- (հուն. optike գիտություն տեսողական ընկալումների մասին, optos-ից տեսանելի, տեսանելի), ֆիզիկայի ճյուղ, որում ուսումնասիրվում են օպտիկական ճառագայթումը (լույսը), դրա տարածման գործընթացները և երևույթները, որոնք դիտվում են լույսի և in va-ի ազդեցության ժամանակ։ Օպտիկական ճառագայթումը ներկայացնում է... ... Ֆիզիկական հանրագիտարան

- (հունարեն optike, optomai-ից տեսնում եմ): Լույսի վարդապետությունը և դրա ազդեցությունը աչքի վրա. Ռուսերենում ներառված օտար բառերի բառարան. Chudinov A.N., 1910. ՕՊՏԻԿԱ հուն. optike, optomai-ից, տեսնում եմ։ Գիտություն լույսի տարածման և աչքի վրա դրա ազդեցության մասին... ... Ռուսաց լեզվի օտար բառերի բառարան

օպտիկա- և, զ. optique f. օպտիկական տեսողության գիտություն. 1. հնացած Raek (համայնապատկերի տեսակ): Կակաչ. 1908. Կամ օպտիկայի ապակու միջով ես նայում եմ իմ կալվածքների գեղատեսիլ վայրերին: Դերժավին Եվգենի. Տեսողության առանձնահատկությունները, ինչ-որ բանի ընկալումը: Իմ աչքերի օպտիկան սահմանափակ է. ամեն ինչ մթության մեջ է... Ռուսաց լեզվի գալիցիզմների պատմական բառարան

Ժամանակակից հանրագիտարան

Օպտիկա- ՕՊՏԻԿԱ, ֆիզիկայի ճյուղ, որն ուսումնասիրում է լույսի արտանետման գործընթացները, տարբեր միջավայրերում դրա տարածումը և նյութի հետ փոխազդեցությունը։ Օպտիկան ուսումնասիրում է էլեկտրամագնիսական ալիքների սպեկտրի տեսանելի մասը և հարակից ուլտրամանուշակագույնը... ... Պատկերազարդ հանրագիտարանային բառարան

ՕՊՏԻԿԱ, ֆիզիկայի ճյուղ, որն ուսումնասիրում է լույսը և նրա հատկությունները։ Հիմնական ասպեկտները ներառում են ԼՈՒՅՍԻ ֆիզիկական բնույթը, որը ծածկում է և՛ ալիքները, և՛ մասնիկները (ՖՈՏՈՆՆԵՐ), ԱՆԴՐԱԴԱՐՁՈՒՄԸ, ԲԵՂԱԴՐՈՒՄԸ, լույսի բևեռացումը և դրա փոխանցումը տարբեր միջավայրերով: Օպտիկա...... Գիտատեխնիկական հանրագիտարանային բառարան

ՕՊՏԻԿԱ, օպտիկա, շատ. ոչ, իգական (հունարեն optiko): 1. Ֆիզիկայի բաժին, գիտություն, որն ուսումնասիրում է լույսի երեւույթներն ու հատկությունները։ Տեսական օպտիկա. Կիրառական օպտիկա. 2. հավաքված Սարքեր և գործիքներ, որոնց գործողությունը հիմնված է այս գիտության օրենքների վրա (հատուկ). Խելացի... ... Ուշակովի բացատրական բառարան

- (հունարեն optike-ից՝ տեսողական ընկալման գիտություն) ֆիզիկայի ճյուղ, որն ուսումնասիրում է լույսի արտանետման գործընթացները, դրա բաշխումը տարբեր միջավայրերում և լույսի փոխազդեցությունը նյութի հետ։ Օպտիկան ուսումնասիրում է էլեկտրամագնիսական սպեկտրի լայն շրջանակ... ... Մեծ Հանրագիտարանային բառարան

ՕՊՏԻԿԱ, և կանայք։ 1. Ֆիզիկայի ճյուղ, որն ուսումնասիրում է լույսի արտանետման գործընթացները, դրա տարածումը և նյութի հետ փոխազդեցությունը։ 2. հավաքված Սարքեր և գործիքներ, որոնց գործողությունը հիմնված է այս գիտության օրենքների վրա: Օպտիկայի օպտիկամանրաթելային (հատուկ) բաժին,... ... Օժեգովի բացատրական բառարան

ՕՊՏԻԿԱ- (հունական opsis տեսիլքից), լույսի ուսումնասիրություն, ֆիզիկայի անբաժանելի մաս։ Օ–ն մասամբ ընդգրկված է երկրաֆիզիկայի (մթնոլորտային Օ., ծովերի օպտիկա ևն), մասամբ՝ ֆիզիոլոգիայի (ֆիզիոլոգիա) բնագավառում։ Հիմնականում ֆիզիկական. բովանդակությամբ Օ.-ն բաժանվում է ֆիզիկական... ... Մեծ բժշկական հանրագիտարան

Գրքեր

• Օպտիկա, Ա.Ն. Մատվեև. Հաստատված է ԽՍՀՄ բարձրագույն և միջնակարգ կրթության նախարարության կողմից որպես ուսումնական միջոց բուհերի ֆիզիկական մասնագիտությունների ուսանողների համար: Արտատպված է հրատարակության բնօրինակի հեղինակային ուղղագրությամբ...

- Օպտիկայի զարգացման պատմություն.

- Նյուտոնի կորպուսուլյար տեսության հիմնական դրույթները.

- Հյուգենսի ալիքային տեսության հիմնական դրույթները.

- Տեսակետներ լույսի բնույթի մասին XIX – XX դարեր։

-

- Օպտիկայի հիմնական սկզբունքները.

- Լույսի և երկրաչափական օպտիկայի ալիքային հատկությունները.

- Աչքը որպես օպտիկական համակարգ.

- Սպեկտրոսկոպ.

- Օպտիկական չափիչ սարք.

- Եզրակացություն.

- Օգտագործված գրականության ցանկ.

Օպտիկայի զարգացման պատմություն.

Օպտիկան լույսի բնույթի, լույսի երևույթների և նյութի հետ լույսի փոխազդեցության ուսումնասիրությունն է։ Եվ դրա գրեթե ողջ պատմությունը պատասխանի փնտրտուքի պատմություն է՝ ի՞նչ է լույսը։

Լույսի առաջին տեսություններից մեկը՝ տեսողական ճառագայթների տեսությունը, առաջ է քաշել հույն փիլիսոփա Պլատոնը մ.թ.ա. մոտ 400 թվականին։ ե. Այս տեսությունը ենթադրում էր, որ աչքից ճառագայթներ են բխում, որոնք, հանդիպելով առարկաներին, լուսավորում են դրանք և ստեղծում շրջակա աշխարհի տեսքը։ Պլատոնի տեսակետները պաշտպանել են շատ հին գիտնականներ և, մասնավորապես, Էվկլիդեսը (մ.թ.ա. III դար), հիմնվելով տեսողական ճառագայթների տեսության վրա, հիմնել է լույսի տարածման ուղիղության ուսմունքը և սահմանել արտացոլման օրենքը։

Նույն տարիներին բացահայտվել են հետևյալ փաստերը.

- լույսի տարածման ուղիղություն;

- լույսի արտացոլման երևույթը և արտացոլման օրենքը.

- լույսի բեկման երևույթը.

– գոգավոր հայելու կենտրոնացման էֆեկտ:

Հին հույները հիմք դրեցին օպտիկայի ճյուղին, որը հետագայում հայտնի դարձավ որպես երկրաչափական։

Օպտիկայի վերաբերյալ ամենահետաքրքիր աշխատանքը, որը մեզ է հասել միջնադարից, արաբ գիտնական Ալհազենի աշխատանքն է։ Ուսումնասիրել է հայելիներից լույսի արտացոլումը, բեկման և լույսի փոխանցման ֆենոմենը ոսպնյակներում։ Ալգազենն առաջինն է արտահայտել այն միտքը, որ լույսն ունի տարածման վերջավոր արագություն։ Այս վարկածը հիմնական էր

քայլ՝ հասկանալու լույսի էությունը:

Վերածննդի դարաշրջանում բազմաթիվ տարբեր հայտնագործություններ և գյուտեր են արվել. Փորձարարական մեթոդը սկսեց հաստատվել որպես շրջակա աշխարհն ուսումնասիրելու և հասկանալու հիմք։

Բազմաթիվ փորձարարական փաստերի հիման վրա 17-րդ դարի կեսերին լույսի երևույթների բնույթի մասին երկու վարկած առաջացավ.

– կորպուսկուլյար, որը ենթադրում էր, որ լույսը մասնիկների հոսք է, որը մեծ արագությամբ դուրս է մղվում լուսավոր մարմինների կողմից.

- ալիք, որը պնդում էր, որ լույսը հատուկ լուսավոր միջավայրի` եթերի երկայնական տատանողական շարժումներն են, որոնք գրգռված են լուսավոր մարմնի մասնիկների թրթռումներով:

Լույսի վարդապետության ողջ հետագա զարգացումը մինչև մեր օրերը հանդիսանում է այս վարկածների զարգացման և պայքարի պատմությունը, որոնց հեղինակներն էին Ի.Նյուտոնը և Հ.Հյուգենսը։

Նյուտոնի կորպուսուլյար տեսության հիմնական դրույթները.

1) Լույսը բաղկացած է նյութի փոքր մասնիկներից, որոնք արձակվում են բոլոր ուղղություններով ուղիղ գծերով կամ ճառագայթներով լուսավոր մարմնի կողմից, ինչպիսին է վառվող մոմը: Եթե ​​դիակներից կազմված այս ճառագայթներն ընկնում են մեր աչքի մեջ, ապա մենք տեսնում ենք դրանց աղբյուրը (նկ. 1):

2) Լույսի մարմինները տարբեր չափսեր ունեն: Ամենամեծ մասնիկները աչք մտնելիս տալիս են կարմիր գույնի զգացում, ամենափոքրը՝ մանուշակագույն։

3) Սպիտակ գույնը բոլոր գույների խառնուրդն է՝ կարմիր, նարնջագույն, դեղին, կանաչ, կապույտ, ինդիգո, մանուշակագույն:

4) Մակերեւույթից լույսի արտացոլումը տեղի է ունենում պատից դիակների անդրադարձման շնորհիվ բացարձակ առաձգական ազդեցության օրենքի համաձայն (նկ. 2):

5) Լույսի բեկման երեւույթը բացատրվում է նրանով, որ մարմինները ձգվում են միջավայրի մասնիկներով։ Որքան ավելի խիտ է միջավայրը, այնքան փոքր է բեկման անկյունը անկման անկյունը:

6) Լույսի ցրման երեւույթը, որը հայտնաբերեց Նյուտոնը 1666 թվականին, նա բացատրեց այսպես. Յուրաքանչյուր գույն արդեն առկա է սպիտակ լույսի ներքո: Բոլոր գույները փոխանցվում են միջմոլորակային տարածության և մթնոլորտի միջոցով միասին և առաջացնում են սպիտակ լույսի ազդեցություն: Սպիտակ լույսը` տարբեր մարմինների խառնուրդ, պրիզմայով անցնելուց հետո ենթարկվում է բեկման: Մեխանիկական տեսության տեսանկյունից բեկումը պայմանավորված է լույսի մարմինների վրա գործող ապակու մասնիկների ուժերով։ Այս ուժերը տարբեր են տարբեր մարմինների համար: Նրանք ամենամեծն են մանուշակագույնի համար և ամենափոքրը կարմիրի համար: Պրիզմայի միջուկների ուղին յուրաքանչյուր գույնի համար տարբեր կերպ կբեկվի, ուստի սպիտակ բարդ ճառագայթը կբաժանվի գունավոր բաղադրիչ ճառագայթների:

7) Նյուտոնը ուրվագծեց կրկնակի բեկումը բացատրելու եղանակներ՝ ենթադրելով, որ լույսի ճառագայթներն ունեն «տարբեր կողմեր»՝ հատուկ հատկություն, որը հանգեցնում է նրանց բեկման տարբերությանը, երբ անցնում են երկբեկող մարմնի միջով:

Նյուտոնի կորպուսուլյար տեսությունը գոհացուցիչ կերպով բացատրեց այն ժամանակ հայտնի բազմաթիվ օպտիկական երևույթներ։ Դրա հեղինակը հսկայական հեղինակություն էր վայելում գիտական ​​աշխարհում, և Նյուտոնի տեսությունը շուտով ձեռք բերեց բազմաթիվ կողմնակիցներ բոլոր երկրներում:

Հյուգենսի լույսի ալիքային տեսության հիմնական սկզբունքները.

1) Լույսը եթերի մեջ առաձգական պարբերական ազդակների տարածումն է։ Այս ազդակները երկայնական են և նման են օդի ձայնային իմպուլսներին։

2) Եթերը հիպոթետիկ միջավայր է, որը լրացնում է երկնային տարածությունը և մարմինների մասնիկների միջև եղած բացերը: Անկշիռ է, չի ենթարկվում համընդհանուր ձգողության օրենքին և ունի մեծ առաձգականություն։

3) Եթերային թրթիռների տարածման սկզբունքն այնպիսին է, որ նրա յուրաքանչյուր կետ, որին հասնում է գրգռումը, երկրորդական ալիքների կենտրոնն է։ Այս ալիքները թույլ են, և ազդեցությունը նկատվում է միայն այնտեղ, որտեղ անցնում է դրանց ծրարը

մակերես – ալիքային ճակատ (Huygens սկզբունք) (նկ. 3):

Լույսի ալիքները, որոնք գալիս են անմիջապես աղբյուրից, առաջացնում են տեսողության սենսացիա:

Հյուգենսի տեսության մեջ շատ կարևոր կետ էր այն ենթադրությունը, որ լույսի տարածման արագությունը վերջավոր է։ Օգտագործելով իր սկզբունքը՝ գիտնականը կարողացավ բացատրել երկրաչափական օպտիկայի բազմաթիվ երևույթներ.

- լույսի արտացոլման երևույթը և դրա օրենքները.

- լույսի բեկման երևույթը և դրա օրենքները.

- ընդհանուր ներքին արտացոլման երևույթը.

- կրկնակի բեկման երևույթ;

- լույսի ճառագայթների անկախության սկզբունքը.

Հյուգենսի տեսությունը տվել է միջավայրի բեկման ցուցիչի հետևյալ արտահայտությունը.

