Eksperymenty optyczne. Złudzenie optyczne. Iluzje optyczne. Domowy eksperyment z fizyki z bezwładnością

Złamany ołówek

Eksperymentuj ze strzałkami

To zaskoczy nie tylko dzieci, ale także dorosłych!

Nadal możesz przeprowadzić kilka eksperymentów Piageta z dziećmi. Na przykład weź tę samą ilość wody i wlej ją do różnych szklanek (na przykład szerokiej i krótkiej, a drugiej - wąskiej i wysokiej). A potem zapytaj, w której jest więcej wody?
Możesz także umieścić tę samą liczbę monet (lub przycisków) w dwóch rzędach (jeden pod drugim). Zapytaj, czy ilość w dwóch rzędach jest taka sama. Następnie usuwając jedną monetę z jednego rzędu, resztę rozsuń tak, aby ten rząd miał taką samą długość jak górny. I jeszcze raz zapytaj, czy teraz jest tak samo itp. Spróbuj – odpowiedzi prawdopodobnie Cię zaskoczą!

Iluzja Ebbinghausa lub kręgi Titchenera- złudzenie optyczne postrzegania względnych rozmiarów. Najbardziej znana wersja tej iluzji polega na tym, że dwa koła o tej samej wielkości są umieszczone obok siebie, z dużymi okręgami wokół jednego z nich, podczas gdy drugie jest otoczone małymi okręgami; w tym przypadku pierwsze koło wydaje się mniejsze niż drugie.

Dwa pomarańczowe kółka mają dokładnie ten sam rozmiar; jednak lewe kółko wydaje się mniejsze

Iluzja Müllera-Lyera

Złudzenie polega na tym, że segment otoczony „punktami” wydaje się krótszy niż segment otoczony strzałkami „ogona”. Złudzenie zostało po raz pierwszy opisane przez niemieckiego psychiatrę Franza Müllera-Lyera w 1889 roku

Lub na przykład złudzenie optyczne - najpierw widzisz czerń, potem biel

Jeszcze więcej złudzeń optycznych

I wreszcie iluzoryczna zabawka to Thaumatrope.

Kiedy szybko obrócisz małą kartkę papieru z dwoma wzorami po różnych stronach, będą one postrzegane jako jeden. Możesz samodzielnie wykonać taką zabawkę, rysując lub przyklejając odpowiednie obrazy (kilka popularnych taumatropów - kwiaty i wazon, ptak i klatka, chrząszcz i słoik) na dość grubym papierze i przyczepiając po bokach sznurki do skręcenia. Albo jeszcze prościej – przymocuj go do patyka niczym lizak i szybko obracaj w dłoniach.

I jeszcze kilka zdjęć. Co na nich widzisz?

Przy okazji, w naszym sklepie możesz kupić gotowe zestawy do przeprowadzania eksperymentów z zakresu złudzeń optycznych!

Wstęp

1.Przegląd literatury

1.1. Historia rozwoju optyki geometrycznej

1.2. Podstawowe pojęcia i prawa optyka geometryczna

1.3. Elementy pryzmatyczne i materiały optyczne

2. Część eksperymentalna

2.1 Materiały i metody doświadczalne

2.2. Wyniki eksperymentalne

2.2.1. Doświadczenia demonstracyjne z wykorzystaniem pryzmatu szklanego o kącie załamania 90°

2.2.2. Doświadczenia demonstracyjne z wykorzystaniem szklanego pryzmatu wypełnionego wodą, o kącie załamania 90°

2.2.3. Doświadczenia demonstracyjne z wykorzystaniem pustego w środku szklanego pryzmatu wypełnionego powietrzem, o kącie załamania 74°

2.3. Omówienie wyników eksperymentów

Wykaz używanej literatury

Wstęp

Decydująca rola eksperymentu w nauczaniu fizyki w szkole odpowiada głównej zasadzie nauk przyrodniczych, zgodnie z którą doświadczenie jest podstawą poznania zjawisk. Eksperymenty demonstracyjne przyczyniają się do tworzenia koncepcji fizycznych. Wśród eksperymentów demonstracyjnych jedno z najważniejszych miejsc zajmują eksperymenty z optyki geometrycznej, które pozwalają w czytelny sposób pokazać fizyczną naturę światła i wykazać podstawowe prawa propagacji światła.

W pracy poruszono problematykę przeprowadzania eksperymentów z optyki geometrycznej z wykorzystaniem pryzmatu Liceum. Wybrano najciekawsze eksperymenty wizualne i optyczne z wykorzystaniem sprzętu, który może kupić każda szkoła lub wykonać samodzielnie.

Przegląd literatury

1.1 Historia rozwoju optyki geometrycznej.

Optyka jest jedną z tych nauk, której początkowe idee zrodziły się w czasach starożytnych. W swojej wielowiekowej historii przeżywała ciągły rozwój i obecnie jest jedną z podstawowych nauk fizycznych, wzbogacaną o odkrycia coraz to nowych zjawisk i praw.

