- (grieķu optika vizuālās uztveres zinātne, no optos redzamais, redzamais), fizikas nozare, kurā tiek pētīts optiskais starojums (gaisma), tā izplatīšanās procesi un gaismas ietekmē un va novērojamās parādības. Optiskais starojums pārstāv...... Fiziskā enciklopēdija

- (grieķu optike, no optomai es redzu). Gaismas mācība un tās ietekme uz aci. Krievu valodā iekļauto svešvārdu vārdnīca. Čudinovs A.N., 1910. OPTIKA Grieķu val. optike, no optomai, es redzu. Zinātne par gaismas izplatīšanos un tās ietekmi uz aci...... Krievu valodas svešvārdu vārdnīca

optika- un f. optika f. optika redzes zinātne. 1. novecojis Raeks (panorāmas veids). Magone. 1908. Vai arī caur optikas stiklu skatos uz savu īpašumu gleznainām vietām. Deržavins Jevgeņijs. Redzes iezīmes, kaut kā uztvere. Manu acu optika ir ierobežota; viss ir tumsā... Krievu valodas gallicismu vēsturiskā vārdnīca

Mūsdienu enciklopēdija

Optika- OPTIKA, fizikas nozare, kas pēta gaismas emisijas procesus, tās izplatīšanos dažādos medijos un mijiedarbību ar vielu. Optika pēta elektromagnētisko viļņu spektra redzamo daļu un blakus esošo ultravioleto... ... Ilustrētā enciklopēdiskā vārdnīca

OPTIKA, fizikas nozare, kas pēta gaismu un tās īpašības. Galvenie aspekti ietver GAISMAS fizikālo dabu, aptverot gan viļņus, gan daļiņas (FOTONUS), ATSTAROJUMU, REFRAKCIJU, gaismas POLARIZĀCIJU un tās pārraidi caur dažādiem medijiem. Optika...... Zinātniskā un tehniskā enciklopēdiskā vārdnīca

OPTIKA, optika, daudz. nē, sieviete (grieķu optika). 1. Fizikas katedra, zinātne, kas pēta gaismas parādības un īpašības. Teorētiskā optika. Lietišķā optika. 2. savākti Ierīces un instrumenti, kuru darbība balstās uz šīs zinātnes likumiem (speciālajiem). Inteliģenta...... Ušakova skaidrojošā vārdnīca

- (no grieķu optike, vizuālās uztveres zinātne) fizikas nozare, kas pēta gaismas emisijas procesus, tās izplatību dažādos medijos un gaismas mijiedarbību ar vielu. Optika pēta plašu elektromagnētiskā spektra diapazonu... Lielā enciklopēdiskā vārdnīca

OPTIKA, un, sievietes. 1. Fizikas nozare, kas pēta gaismas emisijas procesus, tās izplatīšanos un mijiedarbību ar vielu. 2. savākti Ierīces un instrumenti, kuru darbība balstās uz šīs zinātnes likumiem. Šķiedru optikas (speciālā) optikas sadaļa,...... Ožegova skaidrojošā vārdnīca

OPTIKA- (no grieķu opsis vīzijas), gaismas izpēte, neatņemama fizikas sastāvdaļa. O. daļēji iekļauts ģeofizikas jomā (atmosfēras O., jūru optika u.c.), daļēji fizioloģijas (fizioloģijas) jomā. Būtībā fiziska. saturs O. ir sadalīts fiziskajā...... Lielā medicīnas enciklopēdija

Grāmatas

• Optika, A.N. Matvejevs. PSRS Augstākās un vidējās izglītības ministrijas apstiprināts kā mācību līdzeklis universitāšu fizisko specialitāšu studentiem.Reproducēts publikācijas oriģinālā autores...

- Optikas attīstības vēsture.

- Ņūtona korpuskulārās teorijas pamatnoteikumi.

- Huygens viļņu teorijas pamatnoteikumi.

- Uzskati par gaismas dabu iekšā XIX – XX gadsimtiem.

-

- Optikas pamatprincipi.

- Gaismas un ģeometriskās optikas viļņu īpašības.

- Acs kā optiskā sistēma.

- Spektroskops.

- Optiskā mērierīce.

- Secinājums.

- Izmantotās literatūras saraksts.

Optikas attīstības vēsture.

Optika ir pētījums par gaismas būtību, gaismas parādībām un gaismas mijiedarbību ar matēriju. Un gandrīz visa tās vēsture ir stāsts par atbildes meklējumiem: kas ir gaisma?

Vienu no pirmajām gaismas teorijām, vizuālo staru teoriju, ap 400. gadu pirms mūsu ēras izvirzīja grieķu filozofs Platons. e. Šī teorija pieņēma, ka no acs izplūst stari, kas, satiekoties ar objektiem, tos apgaismo un rada apkārtējās pasaules izskatu. Platona uzskatus atbalstīja daudzi senie zinātnieki, un jo īpaši Eiklīds (3. gs. p.m.ē.), pamatojoties uz vizuālo staru teoriju, nodibināja doktrīnu par gaismas izplatīšanās taisnumu un noteica atstarošanas likumu.

Tajos pašos gados tika atklāti šādi fakti:

– gaismas izplatīšanās taisnums;

– gaismas atstarošanas fenomens un atstarošanas likums;

– gaismas laušanas parādība;

– ieliekta spoguļa fokusēšanas efekts.

Senie grieķi lika pamatus optikas nozarei, kas vēlāk kļuva pazīstama kā ģeometriskā.

Interesantākais darbs pie optikas, kas līdz mums ir nonācis no viduslaikiem, ir arābu zinātnieka Alhazena darbs. Viņš pētīja gaismas atstarošanu no spoguļiem, refrakcijas fenomenu un gaismas caurlaidību lēcās. Algazens bija pirmais, kurš izteica domu, ka gaismai ir ierobežots izplatīšanās ātrums. Šī hipotēze bija galvenā

solis gaismas būtības izpratnē.

Renesanses laikā tika veikti daudzi dažādi atklājumi un izgudrojumi; Eksperimentālā metode sāka izveidoties kā pamats apkārtējās pasaules izpētei un izpratnei.

Balstoties uz daudziem eksperimentāliem faktiem, 17. gadsimta vidū radās divas hipotēzes par gaismas parādību būtību:

– korpuskulārais, kas pieņēma, ka gaisma ir daļiņu plūsma, ko lielā ātrumā izgrūž gaismas ķermeņi;

- vilnis, kas apgalvoja, ka gaisma ir īpašas gaismas vides - ētera - gareniskās svārstības, ko ierosina gaismas ķermeņa daļiņu vibrācijas.

Visa turpmākā gaismas doktrīnas attīstība līdz mūsdienām ir šo hipotēžu attīstības un cīņas vēsture, kuru autori bija I. Ņūtons un H. Haigenss.

Ņūtona korpuskulārās teorijas galvenie nosacījumi:

1) Gaisma sastāv no mazām matērijas daļiņām, ko visos virzienos taisnās līnijās jeb staros izstaro gaismas ķermenis, piemēram, degoša svece. Ja šie stari, kas sastāv no asinsķermenīšiem, iekrīt mūsu acī, tad mēs redzam to avotu (1. att.).

2) Gaismas asinsķermenīši ir dažāda izmēra. Lielākās daļiņas, nonākot acī, rada sarkanas krāsas sajūtu, mazākās – violetu.

3) Baltā krāsa ir visu krāsu sajaukums: sarkana, oranža, dzeltena, zaļa, zila, indigo, violeta.

4) Gaismas atstarošana no virsmas notiek, pateicoties asinsķermenīšu atstarumam no sienas saskaņā ar absolūtās elastības trieciena likumu (2. att.).

5) Gaismas laušanas fenomens ir izskaidrojams ar to, ka asinsķermenīšus pievelk vides daļiņas. Jo blīvāka vide, jo mazāks refrakcijas leņķis ir krišanas leņķis.

6) Gaismas dispersijas fenomenu, ko Ņūtons atklāja 1666. gadā, viņš skaidroja šādi. Katra krāsa jau ir klātesoša baltā gaismā. Visas krāsas tiek pārraidītas caur starpplanētu telpu un atmosfēru kopā un rada baltas gaismas efektu. Baltā gaisma - dažādu asinsķermenīšu maisījums - pēc izlaišanas caur prizmu piedzīvo refrakciju. No mehāniskās teorijas viedokļa refrakciju izraisa spēki no stikla daļiņām, kas iedarbojas uz gaismas asinsķermenīšiem. Šie spēki dažādiem asinsķermenīšiem ir atšķirīgi. Vislielākie tie ir violetai un mazākie sarkanai krāsai. Prizmā esošo asinsķermenīšu ceļš katrai krāsai tiks lauzts atšķirīgi, tāpēc baltais kompleksais stars sadalīsies krāsainos komponentstaros.

7) Ņūtons izklāstīja veidus, kā izskaidrot dubulto refrakciju, izvirzot hipotēzi, ka gaismas stariem ir “dažādas puses” - īpaša īpašība, kas izraisa to atšķirīgu refrakciju, ejot cauri divkāršās laušanas ķermenim.

Ņūtona korpuskulārā teorija apmierinoši izskaidroja daudzas tajā laikā zināmās optiskās parādības. Tās autoram bija milzīgs prestižs zinātnes pasaulē, un Ņūtona teorija drīz vien ieguva daudzus atbalstītājus visās valstīs.

Huygensa gaismas viļņu teorijas pamatprincipi.

1) Gaisma ir elastīgu periodisku impulsu izplatīšanās ēterī. Šie impulsi ir gareniski un līdzīgi skaņas impulsiem gaisā.

2) Ēteris ir hipotētiska vide, kas aizpilda debess telpu un spraugas starp ķermeņu daļiņām. Tas ir bezsvara, nepakļaujas universālās gravitācijas likumam, un tam ir liela elastība.

3) Ētera vibrāciju izplatīšanās princips ir tāds, ka katrs tā punkts, uz kuru sasniedz ierosmi, ir sekundāro viļņu centrs. Šie viļņi ir vāji, un efekts tiek novērots tikai tur, kur to apvalks šķērso

virsma – viļņu fronte (Haigensa princips) (3. att.).

Gaismas viļņi, kas nāk tieši no avota, izraisa redzes sajūtu.

Ļoti svarīgs punkts Huygens teorijā bija pieņēmums, ka gaismas izplatīšanās ātrums ir ierobežots. Izmantojot savu principu, zinātnieks spēja izskaidrot daudzas ģeometriskās optikas parādības:

– gaismas atstarošanas fenomens un tā likumi;

– gaismas laušanas parādība un tās likumi;

– pilnīgas iekšējās refleksijas fenomens;

– dubultās refrakcijas fenomens;

– gaismas staru neatkarības princips.

Huygens teorija sniedza šādu izteiksmi vides refrakcijas indeksam:

No formulas ir skaidrs, ka gaismas ātrumam jābūt apgriezti atkarīgam no vides absolūtās vērtības. Šis secinājums bija pretējs secinājumam, kas izriet no Ņūtona teorijas. Zemais eksperimentālo tehnoloģiju līmenis 17. gadsimtā neļāva noteikt, kura teorija ir pareiza.