Բանաձևից պարզ է դառնում, որ լույսի արագությունը պետք է հակադարձորեն կախված լինի միջավայրի բացարձակ արժեքից։ Այս եզրակացությունը հակառակն էր այն եզրակացության, որը բխում էր Նյուտոնի տեսությունից։ 17-րդ դարում փորձարարական տեխնոլոգիաների ցածր մակարդակը անհնարին դարձրեց պարզել, թե որ տեսությունն է ճիշտ։

Շատերը կասկածում էին Հյուգենսի ալիքային տեսությանը, սակայն լույսի էության վերաբերյալ ալիքային տեսակետների սակավաթիվ կողմնակիցներից էին Մ.Լոմոնոսովը և Լ.Էյլերը։ Այս գիտնականների հետազոտություններով Հյուգենսի տեսությունը սկսեց ձևավորվել որպես ալիքների տեսություն, այլ ոչ թե միայն եթերի մեջ տարածվող պարբերական տատանումներ։

Տեսակետներ լույսի բնույթի մասին XIX - XX դարեր։

1801 թվականին Տ. Յունգը մի փորձ կատարեց, որը զարմացրեց ամբողջ աշխարհի գիտնականներին (նկ. 4):

S - լույսի աղբյուր;

E - էկրան;

B-ն և C-ն իրարից 1-2 մմ հեռավորության վրա գտնվող շատ նեղ ճեղքեր են։

Ըստ Նյուտոնի տեսության՝ էկրանին պետք է հայտնվեն երկու բաց շերտեր, իրականում հայտնվեցին մի քանի բաց և մուգ գծեր, իսկ B և C ճեղքերի միջև ուղիղ հակառակ հայտնվեց բաց գիծ P։ Փորձը ցույց է տվել, որ լույսը ալիքային երևույթ է։ Յունգը զարգացրեց Հյուգենսի տեսությունը մասնիկների թրթռումների և թրթռումների հաճախականության մասին պատկերացումներով։ Նա ձեւակերպել է միջամտության սկզբունքը, որի հիման վրա բացատրել է բարակ թիթեղների դիֆրակցիայի, միջամտության եւ գույնի երեւույթը։

Ֆրանսիացի ֆիզիկոս Ֆրենելը համատեղել է Հյուգենսի ալիքային շարժումների սկզբունքը և Յանգի միջամտության սկզբունքը։ Այս հիման վրա նա մշակեց դիֆրակցիայի խիստ մաթեմատիկական տեսություն։ Ֆրենելը կարողացավ բացատրել այն ժամանակ հայտնի բոլոր օպտիկական երևույթները։

Ֆրենելի ալիքային տեսության հիմնական սկզբունքները.

– Լույս – եթերի մեջ թրթռումների տարածում այն ​​արագությամբ, որտեղ գտնվում է եթերի առաձգականության մոդուլը, r- եթերի խտություն;

– Լույսի ալիքները լայնակի են.

– Լույսի եթերն ունի առաձգական-պինդ մարմնի հատկություններ և բացարձակապես անսեղմելի է։

Մի միջավայրից մյուսը տեղափոխվելիս եթերի առաձգականությունը չի փոխվում, այլ փոխվում է նրա խտությունը։ Նյութի հարաբերական բեկման ինդեքսը:

Լայնակի թրթռումները կարող են տեղի ունենալ միաժամանակ բոլոր ուղղություններով, որոնք ուղղահայաց են ալիքի տարածման ուղղությանը:

Ֆրենսելի աշխատանքը արժանացել է գիտնականների ճանաչմանը: Շուտով հայտնվեցին մի շարք փորձարարական և տեսական աշխատանքներ, որոնք հաստատում էին լույսի ալիքային բնույթը։

19-րդ դարի կեսերին սկսեցին բացահայտվել փաստեր, որոնք վկայում էին օպտիկական և էլեկտրական երևույթների միջև կապի մասին։ 1846 թվականին Մ.Ֆարադեյը դիտել է լույսի բևեռացման հարթությունների պտույտները մագնիսական դաշտում տեղադրված մարմիններում։ Ֆարադեյը ներկայացրեց էլեկտրական և մագնիսական դաշտերի հայեցակարգը, որպես եթերի յուրօրինակ գերադրումներ: Հայտնվել է նոր «էլեկտրամագնիսական եթեր»։ Անգլիացի ֆիզիկոս Մաքսվելն առաջինն էր, ով ուշադրություն հրավիրեց այս տեսակետների վրա։ Նա զարգացրեց այս գաղափարները և կառուցեց տեսություն էլեկտրամագնիսական դաշտ.

Լույսի էլեկտրամագնիսական տեսությունը չի հատել Հյուգենս-Յանգ-Ֆրենսելի մեխանիկական տեսությունը, այլ այն դրել է նոր մակարդակի վրա։ 1900 թվականին գերմանացի ֆիզիկոս Պլանկն առաջ քաշեց վարկած ճառագայթման քվանտային բնույթի մասին։ Դրա էությունը հետևյալն էր.

– լույսի արտանետումն իր բնույթով դիսկրետ է.

– կլանումը տեղի է ունենում նաև դիսկրետ մասերով, քվանտներով:

Յուրաքանչյուր քվանտի էներգիան ներկայացված է բանաձևով Ե = հ n, Որտեղ հՊլանկի հաստատունն է, և nլույսի հաճախականությունն է։

Պլանկից հինգ տարի անց լույս տեսավ գերմանացի ֆիզիկոս Էյնշտեյնի աշխատանքը ֆոտոէլեկտրական էֆեկտի վերաբերյալ։ Էյնշտեյնը հավատում էր.

– լույսը, որը դեռ չի փոխազդել նյութի հետ, ունի հատիկավոր կառուցվածք.

- դիսկրետ լույսի ճառագայթման կառուցվածքային տարրը ֆոտոն է:

Այսպիսով, լույսի նոր քվանտային տեսություն հայտնվեց, որը ծնվեց Նյուտոնի կորպուսուլյար տեսության հիման վրա: Քվանտը գործում է որպես միջուկ:

Հիմնական դրույթներ.

– Լույսն արտանետվում, տարածվում և ներծծվում է առանձին մասերով՝ քվանտաներով:

– Լույսի քվանտ – ֆոտոնը կրում է էներգիա, որը համաչափ է այն ալիքի հաճախականությանը, որով այն նկարագրված է էլեկտրամագնիսական տեսությամբ Ե = հ n .

– Ֆոտոնն ունի զանգված (), իմպուլս և անկյունային իմպուլս ():

Ֆոտոնը, որպես մասնիկ, գոյություն ունի միայն շարժման մեջ, որի արագությունը տվյալ միջավայրում լույսի տարածման արագությունն է:

– Բոլոր փոխազդեցությունների համար, որոնց մասնակցում է ֆոտոնը, ուժի մեջ են էներգիայի և իմպուլսի պահպանման ընդհանուր օրենքները:

– Ատոմում էլեկտրոնը կարող է լինել միայն որոշ դիսկրետ կայուն անշարժ վիճակում: Գտնվելով անշարժ վիճակում՝ ատոմը էներգիա չի արձակում։

– Մի անշարժ վիճակից մյուսին անցնելիս ատոմն արտանետում է (կլանում) հաճախականությամբ ֆոտոն (որտեղ E1Եվ E2- սկզբնական և վերջնական վիճակների էներգիաները):

Քվանտային տեսության ի հայտ գալով պարզ դարձավ, որ կորպուսկուլյար և ալիքային հատկությունները միայն երկու կողմն են, լույսի էության երկու փոխկապակցված դրսևորումներ։ Դրանք չեն արտացոլում նյութի դիսկրետության և շարունակականության դիալեկտիկական միասնությունը՝ արտահայտված ալիքային և կորպուսուլյար հատկությունների միաժամանակյա դրսևորմամբ։ Նույն ճառագայթման գործընթացը կարելի է նկարագրել և՛ տարածության և ժամանակի մեջ տարածվող ալիքների մաթեմատիկական ապարատի միջոցով, և՛ տվյալ վայրում և տվյալ ժամանակում մասնիկների հայտնվելը կանխատեսելու վիճակագրական մեթոդների կիրառմամբ: Այս երկու մոդելներն էլ կարող են օգտագործվել միաժամանակ, և կախված պայմաններից՝ նախընտրելի է դրանցից մեկը։

Ձեռքբերումներ վերջին տարիներինօպտիկայի բնագավառում հնարավոր են դարձել ինչպես քվանտային ֆիզիկայի, այնպես էլ ալիքային օպտիկայի զարգացման շնորհիվ։ Մեր օրերում լույսի տեսությունը շարունակում է զարգանալ։

Օպտիկան ֆիզիկայի ճյուղ է, որն ուսումնասիրում է լույսի հատկությունները և ֆիզիկական բնույթը, ինչպես նաև նրա փոխազդեցությունը նյութի հետ։

Ամենապարզ օպտիկական երևույթները, ինչպիսիք են ստվերների տեսքը և օպտիկական գործիքներում պատկերների ստեղծումը, կարելի է հասկանալ երկրաչափական օպտիկայի շրջանակներում, որը գործում է առանձին լուսային ճառագայթների հայեցակարգով, որոնք ենթարկվում են բեկման և արտացոլման հայտնի օրենքներին և միմյանցից անկախ: Ավելի բարդ երևույթները հասկանալու համար անհրաժեշտ է ֆիզիկական օպտիկա, որն այս երևույթները դիտարկում է լույսի ֆիզիկական բնույթի հետ կապված։ Ֆիզիկական օպտիկան հնարավորություն է տալիս դուրս բերել երկրաչափական օպտիկայի բոլոր օրենքները և սահմանել դրանց կիրառելիության սահմանները։ Առանց այս սահմանների իմացության, երկրաչափական օպտիկայի օրենքների պաշտոնական կիրառումը կոնկրետ դեպքերում կարող է հանգեցնել դիտարկվող երևույթներին հակասող արդյունքների: Հետևաբար, մարդ չի կարող սահմանափակվել երկրաչափական օպտիկայի ֆորմալ կառուցմամբ, այլ պետք է դիտարկել որպես ֆիզիկական օպտիկայի ճյուղ։

Լույսի ճառագայթ հասկացությունը կարելի է ստանալ՝ դիտարկելով իրական լույսի ճառագայթը միատարր միջավայրում, որից նեղ զուգահեռ ճառագայթը մեկուսացված է դիֆրագմայի միջոցով: Որքան փոքր է այս անցքերի տրամագիծը, այնքան նեղ է մեկուսացված ճառագայթը, և սահմանում, գնալով դեպի ցանկալի փոքր անցքեր, թվում է, թե լույսի ճառագայթը կարելի է ստանալ ուղիղ գծի տեսքով: Բայց կամայականորեն նեղ փնջի (ճառագայթի) մեկուսացման նման գործընթացը անհնար է դիֆրակցիոն երեւույթի պատճառով։ D տրամագծով դիֆրագմայի միջով անցնող իրական լույսի ճառագայթի անխուսափելի անկյունային ընդլայնումը որոշվում է դիֆրակցիոն անկյան տակ. ժ ~ լ / Դ. Միայն ծայրահեղ դեպքում, երբ լ=0, նման ընդլայնում տեղի չի ունենա, և ճառագայթի մասին կարելի է խոսել որպես երկրաչափական գիծ, ​​որի ուղղությունը որոշում է լույսի էներգիայի տարածման ուղղությունը։

Այսպիսով, լույսի ճառագայթը վերացական մաթեմատիկական հասկացություն է, իսկ երկրաչափական օպտիկան մոտավոր սահմանափակող դեպք է, որտեղ ալիքային օպտիկան անցնում է, երբ լույսի ալիքի երկարությունը ձգտում է զրոյի:

Աչքը որպես օպտիկական համակարգ.

Մարդու տեսողության օրգանը աչքերն են, որոնք շատ առումներով ներկայացնում են շատ առաջադեմ օպտիկական համակարգ։

Ընդհանուր առմամբ, մարդու աչքը մոտ 2,5 սմ տրամագծով գնդաձեւ մարմին է, որը կոչվում է ակնագնդիկ (նկ. 5): Աչքի անթափանց և դիմացկուն արտաքին շերտը կոչվում է սկլերա, իսկ նրա թափանցիկ և ավելի ուռուցիկ առջևի մասը՝ եղջերաթաղանթ։ Ներսից սկլերան ծածկված է քորոիդով, որը բաղկացած է աչքը մատակարարող արյունատար անոթներից։ Հակառակ եղջերաթաղանթի քորոիդը անցնում է տարբեր մարդկանց մոտ տարբեր գույնի ծիածանաթաղանթ, որը եղջերաթաղանթից բաժանվում է թափանցիկ ջրային զանգված պարունակող խցիկով։

Ծիածանաթաղանթն ունի կլոր անցք, որը կոչվում է աշակերտ, որի տրամագիծը կարող է տարբեր լինել: Այսպիսով, ծիածանաթաղանթը կատարում է դիֆրագմայի դեր՝ կարգավորելով լույսի հասանելիությունը դեպի աչք։ Պայծառ լույսի ներքո աշակերտը փոքրանում է, իսկ ցածր լույսի դեպքում՝ մեծանում։ Ծիածանաթաղանթի հետևում գտնվող ակնագնդի ներսում գտնվում է ոսպնյակը, որը թափանցիկ նյութից պատրաստված երկուռուցիկ ոսպնյակ է՝ մոտ 1,4 բեկման ինդեքսով: Ոսպնյակը շրջապատված է օղակաձև մկանով, որը կարող է փոխել նրա մակերեսների կորությունը և, հետևաբար, օպտիկական ուժը։

Աչքի ներսի քորոիդը ծածկված է լուսազգայուն նյարդի ճյուղերով, հատկապես խիտ աշակերտի դիմաց։ Այս ճյուղերը կազմում են ցանցաթաղանթը, որի վրա ստացվում է աչքի օպտիկական համակարգի կողմից ստեղծված առարկաների իրական պատկերը։ Ցանցաթաղանթի և ոսպնյակի միջև տարածությունը լցված է թափանցիկ ապակենման մարմնով, որն ունի դոնդողանման կառուցվածք։ Ցանցաթաղանթի վրա գտնվող առարկաների պատկերը շրջված է։ Այնուամենայնիվ, ուղեղի ակտիվությունը, որն ազդանշաններ է ստանում լուսազգայուն նյարդից, թույլ է տալիս տեսնել բոլոր առարկաները բնական դիրքերում։

Երբ աչքի օղակաձև մկանը թուլանում է, ցանցաթաղանթի վրա ստացվում է հեռավոր առարկաների պատկեր։ Ընդհանուր առմամբ, աչքի կառուցվածքն այնպիսին է, որ մարդը կարող է առանց լարվածության տեսնել աչքից ոչ ավելի, քան 6 մետր հեռավորության վրա գտնվող առարկաները: Այս դեպքում ավելի մոտ առարկաների պատկերը ստացվում է ցանցաթաղանթի հետևում։ Նման առարկայի հստակ պատկեր ստանալու համար օղակաձև մկանն ավելի ու ավելի է սեղմում ոսպնյակը, մինչև առարկայի պատկերը հայտնվի ցանցաթաղանթի վրա, այնուհետև ոսպնյակը սեղմված վիճակում է պահում։

Այսպիսով, մարդու աչքի «կենտրոնացումը» իրականացվում է ոսպնյակի օպտիկական հզորությունը փոխելով օղակաձև մկանի միջոցով: Աչքի օպտիկական համակարգի ունակությունը՝ ստեղծելու իրենից տարբեր հեռավորությունների վրա գտնվող առարկաների հստակ պատկերներ, կոչվում է տեղավորում (լատիներեն «տեղավորում»՝ հարմարվողականություն): Շատ հեռավոր առարկաներ դիտելիս զուգահեռ ճառագայթները ներթափանցում են աչքը: Այս դեպքում ասվում է, որ աչքը տեղավորվում է անսահմանության մեջ:

Աչքի հարմարեցումը անսահման չէ։ Օղակաձև մկանի օգնությամբ աչքի օպտիկական հզորությունը կարող է աճել ոչ ավելի, քան 12 դիոպտրով։ Մոտ առարկաներին երկար նայելիս աչքը հոգնում է, իսկ օղակաձև մկանը սկսում է թուլանալ, և առարկայի պատկերը մշուշվում է։

Մարդու աչքերը թույլ են տալիս մեզ հստակ տեսնել առարկաները ոչ միայն ցերեկային լույսի ներքո: Աչքի ունակությունը հարմարվելու ցանցաթաղանթի վրա լուսազգայուն նյարդի վերջավորությունների տարբեր աստիճանի գրգռմանը, այսինքն. Դիտարկվող օբյեկտների պայծառության տարբեր աստիճաններին կոչվում է հարմարվողականություն:

Աչքի տեսողական առանցքների կոնվերգենցիան որոշակի կետում կոչվում է կոնվերգենցիա: Երբ առարկաները գտնվում են մարդուց զգալի հեռավորության վրա, ապա աչքերը մի առարկայից մյուսը տեղափոխելիս աչքերի առանցքները գործնականում չեն փոխվում, և մարդը կորցնում է առարկայի դիրքը ճիշտ որոշելու ունակությունը: Երբ առարկաները շատ հեռու են, աչքերի առանցքները զուգահեռ են, և մարդն անգամ չի կարող որոշել՝ շարժվող առարկան, որին նայում է, թե ոչ։ Մարմինների դիրքը որոշելու հարցում որոշակի դեր է խաղում նաև օղակաձև մկանի ուժը, որը սեղմում է ոսպնյակը մարդուն մոտ գտնվող առարկաները դիտելիս։ ոչխարներ

Շրջանակ օսկոպ.