Najważniejszym problemem optyki jest kwestia natury światła. Pierwsze wyobrażenia o naturze światła pojawiły się już w starożytności. Starożytni myśliciele próbowali zrozumieć istotę zjawisk świetlnych w oparciu o wrażenia wzrokowe. Starożytni Hindusi uważali, że oko ma „ognistą naturę”. Grecki filozof i matematyk Pitagoras (582-500 p.n.e.) i jego szkoła wierzyli, że wrażenia wzrokowe powstają w wyniku wydobywania się „gorących oparów” z oczu na przedmioty. W dalszym rozwoju poglądy te przybrały jaśniejszą formę w postaci teorii promieni wzrokowych, którą rozwinął Euklides (300 p.n.e.). Według tej teorii widzenie wynika z faktu, że z oczu wypływają „promienie wzrokowe”, które dotykają ciała końcami i wywołują wrażenia wzrokowe. Euklides jest twórcą doktryny o prostoliniowym rozchodzeniu się światła. Stosując matematykę do badania światła, ustalił prawa odbicia światła od zwierciadeł. Należy zauważyć, że przy konstrukcji geometrycznej teorii odbicia światła od zwierciadeł charakter pochodzenia światła nie ma znaczenia, a jedynie właściwość jego prostoliniowego rozchodzenia się. Wzory odkryte przez Euklidesa zostały utrwalone we współczesnej optyce geometrycznej. Euklides był również zaznajomiony z załamaniem światła. W późniejszym czasie podobne poglądy rozwinął Ptolemeusz (70-147 n.e.). Dużą wagę przywiązywali do badania zjawisk załamania światła; w szczególności Ptolemeusz dokonał wielu pomiarów kątów padania i załamania, ale nie był w stanie ustalić prawa załamania światła. Ptolemeusz zauważył, że położenie opraw na niebie zmienia się w wyniku załamania światła w atmosferze.

Oprócz Euklidesa inni starożytni naukowcy znali także działanie zwierciadeł wklęsłych. Archimedesowi (287-212 p.n.e.) przypisuje się spalenie floty wroga za pomocą systemu wklęsłych zwierciadeł, za pomocą których zbierał promienie słoneczne i kierował je na rzymskie statki. Pewien krok naprzód uczynił Empedokles (492-432 p.n.e.), który uważał, że wypływy z ciał świetlistych kierowane są do oczu, a wypływy z oczu w stronę ciał. Kiedy te wypływy się spotykają, pojawiają się wrażenia wizualne. Słynny grecki filozof, twórca atomizmu Demokryt (460-370 p.n.e.) całkowicie odrzuca ideę promieni wzrokowych. Według poglądów Demokryta, widzenie jest spowodowane opadaniem małych atomów pochodzących z przedmiotów na powierzchnię oka. Podobne poglądy miał później Epikur (341-270 p.n.e.). Zdecydowanym przeciwnikiem „teorii promieni wzrokowych” był słynny grecki filozof Arystoteles (384-322 p.n.e.), który uważał, że przyczyna wrażeń wzrokowych leży poza okiem ludzkim. Arystoteles próbował wyjaśnić kolory jako konsekwencję mieszania się światła i ciemności.

Należy zaznaczyć, że poglądy myślicieli starożytnych opierały się głównie na prostych obserwacjach zjawisk naturalnych. Fizyka starożytna nie miała niezbędnych podstaw w postaci badań eksperymentalnych. Dlatego nauczanie starożytnych o naturze światła ma charakter spekulacyjny. Niemniej jednak, choć te poglądy są w większości jedynie błyskotliwymi domysłami, to z pewnością wywarły ogromny wpływ na dalszy rozwój optyki.

Arabski fizyk Alhazen (1038) rozwinął w swoich badaniach szereg zagadnień z zakresu optyki. Studiował oko, załamanie światła, odbicie światła w zwierciadłach wklęsłych. Badając załamanie światła, Algazei, w przeciwieństwie do Ptolemeusza, udowodnił, że kąty padania i załamania nie są proporcjonalne, co było impulsem do dalszych badań w celu znalezienia prawa załamania światła. Alhazen jest zaznajomiony z powiększającą mocą sferycznych segmentów szkła. W kwestii natury światła Alhazen zajmuje właściwe stanowisko, odrzucając teorię promieni wzrokowych. Algazen wychodzi z założenia, że ​​z każdego punktu świetlistego obiektu rozchodzą się promienie, które docierając do oka wywołują wrażenia wzrokowe. Alhazen uważał, że światło ma skończoną prędkość rozchodzenia się, co samo w sobie stanowi ważny krok w zrozumieniu natury światła. Alhazen podał prawidłowe wyjaśnienie faktu, że Słońce i Księżyc wydają się większe na horyzoncie niż w zenicie; wyjaśnił to jako zwodzenie uczuć.

Renesans. W nauce stopniowo wygrywa eksperymentalna metoda badania przyrody. W tym okresie dokonano szeregu wybitnych wynalazków i odkryć w optyce. Francisowi Maurolicusowi (1494 -1575) przypisuje się dość dokładne wyjaśnienie działania okularów. Mavrolik odkrył również, że soczewki wklęsłe nie zbierają, ale rozpraszają promienie. Ustalił, że soczewka jest najważniejszą częścią oka i wyciągnął wniosek o przyczynach dalekowzroczności i krótkowzroczności jako konsekwencji nieprawidłowego załamania światła przez soczewkę. Mavrolik podał prawidłowe wyjaśnienie powstawania obrazów obserwowanego Słońca gdy promienie słoneczne przechodzą przez małe dziury. Następnie należy wymienić Włocha Portę (1538-1615), który w 1589 roku wynalazł kamerę obscura – prototyp przyszłego aparatu. Kilka lat później wynaleziono podstawowe przyrządy optyczne – mikroskop i teleskop.

