1 สิ่งที่ศึกษาทัศนศาสตร์ ทัศนศาสตร์เป็นสาขาวิชาฟิสิกส์ที่ศึกษาพฤติกรรมและคุณสมบัติของแสง เครื่องมือเกี่ยวกับแสง กฎการสะท้อนจากพื้นผิวกระจก

- (กรีก optike ศาสตร์แห่งการรับรู้ทางสายตาจากออพโตสที่มองเห็นได้และมองเห็นได้) สาขาวิชาฟิสิกส์ซึ่งมีการศึกษารังสีเชิงแสง (แสง) กระบวนการของการแพร่กระจายและปรากฏการณ์ที่สังเกตได้ระหว่างอิทธิพลของแสงและใน VA ออปติคัล รังสีแสดงถึง...... สารานุกรมทางกายภาพ

- (ภาษากรีก optike จาก optomai ฉันเห็น) หลักคำสอนเรื่องแสงและผลกระทบต่อดวงตา พจนานุกรมคำต่างประเทศที่รวมอยู่ในภาษารัสเซีย Chudinov A.N. , 2453 OPTICS กรีก optike จาก optomai ฉันเห็นแล้ว ศาสตร์แห่งการแพร่กระจายของแสงและผลกระทบต่อดวงตา... ... พจนานุกรมคำต่างประเทศในภาษารัสเซีย

เลนส์- และฉ. ออปติค ฉ. วิทยาศาสตร์การมองเห็น optike 1.ล้าสมัย แรก (ประเภทพาโนรามา) ดอกป๊อปปี้ พ.ศ. 2451 หรือผ่านเลนส์แก้ว ฉันมองดูสถานที่ที่งดงามในที่ดินของฉัน เดอร์ชาวิน เยฟเกนีย์. คุณสมบัติของการมองเห็นการรับรู้บางสิ่งบางอย่าง ทัศนวิสัยของดวงตาของฉันมีจำกัด ทุกอย่างอยู่ในความมืด... พจนานุกรมประวัติศาสตร์ของ Gallicisms ของภาษารัสเซีย

สารานุกรมสมัยใหม่

เลนส์- OPTICS สาขาวิชาฟิสิกส์ที่ศึกษากระบวนการเปล่งแสง การแพร่กระจายแสงในสื่อต่างๆ และปฏิสัมพันธ์กับสสาร เลนส์ศึกษาส่วนที่มองเห็นได้ของสเปกตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและรังสีอัลตราไวโอเลตที่อยู่ติดกัน... ... พจนานุกรมสารานุกรมภาพประกอบ

OPTICS ซึ่งเป็นสาขาวิชาฟิสิกส์ที่ศึกษาแสงและคุณสมบัติของแสง ประเด็นสำคัญ ได้แก่ ธรรมชาติทางกายภาพของแสง ซึ่งครอบคลุมทั้งคลื่นและอนุภาค (โฟตอน) การสะท้อน การหักเห โพลาไรเซชันของแสง และการส่งผ่านผ่านตัวกลางต่างๆ เลนส์...... พจนานุกรมสารานุกรมวิทยาศาสตร์และเทคนิค

OPTICS, เลนส์, มากมาย ไม่ ผู้หญิง (กรีกออปติโก). 1. ภาควิชาฟิสิกส์ วิทยาศาสตร์ที่ศึกษาปรากฏการณ์และคุณสมบัติของแสง เลนส์เชิงทฤษฎี เลนส์ประยุกต์ 2. รวบรวม อุปกรณ์และเครื่องมือซึ่งการกระทำนั้นเป็นไปตามกฎของวิทยาศาสตร์นี้ (พิเศษ) ฉลาด... ... พจนานุกรมอธิบายของ Ushakov

- (จากภาษากรีก optike ศาสตร์แห่งการรับรู้ทางสายตา) สาขาวิชาฟิสิกส์ที่ศึกษากระบวนการเปล่งแสง การกระจายตัวของแสงในสื่อต่างๆ และปฏิสัมพันธ์ของแสงกับสสาร เลนส์ศึกษาสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าที่หลากหลาย... ... พจนานุกรมสารานุกรมขนาดใหญ่

จักษุและผู้หญิง 1. สาขาวิชาฟิสิกส์ที่ศึกษากระบวนการเปล่งแสง การแพร่กระจาย และปฏิสัมพันธ์กับสสาร 2. รวบรวม อุปกรณ์และเครื่องมือที่มีการกระทำตามกฎของวิทยาศาสตร์นี้ แผนกใยแก้วนำแสง (พิเศษ) ของใยแก้วนำแสง... ... พจนานุกรมอธิบายของ Ozhegov

ทัศนศาสตร์- (จากนิมิต opsis ของกรีก) การศึกษาเรื่องแสง ซึ่งเป็นส่วนสำคัญของฟิสิกส์ O. รวมอยู่ในสาขาธรณีฟิสิกส์บางส่วน (O. บรรยากาศ, ทัศนศาสตร์ของทะเล ฯลฯ ) ส่วนหนึ่งอยู่ในสาขาสรีรวิทยา (สรีรวิทยา) โดยพื้นฐานแล้วทางกายภาพ เนื้อหา O. แบ่งเป็น กายภาพ... ... สารานุกรมการแพทย์ที่ยิ่งใหญ่

หนังสือ

เลนส์, A.N. มัตวีฟ. ได้รับการอนุมัติจากกระทรวงอุดมศึกษาและมัธยมศึกษาของสหภาพโซเวียตให้เป็นสื่อการสอนสำหรับนักศึกษาวิชากายภาพเฉพาะทางในมหาวิทยาลัย ทำซ้ำโดยใช้การสะกดคำของผู้เขียนต้นฉบับในสิ่งพิมพ์...

- ประวัติความเป็นมาของการพัฒนาทัศนศาสตร์

- บทบัญญัติพื้นฐานของทฤษฎีร่างกายของนิวตัน

- บทบัญญัติพื้นฐานของทฤษฎีคลื่นของฮอยเกนส์

- มุมมองเกี่ยวกับธรรมชาติของแสงใน สิบเก้า – XX ศตวรรษ

- หลักการพื้นฐานของทัศนศาสตร์

- สมบัติคลื่นของแสงและทัศนศาสตร์เชิงเรขาคณิต

- ดวงตาเป็นระบบการมองเห็น

- สเปกโตรสโคป

- อุปกรณ์วัดแสง

- บทสรุป.

- รายชื่อวรรณกรรมที่ใช้แล้ว

ประวัติความเป็นมาของการพัฒนาทัศนศาสตร์

ทัศนศาสตร์คือการศึกษาธรรมชาติของแสง ปรากฏการณ์แสง และปฏิกิริยาระหว่างแสงกับสสาร และประวัติศาสตร์เกือบทั้งหมดเป็นเรื่องราวของการค้นหาคำตอบว่าแสงคืออะไร?

ทฤษฎีแสงทฤษฎีแรกๆ ทฤษฎีหนึ่งเสนอโดยเพลโต นักปรัชญาชาวกรีกเมื่อประมาณ 400 ปีก่อนคริสตกาล จ. ทฤษฎีนี้สันนิษฐานว่ารังสีเล็ดลอดออกมาจากดวงตาซึ่งเมื่อพบกับวัตถุจะส่องสว่างและสร้างรูปลักษณ์ของโลกโดยรอบ มุมมองของเพลโตได้รับการสนับสนุนจากนักวิทยาศาสตร์โบราณจำนวนมาก และโดยเฉพาะอย่างยิ่ง Euclid (ศตวรรษที่ 3 ก่อนคริสต์ศักราช) ซึ่งใช้ทฤษฎีเกี่ยวกับรังสีที่มองเห็นได้ก่อตั้งหลักคำสอนเรื่องความตรงของการแพร่กระจายของแสงและสร้างกฎแห่งการสะท้อน

ในช่วงปีเดียวกันนั้น มีการค้นพบข้อเท็จจริงดังต่อไปนี้:

- ความตรงของการแพร่กระจายของแสง

– ปรากฏการณ์การสะท้อนแสงและกฎการสะท้อน

– ปรากฏการณ์การหักเหของแสง

– เอฟเฟกต์การโฟกัสของกระจกเว้า

ชาวกรีกโบราณวางรากฐานสำหรับสาขาทัศนศาสตร์ซึ่งต่อมากลายเป็นที่รู้จักในชื่อเรขาคณิต

งานที่น่าสนใจที่สุดเกี่ยวกับทัศนศาสตร์ที่มาหาเราตั้งแต่ยุคกลางคืองานของนักวิทยาศาสตร์ชาวอาหรับอัลฮาเซน เขาศึกษาการสะท้อนของแสงจากกระจก ปรากฏการณ์การหักเหและการส่งผ่านของแสงในเลนส์ อัลกาเซนเป็นคนแรกที่แสดงความคิดที่ว่าแสงมีความเร็วจำกัดในการแพร่กระจาย สมมติฐานนี้เป็นหลัก

ก้าวเข้าสู่การเข้าใจธรรมชาติของแสง

ในช่วงยุคฟื้นฟูศิลปวิทยา มีการค้นพบและสิ่งประดิษฐ์ต่างๆ มากมาย เริ่มมีการกำหนดวิธีการทดลองเพื่อเป็นพื้นฐานในการศึกษาและทำความเข้าใจโลกรอบตัว

จากข้อเท็จจริงเชิงทดลองมากมาย ในช่วงกลางศตวรรษที่ 17 มีข้อสันนิษฐานสองประการเกี่ยวกับธรรมชาติของปรากฏการณ์แสงเกิดขึ้น:

– คอร์ปัสคูลัส ซึ่งสันนิษฐานว่าแสงคือกระแสของอนุภาคที่ถูกวัตถุเรืองแสงพุ่งออกมาด้วยความเร็วสูง

- คลื่นซึ่งแย้งว่าแสงคือการเคลื่อนที่ตามยาวของตัวกลางเรืองแสงชนิดพิเศษ - อีเทอร์ - ตื่นเต้นโดยการสั่นสะเทือนของอนุภาคของวัตถุที่ส่องสว่าง

การพัฒนาหลักคำสอนเรื่องแสงสว่างเพิ่มเติมทั้งหมดจนถึงปัจจุบันคือประวัติศาสตร์ของการพัฒนาและการดิ้นรนของสมมติฐานเหล่านี้ ซึ่งผู้เขียนคือ I. Newton และ H. Huygens

บทบัญญัติหลักของทฤษฎีร่างกายของนิวตัน:

1) แสงประกอบด้วยอนุภาคเล็กๆ ของสสารที่ปล่อยออกมาในทุกทิศทางเป็นเส้นตรงหรือรังสีโดยวัตถุที่ส่องสว่าง เช่น เทียนที่กำลังลุกไหม้ หากรังสีเหล่านี้ซึ่งประกอบด้วยคอร์พัสเคิลเข้าตาเรา เราก็จะเห็นแหล่งกำเนิดของมัน (รูปที่ 1)

2) เซลล์แสงมีขนาดต่างกัน อนุภาคที่ใหญ่ที่สุดเมื่อเข้าตาจะให้ความรู้สึกเป็นสีแดง อนุภาคที่เล็กที่สุดคือสีม่วง

3) สีขาว คือ ส่วนผสมของทุกสี ได้แก่ แดง ส้ม เหลือง เขียว น้ำเงิน คราม ม่วง

4) การสะท้อนของแสงจากพื้นผิวเกิดขึ้นเนื่องจากการสะท้อนของเม็ดเลือดจากผนังตามกฎของการกระแทกแบบยืดหยุ่นสัมบูรณ์ (รูปที่ 2)

5) ปรากฏการณ์การหักเหของแสงอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าอนุภาคของตัวกลางถูกดึงดูดโดยอนุภาคของตัวกลาง ยิ่งตัวกลางหนาแน่นมากขึ้น มุมของการหักเหก็จะยิ่งเล็กลงเท่านั้นคือมุมตกกระทบ

6) ปรากฏการณ์การกระจายแสงที่นิวตันค้นพบในปี 1666 เขาอธิบายได้ดังนี้ ทุกสีมีอยู่แล้วในแสงสีขาว สีทั้งหมดจะถูกส่งผ่านอวกาศระหว่างดาวเคราะห์และบรรยากาศร่วมกัน และสร้างเอฟเฟกต์ของแสงสีขาว แสงสีขาวซึ่งเป็นส่วนผสมของคอร์พัสเคิลต่างๆ ผ่านการหักเหหลังจากผ่านปริซึม จากมุมมองของทฤษฎีทางกล การหักเหของแสงเกิดจากแรงจากอนุภาคแก้วที่กระทำต่อคลังแสง แรงเหล่านี้แตกต่างกันไปสำหรับคลังข้อมูลที่แตกต่างกัน ใหญ่ที่สุดสำหรับสีม่วงและเล็กที่สุดสำหรับสีแดง ทางเดินของคอร์พัสเคิลในปริซึมจะหักเหแตกต่างกันในแต่ละสี ดังนั้นรังสีเชิงซ้อนสีขาวจะแยกออกเป็นรังสีส่วนประกอบที่มีสี

7) นิวตันได้สรุปวิธีการอธิบายการหักเหของแสงสองครั้ง โดยตั้งสมมติฐานว่ารังสีของแสงมี "ด้านที่แตกต่างกัน" ซึ่งเป็นคุณสมบัติพิเศษที่ทำให้เกิดการหักเหของแสงที่แตกต่างกันเมื่อผ่านตัวที่มีการหักเหของแสง

ทฤษฎีเกี่ยวกับร่างกายของนิวตันอธิบายปรากฏการณ์ทางแสงหลายอย่างที่ทราบในขณะนั้นได้อย่างน่าพอใจ ผู้เขียนมีความสุขกับชื่อเสียงอันมหาศาลในโลกวิทยาศาสตร์ และในไม่ช้าทฤษฎีของนิวตันก็มีผู้สนับสนุนมากมายในทุกประเทศ

หลักการพื้นฐานของทฤษฎีคลื่นแสงของฮอยเกนส์

1) แสงคือการแพร่กระจายของแรงกระตุ้นคาบยืดหยุ่นในอีเธอร์ แรงกระตุ้นเหล่านี้เป็นแนวยาวและคล้ายกับแรงกระตุ้นเสียงในอากาศ

2) อีเธอร์เป็นสื่อสมมุติที่เติมเต็มอวกาศท้องฟ้าและช่องว่างระหว่างอนุภาคของร่างกาย มันไร้น้ำหนัก ไม่เป็นไปตามกฎแรงโน้มถ่วงสากล และมีความยืดหยุ่นสูง

3) หลักการแพร่กระจายของการสั่นสะเทือนของอีเธอร์นั้นแต่ละจุดที่การกระตุ้นไปถึงนั้นเป็นศูนย์กลางของคลื่นทุติยภูมิ คลื่นเหล่านี้อ่อนแรง และผลกระทบจะสังเกตได้ก็ต่อเมื่อเปลือกของมันเคลื่อนผ่านเท่านั้น