Սպեկտրոսկոպը օգտագործվում է սպեկտրները դիտարկելու համար:

Ամենատարածված պրիզմատիկ սպեկտրոսկոպը բաղկացած է երկու խողովակներից, որոնց միջև դրված է եռանկյուն պրիզմա (նկ. 7):

A խողովակում, որը կոչվում է կոլիմատոր, կա նեղ ճեղք, որի լայնությունը կարելի է կարգավորել պտուտակով պտտելով։ Ճեղքի դիմաց տեղադրվում է լույսի աղբյուր, որի սպեկտրը պետք է ուսումնասիրվի։ Ճեղքը գտնվում է կոլիմատորի հարթությունում, և, հետևաբար, կոլիմատորից լույսի ճառագայթները դուրս են գալիս զուգահեռ ճառագայթի տեսքով։ Պրիզմայով անցնելուց հետո լույսի ճառագայթներն ուղղվում են B խողովակի մեջ, որով դիտվում է սպեկտրը։ Եթե ​​սպեկտրոսկոպը նախատեսված է չափումների համար, ապա բաժանումներով սանդղակի պատկերը դրվում է սպեկտրի պատկերի վրա՝ օգտագործելով հատուկ սարք, որը թույլ է տալիս ճշգրիտ որոշել գունային գծերի դիրքը սպեկտրում:

Օպտիկական չափիչ սարքը չափիչ գործիք է, որում տեսողությունը (կառավարվող օբյեկտի սահմանների հավասարեցում մազագիծով, խաչմերուկով և այլն) կամ չափի որոշումն իրականացվում է օպտիկական աշխատանքի սկզբունքով սարքի միջոցով։ Գոյություն ունեն օպտիկական չափիչ գործիքների երեք խումբ. սարքեր՝ օպտիկական տեսողության սկզբունքով և շարժման հաղորդման մեխանիկական մեթոդ; սարքեր օպտիկական տեսողությամբ և շարժման հաղորդմամբ. սարքեր, որոնք ունեն մեխանիկական շփում չափիչ սարքի հետ՝ շփման կետերի շարժը որոշելու օպտիկական մեթոդով.

Առաջին սարքերը, որոնք լայն տարածում գտան, պրոյեկտորներն էին բարդ ուրվագծերով և փոքր չափսերով մասերը չափելու և վերահսկելու համար։

Ամենատարածված երկրորդ սարքը ունիվերսալ չափիչ մանրադիտակն է, որում չափվող մասը շարժվում է երկայնական կառքի վրա, իսկ գլխի մանրադիտակը՝ լայնակի սայլով։

Երրորդ խմբի սարքերն օգտագործվում են չափված գծային մեծությունները չափումների կամ մասշտաբների հետ համեմատելու համար։ Դրանք սովորաբար համակցվում են համադրողների ընդհանուր անվան տակ։ Սարքավորումների այս խումբը ներառում է օպտիմետր (օպտիկատոր, չափիչ մեքենա, կոնտակտային ինտերֆերոմետր, օպտիկական միջակայքի որոնիչ և այլն):

Օպտիկական չափիչ գործիքները լայն տարածում ունեն նաև գեոդեզիայում (մակարդակ, թեոդոլիտ և այլն)։

Թեոդոլիտը գեոդեզիական գործիք է գեոդեզիական աշխատանքների, տեղագրական և գեոդեզիական, շինարարության և այլնի ժամանակ ուղղությունները որոշելու և հորիզոնական և ուղղահայաց անկյունները չափելու համար։

Level - գեոդեզիական գործիք՝ երկրի մակերևույթի վրա կետերի բարձրությունները չափելու համար՝ հարթեցում, ինչպես նաև տեղադրման ժամանակ հորիզոնական ուղղություններ սահմանելու համար և այլն։ աշխատանքները։

Նավագնացության մեջ լայնորեն օգտագործվում է սեքստանտը` գոնիոմետրիկ հայելային արտացոլող գործիք հորիզոնից վերև երկնային մարմինների բարձրությունները կամ տեսանելի առարկաների միջև անկյունները չափելու համար` դիտորդի վայրի կոորդինատները որոշելու համար: Սեքստանտի ամենակարևոր հատկանիշը դիտորդի տեսադաշտում միաժամանակ երկու առարկա միավորելու ունակությունն է, որոնց միջև չափվում է անկյունը, ինչը թույլ է տալիս սեքստանտին օգտագործել ինքնաթիռում կամ նավի վրա՝ առանց ճշգրտության նկատելի նվազման, նույնիսկ pitching-ի ժամանակ:

Նոր տեսակի օպտիկական չափիչ գործիքների մշակման խոստումնալից ուղղություն է դրանք էլեկտրոնային ընթերցման սարքերով հագեցնելը, որոնք հնարավորություն են տալիս պարզեցնել ընթերցումը և տեսողությունը և այլն:

Եզրակացություն.

Օպտիկայի գործնական նշանակությունը և դրա ազդեցությունը գիտելիքի այլ ճյուղերի վրա չափազանց մեծ են։ Աստղադիտակի և սպեկտրոսկոպի գյուտը մարդու առաջ բացեց հսկայական Տիեզերքում տեղի ունեցող երևույթների ամենազարմանալի և հարուստ աշխարհը: Մանրադիտակի գյուտը հեղափոխություն արեց կենսաբանության մեջ։ Լուսանկարչությունն օգնել և օգնում է գիտության գրեթե բոլոր ճյուղերին: Գիտական ​​սարքավորումների կարևորագույն տարրերից մեկը ոսպնյակն է: Առանց դրա չէին լինի մանրադիտակ, աստղադիտակ, սպեկտրոսկոպ, տեսախցիկ, կինո, հեռուստատեսություն և այլն: ակնոցներ չէին լինի, և 50-ն անց շատ մարդիկ ի վիճակի չեն լինի կարդալ և կատարել բազմաթիվ գործեր, որոնք պահանջում են տեսողություն:

Ֆիզիկական օպտիկայի կողմից ուսումնասիրված երևույթների շրջանակը շատ ընդարձակ է։ Օպտիկական երևույթները սերտորեն կապված են ֆիզիկայի այլ ճյուղերում ուսումնասիրված երևույթների հետ, իսկ օպտիկական հետազոտության մեթոդները ամենանուրբ և ճշգրիտներից են։ Հետևաբար, զարմանալի չէ, որ օպտիկան երկար ժամանակ առաջատար դեր է խաղացել բազմաթիվ հիմնարար ուսումնասիրությունների և հիմնական ֆիզիկական տեսակետների մշակման մեջ: Բավական է նշել, որ անցյալ դարի երկու հիմնական ֆիզիկական տեսությունները՝ հարաբերականության տեսությունը և քվանտի տեսությունը, առաջացել և զարգացել են մեծ չափով օպտիկական հետազոտությունների հիման վրա։ Լազերների գյուտը հսկայական նոր հնարավորություններ է բացել ոչ միայն օպտիկայի, այլ նաև գիտության և տեխնիկայի տարբեր ճյուղերում դրա կիրառման մեջ:

Մոսկվայի կրթության կոմիտե

Համաշխարհային Օ Ռ Տ

Մոսկվայի տեխնոլոգիական քոլեջ

Բնական գիտությունների բաժին

Վերջնական աշխատանք ֆիզիկայում

Թեմայի շուրջ :

Կատարում է 14-րդ խմբի աշակերտուհի՝ Ռյազանցևա Օքսանա

Ուսուցիչ՝ Գրուզդեվա Լ.Ն.

- Արծիբիշև Ս.Ա. Ֆիզիկա - Մ.: Մեդգիզ, 1950:

- Ժդանով Լ.Ս. Ժդանով Գ.Լ. Ֆիզիկա միջնակարգ ուսումնական հաստատությունների համար - Մ.: Նաուկա, 1981 թ.

- Լանդսբերգ Գ.Ս. Օպտիկա - Մ.: Նաուկա, 1976:

- Լանդսբերգ Գ.Ս. Ֆիզիկայի տարրական դասագիրք. - Մ.: Նաուկա, 1986 թ.

- Պրոխորով Ա.Մ. Խորհրդային մեծ հանրագիտարան. - Մ.: Սովետական ​​հանրագիտարան, 1974:

- Սիվուխին Դ.Վ. Ընդհանուր դասընթաց ֆիզիկայից՝ օպտիկա - Մ.՝ Նաուկա, 1980 թ.

Երկրաչափական օպտիկան օպտիկայի չափազանց պարզ դեպք է։ Ըստ էության, սա ալիքային օպտիկայի պարզեցված տարբերակ է, որը չի դիտարկում կամ պարզապես չի ենթադրում այնպիսի երևույթներ, ինչպիսիք են միջամտությունը և դիֆրակցիան: Այստեղ ամեն ինչ պարզեցված է ծայրահեղության մեջ: Եվ սա լավ է:

Հիմնական հասկացություններ

Երկրաչափական օպտիկա– օպտիկայի մի ճյուղ, որն ուսումնասիրում է թափանցիկ միջավայրում լույսի տարածման օրենքները, հայելային մակերևույթներից լույսի արտացոլման օրենքները և պատկերների կառուցման սկզբունքները, երբ լույսն անցնում է օպտիկական համակարգերով։

Կարևոր.Այս բոլոր գործընթացները դիտարկվում են առանց հաշվի առնելու լույսի ալիքային հատկությունները:

Կյանքում երկրաչափական օպտիկան լինելով չափազանց պարզեցված մոդել, այնուամենայնիվ լայն կիրառություն է գտնում։ Դա նման է դասական մեխանիկայի և հարաբերականության: Դասական մեխանիկայի շրջանակներում հաճախ շատ ավելի հեշտ է կատարել անհրաժեշտ հաշվարկը։

Երկրաչափական օպտիկայի հիմնական հասկացությունն է լույսի ճառագայթ.

Նկատի ունեցեք, որ իրական լույսի ճառագայթը չի տարածվում գծի երկայնքով, այլ ունի վերջավոր անկյունային բաշխում, որը կախված է ճառագայթի լայնակի չափից: Երկրաչափական օպտիկան անտեսում է ճառագայթի լայնակի չափերը:

Լույսի ուղղագիծ տարածման օրենքը

Այս օրենքը մեզ ասում է, որ միատարր միջավայրում լույսը շարժվում է ուղիղ գծով: Այլ կերպ ասած, A կետից B կետ լույսը շարժվում է ճանապարհով, որը նվազագույն ժամանակ է պահանջում հաղթահարելու համար:

Լույսի ճառագայթների անկախության օրենքը

Լույսի ճառագայթների տարածումը տեղի է ունենում միմյանցից անկախ։ Ինչ է դա նշանակում? Սա նշանակում է, որ երկրաչափական օպտիկան ենթադրում է, որ ճառագայթները չեն ազդում միմյանց վրա։ Եվ նրանք տարածվում էին այնպես, կարծես այլ ճառագայթներ ընդհանրապես չկան։

Լույսի արտացոլման օրենքը

Երբ լույսը հանդիպում է հայելու (արտացոլող) մակերեսին, տեղի է ունենում արտացոլում, այսինքն՝ լույսի ճառագայթի տարածման ուղղության փոփոխություն։ Այսպիսով, արտացոլման օրենքը ասում է, որ անկումը և արտացոլված ճառագայթը գտնվում են նույն հարթության վրա և մինչև անկման կետը գծված նորմալը: Ընդ որում, անկման անկյունը հավասար է անդրադարձման անկյան, այսինքն. նորմալը ճառագայթների միջև անկյունը բաժանում է երկու հավասար մասերի:

բեկման օրենքը (Սնելի)

Միջերեսի միջերեսում արտացոլման հետ մեկտեղ տեղի է ունենում նաև բեկում, այսինքն. ճառագայթը բաժանված է արտացոլված և բեկված:

Իմիջայլոց! Մեր բոլոր ընթերցողների համար այժմ գործում է զեղչ 10% վրա ցանկացած տեսակի աշխատանք.