Wynalazek mikroskopu (1590) wiąże się z nazwiskiem holenderskiego mistrza optyka Zachary'ego Jansena. Mniej więcej w tym samym czasie (1608-1610) zaczęto produkować lunety celownicze przez holenderskich optyków Zachary'ego Jansena, Jacoba Metiusa i Hansa Lippersheya. Wynalezienie tych instrumentów optycznych doprowadziło w kolejnych latach do wielkich odkryć w astronomii i biologii. Niemiecki fizyk i astronom N. Kepler (1571-1630) jest autorem podstawowych prac z zakresu teorii instrumentów optycznych i optyki fizjologicznej, których twórcą można go słusznie nazwać.Kepler dużo pracował nad badaniem załamania światła.

Zasada Fermata, nazwana na cześć francuskiego naukowca Pierre'a Fermata (1601-1665), miała ogromne znaczenie dla optyki geometrycznej. Zasada ta ustaliła, że ​​światło między dwoma punktami przemieszcza się po drodze, której przebycie zajmuje minimum czasu. Wynika z tego, że Fermat, w przeciwieństwie do Kartezjusza, uważał, że prędkość propagacji światła jest skończona. Słynny włoski fizyk Galileusz (1564-1642) nie prowadził systematycznych prac poświęconych badaniu zjawisk świetlnych. Prowadził jednak także prace z zakresu optyki, które przyniosły nauce niezwykłe rezultaty. Galileusz udoskonalił teleskop i po raz pierwszy zastosował go w astronomii, gdzie dokonał wybitnych odkryć, które pomogły uzasadnić najnowsze poglądy na budowę Wszechświata, oparte na heliocentrycznym układzie Kopernika. Galileuszowi udało się stworzyć teleskop o powiększeniu klatki 30, które było wielokrotnie większe niż powiększenie teleskopów jego pierwszych wynalazców. Z jego pomocą odkrył góry i kratery na powierzchni Księżyca, odkrył satelity w pobliżu planety Jowisz, odkrył gwiezdną strukturę Drogi Mlecznej itp. Galileusz próbował zmierzyć prędkość światła w warunkach ziemskich, ale nie udało mu się to ze względu na słabość dostępnych w tym celu środków doświadczalnych. Wynika z tego, że Galileusz miał już prawidłowe poglądy na temat prędkość końcowa propagacja światła. Galileusz zaobserwował także plamy słoneczne. Priorytet odkrycia plam słonecznych przez Galileusza został podważony przez jezuickiego naukowca Patera Scheinera (1575-1650), który dokonał precyzyjnych obserwacji plam słonecznych i faculas słonecznych za pomocą teleskopu zaprojektowanego według projektu Keplera. Niezwykłą rzeczą w twórczości Scheinera jest to, że zamienił teleskop w urządzenie projekcyjne, wysuwając okular bardziej niż było to konieczne do wyraźnego widzenia okiem, co umożliwiło uzyskanie obrazu Słońca na ekranie i zademonstrowanie go przy różnych stopni powiększenia dla kilku osób jednocześnie.

Wiek XVII charakteryzuje się dalszym postępem w różnych dziedzinach nauki, technologii i produkcji. Matematyka przeżywa znaczący rozwój. W różnych krajach Europy powstają towarzystwa naukowe i akademie zrzeszające naukowców. Dzięki temu nauka staje się dostępna dla szerszych kręgów, co przyczynia się do tworzenia międzynarodowych powiązań w nauce. W drugiej połowie XVII wieku ostatecznie zwyciężyła eksperymentalna metoda badania zjawisk przyrodniczych.

Największe odkrycia tego okresu kojarzone są z nazwiskiem genialnego angielskiego fizyka i matematyka Izaaka Newtona/(1643-1727). Najważniejszym eksperymentalnym odkryciem Newtona w optyce było rozproszenie światła w pryzmacie (1666). Badając przejście wiązki białego światła przez trójkątny pryzmat, Newton odkrył, że wiązka białego światła rozdziela się na nieskończony zbiór kolorowych promieni tworzących ciągłe widmo. Z tych eksperymentów wyciągnięto wniosek, że światło białe jest promieniowaniem złożonym. Newton przeprowadził także odwrotny eksperyment, używając soczewki do zbierania kolorowych promieni powstałych po przejściu wiązki białego światła przez pryzmat. W rezultacie ponownie otrzymał białe światło. Wreszcie Newton eksperymentował z mieszaniem kolorów za pomocą obracającego się koła podzielonego na kilka sektorów, pokolorowanych w podstawowych kolorach widma. Gdy dysk szybko się obracał, wszystkie kolory zlały się w jeden, tworząc wrażenie bieli.

Newton położył wyniki tych fundamentalnych eksperymentów jako podstawę teorii kolorów, czego żadnemu z jego poprzedników nie udało się wcześniej osiągnąć. Zgodnie z teorią koloru kolor ciała zależy od promieni widma, które odbija to ciało; ciało pochłania inne promienie.

1.2 Podstawowe pojęcia i prawa optyki geometrycznej. Dział optyki, który opiera się na idei promieni świetlnych jako linii prostych, wzdłuż których rozchodzi się energia świetlna, nazywa się optyką geometryczną. Nazwę tę nadano mu, ponieważ wszystkie zjawiska propagacji światła można tu badać za pomocą konstrukcji geometrycznych ścieżki promieni, biorąc pod uwagę prawo odbicia i załamania światła. Prawo to jest podstawą optyki geometrycznej.