พื้นผิว – หน้าคลื่น (หลักการไฮเกนส์) (รูปที่ 3)

คลื่นแสงที่มาจากแหล่งกำเนิดโดยตรงทำให้เกิดความรู้สึกในการมองเห็น

จุดสำคัญมากในทฤษฎีของฮอยเกนส์คือการสันนิษฐานว่าความเร็วของการแพร่กระจายของแสงนั้นมีจำกัด นักวิทยาศาสตร์สามารถอธิบายปรากฏการณ์ต่างๆ ของเลนส์เรขาคณิตได้โดยใช้หลักการของเขา:

– ปรากฏการณ์การสะท้อนแสงและกฎของมัน

– ปรากฏการณ์การหักเหของแสงและกฎของมัน

– ปรากฏการณ์การสะท้อนภายในทั้งหมด

– ปรากฏการณ์การหักเหสองครั้ง

– หลักการเป็นอิสระของรังสีแสง

ทฤษฎีของไฮเกนส์ให้นิพจน์ต่อไปนี้สำหรับดัชนีการหักเหของตัวกลาง:

จากสูตรเป็นที่ชัดเจนว่าความเร็วแสงควรขึ้นอยู่กับค่าสัมบูรณ์ของตัวกลางผกผัน ข้อสรุปนี้ตรงกันข้ามกับข้อสรุปที่เกิดจากทฤษฎีของนิวตัน เทคโนโลยีการทดลองในระดับต่ำในศตวรรษที่ 17 ทำให้ไม่สามารถระบุได้ว่าทฤษฎีใดถูกต้อง

หลายคนสงสัยทฤษฎีคลื่นของฮอยเกนส์ แต่ในบรรดาผู้สนับสนุนมุมมองคลื่นเกี่ยวกับธรรมชาติของแสง ได้แก่ M. Lomonosov และ L. Euler จากการวิจัยของนักวิทยาศาสตร์เหล่านี้ ทฤษฎีของฮอยเกนส์เริ่มเป็นรูปเป็นร่างเป็นทฤษฎีเกี่ยวกับคลื่น ไม่ใช่แค่การแกว่งแบบเป็นระยะที่แพร่กระจายในอีเธอร์

มุมมองเกี่ยวกับธรรมชาติของแสงใน สิบเก้า - XX ศตวรรษ

ในปี 1801 T. Jung ได้ทำการทดลองที่ทำให้นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกประหลาดใจ (รูปที่ 4)

S – แหล่งกำเนิดแสง;

E – หน้าจอ;

B และ C เป็นรอยกรีดที่แคบมาก โดยเว้นระยะห่างระหว่างกัน 1-2 มม.

ตามทฤษฎีของนิวตัน แถบแสงสองแถบควรปรากฏบนหน้าจอ อันที่จริง มีแถบแสงและแถบสีเข้มหลายแถบปรากฏขึ้น และมีเส้นแสง P ปรากฏขึ้นตรงข้ามช่องว่างระหว่างกรีด B และ C ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าแสงเป็นปรากฏการณ์คลื่น จุงพัฒนาทฤษฎีของฮอยเกนส์ด้วยแนวคิดเกี่ยวกับการสั่นสะเทือนของอนุภาคและความถี่ของการสั่นสะเทือน เขากำหนดหลักการของการแทรกสอด โดยที่เขาอธิบายปรากฏการณ์ของการเลี้ยวเบน การแทรกสอด และสีของแผ่นบางๆ

เฟรสเนล นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสได้รวมหลักการการเคลื่อนที่ของคลื่นของฮอยเกนส์เข้ากับหลักการรบกวนของยังเข้าด้วยกัน บนพื้นฐานนี้ เขาได้พัฒนาทฤษฎีทางคณิตศาสตร์ที่เข้มงวดเรื่องการเลี้ยวเบน เฟรสเนลสามารถอธิบายปรากฏการณ์ทางแสงทั้งหมดที่ทราบในขณะนั้นได้

หลักการพื้นฐานของทฤษฎีคลื่นเฟรสเนล

– แสง – การแพร่กระจายของการสั่นสะเทือนในอีเทอร์ด้วยความเร็วโดยที่โมดูลัสความยืดหยุ่นของอีเธอร์ ร– ความหนาแน่นของอีเทอร์

– คลื่นแสงเป็นแนวขวาง

– อีเทอร์เบามีคุณสมบัติของตัวยืดหยุ่นและแข็งและไม่สามารถบีบอัดได้อย่างแน่นอน

เมื่อย้ายจากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลาง ความยืดหยุ่นของอีเธอร์จะไม่เปลี่ยนแปลง แต่ความหนาแน่นของมันจะเปลี่ยนไป ดัชนีการหักเหของแสงสัมพัทธ์ของสาร

การสั่นสะเทือนตามขวางสามารถเกิดขึ้นพร้อมกันในทุกทิศทางที่ตั้งฉากกับทิศทางการแพร่กระจายของคลื่น

งานของ Fresnel ได้รับการยอมรับจากนักวิทยาศาสตร์ ในไม่ช้างานทดลองและทฤษฎีจำนวนหนึ่งก็ปรากฏขึ้นเพื่อยืนยันธรรมชาติของคลื่นของแสง

ในช่วงกลางศตวรรษที่ 19 เริ่มมีการค้นพบข้อเท็จจริงที่บ่งบอกถึงความเชื่อมโยงระหว่างปรากฏการณ์ทางแสงและไฟฟ้า ในปีพ.ศ. 2389 เอ็ม. ฟาราเดย์สังเกตการหมุนของระนาบโพลาไรเซชันของแสงในตัววัตถุที่วางอยู่ในสนามแม่เหล็ก ฟาราเดย์นำเสนอแนวคิดเรื่องสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กเป็นการซ้อนทับที่แปลกประหลาดในอีเทอร์ “อีเทอร์แม่เหล็กไฟฟ้า” ใหม่ได้ปรากฏขึ้น แม็กซ์เวลล์นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษเป็นคนแรกที่ดึงดูดความสนใจไปยังมุมมองเหล่านี้ เขาได้พัฒนาแนวคิดเหล่านี้และสร้างทฤษฎีขึ้นมา สนามแม่เหล็กไฟฟ้า.

ทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าของแสงไม่ได้ข้ามทฤษฎีทางกลของฮอยเกนส์-ยัง-เฟรสเนล แต่ได้ยกระดับทฤษฎีนี้ขึ้นไปอีกระดับหนึ่ง ในปี 1900 พลังค์นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันได้ตั้งสมมติฐานเกี่ยวกับธรรมชาติควอนตัมของการแผ่รังสี สาระสำคัญมีดังนี้:

– การแผ่รังสีของแสงมีลักษณะไม่ต่อเนื่องกัน

– การดูดซึมยังเกิดขึ้นในส่วนที่แยกจากกันเรียกว่าควอนตัม

พลังงานของแต่ละควอนตัมแสดงด้วยสูตร อี = ชม. n, ที่ไหน ชม.คือค่าคงที่ของพลังค์ และ nคือความถี่ของแสง

ห้าปีหลังจากพลังค์ งานของนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน ไอน์สไตน์ เกี่ยวกับเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริคก็ได้รับการตีพิมพ์ ไอน์สไตน์เชื่อว่า:

– แสงที่ยังไม่มีปฏิกิริยากับสสารมีโครงสร้างเป็นเม็ดเล็ก

– องค์ประกอบโครงสร้างของการแผ่รังสีแสงแยกคือโฟตอน

ด้วยเหตุนี้ ทฤษฎีควอนตัมใหม่ของแสงจึงถือกำเนิดขึ้นบนพื้นฐานของทฤษฎีเกี่ยวกับร่างกายของนิวตัน ควอนตัมทำหน้าที่เป็นคลังข้อมูล

บทบัญญัติพื้นฐาน

– แสงถูกปล่อยออกมา แพร่กระจาย และดูดซับในส่วนที่แยกจากกัน - ควอนตัม

– ควอนตัมของแสง – โฟตอนนำพลังงานตามสัดส่วนของความถี่ของคลื่นซึ่งอธิบายไว้ในทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้า อี = ชม. n .

– โฟตอนมีมวล () โมเมนตัม และโมเมนตัมเชิงมุม ()

– โฟตอนในฐานะอนุภาค มีอยู่เฉพาะในการเคลื่อนที่เท่านั้น ซึ่งมีความเร็วเท่ากับความเร็วของการแพร่กระจายของแสงในตัวกลางที่กำหนด

– สำหรับปฏิกิริยาทั้งหมดที่โฟตอนมีส่วนร่วม กฎทั่วไปของการอนุรักษ์พลังงานและโมเมนตัมจะใช้ได้

– อิเล็กตรอนในอะตอมสามารถอยู่ในสถานะคงที่ที่ไม่ต่อเนื่องบางสถานะเท่านั้น เมื่ออยู่ในสภาพหยุดนิ่ง อะตอมจะไม่ปล่อยพลังงานออกมา

– เมื่อเปลี่ยนจากสถานะนิ่งหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่ง อะตอมจะปล่อย (ดูดซับ) โฟตอนด้วยความถี่ (โดยที่ E1และ E2– พลังงานของสถานะเริ่มต้นและสถานะสุดท้าย)

ด้วยการเกิดขึ้นของทฤษฎีควอนตัม เป็นที่ชัดเจนว่าคุณสมบัติของร่างกายและคลื่นเป็นเพียงสองด้านเท่านั้น ซึ่งเป็นสองปรากฏการณ์ที่สัมพันธ์กันของแก่นแท้ของแสง พวกเขาไม่ได้สะท้อนให้เห็นถึงเอกภาพวิภาษวิธีของความไม่ต่อเนื่องและความต่อเนื่องของสสารซึ่งแสดงออกในการสำแดงคุณสมบัติของคลื่นและร่างกายพร้อมกัน กระบวนการแผ่รังสีแบบเดียวกันสามารถอธิบายได้ทั้งโดยใช้เครื่องมือทางคณิตศาสตร์สำหรับคลื่นที่แพร่กระจายในอวกาศและเวลา และใช้วิธีทางสถิติในการทำนายการปรากฏตัวของอนุภาคในสถานที่ที่กำหนดและในเวลาที่กำหนด ทั้งสองรุ่นนี้สามารถใช้พร้อมกันได้ และขึ้นอยู่กับเงื่อนไข แนะนำให้ใช้รุ่นใดรุ่นหนึ่ง

ความสำเร็จ ปีที่ผ่านมาในสาขาทัศนศาสตร์เกิดขึ้นได้เนื่องจากการพัฒนาทั้งฟิสิกส์ควอนตัมและทัศนศาสตร์คลื่น ในปัจจุบัน ทฤษฎีเรื่องแสงยังคงมีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง

ทัศนศาสตร์เป็นสาขาหนึ่งของฟิสิกส์ที่ศึกษาคุณสมบัติและธรรมชาติทางกายภาพของแสง ตลอดจนปฏิสัมพันธ์ของมันกับสสาร

ปรากฏการณ์ทางแสงที่ง่ายที่สุด เช่น การปรากฏตัวของเงาและการสร้างภาพในเครื่องมือทางแสง สามารถเข้าใจได้ภายในกรอบของออพติกเรขาคณิต ซึ่งทำงานด้วยแนวคิดของรังสีแสงแต่ละอันที่เป็นไปตามกฎการหักเหและการสะท้อนที่ทราบ และ เป็นอิสระจากกัน เพื่อให้เข้าใจปรากฏการณ์ที่ซับซ้อนมากขึ้น จำเป็นต้องใช้ทัศนศาสตร์เชิงฟิสิกส์ ซึ่งพิจารณาปรากฏการณ์เหล่านี้ที่เกี่ยวข้องกับธรรมชาติทางกายภาพของแสง ทัศนศาสตร์เชิงกายภาพทำให้สามารถเข้าใจกฎของทัศนศาสตร์เชิงเรขาคณิตทั้งหมดได้ และกำหนดขีดจำกัดของการนำไปใช้ได้ หากไม่มีความรู้เกี่ยวกับขอบเขตเหล่านี้ การใช้กฎของทัศนศาสตร์เชิงเรขาคณิตอย่างเป็นทางการ ในบางกรณี อาจนำไปสู่ผลลัพธ์ที่ขัดแย้งกับปรากฏการณ์ที่สังเกตได้ ดังนั้น เราจึงไม่สามารถจำกัดตัวเองอยู่เพียงการสร้างเลนส์เชิงเรขาคณิตอย่างเป็นทางการได้ แต่ต้องมองว่ามันเป็นสาขาหนึ่งของทัศนศาสตร์ทางกายภาพ

แนวคิดของลำแสงสามารถหาได้จากการพิจารณาลำแสงจริงในตัวกลางที่เป็นเนื้อเดียวกัน ซึ่งลำแสงคู่ขนานแคบจะถูกแยกออกโดยใช้ไดอะแฟรม ยิ่งเส้นผ่านศูนย์กลางของรูเหล่านี้เล็กลง ลำแสงที่แยกได้ก็จะยิ่งแคบลง และเมื่อถึงขีดจำกัด เมื่อเจาะเข้าไปในรูที่มีขนาดเล็กเท่าที่ต้องการ ดูเหมือนว่าลำแสงจะได้เป็นเส้นตรงได้ แต่กระบวนการแยกลำแสง (ลำแสง) ที่แคบโดยพลการดังกล่าวเป็นไปไม่ได้เนื่องจากปรากฏการณ์การเลี้ยวเบน การขยายตัวเชิงมุมอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ของลำแสงจริงที่ส่องผ่านไดอะแฟรมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง D ถูกกำหนดโดยมุมการเลี้ยวเบน เจ ~ ล / ดี. เฉพาะในกรณีที่รุนแรงเท่านั้นเมื่อ ล=0 การขยายตัวดังกล่าวจะไม่เกิดขึ้น และใครๆ ก็พูดถึงรังสีว่าเป็นเส้นเรขาคณิต ซึ่งทิศทางของรังสีจะกำหนดทิศทางการแพร่กระจายของพลังงานแสง

ดังนั้น รังสีแสงจึงเป็นแนวคิดทางคณิตศาสตร์เชิงนามธรรม และทัศนศาสตร์เชิงเรขาคณิตก็เป็นกรณีจำกัดโดยประมาณที่ทัศนศาสตร์ของคลื่นจะไปเมื่อความยาวคลื่นของแสงมีแนวโน้มเป็นศูนย์

ดวงตาเป็นระบบการมองเห็น

อวัยวะในการมองเห็นของมนุษย์คือดวงตา ซึ่งในหลาย ๆ ด้านเป็นตัวแทนของระบบการมองเห็นที่ก้าวหน้ามาก