Daudzi šaubījās par Huigensa viļņu teoriju, bet starp nedaudzajiem viļņu uzskatu piekritējiem par gaismas dabu bija M. Lomonosovs un L. Eilers. Līdz ar šo zinātnieku pētījumiem Huygens teorija sāka veidoties kā viļņu teorija, nevis tikai aperiodiskas svārstības, kas izplatās ēterī.

Uzskati par gaismas dabu iekšā XIX - XX gadsimtiem.

1801. gadā T. Jungs veica eksperimentu, kas pārsteidza zinātniekus visā pasaulē (4. att.)

S – gaismas avots;

E – ekrāns;

B un C ir ļoti šauras spraugas, kas atrodas 1-2 mm attālumā viena no otras.

Saskaņā ar Ņūtona teoriju uz ekrāna jāparādās divām gaišām svītrām; patiesībā parādījās vairākas gaišas un tumšas svītras, un gaiša līnija P parādījās tieši pretī spraugai starp spraugām B un C. Pieredze liecina, ka gaisma ir viļņu parādība. Jungs izstrādāja Huygens teoriju ar idejām par daļiņu vibrācijām un vibrāciju frekvenci. Viņš formulēja traucējumu principu, pamatojoties uz kuru viņš izskaidroja plānu plākšņu difrakcijas, traucējumu un krāsas fenomenu.

Franču fiziķis Fresnels apvienoja Huygens viļņu kustības principu un Younga traucējumu principu. Pamatojoties uz to, viņš izstrādāja stingru matemātisko difrakcijas teoriju. Fresnels spēja izskaidrot visas tajā laikā zināmās optiskās parādības.

Freneļa viļņu teorijas pamatprincipi.

– Gaisma – vibrāciju izplatīšanās ēterī ar ātrumu, kurā ir ētera elastības modulis, r– ētera blīvums;

– Gaismas viļņi ir šķērseniski;

– Vieglajam ēterim piemīt elastīga-cieta korpusa īpašības un tas ir absolūti nesaspiežams.

Pārejot no vienas vides uz otru, ētera elastība nemainās, bet mainās tā blīvums. Vielas relatīvais refrakcijas indekss.

Šķērsvirziena vibrācijas var rasties vienlaicīgi visos virzienos, kas ir perpendikulāri viļņu izplatīšanās virzienam.

Fresnela darbs ir ieguvis zinātnieku atzinību. Drīzumā parādījās vairāki eksperimentāli un teorētiski darbi, kas apstiprināja gaismas viļņu raksturu.

19. gadsimta vidū sāka atklāt faktus, kas liecināja par optisko un elektrisko parādību saistību. 1846. gadā M. Faradejs novēroja gaismas polarizācijas plakņu rotācijas ķermeņos, kas novietoti magnētiskajā laukā. Faradejs ieviesa elektrisko un magnētisko lauku jēdzienu kā savdabīgu pārklājumu ēterī. Ir parādījies jauns "elektromagnētiskais ēteris". Angļu fiziķis Maksvels bija pirmais, kurš pievērsa uzmanību šiem uzskatiem. Viņš izstrādāja šīs idejas un izveidoja teoriju elektromagnētiskais lauks.

Gaismas elektromagnētiskā teorija neizsvītroja Huygens-Young-Fresnel mehānisko teoriju, bet izvirzīja to jaunā līmenī. 1900. gadā vācu fiziķis Planks izvirzīja hipotēzi par starojuma kvantu raksturu. Tās būtība bija šāda:

– gaismas emisija pēc būtības ir diskrēta;

– absorbcija notiek arī atsevišķās porcijās, kvantos.

Katra kvanta enerģiju attēlo formula E = h n, Kur h ir Planka konstante, un n ir gaismas frekvence.

Piecus gadus pēc Planka tika publicēts vācu fiziķa Einšteina darbs par fotoelektrisko efektu. Einšteins ticēja:

– gaismai, kas vēl nav mijiedarbojusies ar vielu, ir granulēta struktūra;

– diskrētā gaismas starojuma struktūras elements ir fotons.

Tādējādi parādījās jauna gaismas kvantu teorija, kas dzima, pamatojoties uz Ņūtona korpuskulāro teoriju. Kvants darbojas kā korpuskulis.

Pamatnoteikumi.

– Gaisma tiek izstarota, izplatīta un absorbēta atsevišķās daļās – kvantos.

- Gaismas kvants - fotons nes enerģiju, kas ir proporcionāla viļņa frekvencei, ar kādu to apraksta elektromagnētiskā teorija E = h n .

- Fotonam ir masa (), impulss un leņķiskais impulss ().

– Fotons kā daļiņa eksistē tikai kustībā, kuras ātrums ir gaismas izplatīšanās ātrums dotajā vidē.

– Visām mijiedarbībām, kurās piedalās fotons, ir spēkā vispārīgie enerģijas un impulsa nezūdamības likumi.

– Elektrons atomā var atrasties tikai dažos diskrētos stabilos stacionāros stāvokļos. Atrodoties stacionāros stāvokļos, atoms neizstaro enerģiju.

– Pārejot no viena stacionāra stāvokļa citā, atoms izstaro (absorbē) fotonu ar frekvenci (kur E1 Un E2– sākuma un beigu stāvokļu enerģijas).

Līdz ar kvantu teorijas parādīšanos kļuva skaidrs, ka korpuskulārās un viļņu īpašības ir tikai divas puses, divas savstarpēji saistītas gaismas būtības izpausmes. Tie neatspoguļo matērijas diskrētuma un nepārtrauktības dialektisko vienotību, kas izteikta vienlaicīgā viļņu un korpuskulāro īpašību izpausmē. To pašu starojuma procesu var aprakstīt gan izmantojot matemātisko aparātu viļņiem, kas izplatās telpā un laikā, gan izmantojot statistiskās metodes daļiņu parādīšanās prognozēšanai noteiktā vietā un laikā. Abus šos modeļus var izmantot vienlaikus, un atkarībā no apstākļiem priekšroka tiek dota vienam no tiem.

Sasniegumi pēdējos gados optikas jomā bija iespējama, pateicoties gan kvantu fizikas, gan viļņu optikas attīstībai. Mūsdienās gaismas teorija turpina attīstīties.

Optika ir fizikas nozare, kas pēta gaismas īpašības un fizikālo raksturu, kā arī tās mijiedarbību ar vielu.

Vienkāršākās optiskās parādības, piemēram, ēnu rašanos un attēlu veidošanu optiskajos instrumentos, var saprast ģeometriskās optikas ietvaros, kas darbojas ar atsevišķu gaismas staru jēdzienu, kas pakļaujas zināmajiem laušanas un atstarošanas likumiem un ir. neatkarīgi viens no otra. Lai izprastu sarežģītākas parādības, ir nepieciešama fiziskā optika, kas šīs parādības aplūko saistībā ar gaismas fizisko dabu. Fiziskā optika ļauj iegūt visus ģeometriskās optikas likumus un noteikt to pielietojamības robežas. Nezinot šīs robežas, formāla ģeometriskās optikas likumu piemērošana konkrētos gadījumos var novest pie rezultātiem, kas ir pretrunā ar novērotajām parādībām. Tāpēc nevar aprobežoties tikai ar formālo ģeometriskās optikas konstrukciju, bet uz to jāskatās kā uz fiziskās optikas nozari.

Gaismas stara jēdzienu var iegūt, apsverot reālu gaismas staru viendabīgā vidē, no kura ar diafragmu izolē šauru paralēlu staru kūli. Jo mazāks ir šo caurumu diametrs, jo šaurāks ir izolētais stars, un robežās, dodoties uz tik maziem caurumiem, cik vēlaties, varētu šķist, ka gaismas staru var iegūt kā taisnu līniju. Bet šāds patvaļīgi šaura stara (staru) izolācijas process nav iespējams difrakcijas fenomena dēļ. Reāla gaismas stara neizbēgamo leņķisko izplešanos, kas izlaista caur diafragmu ar diametru D, nosaka difrakcijas leņķis j ~ l / D. Tikai galējā gadījumā, kad l=0, tāda izplešanās nenotiktu, un par staru varētu runāt kā par ģeometrisku līniju, kuras virziens nosaka gaismas enerģijas izplatīšanās virzienu.

Tādējādi gaismas stars ir abstrakts matemātisks jēdziens, un ģeometriskā optika ir aptuvens ierobežojošs gadījums, kurā viļņu optika nonāk, kad gaismas viļņa garums ir nulle.

Acs kā optiskā sistēma.

Cilvēka redzes orgāns ir acis, kas daudzos aspektos pārstāv ļoti progresīvu optisko sistēmu.

Kopumā cilvēka acs ir sfērisks ķermenis ar diametru aptuveni 2,5 cm, ko sauc par acs ābolu (5. att.). Acs necaurspīdīgo un izturīgo ārējo slāni sauc par sklēru, bet caurspīdīgo un izliektāko priekšējo daļu sauc par radzeni. Iekšpusē sklēra ir pārklāta ar dzīsleni, kas sastāv no asinsvadiem, kas apgādā aci. Pretī radzenei dzīslene nonāk varavīksnenē, kas dažādiem cilvēkiem ir atšķirīga, un kuru no radzenes atdala kamera, kurā ir caurspīdīga ūdeņaina masa.

Varavīksnenei ir apaļš caurums, ko sauc par zīlīti, kura diametrs var atšķirties. Tādējādi varavīksnene pilda diafragmas lomu, regulējot gaismas piekļuvi acij. Spilgtā apgaismojumā skolēns kļūst mazāks, un vājā apgaismojumā tas palielinās. Acs ābola iekšpusē aiz varavīksnenes atrodas lēca, kas ir abpusēji izliekta lēca, kas izgatavota no caurspīdīgas vielas ar refrakcijas koeficientu aptuveni 1,4. Lēcu ieskauj gredzenveida muskulis, kas var mainīt tā virsmu izliekumu un līdz ar to arī optisko spēku.

Acs iekšpuses koroīds ir pārklāts ar gaismjutīgā nerva zariem, īpaši blīvi zīlītes priekšā. Šie zari veido tīkleni, uz kuras tiek iegūts acs optiskās sistēmas radītais objektu faktiskais attēls. Telpu starp tīkleni un lēcu piepilda caurspīdīgs stiklveida ķermenis, kam ir želatīna struktūra. Objektu attēls uz tīklenes ir apgriezts. Tomēr smadzeņu darbība, kas saņem signālus no gaismjutīgā nerva, ļauj mums redzēt visus objektus dabiskās pozīcijās.

Kad acs gredzenveida muskulis ir atslābināts, uz tīklenes tiek iegūts tālu objektu attēls. Kopumā acs uzbūve ir tāda, ka cilvēks bez sasprindzinājuma var redzēt objektus, kas atrodas ne tuvāk par 6 metriem no acs. Šajā gadījumā aiz tīklenes tiek iegūts tuvāku objektu attēls. Lai iegūtu skaidru šāda objekta attēlu, gredzenveida muskulis arvien vairāk saspiež lēcu, līdz objekta attēls parādās uz tīklenes, un pēc tam notur lēcu saspiestā stāvoklī.

Tādējādi cilvēka acs “fokusēšana” tiek veikta, mainot lēcas optisko jaudu, izmantojot gredzenveida muskuļu. Acs optiskās sistēmas spēja radīt atšķirīgus objektu attēlus, kas atrodas dažādos attālumos no tās, tiek saukta par akomodāciju (no latīņu valodas “akomodācija” - adaptācija). Skatoties ļoti tālu objektus, acī iekļūst paralēli stari. Šajā gadījumā tiek teikts, ka acs ir pielāgota bezgalībai.