Tam jednak, gdzie mówimy o zjawiskach polegających na oddziaływaniu światła z przeszkodami o niewielkich gabarytach, prawa optyki geometrycznej okazują się niewystarczające i konieczne jest skorzystanie z praw optyki falowej. Optyka geometryczna umożliwia analizę podstawowych zjawisk związanych z przejściem światła przez soczewki i inne układy optyczne, a także z odbiciem światła od zwierciadeł. Koncepcja wiązki światła jako nieskończenie cienkiej wiązki światła rozchodzącej się po linii prostej w naturalny sposób prowadzi do praw prostoliniowego rozchodzenia się światła i niezależnego rozchodzenia się wiązek światła. To właśnie te prawa, wraz z prawami załamania i odbicia światła, stanowią podstawowe prawa optyki geometrycznej, które nie tylko wyjaśniają wiele zjawisk fizycznych, ale także pozwalają na obliczenia i projektowanie przyrządów optycznych. Wszystkie te prawa zostały początkowo ustalone jako empiryczne, to znaczy oparte na eksperymentach i obserwacjach.

Materiał dydaktyczny

Rozprzestrzenianie się światła

Jak wiemy, jednym z rodzajów przenoszenia ciepła jest promieniowanie. W przypadku promieniowania przeniesienie energii z jednego ciała na drugie może nastąpić nawet w próżni. Istnieje kilka rodzajów promieniowania, jednym z nich jest światło widzialne.

Oświetlone ciała stopniowo się nagrzewają. Oznacza to, że światło tak naprawdę jest promieniowaniem.

Zjawiska świetlne bada dział fizyki zwany optyką. Słowo „optyka” po grecku oznacza „widzialny”, ponieważ światło jest widzialną formą promieniowania.

Badanie zjawisk świetlnych jest niezwykle ważne dla człowieka. W końcu ponad dziewięćdziesiąt procent informacji otrzymujemy poprzez wzrok, czyli zdolność postrzegania wrażeń świetlnych.

Ciała emitujące światło nazywane są źródłami światła – naturalnymi lub sztucznymi.

Przykładami naturalnych źródeł światła są Słońce i inne gwiazdy, błyskawice, świecące owady i rośliny. Sztuczne źródła światła to świeca, lampa, palnik i wiele innych.

W każdym źródle światła energia jest zużywana podczas promieniowania.

Słońce emituje światło dzięki energii pochodzącej z reakcji jądrowych zachodzących w jego głębinach.

Lampa naftowa przekształca energię uwolnioną podczas spalania nafty w światło.

Odbicie światła

Osoba widzi źródło światła, gdy promień wychodzący z tego źródła wchodzi do oka. Jeśli ciało nie jest źródłem, wówczas oko może dostrzec promienie z jakiegoś źródła odbite przez to ciało, czyli padające na powierzchnię tego ciała i tym samym zmieniające kierunek dalszego rozchodzenia się. Ciało odbijające promienie staje się źródłem odbitego światła.

Promienie padające na powierzchnię ciała zmieniają kierunek dalszego rozchodzenia się. Po odbiciu światło wraca do tego samego ośrodka, z którego spadło na powierzchnię ciała. Ciało odbijające promienie staje się źródłem odbitego światła.

Kiedy słyszymy słowo „odbicie”, przede wszystkim kojarzy nam się z lustrem. Lustra płaskie są najczęściej używane w życiu codziennym. Za pomocą płaskiego lustra możesz przeprowadzić prosty eksperyment, aby ustalić prawo, według którego odbija się światło. Połóżmy oświetlacz na kartce papieru leżącej na stole tak, aby cienka wiązka światła leżała w płaszczyźnie stołu. W tym przypadku wiązka światła przesunie się po powierzchni kartki papieru i będziemy mogli ją zobaczyć.

Zamontujmy płaskie lustro pionowo na drodze cienkiej wiązki światła. Odbije się od niego wiązka światła. Można mieć pewność, że odbita wiązka, podobnie jak wiązka padająca na lustro, przesuwa się po papierze w płaszczyźnie stołu. Zaznacz ołówkiem na kartce papieru wzajemne porozumienie zarówno wiązki światła, jak i lustro. W efekcie otrzymujemy schemat eksperymentu.Kąt pomiędzy wiązką padającą a prostopadłą przywróconą powierzchni odbijającej w punkcie padania nazywany jest w optyce kątem padania. Kąt pomiędzy tą samą prostopadłą a promieniem odbitym jest kątem odbicia. Wyniki eksperymentu są następujące:

1. Promień padający, promień odbity i prostopadła do powierzchni odbijającej zrekonstruowanej w punkcie padania leżą w tej samej płaszczyźnie.
2. Kąt padania równy kątowi odbicia. Te dwa wnioski reprezentują prawo odbicia.

Patrząc na płaskie lustro, widzimy obrazy obiektów znajdujących się przed nim. Te obrazy dokładnie się powtarzają wygląd rzeczy. Wydaje się, że te zduplikowane obiekty znajdują się za powierzchnią lustra.

Rozważmy obraz źródła punktowego w zwierciadle płaskim. Aby to zrobić, dowolnie narysujemy kilka promieni ze źródła, skonstruujemy odpowiednie promienie odbite, a następnie skonstruujemy przedłużenia promieni odbitych poza płaszczyznę zwierciadła. Wszystkie kontynuacje promieni przetną się za płaszczyzną lustra w jednym punkcie: ten punkt jest obrazem źródła.

Ponieważ na obrazie nie zbiegają się same promienie, a jedynie ich kontynuacje, w rzeczywistości w tym miejscu nie ma obrazu: wydaje nam się tylko, że promienie wychodzą z tego punktu. Taki obraz nazywa się zwykle wyimaginowanym.