โดยทั่วไปดวงตาของมนุษย์จะเป็นทรงกลมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 2.5 ซม. ซึ่งเรียกว่าลูกตา (รูปที่ 5) ชั้นนอกของดวงตาที่ทึบแสงและทนทานเรียกว่าสเคลรา และส่วนหน้าที่โปร่งใสและนูนมากขึ้นเรียกว่ากระจกตา ด้านในของตาขาวถูกปกคลุมไปด้วยคอรอยด์ ซึ่งประกอบด้วยหลอดเลือดที่ไปเลี้ยงดวงตา ตรงข้ามกระจกตา คอรอยด์จะผ่านเข้าไปในม่านตา ซึ่งมีสีแตกต่างกันในแต่ละคน ซึ่งแยกออกจากกระจกตาด้วยห้องที่มีมวลน้ำโปร่งใส

ม่านตามีรูกลมเรียกว่ารูม่านตา ซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางอาจแตกต่างกันไป ดังนั้นม่านตาจึงมีบทบาทเป็นไดอะแฟรม ซึ่งควบคุมการเข้าถึงแสงสู่ดวงตา ในที่มีแสงจ้า รูม่านตาจะเล็กลง และในที่แสงน้อยรูม่านตาจะขยายใหญ่ขึ้น ภายในลูกตาด้านหลังม่านตาคือเลนส์ซึ่งเป็นเลนส์นูนสองด้านที่ทำจากสารโปร่งใสซึ่งมีดัชนีการหักเหของแสงประมาณ 1.4 เลนส์ล้อมรอบด้วยกล้ามเนื้อวงแหวน ซึ่งสามารถเปลี่ยนความโค้งของพื้นผิวได้ และส่งผลให้มีกำลังแสงด้วย

คอรอยด์ที่อยู่ด้านในของดวงตาถูกปกคลุมไปด้วยกิ่งก้านของเส้นประสาทไวแสง โดยเฉพาะบริเวณด้านหน้ารูม่านตาที่มีความหนาแน่นหนาแน่น กิ่งก้านเหล่านี้ก่อตัวเป็นเรตินาซึ่งได้ภาพจริงของวัตถุที่สร้างขึ้นโดยระบบการมองเห็นของดวงตา ช่องว่างระหว่างเรตินาและเลนส์เต็มไปด้วยตัวแก้วใสซึ่งมีโครงสร้างเป็นวุ้น ภาพของวัตถุบนเรตินากลับด้าน อย่างไรก็ตาม กิจกรรมของสมองซึ่งรับสัญญาณจากเส้นประสาทไวแสงทำให้เรามองเห็นวัตถุทั้งหมดในตำแหน่งตามธรรมชาติ

เมื่อกล้ามเนื้อวงแหวนของดวงตาผ่อนคลาย ก็จะได้ภาพของวัตถุที่อยู่ห่างไกลบนเรตินา โดยทั่วไป โครงสร้างของดวงตาจะทำให้บุคคลสามารถมองเห็นวัตถุที่อยู่ห่างจากดวงตาไม่เกิน 6 เมตรโดยไม่เมื่อยล้า ในกรณีนี้ จะได้ภาพของวัตถุที่อยู่ใกล้กว่าด้านหลังเรตินา เพื่อให้ได้ภาพที่ชัดเจนของวัตถุดังกล่าว กล้ามเนื้อวงแหวนจะบีบอัดเลนส์มากขึ้นเรื่อยๆ จนกระทั่งภาพของวัตถุปรากฏบนเรตินา จากนั้นจึงยึดเลนส์ให้อยู่ในสถานะบีบอัด

ดังนั้น "การโฟกัส" ของดวงตามนุษย์จึงดำเนินการโดยการเปลี่ยนกำลังแสงของเลนส์โดยใช้กล้ามเนื้อรูปวงแหวน ความสามารถของระบบแสงของดวงตาในการสร้างภาพที่แตกต่างของวัตถุที่อยู่ในระยะทางที่ต่างกันเรียกว่าที่พัก (จากภาษาละติน "ที่พัก" - การปรับตัว) เมื่อมองดูวัตถุที่อยู่ไกลมาก รังสีคู่ขนานจะเข้าสู่ดวงตา ในกรณีนี้ กล่าวกันว่าดวงตาสามารถอยู่ได้จนถึงระยะอนันต์

ที่พักของดวงตานั้นไม่มีที่สิ้นสุด ด้วยความช่วยเหลือของกล้ามเนื้อวงแหวน กำลังแสงของดวงตาสามารถเพิ่มขึ้นได้ไม่เกิน 12 ไดออปเตอร์ เมื่อมองวัตถุที่อยู่ใกล้เป็นเวลานาน ดวงตาจะเหนื่อยล้า และกล้ามเนื้อวงแหวนเริ่มผ่อนคลายและภาพของวัตถุนั้นพร่ามัว

ดวงตาของมนุษย์ทำให้เรามองเห็นวัตถุได้ชัดเจน ไม่เพียงแต่ในเวลากลางวันเท่านั้น ความสามารถของดวงตาในการปรับให้เข้ากับระดับการระคายเคืองที่แตกต่างกันของปลายประสาทไวแสงบนเรตินาเช่น ระดับความสว่างที่แตกต่างกันของวัตถุที่สังเกตได้เรียกว่าการปรับตัว

การบรรจบกันของแกนสายตาของดวงตา ณ จุดหนึ่งเรียกว่าการบรรจบกัน เมื่อวัตถุอยู่ห่างจากบุคคลมาก เมื่อขยับดวงตาจากวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่ง แกนของดวงตาจะไม่เปลี่ยนแปลงในทางปฏิบัติและบุคคลนั้นจะสูญเสียความสามารถในการกำหนดตำแหน่งของวัตถุได้อย่างถูกต้อง เมื่อวัตถุอยู่ไกลมาก แกนของดวงตาจะขนานกัน และบุคคลไม่สามารถระบุได้ว่าวัตถุที่เขามองอยู่นั้นกำลังเคลื่อนที่หรือไม่ แรงของกล้ามเนื้อวงแหวนซึ่งบีบอัดเลนส์เมื่อดูวัตถุที่อยู่ใกล้กับบุคคลก็มีบทบาทบางอย่างในการกำหนดตำแหน่งของร่างกายด้วย แกะ

พิสัย ออสโคป

สเปกโตรสโคปใช้ในการสังเกตสเปกตรัม

สเปกโตรสโคปแบบแท่งปริซึมที่พบมากที่สุดประกอบด้วยหลอดสองหลอด โดยระหว่างนั้นจะมีปริซึมสามเหลี่ยมวางอยู่ (รูปที่ 7)

ในท่อ A เรียกว่าคอลลิเมเตอร์ จะมีร่องแคบ ซึ่งสามารถปรับความกว้างได้ด้วยการหมุนสกรู แหล่งกำเนิดแสงถูกวางไว้ด้านหน้าช่อง ซึ่งจะต้องตรวจสอบสเปกตรัม ช่องดังกล่าวอยู่ในระนาบของคอลลิเมเตอร์ ดังนั้นรังสีแสงจากทางออกของคอลลิเมเตอร์จึงอยู่ในรูปของลำแสงคู่ขนาน หลังจากผ่านปริซึมแล้ว รังสีของแสงจะพุ่งเข้าสู่หลอด B ซึ่งเป็นสเปกตรัมที่จะถูกสังเกต หากสเปกโตรสโคปมีไว้สำหรับการวัด รูปภาพของสเกลที่มีการหารจะถูกซ้อนทับบนภาพของสเปกตรัมโดยใช้อุปกรณ์พิเศษซึ่งช่วยให้คุณกำหนดตำแหน่งของเส้นสีในสเปกตรัมได้อย่างแม่นยำ

อุปกรณ์ตรวจวัดแบบใช้แสงเป็นเครื่องมือวัดที่ใช้การมองเห็น (การจัดแนวขอบเขตของวัตถุควบคุมด้วยแนวเส้นผม เป้าเล็ง ฯลฯ) หรือการกำหนดขนาดโดยใช้อุปกรณ์ที่มีหลักการทำงานแบบใช้แสง เครื่องมือวัดด้วยแสงมีสามกลุ่ม: อุปกรณ์ที่มีหลักการมองเห็นด้วยแสงและวิธีการทางกลสำหรับรายงานการเคลื่อนไหว อุปกรณ์ที่มีการรายงานการมองเห็นและการเคลื่อนไหวด้วยแสง อุปกรณ์ที่มีการสัมผัสทางกลกับอุปกรณ์วัดด้วยวิธีทางแสงเพื่อกำหนดการเคลื่อนที่ของจุดสัมผัส

อุปกรณ์ชิ้นแรกที่แพร่หลายคือโปรเจ็กเตอร์สำหรับการวัดและตรวจสอบชิ้นส่วนที่มีรูปทรงที่ซับซ้อนและมีขนาดเล็ก

อุปกรณ์ที่สองที่พบมากที่สุดคือกล้องจุลทรรศน์สำหรับวัดแบบสากล ซึ่งส่วนที่วัดจะเคลื่อนที่ไปบนแคร่ตามยาว และกล้องจุลทรรศน์แบบส่วนหัวจะเคลื่อนที่ไปในแคร่ตามขวาง

อุปกรณ์ของกลุ่มที่สามใช้เพื่อเปรียบเทียบปริมาณเชิงเส้นที่วัดได้กับหน่วยวัดหรือมาตราส่วน โดยปกติจะรวมกันภายใต้ชื่อเปรียบเทียบทั่วไป อุปกรณ์กลุ่มนี้ประกอบด้วยออพติมิเตอร์ (ออปติคัล, เครื่องวัด, อินเทอร์เฟอโรมิเตอร์แบบสัมผัส, เครื่องค้นหาระยะแสง ฯลฯ )

เครื่องมือวัดด้วยแสงยังแพร่หลายในด้านธรณีวิทยา (ระดับ กล้องสำรวจ ฯลฯ)

กล้องสำรวจเป็นเครื่องมือจีโอเดติกสำหรับกำหนดทิศทางและวัดมุมแนวนอนและแนวตั้งระหว่างงานจีโอเดติก การสำรวจภูมิประเทศและการสำรวจ ในการก่อสร้าง ฯลฯ

ระดับ - เครื่องมือ geodetic สำหรับการวัดความสูงของจุดบนพื้นผิวโลก - การปรับระดับตลอดจนการกำหนดทิศทางแนวนอนระหว่างการติดตั้ง ฯลฯ ทำงาน

ในการนำทาง เครื่องวัดเสกสแทนต์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย ได้แก่ เครื่องมือสะท้อนแสงแบบโกนิโอเมตริกสำหรับวัดความสูงของเทห์ฟากฟ้าเหนือขอบฟ้าหรือมุมระหว่างวัตถุที่มองเห็นเพื่อกำหนดพิกัดของสถานที่ของผู้สังเกต คุณลักษณะที่สำคัญที่สุดของเครื่องวัดมุมคือความสามารถในการรวมวัตถุสองชิ้นเข้าด้วยกันในมุมมองของผู้สังเกตซึ่งระหว่างนั้นจะมีการวัดมุมซึ่งช่วยให้สามารถใช้เครื่องวัดเส้นผ่าศูนย์กลางบนเครื่องบินหรือบนเรือได้โดยไม่ต้องลดความแม่นยำลงอย่างเห็นได้ชัด แม้กระทั่งในระหว่างการขว้าง

ทิศทางที่มีแนวโน้มในการพัฒนาเครื่องมือวัดด้วยแสงประเภทใหม่คือการติดตั้งอุปกรณ์อ่านอิเล็กทรอนิกส์ที่ทำให้การอ่านและการมองเห็นง่ายขึ้น ฯลฯ

บทสรุป.

ความสำคัญเชิงปฏิบัติของทัศนศาสตร์และอิทธิพลของมันต่อความรู้สาขาอื่นๆ นั้นยิ่งใหญ่มาก การประดิษฐ์กล้องโทรทรรศน์และสเปกโตรสโคปเปิดกว้างให้กับมนุษย์ในโลกแห่งปรากฏการณ์ที่น่าตื่นตาตื่นใจและอุดมสมบูรณ์ที่สุดที่เกิดขึ้นในจักรวาลอันกว้างใหญ่ การประดิษฐ์กล้องจุลทรรศน์ได้ปฏิวัติชีววิทยา การถ่ายภาพได้ช่วยเหลือและยังคงช่วยเหลือวิทยาศาสตร์เกือบทุกแขนงต่อไป องค์ประกอบที่สำคัญที่สุดประการหนึ่งของอุปกรณ์ทางวิทยาศาสตร์คือเลนส์ หากไม่มีมันก็คงไม่มีกล้องจุลทรรศน์ กล้องโทรทรรศน์ สเปกโตรสโคป กล้อง ภาพยนตร์ โทรทัศน์ ฯลฯ จะไม่มีแว่นตา และผู้คนจำนวนมากที่มีอายุมากกว่า 50 ปีจะไม่สามารถอ่านหนังสือและทำงานหลายอย่างที่ต้องใช้การมองเห็นได้

ปรากฏการณ์ต่างๆ ที่ศึกษาโดยทัศนศาสตร์เชิงฟิสิกส์นั้นกว้างขวางมาก ปรากฏการณ์ทางแสงมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับปรากฏการณ์ที่ศึกษาในสาขาฟิสิกส์อื่นๆ และวิธีการวิจัยทางแสงเป็นวิธีหนึ่งที่ละเอียดอ่อนและแม่นยำที่สุด ดังนั้นจึงไม่น่าแปลกใจที่ทัศนศาสตร์มีบทบาทสำคัญในการศึกษาขั้นพื้นฐานและการพัฒนามุมมองทางกายภาพขั้นพื้นฐานมาเป็นเวลานาน พอจะกล่าวได้ว่าทั้งทฤษฎีทางกายภาพหลักของศตวรรษที่ผ่านมา - ทฤษฎีสัมพัทธภาพและทฤษฎีควอนตัม - มีต้นกำเนิดและพัฒนาในระดับใหญ่บนพื้นฐานของการวิจัยเชิงแสง การประดิษฐ์เลเซอร์ได้เปิดโอกาสใหม่ๆ มากมาย ไม่เพียงแต่ในด้านทัศนศาสตร์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงการใช้งานในสาขาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีต่างๆ ด้วย

คณะกรรมการการศึกษามอสโก

เวิลด์โอ ร ต

วิทยาลัยเทคโนโลยีมอสโก

ภาควิชาวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ

งานสุดท้ายในวิชาฟิสิกส์

ในหัวข้อ :

ดำเนินการโดยนักเรียนกลุ่ม 14: Ryazantseva Oksana

ครู: Gruzdeva L.N.

- อาร์ตซีบีเชฟ S.A. ฟิสิกส์ - อ.: เมดกิซ, 1950.

- Zhdanov L.S. Zhdanov G.L. ฟิสิกส์สำหรับสถาบันการศึกษาระดับมัธยมศึกษา - อ.: Nauka, 2524.

- Landsberg G.S. เลนส์ - ม.: Nauka, 1976.

- Landsberg G.S. หนังสือเรียนฟิสิกส์เบื้องต้น. - ม.: เนากา, 2529.

- โปรโครอฟ เอ.เอ็ม. สารานุกรมผู้ยิ่งใหญ่แห่งสหภาพโซเวียต - ม.: สารานุกรมโซเวียต, 2517.