Acu izmitināšana nav bezgalīga. Ar gredzenveida muskuļa palīdzību acs optiskā jauda var palielināties ne vairāk kā par 12 dioptrijām. Ilgstoši aplūkojot tuvus objektus, acs nogurst, un gredzenveida muskulis sāk atslābt un objekta attēls izplūst.

Cilvēka acis ļauj skaidri redzēt objektus ne tikai dienasgaismā. Acs spēja pielāgoties dažādas pakāpes kairinājumam uz tīklenes gaismjutīgā nerva galiem, t.i. novēroto objektu dažādas spilgtuma pakāpes sauc par adaptāciju.

Acu redzes asu konverģenci noteiktā punktā sauc par konverģenci. Ja objekti atrodas ievērojamā attālumā no cilvēka, tad, pārvietojot acis no viena objekta uz otru, acu asis praktiski nemainās, un cilvēks zaudē spēju pareizi noteikt objekta stāvokli. Kad objekti atrodas ļoti tālu, acu asis ir paralēlas, un cilvēks pat nevar noteikt, vai objekts, uz kuru viņš skatās, kustas vai nē. Noteiktu lomu ķermeņu stāvokļa noteikšanā spēlē arī gredzenveida muskuļa spēks, kas saspiež lēcu, aplūkojot objektus, kas atrodas tuvu cilvēkam. aitas

Diapazons oskops.

Spektroskopu izmanto spektru novērošanai.

Visizplatītākais prizmatiskais spektroskops sastāv no divām caurulēm, starp kurām novietota trīsstūrveida prizma (7. att.).

Caurulē A, ko sauc par kolimatoru, ir šaura sprauga, kuras platumu var regulēt, pagriežot skrūvi. Spraugai priekšā ir novietots gaismas avots, kura spektrs ir jāpārbauda. Sprauga atrodas kolimatora plaknē, un tāpēc gaismas stari no kolimatora iziet paralēla stara veidā. Pēc izlaišanas caur prizmu gaismas stari tiek novirzīti caurulē B, caur kuru tiek novērots spektrs. Ja mērījumiem paredzēts spektroskops, tad uz spektra attēla ar speciālas ierīces palīdzību tiek uzlikts skalas attēls ar dalījumiem, kas ļauj precīzi noteikt krāsu līniju pozīciju spektrā.

Optiskā mērierīce ir mērinstruments, kurā tēmē (vadāmā objekta robežu izlīdzināšana ar matu līniju, krustojumu u.c.) vai izmēra noteikšanu veic, izmantojot ierīci ar optisku darbības principu. Ir trīs optisko mērinstrumentu grupas: ierīces ar optiskā tēmēšanas principu un mehānisku metodi kustības ziņošanai; ierīces ar optisko novērošanu un kustības ziņošanu; ierīces, kurām ir mehānisks kontakts ar mērierīci, ar optisko metodi kontaktpunktu kustības noteikšanai.

Pirmās ierīces, kas kļuva plaši izplatītas, bija projektori, lai mērītu un uzraudzītu detaļas ar sarežģītām kontūrām un maziem izmēriem.

Visizplatītākā otrā ierīce ir universālais mērīšanas mikroskops, kurā mērāmā daļa pārvietojas uz gareniskā ratiņa, bet galvas mikroskops pārvietojas uz šķērsvirziena.

Trešās grupas ierīces izmanto, lai salīdzinātu izmērītos lineāros lielumus ar mēriem vai skalām. Tos parasti apvieno ar vispārīgiem nosaukumiem salīdzinātāji. Šajā ierīču grupā ietilpst optometrs (optikators, mēraparāts, kontaktinterferometrs, optiskais diapazona meklētājs utt.).

Optiskie mērinstrumenti ir plaši izplatīti arī ģeodēzijā (līmenis, teodolīts u.c.).

Teodolīts ir ģeodēzisks instruments virzienu noteikšanai un horizontālo un vertikālo leņķu mērīšanai ģeodēzisko darbu, topogrāfisko un mērniecības darbu laikā, būvniecībā u.c.

Līmenis - ģeodēzisks instruments zemes virsmas punktu pacēlumu mērīšanai - nivelēšanai, kā arī horizontālo virzienu noteikšanai uzstādīšanas laikā u.c. darbojas.

Navigācijā plaši tiek izmantots sekstants - goniometrisks spoguļatstarojošs instruments debess ķermeņu augstumu virs horizonta vai leņķu mērīšanai starp redzamiem objektiem, lai noteiktu novērotāja vietas koordinātas. Sekstanta svarīgākā īpašība ir iespēja vienlaicīgi apvienot divus objektus novērotāja redzes laukā, starp kuriem tiek mērīts leņķis, kas ļauj sekstantu izmantot lidmašīnā vai uz kuģa bez manāmas precizitātes samazināšanās pat pitching laikā.

Daudzsološs virziens jauna veida optisko mērinstrumentu izstrādē ir to aprīkošana ar elektroniskām nolasīšanas ierīcēm, kas ļauj vienkāršot nolasīšanu un novērošanu utt.

Secinājums.

Optikas praktiskā nozīme un tās ietekme uz citām zināšanu nozarēm ir ārkārtīgi liela. Teleskopa un spektroskopa izgudrojums pavēra cilvēkam visbrīnišķīgāko un bagātāko parādību pasauli, kas notiek plašajā Visumā. Mikroskopa izgudrojums radīja revolūciju bioloģijā. Fotogrāfija ir palīdzējusi un joprojām palīdz gandrīz visām zinātnes nozarēm. Viens no svarīgākajiem zinātniskā aprīkojuma elementiem ir objektīvs. Bez tā nebūtu mikroskopa, teleskopa, spektroskopa, kameras, kino, televīzijas utt. nebūtu briļļu, un daudzi cilvēki, kas vecāki par 50 gadiem, nespētu lasīt un veikt daudzus darbus, kam nepieciešama redze.

Fizikālās optikas pētīto parādību klāsts ir ļoti plašs. Optiskās parādības ir cieši saistītas ar citās fizikas nozarēs pētītajām parādībām, un optiskās izpētes metodes ir vienas no smalkākajām un precīzākajām. Tāpēc nav pārsteidzoši, ka optika ilgu laiku spēlēja vadošo lomu daudzos fundamentālos pētījumos un pamata fizisko uzskatu attīstībā. Pietiek pateikt, ka abas galvenās pagājušā gadsimta fizikālās teorijas - relativitātes teorija un kvantu teorija - radušās un attīstījušās lielā mērā uz optisko pētījumu bāzes. Lāzeru izgudrojums ir pavēris plašas jaunas iespējas ne tikai optikā, bet arī tās pielietojumos dažādās zinātnes un tehnikas nozarēs.

Maskavas Izglītības komiteja

Pasaule O R T

Maskavas Tehnoloģiskā koledža

Dabaszinātņu nodaļa

Nobeiguma darbs fizikā

Par tēmu :

Izpilda 14. grupas audzēkne: Rjazantseva Oksana

Skolotājs: Gruzdeva L.N.

- Artsybyshev S.A. Fizika - M.: Medgiz, 1950.

- Ždanovs L.S. Ždanovs G.L. Fizika vidējās izglītības iestādēm - M.: Nauka, 1981.g.

- Landsbergs G.S. Optika - M.: Nauka, 1976.g.

- Landsbergs G.S. Pamatfizikas mācību grāmata. - M.: Nauka, 1986. gads.

- Prohorovs A.M. Lielā padomju enciklopēdija. - M.: Padomju enciklopēdija, 1974.

- Sivukhins D.V. Vispārīgais fizikas kurss: Optika - M.: Nauka, 1980.g.

Ģeometriskā optika ir ārkārtīgi vienkāršs optikas gadījums. Būtībā šī ir vienkāršota viļņu optikas versija, kas neņem vērā vai vienkārši neuzņemas tādas parādības kā traucējumi un difrakcija. Šeit viss ir vienkāršots līdz galējībai. Un tas ir labi.

Pamatjēdzieni

Ģeometriskā optika– optikas nozare, kas pēta gaismas izplatīšanās likumus caurspīdīgā vidē, gaismas atstarošanas likumus no spoguļu virsmām un attēlu konstruēšanas principus, gaismai ejot cauri optiskām sistēmām.

Svarīgs! Visi šie procesi tiek aplūkoti, neņemot vērā gaismas viļņu īpašības!

Dzīvē ģeometriskā optika, kas ir ārkārtīgi vienkāršots modelis, tomēr atrod plašu pielietojumu. Tas ir kā klasiskā mehānika un relativitāte. Klasiskās mehānikas ietvaros nepieciešamo aprēķinu bieži vien ir daudz vieglāk veikt.

Ģeometriskās optikas pamatjēdziens ir gaismas stars.

Ņemiet vērā, ka īsts gaismas stars neizplatās pa līniju, bet tam ir ierobežots leņķiskais sadalījums, kas ir atkarīgs no stara šķērsvirziena lieluma. Ģeometriskā optika ignorē staru kūļa šķērseniskos izmērus.

Gaismas taisnvirziena izplatīšanās likums

Šis likums mums saka, ka viendabīgā vidē gaisma virzās taisnā līnijā. Citiem vārdiem sakot, no punkta A uz punktu B gaisma pārvietojas pa ceļu, kura pārvarēšanai nepieciešams minimāls laiks.

Gaismas staru neatkarības likums

Gaismas staru izplatīšanās notiek neatkarīgi viens no otra. Ko tas nozīmē? Tas nozīmē, ka ģeometriskā optika pieņem, ka stari viens otru neietekmē. Un tie izplatījās tā, it kā citu staru nemaz nebūtu.

Gaismas atstarošanas likums

Gaismai saskaroties ar spoguļa (atstarojošo) virsmu, notiek atstarošana, tas ir, mainās gaismas stara izplatīšanās virziens. Tātad atstarošanas likums nosaka, ka krītošais un atstarotais stars atrodas vienā plaknē kopā ar normālu, kas novilkts līdz krišanas punktam. Turklāt krišanas leņķis ir vienāds ar atstarošanas leņķi, t.i. normāls sadala leņķi starp stariem divās vienādās daļās.

Refrakcijas likums (Snella)

Mediju saskarsmē līdz ar atstarošanu notiek arī refrakcija, t.i. stars ir sadalīts atstarotajā un lauztā.

Starp citu! Tagad visiem mūsu lasītājiem ir atlaide 10% ieslēgts jebkura veida darbs.

Krituma un laušanas leņķu sinusu attiecība ir nemainīga vērtība un ir vienāda ar šo nesēju refrakcijas koeficientu attiecību. Šo lielumu sauc arī par otrās vides refrakcijas indeksu attiecībā pret pirmo.

Šeit ir vērts atsevišķi apsvērt pilnīgas iekšējās refleksijas gadījumu. Gaismai izplatoties no optiski blīvākas vides uz mazāk blīvu, laušanas leņķis ir lielāks par krišanas leņķi. Attiecīgi, palielinoties krišanas leņķim, palielināsies arī refrakcijas leņķis. Pie noteikta ierobežojoša krišanas leņķa laušanas leņķis kļūs vienāds ar 90 grādiem. Turpinot palielināt krišanas leņķi, gaisma netiks lauzta otrajā vidē, un krītošo un atstaroto staru intensitāte būs vienāda. To sauc par pilnīgu iekšējo refleksiju.