Załamanie światła

Kiedy światło dociera do granicy dwóch ośrodków, jego część zostaje odbita, natomiast druga część przechodzi przez tę granicę, ulegając załamaniu, czyli zmianie kierunku dalszej propagacji.

Moneta zanurzona w wodzie wydaje nam się większa niż wtedy, gdy leży na stole. Ołówek lub łyżka włożona do szklanki z wodą wydaje nam się pęknięta: część w wodzie wydaje się uniesiona i nieco powiększona. Te i wiele innych zjawisk optycznych tłumaczy się załamaniem światła.

Załamanie światła wynika z tego, że różne środowiskaświatło przemieszcza się z różnymi prędkościami.

Prędkość propagacji światła w danym ośrodku charakteryzuje gęstość optyczną tego ośrodka: im większa jest prędkość światła w danym ośrodku, tym mniejsza jest jego gęstość optyczna.

Jak zmienia się kąt załamania, gdy światło przechodzi z powietrza do wody i gdy światło przechodzi z wody do powietrza? Eksperymenty pokazują, że podczas przemieszczania się z powietrza do wody kąt załamania okazuje się mniejszy niż kąt padania. I odwrotnie: przy przejściu z wody do powietrza kąt załamania okazuje się większy niż kąt padania.

Z eksperymentów z załamaniem światła wynikają oczywiste fakty: 1. Promień padający, promień załamany i prostopadła do powierzchni styku dwóch ośrodków, przywrócona w punkcie padania, leżą w tej samej płaszczyźnie.

1. Przy przejściu z ośrodka optycznie gęstszego do ośrodka optycznie słabszego kąt załamania jest większy niż kąt padania.Przy przejściu z ośrodka optycznie słabszego do optycznie gęstszego, kąt załamania jest mniejszy niż kąt padania.

Ciekawym zjawiskiem jest stopniowe zwiększanie kąta padania w miarę przejścia światła do ośrodka optycznie słabszego. Jak wiadomo, kąt załamania w tym przypadku jest większy niż kąt padania, a wraz ze wzrostem kąta padania kąt załamania również wzrośnie. Przy pewnej wartości kąta padania kąt załamania będzie równy 90°.

Będziemy stopniowo zwiększać kąt padania, gdy światło przechodzi do optycznie mniej gęstego ośrodka. Wraz ze wzrostem kąta padania wzrasta również kąt załamania. Kiedy kąt załamania staje się równy dziewięćdziesięciu stopni, załamany promień nie przechodzi do drugiego ośrodka z pierwszego, ale ślizga się w płaszczyźnie granicy między tymi dwoma ośrodkami.

Zjawisko to nazywane jest całkowitym wewnętrznym odbiciem, a kąt padania, przy którym zachodzi, nazywany jest granicznym kątem całkowitego wewnętrznego odbicia.

Zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia jest szeroko stosowane w technologii. Zjawisko to jest podstawą zastosowania elastycznych światłowodów, przez które przechodzą promienie świetlne i wielokrotnie odbijają się od ścian.

Światło nie opuszcza światłowodu na skutek całkowitego wewnętrznego odbicia. Prostszym urządzeniem optycznym wykorzystującym całkowite wewnętrzne odbicie jest pryzmat odwracalny: odwraca obraz, odwracając miejsca wpadających do niego promieni.

Obraz obiektywu

Soczewkę, której grubość jest mała w porównaniu z promieniami kul tworzących powierzchnię tej soczewki, nazywa się cienką. W dalszej części rozważymy tylko cienkie soczewki. Na schematach optycznych cienkie soczewki są przedstawiane jako segmenty ze strzałkami na końcach. W zależności od kierunku strzałek na diagramach rozróżnia się soczewki skupiające i rozbieżne.

Zastanówmy się, jak wiązka promieni równoległa do głównej osi optycznej przechodzi przez soczewki. Przejazdem

soczewka skupiająca promienie skupiają się w jednym punkcie. Po przejściu przez rozbieżną soczewkę promienie rozchodzą się różne strony w taki sposób, aby wszystkie ich przedłużenia zbiegały się w jednym punkcie leżącym przed obiektywem.

Punkt, w którym promienie równoległe do głównej osi optycznej gromadzą się po załamaniu w soczewce zbierającej, nazywany jest głównym ogniskiem soczewki-F.

W soczewce rozbieżnej promienie równoległe do jej głównej osi optycznej są rozpraszane. Punkt, w którym gromadzą się kontynuacje załamanych promieni, znajduje się przed soczewką i nazywany jest głównym ogniskiem soczewki rozbieżnej.

Ognisko soczewki rozbieżnej uzyskuje się na przecięciu nie samych promieni, ale ich kontynuacji, dlatego jest ona urojona, w przeciwieństwie do soczewki skupiającej, która ma rzeczywistą ostrość.

Obiektyw ma dwa główne ogniska. Oboje leżą równe odległości od środka optycznego soczewki na jej głównej osi optycznej.

Odległość od środka optycznego soczewki do ogniska nazywa się zwykle ogniskową soczewki. Im bardziej soczewka zmienia kierunek promieni, tym krótsza jest jej ogniskowa. Dlatego moc optyczna soczewki jest odwrotnie proporcjonalna do jej ogniskowej.