- ศิวะคิน ดี.วี. หลักสูตรทั่วไปทางฟิสิกส์: ทัศนศาสตร์ - ม.: Nauka, 1980.

เลนส์เรขาคณิตเป็นกรณีที่เรียบง่ายอย่างยิ่งของเลนส์ โดยพื้นฐานแล้ว นี่เป็นเวอร์ชันประยุกต์ของเลนส์ออพติกคลื่นที่ไม่พิจารณาหรือไม่ถือว่าปรากฏการณ์ต่างๆ เช่น การรบกวนและการเลี้ยวเบน ทุกสิ่งที่นี่เรียบง่ายจนสุดขั้ว และนี่เป็นสิ่งที่ดี

แนวคิดพื้นฐาน

เลนส์เรขาคณิต– สาขาทัศนศาสตร์ที่ตรวจสอบกฎการแพร่กระจายของแสงในตัวกลางโปร่งใส กฎการสะท้อนของแสงจากพื้นผิวกระจก และหลักการสร้างภาพเมื่อแสงผ่านระบบออพติก

สำคัญ!กระบวนการทั้งหมดนี้ได้รับการพิจารณาโดยไม่คำนึงถึงคุณสมบัติคลื่นของแสง!

ในชีวิต เลนส์เรขาคณิตซึ่งเป็นแบบจำลองที่เรียบง่ายมาก แต่ก็ยังมีการใช้งานที่หลากหลาย มันเหมือนกับกลศาสตร์คลาสสิกและทฤษฎีสัมพัทธภาพ การคำนวณที่จำเป็นภายในกรอบของกลศาสตร์คลาสสิกมักจะง่ายกว่ามาก

แนวคิดพื้นฐานของทัศนศาสตร์เชิงเรขาคณิตคือ ลำแสง.

โปรดทราบว่าลำแสงจริงไม่กระจายไปตามเส้น แต่มีการกระจายเชิงมุมที่จำกัด ซึ่งขึ้นอยู่กับขนาดตามขวางของลำแสง เลนส์เชิงเรขาคณิตละเลยมิติตามขวางของลำแสง

กฎการแพร่กระจายของแสงเป็นเส้นตรง

กฎข้อนี้บอกเราว่าในตัวกลางที่เป็นเนื้อเดียวกัน แสงเดินทางเป็นเส้นตรง กล่าวอีกนัยหนึ่งจากจุด A ไปยังจุด B แสงจะเคลื่อนที่ไปตามเส้นทางที่ต้องใช้เวลาน้อยที่สุดในการเอาชนะ

กฎความเป็นอิสระของรังสีแสง

การแพร่กระจายของรังสีแสงเกิดขึ้นอย่างเป็นอิสระจากกัน มันหมายความว่าอะไร? ซึ่งหมายความว่าเลนส์เชิงเรขาคณิตถือว่ารังสีไม่มีอิทธิพลต่อกันและกัน และพวกมันก็แผ่กระจายออกไปราวกับไม่มีรังสีอื่นเลย

กฎแห่งการสะท้อนของแสง

เมื่อแสงกระทบกับพื้นผิวกระจก (สะท้อนแสง) การสะท้อนจะเกิดขึ้น นั่นคือการเปลี่ยนแปลงทิศทางการแพร่กระจายของลำแสง ดังนั้น กฎการสะท้อนระบุว่าเหตุการณ์และรังสีสะท้อนอยู่ในระนาบเดียวกันพร้อมกับเส้นปกติที่ลากไปยังจุดเกิดเหตุ นอกจากนี้มุมตกกระทบยังเท่ากับมุมสะท้อนนั่นคือ เส้นปกติจะแบ่งมุมระหว่างรังสีออกเป็นสองส่วนเท่าๆ กัน

กฎการหักเหของแสง (สเนลล์)

ที่รอยต่อระหว่างสื่อพร้อมกับการสะท้อน การหักเหก็เกิดขึ้นเช่นกัน เช่น ลำแสงแบ่งออกเป็นแบบสะท้อนและหักเห

อนึ่ง! ขณะนี้มีส่วนลดสำหรับผู้อ่านของเราทุกคน 10% บน งานประเภทใดก็ได้.

อัตราส่วนของไซน์ของมุมตกกระทบและการหักเหของแสงเป็นค่าคงที่และเท่ากับอัตราส่วนของดัชนีการหักเหของแสงของสื่อเหล่านี้ ปริมาณนี้เรียกอีกอย่างว่าดัชนีการหักเหของตัวกลางที่สองเทียบกับตัวแรก

ที่นี่ควรพิจารณาแยกกรณีของการสะท้อนภายในทั้งหมดแยกกัน เมื่อแสงแพร่กระจายจากตัวกลางที่มีความหนาแน่นทางการมองเห็นไปยังตัวกลางที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า มุมของการหักเหจะมากกว่ามุมตกกระทบ ดังนั้น เมื่อมุมตกกระทบเพิ่มขึ้น มุมการหักเหก็จะเพิ่มขึ้นด้วย ที่มุมตกกระทบที่กำหนด มุมการหักเหจะเท่ากับ 90 องศา เมื่อมุมตกกระทบเพิ่มขึ้นอีก แสงจะไม่หักเหเข้าสู่ตัวกลางที่สอง และความเข้มของเหตุการณ์และรังสีสะท้อนจะเท่ากัน นี่เรียกว่าการสะท้อนภายในทั้งหมด

กฎการกลับตัวของรังสีแสง

ลองจินตนาการว่าลำแสงที่แพร่กระจายไปในทิศทางหนึ่งมีการเปลี่ยนแปลงและการหักเหของแสงหลายครั้ง กฎการพลิกกลับได้ของรังสีแสงระบุว่าหากรังสีอื่นถูกส่งไปยังรังสีนี้ มันจะเป็นไปตามเส้นทางเดียวกันกับรังสีแรก แต่จะไปในทิศทางตรงกันข้าม

เราจะศึกษาพื้นฐานของทัศนศาสตร์เรขาคณิตต่อไป และในอนาคตเราจะดูตัวอย่างการแก้ปัญหาโดยใช้กฎต่างๆ อย่างแน่นอน หากคุณมีคำถามใด ๆ ในตอนนี้ ยินดีต้อนรับสู่ผู้เชี่ยวชาญเพื่อรับคำตอบที่ถูกต้อง บริการนักศึกษา. เราจะช่วยแก้ปัญหาใดๆ!

การแนะนำ................................................. ....... ........................................... ................ ........................... 2

บทที่ 1 กฎพื้นฐานของปรากฏการณ์ทางแสง........................................ .......... 4

1.1 กฎการแพร่กระจายของแสงเป็นเส้นตรง........................................ .......... .......... 4

1.2 กฎความเป็นอิสระของลำแสง............................................ ....... ...................... 5

1.3 กฎการสะท้อนแสง............................................ ....... ........................................... ............ . 5

1.4 กฎการหักเหของแสง............................................ ........ .......................................... ..... 5

บทที่ 2 ระบบออปติคอลในอุดมคติ................................................ ........ ......... 7

บทที่ 3 ส่วนประกอบของระบบออปติคอล................................................ .......... .. 9

3.1 ไดอะแฟรมและบทบาทในระบบออพติคอล................................................ .......... .................. 9

3.2 นักเรียนเข้าและออก................................................ ....... ........................................... . 10

บทที่ 4 ระบบออพติคอลสมัยใหม่................................................ ........ . 12

4.1 ระบบออปติคอล............................................ .... ........................................... .......... ..... 12

4.2 อุปกรณ์ถ่ายภาพ............................................ .... ........................................... 13

4.3 ดวงตาในฐานะระบบการมองเห็น.......................................... .......... ............................................ 13

บทที่ 5. ระบบแสงที่ช่วยดวงตา.................................... 16

5.1 แว่นขยาย............................................ .... ........................................... .......... .................................... 17

5.2 กล้องจุลทรรศน์................................................ ... ............................................... .......... ...................... 18

5.3 ขอบเขตการจำ............................................ .................................................... .......................... .......... 20

5.4 อุปกรณ์ฉายภาพ............................................ .................................................... .................... 21

5.5 อุปกรณ์สเปกตรัม............................................ ..... ........................................... ..........22

5.6 เครื่องมือวัดด้วยแสง............................................ ...... ........................... 23

บทสรุป................................................. ................................................ ...... ........................... 28

บรรณานุกรม................................................ . ................................................ ..... ..... 29

การแนะนำ.

ทัศนศาสตร์เป็นสาขาหนึ่งของฟิสิกส์ที่ศึกษาธรรมชาติของรังสีออปติคอล (แสง) การแพร่กระจายและปรากฏการณ์ที่สังเกตได้ระหว่างปฏิสัมพันธ์ของแสงและสสาร การแผ่รังสีเชิงแสงคือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ดังนั้นทัศนศาสตร์จึงเป็นส่วนหนึ่งของการศึกษาทั่วไปเกี่ยวกับสนามแม่เหล็กไฟฟ้า

ทัศนศาสตร์คือการศึกษาปรากฏการณ์ทางกายภาพที่เกี่ยวข้องกับการแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสั้นซึ่งมีความยาวประมาณ 10 -5 -10 -7 ม. ความสำคัญของภูมิภาคเฉพาะของสเปกตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้านี้เกิดจากความจริงที่ว่าภายใน ในช่วงความยาวคลื่นแคบๆ ตั้งแต่ 400-760 นาโนเมตร จะเป็นบริเวณของแสงที่ตามองเห็นซึ่งสายตามนุษย์รับรู้ได้โดยตรง รังสีเอกซ์ถูกจำกัดในด้านหนึ่ง และอีกด้านจำกัดด้วยคลื่นไมโครเวฟของคลื่นวิทยุ จากมุมมองของฟิสิกส์ของกระบวนการที่เกิดขึ้น การแยกสเปกตรัมแคบของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (แสงที่มองเห็น) นั้นไม่สมเหตุสมผลนัก ดังนั้นแนวคิดของ "ช่วงแสง" มักจะรวมถึงรังสีอินฟราเรดและรังสีอัลตราไวโอเลตด้วย

ข้อจำกัดของช่วงแสงเป็นไปตามเงื่อนไขและส่วนใหญ่จะถูกกำหนดโดยลักษณะทั่วไป วิธีการทางเทคนิคและวิธีการศึกษาปรากฏการณ์ในช่วงที่กำหนด วิธีการและวิธีการเหล่านี้มีลักษณะเฉพาะคือการก่อตัวของภาพของวัตถุออปติคัลตามคุณสมบัติคลื่นของการแผ่รังสีโดยใช้อุปกรณ์ที่มีขนาดเชิงเส้นใหญ่กว่าความยาว แล ของการแผ่รังสีมากตลอดจนการใช้ตัวรับแสงซึ่งการกระทำดังกล่าวคือ ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติควอนตัมของมัน

ตามประเพณี ทัศนศาสตร์มักแบ่งออกเป็นรูปทรงเรขาคณิต กายภาพ และสรีรวิทยา เลนส์เรขาคณิตทิ้งคำถามเกี่ยวกับธรรมชาติของแสงมาจากกฎเชิงประจักษ์ของการแพร่กระจายและใช้ความคิดของรังสีแสงที่หักเหและสะท้อนที่ขอบเขตของสื่อที่มีคุณสมบัติทางแสงที่แตกต่างกันและวัตถุที่เป็นเส้นตรงในตัวกลางที่เป็นเนื้อเดียวกันทางแสง หน้าที่ของมันคือการศึกษาเส้นทางของรังสีแสงในตัวกลางทางคณิตศาสตร์โดยขึ้นอยู่กับดัชนีการหักเหของแสง n บนพิกัดหรือในทางกลับกันเพื่อค้นหาคุณสมบัติทางแสงและรูปร่างของสื่อโปร่งใสและสะท้อนแสงซึ่งรังสีเกิดขึ้นตาม เส้นทางที่กำหนด เลนส์เชิงเรขาคณิตมีความสำคัญมากที่สุดในการคำนวณและการออกแบบอุปกรณ์เกี่ยวกับสายตา ตั้งแต่เลนส์แว่นตาไปจนถึงเลนส์เชิงซ้อน และอุปกรณ์ทางดาราศาสตร์ขนาดใหญ่

ทัศนศาสตร์กายภาพตรวจสอบปัญหาที่เกี่ยวข้องกับธรรมชาติของแสงและปรากฏการณ์แสง ข้อความที่ว่าแสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าตามขวางนั้นมีพื้นฐานมาจากผลการศึกษาทดลองจำนวนมากเกี่ยวกับการเลี้ยวเบนของแสง การรบกวน โพลาไรเซชันของแสง และการแพร่กระจายในสื่อแอนไอโซทรอปิก

หนึ่งในปัญหาดั้งเดิมที่สำคัญที่สุดของทัศนศาสตร์ - การได้ภาพที่สอดคล้องกับต้นฉบับทั้งในรูปทรงเรขาคณิตและการกระจายความสว่าง - ได้รับการแก้ไขโดยการใช้เลนส์เรขาคณิตเป็นหลักโดยมีส่วนร่วมของเลนส์กายภาพ ทัศนศาสตร์เชิงเรขาคณิตตอบคำถามว่าควรสร้างระบบการมองเห็นอย่างไรเพื่อให้แต่ละจุดของวัตถุถูกถ่ายทอดเป็นจุดๆ หนึ่ง โดยยังคงรักษาความคล้ายคลึงทางเรขาคณิตของภาพกับวัตถุไว้ โดยจะระบุแหล่งที่มาของการบิดเบือนของภาพและระดับของมันในระบบออพติคอลจริง ในการสร้างระบบออพติคัล เทคโนโลยีการผลิตวัสดุออพติคอลที่มีคุณสมบัติที่ต้องการ ตลอดจนเทคโนโลยีการประมวลผลองค์ประกอบทางแสงถือเป็นสิ่งสำคัญ ด้วยเหตุผลทางเทคโนโลยี เลนส์และกระจกที่มีพื้นผิวทรงกลมมักถูกใช้บ่อยที่สุด แต่เพื่อลดความซับซ้อนของระบบออพติคอลและปรับปรุงคุณภาพของภาพที่อัตราส่วนรูรับแสงสูง จึงมีการใช้องค์ประกอบทางแสง

บทที่ 1 กฎพื้นฐานของปรากฏการณ์ทางแสง

ในช่วงแรกของการวิจัยเกี่ยวกับแสงได้มีการทดลองกฎพื้นฐานสี่ประการของปรากฏการณ์ทางแสงต่อไปนี้:

1. กฎการแพร่กระจายของแสงเป็นเส้นตรง

2. กฎความเป็นอิสระของลำแสง

3. กฎการสะท้อนจากพื้นผิวกระจก

4. กฎการหักเหของแสงที่ขอบเขตของสื่อโปร่งใสทั้งสอง

การศึกษาเพิ่มเติมเกี่ยวกับกฎหมายเหล่านี้ ประการแรกพบว่า กฎหมายเหล่านี้มีความหมายลึกซึ้งเกินกว่าที่จะมองเห็นได้ในครั้งแรก และประการที่สอง พบว่ามีการบังคับใช้อย่างจำกัด และเป็นเพียงกฎหมายโดยประมาณเท่านั้น การกำหนดเงื่อนไขและข้อจำกัดของการบังคับใช้กฎหมายเกี่ยวกับแสงขั้นพื้นฐานหมายถึงความก้าวหน้าที่สำคัญในการศึกษาธรรมชาติของแสง

สาระสำคัญของกฎหมายเหล่านี้มีดังต่อไปนี้

ในตัวกลางที่เป็นเนื้อเดียวกัน แสงเดินทางเป็นเส้นตรง

กฎข้อนี้พบในงานด้านทัศนศาสตร์ของยุคลิด และอาจเป็นที่รู้จักและนำไปใช้ก่อนหน้านี้มาก

หลักฐานการทดลองของกฎนี้สามารถหาได้จากการสังเกตเงาที่แหลมคมโดย แหล่งที่มาของจุดแสงหรือการรับภาพโดยใช้รูเล็กๆ ข้าว. ภาพที่ 1 แสดงภาพที่ได้โดยใช้รูรับแสงขนาดเล็ก รูปร่างและขนาดของภาพที่แสดงว่าการฉายภาพเกิดขึ้นโดยใช้รังสีตรง

รูปที่ 1 การแพร่กระจายของแสงเป็นเส้นตรง: การรับภาพโดยใช้รูรับแสงแคบ

กฎของการขยายพันธุ์เป็นเส้นตรงถือได้ว่าเป็นที่ยอมรับอย่างมั่นคงจากประสบการณ์ มันมีความหมายที่ลึกซึ้งมาก เพราะแนวคิดเรื่องเส้นตรงนั้นดูเหมือนจะเกิดจากการสังเกตด้วยแสง แนวคิดทางเรขาคณิตของเส้นตรงในฐานะเส้นที่แสดงถึงระยะห่างที่สั้นที่สุดระหว่างจุดสองจุด คือแนวคิดของเส้นตรงที่แสงแพร่กระจายในตัวกลางที่เป็นเนื้อเดียวกัน

การศึกษารายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับปรากฏการณ์ที่อธิบายไว้แสดงให้เห็นว่ากฎการแพร่กระจายของแสงเป็นเส้นตรงจะสูญเสียแรงไปหากเราเคลื่อนไปยังรูที่เล็กมาก

ดังนั้นในการทดลองจึงแสดงไว้ในรูปที่ 1 เราจะได้ภาพที่ดีโดยมีขนาดรูประมาณ 0.5 มม. เมื่อลดขนาดรูลงในภายหลัง ภาพจะไม่สมบูรณ์ และด้วยรูขนาดประมาณ 0.5-0.1 ไมครอน ภาพจะไม่ทำงานเลยและหน้าจอจะสว่างเกือบเท่าๆ กัน

ฟลักซ์แสงสามารถแบ่งออกเป็นลำแสงแยกกันโดยเน้นโดยใช้ไดอะแฟรม การกระทำของลำแสงที่เลือกเหล่านี้กลายเป็นอิสระนั่นคือ ผลที่เกิดจากลำแสงเดี่ยวไม่ได้ขึ้นอยู่กับว่าลำแสงอื่นๆ กระทำพร้อมกันหรือถูกกำจัดออกไป

รังสีตกกระทบ เส้นปกติถึงพื้นผิวสะท้อนและรังสีสะท้อนอยู่ในระนาบเดียวกัน (รูปที่ 2) และมุมระหว่างรังสีกับเส้นปกติเท่ากัน: มุมตกกระทบ i เท่ากับมุม ของการสะท้อน i." กฎข้อนี้ยังถูกกล่าวถึงในงานของ Euclid ด้วย การก่อตั้งของมันเกี่ยวข้องกับการใช้พื้นผิวโลหะขัดเงา (กระจก) ซึ่งเป็นที่รู้จักในยุคที่ห่างไกลมาก

ข้าว. 2 กฎแห่งการสะท้อน

ข้าว. 3 กฎแห่งการหักเห

ไดอะแฟรมคือสิ่งกีดขวางทึบแสงที่จำกัดหน้าตัดของลำแสงในระบบออพติคอล (ในกล้องโทรทรรศน์ เครื่องหาระยะ กล้องจุลทรรศน์ กล้องฟิล์มและกล้องถ่ายภาพ ฯลฯ) บทบาทของไดอะแฟรมมักเล่นโดยเฟรมของเลนส์, ปริซึม, กระจกและชิ้นส่วนแสงอื่น ๆ , รูม่านตา, ขอบเขตของวัตถุที่มีแสงสว่างและในสเปกโตรสโคป - กรีด

ระบบแสงใด ๆ - ตาติดอาวุธและเปล่า, อุปกรณ์ถ่ายภาพ, เครื่องฉายภาพ - วาดภาพบนเครื่องบินในท้ายที่สุด (หน้าจอ, แผ่นถ่ายภาพ, จอประสาทตา); วัตถุโดยส่วนใหญ่แล้วจะเป็นสามมิติ อย่างไรก็ตาม แม้แต่ระบบออพติคอลในอุดมคติก็ไม่สามารถให้ภาพของวัตถุสามมิติบนเครื่องบินได้โดยไม่มีข้อจำกัด แท้จริงแล้ว จุดแต่ละจุดของวัตถุสามมิติอยู่ห่างจากระบบออพติคอลต่างกัน และสอดคล้องกับระนาบคอนจูเกตที่ต่างกัน

จุดส่องสว่าง O (รูปที่ 5) ให้ภาพที่คมชัดของ O` ในระนาบ MM 1 คอนจูเกตกับ EE แต่จุด A และ B ให้ภาพที่คมชัดใน A` และ B` และในระนาบ MM จะมีการฉายเป็นวงกลมแสง ซึ่งขนาดขึ้นอยู่กับข้อจำกัดของความกว้างของลำแสง ถ้าระบบไม่จำกัด ลำแสงจาก A และ B จะส่องสว่างระนาบ MM เท่าๆ กัน ซึ่งหมายความว่าจะไม่ได้รับภาพของวัตถุ แต่จะมีเพียงภาพของจุดแต่ละจุดที่อยู่ในระนาบ EE

ยิ่งลำแสงแคบ ภาพพื้นที่ของวัตถุบนเครื่องบินก็จะยิ่งชัดเจนยิ่งขึ้น แม่นยำยิ่งขึ้น ไม่ใช่วัตถุเชิงพื้นที่ที่ปรากฎบนเครื่องบิน แต่เป็นภาพแบน ซึ่งเป็นการฉายภาพของวัตถุบนระนาบ EE (ระนาบการติดตั้ง) ที่แน่นอน คอนจูเกตสัมพันธ์กับระบบด้วยระนาบภาพ MM จุดศูนย์กลางการฉายภาพเป็นหนึ่งในจุดของระบบ (จุดศูนย์กลางของรูม่านทางเข้าของอุปกรณ์ออปติก)

ขนาดและตำแหน่งของรูรับแสงจะกำหนดความสว่างและคุณภาพของภาพ ระยะชัดลึกและความละเอียดของระบบออพติคอล และขอบเขตการมองเห็น

ไดอะแฟรมที่จำกัดลำแสงอย่างรุนแรงที่สุดเรียกว่ารูรับแสงหรือมีประสิทธิภาพ บทบาทของมันสามารถแสดงได้โดยกรอบของเลนส์หรือไดอะแฟรมระเบิดแบบพิเศษ หากไดอะแฟรมนี้จำกัดลำแสงที่แรงกว่ากรอบเลนส์

ข้าว. 6. BB – ไดอะแฟรมรูรับแสง; B 1 B 1 – นักเรียนเข้า; B 2 B 2 – นักเรียนทางออก

ไดอะแฟรมรูรับแสงแบบระเบิดมักจะอยู่ระหว่างส่วนประกอบแต่ละชิ้น (เลนส์) ของระบบออพติคอลที่ซับซ้อน (รูปที่ 6) แต่สามารถวางไว้ด้านหน้าหรือหลังระบบได้

หาก BB เป็นไดอะแฟรมรูรับแสงจริง (รูปที่ 6) และ B 1 B 1 และ B 2 B 2 เป็นภาพที่ด้านหน้าและด้านหลังของระบบ รังสีทั้งหมดที่ผ่าน BB จะผ่าน B 1 B 1 และ B 2 B 2 และในทางกลับกันเช่น ไดอะแฟรมใด ๆ ВВ, 1 В 1, 2 В 2 จะจำกัดลำแสงที่ทำงานอยู่

รูม่านตาทางเข้าคือรูจริงหรือรูปภาพที่จำกัดลำแสงที่เข้ามาอย่างเข้มงวดที่สุด เช่น มองเห็นได้ในมุมที่เล็กที่สุดจากจุดตัดของแกนแสงกับระนาบของวัตถุ

รูม่านทางออกคือรูหรือภาพที่จำกัดลำแสงที่โผล่ออกมาจากระบบ รูม่านตาทางเข้าและทางออกจะเชื่อมโยงกันโดยสัมพันธ์กับระบบทั้งหมด

บทบาทของรูม่านตาสามารถเล่นได้จากหลุมใดหลุมหนึ่งหรือรูปภาพของมัน (ของจริงหรือจินตนาการ) ในบางกรณีที่สำคัญ วัตถุที่ถ่ายภาพจะเป็นรูที่ได้รับแสงสว่าง (เช่น รอยผ่าของสเปกโตรกราฟ) และการให้แสงสว่างนั้นมาจากแหล่งกำเนิดแสงที่อยู่ใกล้รูนั้นโดยตรง หรือโดยวิธีการของคอนเดนเซอร์เสริม ในกรณีนี้ ขึ้นอยู่กับตำแหน่ง บทบาทของรูม่านตาทางเข้าสามารถเล่นได้ตามขอบเขตของแหล่งกำเนิดหรือรูปภาพ หรือขอบเขตของคอนเดนเซอร์ ฯลฯ

หากไดอะแฟรมรูรับแสงอยู่ด้านหน้าระบบ ก็จะตรงกับรูม่านตาทางเข้า และรูม่านตาทางออกจะเป็นภาพในระบบนี้ หากอยู่ด้านหลังระบบก็จะตรงกับรูม่านตาทางออก และรูม่านตาทางเข้าจะเป็นภาพในระบบ หากไดอะแฟรมรูรับแสงของวัตถุระเบิดอยู่ภายในระบบ (รูปที่ 6) ดังนั้นรูปภาพ B 1 B 1 ที่ส่วนหน้าของระบบจะทำหน้าที่เป็นรูม่านตาทางเข้าและรูปภาพ B 2 B 2 ที่ด้านหลังของระบบ ทำหน้าที่เป็นนักเรียนทางออก มุมที่มองเห็นรัศมีของรูม่านตาทางเข้าจากจุดตัดของแกนกับระนาบของวัตถุเรียกว่า "มุมของรูรับแสง" และมุมที่มองเห็นรัศมีของรูม่านตาทางออกจากจุดนั้น ของจุดตัดของแกนกับระนาบภาพคือมุมการฉายภาพหรือมุมรูรับแสงทางออก [3]

บทที่ 4 ระบบแสงสมัยใหม่

เลนส์บางแสดงถึงระบบออพติคอลที่ง่ายที่สุด เลนส์บางเรียบง่ายส่วนใหญ่จะใช้ในรูปแบบของแว่นตาสำหรับแว่นตา นอกจากนี้ การใช้เลนส์เป็นแว่นขยายก็เป็นที่รู้จักกันดี

การทำงานของอุปกรณ์เกี่ยวกับการมองเห็นหลายชนิด เช่น หลอดฉายภาพ กล้อง และอุปกรณ์อื่นๆ สามารถเปรียบเทียบกันในเชิงแผนผังได้กับการทำงานของเลนส์ขนาดบาง อย่างไรก็ตาม เลนส์ที่บางจะให้ภาพที่ดีเฉพาะในกรณีที่ค่อนข้างหายาก เมื่อเราสามารถจำกัดตัวเองให้อยู่เพียงลำแสงสีเดียวแคบๆ ที่มาจากแหล่งกำเนิดตามแกนลำแสงหลักหรือจากมุมกว้างจากเลนส์นั้น ในปัญหาในทางปฏิบัติส่วนใหญ่ ซึ่งไม่ตรงตามเงื่อนไขเหล่านี้ ภาพที่ผลิตจากเลนส์บางๆ จะค่อนข้างไม่สมบูรณ์ ดังนั้น ในกรณีส่วนใหญ่ พวกเขาหันไปสร้างระบบออพติคอลที่ซับซ้อนมากขึ้นซึ่งมีพื้นผิวหักเหจำนวนมาก และไม่ถูกจำกัดด้วยข้อกำหนดด้านความใกล้ชิดของพื้นผิวเหล่านี้ (ข้อกำหนดที่พึงพอใจด้วยเลนส์บาง) [ 4 ]

โดยทั่วไป ดวงตาของมนุษย์มีลักษณะเป็นทรงกลม มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 2.5 ซม. ซึ่งเรียกว่าลูกตา (รูปที่ 10) ชั้นนอกของดวงตาที่ทึบแสงและทนทานเรียกว่าสเคลรา และส่วนหน้าที่โปร่งใสและนูนมากขึ้นเรียกว่ากระจกตา ด้านในของตาขาวถูกปกคลุมไปด้วยคอรอยด์ ซึ่งประกอบด้วยหลอดเลือดที่ไปเลี้ยงดวงตา ตรงข้ามกระจกตา คอรอยด์จะผ่านเข้าไปในม่านตา ซึ่งมีสีแตกต่างกันในแต่ละคน ซึ่งแยกออกจากกระจกตาด้วยห้องที่มีมวลน้ำโปร่งใส

มีรูกลมในม่านตา

เรียกว่ารูม่านตาซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางอาจแตกต่างกันไป ดังนั้นม่านตาจึงมีบทบาทเป็นไดอะแฟรม ซึ่งควบคุมการเข้าถึงแสงสู่ดวงตา ในที่มีแสงจ้า รูม่านตาจะเล็กลง และในที่แสงน้อยรูม่านตาจะขยายใหญ่ขึ้น ภายในลูกตาด้านหลังม่านตาคือเลนส์ซึ่งเป็นเลนส์นูนสองด้านที่ทำจากสารโปร่งใสซึ่งมีดัชนีการหักเหของแสงประมาณ 1.4 เลนส์ล้อมรอบด้วยกล้ามเนื้อวงแหวน ซึ่งสามารถเปลี่ยนความโค้งของพื้นผิวได้ และส่งผลให้มีกำลังแสงด้วย

บทที่ 5 ระบบแสงที่โอบอุ้มดวงตา

แม้ว่าดวงตาจะไม่ใช่เลนส์บาง ๆ แต่คุณยังคงสามารถหาจุดที่รังสีผ่านไปได้ในทางปฏิบัติโดยไม่มีการหักเหของแสงเช่น จุดที่ทำหน้าที่เป็นศูนย์กลางแสง จุดศูนย์กลางการมองเห็นของดวงตาอยู่ภายในเลนส์ใกล้กับพื้นผิวด้านหลัง ระยะห่าง h จากศูนย์กลางการมองเห็นถึงเรตินา เรียกว่าความลึกของดวงตา คือ 15 มม. สำหรับตาปกติ

เมื่อทราบตำแหน่งของจุดศูนย์กลางการมองเห็น คุณจะสามารถสร้างภาพของวัตถุบนเรตินาของดวงตาได้อย่างง่ายดาย ภาพเป็นจริงเสมอ ลดขนาด และผกผัน (รูปที่ 11, a) มุม φ ที่วัตถุ S 1 S 2 มองเห็นได้จากศูนย์กลางแสง O เรียกว่ามุมที่มองเห็น

จอประสาทตามีโครงสร้างที่ซับซ้อนและประกอบด้วยองค์ประกอบที่ไวต่อแสงแต่ละส่วน ดังนั้นจุดสองจุดของวัตถุที่อยู่ใกล้กันมากจนภาพบนเรตินาตกไปอยู่ในองค์ประกอบเดียวกันจะถูกรับรู้ด้วยตาเป็นจุดเดียว มุมการมองเห็นขั้นต่ำที่จุดเรืองแสงสองจุดหรือจุดสีดำสองจุดบนพื้นหลังสีขาวยังคงรับรู้แยกกันด้วยตาคือประมาณหนึ่งนาที ดวงตารับรู้รายละเอียดของวัตถุที่มองเห็นในมุมที่น้อยกว่า 1 นิ้วได้ไม่ดี นี่คือมุมที่มองเห็นส่วนใดส่วนหนึ่งได้ ซึ่งมีความยาว 1 ซม. ที่ระยะห่างจากตา 34 ซม. แสงไม่ดี (ตอนค่ำ) มุมความละเอียดขั้นต่ำจะเพิ่มขึ้นและสามารถเข้าถึงได้ 1° .