Gaismas staru atgriezeniskuma likums

Iedomāsimies, ka stars, izplatoties noteiktā virzienā, ir piedzīvojis vairākas izmaiņas un laušanas. Gaismas staru atgriezeniskuma likums nosaka, ja šim staram tiek sūtīts cits stars, tas ies pa to pašu ceļu kā pirmais, bet pretējā virzienā.

Turpināsim apgūt ģeometriskās optikas pamatus, un turpmāk noteikti aplūkosim piemērus, kā risināt uzdevumus, izmantojot dažādus likumus. Ja jums tagad ir kādi jautājumi, laipni lūdzam ekspertiem, lai saņemtu pareizās atbildes studentu pakalpojums. Mēs palīdzēsim atrisināt jebkuru problēmu!

Ievads.................................................. ...................................................... .......................................... 2

1. nodaļa. Optisko parādību pamatlikumi................................................ ........ 4

1.1 Gaismas taisnvirziena izplatīšanās likums................................................... ...................... 4

1.2 Gaismas staru neatkarības likums................................................... .............................. 5

1.3 Gaismas atstarošanas likums.................................................. ...................................................... .............. 5

1.4 Gaismas laušanas likums................................................ ...................................................... ...... 5

2. nodaļa. Ideālas optiskās sistēmas................................................ ......... 7

3. nodaļa. Optisko sistēmu sastāvdaļas................................................ ......... .. 9

3.1 Diafragmas un to nozīme optiskajās sistēmās................................................ ...................... 9

3.2 Ieejas un izejas skolēni.................................................. ...................................................... 10

4. nodaļa. Mūsdienu optiskās sistēmas................................................ ....... . 12

4.1 Optiskā sistēma................................................ ...................................................... ...................... 12

4.2. Fotogrāfijas aparatūra................................................. ..................................................... 13

4.3 Acs kā optiskā sistēma................................................ ...................................................... 13

5. nodaļa. Optiskās sistēmas, kas palīdz acij................................................ 16

5.1 Lupa................................................ ...................................................... ...................................................... 17

5.2 Mikroskops................................................ ................................................... ...................................... 18

5.3 Tēmekļi ................................................... .............................................................. ........................... 20

5.4 Projekcijas ierīces................................................ .............................................................. ................. 21

5.5 Spektrālās ierīces................................................ ...................................................... ........ 22

5.6 Optiskais mērinstruments.................................................. ...................................... 23

Secinājums.................................................. .................................................. ...................................... 28

Bibliogrāfija................................................. .................................................. ........... 29

Ievads.

Optika ir fizikas nozare, kas pēta optiskā starojuma (gaismas) būtību, tā izplatīšanos un gaismas un matērijas mijiedarbības laikā novērojamās parādības. Optiskais starojums ir elektromagnētiskie viļņi, un tāpēc optika ir daļa no vispārējās elektromagnētiskā lauka izpētes.

Optika ir fizikālu parādību izpēte, kas saistītas ar īsu elektromagnētisko viļņu izplatīšanos, kuru garums ir aptuveni 10 -5 -10 -7 m. Šī konkrētā elektromagnētisko viļņu spektra apgabala nozīme ir saistīta ar to, ka šaurā viļņu garuma diapazonā no 400 līdz 760 nm atrodas redzamās gaismas apgabals, ko tieši uztver cilvēka acs. To ierobežo, no vienas puses, rentgena stari un, no otras puses, radio emisijas mikroviļņu diapazons. No notiekošo procesu fizikas viedokļa tik šaura elektromagnētisko viļņu spektra (redzamās gaismas) izolēšanai nav lielas jēgas, tāpēc jēdziens “optiskais diapazons” parasti ietver arī infrasarkano un ultravioleto starojumu.

Optiskā diapazona ierobežojums ir nosacīts, un to lielā mērā nosaka vispārīgums tehniskajiem līdzekļiem un metodes parādību izpētei norādītajā diapazonā. Šos līdzekļus un metodes raksturo optisko objektu attēlu veidošana, pamatojoties uz starojuma viļņu īpašībām, izmantojot ierīces, kuru lineārie izmēri ir daudz lielāki par starojuma garumu λ, kā arī gaismas uztvērēju izmantošana, kuru darbība ir pamatojoties uz tā kvantu īpašībām.

Saskaņā ar tradīciju optiku parasti iedala ģeometriskajā, fiziskajā un fizioloģiskajā. Ģeometriskā optika atstāj jautājumu par gaismas dabu, balstās uz tās izplatīšanās empīriskajiem likumiem un izmanto ideju par gaismas stariem, kas tiek lauzti un atstaroti pie mediju ar dažādām optiskām īpašībām un taisnvirziena robežām optiski viendabīgā vidē. Tās uzdevums ir matemātiski izpētīt gaismas staru ceļu vidē ar zināmu refrakcijas indeksa n atkarību no koordinātām vai, gluži pretēji, atrast optiskās īpašības un formu caurspīdīgam un atstarojošam nesējam, kurā stari rodas gar a. dots ceļš. Ģeometriskā optika ir vislielākā nozīme optisko instrumentu aprēķinos un projektēšanā - no briļļu lēcām līdz sarežģītām lēcām un milzīgiem astronomijas instrumentiem.

Fizikālā optika izskata problēmas, kas saistītas ar gaismas raksturu un gaismas parādībām. Apgalvojums, ka gaisma ir šķērsvirziena elektromagnētiskie viļņi, ir balstīts uz daudzu eksperimentālu pētījumu rezultātiem par gaismas difrakciju, traucējumiem, gaismas polarizāciju un izplatīšanos anizotropos vidēs.

Vienu no svarīgākajām optikas tradicionālajām problēmām - oriģinālam atbilstošu attēlu iegūšana gan ģeometriskā formā, gan spilgtuma sadalījumā - galvenokārt risina ģeometriskā optika, iesaistot fizisko optiku. Ģeometriskā optika atbild uz jautājumu, kā jābūvē optiskā sistēma, lai katrs objekta punkts tiktu attēlots arī kā punkts, vienlaikus saglabājot attēla ģeometrisko līdzību objektam. Tas norāda attēla kropļojumu avotus un tā līmeni reālās optiskās sistēmās. Lai izveidotu optiskās sistēmas, būtiska ir optisko materiālu izgatavošanas tehnoloģija ar nepieciešamajām īpašībām, kā arī optisko elementu apstrādes tehnoloģija. Tehnoloģisku apsvērumu dēļ visbiežāk tiek izmantotas lēcas un spoguļi ar sfēriskām virsmām, bet, lai vienkāršotu optiskās sistēmas un uzlabotu attēla kvalitāti pie lielām diafragmas atvēruma attiecībām, tiek izmantoti optiskie elementi.

1. nodaļa. Optisko parādību pamatlikumi.

Jau pirmajos optisko pētījumu periodos eksperimentāli tika noteikti šādi četri optisko parādību pamatlikumi:

1. Gaismas taisnvirziena izplatīšanās likums.

2. Gaismas staru neatkarības likums.

3. Atstarošanas likums no spoguļa virsmas.

4. Gaismas laušanas likums uz divu caurspīdīgu nesēju robežas.

Šo likumu tālāka izpēte parādīja, pirmkārt, ka tiem ir daudz dziļāka nozīme, nekā varētu šķist no pirmā acu uzmetiena, un, otrkārt, ka to piemērošana ir ierobežota un tie ir tikai aptuveni likumi. Optisko pamatlikumu piemērojamības nosacījumu un robežu noteikšana nozīmēja nozīmīgu progresu gaismas rakstura izpētē.

Šo likumu būtība ir šāda.

Viendabīgā vidē gaisma virzās taisnās līnijās.

Šis likums ir atrodams Eiklīdam piedēvētajos darbos par optiku, un, iespējams, tas bija zināms un piemērots daudz agrāk.

Eksperimentālus pierādījumus šim likumam var iegūt no aso ēnu novērojumiem, ko sniedz punktveida avoti gaismas vai attēlu iegūšana, izmantojot mazus caurumus. Rīsi. 1 ilustrē attēla iegūšanu, izmantojot nelielu apertūru, attēla forma un izmērs parāda, ka projekcija notiek, izmantojot taisnus starus.

1. att. Gaismas taisnvirziena izplatīšanās: attēla iegūšana, izmantojot nelielu apertūru.

Taisnās izplatīšanās likumu var uzskatīt par stingri nostiprinātu pieredzē. Tam ir ļoti dziļa nozīme, jo pati taisnes līnijas jēdziens acīmredzot radās no optiskiem novērojumiem. Taisnes līnijas ģeometriskais jēdziens kā līnija, kas attēlo īsāko attālumu starp diviem punktiem, ir līnijas jēdziens, pa kuru gaisma izplatās viendabīgā vidē.

Sīkāka aprakstīto parādību izpēte parāda, ka gaismas taisnvirziena izplatīšanās likums zaudē spēku, ja mēs virzāmies uz ļoti maziem caurumiem.

Tātad eksperimentā, kas parādīts attēlā. 1, mēs iegūsim labu attēlu ar cauruma izmēru aptuveni 0,5 mm. Pēc tam samazinot caurumu, attēls būs nepilnīgs, un ar apmēram 0,5-0,1 mikronu lielu caurumu attēls nedarbosies vispār un ekrāns tiks izgaismots gandrīz vienmērīgi.

Gaismas plūsmu var sadalīt atsevišķos gaismas staros, tos izceļot, piemēram, izmantojot diafragmas. Šo izvēlēto gaismas staru darbība izrādās neatkarīga, t.i. viena stara radītais efekts nav atkarīgs no tā, vai citi stari darbojas vienlaikus vai tiek novērsti.

Krītošais stars, atstarojošās virsmas normāls un atstarotais stars atrodas vienā plaknē (2. att.), un leņķi starp stariem un normālo ir vienādi viens ar otru: krišanas leņķis i ir vienāds ar leņķi. atspulga i." Šis likums minēts arī Eiklida darbos. Tā izveidošana saistīta ar pulētu metāla virsmu (spoguļu) izmantošanu, kas zināma jau ļoti tālā laikmetā.

Rīsi. 2 Atstarošanas likums.

Rīsi. 3 Laušanas likums.

Diafragma ir necaurspīdīga barjera, kas ierobežo gaismas staru šķērsgriezumu optiskajās sistēmās (teleskopos, attāluma mērītājos, mikroskopos, filmu un fotokamerās utt.). Diafragmu lomu bieži spēlē lēcu, prizmu, spoguļu un citu optisko daļu rāmji, acs zīlīte, apgaismota objekta robežas un spektroskopos - spraugas.

Jebkura optiskā sistēma – bruņota un neapbruņota acs, fotoaparāts, projekcijas aparāts – galu galā uzzīmē attēlu uz plaknes (ekrāns, fotoplate, tīklene); objekti vairumā gadījumu ir trīsdimensiju. Tomēr pat ideāla optiskā sistēma bez ierobežojumiem nenodrošinātu trīsdimensiju objekta attēlus plaknē. Patiešām, atsevišķi trīsdimensiju objekta punkti atrodas dažādos attālumos no optiskās sistēmas, un tie atbilst dažādām konjugētām plaknēm.