Անկման և բեկման անկյունների սինուսների հարաբերակցությունը հաստատուն արժեք է և հավասար է այդ միջավայրերի բեկման ինդեքսների հարաբերությանը: Այս մեծությունը կոչվում է նաև երկրորդ միջավայրի բեկման ինդեքս՝ առաջինի համեմատ։

Այստեղ արժե առանձին դիտարկել ընդհանուր ներքին արտացոլման դեպքը։ Երբ լույսը տարածվում է օպտիկապես ավելի խիտ միջավայրից դեպի ավելի քիչ խիտ միջավայր, բեկման անկյունն ավելի մեծ է, քան անկման անկյունը։ Համապատասխանաբար, երբ անկման անկյունը մեծանում է, կմեծանա նաև բեկման անկյունը: Որոշակի սահմանափակող անկման անկյունում բեկման անկյունը հավասար կլինի 90 աստիճանի: Անկման անկյան հետագա աճի դեպքում լույսը չի բեկվի երկրորդ միջավայրի մեջ, և անկման և անդրադարձվող ճառագայթների ինտենսիվությունը հավասար կլինի: Սա կոչվում է ընդհանուր ներքին արտացոլում:

Լույսի ճառագայթների հետադարձելիության օրենքը

Պատկերացնենք, որ ճառագայթը, որը տարածվում է որոշակի ուղղությամբ, ենթարկվել է մի շարք փոփոխությունների և բեկումների։ Լույսի ճառագայթների շրջելիության օրենքը ասում է, որ եթե մեկ այլ ճառագայթ ուղարկվի դեպի այս ճառագայթը, այն կանցնի նույն ճանապարհով, ինչ առաջինը, բայց հակառակ ուղղությամբ։

Մենք կշարունակենք ուսումնասիրել երկրաչափական օպտիկայի հիմունքները, իսկ ապագայում անպայման կդիտարկենք տարբեր օրենքների կիրառմամբ խնդիրների լուծման օրինակներ։ Դե, եթե հիմա հարցեր ունեք, բարի գալուստ փորձագետների մոտ՝ ճիշտ պատասխանների համար ուսանողական սպասարկում. Մենք կօգնենք լուծել ցանկացած խնդիր։

Ներածություն ..................................................... .......................................................... ................................................ 2

Գլուխ 1. Օպտիկական երևույթների հիմնական օրենքները.......................................... .......... 4

1.1 Լույսի ուղղագիծ տարածման օրենքը ...................................... ......... .......... 4

1.2 Լույսի ճառագայթների անկախության օրենքը ...................................... ................................... 5

1.3 Լույսի արտացոլման օրենքը ...................................................... .......................................................... ............. 5

1.4 Լույսի բեկման օրենքը ...................................... .......................................................... ..... 5

Գլուխ 2. Իդեալական օպտիկական համակարգեր ............................................ ........ ......... 7

Գլուխ 3. Օպտիկական համակարգերի բաղադրիչները................................ ......... .. 9

3.1 Դիֆրագմները և դրանց դերը օպտիկական համակարգերում................................ ........................... 9

3.2 Մուտքի և ելքի աշակերտներ ...................................... .......................................................... 10

Գլուխ 4. Ժամանակակից օպտիկական համակարգեր .............................................. ......... 12

4.1 Օպտիկական համակարգ ...................................... .......................................................... .......... .. 12

4.2 Լուսանկարչական ապարատ ...................................... ................................................... 13

4.3 Աչքը որպես օպտիկական համակարգ ...................................... ................................................... 13

Գլուխ 5. Օպտիկական համակարգեր, որոնք օգնում են աչքին................................... 16

5.1 Խոշորացույց ..................................................... .......................................................... .......................................... 17

5.2 Մանրադիտակ ..................................................... ................................................... ......... ...................... 18

5.3 Դիտման շրջանակներ .............................................. ...................................................................... .......................................... 20

5.4 Պրոյեկցիոն սարքեր ...................................... ...................................................................... ................. 21

5.5 Սպեկտրային սարքեր ..................................................... ................................................... ........... 22

5.6 Օպտիկական չափիչ գործիք ...................................... ................................... 23

Եզրակացություն ..................................................... ...................................................... ................................... 28

Մատենագիտություն ...................................................... ...................................................... ........ 29

Ներածություն.

Օպտիկան ֆիզիկայի ճյուղ է, որն ուսումնասիրում է օպտիկական ճառագայթման (լույսի) բնույթը, դրա տարածումը և լույսի և նյութի փոխազդեցության ժամանակ դիտվող երևույթները։ Օպտիկական ճառագայթումը էլեկտրամագնիսական ալիքներ են, և, հետևաբար, օպտիկան էլեկտրամագնիսական դաշտի ընդհանուր ուսումնասիրության մի մասն է:

Օպտիկան ուսումնասիրում է կարճ էլեկտրամագնիսական ալիքների տարածման հետ կապված ֆիզիկական երևույթները, որոնց երկարությունը մոտավորապես 10 -5 -10 -7 մ է: Էլեկտրամագնիսական ալիքների սպեկտրի այս կոնկրետ շրջանի նշանակությունը պայմանավորված է նրանով, որ ներսում այն, 400-760 նմ ալիքի երկարությունների նեղ միջակայքում, գտնվում է տեսանելի լույսի տարածքը, որն ուղղակիորեն ընկալվում է մարդու աչքով: Այն սահմանափակվում է մի կողմից ռենտգենյան ճառագայթներով, իսկ մյուս կողմից՝ ռադիոհաղորդումների միկրոալիքային տիրույթով։ Տեղի ունեցող գործընթացների ֆիզիկայի տեսանկյունից էլեկտրամագնիսական ալիքների նման նեղ սպեկտրի մեկուսացումը (տեսանելի լույս) այնքան էլ իմաստ չունի, հետևաբար «օպտիկական տիրույթ» հասկացությունը սովորաբար ներառում է նաև ինֆրակարմիր և ուլտրամանուշակագույն ճառագայթում:

Օպտիկական տիրույթի սահմանափակումը պայմանական է և մեծապես որոշվում է ընդհանրությամբ տեխնիկական միջոցներև նշված տիրույթում երևույթների ուսումնասիրության մեթոդները: Այս միջոցներն ու մեթոդները բնութագրվում են ճառագայթման ալիքային հատկությունների վրա հիմնված օպտիկական օբյեկտների պատկերների ձևավորմամբ՝ օգտագործելով սարքեր, որոնց գծային չափերը շատ ավելի մեծ են, քան ճառագայթման λ երկարությունը, ինչպես նաև լույսի ընդունիչների կիրառմամբ, որոնց գործողությունը հիմնված նրա քվանտային հատկությունների վրա։

Ավանդույթի համաձայն, օպտիկան սովորաբար բաժանվում է երկրաչափական, ֆիզիկական և ֆիզիոլոգիական: Երկրաչափական օպտիկան թողնում է լույսի բնույթի հարցը, բխում է դրա տարածման էմպիրիկ օրենքներից և օգտագործում լույսի ճառագայթների գաղափարը, որոնք բեկվում և արտացոլվում են տարբեր օպտիկական հատկություններով և ուղղագիծ միջավայրի սահմաններում օպտիկական միատարր միջավայրում: Նրա խնդիրն է մաթեմատիկորեն ուսումնասիրել լույսի ճառագայթների ուղին մի միջավայրում, որի n բեկման ինդեքսը հայտնի է կախված կոորդինատներից կամ, ընդհակառակը, գտնել թափանցիկ և արտացոլող միջավայրի օպտիկական հատկությունները և ձևը, որոնցում ճառագայթները տեղի են ունենում երկայնքով: տրված ուղին. Երկրաչափական օպտիկան ամենամեծ նշանակությունն ունի օպտիկական գործիքների հաշվարկման և ձևավորման համար՝ ակնոցի ոսպնյակներից մինչև բարդ ոսպնյակներ և հսկայական աստղագիտական ​​գործիքներ:

Ֆիզիկական օպտիկան ուսումնասիրում է լույսի բնույթի և լուսային երևույթների հետ կապված խնդիրները։ Հայտարարությունը, որ լույսը լայնակի էլեկտրամագնիսական ալիքներ է, հիմնված է լույսի դիֆրակցիայի, միջամտության, լույսի բևեռացման և անիզոտրոպ միջավայրում տարածման փորձարարական հսկայական ուսումնասիրությունների արդյունքների վրա:

Օպտիկայի ամենակարևոր ավանդական խնդիրներից մեկը՝ պատկերներ ստանալը, որոնք համապատասխանում են բնօրինակներին և՛ երկրաչափական ձևով, և՛ պայծառության բաշխմամբ, լուծվում է հիմնականում երկրաչափական օպտիկայի միջոցով՝ ֆիզիկական օպտիկայի ներգրավմամբ: Երկրաչափական օպտիկան պատասխանում է այն հարցին, թե ինչպես պետք է կառուցվի օպտիկական համակարգ, որպեսզի օբյեկտի յուրաքանչյուր կետ նույնպես պատկերվի որպես կետ՝ պահպանելով պատկերի երկրաչափական նմանությունը օբյեկտին: Այն ցույց է տալիս պատկերի աղավաղման աղբյուրները և դրա մակարդակը իրական օպտիկական համակարգերում: Օպտիկական համակարգեր կառուցելու համար անհրաժեշտ է անհրաժեշտ հատկություններով օպտիկական նյութերի արտադրության տեխնոլոգիան, ինչպես նաև օպտիկական տարրերի մշակման տեխնոլոգիան: Տեխնոլոգիական պատճառներով ամենից հաճախ օգտագործվում են գնդաձև մակերևույթներով ոսպնյակներ և հայելիներ, բայց օպտիկական համակարգերը պարզեցնելու և բարձր բացվածքի հարաբերակցությամբ պատկերի որակը բարելավելու համար օգտագործվում են օպտիկական տարրեր:

Գլուխ 1. Օպտիկական երևույթների հիմնական օրենքները.

Արդեն օպտիկական հետազոտությունների առաջին շրջաններում փորձնականորեն հաստատվել են օպտիկական երևույթների հետևյալ չորս հիմնական օրենքները.

1. Լույսի ուղղագիծ տարածման օրենքը.

2. Լույսի ճառագայթների անկախության օրենքը.

3. Հայելու մակերեսից արտացոլման օրենքը.

4. Լույսի բեկման օրենքը երկու թափանցիկ միջավայրերի սահմանին:

Այս օրենքների հետագա ուսումնասիրությունը ցույց տվեց, որ նախ՝ դրանք ունեն շատ ավելի խորը նշանակություն, քան կարող էր թվալ առաջին հայացքից, և երկրորդ՝ դրանց կիրառումը սահմանափակ է, և դրանք ընդամենը մոտավոր օրենքներ են։ Հիմնական օպտիկական օրենքների պայմանների և կիրառելիության սահմանների հաստատումը նշանակալի առաջընթաց է նշանակում լույսի էության ուսումնասիրության մեջ։

Այս օրենքների էությունը հանգում է հետևյալին.

Միատարր միջավայրում լույսը շարժվում է ուղիղ գծերով:

Այս օրենքը հանդիպում է Էվկլիդեսին վերագրվող օպտիկայի վերաբերյալ աշխատություններում և հավանաբար հայտնի ու կիրառվել է շատ ավելի վաղ։

Այս օրենքի փորձարարական ապացույցը կարելի է ձեռք բերել սուր ստվերների դիտարկումներից, որոնք տրվել են կետային աղբյուրներլույս, կամ փոքր անցքերի միջոցով պատկերներ ստանալը: Բրինձ. 1-ը ցույց է տալիս պատկերի ձեռքբերումը՝ օգտագործելով փոքր բացվածք, պատկերի ձևն ու չափը ցույց են տալիս, որ պրոյեկցիան տեղի է ունենում ուղիղ ճառագայթների միջոցով:

Նկ. 1 Լույսի ուղղագիծ տարածում. պատկերի ստացում փոքր բացվածքի միջոցով:

Ուղղագիծ տարածման օրենքը կարելի է համարել փորձով հաստատված։ Այն ունի շատ խորը նշանակություն, քանի որ ուղիղ գծի գաղափարն, ըստ երևույթին, առաջացել է օպտիկական դիտարկումներից: Ուղիղ գծի երկրաչափական հասկացությունը, որպես երկու կետերի միջև ամենակարճ հեռավորությունը ներկայացնող գիծ, ​​գծի հասկացությունն է, որի երկայնքով լույսը տարածվում է միատարր միջավայրում:

Նկարագրված երեւույթների ավելի մանրամասն ուսումնասիրությունը ցույց է տալիս, որ լույսի ուղղագիծ տարածման օրենքը կորցնում է իր ուժը, եթե շարժվում ենք դեպի շատ փոքր անցքեր։

Այսպիսով, փորձի մեջ, որը պատկերված է Նկ. 1, մենք լավ պատկեր կստանանք մոտ 0,5 մմ անցքի չափով: Անցքի հետագա կրճատման դեպքում պատկերը անկատար կլինի, իսկ մոտ 0,5-0,1 մկմ անցքով պատկերն ընդհանրապես չի աշխատի, և էկրանը գրեթե հավասարաչափ կլուսավորվի։

Լույսի հոսքը կարելի է բաժանել առանձին լուսային ճառագայթների՝ ընդգծելով դրանք, օրինակ՝ օգտագործելով դիֆրագմներ։ Այս ընտրված լույսի ճառագայթների գործողությունը պարզվում է, որ անկախ է, այսինքն. մեկ ճառագայթով արտադրվող ազդեցությունը կախված չէ նրանից, թե մյուս ճառագայթները միաժամանակ են գործում, թե վերանում են:

Ընկնող ճառագայթը, արտացոլող մակերեսին նորմալը և անդրադարձած ճառագայթը գտնվում են նույն հարթության մեջ (նկ. 2), իսկ ճառագայթների և նորմալի միջև անկյունները հավասար են միմյանց. i անկման անկյունը հավասար է անկյան: արտացոլման i." Այս օրենքը հիշատակվում է նաև Էվկլիդեսի աշխատություններում։ Դրա ստեղծումը կապված է հղկված մետաղական մակերեսների (հայելիների) օգտագործման հետ, որոնք հայտնի են արդեն շատ հեռավոր դարաշրջանում։

Բրինձ. 2 Արտացոլման օրենք.

Բրինձ. 3 բեկման օրենքը.