เมื่อนำวัตถุเข้ามาใกล้ดวงตามากขึ้น เราจะเพิ่มมุมมองและดังนั้นจึงได้

ความสามารถในการแยกแยะรายละเอียดเล็กๆ น้อยๆ ได้ดีขึ้น อย่างไรก็ตาม เราไม่สามารถนำมันเข้ามาใกล้ดวงตาได้มากนัก เนื่องจากความสามารถของดวงตาในการรองรับมีจำกัด สำหรับดวงตาปกติ ระยะห่างที่เหมาะสมที่สุดในการมองวัตถุคือประมาณ 25 ซม. ซึ่งดวงตาสามารถแยกแยะรายละเอียดได้ดีเพียงพอโดยไม่เมื่อยล้าเกินไป ระยะนี้เรียกว่าระยะการมองเห็นที่ดีที่สุด สำหรับสายตาสั้นระยะนี้ค่อนข้างน้อย ดังนั้นผู้ที่มีสายตาสั้นโดยวางวัตถุนั้นไว้ใกล้กับดวงตามากกว่าผู้ที่มีการมองเห็นปกติหรือสายตายาว จะมองเห็นได้จากมุมที่กว้างกว่าและสามารถแยกแยะรายละเอียดเล็กๆ น้อยๆ ได้ดีขึ้น

มุมมองที่เพิ่มขึ้นอย่างมากทำได้โดยใช้เครื่องมือทางแสง ตามวัตถุประสงค์ อุปกรณ์เกี่ยวกับสายตาที่ยึดดวงตาสามารถแบ่งออกเป็นกลุ่มใหญ่ๆ ได้ดังต่อไปนี้

1. อุปกรณ์ที่ใช้ในการตรวจวัตถุที่มีขนาดเล็กมาก (แว่นขยาย กล้องจุลทรรศน์) อุปกรณ์เหล่านี้ดูเหมือนจะ "ขยาย" วัตถุที่เป็นปัญหา

2. อุปกรณ์ที่ออกแบบมาสำหรับดูวัตถุที่อยู่ห่างไกล (กล้องส่องเฉพาะจุด กล้องส่องทางไกล กล้องโทรทรรศน์ ฯลฯ) อุปกรณ์เหล่านี้ดูเหมือนจะ "นำ" วัตถุที่เป็นปัญหาเข้ามาใกล้ยิ่งขึ้น

ด้วยการเพิ่มมุมรับภาพเมื่อใช้อุปกรณ์ออพติคัล ขนาดของภาพของวัตถุบนเรตินาจะเพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับภาพด้วยตาเปล่า และด้วยเหตุนี้ ความสามารถในการจดจำรายละเอียดจึงเพิ่มขึ้น อัตราส่วนของความยาว b บนเรตินาในกรณีของตาติดอาวุธ b" ต่อความยาวของภาพสำหรับตาเปล่า b (รูปที่ 11, b) เรียกว่ากำลังขยายของอุปกรณ์ออพติคัล

การใช้รูป 11b จะสังเกตได้ง่ายว่าการเพิ่มขึ้นของ N ยังเท่ากับอัตราส่วนของมุมที่มองเห็น φ" เมื่อมองวัตถุผ่านอุปกรณ์ต่อมุมที่มองเห็น φ ด้วยตาเปล่า เนื่องจาก φ" และ φ มีขนาดเล็ก [2,3] ดังนั้น

ยังไม่มีข้อความ = ข" / ข = φ" / φ,

โดยที่ N คือกำลังขยายของวัตถุ

b" คือความยาวของภาพบนเรตินาของตาข้างติดอาวุธ

b คือความยาวของภาพบนเรตินาด้วยตาเปล่า

φ" – มุมมองเมื่อดูวัตถุผ่านเครื่องมือทางแสง

φ คือ มุมมองเมื่อมองวัตถุด้วยตาเปล่า

เครื่องมือวัดแสงที่ง่ายที่สุดอย่างหนึ่งคือแว่นขยาย ซึ่งเป็นเลนส์ที่มาบรรจบกันซึ่งออกแบบมาเพื่อดูภาพขยายของวัตถุขนาดเล็ก เลนส์จะถูกนำมาไว้ใกล้ดวงตา และวางวัตถุไว้ระหว่างเลนส์กับโฟกัสหลัก ตาจะเห็นภาพวัตถุเสมือนจริงและขยายใหญ่ขึ้น วิธีที่สะดวกที่สุดในการตรวจสอบวัตถุผ่านแว่นขยายด้วยสายตาที่ผ่อนคลายโดยปรับไปที่ระยะอนันต์ เมื่อต้องการทำเช่นนี้ วัตถุจะถูกวางในระนาบโฟกัสหลักของเลนส์ เพื่อให้รังสีที่โผล่ออกมาจากแต่ละจุดของวัตถุก่อตัวเป็นลำแสงขนานกันด้านหลังเลนส์ ในรูป รูปที่ 12 แสดงลำแสงสองอันที่มาจากขอบของวัตถุ เมื่อเข้าสู่ดวงตาที่ไม่มีที่สิ้นสุด ลำแสงคู่ขนานจะเพ่งไปที่เรตินาและให้ภาพที่ชัดเจนของวัตถุตรงนี้

กำลังขยายเชิงมุมดวงตาอยู่ใกล้กับเลนส์มาก ดังนั้นมุมรับภาพจึงสามารถเป็นมุม 2γ ที่เกิดจากรังสีที่มาจากขอบของวัตถุผ่านศูนย์กลางแสงของเลนส์ หากไม่มีแว่นขยาย เราจะต้องวางวัตถุนั้นให้ห่างจากดวงตาที่ดีที่สุด (25 ซม.) และมุมการมองเห็นจะเท่ากับ 2β เมื่อพิจารณาสามเหลี่ยมมุมฉากที่มีด้าน 25 ซม. และ F ซม. และแสดงถึงครึ่งหนึ่งของวัตถุ Z เราสามารถเขียนได้:

โดยที่ 2γ คือมุมที่มองเห็นเมื่อมองผ่านแว่นขยาย

2β - มุมมองภาพเมื่อสังเกตด้วยตาเปล่า

F คือระยะห่างจากวัตถุถึงแว่นขยาย

Z คือครึ่งหนึ่งของความยาวของวัตถุที่ต้องการ

เนื่องจากรายละเอียดเล็กๆ น้อยๆ มักจะถูกตรวจสอบผ่านแว่นขยาย ดังนั้นมุม γ และ β จึงมีขนาดเล็ก ดังนั้นแทนเจนต์จึงสามารถแทนที่ด้วยมุมได้ นี่จะให้นิพจน์ต่อไปนี้สำหรับการขยายแว่นขยาย = =

ดังนั้น กำลังขยายของแว่นขยายจึงเป็นสัดส่วน 1/F ซึ่งก็คือกำลังแสงของแว่นขยาย

อุปกรณ์ที่ช่วยให้คุณได้รับกำลังขยายสูงเมื่อดูวัตถุขนาดเล็กเรียกว่ากล้องจุลทรรศน์

กล้องจุลทรรศน์ที่ง่ายที่สุดประกอบด้วยเลนส์รวบรวมสองตัว เลนส์โฟกัสสั้นมาก L 1 ให้ภาพจริงที่มีการขยายสูงของวัตถุ P"Q" (รูปที่ 13) ซึ่งมองด้วยเลนส์ใกล้ตาเหมือนแว่นขยาย

ให้เราแสดงกำลังขยายเชิงเส้นที่กำหนดโดยเลนส์ด้วย n 1 และโดยเลนส์ใกล้ตาด้วย n 2 ซึ่งหมายความว่า = n 1 และ = n 2

โดยที่ P"Q" เป็นภาพจริงที่ขยายใหญ่ขึ้นของวัตถุ

PQ – ขนาดวัตถุ

เมื่อคูณนิพจน์เหล่านี้เราจะได้ = n 1 n 2

โดยที่ PQ คือขนาดของวัตถุ

P""Q"" - ภาพเสมือนขยายของวัตถุ

n 1 – กำลังขยายเชิงเส้นของเลนส์

n 2 – กำลังขยายเชิงเส้นของช่องมองภาพ

นี่แสดงให้เห็นว่ากำลังขยายของกล้องจุลทรรศน์เท่ากับผลคูณของกำลังขยายที่กำหนดโดยวัตถุประสงค์และช่องมองภาพแยกจากกัน ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะสร้างเครื่องมือที่ให้กำลังขยายที่สูงมาก สูงสุดถึง 1,000 และมากกว่านั้นอีก ในกล้องจุลทรรศน์ที่ดี เลนส์และช่องมองภาพมีความซับซ้อน

เลนส์ใกล้ตามักประกอบด้วยเลนส์สองตัว แต่เลนส์มีความซับซ้อนมากกว่ามาก ความปรารถนาที่จะได้รับกำลังขยายที่สูงทำให้ต้องใช้เลนส์โฟกัสสั้นที่มีกำลังแสงสูงมาก วัตถุดังกล่าวจะถูกวางไว้ใกล้กับเลนส์มากและก่อให้เกิดลำแสงกว้างที่เต็มพื้นที่ทั้งหมดของเลนส์ตัวแรก สิ่งนี้ทำให้เกิดสภาวะที่ไม่เอื้ออำนวยอย่างยิ่งในการได้ภาพที่คมชัด: เลนส์หนาและลำแสงที่ไม่อยู่ตรงกลาง ดังนั้นเพื่อแก้ไขข้อบกพร่องทุกประเภทเราจึงต้องใช้เลนส์กระจกหลายประเภทรวมกัน

ในกล้องจุลทรรศน์สมัยใหม่ เกือบจะถึงขีดจำกัดทางทฤษฎีแล้ว คุณสามารถมองเห็นวัตถุที่มีขนาดเล็กมากผ่านกล้องจุลทรรศน์ แต่ภาพของพวกมันจะปรากฏในรูปแบบของจุดเล็กๆ ที่ไม่มีความคล้ายคลึงกับวัตถุนั้น

เมื่อตรวจสอบอนุภาคขนาดเล็กดังกล่าว พวกเขาใช้สิ่งที่เรียกว่าอัลตราไมโครสโคป ซึ่งเป็นกล้องจุลทรรศน์ธรรมดาที่มีคอนเดนเซอร์ ซึ่งทำให้สามารถส่องวัตถุที่ต้องการให้สว่างอย่างเข้มข้นจากด้านข้าง ซึ่งตั้งฉากกับแกนของกล้องจุลทรรศน์

การใช้อัลตราไมโครสโคปทำให้สามารถตรวจจับอนุภาคที่มีขนาดไม่เกินมิลลิไมครอนได้

กล้องส่องเล็งที่ง่ายที่สุดประกอบด้วยเลนส์ที่มาบรรจบกันสองตัว เลนส์ข้างหนึ่งหันหน้าไปทางวัตถุที่กำลังมองอยู่เรียกว่าวัตถุประสงค์ และอีกเลนส์หนึ่งหันหน้าไปทางตาของผู้สังเกตเรียกว่าช่องมองภาพ

เลนส์ L 1 ให้ภาพวัตถุ P 1 Q 1 ที่วางอยู่ใกล้กับจุดโฟกัสหลักของเลนส์ที่กลับกันและลดขนาดลงอย่างมาก เลนส์ใกล้ตาถูกวางเพื่อให้ภาพของวัตถุอยู่ที่โฟกัสหลัก ในตำแหน่งนี้ ช่องมองภาพจะมีบทบาทเป็นแว่นขยาย ซึ่งจะช่วยให้เห็นภาพที่แท้จริงของวัตถุได้

ผลกระทบของท่อก็เหมือนกับแว่นขยาย คือการเพิ่มมุมมอง โดยปกติแล้ว เมื่อใช้ท่อ วัตถุจะถูกตรวจสอบในระยะทางที่มากกว่าความยาวของวัตถุหลายเท่า ดังนั้น มุมรับภาพที่มองเห็นวัตถุได้โดยไม่ต้องใช้หลอดสามารถถือเป็นมุม 2β ที่เกิดจากรังสีที่มาจากขอบของวัตถุผ่านศูนย์กลางแสงของเลนส์

ภาพนี้สามารถมองเห็นได้ที่มุม 2γ และเกือบจะอยู่ที่โฟกัส F ของเลนส์และที่โฟกัส F 1 ของเลนส์ใกล้ตา

เมื่อพิจารณาสามเหลี่ยมมุมฉากสองอันที่มีขาร่วม Z" เราสามารถเขียนได้:

F - เลนส์โฟกัส;

F 1 - โฟกัสช่องมองภาพ;

Z" คือความยาวครึ่งหนึ่งของวัตถุที่ต้องการ

มุม β และ γ มีขนาดไม่ใหญ่นัก ดังนั้นจึงเป็นไปได้ ด้วยการประมาณที่เพียงพอ เพื่อแทนที่ tanβ และ tgγ ด้วยมุม แล้วเพิ่มในท่อ = ,