Gaismas punkts O (5. att.) sniedz asu O` attēlu plaknē MM 1 konjugāts ar EE. Bet punkti A un B sniedz asus attēlus A` un B`, un MM plaknē tie tiek projicēti kā gaiši apļi, kuru izmērs ir atkarīgs no staru platuma ierobežojuma. Ja sistēma nebūtu neierobežota, tad stari no A un B vienmērīgi apgaismotu plakni MM, kas nozīmē, ka netiktu iegūts objekta attēls, bet tikai tā atsevišķo punktu attēls, kas atrodas plaknē EE.

Jo šaurāki ir stari, jo skaidrāks ir priekšmeta telpas attēls plaknē. Precīzāk, plaknē tiek attēlots nevis pats telpiskais objekts, bet gan plakanais attēls, kas ir objekta projekcija uz noteiktu plakni EE (instalācijas plakne), konjugēta attiecībā pret sistēmu ar attēla plakni MM. Projekcijas centrs ir viens no sistēmas punktiem (optiskā instrumenta ieejas zīlītes centrs).

Diafragmas lielums un novietojums nosaka apgaismojumu un attēla kvalitāti, lauka dziļumu un optiskās sistēmas izšķirtspēju, kā arī redzes lauku.

Diafragmu, kas visspēcīgāk ierobežo gaismas staru, sauc par apertūru vai efektīvo. Tās lomu var pildīt objektīva rāmis vai speciāla sprādzienbīstama diafragma, ja šī diafragma ierobežo gaismas starus spēcīgāk nekā objektīvu rāmji.

Rīsi. 6. BB – apertūras diafragma; B 1 B 1 – iestājskolēns; B 2 B 2 – izejas skolēns.

Sprādzienbīstamā apertūras diafragma bieži atrodas starp sarežģītas optiskās sistēmas atsevišķiem komponentiem (lēcām) (6. att.), taču to var novietot sistēmas priekšā vai aiz tās.

Ja BB ir reāla diafragma ar diafragmu (6. att.), un B 1 B 1 un B 2 B 2 ir tās attēli sistēmas priekšējā un aizmugurējā daļā, tad visi stari, kas iet cauri BB, iet caur B 1 B. 1 un B 2 B 2 un otrādi, t.i. jebkura no diafragmām ВВ, В 1 В 1, В 2 В 2 ierobežo aktīvos starus.

Ieejas zīlīte ir faktisko caurumu vai to attēlu skolēns, kas visspēcīgāk ierobežo ienākošo staru, t.i. redzams mazākajā leņķī no optiskās ass krustošanās punkta ar objekta plakni.

Izejas skolēns ir caurums vai tā attēls, kas ierobežo no sistēmas izplūstošo staru. Ieejas un izejas skolēni ir konjugēti attiecībā pret visu sistēmu.

Ieejas skolēna lomu var pildīt viena vai otra bedre vai tās tēls (reāls vai iedomāts). Dažos svarīgos gadījumos attēlotais objekts ir apgaismots caurums (piemēram, spektrogrāfa sprauga), un apgaismojums tiek nodrošināts tieši ar gaismas avotu, kas atrodas netālu no cauruma, vai ar palīgkondensatora palīdzību. Šajā gadījumā, atkarībā no atrašanās vietas, ieejas skolēna lomu var spēlēt avota vai tā attēla robeža, vai kondensatora robeža utt.

Ja apertūras diafragma atrodas sistēmas priekšā, tad tā sakrīt ar ieejas zīlīti, un izejas zīlīte būs tās attēls šajā sistēmā. Ja tas atrodas aiz sistēmas, tad tas sakrīt ar izejas skolēnu, un ieejas skolēns būs tā attēls sistēmā. Ja sprāgstvielas diafragma atrodas sistēmas iekšpusē (6. att.), tad tās attēls B 1 B 1 sistēmas priekšpusē kalpo kā ieejas skolēns, bet attēls B 2 B 2 sistēmas aizmugurē. kalpo kā izejas skolēns. Leņķi, kurā ieejas zīlītes rādiuss ir redzams no ass krustošanās punkta ar objekta plakni, sauc par "atvēruma leņķi", un leņķi, kurā no punkta ir redzams izejas zīlītes rādiuss. ass krustpunkts ar attēla plakni ir projekcijas leņķis vai izejas apertūras leņķis. [3]

4. nodaļa. Mūsdienu optiskās sistēmas.

Plāns objektīvs ir visvienkāršākā optiskā sistēma. Vienkāršas plānas lēcas galvenokārt izmanto brilles brillēm. Turklāt objektīva kā palielināmā stikla izmantošana ir labi zināma.

Daudzu optisko instrumentu - projekcijas lampas, kameras un citu ierīču - darbību shematiski var salīdzināt ar plānu lēcu darbību. Taču plāns objektīvs dod labu attēlu tikai tajos salīdzinoši retos gadījumos, kad var aprobežoties ar šauru vienkrāsainu staru kūli, kas nāk no avota pa galveno optisko asi vai lielā leņķī pret to. Lielākajā daļā praktisko problēmu, kur šie nosacījumi nav izpildīti, attēls, ko rada plāns objektīvs, ir diezgan nepilnīgs. Tāpēc vairumā gadījumu viņi izmanto sarežģītākas optiskās sistēmas, kurām ir liels refrakcijas virsmu skaits un kuras neierobežo prasība pēc šo virsmu tuvuma (prasība, ko apmierina plāns objektīvs). [4]

Kopumā cilvēka acs ir sfērisks ķermenis ar diametru aptuveni 2,5 cm, ko sauc par acs ābolu (10. att.). Acs necaurspīdīgo un izturīgo ārējo slāni sauc par sklēru, bet caurspīdīgo un izliektāko priekšējo daļu sauc par radzeni. Iekšpusē sklēra ir pārklāta ar dzīsleni, kas sastāv no asinsvadiem, kas apgādā aci. Pretī radzenei dzīslene nonāk varavīksnenē, kas dažādiem cilvēkiem ir atšķirīga, un kuru no radzenes atdala kamera, kurā ir caurspīdīga ūdeņaina masa.

Varavīksnenē ir apaļš caurums,

sauc par zīlīti, kura diametrs var atšķirties. Tādējādi varavīksnene pilda diafragmas lomu, regulējot gaismas piekļuvi acij. Spilgtā apgaismojumā skolēns kļūst mazāks, un vājā apgaismojumā tas palielinās. Acs ābola iekšpusē aiz varavīksnenes atrodas lēca, kas ir abpusēji izliekta lēca, kas izgatavota no caurspīdīgas vielas ar refrakcijas koeficientu aptuveni 1,4. Lēcu ieskauj gredzenveida muskulis, kas var mainīt tā virsmu izliekumu un līdz ar to arī optisko spēku.

Acs iekšpuses koroīds ir pārklāts ar gaismjutīgā nerva zariem, īpaši blīvi zīlītes priekšā. Šie zari veido tīkleni, uz kuras tiek iegūts acs optiskās sistēmas radītais objektu faktiskais attēls. Telpu starp tīkleni un lēcu piepilda caurspīdīgs stiklveida ķermenis, kam ir želatīna struktūra. Objektu attēls uz tīklenes ir apgriezts. Tomēr smadzeņu darbība, kas saņem signālus no gaismjutīgā nerva, ļauj mums redzēt visus objektus dabiskās pozīcijās.

Kad acs gredzenveida muskulis ir atslābināts, uz tīklenes tiek iegūts tālu objektu attēls. Kopumā acs uzbūve ir tāda, ka cilvēks bez sasprindzinājuma var redzēt objektus, kas atrodas ne tuvāk par 6 m no acs. Šajā gadījumā aiz tīklenes tiek iegūts tuvāku objektu attēls. Lai iegūtu skaidru šāda objekta attēlu, gredzenveida muskulis arvien vairāk saspiež lēcu, līdz objekta attēls parādās uz tīklenes, un pēc tam notur lēcu saspiestā stāvoklī.

Tādējādi cilvēka acs “fokusēšana” tiek veikta, mainot lēcas optisko jaudu, izmantojot gredzenveida muskuļu. Acs optiskās sistēmas spēja radīt atšķirīgus objektu attēlus, kas atrodas dažādos attālumos no tās, tiek saukta par akomodāciju (no latīņu valodas “akomodācija” - adaptācija). Skatoties ļoti tālu objektus, acī iekļūst paralēli stari. Šajā gadījumā tiek teikts, ka acs ir pielāgota bezgalībai.

Acu izmitināšana nav bezgalīga. Ar gredzenveida muskuļa palīdzību acs optiskā jauda var palielināties ne vairāk kā par 12 dioptrijām. Ilgstoši aplūkojot tuvus objektus, acs nogurst, un gredzenveida muskulis sāk atslābt un objekta attēls izplūst.

Cilvēka acis ļauj skaidri redzēt objektus ne tikai dienasgaismā. Acs spēja pielāgoties dažādas pakāpes kairinājumam uz tīklenes gaismjutīgā nerva galiem, t.i. novēroto objektu dažādas spilgtuma pakāpes sauc par adaptāciju.

Acu redzes asu konverģenci noteiktā punktā sauc par konverģenci. Ja objekti atrodas ievērojamā attālumā no cilvēka, tad, pārvietojot acis no viena objekta uz otru, acu asis praktiski nemainās, un cilvēks zaudē spēju pareizi noteikt objekta stāvokli. Kad objekti atrodas ļoti tālu, acu asis ir paralēlas, un cilvēks pat nevar noteikt, vai objekts, uz kuru viņš skatās, kustas vai nē. Noteiktu lomu ķermeņu stāvokļa noteikšanā spēlē arī gredzenveida muskuļa spēks, kas saspiež lēcu, aplūkojot objektus, kas atrodas tuvu cilvēkam. [2]

5. nodaļa. Optiskās sistēmas, kas apbruņo aci.

Lai gan acs nav plāna lēca, tajā tomēr var atrast punktu, caur kuru stari iziet praktiski bez laušanas, t.i. punkts, kas spēlē optiskā centra lomu. Acs optiskais centrs atrodas lēcas iekšpusē netālu no tās aizmugures virsmas. Attālums h no optiskā centra līdz tīklenei, ko sauc par acs dziļumu, normālai acij ir 15 mm.

Zinot optiskā centra stāvokli, jūs varat viegli izveidot objekta attēlu uz acs tīklenes. Attēls vienmēr ir reāls, samazināts un apgriezts (11. att., a). Leņķi φ, pie kura objekts S 1 S 2 ir redzams no optiskā centra O, sauc par redzes leņķi.

Tīklenei ir sarežģīta struktūra un tā sastāv no atsevišķiem gaismas jutīgiem elementiem. Tāpēc divus objekta punktus, kas atrodas tik tuvu viens otram, ka to attēls uz tīklenes iekrīt vienā elementā, acs uztver kā vienu punktu. Minimālais vizuālais leņķis, kurā acs joprojām uztver divus gaismas punktus vai divus melnus punktus uz balta fona, ir aptuveni viena minūte. Acs slikti atpazīst detaļas par objektu, ko tā redz leņķī, kas ir mazāks par 1". Šis ir leņķis, kurā ir redzams segments, kura garums ir 1 cm 34 cm attālumā no acs. slikts apgaismojums (krēslā), minimālais izšķirtspējas leņķis palielinās un var sasniegt 1º.