Դիֆրագմը անթափանց պատնեշ է, որը սահմանափակում է լույսի ճառագայթների խաչմերուկը օպտիկական համակարգերում (աստղադիտակներում, հեռաչափերում, մանրադիտակներում, ֆիլմերի և լուսանկարչական տեսախցիկների մեջ և այլն): Դիֆրագմների դերը հաճախ խաղում են ոսպնյակների, պրիզմաների, հայելիների և այլ օպտիկական մասերի շրջանակները, աչքի բիբը, լուսավորված առարկայի սահմանները, իսկ սպեկտրոսկոպներում՝ ճեղքերը։

Ցանկացած օպտիկական համակարգ՝ զինված և անզեն աչք, լուսանկարչական ապարատ, պրոյեկցիոն ապարատ, ի վերջո նկար է նկարում հարթության վրա (էկրան, լուսանկարչական ափսե, ցանցաթաղանթ); առարկաները շատ դեպքերում եռաչափ են: Այնուամենայնիվ, նույնիսկ իդեալական օպտիկական համակարգը, առանց սահմանափակվելու, չի տրամադրի հարթության վրա եռաչափ օբյեկտի պատկերներ: Իրոք, եռաչափ օբյեկտի առանձին կետերը գտնվում են օպտիկական համակարգից տարբեր հեռավորությունների վրա և համապատասխանում են տարբեր կոնյուգացիոն հարթությունների:

Լուսավոր O կետը (նկ. 5) տալիս է O`-ի կտրուկ պատկերը MM 1 EE-ի հետ կոնյուգատի հարթության մեջ: Բայց A և B կետերը կտրուկ պատկերներ են տալիս A`-ում և B`-ում, իսկ MM հարթությունում դրանք նախագծված են որպես լուսային շրջանակներ, որոնց չափը կախված է ճառագայթների լայնության սահմանափակումից: Եթե ​​համակարգը անսահմանափակ չլիներ, ապա A-ից և B-ից ճառագայթները հավասարաչափ կլուսավորեին MM հարթությունը, ինչը նշանակում է, որ օբյեկտի ոչ մի պատկեր չէր ստացվի, այլ միայն նրա առանձին կետերի պատկերը, որոնք ընկած են EE հարթությունում:

Որքան նեղ են ճառագայթները, այնքան պարզ է օբյեկտի տարածության պատկերը հարթության վրա: Ավելի ճիշտ, հարթության վրա պատկերված է ոչ թե բուն տարածական օբյեկտը, այլ այդ հարթ նկարը, որը օբյեկտի պրոյեկցիան է որոշակի հարթության EE (տեղադրման հարթություն) վրա, որը կապված է համակարգի հետ պատկերային հարթության MM-ի հետ: Պրոյեկցիոն կենտրոնը համակարգի կետերից մեկն է (օպտիկական գործիքի մուտքի աշակերտի կենտրոնը)։

Բացքի չափը և դիրքը որոշում են լուսավորության և պատկերի որակը, դաշտի խորությունը և օպտիկական համակարգի լուծումը և տեսադաշտը:

Դիֆրագմը, որն առավել խիստ սահմանափակում է լույսի ճառագայթը, կոչվում է բացվածք կամ արդյունավետ: Դրա դերը կարող է խաղալ ոսպնյակի շրջանակը կամ հատուկ պայթուցիկ դիֆրագմը, եթե այս դիֆրագմը ավելի ուժեղ է սահմանափակում լույսի ճառագայթները, քան ոսպնյակի շրջանակները:

Բրինձ. 6. BB – բացվածքի դիֆրագմ; B 1 B 1 – մուտքի աշակերտ; B 2 B 2 – ելքի աշակերտ:

Պայթուցիկ բացվածքի դիֆրագմը հաճախ գտնվում է բարդ օպտիկական համակարգի առանձին բաղադրիչների (ոսպնյակների) միջև (նկ. 6), սակայն այն կարող է տեղադրվել համակարգի դիմաց կամ դրանից հետո:

Եթե ​​BB-ն իրական բացվածքի դիֆրագմ է (նկ. 6), իսկ B 1 B 1 և B 2 B 2 նրա պատկերներն են համակարգի առջևի և հետևի մասերում, ապա BB-ով անցնող բոլոր ճառագայթները կանցնեն B 1 B միջով: 1 և B 2 B 2 և հակառակը, այսինքն. ВВ, В 1 В 1, В 2 В 2 դիֆրագմներից որևէ մեկը սահմանափակում է ակտիվ ճառագայթները:

Մուտքի աշակերտը իրական անցքերն են կամ դրանց պատկերները, որոնք առավել խիստ սահմանափակում են մուտքային ճառագայթը, այսինքն. տեսանելի է օբյեկտի հարթության հետ օպտիկական առանցքի հատման կետից ամենափոքր անկյան տակ:

Ելքի աշակերտը անցք է կամ դրա պատկերը, որը սահմանափակում է համակարգից դուրս եկող ճառագայթը: Մուտքի և ելքի աշակերտները համակցված են ամբողջ համակարգի նկատմամբ:

Մուտքի աշակերտի դերը կարող է խաղալ մեկ կամ մի այլ անցքով կամ նրա պատկերով (իրական կամ երևակայական): Որոշ կարևոր դեպքերում պատկերված առարկան լուսավորված անցք է (օրինակ՝ սպեկտրոգրաֆի ճեղքվածք), իսկ լուսավորությունն ապահովվում է անմիջապես անցքի մոտ գտնվող լույսի աղբյուրից կամ օժանդակ կոնդենսատորի միջոցով։ Այս դեպքում, կախված գտնվելու վայրից, մուտքի աշակերտի դերը կարող է խաղալ աղբյուրի կամ նրա պատկերի սահմանը կամ կոնդենսատորի սահմանը և այլն:

Եթե ​​բացվածքի դիֆրագմը գտնվում է համակարգի դիմաց, ապա այն համընկնում է մուտքի աշակերտի հետ, և ելքի աշակերտը կլինի նրա պատկերն այս համակարգում: Եթե ​​այն ընկած է համակարգի հետևում, ապա այն համընկնում է ելքի աշակերտի հետ, և մուտքի աշակերտը կլինի նրա պատկերը համակարգում: Եթե ​​պայթուցիկի բացվածքի դիֆրագմը գտնվում է համակարգի ներսում (նկ. 6), ապա դրա պատկերը B 1 B 1 համակարգի առջևի մասում ծառայում է որպես մուտքի աշակերտ, իսկ B 2 B 2 պատկերը համակարգի հետևի մասում: ծառայում է որպես ելքի աշակերտ: Այն անկյունը, որով մուտքի աշակերտի շառավիղը տեսանելի է օբյեկտի հարթության հետ առանցքի հատման կետից, կոչվում է «բացվածքի անկյուն», իսկ այն անկյունը, որով ելքի աշակերտի շառավիղը տեսանելի է կետից։ պատկերի հարթության հետ առանցքի հատման անկյունը կամ ելքի բացվածքի անկյունն է: [3]

Գլուխ 4. Ժամանակակից օպտիկական համակարգեր.

Բարակ ոսպնյակը ներկայացնում է ամենապարզ օպտիկական համակարգը: Պարզ բարակ ոսպնյակներ օգտագործվում են հիմնականում ակնոցների տեսքով: Բացի այդ, հայտնի է ոսպնյակի օգտագործումը որպես խոշորացույց:

Շատ օպտիկական գործիքների` պրոյեկցիոն լամպի, տեսախցիկի և այլ սարքերի գործողությունը սխեմատիկորեն կարելի է համեմատել բարակ ոսպնյակների գործողության հետ: Այնուամենայնիվ, բարակ ոսպնյակը լավ պատկեր է տալիս միայն այն համեմատաբար հազվադեպ դեպքերում, երբ կարելի է սահմանափակվել նեղ մեկ գունավոր ճառագայթով, որը գալիս է աղբյուրից հիմնական օպտիկական առանցքի երկայնքով կամ դրա նկատմամբ մեծ անկյան տակ: Գործնական խնդիրների մեծ մասում, որտեղ այս պայմանները բավարարված չեն, բարակ ոսպնյակի կողմից ստացված պատկերը բավականին անկատար է: Հետևաբար, շատ դեպքերում նրանք դիմում են ավելի բարդ օպտիկական համակարգերի կառուցմանը, որոնք ունեն մեծ թվով բեկող մակերևույթներ և սահմանափակված չեն այդ մակերեսների մոտիկությամբ (պահանջը, որը բավարարում է բարակ ոսպնյակը): [4]

Ընդհանուր առմամբ, մարդու աչքը մոտ 2,5 սմ տրամագծով գնդաձեւ մարմին է, որը կոչվում է ակնագնդիկ (նկ. 10): Աչքի անթափանց և դիմացկուն արտաքին շերտը կոչվում է սկլերա, իսկ նրա թափանցիկ և ավելի ուռուցիկ առջևի մասը՝ եղջերաթաղանթ։ Ներսից սկլերան ծածկված է քորոիդով, որը բաղկացած է աչքը մատակարարող արյունատար անոթներից։ Հակառակ եղջերաթաղանթի քորոիդը անցնում է տարբեր մարդկանց մոտ տարբեր գույնի ծիածանաթաղանթ, որը եղջերաթաղանթից բաժանվում է թափանցիկ ջրային զանգված պարունակող խցիկով։

Ծիածանաթաղանթում կա կլոր անցք,

կոչվում է աշակերտ, որի տրամագիծը կարող է տարբեր լինել: Այսպիսով, ծիածանաթաղանթը կատարում է դիֆրագմայի դեր՝ կարգավորելով լույսի հասանելիությունը դեպի աչք։ Պայծառ լույսի ներքո աշակերտը փոքրանում է, իսկ ցածր լույսի դեպքում՝ մեծանում։ Ծիածանաթաղանթի հետևում գտնվող ակնագնդի ներսում գտնվում է ոսպնյակը, որը թափանցիկ նյութից պատրաստված երկուռուցիկ ոսպնյակ է՝ մոտ 1,4 բեկման ինդեքսով: Ոսպնյակը շրջապատված է օղակաձև մկանով, որը կարող է փոխել նրա մակերեսների կորությունը և, հետևաբար, օպտիկական ուժը։

Աչքի ներսի քորոիդը ծածկված է լուսազգայուն նյարդի ճյուղերով, հատկապես խիտ աշակերտի դիմաց։ Այս ճյուղերը կազմում են ցանցաթաղանթը, որի վրա ստացվում է աչքի օպտիկական համակարգի կողմից ստեղծված առարկաների իրական պատկերը։ Ցանցաթաղանթի և ոսպնյակի միջև տարածությունը լցված է թափանցիկ ապակենման մարմնով, որն ունի դոնդողանման կառուցվածք։ Ցանցաթաղանթի վրա գտնվող առարկաների պատկերը շրջված է։ Այնուամենայնիվ, ուղեղի ակտիվությունը, որն ազդանշաններ է ստանում լուսազգայուն նյարդից, թույլ է տալիս տեսնել բոլոր առարկաները բնական դիրքերում։

Երբ աչքի օղակաձև մկանը թուլանում է, ցանցաթաղանթի վրա ստացվում է հեռավոր առարկաների պատկեր։ Ընդհանուր առմամբ, աչքի կառուցվածքն այնպիսին է, որ մարդը կարող է առանց լարվածության տեսնել աչքից ոչ ավելի մոտ, քան 6 մ հեռավորության վրա գտնվող առարկաները: Այս դեպքում ավելի մոտ առարկաների պատկերը ստացվում է ցանցաթաղանթի հետևում։ Նման առարկայի հստակ պատկեր ստանալու համար օղակաձև մկանն ավելի ու ավելի է սեղմում ոսպնյակը, մինչև առարկայի պատկերը հայտնվի ցանցաթաղանթի վրա, այնուհետև ոսպնյակը սեղմված վիճակում է պահում։

Այսպիսով, մարդու աչքի «կենտրոնացումը» իրականացվում է ոսպնյակի օպտիկական հզորությունը փոխելով օղակաձև մկանի միջոցով: Աչքի օպտիկական համակարգի ունակությունը՝ ստեղծելու իրենից տարբեր հեռավորությունների վրա գտնվող առարկաների հստակ պատկերներ, կոչվում է տեղավորում (լատիներեն «տեղավորում»՝ հարմարվողականություն): Շատ հեռավոր առարկաներ դիտելիս զուգահեռ ճառագայթները ներթափանցում են աչքը: Այս դեպքում ասվում է, որ աչքը տեղավորվում է անսահմանության մեջ:

Աչքի հարմարեցումը անսահման չէ։ Օղակաձև մկանի օգնությամբ աչքի օպտիկական հզորությունը կարող է աճել ոչ ավելի, քան 12 դիոպտրով։ Մոտ առարկաներին երկար նայելիս աչքը հոգնում է, իսկ օղակաձև մկանը սկսում է թուլանալ, և առարկայի պատկերը մշուշվում է։

Մարդու աչքերը թույլ են տալիս մեզ հստակ տեսնել առարկաները ոչ միայն ցերեկային լույսի ներքո: Աչքի ունակությունը հարմարվելու ցանցաթաղանթի վրա լուսազգայուն նյարդի վերջավորությունների տարբեր աստիճանի գրգռմանը, այսինքն. Դիտարկվող օբյեկտների պայծառության տարբեր աստիճաններին կոչվում է հարմարվողականություն:

Աչքի տեսողական առանցքների կոնվերգենցիան որոշակի կետում կոչվում է կոնվերգենցիա: Երբ առարկաները գտնվում են մարդուց զգալի հեռավորության վրա, ապա աչքերը մի առարկայից մյուսը տեղափոխելիս աչքերի առանցքները գործնականում չեն փոխվում, և մարդը կորցնում է առարկայի դիրքը ճիշտ որոշելու ունակությունը: Երբ առարկաները շատ հեռու են, աչքերի առանցքները զուգահեռ են, և մարդն անգամ չի կարող որոշել՝ շարժվող առարկան, որին նայում է, թե ոչ։ Մարմնի դիրքը որոշելու հարցում որոշակի դեր է խաղում նաև օղակաձև մկանի ուժը, որը սեղմում է ոսպնյակը մարդուն մոտ գտնվող առարկաները դիտելիս։ [2]

Գլուխ 5. Աչքը զինող օպտիկական համակարգեր.

Չնայած աչքը բարակ ոսպնյակ չէ, այնուամենայնիվ, դուք կարող եք գտնել դրա մեջ մի կետ, որի միջով ճառագայթներն անցնում են գործնականում առանց բեկման, այսինքն. կետ, որը օպտիկական կենտրոնի դեր է խաղում: Աչքի օպտիկական կենտրոնը գտնվում է ոսպնյակի ներսում՝ նրա հետևի մակերեսի մոտ։ h հեռավորությունը օպտիկական կենտրոնից մինչև ցանցաթաղանթ, որը կոչվում է աչքի խորություն, նորմալ աչքի համար 15 մմ է։

Իմանալով օպտիկական կենտրոնի դիրքը՝ դուք հեշտությամբ կարող եք օբյեկտի պատկեր կառուցել աչքի ցանցաթաղանթի վրա։ Պատկերը միշտ իրական է, կրճատված և հակադարձ (նկ. 11, ա): Այն φ անկյունը, որով S 1 S 2 օբյեկտը տեսանելի է O օպտիկական կենտրոնից, կոչվում է տեսողական անկյուն։

Ցանցաթաղանթն ունի բարդ կառուցվածք և բաղկացած է առանձին լուսազգայուն տարրերից։ Հետևաբար, առարկայի երկու կետերը, որոնք գտնվում են միմյանց այնքան մոտ, որ ցանցաթաղանթի վրա նրանց պատկերն ընկնում է նույն տարրի մեջ, աչքը ընկալում է որպես մեկ կետ: Նվազագույն տեսողական անկյունը, որով երկու լուսավոր կետերը կամ երկու սև կետերը սպիտակ ֆոնի վրա դեռ առանձին ընկալվում են աչքով, մոտավորապես մեկ րոպե է: Աչքը վատ է ճանաչում առարկայի մանրամասները, որը նա տեսնում է 1-ից պակաս անկյան տակ»: Սա այն անկյունն է, որով տեսանելի է հատվածը, որի երկարությունը 1 սմ է աչքից 34 սմ հեռավորության վրա: վատ լուսավորություն (մթնշաղին), լուծման նվազագույն անկյունը մեծանում է և կարող է հասնել 1º-ի:

Օբյեկտը մոտեցնելով աչքին, մենք մեծացնում ենք տեսողության անկյունը և, հետևաբար, ստանում

փոքր մանրամասները ավելի լավ տարբերակելու ունակություն: Այնուամենայնիվ, մենք չենք կարող այն շատ մոտեցնել աչքին, քանի որ աչքի կարողությունը սահմանափակ է: Սովորական աչքի համար առարկան դիտելու համար ամենաբարենպաստ հեռավորությունը մոտ 25 սմ է, որի դեպքում աչքը կարող է բավական լավ տարբերակել մանրամասները՝ առանց ավելորդ հոգնածության: Այս հեռավորությունը կոչվում է լավագույն տեսողության հեռավորություն: կարճատես աչքի համար այս հեռավորությունը մի փոքր ավելի քիչ է: Հետևաբար, կարճատես մարդիկ, առարկան ավելի մոտ դնելով աչքին, քան նորմալ տեսողություն ունեցող մարդիկ կամ հեռատես մարդիկ, այն տեսնում են ավելի մեծ տեսադաշտից և կարող են ավելի լավ տարբերակել մանր մանրամասները:

Տեսակետի զգալի աճ է ձեռք բերվում օպտիկական գործիքների միջոցով: Ըստ իրենց նպատակի՝ աչքը զինող օպտիկական գործիքները կարելի է բաժանել հետևյալ խոշոր խմբերի.