โดยที่ 2γ คือมุมที่มองเห็นภาพของวัตถุ

2β - มุมมองที่วัตถุมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า

F - เลนส์โฟกัส;

F 1 - โฟกัสช่องมองภาพ

กำลังขยายเชิงมุมของท่อถูกกำหนดโดยอัตราส่วนของความยาวโฟกัสของเลนส์ต่อความยาวโฟกัสของเลนส์ใกล้ตา เพื่อให้ได้กำลังขยายสูง คุณต้องใช้เลนส์โฟกัสยาวและเลนส์ใกล้ตาที่มีโฟกัสสั้น [ 1 ]

เครื่องฉายภาพใช้เพื่อแสดงภาพที่ขยายใหญ่ขึ้นของภาพวาด ภาพถ่าย หรือภาพวาดบนหน้าจอ การวาดภาพบนกระจกหรือบนฟิล์มใสเรียกว่าสไลด์และอุปกรณ์ที่ออกแบบมาเพื่อแสดงภาพวาดดังกล่าวนั้นเป็นไดสโคป หากอุปกรณ์ได้รับการออกแบบมาให้แสดงภาพวาดและภาพวาดทึบแสง อุปกรณ์นั้นจะเรียกว่าอีพิสโคป อุปกรณ์ที่ออกแบบมาสำหรับทั้งสองกรณีเรียกว่าเอพิเดียสโคป

เลนส์ที่สร้างภาพของวัตถุที่อยู่ข้างหน้าเรียกว่าเลนส์ โดยทั่วไปแล้ว เลนส์คือระบบออพติคอลที่ช่วยขจัดข้อบกพร่องที่สำคัญที่สุดที่มีอยู่ในเลนส์แต่ละตัว เพื่อให้ผู้ชมมองเห็นภาพของวัตถุได้ชัดเจน ตัววัตถุนั้นจะต้องมีแสงสว่างจ้า

แผนภาพการออกแบบของเครื่องฉายภาพแสดงในรูปที่ 16

แหล่งกำเนิดแสง S วางอยู่ตรงกลางกระจกเว้า (ตัวสะท้อนแสง) ร. แสงที่มาจากแหล่งกำเนิด S โดยตรงและสะท้อนจากตัวสะท้อนแสง อาร์ตกลงบนคอนเดนเซอร์ K ซึ่งประกอบด้วยเลนส์พลาโนนูนสองตัว คอนเดนเซอร์จะรวบรวมรังสีแสงเหล่านี้เข้าไป

ในท่อ A เรียกว่าคอลลิเมเตอร์ จะมีร่องแคบ ซึ่งสามารถปรับความกว้างได้ด้วยการหมุนสกรู แหล่งกำเนิดแสงถูกวางไว้ด้านหน้าช่อง ซึ่งจะต้องตรวจสอบสเปกตรัม รอยกรีดนั้นอยู่ในระนาบโฟกัสของคอลลิเมเตอร์ ดังนั้นรังสีของแสงจึงออกจากคอลลิเมเตอร์ในรูปของลำแสงคู่ขนาน หลังจากผ่านปริซึมแล้ว รังสีของแสงจะพุ่งเข้าสู่หลอด B ซึ่งเป็นสเปกตรัมที่จะถูกสังเกต หากสเปกโตรสโคปมีไว้สำหรับการวัด รูปภาพของสเกลที่มีการหารจะถูกซ้อนทับบนภาพของสเปกตรัมโดยใช้อุปกรณ์พิเศษซึ่งช่วยให้คุณกำหนดตำแหน่งของเส้นสีในสเปกตรัมได้อย่างแม่นยำ

เมื่อตรวจสอบสเปกตรัม มักจะดีกว่าถ้าถ่ายภาพแล้วศึกษาโดยใช้กล้องจุลทรรศน์

อุปกรณ์สำหรับถ่ายภาพสเปกตรัมเรียกว่าสเปกโตรกราฟ

แผนภาพสเปกโตรกราฟแสดงในรูปที่ 1 18.

สเปกตรัมการแผ่รังสีถูกโฟกัสโดยใช้เลนส์ L 2 บนกระจกฝ้า AB ซึ่งถูกแทนที่ด้วยแผ่นถ่ายภาพเมื่อถ่ายภาพ [2]

เครื่องมือวัดด้วยแสงยังแพร่หลายในด้านธรณีวิทยา (ระดับ กล้องสำรวจ ฯลฯ)

ทิศทางที่มีแนวโน้มในการพัฒนาเครื่องมือวัดด้วยแสงประเภทใหม่คือการติดตั้งอุปกรณ์อ่านอิเล็กทรอนิกส์ที่ทำให้การอ่านและการมองเห็นง่ายขึ้น ฯลฯ [ 5 ]

บทที่ 6 การประยุกต์ระบบแสงในทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

การประยุกต์ใช้และบทบาทของระบบออปติคัลในด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีนั้นยอดเยี่ยมมาก หากไม่มีการศึกษาปรากฏการณ์ทางแสงและการพัฒนาเครื่องมือทางแสง มนุษยชาติก็คงไม่มีการพัฒนาทางเทคโนโลยีในระดับสูงเช่นนี้

เครื่องมือทางแสงสมัยใหม่เกือบทั้งหมดได้รับการออกแบบเพื่อการสังเกตการณ์ปรากฏการณ์ทางแสงโดยตรง

กฎการสร้างภาพเป็นพื้นฐานสำหรับการสร้างอุปกรณ์เกี่ยวกับแสงต่างๆ ส่วนหลักของอุปกรณ์ออพติคัลคือระบบออพติคอลบางประเภท ในอุปกรณ์ออพติคัลบางชนิด ภาพจะได้รับบนหน้าจอ ในขณะที่อุปกรณ์อื่นๆ ได้รับการออกแบบให้ทำงานร่วมกับดวงตา ในกรณีหลัง อุปกรณ์และดวงตาเป็นตัวแทนของระบบการมองเห็นแบบเดียว และได้รับภาพบนเรตินาของดวงตา

กำลังศึกษาอยู่บ้าง. คุณสมบัติทางเคมีนักวิทยาศาสตร์ได้คิดค้นวิธีการแก้ไขภาพบนพื้นผิวแข็ง และในการฉายภาพบนพื้นผิวนี้ พวกเขาเริ่มใช้ระบบแสงที่ประกอบด้วยเลนส์ ดังนั้นโลกจึงได้รับกล้องถ่ายรูปและฟิล์มและด้วยการพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กล้องวิดีโอและดิจิทัลในเวลาต่อมา

เพื่อศึกษาวัตถุขนาดเล็กที่แทบจะมองไม่เห็นด้วยตา ให้ใช้แว่นขยาย และหากกำลังขยายไม่เพียงพอ ก็จะใช้กล้องจุลทรรศน์ กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงสมัยใหม่ช่วยให้คุณสามารถขยายภาพได้มากถึง 1,000 เท่า และกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนนับหมื่นเท่า ทำให้สามารถศึกษาวัตถุในระดับโมเลกุลได้

การวิจัยทางดาราศาสตร์สมัยใหม่คงเป็นไปไม่ได้หากไม่มี "ทรัมเป็ตของกาลิเลโอ" และ "ทรัมเป็ตของเคปเลอร์" หลอดกาลิเลียนซึ่งมักใช้ในกล้องส่องทางไกลโรงละครทั่วไป ให้ภาพวัตถุโดยตรง ในขณะที่ท่อเคปเลอร์ให้ภาพกลับหัว ผลก็คือ หากจะใช้ท่อเคปเลอร์ในการสังเกตการณ์ภาคพื้นดิน ท่อก็จะติดตั้งระบบห่อหุ้มไว้ (เลนส์เพิ่มเติมหรือระบบปริซึม) ซึ่งส่งผลให้ภาพกลายเป็นภาพโดยตรง ตัวอย่างของอุปกรณ์ดังกล่าวคือกล้องส่องทางไกลปริซึม

ข้อดีของท่อเคปเลอร์คือมีภาพตรงกลางเพิ่มเติมในระนาบที่สามารถวางสเกลวัด แผ่นถ่ายภาพสำหรับถ่ายภาพ ฯลฯ ได้ เป็นผลให้ในทางดาราศาสตร์และในทุกกรณีที่เกี่ยวข้องกับการวัดจึงใช้ท่อเคปเลอร์

นอกจากกล้องโทรทรรศน์ที่สร้างขึ้นเหมือนกล้องโทรทรรศน์แล้ว กล้องหักเห กล้องโทรทรรศน์กระจก (สะท้อนแสง) หรือตัวสะท้อนแสง ก็มีความสำคัญมากในทางดาราศาสตร์

ความสามารถในการสังเกตของกล้องโทรทรรศน์แต่ละตัวนั้นถูกกำหนดโดยเส้นผ่านศูนย์กลางของช่องเปิด ดังนั้นตั้งแต่สมัยโบราณความคิดทางวิทยาศาสตร์และทางเทคนิคจึงมุ่งเป้าไปที่การค้นหา

วิธีทำกระจกและเลนส์บานใหญ่

ด้วยการสร้างกล้องโทรทรรศน์ใหม่แต่ละตัว รัศมีของจักรวาลที่เราสังเกตจึงขยายออก

การรับรู้พื้นที่ภายนอกด้วยการมองเห็นเป็นการกระทำที่ซับซ้อนซึ่งมีสถานการณ์สำคัญคือภายใต้สภาวะปกติเราใช้ตาทั้งสองข้าง ด้วยความคล่องตัวของดวงตา เราจึงสามารถแก้ไขจุดหนึ่งของวัตถุได้อย่างรวดเร็ว ในเวลาเดียวกัน เราสามารถประมาณระยะทางไปยังวัตถุที่ต้องการได้ รวมทั้งเปรียบเทียบระยะทางเหล่านี้ระหว่างกัน การประเมินนี้ให้แนวคิดเกี่ยวกับความลึกของอวกาศ การกระจายรายละเอียดของวัตถุตามปริมาตร และทำให้มองเห็นภาพสามมิติได้

ภาพสามมิติ 1 และ 2 ดูโดยใช้เลนส์ L 1 และ L 2 โดยแต่ละภาพวางไว้ข้างหน้าตาข้างเดียว รูปภาพจะอยู่ในระนาบโฟกัสของเลนส์ ดังนั้นภาพจึงอยู่ที่ระยะอนันต์ ดวงตาทั้งสองข้างได้รับการรองรับจนถึงระยะอนันต์ ภาพของภาพถ่ายทั้งสองถูกมองว่าเป็นวัตถุนูนชิ้นเดียวที่วางอยู่ในระนาบ S

ปัจจุบันกล้องสามมิติถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการศึกษาภาพภูมิประเทศ เมื่อถ่ายภาพพื้นที่จากจุดสองจุด จะได้ภาพสองภาพ ซึ่งเมื่อมองผ่านกล้องสามมิติ คุณจะมองเห็นภูมิประเทศได้ชัดเจน การมองเห็นสามมิติที่มีความชัดเจนมากขึ้นทำให้สามารถใช้กล้องสามมิติเพื่อตรวจจับเอกสาร เงิน ฯลฯ ปลอมได้

ในอุปกรณ์ทัศนศาสตร์ทางการทหารที่มีจุดประสงค์เพื่อการสังเกต (กล้องส่องทางไกล กล้องส่องทางไกลแบบสเตอริโอ) ระยะห่างระหว่างศูนย์กลางของเลนส์จะมากกว่าระยะห่างระหว่างดวงตาเสมอ และวัตถุที่อยู่ไกลจะดูโดดเด่นกว่าเมื่อสังเกตโดยไม่ใช้อุปกรณ์มาก

การศึกษาคุณสมบัติของแสงที่เดินทางในร่างกายที่มีดัชนีการหักเหของแสงสูง นำไปสู่การค้นพบการสะท้อนภายในทั้งหมด คุณสมบัตินี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตและการใช้ใยแก้วนำแสง ใยแก้วนำแสงช่วยให้รังสีแสงสามารถส่งผ่านได้โดยไม่สูญเสีย การใช้ใยแก้วนำแสงในระบบสื่อสารทำให้สามารถรับช่องสัญญาณความเร็วสูงในการรับและส่งข้อมูลได้

การสะท้อนภายในทั้งหมดทำให้สามารถใช้ปริซึมแทนกระจกได้ กล้องส่องทางไกลและปริทรรศน์แบบแท่งปริซึมถูกสร้างขึ้นบนหลักการนี้

การใช้เลเซอร์และระบบโฟกัสทำให้สามารถโฟกัสการแผ่รังสีเลเซอร์ไปที่จุดหนึ่งได้ ซึ่งใช้ในการตัดสารต่างๆ ในอุปกรณ์สำหรับอ่านและเขียนซีดี และในเครื่องวัดระยะด้วยเลเซอร์

ระบบออปติกถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการวัดมุมและระดับความสูง (ระดับ กล้องสำรวจ เสกแทนต์ ฯลฯ)

การใช้ปริซึมเพื่อแยกแสงสีขาวออกเป็นสเปกตรัมทำให้เกิดการสร้างสเปกโตรกราฟและสเปกโตรสโคป ช่วยให้คุณสามารถสังเกตสเปกตรัมการดูดกลืนแสงและการปล่อยก๊าซเรือนกระจกได้ ของแข็งและก๊าซ การวิเคราะห์สเปกตรัมช่วยให้คุณค้นหาได้ องค์ประกอบทางเคมีสาร

การใช้ระบบการมองเห็นที่ง่ายที่สุด - เลนส์บาง ช่วยให้บุคคลจำนวนมากที่มีข้อบกพร่องในระบบการมองเห็นสามารถมองเห็นได้ตามปกติ (แว่นตา เลนส์ตา ฯลฯ)

ด้วยระบบออพติคัล ทำให้มีการค้นพบทางวิทยาศาสตร์และความสำเร็จมากมาย

ระบบการมองเห็นถูกนำมาใช้ในทุกด้านของกิจกรรมทางวิทยาศาสตร์ ตั้งแต่ชีววิทยาไปจนถึงฟิสิกส์ ดังนั้นเราจึงสามารถพูดได้ว่าขอบเขตของการประยุกต์ใช้ระบบออพติคอลในวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีนั้นไร้ขีดจำกัด [4.6]

บทสรุป.

บรรณานุกรม.

1. อาร์ตซีบีเชฟ เอส.เอ. ฟิสิกส์ - ม.: เมดกิซ, 2493. - 511 น.

2.ซดานอฟ แอล.เอส. Zhdanov G.L. ฟิสิกส์สำหรับสถาบันการศึกษาระดับมัธยมศึกษา - ม.: Nauka, 1981. - 560 น.

3. ลันด์สเบิร์ก จี.เอส. เลนส์ - ม.: Nauka, 2519 - 928 หน้า

4. ลันด์สเบิร์ก จี.เอส. หนังสือเรียนฟิสิกส์เบื้องต้น. - อ.: เนากา, 2529. - ต.3. - 656ส.

5. โปรโครอฟ เอ.เอ็ม. สารานุกรมผู้ยิ่งใหญ่แห่งสหภาพโซเวียต - ม.: สารานุกรมโซเวียต, 2517. - ต.18. - 632ส

6. ศิวะคิน ดี.วี. หลักสูตรทั่วไปทางฟิสิกส์: ทัศนศาสตร์ - ม.: Nauka, 1980. - 751 น.

สาขาฟิสิกส์ที่เก่าแก่และกว้างขวางสาขาหนึ่งคือทัศนศาสตร์ ความสำเร็จของบริษัทถูกนำมาใช้ในกิจกรรมทางวิทยาศาสตร์และสาขาต่างๆ มากมาย: วิศวกรรมไฟฟ้า อุตสาหกรรม การแพทย์ และอื่นๆ จากบทความคุณจะพบว่าการศึกษาทางวิทยาศาสตร์นี้คืออะไร ประวัติความเป็นมาของการพัฒนาแนวคิดเกี่ยวกับเรื่องนี้ ความสำเร็จที่สำคัญที่สุด และระบบออพติคัลและเครื่องมือใดบ้างที่มีอยู่

ทัศนศาสตร์ศึกษาอะไร?

ชื่อของวินัยนี้มีต้นกำเนิดมาจากภาษากรีกและแปลว่า "ศาสตร์แห่งการรับรู้ทางสายตา" ทัศนศาสตร์เป็นสาขาวิชาฟิสิกส์ที่ศึกษาธรรมชาติของแสง คุณสมบัติของแสง และกฎที่เกี่ยวข้องกับการแพร่กระจายของแสง วิทยาศาสตร์นี้ศึกษาธรรมชาติของแสงที่ตามองเห็น รังสีอินฟราเรด และรังสีอัลตราไวโอเลต เนื่องจากต้องขอบคุณแสงที่ทำให้ผู้คนสามารถมองเห็นโลกรอบตัวได้ สาขาฟิสิกส์นี้จึงเป็นสาขาวิชาที่เกี่ยวข้องกับการรับรู้ทางสายตาของรังสีด้วย และไม่น่าแปลกใจเลยที่ดวงตาเป็นระบบการมองเห็นที่ซับซ้อน

ประวัติความเป็นมาของการก่อตัวของวิทยาศาสตร์

ทัศนศาสตร์ถือกำเนิดขึ้นในสมัยโบราณ เมื่อผู้คนพยายามทำความเข้าใจธรรมชาติของแสงและค้นหาว่าพวกเขาสามารถมองเห็นวัตถุในโลกโดยรอบได้อย่างไร

นักปรัชญาโบราณถือว่าแสงที่มองเห็นเป็นรังสีที่ออกมาจากดวงตาของบุคคล หรือกระแสอนุภาคเล็กๆ ที่กระจัดกระจายจากวัตถุและเข้าสู่ดวงตา

ต่อมานักวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียงหลายคนได้ศึกษาธรรมชาติของแสง ไอแซก นิวตัน ได้สร้างทฤษฎีเกี่ยวกับคอร์ปัสเคิล ซึ่งเป็นอนุภาคเล็กๆ ของแสง นักวิทยาศาสตร์อีกคนหนึ่งชื่อ ไฮเกนส์ ได้หยิบยกทฤษฎีคลื่นขึ้นมา

นักฟิสิกส์แห่งศตวรรษที่ 20 ยังคงสำรวจธรรมชาติของแสงอย่างต่อเนื่อง: แม็กซ์เวลล์ พลังค์ ไอน์สไตน์

ในปัจจุบัน สมมติฐานของนิวตันและไฮเกนส์ได้รวมกันเป็นหนึ่งเดียวในแนวคิดเรื่องความเป็นคู่ของคลื่นและอนุภาค โดยที่แสงมีคุณสมบัติเป็นทั้งอนุภาคและคลื่น

ส่วนต่างๆ

หัวข้อของการวิจัยด้านทัศนศาสตร์ไม่เพียงแต่แสงและธรรมชาติเท่านั้น แต่ยังรวมถึงเครื่องมือสำหรับการวิจัยนี้ กฎและคุณสมบัติของปรากฏการณ์นี้ และอื่นๆ อีกมากมาย ดังนั้น วิทยาศาสตร์จึงมีหลายส่วนที่เกี่ยวกับการวิจัยแต่ละด้าน

เลนส์เรขาคณิต
คลื่น;
ควอนตัม

แต่ละส่วนจะกล่าวถึงรายละเอียดด้านล่าง

เลนส์เรขาคณิต

ในส่วนนี้มีกฎแห่งทัศนศาสตร์ดังต่อไปนี้:

กฎว่าด้วยความตรงของการแพร่กระจายของแสงที่ส่องผ่านตัวกลางที่เป็นเนื้อเดียวกัน ลำแสงถือเป็นเส้นตรงที่อนุภาคแสงผ่านไป

กฎแห่งการสะท้อน:

การตกกระทบและรังสีสะท้อน รวมถึงแนวตั้งฉากกับส่วนต่อประสานระหว่างตัวกลางทั้งสองที่สร้างขึ้นใหม่ ณ จุดที่เกิดรังสีนั้นอยู่ในระนาบเดียวกัน ( ระนาบของเหตุการณ์)มุมสะท้อน γ เท่ากับมุมตกกระทบ α

กฎการหักเห:

เหตุการณ์และรังสีหักเห เช่นเดียวกับแนวตั้งฉากกับส่วนต่อประสานระหว่างตัวกลางทั้งสอง ซึ่งสร้างขึ้นใหม่ ณ จุดที่เกิดรังสี นั้นอยู่ในระนาบเดียวกัน อัตราส่วนของไซน์ของมุมตกกระทบ α ต่อไซน์ของมุมการหักเหของแสง β เป็นค่าคงที่สำหรับตัวกลางที่กำหนดสองตัว

เลนส์เป็นวิธีการศึกษาคุณสมบัติของแสงในทัศนศาสตร์เชิงเรขาคณิต

เลนส์คือตัวโปร่งใสที่สามารถส่งผ่านและดัดแปลงได้ โดยแบ่งเป็น ส่วนนูนและส่วนเว้า รวมไปถึงการรวบรวมและการกระเจิง เลนส์เป็นส่วนประกอบหลักของอุปกรณ์เกี่ยวกับสายตาทั้งหมด เมื่อความหนามีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับรัศมีของพื้นผิวจะเรียกว่าบาง ในทางทัศนศาสตร์ สูตรสำหรับเลนส์บางมีลักษณะดังนี้:

1/d + 1/f = D โดยที่

d คือระยะห่างจากวัตถุถึงเลนส์ f คือระยะห่างระหว่างภาพจากเลนส์ D คือกำลังแสงของเลนส์ (วัดเป็นไดออปเตอร์)

เลนส์คลื่นและแนวคิดของมัน

เนื่องจากเป็นที่ทราบกันว่าแสงมีคุณสมบัติทั้งหมดของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า สาขาฟิสิกส์ที่แยกจากกันจึงศึกษาการสำแดงของคุณสมบัติเหล่านี้ มันเรียกว่าคลื่นทัศนศาสตร์

แนวคิดพื้นฐานของสาขาทัศนศาสตร์นี้คือ การกระจายตัว การรบกวน การเลี้ยวเบน และโพลาไรซ์

นิวตันค้นพบปรากฏการณ์การกระจายตัวเนื่องจากการทดลองของเขากับปริซึม การค้นพบนี้เป็นก้าวสำคัญในการทำความเข้าใจธรรมชาติของแสง เขาค้นพบว่าการหักเหของรังสีแสงขึ้นอยู่กับสีของแสง ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการกระจายหรือการกระเจิงของแสง เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าสีขึ้นอยู่กับความยาวคลื่น นอกจากนี้ นิวตันยังเป็นผู้ที่เสนอแนวคิดเรื่องสเปกตรัมเพื่อแสดงถึงแถบสีรุ้งที่ได้จากการกระจายตัวผ่านปริซึม

การยืนยันธรรมชาติคลื่นของแสงคือการรบกวนของคลื่นที่จุงค้นพบ นี่คือชื่อที่ตั้งให้กับการซ้อนทับกันของคลื่นตั้งแต่สองลูกขึ้นไปที่ซ้อนทับกัน เป็นผลให้เราสามารถเห็นปรากฏการณ์ของการเสริมแรงและอ่อนแรงของการสั่นสะเทือนของแสงที่จุดต่าง ๆ ในอวกาศ การรบกวนที่สวยงามและคุ้นเคยสำหรับทุกคนคือฟองสบู่และฟิล์มสีรุ้งของน้ำมันเบนซินที่หกรั่วไหล

ทุกคนประสบกับปรากฏการณ์การเลี้ยวเบน คำนี้แปลจากภาษาละตินว่า "แตกหัก" การเลี้ยวเบนในทัศนศาสตร์คือการโค้งงอของคลื่นแสงรอบขอบสิ่งกีดขวาง ตัวอย่างเช่น หากคุณวางลูกบอลในเส้นทางของลำแสง วงแหวนสลับกันจะปรากฏบนหน้าจอด้านหลัง - สว่างและมืด สิ่งนี้เรียกว่ารูปแบบการเลี้ยวเบน จุงและเฟรสเนลได้ศึกษาปรากฏการณ์นี้

แนวคิดหลักสุดท้ายในทัศนศาสตร์คลื่นคือโพลาไรซ์ แสงจะถูกเรียกว่าโพลาไรซ์หากสั่งทิศทางของการสั่นของคลื่น เนื่องจากแสงเป็นคลื่นตามยาวและไม่ใช่คลื่นตามขวาง การสั่นสะเทือนจึงเกิดขึ้นเฉพาะในทิศทางตามขวางเท่านั้น

เลนส์ควอนตัม

แสงไม่ได้เป็นเพียงคลื่นเท่านั้น แต่ยังเป็นกระแสของอนุภาคด้วย บนพื้นฐานขององค์ประกอบนี้สาขาวิทยาศาสตร์เช่นทัศนศาสตร์ควอนตัมก็เกิดขึ้น รูปร่างหน้าตามีความเกี่ยวข้องกับชื่อของ Max Planck

ควอนตัมคือส่วนใดๆ ของบางสิ่ง และในกรณีนี้ เรากำลังพูดถึงควอนตัมการแผ่รังสี ซึ่งก็คือ ส่วนของแสงที่ปล่อยออกมาในระหว่างนั้น คำว่าโฟตอนใช้เพื่อแสดงอนุภาค (จากภาษากรีก φωτός - "แสง") แนวคิดนี้เสนอโดย Albert Einstein ในส่วนของทัศนศาสตร์ในส่วนนี้ สูตรของไอน์สไตน์ E=mc 2 ยังใช้เพื่อศึกษาคุณสมบัติของแสงอีกด้วย

วัตถุประสงค์หลักของส่วนนี้คือการศึกษาและลักษณะเฉพาะของอันตรกิริยาของแสงกับสสารและการศึกษาการแพร่กระจายของแสงในสภาวะที่ไม่ปกติ

คุณสมบัติของแสงเป็นกระแสของอนุภาคปรากฏภายใต้เงื่อนไขต่อไปนี้:

การแผ่รังสีความร้อน
เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริค
กระบวนการโฟโตเคมี
การกระตุ้นการปล่อยก๊าซ ฯลฯ

ในทัศนศาสตร์ควอนตัม มีแนวคิดเรื่องแสงที่ไม่ใช่แบบคลาสสิก ความจริงก็คือว่าลักษณะควอนตัมของการแผ่รังสีแสงไม่สามารถอธิบายได้ภายในกรอบของทัศนศาสตร์แบบคลาสสิก ตัวอย่างเช่นแสงที่ไม่ใช่แบบคลาสสิกใช้สองโฟตอนที่ถูกบีบอัดในหลาย ๆ ด้าน: สำหรับการสอบเทียบเครื่องตรวจจับแสงเพื่อการวัดที่แม่นยำ ฯลฯ แอปพลิเคชั่นอื่นคือการเข้ารหัสควอนตัม - วิธีการลับในการส่งข้อมูลโดยใช้รหัสไบนารี่โดยที่ทิศทางในแนวตั้ง โฟตอนถูกกำหนดให้เป็น 0 และทิศทางแนวนอนคือ 1

ความสำคัญของทัศนศาสตร์และอุปกรณ์เกี่ยวกับแสง

เทคโนโลยีด้านทัศนศาสตร์พบการใช้งานหลักในด้านใดบ้าง

ประการแรก หากไม่มีวิทยาศาสตร์นี้ ก็จะไม่มีอุปกรณ์เกี่ยวกับการมองเห็นสำหรับทุกคน เช่น กล้องโทรทรรศน์ กล้องจุลทรรศน์ กล้อง เครื่องฉายภาพ และอื่นๆ ด้วยความช่วยเหลือของเลนส์ที่คัดสรรมาเป็นพิเศษ ผู้คนสามารถสำรวจพิภพเล็ก จักรวาล วัตถุท้องฟ้า ตลอดจนบันทึกและถ่ายทอดข้อมูลในรูปแบบของภาพ

นอกจากนี้ ต้องขอบคุณทัศนศาสตร์ที่ทำให้มีการค้นพบที่สำคัญหลายประการในด้านธรรมชาติของแสง คุณสมบัติของมัน ปรากฏการณ์ของการรบกวน โพลาไรเซชัน และอื่นๆ

ในที่สุด เลนส์ก็ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการแพทย์ ตัวอย่างเช่น ในการศึกษารังสีเอกซ์ โดยมีการสร้างอุปกรณ์ที่ช่วยชีวิตคนจำนวนมากได้ ต้องขอบคุณวิทยาศาสตร์นี้ที่ทำให้เลเซอร์ถูกประดิษฐ์ขึ้นซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในการผ่าตัด

เลนส์และการมองเห็น

ดวงตาเป็นระบบการมองเห็น ด้วยคุณสมบัติของแสงและความสามารถของอวัยวะในการมองเห็น คุณจึงสามารถมองเห็นโลกรอบตัวคุณได้ น่าเสียดายที่มีเพียงไม่กี่คนเท่านั้นที่สามารถอวดวิสัยทัศน์ที่สมบูรณ์แบบได้ ด้วยความช่วยเหลือของระเบียบวินัยนี้ มันเป็นไปได้ที่จะฟื้นฟูความสามารถของผู้คนในการมองเห็นให้ดีขึ้นด้วยความช่วยเหลือของแว่นตาและคอนแทคเลนส์ ดังนั้นสถาบันทางการแพทย์ที่เกี่ยวข้องกับการเลือกผลิตภัณฑ์แก้ไขสายตาจึงได้รับชื่อที่เกี่ยวข้องเช่นกัน - เลนส์

เราสามารถสรุปได้ ดังนั้น ทัศนศาสตร์จึงเป็นศาสตร์เกี่ยวกับคุณสมบัติของแสง ซึ่งส่งผลต่อชีวิตหลายด้าน และมีการนำไปประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวางทั้งในด้านวิทยาศาสตร์และในชีวิตประจำวัน