Pietuvinot objektu acij, mēs palielinām skata leņķi un tādējādi iegūstam

spēja labāk atšķirt sīkas detaļas. Tomēr mēs nevaram to tuvināt acīm, jo ​​acs spēja pielāgoties ir ierobežota. Normālai acij vislabvēlīgākais attālums objekta apskatei ir aptuveni 25 cm, pie kura acs bez lieka noguruma var pietiekami labi atšķirt detaļas. Šo attālumu sauc par labākās redzamības attālumu. tuvredzīgai acij šis attālums ir nedaudz mazāks. tāpēc tuvredzīgi cilvēki, novietojot attiecīgo objektu acij tuvāk nekā cilvēki ar normālu redzi vai tālredzīgi cilvēki, redz to no lielāka skata leņķa un var labāk atšķirt sīkas detaļas.

Ievērojams skata leņķa pieaugums tiek panākts, izmantojot optiskos instrumentus. Atbilstoši to mērķim optiskos instrumentus, kas apbruņo aci, var iedalīt šādās lielās grupās.

1. Ierīces, ko izmanto ļoti mazu objektu izmeklēšanai (lupa, mikroskops). Šķiet, ka šīs ierīces "palielina" attiecīgos objektus.

2. Instrumenti, kas paredzēti tālu objektu apskatei (spotsvērs, binoklis, teleskops utt.). šķiet, ka šīs ierīces “tuvina” attiecīgos objektus.

Palielinot skata leņķi, izmantojot optisko ierīci, objekta attēla izmērs uz tīklenes palielinās salīdzinājumā ar attēlu ar neapbruņotu aci un līdz ar to palielinās spēja atpazīt detaļas. Garuma b uz tīklenes attiecību bruņotas acs b" gadījumā ar attēla garumu ar neapbruņotu aci b (11. att., b) sauc par optiskās ierīces palielinājumu.

Izmantojot att. 11b ir viegli redzēt, ka N pieaugums ir vienāds arī ar redzes leņķa φ" attiecību, aplūkojot objektu caur instrumentu un redzes leņķi φ ar neapbruņotu aci, jo φ" un φ ir mazi. [2,3] Tātad,

N = b"/b = φ"/φ,

kur N ir objekta palielinājums;

b" ir attēla garums uz tīklenes bruņotai acij;

b ir attēla garums uz tīklenes ar neapbruņotu aci;

φ" – skata leņķis, aplūkojot objektu caur optisko instrumentu;

φ – skata leņķis, aplūkojot objektu ar neapbruņotu aci.

Viens no vienkāršākajiem optiskajiem instrumentiem ir palielināmais stikls – saplūstošs objektīvs, kas paredzēts mazu objektu palielinātu attēlu skatīšanai. Lēca tiek pietuvināta pašai acij, un objekts tiek novietots starp objektīvu un galveno fokusu. Acs redzēs virtuālu un palielinātu objekta attēlu. Visērtāk ir apskatīt objektu caur palielināmo stiklu ar pilnīgi atslābinātu aci, kas pielāgota bezgalībai. Lai to izdarītu, objekts tiek novietots objektīva galvenajā fokusa plaknē tā, lai stari, kas izplūst no katra objekta punkta, veido paralēlus starus aiz objektīva. Attēlā 12. attēlā redzami divi šādi stari, kas nāk no objekta malām. Ieejot bezgalības acī, paralēlo staru stari tiek fokusēti uz tīkleni un sniedz skaidru objekta attēlu šeit.

Leņķiskais palielinājums. Acs atrodas ļoti tuvu lēcai, tāpēc par skata leņķi var uzskatīt leņķi 2γ, ko veido stari, kas nāk no objekta malām caur lēcas optisko centru. Ja nebūtu palielināmā stikla, objekts būtu jānovieto vislabākās redzamības attālumā (25 cm) no acs un redzes leņķis būtu vienāds ar 2β. Ņemot vērā taisnleņķa trīsstūrus ar malām 25 cm un F cm un apzīmējot pusi no objekta Z, mēs varam rakstīt:

,

kur 2γ ir redzes leņķis, novērojot caur palielināmo stiklu;

2β - redzes leņķis, novērojot ar neapbruņotu aci;

F – attālums no objekta līdz palielināmam stiklam;

Z ir puse no attiecīgā objekta garuma.

Ņemot vērā, ka sīkas detaļas parasti apskata caur palielināmo stiklu un tāpēc leņķi γ un β ir mazi, pieskares var aizstāt ar leņķiem. Tas dod šādu izteiksmi palielināmā stikla palielināšanai = = .

Tāpēc palielināmā stikla palielinājums ir proporcionāls 1/F, tas ir, tā optiskajai jaudai.

Ierīci, kas ļauj iegūt lielu palielinājumu, aplūkojot mazus objektus, sauc par mikroskopu.

Vienkāršākais mikroskops sastāv no divām savācējlēcām. Ļoti īsa fokusa objektīvs L 1 sniedz ļoti palielinātu reālu objekta P"Q" attēlu (13. att.), ko okulārs redz kā palielināmo stiklu.

Apzīmēsim lineāro palielinājumu, ko dod lēca ar n 1 un okulāru ar n 2, tas nozīmē, ka = n 1 un = n 2,

kur P"Q" ir palielināts objekta reāls attēls;

PQ – objekta izmērs;

Reizinot šīs izteiksmes, mēs iegūstam = n 1 n 2,

kur PQ ir objekta izmērs;

P""Q"" - palielināts objekta virtuālais attēls;

n 1 – lēcas lineārais palielinājums;

n 2 – okulāra lineārs palielinājums.

Tas parāda, ka mikroskopa palielinājums ir vienāds ar objektīva un okulāra atsevišķi piešķirto palielinājumu reizinājumu. Tāpēc ir iespējams izveidot instrumentus, kas dod ļoti lielu palielinājumu - līdz 1000 un pat vairāk. Labos mikroskopos lēca un okulārs ir sarežģīti.

Okulārs parasti sastāv no divām lēcām, taču lēca ir daudz sarežģītāka. Vēlme iegūt lielu palielinājumu liek izmantot īsa fokusa objektīvus ar ļoti lielu optisko jaudu. Attiecīgais objekts ir novietots ļoti tuvu objektīvam un rada plašu staru kūli, kas aizpilda visu pirmās lēcas virsmu. Tas rada ļoti nelabvēlīgus apstākļus asa attēla iegūšanai: biezas lēcas un ārpus centra stari. Tāpēc, lai labotu visdažādākos trūkumus, nākas ķerties pie daudzu dažāda veida stikla lēcu kombinācijām.

Mūsdienu mikroskopos teorētiskā robeža ir gandrīz sasniegta. Caur mikroskopu var redzēt ļoti mazus objektus, bet to attēli parādās mazu plankumu veidā, kam nav līdzības ar objektu.

Pētot šādas mazas daļiņas, viņi izmanto tā saukto ultramikroskopu, kas ir parasts mikroskops ar kondensatoru, kas ļauj intensīvi apgaismot attiecīgo objektu no sāniem, perpendikulāri mikroskopa asij.

Izmantojot ultramikroskopu, ir iespējams noteikt daļiņas, kuru izmērs nepārsniedz milimikronus.

Vienkāršākais tēmeklis sastāv no divām saplūstošām lēcām. Vienu objektīvu, kas vērsts pret aplūkojamo objektu, sauc par objektīvu, bet otru, kas vērsts pret novērotāja aci, sauc par okulāru.

Objektīvs L 1 sniedz reālu apgrieztu un ievērojami samazinātu objekta P 1 Q 1 attēlu, kas atrodas netālu no objektīva galvenā fokusa. Okulārs ir novietots tā, lai objekta attēls būtu tā galvenajā fokusā. Šajā pozīcijā okulārs pilda palielināmā stikla lomu, ar kura palīdzību tiek aplūkots objekta faktiskais attēls.

Caurules, tāpat kā palielināmā stikla, efekts ir palielināt skata leņķi. Izmantojot cauruli, objektus parasti pārbauda attālumos, kas daudzkārt pārsniedz tā garumu. Tāpēc skata leņķi, kurā objekts ir redzams bez caurules, var uzskatīt par leņķi 2β, ko veido stari, kas nāk no objekta malām caur objektīva optisko centru.

Attēls ir redzams 2γ leņķī un atrodas gandrīz pašā objektīva fokusā F un okulāra fokusā F 1.

Ņemot vērā divus taisnleņķa trīsstūrus ar kopīgu kāju Z", mēs varam rakstīt:

,

F - objektīva fokuss;

F 1 - okulāra fokuss;

Z" ir puse no attiecīgā objekta garuma.

Leņķi β un γ nav lieli, tāpēc ar pietiekamu tuvinājumu ir iespējams aizstāt tanβ un tgγ ar leņķiem un tad caurules palielinājums = ,

kur 2γ ir leņķis, kurā ir redzams objekta attēls;

2β - skata leņķis, kurā objekts ir redzams ar neapbruņotu aci;

F - objektīva fokuss;

F 1 - okulāra fokuss.

Caurules leņķisko palielinājumu nosaka objektīva fokusa attāluma attiecība pret okulāra fokusa attālumu. Lai iegūtu lielu palielinājumu, ir jāņem gara fokusa objektīvs un īsa fokusa okulārs. [1]

Projekcijas aparātu izmanto, lai parādītu skatītājiem palielinātus zīmējumu, fotogrāfiju vai zīmējumu attēlus uz ekrāna. Zīmējumu uz stikla vai caurspīdīgas plēves sauc par slaidu, un pati ierīce, kas paredzēta šādu zīmējumu attēlošanai, ir diaskops. Ja ierīce ir paredzēta necaurspīdīgu gleznu un zīmējumu attēlošanai, tad to sauc par episkopu. Ierīci, kas paredzēta abiem gadījumiem, sauc par epidiaskopu.

Objektīvu, kas rada priekšmeta attēlu, sauc par objektīvu. Parasti objektīvs ir optiskā sistēma, kas ir novērsusi svarīgākos trūkumus, kas raksturīgi atsevišķām lēcām. Lai objekta attēls būtu skaidri redzams skatītājiem, pašam objektam jābūt spilgti apgaismotam.

Projekcijas aparāta konstrukcijas shēma parādīta 16. att.

Gaismas avots S ir novietots ieliektā spoguļa (atstarotāja) R centrā. gaisma nāk tieši no avota S un atstarojas no reflektora. R, krīt uz kondensatora K, kas sastāv no divām plakaniski izliektajām lēcām. Kondensators savāc šos gaismas starus

Caurulē A, ko sauc par kolimatoru, ir šaura sprauga, kuras platumu var regulēt, pagriežot skrūvi. Spraugai priekšā ir novietots gaismas avots, kura spektrs ir jāpārbauda. Sprauga atrodas kolimatora fokusa plaknē, un tāpēc gaismas stari iziet no kolimatora paralēla stara veidā. Pēc izlaišanas caur prizmu gaismas stari tiek novirzīti caurulē B, caur kuru tiek novērots spektrs. Ja mērījumiem paredzēts spektroskops, tad uz spektra attēla ar speciālas ierīces palīdzību tiek uzlikts skalas attēls ar dalījumiem, kas ļauj precīzi noteikt krāsu līniju pozīciju spektrā.