1. Սարքեր, որոնք օգտագործվում են շատ փոքր առարկաների հետազոտման համար (խոշորացույց, մանրադիտակ): Այս սարքերը կարծես թե «մեծացնում» են խնդրո առարկա առարկաները:

2. Հեռավոր օբյեկտներ դիտելու համար նախատեսված գործիքներ (դիտող շրջանակ, հեռադիտակ, աստղադիտակ և այլն): այս սարքերը կարծես «մոտեցնում են» խնդրո առարկա առարկաներին:

Օպտիկական սարք օգտագործելիս դիտման անկյունը մեծացնելով՝ ցանցաթաղանթի վրա գտնվող առարկայի պատկերի չափը մեծանում է անզեն աչքով պատկերվածի համեմատ և, հետևաբար, մեծանում է մանրամասները ճանաչելու ունակությունը։ Զինված աչքի դեպքում b ցանցաթաղանթի b երկարության հարաբերակցությունը անզեն աչքի համար պատկերի երկարությանը b (նկ. 11, բ) կոչվում է օպտիկական սարքի խոշորացում։

Օգտագործելով Նկ. 11b հեշտ է տեսնել, որ N-ի աճը հավասար է նաև տեսողական անկյան φ» հարաբերակցությանը գործիքի միջոցով առարկան անզեն աչքով տեսողական φ անկյան նկատմամբ դիտելիս, քանի որ φ» և φ փոքր են: [2,3] Այսպիսով,

N = b" / b = φ" / φ,

որտեղ N-ը օբյեկտի մեծացումն է.

բ» - զինված աչքի ցանցաթաղանթի պատկերի երկարությունն է.

b-ն անզեն աչքի համար ցանցաթաղանթի վրա պատկերի երկարությունն է.

φ» - տեսադաշտի անկյուն, երբ օբյեկտը դիտվում է օպտիկական գործիքի միջոցով.

φ – տեսադաշտի անկյուն անզեն աչքով առարկան դիտելիս:

Ամենապարզ օպտիկական գործիքներից մեկը խոշորացույցն է՝ համընկնող ոսպնյակ, որը նախատեսված է փոքր օբյեկտների խոշորացված պատկերները դիտելու համար: Ոսպնյակը մոտեցվում է հենց աչքին, և առարկան տեղադրվում է ոսպնյակի և հիմնական կիզակետի միջև։ Աչքը կտեսնի օբյեկտի վիրտուալ և ընդլայնված պատկերը: Առավել հարմար է օբյեկտը զննել խոշորացույցի միջոցով ամբողջովին անկաշկանդ աչքով՝ հարմարեցված անսահմանությանը։ Դրա համար առարկան տեղադրվում է ոսպնյակի հիմնական կիզակետային հարթությունում, որպեսզի օբյեկտի յուրաքանչյուր կետից դուրս եկող ճառագայթները ոսպնյակի հետևում զուգահեռ ճառագայթներ կազմեն: Նկ. Նկար 12-ում ներկայացված են երկու այդպիսի ճառագայթներ, որոնք գալիս են օբյեկտի եզրերից: Մտնելով անսահմանության մեջ տեղավորվող աչքը՝ զուգահեռ ճառագայթների ճառագայթները կենտրոնանում են ցանցաթաղանթի վրա և տալիս այստեղ օբյեկտի հստակ պատկերը։

Անկյունային խոշորացում.Աչքը շատ մոտ է ոսպնյակին, ուստի տեսադաշտի անկյունը կարելի է ընդունել որպես 2γ անկյուն, որը ձևավորվում է առարկայի եզրերից ոսպնյակի օպտիկական կենտրոնով եկող ճառագայթներից։ Եթե ​​չլիներ խոշորացույցը, մենք պետք է օբյեկտը դնեինք աչքից լավագույն տեսողության (25 սմ) հեռավորության վրա, և տեսողական անկյունը հավասար կլիներ 2β-ի: Դիտարկելով 25 սմ և F սմ կողմերով ուղղանկյուն եռանկյուններ և նշանակելով Z առարկայի կեսը, կարող ենք գրել.

,

որտեղ 2γ-ը տեսողական անկյունն է, երբ դիտարկվում է խոշորացույցով;

2β - տեսողական անկյուն, երբ դիտվում է անզեն աչքով;

F – օբյեկտից մինչև խոշորացույց հեռավորությունը.

Z-ը տվյալ օբյեկտի երկարության կեսն է:

Հաշվի առնելով, որ փոքր մանրամասները սովորաբար ուսումնասիրվում են խոշորացույցի միջոցով, և, հետևաբար, γ և β անկյունները փոքր են, շոշափողները կարող են փոխարինվել անկյուններով։ Սա տալիս է հետևյալ արտահայտությունը խոշորացույցը մեծացնելու համար = =:

Հետևաբար, խոշորացույցի մեծացումը համաչափ է 1/F-ի, այսինքն՝ նրա օպտիկական հզորության։

Սարքը, որը թույլ է տալիս մեծ խոշորացում ստանալ փոքր առարկաներ դիտելիս, կոչվում է մանրադիտակ:

Ամենապարզ մանրադիտակը բաղկացած է երկու հավաքող ոսպնյակներից: Շատ կարճ կիզակետով L 1 ոսպնյակը տալիս է P"Q" առարկայի խիստ խոշորացված իրական պատկերը (նկ. 13), որը դիտվում է ակնաբույժի կողմից խոշորացույցի պես:

Եկեք նշենք ոսպնյակի կողմից տրված գծային մեծացումը n 1-ով, իսկ ակնաբույժը n 2-ով, սա նշանակում է, որ = n 1 և = n 2,

որտեղ P"Q"-ը օբյեկտի ընդլայնված իրական պատկերն է.

PQ - օբյեկտի չափը;

Այս արտահայտությունները բազմապատկելով՝ ստանում ենք = n 1 n 2,

որտեղ PQ-ն օբյեկտի չափն է.

P""Q"" - օբյեկտի ընդլայնված վիրտուալ պատկեր;

n 1 - ոսպնյակի գծային խոշորացում;

n 2 – ակնաչափի գծային խոշորացում:

Սա ցույց է տալիս, որ մանրադիտակի խոշորացումը հավասար է օբյեկտի և ակնոցի կողմից առանձին տրված խոշորացումների արտադրյալին: Ուստի հնարավոր է կառուցել գործիքներ, որոնք տալիս են շատ բարձր խոշորացումներ՝ մինչև 1000 և նույնիսկ ավելին: Լավ մանրադիտակներում ոսպնյակը և ակնոցը բարդ են:

Ակնոցը սովորաբար բաղկացած է երկու ոսպնյակից, սակայն ոսպնյակը շատ ավելի բարդ է: Բարձր խոշորացումներ ստանալու ցանկությունը ստիպում է օգտագործել շատ բարձր օպտիկական հզորությամբ կարճ ֆոկուս ոսպնյակներ: Քննարկվող առարկան տեղադրված է ոսպնյակին շատ մոտ և արտադրում է ճառագայթների լայն ճառագայթ, որը լցնում է առաջին ոսպնյակի ամբողջ մակերեսը: Սա շատ անբարենպաստ պայմաններ է ստեղծում սուր պատկեր ստանալու համար՝ հաստ ոսպնյակներ և ոչ կենտրոնական ճառագայթներ: Հետևաբար, բոլոր տեսակի թերությունները շտկելու համար պետք է դիմել տարբեր տեսակի ապակու բազմաթիվ ոսպնյակների համակցություններին:

Ժամանակակից մանրադիտակներում տեսական սահմանը գրեթե հասել է։ Մանրադիտակի միջոցով կարելի է տեսնել շատ փոքր առարկաներ, սակայն դրանց պատկերները հայտնվում են մանր բծերի տեսքով, որոնք ոչ մի նմանություն չունեն առարկայի հետ:

Նման փոքր մասնիկներն ուսումնասիրելիս նրանք օգտագործում են այսպես կոչված ուլտրամանրադիտակ, որը սովորական մանրադիտակ է կոնդենսատորով, որը հնարավորություն է տալիս ինտենսիվորեն լուսավորել տվյալ առարկան կողքից՝ մանրադիտակի առանցքին ուղղահայաց։

Ուլտրամանրադիտակի միջոցով հնարավոր է հայտնաբերել մասնիկներ, որոնց չափը չի գերազանցում միլիմիկրոնը։

Ամենապարզ հայտնաբերման շրջանակը բաղկացած է երկու համընկնող ոսպնյակներից: Դիտվող առարկայի դեմ ուղղված մեկ ոսպնյակը կոչվում է օբյեկտիվ, իսկ մյուսը, որը նայում է դիտողի աչքին, կոչվում է ակնոց:

Ոսպնյակ L 1 տալիս է իրական հակադարձ և զգալիորեն կրճատված պատկեր P 1 Q 1 օբյեկտի, որը ընկած է ոսպնյակի հիմնական կիզակետի մոտ: Ակնոցը տեղադրվում է այնպես, որ առարկայի պատկերը գտնվում է իր հիմնական ուշադրության կենտրոնում: Այս դիրքում ակնաբույժը խաղում է խոշորացույցի դեր, որի օգնությամբ դիտվում է առարկայի իրական պատկերը։

Խողովակի ազդեցությունը, ինչպես խոշորացույցը, դիտման անկյունի մեծացումն է: Խողովակի միջոցով առարկաները սովորաբար հետազոտվում են դրա երկարությունից մի քանի անգամ ավելի մեծ հեռավորությունների վրա: Հետևաբար, տեսանկյունը, որով առարկան տեսանելի է առանց խողովակի, կարող է ընդունվել որպես 2β անկյուն, որը ձևավորվում է օբյեկտի եզրերից ոսպնյակի օպտիկական կենտրոնով եկող ճառագայթներից։

Պատկերը տեսանելի է 2γ անկյան տակ և գտնվում է ոսպնյակի գրեթե հենց F կիզակետում և ակնոցի F 1 կիզակետում:

Դիտարկելով երկու ուղղանկյուն եռանկյունի ընդհանուր Z ոտքով», կարող ենք գրել.

,

F - ոսպնյակի ֆոկուս;

F 1 - աչքի կիզակետ;

Z» -ը նշված օբյեկտի երկարության կեսն է:

β և γ անկյունները մեծ չեն, ուստի կարելի է բավարար մոտավորությամբ փոխարինել tanβ-ը և tgγ-ն անկյուններով, իսկ հետո խողովակի աճը = ,

որտեղ 2γ այն անկյունն է, որով տեսանելի է օբյեկտի պատկերը.

2β - դիտման անկյուն, որով օբյեկտը տեսանելի է անզեն աչքով.

F - ոսպնյակի ֆոկուս;

F 1 - ակնոցի ֆոկուս:

Խողովակի անկյունային մեծացումը որոշվում է ոսպնյակի կիզակետային երկարության հարաբերակցությամբ ակնաբույժի կիզակետային երկարությանը: Բարձր խոշորացում ստանալու համար դուք պետք է վերցնեք երկարատև ոսպնյակ և կարճ ֆոկուս ակնոց: [1]

Պրոյեկցիոն ապարատը օգտագործվում է դիտողներին ցուցադրելու գծագրերի, լուսանկարների կամ գծագրերի ընդլայնված պատկերները էկրանին: Ապակու կամ թափանցիկ թաղանթի վրա նկարը կոչվում է սլայդ, իսկ սարքն ինքնին, որը նախատեսված է նման նկարներ ցուցադրելու համար, դիսկոպ է: Եթե ​​սարքը նախատեսված է անթափանց նկարներ և գծագրեր ցուցադրելու համար, ապա այն կոչվում է էպիսկոպ: Երկու դեպքում էլ նախատեսված սարքը կոչվում է էպիդիասկոպ:

Ոսպնյակը, որը ստեղծում է իր դիմացի առարկայի պատկերը, կոչվում է ոսպնյակ: Որպես կանոն, ոսպնյակը օպտիկական համակարգ է, որը վերացրել է առանձին ոսպնյակներին բնորոշ ամենակարեւոր թերությունները: Որպեսզի օբյեկտի պատկերը հստակ տեսանելի լինի դիտողների համար, օբյեկտն ինքը պետք է վառ լուսավորված լինի:

Պրոյեկցիոն ապարատի նախագծման դիագրամը ներկայացված է Նկար 16-ում:

Լույսի աղբյուրը S տեղադրված է գոգավոր հայելու (ռեֆլեկտոր) կենտրոնում R. լույսը, որը գալիս է անմիջապես S աղբյուրից և արտացոլվում է ռեֆլեկտորից։ Ռ,ընկնում է կոնդենսատոր K-ի վրա, որը բաղկացած է երկու հարթաուռուցիկ ոսպնյակներից։ Կոնդենսատորը հավաքում է այս լույսի ճառագայթները

A խողովակում, որը կոչվում է կոլիմատոր, կա նեղ ճեղք, որի լայնությունը կարելի է կարգավորել պտուտակով պտտելով։ Ճեղքի դիմաց տեղադրվում է լույսի աղբյուր, որի սպեկտրը պետք է ուսումնասիրվի։ Ճեղքը գտնվում է կոլիմատորի կիզակետային հարթությունում, ուստի լուսային ճառագայթները դուրս են գալիս կոլիմատորից զուգահեռ ճառագայթի տեսքով։ Պրիզմայով անցնելուց հետո լույսի ճառագայթներն ուղղվում են B խողովակի մեջ, որով դիտվում է սպեկտրը։ Եթե ​​սպեկտրոսկոպը նախատեսված է չափումների համար, ապա բաժանումներով սանդղակի պատկերը դրվում է սպեկտրի պատկերի վրա՝ օգտագործելով հատուկ սարք, որը թույլ է տալիս ճշգրիտ որոշել գունային գծերի դիրքը սպեկտրում:

Սպեկտրը հետազոտելիս հաճախ ավելի լավ է լուսանկարել այն, իսկ հետո մանրադիտակով ուսումնասիրել այն:

Սպեկտրները լուսանկարելու սարքը կոչվում է սպեկտրոգրաֆ։

Սպեկտրոգրաֆի դիագրամը ներկայացված է Նկ. 18.