Moc optyczna jest zwykle oznaczona literą „DE” i mierzona w dioptriach. Przykładowo, wypisując receptę na okulary, podają, ile dioptrii powinna wynosić moc optyczna prawej i lewej soczewki.

dioptrii (doptrii) to moc optyczna soczewki, której ogniskowa wynosi 1 m. Ponieważ soczewki zbieżne mają ogniska rzeczywiste, a soczewki rozbieżne ogniska urojone, zgodziliśmy się uznać moc optyczną soczewek zbieżnych za wartość dodatnią, a moc optyczną soczewek rozbieżnych za ujemną.

Kto ustanowił prawo odbicia światła?

W XVI wieku optyka była nauką ultranowoczesną. Ze szklanej kulki wypełnionej wodą, która służyła jako soczewka skupiająca, wyłoniło się szkło powiększające, a z niego mikroskop i teleskop. Największa potęga morska tamtych czasów, Holandia, potrzebowała dobrych teleskopów, aby z wyprzedzeniem zbadać niebezpieczne wybrzeże lub uciec przed wrogiem na czas. Optyka zapewniła sukces i niezawodność nawigacji. Dlatego właśnie w Holandii badało go wielu naukowców. Holender Willebrord, Snel van Rooyen, który nazywał siebie Snellius (1580 - 1626), zaobserwował (co jednak widziało wielu przed nim), jak cienki promień światła odbija się w lustrze. Po prostu zmierzył kąt padania i kąt odbicia wiązki (czego nikt wcześniej nie zrobił) i ustalił prawo: kąt padania jest równy kątowi odbicia.

Źródło. Lustrzany świat. Gilde V. - M.: Mir, 1982. s. 24.

Dlaczego diamenty są tak cenione?

Oczywiście osoba szczególnie wysoko ceni wszystko, czego nie można zmienić lub jest trudne do zmiany. W tym metale szlachetne i kamienie. Starożytni Grecy nazywali diament „adamasem” - nieodpartym, co wyrażało ich szczególne podejście do tego kamienia. Oczywiście w przypadku kamieni nieoszlifowanych (diamentów też nie oszlifowano) najbardziej oczywistymi właściwościami były twardość i połysk.

Diamenty mają wysoki współczynnik załamania światła; 2,41 dla czerwieni i 2,47 dla fioletu (dla porównania wystarczy powiedzieć, że współczynnik załamania światła wody wynosi 1,33, a szkła, w zależności od gatunku, od 1,5 do 1,75).

Światło białe składa się z kolorów widma. A kiedy jego promień ulega załamaniu, każdy ze składowych kolorowych promieni jest odchylany inaczej, jakby był rozdzielony na kolory tęczy. Dlatego w diamencie występuje „gra kolorów”.

Bez wątpienia podziwiali to także starożytni Grecy. Kamień jest nie tylko wyjątkowy pod względem blasku i twardości, ale ma także kształt jednej z „idealnych” brył Platona!

Eksperymenty

DOŚWIADCZENIE OPTYCZNE #1

Wyjaśnij ciemnienie bloku drewna po jego zwilżeniu.

Sprzęt: naczynie z wodą, drewniany klocek.

Wyjaśnij drgania cienia nieruchomego obiektu, gdy światło przechodzi w powietrzu nad płonącą świecą. Sprzęt: statyw, piłka na sznurku, świeca, ekran, projektor.

Przyklej kolorowe kawałki papieru do łopatek wentylatora i obserwuj, jak kolory sumują się w różnych trybach obrotu. Wyjaśnij zaobserwowane zjawisko.

DOŚWIADCZENIE nr 2

Przez interferencję światła.

Prosta demonstracja absorpcji światła roztwór wodny barwnik

Do jego przygotowania wystarczy jedynie szkolny iluminator, szklanka wody i biały ekran. Barwniki mogą być bardzo różnorodne, w tym fluorescencyjne.

Uczniowie z dużym zainteresowaniem obserwują zmianę koloru wiązki białego światła w miarę jej propagacji w barwniku. Nieoczekiwany jest dla nich kolor wiązki wychodzącej z roztworu. Ponieważ światło skupiane jest przez soczewkę oświetlacza, kolor plamki na ekranie zależy od odległości szklanki z płynem od ekranu.

Proste eksperymenty z soczewkami (EKSPERYMENT nr 3)

Co dzieje się z obrazem przedmiotu uzyskanym za pomocą soczewki, jeżeli część soczewki pęknie, a obraz uzyskamy za pomocą pozostałej części?

Odpowiedź . Obraz będzie w tym samym miejscu, w którym został uzyskany przy użyciu całego obiektywu, ale jego oświetlenie będzie mniejsze, bo mniejszość promieni opuszczających obiekt dotrze do jego obrazu.

Umieść mały błyszczący przedmiot, na przykład kulkę z łożyska lub śrubę z komputera, na stole oświetlonym słońcem (lub mocną lampą) i przyjrzyj się mu przez małą dziurkę w kawałku folii. Wielokolorowe pierścienie lub owale będą wyraźnie widoczne. Jakie zjawisko zostanie zaobserwowane? Odpowiedź. Dyfrakcja.

Proste eksperymenty z kolorowymi szkiełkami (DOŚWIADCZENIE nr 4)

Na białej kartce papieru napisz „doskonały” czerwonym flamastrem lub ołówkiem i „dobry” zielonym flamastrem. Weź dwa fragmenty szkła butelki - zielony i czerwony.

(Uwaga! Uważaj, możesz zranić się o krawędzie fragmentów!)

Przez jakie szkło trzeba patrzeć, żeby zobaczyć ocenę „doskonałą”?