Izpētot spektru, bieži vien ir labāk to nofotografēt un pēc tam izpētīt, izmantojot mikroskopu.

Ierīci spektru fotografēšanai sauc par spektrogrāfu.

Spektrogrāfa diagramma ir parādīta attēlā. 18.

Radiācijas spektrs tiek fokusēts, izmantojot objektīvu L 2 uz matēta stikla AB, kas fotografējot tiek aizstāts ar fotoplati. [2]

Optiskā mērierīce ir mērinstruments, kurā tēmē (vadāmā objekta robežu izlīdzināšana ar matu līniju, krustojumu u.c.) vai izmēra noteikšanu veic, izmantojot ierīci ar optisku darbības principu. Ir trīs optisko mērinstrumentu grupas: ierīces ar optiskā tēmēšanas principu un mehānisku metodi kustības ziņošanai; ierīces ar optisko novērošanu un kustības ziņošanu; ierīces, kurām ir mehānisks kontakts ar mērierīci, ar optisko metodi kontaktpunktu kustības noteikšanai.

Pirmās ierīces, kas kļuva plaši izplatītas, bija projektori, lai mērītu un uzraudzītu detaļas ar sarežģītām kontūrām un maziem izmēriem.

Visizplatītākā otrā ierīce ir universālais mērīšanas mikroskops, kurā mērāmā daļa pārvietojas uz gareniskā ratiņa, bet galvas mikroskops pārvietojas uz šķērsvirziena.

Trešās grupas ierīces izmanto, lai salīdzinātu izmērītos lineāros lielumus ar mēriem vai skalām. Tos parasti apvieno ar vispārīgiem nosaukumiem salīdzinātāji. Šajā ierīču grupā ietilpst optometrs (optikators, mēraparāts, kontaktinterferometrs, optiskais diapazona meklētājs utt.).

Optiskie mērinstrumenti ir plaši izplatīti arī ģeodēzijā (līmenis, teodolīts u.c.).

Teodolīts ir ģeodēzisks instruments virzienu noteikšanai un horizontālo un vertikālo leņķu mērīšanai ģeodēzisko darbu, topogrāfisko un mērniecības darbu laikā, būvniecībā u.c.

Līmenis - ģeodēzisks instruments zemes virsmas punktu pacēlumu mērīšanai - nivelēšanai, kā arī horizontālo virzienu noteikšanai uzstādīšanas laikā u.c. darbojas.

Navigācijā plaši tiek izmantots sekstants - goniometrisks spoguļatstarojošs instruments debess ķermeņu augstumu virs horizonta vai leņķu mērīšanai starp redzamiem objektiem, lai noteiktu novērotāja vietas koordinātas. Sekstanta svarīgākā īpašība ir iespēja vienlaicīgi apvienot divus objektus novērotāja redzes laukā, starp kuriem tiek mērīts leņķis, kas ļauj sekstantu izmantot lidmašīnā vai uz kuģa bez manāmas precizitātes samazināšanās pat pitching laikā.

Daudzsološs virziens jauna veida optisko mērinstrumentu izstrādē ir to aprīkošana ar elektroniskām nolasīšanas ierīcēm, kas ļauj vienkāršot nolasīšanu un novērošanu utt. [5]

6. nodaļa. Optisko sistēmu pielietojums zinātnē un tehnoloģijā.

Optisko sistēmu pielietojums un loma zinātnē un tehnoloģijā ir ļoti liela. Bez optisko parādību izpētes un optisko instrumentu izstrādes cilvēce nebūtu tik augstā tehnoloģiskās attīstības līmenī.

Gandrīz visi mūsdienu optiskie instrumenti ir paredzēti tiešai vizuālai optisko parādību novērošanai.

Attēla konstruēšanas likumi kalpo par pamatu dažādu optisko instrumentu konstruēšanai. Jebkuras optiskās ierīces galvenā daļa ir sava veida optiskā sistēma. Dažās optiskajās ierīcēs attēls tiek iegūts uz ekrāna, bet citas ierīces ir paredzētas darbam ar aci. pēdējā gadījumā ierīce un acs ir viena optiskā sistēma, un attēls tiek iegūts uz acs tīklenes.

Studē dažus Ķīmiskās īpašības vielām, zinātnieki izgudroja veidu, kā fiksēt attēlus uz cietām virsmām, un, lai projicētu attēlus uz šīs virsmas, viņi sāka izmantot optiskās sistēmas, kas sastāv no lēcām. Tādējādi pasaule saņēma foto un filmu kameras, un līdz ar elektronikas attīstību parādījās video un digitālās kameras.

Lai pētītu mazus, acij gandrīz neredzamus objektus, izmanto palielināmo stiklu, un, ja ar tā palielinājumu nepietiek, tad izmanto mikroskopus. Mūsdienu optiskie mikroskopi ļauj palielināt attēlus līdz 1000 reižu, bet elektronu mikroskopi desmitiem tūkstošu reižu. Tas dod iespēju pētīt objektus molekulārā līmenī.

Mūsdienu astronomiskie pētījumi nebūtu iespējami bez "Galileo trompetes" un "Keplera trompetes". Galilejas caurule, ko bieži izmanto parastajos teātra binokļos, sniedz tiešu objekta attēlu, bet Keplera caurule sniedz apgrieztu attēlu. Rezultātā, ja Keplera cauruli paredzēts izmantot sauszemes novērojumiem, tad tā ir aprīkota ar aptīšanas sistēmu (papildu lēcu vai prizmu sistēmu), kā rezultātā attēls kļūst tiešs. Šādas ierīces piemērs ir prizmas binokļi.

Keplera caurules priekšrocība ir tā, ka tai ir papildus starpattēls, kura plaknē var novietot mērskalu, fotoplāksni bilžu uzņemšanai u.c. Rezultātā astronomijā un visos gadījumos, kas saistīti ar mērījumiem, tiek izmantota Keplera caurule.

Līdzās teleskopiem, kas būvēti kā teleskops – refraktoriem, spoguļteleskopiem jeb reflektoriem astronomijā ir liela nozīme.

Novērošanas iespējas, ko nodrošina katrs teleskops, nosaka tā atveres diametrs. Tāpēc jau kopš seniem laikiem zinātniskā un tehniskā doma ir bijusi vērsta uz atrašanu

metodes lielu spoguļu un lēcu izgatavošanai.

Uzbūvējot katru jaunu teleskopu, mūsu novērojamā Visuma rādiuss paplašinās.

Ārējās telpas vizuālā uztvere ir sarežģīta darbība, kurā būtisks apstāklis ​​ir tas, ka normālos apstākļos mēs izmantojam divas acis. Pateicoties acu lielajai mobilitātei, mēs ātri fiksējam vienu objekta punktu pēc otra; tajā pašā laikā mēs varam novērtēt attālumu līdz attiecīgajiem objektiem, kā arī salīdzināt šos attālumus savā starpā. Šis novērtējums sniedz priekšstatu par telpas dziļumu, objekta detaļu tilpuma sadalījumu un padara iespējamu stereoskopisku redzi.

Stereoskopiskie attēli 1 un 2 tiek skatīti, izmantojot objektīvus L 1 un L 2, katrs novietots vienas acs priekšā. Attēli atrodas objektīvu fokusa plaknēs, un tāpēc to attēli atrodas bezgalībā. Abas acis ir pielāgotas bezgalībai. Abu fotogrāfiju attēli tiek uztverti kā viens reljefa objekts, kas atrodas S plaknē.

Stereoskopu pašlaik plaši izmanto reljefa attēlu pētīšanai. Fotografējot teritoriju no diviem punktiem, tiek iegūtas divas fotogrāfijas, kuras apskatot caur stereoskopu var skaidri redzēt reljefu. Lielāks stereoskopiskās redzes asums ļauj izmantot stereoskopu, lai atklātu viltotus dokumentus, naudu utt.

Militārajos optiskajos instrumentos, kas paredzēti novērošanai (binokļi, stereo tēmekļi), attālumi starp lēcu centriem vienmēr ir daudz lielāki nekā attālums starp acīm, un tālu objekti šķiet daudz pamanāmāki nekā tad, ja tos novēro bez ierīces.

Izpētot gaismas īpašības, kas pārvietojas ķermeņos ar augstu refrakcijas indeksu, tika atklāts kopējais iekšējais atstarojums. Šo īpašību plaši izmanto optisko šķiedru ražošanā un izmantošanā. Optiskā šķiedra ļauj pārraidīt jebkuru optisko starojumu bez zaudējumiem. Optiskās šķiedras izmantošana sakaru sistēmās ir ļāvusi iegūt ātrgaitas kanālus informācijas saņemšanai un nosūtīšanai.

Pilnīga iekšējā atstarošana ļauj spoguļu vietā izmantot prizmas. Pēc šī principa ir veidoti prizmatiskie binokļi un periskopi.

Lāzeru un fokusēšanas sistēmu izmantošana ļauj vienā punktā fokusēt lāzera starojumu, ko izmanto dažādu vielu griešanai, kompaktdisku lasīšanas un rakstīšanas ierīcēs un lāzera attāluma mērītājos.

Optiskās sistēmas plaši izmanto ģeodēzijā leņķu un augstumu mērīšanai (līmeņi, teodolīti, sekstanti utt.).

Prizmu izmantošana, lai sadalītu balto gaismu spektros, ļāva izveidot spektrogrāfus un spektroskopus. Tie ļauj novērot absorbcijas un emisijas spektrus cietvielas un gāzes. Spektrālā analīze ļauj to noskaidrot ķīmiskais sastāvs vielas.

Vienkāršāko optisko sistēmu izmantošana - plānās lēcas, ļāva daudziem cilvēkiem ar redzes sistēmas defektiem normāli redzēt (brilles, acu lēcas utt.).

Pateicoties optiskajām sistēmām, ir veikti daudzi zinātniski atklājumi un sasniegumi.

Optiskās sistēmas tiek izmantotas visās zinātniskās darbības jomās, sākot no bioloģijas un beidzot ar fiziku. Tāpēc mēs varam teikt, ka optisko sistēmu pielietojuma joma zinātnē un tehnoloģijā ir neierobežota. [4.6]

Secinājums.

Optikas praktiskā nozīme un tās ietekme uz citām zināšanu nozarēm ir ārkārtīgi liela. Teleskopa un spektroskopa izgudrojums pavēra cilvēkam visbrīnišķīgāko un bagātāko parādību pasauli, kas notiek plašajā Visumā. Mikroskopa izgudrojums radīja revolūciju bioloģijā. Fotogrāfija ir palīdzējusi un joprojām palīdz gandrīz visām zinātnes nozarēm. Viens no svarīgākajiem zinātniskā aprīkojuma elementiem ir objektīvs. Bez tā nebūtu mikroskopa, teleskopa, spektroskopa, kameras, kino, televīzijas utt. nebūtu briļļu, un daudzi cilvēki, kas vecāki par 50 gadiem, nespētu lasīt un veikt daudzus darbus, kam nepieciešama redze.