Ճառագայթման սպեկտրը կենտրոնացված է L 2 ոսպնյակի միջոցով սառեցված AB ապակու վրա, որը լուսանկարելիս փոխարինվում է լուսանկարչական ափսեով: [2]

Օպտիկական չափիչ սարքը չափիչ գործիք է, որում տեսողությունը (կառավարվող օբյեկտի սահմանների հավասարեցում մազագիծով, խաչմերուկով և այլն) կամ չափի որոշումն իրականացվում է օպտիկական աշխատանքի սկզբունքով սարքի միջոցով։ Գոյություն ունեն օպտիկական չափիչ գործիքների երեք խումբ. սարքեր՝ օպտիկական տեսողության սկզբունքով և շարժման հաղորդման մեխանիկական մեթոդ; սարքեր օպտիկական տեսողությամբ և շարժման հաղորդմամբ. սարքեր, որոնք ունեն մեխանիկական շփում չափիչ սարքի հետ՝ շփման կետերի շարժը որոշելու օպտիկական մեթոդով.

Առաջին սարքերը, որոնք լայն տարածում գտան, պրոյեկտորներն էին բարդ ուրվագծերով և փոքր չափսերով մասերը չափելու և վերահսկելու համար։

Ամենատարածված երկրորդ սարքը ունիվերսալ չափիչ մանրադիտակն է, որում չափվող մասը շարժվում է երկայնական կառքի վրա, իսկ գլխի մանրադիտակը՝ լայնակի սայլով։

Երրորդ խմբի սարքերն օգտագործվում են չափված գծային մեծությունները չափումների կամ մասշտաբների հետ համեմատելու համար։ Դրանք սովորաբար համակցվում են համադրողների ընդհանուր անվան տակ։ Սարքավորումների այս խումբը ներառում է օպտիմետր (օպտիկատոր, չափիչ մեքենա, կոնտակտային ինտերֆերոմետր, օպտիկական միջակայքի որոնիչ և այլն):

Օպտիկական չափիչ գործիքները լայն տարածում ունեն նաև գեոդեզիայում (մակարդակ, թեոդոլիտ և այլն)։

Թեոդոլիտը գեոդեզիական գործիք է գեոդեզիական աշխատանքների, տեղագրական և գեոդեզիական, շինարարության և այլնի ժամանակ ուղղությունները որոշելու և հորիզոնական և ուղղահայաց անկյունները չափելու համար։

Level - գեոդեզիական գործիք՝ երկրի մակերևույթի վրա կետերի բարձրությունները չափելու համար՝ հարթեցում, ինչպես նաև տեղադրման ժամանակ հորիզոնական ուղղություններ սահմանելու համար և այլն։ աշխատանքները։

Նավագնացության մեջ լայնորեն օգտագործվում է սեքստանտը` գոնիոմետրիկ հայելային արտացոլող գործիք հորիզոնից վերև երկնային մարմինների բարձրությունները կամ տեսանելի առարկաների միջև անկյունները չափելու համար` դիտորդի վայրի կոորդինատները որոշելու համար: Սեքստանտի ամենակարևոր հատկանիշը դիտորդի տեսադաշտում միաժամանակ երկու առարկա միավորելու ունակությունն է, որոնց միջև չափվում է անկյունը, ինչը թույլ է տալիս սեքստանտին օգտագործել ինքնաթիռում կամ նավի վրա՝ առանց ճշգրտության նկատելի նվազման, նույնիսկ pitching-ի ժամանակ:

Նոր տեսակի օպտիկական չափիչ գործիքների մշակման խոստումնալից ուղղություն է դրանք էլեկտրոնային ընթերցման սարքերով հագեցնելը, որոնք հնարավորություն են տալիս պարզեցնել ընթերցումը և տեսողությունը և այլն: [5]

Գլուխ 6. Օպտիկական համակարգերի կիրառումը գիտության և տեխնիկայի մեջ:

Օպտիկական համակարգերի կիրառությունն ու դերը գիտության և տեխնիկայի մեջ շատ մեծ է։ Առանց օպտիկական երևույթների ուսումնասիրության և օպտիկական գործիքների մշակման մարդկությունը չէր լինի տեխնոլոգիական զարգացման այդքան բարձր մակարդակի վրա։

Գրեթե բոլոր ժամանակակից օպտիկական գործիքները նախատեսված են օպտիկական երևույթների անմիջական տեսողական դիտարկման համար։

Պատկերի կառուցման օրենքները հիմք են հանդիսանում տարբեր օպտիկական գործիքների կառուցման համար։ Ցանկացած օպտիկական սարքի հիմնական մասը ինչ-որ օպտիկական համակարգ է: Որոշ օպտիկական սարքերում պատկերը ստացվում է էկրանին, իսկ մյուս սարքերը նախատեսված են աչքի հետ աշխատելու համար: Վերջին դեպքում սարքը և աչքը ներկայացնում են մեկ օպտիկական համակարգ, և պատկերը ստացվում է աչքի ցանցաթաղանթի վրա։

Ուսումնասիրելով որոշ Քիմիական հատկություններնյութեր, գիտնականները հայտնագործեցին պինդ մակերեսների վրա պատկերները ֆիքսելու միջոց, և այդ մակերեսի վրա պատկերներ նախագծելու համար նրանք սկսեցին օգտագործել ոսպնյակներից բաղկացած օպտիկական համակարգեր: Այսպիսով, աշխարհը ստացավ ֆոտո և ֆիլմերի տեսախցիկներ, իսկ էլեկտրոնիկայի հետագա զարգացմամբ հայտնվեցին վիդեո և թվային տեսախցիկներ։

Աչքի համար գրեթե անտեսանելի մանր առարկաները ուսումնասիրելու համար օգտագործվում է խոշորացույց, իսկ եթե դրա խոշորացումը բավարար չէ, ապա օգտագործվում են մանրադիտակներ։ Ժամանակակից օպտիկական մանրադիտակները թույլ են տալիս մեծացնել պատկերները մինչև 1000 անգամ, իսկ էլեկտրոնային մանրադիտակները՝ տասնյակ հազարավոր անգամներ։ Սա հնարավորություն է տալիս ուսումնասիրել առարկաները մոլեկուլային մակարդակում:

Ժամանակակից աստղագիտական ​​հետազոտությունները հնարավոր չեն լինի առանց «Գալիլեոյի փողի» և «Կեպլերի փողի»։ Գալիլեյան խողովակը, որը հաճախ օգտագործվում է սովորական թատրոնի հեռադիտակներում, տալիս է օբյեկտի ուղիղ պատկերը, մինչդեռ Կեպլերի խողովակը տալիս է շրջված պատկեր։ Արդյունքում, եթե Kepler խողովակը պետք է օգտագործվի երկրային դիտարկումների համար, ապա այն հագեցած է փաթաթման համակարգով (լրացուցիչ ոսպնյակ կամ պրիզմաների համակարգ), որի արդյունքում պատկերը դառնում է ուղիղ։ Նման սարքի օրինակ է պրիզմայով հեռադիտակը:

Kepler խողովակի առավելությունն այն է, որ այն ունի լրացուցիչ միջանկյալ պատկեր, որի հարթությունում կարելի է տեղադրել չափիչ կշեռք, լուսանկարչական ափսե՝ նկարելու համար և այլն։ Արդյունքում աստղագիտության մեջ և չափումների հետ կապված բոլոր դեպքերում օգտագործվում է Kepler խողովակը։

Աստղադիտակի պես կառուցված աստղադիտակների հետ մեկտեղ՝ բեկորները, հայելային (ռեֆլեկտիվ) աստղադիտակները կամ ռեֆլեկտորները շատ կարևոր են աստղագիտության մեջ։

Դիտարկման հնարավորությունները, որոնք տալիս է յուրաքանչյուր աստղադիտակ, որոշվում են նրա բացվածքի տրամագծով։ Ուստի հնագույն ժամանակներից գիտատեխնիկական միտքն ուղղված է եղել գտնելու

մեծ հայելիներ և ոսպնյակներ պատրաստելու մեթոդներ.

Յուրաքանչյուր նոր աստղադիտակի կառուցմամբ Տիեզերքի շառավիղը, որը մենք դիտում ենք, ընդլայնվում է:

Արտաքին տարածության տեսողական ընկալումը բարդ գործողություն է, որի էական հանգամանքն այն է, որ նորմալ պայմաններում մենք օգտագործում ենք երկու աչք: Աչքերի մեծ շարժունակության շնորհիվ մենք արագորեն ամրացնում ենք առարկայի մի կետը մյուսի հետևից. Միևնույն ժամանակ, մենք կարող ենք գնահատել խնդրո առարկա օբյեկտների հեռավորությունը, ինչպես նաև համեմատել այդ հեռավորությունները միմյանց հետ: Այս գնահատումը պատկերացում է տալիս տարածության խորության, օբյեկտի մանրամասների ծավալային բաշխման մասին և հնարավոր է դարձնում ստերեոսկոպիկ տեսողությունը:

Ստերեոսկոպիկ պատկերները 1 և 2 դիտվում են L 1 և L 2 ոսպնյակների միջոցով, որոնցից յուրաքանչյուրը տեղադրված է մեկ աչքի առաջ: Նկարները գտնվում են ոսպնյակների կիզակետային հարթություններում, և, հետևաբար, դրանց պատկերները գտնվում են անսահմանության վրա: Երկու աչքերն էլ տեղավորվում են անսահմանության մեջ: Երկու լուսանկարների պատկերներն էլ ընկալվում են որպես մեկ ռելիեֆային առարկա՝ ընկած S հարթությունում։

Ստերեոսկոպը ներկայումս լայնորեն օգտագործվում է տեղանքի պատկերները ուսումնասիրելու համար: Տարածքը երկու կետից լուսանկարելով՝ ստացվում է երկու լուսանկար, որոնց դիտելով ստերեոսկոպի միջոցով կարելի է հստակ տեսնել տեղանքը։ Ստերեոսկոպիկ տեսողության ավելի մեծ սրությունը հնարավորություն է տալիս օգտագործել ստերեոսկոպ՝ կեղծ փաստաթղթեր, փողեր և այլն հայտնաբերելու համար։

Դիտարկման համար նախատեսված ռազմական օպտիկական գործիքներում (հեռադիտակ, ստերեո շրջանակներ) ոսպնյակների կենտրոնների միջև հեռավորությունը միշտ շատ ավելի մեծ է, քան աչքերի միջև, իսկ հեռավոր առարկաները շատ ավելի ցայտուն են թվում, քան առանց սարքի դիտարկման ժամանակ:

Բարձր բեկման ինդեքսով մարմիններում ընթացող լույսի հատկությունների ուսումնասիրությունը հանգեցրեց ընդհանուր ներքին արտացոլման բացահայտմանը: Այս հատկությունը լայնորեն օգտագործվում է օպտիկական մանրաթելերի արտադրության և օգտագործման մեջ: Օպտիկական մանրաթելը թույլ է տալիս ցանկացած օպտիկական ճառագայթում փոխանցվել առանց կորստի: Օպտիկական մանրաթելերի օգտագործումը կապի համակարգերում հնարավորություն է տվել ստանալ տեղեկատվություն ստանալու և ուղարկելու արագընթաց ալիքներ։

Ընդհանուր ներքին արտացոլումը թույլ է տալիս հայելիների փոխարեն օգտագործել պրիզմաներ: Այս սկզբունքով են կառուցված պրիզմատիկ հեռադիտակները և պերիսկոպները:

Լազերների և կենտրոնացման համակարգերի օգտագործումը հնարավորություն է տալիս կենտրոնացնել լազերային ճառագայթումը մեկ կետում, որն օգտագործվում է տարբեր նյութեր կտրելու, ձայնասկավառակներ կարդալու և գրելու սարքերում և լազերային հեռաչափերում:

Օպտիկական համակարգերը լայնորեն կիրառվում են գեոդեզիայում՝ անկյունների և բարձրությունների չափման համար (մակարդակներ, թեոդոլիտներ, սեքստանտներ և այլն)։

Սպիտակ լույսը սպեկտրների բաժանելու համար պրիզմաների օգտագործումը հանգեցրեց սպեկտրոգրաֆների և սպեկտրոսկոպների ստեղծմանը: Նրանք թույլ են տալիս դիտարկել կլանման և արտանետումների սպեկտրները պինդ նյութերև գազեր։ Սպեկտրային վերլուծությունը թույլ է տալիս պարզել քիմիական բաղադրությունընյութեր.

Ամենապարզ օպտիկական համակարգերի` բարակ ոսպնյակների օգտագործումը թույլ տվեց տեսողական համակարգի արատներ ունեցող շատ մարդկանց նորմալ տեսնել (ակնոցներ, ակնոցներ և այլն):

Օպտիկական համակարգերի շնորհիվ բազմաթիվ գիտական ​​հայտնագործություններ ու ձեռքբերումներ են կատարվել։

Օպտիկական համակարգերն օգտագործվում են գիտական ​​գործունեության բոլոր ոլորտներում՝ կենսաբանությունից մինչև ֆիզիկա: Հետևաբար, կարելի է ասել, որ գիտության և տեխնիկայի մեջ օպտիկական համակարգերի կիրառման շրջանակն անսահման է։ [4.6]

Եզրակացություն.

Օպտիկայի գործնական նշանակությունը և դրա ազդեցությունը գիտելիքի այլ ճյուղերի վրա չափազանց մեծ են։ Աստղադիտակի և սպեկտրոսկոպի գյուտը մարդու առաջ բացեց հսկայական Տիեզերքում տեղի ունեցող երևույթների ամենազարմանալի և հարուստ աշխարհը: Մանրադիտակի գյուտը հեղափոխություն արեց կենսաբանության մեջ։ Լուսանկարչությունն օգնել և օգնում է գիտության գրեթե բոլոր ճյուղերին: Գիտական ​​սարքավորումների կարևորագույն տարրերից մեկը ոսպնյակն է: Առանց դրա չէին լինի մանրադիտակ, աստղադիտակ, սպեկտրոսկոպ, տեսախցիկ, կինո, հեռուստատեսություն և այլն: ակնոցներ չէին լինի, և 50-ն անց շատ մարդիկ ի վիճակի չեն լինի կարդալ և կատարել բազմաթիվ գործեր, որոնք պահանջում են տեսողություն:

Ֆիզիկական օպտիկայի կողմից ուսումնասիրված երևույթների շրջանակը շատ ընդարձակ է։ Օպտիկական երևույթները սերտորեն կապված են ֆիզիկայի այլ ճյուղերում ուսումնասիրված երևույթների հետ, իսկ օպտիկական հետազոտության մեթոդները ամենանուրբ և ճշգրիտներից են։ Հետևաբար, զարմանալի չէ, որ օպտիկան երկար ժամանակ առաջատար դեր է խաղացել բազմաթիվ հիմնարար ուսումնասիրությունների և հիմնական ֆիզիկական տեսակետների մշակման մեջ: Բավական է նշել, որ անցյալ դարի երկու հիմնական ֆիզիկական տեսությունները՝ հարաբերականության տեսությունը և քվանտի տեսությունը, առաջացել և զարգացել են մեծ չափով օպտիկական հետազոտությունների հիման վրա։ Լազերների գյուտը հսկայական նոր հնարավորություններ է բացել ոչ միայն օպտիկայի, այլ նաև գիտության և տեխնիկայի տարբեր ճյուղերում դրա կիրառման մեջ:

Մատենագիտություն.