Odpowiedź . Trzeba patrzeć przez zielone szkło. W tym przypadku napis będzie widoczny w kolorze czarnym na zielonym tle papieru, ponieważ zielone światło nie przepuszcza czerwonego światła napisu „doskonały”. Patrząc przez czerwone szkło, czerwony napis nie będzie widoczny na czerwonym tle papieru.

DOŚWIADCZENIE nr 5: Obserwacja zjawiska dyspersji

Wiadomo, że przechodząc przez szklany pryzmat wąską wiązkę białego światła, na ekranie zainstalowanym za pryzmatem można zaobserwować tęczowy pasek zwany widmem dyspersyjnym (lub pryzmatycznym). Widmo to obserwuje się także po umieszczeniu źródła światła, pryzmatu i ekranu w zamkniętym naczyniu, z którego usunięto powietrze.

Wyniki najnowszego eksperymentu pokazują, że istnieje zależność bezwzględnego współczynnika załamania światła szkła od częstotliwości fal świetlnych. Zjawisko to obserwuje się w wielu substancjach i nazywa się ono dyspersją światła. Istnieją różne eksperymenty ilustrujące zjawisko rozproszenia światła. Na rysunku pokazano jedną z opcji jego wykonania.

Zjawisko rozproszenia światła zostało odkryte przez Newtona i uważane jest za jedno z jego najważniejszych odkryć. Na płycie nagrobnej, wzniesionej w 1731 r., przedstawiono postacie młodych mężczyzn trzymających w rękach emblematy najwspanialszych ważne odkrycia Niuton. W rękach jednego z młodych mężczyzn znajduje się pryzmat, a w inskrypcji na pomniku widnieją następujące słowa: „Badał różnicę w promieniach świetlnych i różne właściwości pojawiających się jednocześnie barw, których nikt nie zauważył wcześniej podejrzewał”.

DOŚWIADCZENIE #6: Czy lustro ma pamięć?

Jak umieścić płaskie lustro na narysowanym prostokącie, aby uzyskać obraz: trójkąt, czworokąt, pięciokąt. Sprzęt: płaskie lustro, kartka papieru z narysowanym kwadratem.

PYTANIA

Przezroczysta pleksi staje się matowa po przetarciu jej powierzchni papierem ściernym. To samo szkło znów staje się przezroczyste, jeśli je pocierasz....Jak?

Na skali apertury obiektywu zapisywane są liczby równe stosunkowi ogniskowej do średnicy otworu: 2; 2,8; 4,5; 5; 5,8 itd. Jak zmieni się czas otwarcia migawki, jeśli przysłona zostanie przesunięta do większej skali?

Odpowiedź. Jak większa liczba przysłona wskazana na skali, tym mniejsze oświetlenie obrazu i dłuższy czas otwarcia migawki wymagany podczas fotografowania.

Najczęściej obiektywy aparatu składają się z kilku soczewek. Światło przechodzące przez soczewkę jest częściowo odbijane od powierzchni soczewek. Do jakich usterek to prowadzi podczas strzelania?Odpowiedź

Podczas fotografowania zaśnieżonych równin i powierzchnie wodne w słoneczne dni zaleca się stosowanie daszka solarnego, czyli cylindrycznej lub stożkowej rurki wyczernionej wewnątrz i umieszczonej na
obiektyw. Jakie jest przeznaczenie kaptura?Odpowiedź

Aby zapobiec odbijaniu się światła wewnątrz soczewki, na powierzchnię soczewek nakładana jest cienka przezroczysta folia o grubości rzędu dziesięciu tysięcznych milimetra. Takie soczewki nazywane są soczewkami powlekanymi. Który zjawisko fizyczne Czy opiera się to na powłoce soczewki? Wyjaśnij, dlaczego soczewki nie odbijają światła.Odpowiedź.

Pytanie dla forum

Dlaczego czarny aksamit wydaje się o wiele ciemniejszy niż czarny jedwab?

Dlaczego światło białe przechodząc przez szybę okienną nie rozkłada się na składniki?Odpowiedź.

Ciężkie bombardowanie

1. Jak nazywają się okulary bez zauszników? (Pince-nez)

2. Co zdradza orła podczas polowania? (Cień.)

3. Z czego słynie artysta Kuinzhi? (Możliwość przedstawienia przezroczystości powietrza i światła księżyca)

4. Jak nazywają się lampy oświetlające scenę? (podbitki)

5. Czy kamień jest koloru niebieskiego czy zielonkawego?(Turkus)

6. Wskaż, w którym momencie ryba znajduje się w wodzie, jeśli rybak widzi ją w punkcie A.

Ciężkie bombardowanie

1. Czego nie ukryjesz w skrzyni? (Promień światła)

2. Jakiego koloru jest białe światło? (Światło białe składa się z szeregu promieni wielobarwnych: czerwonego, pomarańczowego, żółtego, zielonego, niebieskiego, indygo, fioletowego)

3. Co jest większe: chmura czy jej cień? (Chmura rzuca stożek pełnego cienia zwężający się ku ziemi, którego wysokość jest duża ze względu na znaczny rozmiar chmury. Dlatego cień chmury niewiele różni się wielkością od samej chmury)

4. Ty jesteś za nią, ona jest od ciebie, ty jesteś od niej, ona jest za tobą. Co to jest? (Cień)

5. Widzisz krawędź, ale nie możesz jej dosięgnąć. Co to jest? (horyzont)

Iluzje optyczne.

Nie sądzisz, że czarno-białe paski poruszają się w przeciwnych kierunkach? Jeśli przechylisz głowę – raz w prawo, raz w lewo – zmieni się także kierunek obrotu.