Fizikālās optikas pētīto parādību klāsts ir ļoti plašs. Optiskās parādības ir cieši saistītas ar citās fizikas nozarēs pētītajām parādībām, un optiskās izpētes metodes ir vienas no smalkākajām un precīzākajām. Tāpēc nav pārsteidzoši, ka optika ilgu laiku spēlēja vadošo lomu daudzos fundamentālos pētījumos un pamata fizisko uzskatu attīstībā. Pietiek pateikt, ka abas galvenās pagājušā gadsimta fizikālās teorijas - relativitātes teorija un kvantu teorija - radušās un attīstījušās lielā mērā uz optisko pētījumu bāzes. Lāzeru izgudrojums ir pavēris plašas jaunas iespējas ne tikai optikā, bet arī tās pielietojumos dažādās zinātnes un tehnikas nozarēs.

Bibliogrāfija.

1. Artsybyshev S.A. Fizika - M.: Medgiz, 1950. - 511 lpp.

2. Ždanovs L.S. Ždanovs G.L. Fizika vidējās izglītības iestādēm - M.: Nauka, 1981. - 560 lpp.

3. Landsbergs G.S. Optika - M.: Nauka, 1976. - 928 lpp.

4. Landsbergs G.S. Pamatfizikas mācību grāmata. - M.: Nauka, 1986. - T.3. - 656s.

5. Prohorovs A.M. Lielā padomju enciklopēdija. - M.: Padomju enciklopēdija, 1974. - T.18. - 632s.

6. Sivukhin D.V. Vispārīgais fizikas kurss: Optika - M.: Nauka, 1980. - 751 lpp.

Viena no senākajām un apjomīgajām fizikas nozarēm ir optika. Tās sasniegumi tiek izmantoti daudzās zinātnēs un darbības jomās: elektrotehnikā, rūpniecībā, medicīnā un citās. No raksta jūs varat uzzināt, ko šī zinātne pēta, ideju attīstības vēsturi par to, svarīgākos sasniegumus un kādas optiskās sistēmas un instrumenti pastāv.

Ko pēta optika?

Šīs disciplīnas nosaukums ir grieķu izcelsmes un tiek tulkots kā "vizuālās uztveres zinātne". Optika ir fizikas nozare, kas pēta gaismas būtību, tās īpašības un ar tās izplatīšanos saistītos likumus. Šī zinātne pēta redzamās gaismas, infrasarkanā un ultravioletā starojuma raksturu. Tā kā, pateicoties gaismai, cilvēki spēj redzēt apkārtējo pasauli, šī fizikas nozare ir arī disciplīna, kas saistīta ar starojuma vizuālo uztveri. Un nav brīnums: acs ir sarežģīta optiskā sistēma.

Zinātnes veidošanās vēsture

Optika radās senatnē, kad cilvēki mēģināja izprast gaismas būtību un izdomāt, kā viņi var redzēt apkārtējās pasaules objektus.

Senie filozofi uzskatīja, ka redzamā gaisma ir vai nu stari, kas izplūst no cilvēka acīm, vai sīku daļiņu plūsma, kas izkliedējas no priekšmetiem un iekļūst acī.

Pēc tam gaismas dabu pētīja daudzi ievērojami zinātnieki. Īzaks Ņūtons formulēja teoriju par asinsķermenīšiem – sīkām gaismas daļiņām. Cits zinātnieks Huygens izvirzīja viļņu teoriju.

Gaismas dabu turpināja pētīt 20. gadsimta fiziķi: Maksvels, Planks, Einšteins.

Šobrīd Ņūtona un Haigensa hipotēzes ir apvienotas viļņu-daļiņu dualitātes koncepcijā, saskaņā ar kuru gaismai piemīt gan daļiņu, gan viļņu īpašības.

Sadaļas

Optikas izpētes priekšmets ir ne tikai gaisma un tās būtība, bet arī šī pētījuma instrumenti, šīs parādības likumi un īpašības un daudz kas cits. Tāpēc zinātnē ir vairākas sadaļas, kas veltītas atsevišķiem pētniecības aspektiem.

• ģeometriskā optika;
• vilnis;
• kvantu.

Katra sadaļa tiks detalizēti aplūkota turpmāk.

Ģeometriskā optika

Šajā sadaļā ir šādi optikas likumi:

Likums par gaismas izplatīšanās taisnumu, kas iet caur viendabīgu vidi. Gaismas stars tiek uzskatīts par taisnu līniju, pa kuru iet gaismas daļiņas.

Atstarošanas likums:

Krītošie un atstarotie stari, kā arī perpendikuls saskarnei starp abām vidēm, kas rekonstruētas stara krišanas punktā, atrodas vienā plaknē ( sastopamības plakne). Atstarošanas leņķis γ ir vienāds ar krišanas leņķi α.

Refrakcijas likums:

Krītošie un lauztie stari, kā arī perpendikulāri saskarnei starp abām vidēm, kas rekonstruēti stara krišanas punktā, atrodas vienā plaknē. Krituma leņķa α sinusa attiecība pret laušanas leņķa β sinusu ir nemainīga vērtība diviem dotiem medijiem.

Lēcas ir līdzeklis gaismas īpašību izpētei ģeometriskajā optikā.

Lēca ir caurspīdīgs korpuss, kas spēj pārraidīt un modificēt.Tos iedala izliektajā un ieliektajā, kā arī savāc un izkliedē. Objektīvs ir visu optisko instrumentu galvenā sastāvdaļa. Ja tā biezums ir mazs salīdzinājumā ar virsmu rādiusiem, to sauc par plānu. Optikā plāna objektīva formula izskatās šādi:

1/d + 1/f = D, kur

d ir attālums no objekta līdz objektīvam; f ir attālums līdz attēlam no objektīva; D ir objektīva optiskā jauda (mērīta dioptrijās).

Viļņu optika un tās jēdzieni

Tā kā ir zināms, ka gaismai piemīt visas elektromagnētiskā viļņa īpašības, atsevišķa fizikas nozare pēta šo īpašību izpausmes. To sauc par viļņu optiku.

Šīs optikas nozares pamatjēdzieni ir dispersija, traucējumi, difrakcija un polarizācija.

Izkliedes fenomenu atklāja Ņūtons, pateicoties eksperimentiem ar prizmām. Šis atklājums ir svarīgs solis ceļā uz gaismas būtības izpratni. Viņš atklāja, ka gaismas staru laušana ir atkarīga no to krāsas. Šo parādību sauca par gaismas izkliedi vai izkliedi. Tagad ir zināms, ka krāsa ir atkarīga no viļņa garuma. Turklāt Ņūtons ierosināja spektra jēdzienu, lai apzīmētu varavīksnes svītru, kas iegūta, izkliedējot caur prizmām.

Gaismas viļņveida rakstura apstiprinājums ir tās viļņu iejaukšanās, ko atklājis Jungs. Tas ir nosaukums, kas dots divu vai vairāku viļņu superpozīcijai viens virs otra. Rezultātā var redzēt gaismas vibrāciju nostiprināšanās un vājināšanās fenomenu dažādos telpas punktos. Skaistas un visiem pazīstamas iejaukšanās izpausmes ir ziepju burbuļi un izlijušā benzīna varavīksnes krāsas plēve.

Ikviens piedzīvo difrakcijas fenomenu. Šis termins ir tulkots no latīņu valodas kā “salauzts”. Difrakcija optikā ir gaismas viļņu liece ap šķēršļu malām. Piemēram, ja jūs novietojat bumbu gaismas stara ceļā, aiz tās ekrānā parādīsies mainīgi gredzeni - gaiši un tumši. To sauc par difrakcijas modeli. Jungs un Fresnels pētīja šo fenomenu.

Pēdējais galvenais viļņu optikas jēdziens ir polarizācija. Gaismu sauc par polarizētu, ja tās viļņu svārstību virziens ir sakārtots. Tā kā gaisma ir gareniskais, nevis šķērsvilnis, vibrācijas notiek tikai šķērsvirzienā.

Kvantu optika

Gaisma ir ne tikai vilnis, bet arī daļiņu straume. Pamatojoties uz šo tā sastāvdaļu, radās tāda zinātnes nozare kā kvantu optika. Tās izskats ir saistīts ar Maksa Planka vārdu.

Kvants ir jebkura kaut kā daļa. Un šajā gadījumā mēs runājam par starojuma kvantiem, tas ir, tā laikā izstarotajām gaismas daļām. Vārdu fotoni lieto, lai apzīmētu daļiņas (no grieķu φωτός - “gaisma”). Šo koncepciju ierosināja Alberts Einšteins. Šajā optikas sadaļā gaismas īpašību pētīšanai tiek izmantota arī Einšteina formula E=mc 2.

Šīs sadaļas galvenais mērķis ir izpētīt un raksturot gaismas mijiedarbību ar vielu un izpētīt tās izplatīšanos netipiskos apstākļos.

Gaismas kā daļiņu plūsmas īpašības parādās šādos apstākļos:

• termiskais starojums;
• fotoelektrisks efekts;
• fotoķīmiskie procesi;
• stimulētā emisija utt.

Kvantu optikā pastāv neklasiskās gaismas jēdziens. Fakts ir tāds, ka gaismas starojuma kvantu raksturlielumus nevar aprakstīt klasiskās optikas ietvaros. Neklasiskā gaisma, piemēram, divu fotonu, saspiesta, tiek izmantota dažādās jomās: fotodetektoru kalibrēšanai, precīziem mērījumiem utt. Vēl viens pielietojums ir kvantu kriptogrāfija - slepena informācijas pārraides metode, izmantojot bināros kodus, kur vertikāli virzīts. fotonam tiek piešķirts 0, bet horizontāli virzītam - 1.

Optikas un optisko instrumentu nozīme

Kurās jomās optikas tehnoloģija ir atradusi savu galveno pielietojumu?

Pirmkārt, bez šīs zinātnes nebūtu visiem zināmu optisko instrumentu: teleskopu, mikroskopu, kameru, projektoru un citus. Ar īpaši atlasītu lēcu palīdzību cilvēki varēja izpētīt mikrokosmosu, Visumu, debess objektus, kā arī tvert un pārraidīt informāciju attēlu veidā.

Turklāt, pateicoties optikai, tika veikti vairāki svarīgi atklājumi gaismas būtības, tās īpašību, traucējumu, polarizācijas un citu jomā.

Visbeidzot, optika tika plaši izmantota medicīnā, piemēram, rentgena starojuma izpētē, uz kuras pamata tika izveidota ierīce, kas izglāba daudzas dzīvības. Pateicoties šai zinātnei, tika izgudrots arī lāzers, ko plaši izmanto ķirurģiskās iejaukšanās jomās.

Optika un redze

Acs ir optiskā sistēma. Pateicoties gaismas īpašībām un redzes orgānu iespējām, jūs varat redzēt apkārtējo pasauli. Diemžēl tikai daži cilvēki var lepoties ar perfektu redzi. Ar šīs disciplīnas palīdzību ir kļuvis iespējams atjaunot cilvēku spēju labāk redzēt ar briļļu un kontaktlēcu palīdzību. Tāpēc arī ārstniecības iestādes, kas iesaistītas redzes korekcijas līdzekļu izvēlē, saņēma arī atbilstošu nosaukumu - optika.

Mēs varam to apkopot. Tātad optika ir zinātne par gaismas īpašībām, kas ietekmē daudzas dzīves jomas un ir plaši pielietojama zinātnē un ikdienas dzīvē.