракција на леќата е помал од оној на околниот медиум, тогаш е точно спротивното.
Права линија што минува низ центрите на искривување на сферични површини се нарекува главната оптичка оска на леќата. Во случај на тенки леќи, приближно можеме да претпоставиме дека главната оптичка оска се вкрстува со леќата во една точка, што обично се нарекува оптички центар на леќата. Светлосниот зрак минува низ оптичкиот центар на леќата без отстапување од неговата оригинална насока. Се нарекуваат сите прави линии што минуваат низ оптичкиот центар секундарни оптички оски.
Ако зрак зраци паралелен со главната оптичка оска е насочен кон леќата, тогаш по минување низ леќата зраците (или нивното продолжение) ќе се спојат во една точка Ф, кој се нарекува главниот фокус на леќата. Тенка леќа има две главни фокуси, симетрично лоцирани во однос на леќата на главната оптичка оска. Конвергираните леќи имаат вистински фокуси, додека дивергираните леќи имаат имагинарни фокуси. Растојание помеѓу оптичкиот центар на објективот Ои главен фокус Фповикани фокусна должина. Се означува со истата буква Ф.
Формула за леќи
Главното својство на леќите е способноста да произведуваат слики од предмети. Слика- ова е точката во просторот каде што се сечат зраците (или нивните продолжетоци) што ги емитува изворот по прекршувањето во леќата. Сликите доаѓаат директноИ наопаку, валиден(самите зраци се сечат) и имагинарен(продолжението на зраците се сечат), зголемениИ намалени.
Позицијата на сликата и нејзиниот карактер може да се одредат со помош на геометриски конструкции. За да го направите ова, користете ги својствата на некои стандардни зраци, чиј тек е познат. Тоа се зраци кои минуваат низ оптичкиот центар или една од фокусните точки на леќата, како и зраци паралелни со главната или една од секундарните оптички оски.
За едноставност, можете да запомните дека сликата на точка ќе биде точка. Сликата на точка која лежи на главната оптичка оска лежи на главната оптичка оска. Сликата на сегмент е сегмент. Ако сегментот е нормален на главната оптичка оска, тогаш неговата слика е нормална на главната оптичка оска. Но, ако сегментот е наклонет кон главната оптичка оска под одреден агол, тогаш неговата слика ќе биде наклонета под некој друг агол.
Сликите исто така може да се пресметаат со користење формули за тенки леќи. Ако најкраткото растојание од објект до леќа се означува со г, а најкраткото растојание од објективот до сликата е преку ѓ, тогаш формулата за тенките леќи може да се напише како:
Големина Д, инверзна на фокусната должина. повикани оптичка моќ на леќата. Единицата за оптичка моќност е 1 диоптер (доптер). Диоптрија е оптичка моќност на леќа со фокусна должина од 1 m.
Вообичаено е да се доделат одредени знаци на фокусните должини на леќите: за конвергирана леќа Ф> 0, за расејување Ф < 0. Оптическая сила рассеивающей линзы также отрицательна.
Количини гИ ѓисто така почитувајте одредено знаковно правило: ѓ> 0 – за валидни слики; ѓ < 0 – для мнимых изображений. Перед гЗнакот „–“ се поставува само кога зрак на зрак што се зближува паѓа на леќата. Потоа тие се ментално продолжени до раскрсницата зад леќата, таму се поставува имагинарен извор на светлина и се одредува растојанието за него г.
Во зависност од положбата на објектот во однос на објективот, линеарните димензии на сликата се менуваат. Линеарно зголемувањелеќи Γ наречен однос на линеарните димензии на сликата и објектот. Постои формула за линеарно зголемување на леќата:
Во многу оптички инструменти, светлината поминува низ две или повеќе леќи последователно. Сликата на објектот дадена од првата леќа служи како објект (реален или имагинарен) за вториот објектив, кој конструира втора слика на објектот итн.
Успешното, вредно и одговорно спроведување на овие три точки, како и одговорното проучување на завршните тестови за обука, ќе ви овозможат да покажете одличен резултат на КТ, максимум од она за што сте способни.
Најдовте грешка?
Ако мислите дека сте нашле грешка во едукативни материјали, тогаш ве молиме пишете за тоа на е-пошта(). Во писмото наведете го предметот (физика или математика), името или бројот на темата или тестот, бројот на проблемот или местото во текстот (страница) каде, според Ваше мислење, има грешка. Опишете и каква е сомнителната грешка. Вашето писмо нема да остане незабележано, грешката или ќе се коригира, или ќе ви биде објаснето зошто не е грешка.