Niekończące się schody prowadzące na górę.

Słońce i oko

Nie bądź jak oczy słońca,

Nie widziałby słońca... W.Goethe

Porównanie oka ze Słońcem jest tak stare jak sam rodzaj ludzki. Źródłem tego porównania nie jest nauka. A w naszych czasach, obok nauki, jednocześnie z obrazem zjawisk odkrywanych i wyjaśnianych przez nowe nauki przyrodnicze, nadal istnieje świat idei dziecka i człowieka pierwotnego oraz, świadomie lub nieświadomie, świat poetów ich naśladujących. Czasem warto spojrzeć na ten świat jako na jedno z możliwych źródeł hipotez naukowych. Jest niesamowity i fantastyczny; w tym świecie odważnie rzuca się mosty między zjawiskami naturalnymi, z których nauka czasami nie jest jeszcze świadoma. W niektórych przypadkach te powiązania są odgadywane poprawnie, czasem są zasadniczo błędne i po prostu absurdalne, ale zawsze zasługują na uwagę, ponieważ błędy te często pomagają zrozumieć prawdę. Dlatego pouczające jest podejście do kwestii związku oka ze Słońcem najpierw z punktu widzenia dziecięcych, prymitywnych i poetyckich pomysłów.

Podczas zabawy w chowanego dziecko bardzo często decyduje się na ukrycie w najbardziej nieoczekiwany sposób: zamyka oczy lub zakrywa je rękami, mając pewność, że teraz nikt go nie zobaczy; dla niego wzrok utożsamiany jest ze światłem.

Jeszcze bardziej zaskakujące jest jednak zachowanie tej samej instynktownej mieszanki wzroku i światła u dorosłych. Fotografowie, czyli osoby z pewnym doświadczeniem w praktycznej optyce, często przyłapują się na zamykaniu oczu, gdy podczas ładowania lub wywoływania kliszy muszą uważnie monitorować, czy światło nie przedostaje się do ciemnego pomieszczenia.

Jeśli uważnie wsłuchasz się w to, jak mówimy, w nasze własne słowa, to od razu odkryją się tu ślady tej samej fantastycznej optyki.

Nie zauważając tego, ludzie mówią: „oczy się zaświeciły”, „wyszło słońce”, „gwiazdy patrzą”.

Dla poetów przenoszenie idei wizualnych na luminarza i odwrotnie, przypisywanie oczom właściwości źródeł światła jest najczęstszą, można powiedzieć, techniką obowiązkową:

Gwiazdy nocy

Jakby oskarżające oczy

Patrzą na niego kpiąco.

Jego oczy błyszczą.

A.S. Puszkin.

Patrzyliśmy z tobą w gwiazdy,

Są na nas. Fet.

Jak widzi Cię ryba?

Z powodu załamania światła rybak widzi rybę nie tam, gdzie w rzeczywistości się znajduje.

Znaki ludowe

Jak umieścić płaskie lustro na narysowanym prostokącie, aby uzyskać obraz: trójkąt, czworokąt, pięciokąt. Sprzęt: płaskie lustro, kartka papieru z narysowanym kwadratem. Odpowiedź

FRAGMENT FILMU

Watsonie, mam dla ciebie małe zadanie – powiedział Sherlock Holmes, ściskając dłoń przyjaciela. - Pamiętajcie o morderstwie jubilera, policja twierdzi, że kierowca samochodu jechał z bardzo małą prędkością, a sam jubiler rzucił się pod koła samochodu, więc kierowca nie miał czasu na hamowanie. Ale wydaje mi się, że wszystko było nie tak, samochód jechał z dużą prędkością i morderstwo Celowo. Trudno teraz ustalić prawdę, ale dowiedziałem się, że odcinek ten został przypadkowo uchwycony na taśmie, gdyż film był wówczas kręcony. Więc proszę Cię, Watsonie, zdobądź ten odcinek, dosłownie kilka metrów filmu.

Ale co ci to da? – zapytał Watsona.

Jeszcze nie wiem, brzmiała odpowiedź.

Po pewnym czasie przyjaciele usiedli w sali kinowej i na prośbę Sherlocka Holmesa obejrzeli krótki odcinek.

Samochód przejechał już kawałek, jubiler leżał na drodze niemal bez ruchu. W pobliżu leżącego jubilera przejeżdża rowerzysta na sportowym rowerze wyścigowym.

Zauważ, Watsonie, że rowerzysta ma taką samą prędkość jak samochód. Odległość rowerzysty od samochodu nie zmienia się przez cały odcinek.

I co z tego wynika? – Watson był zakłopotany.

Chwileczkę, spójrzmy jeszcze raz na odcinek” – szepnął spokojnie Holmes.

Odcinek się powtórzył. Sherlock Holmes był zamyślony.

Watson, zauważyłeś rowerzystę? – zapytał ponownie detektyw.

Tak, ich prędkości były takie same” – potwierdził dr Watson.

Czy zauważyłeś koła rowerzysty? – zapytał Holmes.

Koła, podobnie jak koła, składają się z trzech szprych ustawionych pod kątem 120°, „zwykły rower wyścigowy” – rozumował lekarz.

Ale jak policzyłeś liczbę szprych? – zapytał słynny detektyw.

Bardzo prosto, oglądając odcinek, odniosłem wrażenie, że… rowerzysta stoi w miejscu, bo koła się nie kręcą.

Ale rowerzysta się poruszał” – wyjaśnił Sherlock Holmes.

Poruszał się, ale koła się nie obracały” – potwierdził Watson.