1. Արցիբիշև Ս.Ա. Ֆիզիկա - Մ.: Մեդգիզ, 1950. - 511 էջ.

2. Ժդանով Լ.Ս. Ժդանով Գ.Լ. Ֆիզիկա հանրակրթական ուսումնական հաստատությունների համար - Մ.: Nauka, 1981. - 560 p.

3. Լանդսբերգ Գ.Ս. Օպտիկա - Մ.: Նաուկա, 1976. - 928 էջ.

4. Լանդսբերգ Գ.Ս. Ֆիզիկայի տարրական դասագիրք. - M.: Nauka, 1986. - T.3. - 656-ական թթ.

5. Պրոխորով Ա.Մ. Խորհրդային մեծ հանրագիտարան. - Մ.: Սովետական ​​հանրագիտարան, 1974. - Թ.18. - 632-ական թթ.

6. Սիվուխին Դ.Վ. Ընդհանուր դասընթաց ֆիզիկայում. Օպտիկա - Մ.: Nauka, 1980. - 751 p.

Ֆիզիկայի հնագույն և ծավալուն ճյուղերից է օպտիկան։ Նրա ձեռքբերումներն օգտագործվում են բազմաթիվ գիտությունների և գործունեության ոլորտներում՝ էլեկտրատեխնիկա, արդյունաբերություն, բժշկություն և այլն։ Հոդվածից կարող եք պարզել, թե ինչ է ուսումնասիրում այս գիտությունը, դրա մասին պատկերացումների զարգացման պատմությունը, ամենակարևոր ձեռքբերումները և ինչ օպտիկական համակարգեր և գործիքներ կան:

Ի՞նչ է ուսումնասիրում օպտիկան:

Այս գիտության անվանումը հունական ծագում ունի և թարգմանվում է որպես «տեսողական ընկալման գիտություն»։ Օպտիկան ֆիզիկայի ճյուղ է, որն ուսումնասիրում է լույսի բնույթը, հատկությունները և դրա տարածման հետ կապված օրենքները։ Այս գիտությունը ուսումնասիրում է տեսանելի լույսի, ինֆրակարմիր և ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման բնույթը։ Քանի որ լույսի շնորհիվ մարդիկ կարողանում են տեսնել իրենց շրջապատող աշխարհը, ֆիզիկայի այս ճյուղը նաև դիսցիպլին է, որը կապված է ճառագայթման տեսողական ընկալման հետ: Եվ զարմանալի չէ. աչքը բարդ օպտիկական համակարգ է:

Գիտության ձևավորման պատմություն

Օպտիկան ծագել է հին ժամանակներում, երբ մարդիկ փորձում էին հասկանալ լույսի էությունը և պարզել, թե ինչպես կարող են տեսնել շրջակա աշխարհի առարկաները:

Հին փիլիսոփաները տեսանելի լույսը համարում էին կամ ճառագայթներ, որոնք դուրս են գալիս մարդու աչքերից, կամ մանր մասնիկների հոսք, որոնք ցրվում են առարկաներից և մտնում աչք։

Հետագայում լույսի բնույթն ուսումնասիրվել է բազմաթիվ նշանավոր գիտնականների կողմից: Իսահակ Նյուտոնը ձևակերպեց տեսություն մարմինների՝ լույսի փոքր մասնիկների մասին: Մեկ այլ գիտնական՝ Հյուգենսը, առաջ քաշեց ալիքի տեսությունը։

Լույսի բնույթը շարունակել են ուսումնասիրել 20-րդ դարի ֆիզիկոսները՝ Մաքսվելը, Պլանկը, Էյնշտեյնը:

Ներկայումս Նյուտոնի և Հյուգենսի վարկածները միավորված են ալիք-մասնիկ երկակիության հայեցակարգում, ըստ որի լույսն ունի և՛ մասնիկների, և՛ ալիքների հատկություններ։

Բաժիններ

Օպտիկայի հետազոտության առարկան ոչ միայն լույսն ու դրա բնույթն է, այլ նաև այս հետազոտության գործիքները, այս երևույթի օրենքներն ու հատկությունները և շատ ավելին: Հետևաբար, գիտությունն ունի մի քանի բաժիններ, որոնք նվիրված են հետազոտության առանձին ասպեկտներին:

• երկրաչափական օպտիկա;
• ալիք;
• քվանտ.

Յուրաքանչյուր բաժին մանրամասն կքննարկվի ստորև:

Երկրաչափական օպտիկա

Այս բաժնում կան օպտիկայի հետևյալ օրենքները.

Միատարր միջավայրով անցնող լույսի տարածման ուղիղության մասին օրենքը։ Լույսի ճառագայթը համարվում է ուղիղ գիծ, ​​որով անցնում են լույսի մասնիկները։

Արտացոլման օրենքը.

Միջադեպը և անդրադարձած ճառագայթները, ինչպես նաև ճառագայթի անկման կետում վերակառուցված երկու միջավայրերի միջերեսին ուղղահայացը գտնվում են նույն հարթության վրա ( պատահականության հարթություն):Անդրադարձման γ անկյունը հավասար է α անկման անկյունին։

Ճեղքման օրենքը.

Միջադեպը և բեկված ճառագայթները, ինչպես նաև երկու միջավայրերի միջերեսին ուղղահայացը, որոնք վերակառուցվել են ճառագայթի անկման կետում, գտնվում են նույն հարթության վրա: α անկման անկյան սինուսի հարաբերությունը β բեկման անկյան սինուսին հաստատուն արժեք է երկու տվյալ միջավայրի համար։

Ոսպնյակները երկրաչափական օպտիկայի լույսի հատկությունների ուսումնասիրման միջոց են։

Ոսպնյակը թափանցիկ մարմին է, որն ընդունակ է փոխանցելու և փոփոխելու, դրանք բաժանվում են ուռուցիկ և գոգավոր, ինչպես նաև հավաքման և ցրման։ Ոսպնյակը բոլոր օպտիկական գործիքների հիմնական բաղադրիչն է: Երբ նրա հաստությունը մակերեսների շառավիղների համեմատ փոքր է, այն կոչվում է բարակ։ Օպտիկայի մեջ բարակ ոսպնյակի բանաձևը հետևյալն է.

1/d + 1/f = D, որտեղ

դ-ն օբյեկտից մինչև ոսպնյակի հեռավորությունն է. f-ն ոսպնյակից պատկերի հեռավորությունն է. D-ն ոսպնյակի օպտիկական հզորությունն է (չափվում է դիոպտրերով):

Ալիքային օպտիկա և դրա հասկացությունները

Քանի որ հայտնի է, որ լույսն ունի էլեկտրամագնիսական ալիքի բոլոր հատկությունները, ֆիզիկայի առանձին ճյուղ ուսումնասիրում է այդ հատկությունների դրսևորումները։ Այն կոչվում է ալիքային օպտիկա:

Օպտիկայի այս ճյուղի հիմնական հասկացություններն են դիսպերսիա, միջամտություն, դիֆրակցիա և բևեռացում։

Դիսպերսիայի ֆենոմենը հայտնաբերել է Նյուտոնը պրիզմաների հետ իր փորձերի շնորհիվ։ Այս հայտնագործությունը կարևոր քայլ է լույսի էությունը հասկանալու համար: Նա բացահայտեց, որ լույսի ճառագայթների բեկումը կախված է դրանց գույնից։ Այս երեւույթը կոչվում էր լույսի ցրում կամ ցրում։ Այժմ հայտնի է, որ գույնը կախված է ալիքի երկարությունից: Բացի այդ, հենց Նյուտոնն է առաջարկել սպեկտրի հայեցակարգը՝ նշելու ծիածանի շերտը, որը ստացվել է պրիզմայով ցրվածության արդյունքում։

Լույսի ալիքային բնույթի հաստատումը նրա ալիքների միջամտությունն է, որը հայտնաբերել է Յունգը։ Այսպես են կոչվում երկու կամ ավելի ալիքների սուպերպոզիցիան մեկը մյուսի վրա։ Արդյունքում կարելի է տեսնել լույսի թրթիռների ուժեղացման և թուլացման ֆենոմենը տարածության տարբեր կետերում։ Բոլորին միջամտության գեղեցիկ և ծանոթ դրսևորումներ են օճառի փուչիկները և թափված բենզինի ծիածանի գույնի թաղանթը։

Բոլորն էլ զգում են դիֆրակցիայի երեւույթը։ Այս տերմինը լատիներենից թարգմանվում է որպես «կոտրված»։ Դիֆրակցիան օպտիկայի մեջ լույսի ալիքների թեքումն է խոչընդոտների եզրերի շուրջ: Օրինակ, եթե դուք գնդակը տեղադրեք լույսի ճառագայթի ճանապարհին, դրա հետևում գտնվող էկրանին կհայտնվեն փոփոխական օղակներ՝ բաց և մութ: Սա կոչվում է դիֆրակցիոն օրինաչափություն: Յունգը և Ֆրենելը ուսումնասիրել են այդ երևույթը։

Ալիքային օպտիկայի վերջին հիմնական հասկացությունը բևեռացումն է: Լույսը կոչվում է բևեռացված, եթե նրա ալիքի տատանումների ուղղությունը պատվիրված է։ Քանի որ լույսը երկայնական և ոչ լայնակի ալիք է, թրթռումները տեղի են ունենում բացառապես լայնակի ուղղությամբ:

Քվանտային օպտիկա

Լույսը ոչ միայն ալիք է, այլև մասնիկների հոսք: Դրա այս բաղադրիչի հիման վրա առաջացել է գիտության այնպիսի ճյուղ, ինչպիսին է քվանտային օպտիկան։ Նրա տեսքը կապված է Մաքս Պլանկի անվան հետ։

Քվանտը ինչ-որ բանի ցանկացած մասն է: Իսկ տվյալ դեպքում խոսքը ճառագայթային քվանտների, այսինքն՝ դրա ընթացքում արձակված լույսի մասերի մասին է։ Ֆոտոններ բառը օգտագործվում է մասնիկները նշելու համար (հունարեն φωτός - «լույս»): Այս հայեցակարգն առաջարկել է Ալբերտ Էյնշտեյնը։ Օպտիկայի այս բաժնում լույսի հատկությունները ուսումնասիրելու համար օգտագործվում է նաև Էյնշտեյնի E=mc 2 բանաձևը։

Այս բաժնի հիմնական նպատակը լույսի նյութի հետ փոխազդեցության ուսումնասիրությունն ու բնութագրումն է և անտիպ պայմաններում դրա տարածման ուսումնասիրությունը:

Լույսի հատկությունները որպես մասնիկների հոսք ի հայտ են գալիս հետևյալ պայմաններում.

• ջերմային ճառագայթում;
• ֆոտոէլեկտրական էֆեկտ;
• ֆոտոքիմիական գործընթացներ;
• խթանված արտանետում և այլն:

Քվանտային օպտիկայի մեջ գոյություն ունի ոչ դասական լույս հասկացությունը։ Բանն այն է, որ լույսի ճառագայթման քվանտային բնութագրերը հնարավոր չէ նկարագրել դասական օպտիկայի շրջանակներում։ Ոչ դասական լույսը, օրինակ՝ երկֆոտոնային, սեղմված, օգտագործվում է տարբեր ոլորտներում՝ ֆոտոդետեկտորների չափորոշման, ճշգրիտ չափումների համար և այլն: Մեկ այլ կիրառություն է քվանտային ծածկագրությունը՝ երկուական կոդերի միջոցով տեղեկատվության փոխանցման գաղտնի մեթոդ, որտեղ ուղղահայաց ուղղորդված է: ֆոտոնին վերագրվում է 0, իսկ հորիզոնական ուղղվածին՝ 1։

Օպտիկայի և օպտիկական գործիքների կարևորությունը

Ո՞ր ոլորտներում է օպտիկայի տեխնոլոգիան գտել իր հիմնական կիրառությունը:

Նախ, առանց այս գիտության չէին լինի բոլորին հայտնի օպտիկական գործիքներ՝ աստղադիտակ, մանրադիտակ, տեսախցիկ, պրոյեկտոր և այլն: Հատուկ ընտրված ոսպնյակների օգնությամբ մարդիկ կարողացել են ուսումնասիրել միկրոտիեզերքը, տիեզերքը, երկնային առարկաները, ինչպես նաև պատկերների տեսքով տեղեկատվություն որսալ և հեռարձակել:

Բացի այդ, օպտիկայի շնորհիվ մի շարք կարևոր բացահայտումներ են արվել լույսի բնույթի, նրա հատկությունների, միջամտության, բևեռացման և այլ երևույթների բնագավառում։

Վերջապես, օպտիկան լայնորեն կիրառվեց բժշկության մեջ, օրինակ՝ ռենտգենյան ճառագայթման ուսումնասիրության մեջ, որի հիման վրա ստեղծվեց մի սարք, որը փրկեց բազմաթիվ կյանքեր։ Այս գիտության շնորհիվ հայտնագործվեց նաեւ լազերը, որը լայնորեն կիրառվում է վիրաբուժական միջամտություններում։

Օպտիկա և տեսողություն

Աչքը օպտիկական համակարգ է։ Լույսի հատկությունների և տեսողության օրգանների հնարավորությունների շնորհիվ դուք կարող եք տեսնել ձեզ շրջապատող աշխարհը։ Ցավոք, քչերը կարող են պարծենալ կատարյալ տեսլականով: Այս կարգապահության միջոցով հնարավոր է դարձել մարդկանց ավելի լավ տեսնելու ունակությունը վերականգնել ակնոցների ու կոնտակտային ոսպնյակների միջոցով։ Ուստի տեսողության ուղղման միջոցների ընտրությամբ զբաղվող բժշկական հաստատությունները նույնպես ստացել են համապատասխան անվանումը՝ օպտիկա։

Մենք կարող ենք այն ամփոփել: Այսպիսով, օպտիկան լույսի հատկությունների գիտություն է, որը ազդում է կյանքի բազմաթիվ ոլորտների վրա և լայն կիրառություն ունի գիտության և առօրյա կյանքում: