1 kung ano ang pinag-aaralan ng optika. Ang optika ay isang sangay ng pisika na nag-aaral ng pag-uugali at katangian ng liwanag. Mga instrumentong optikal. Batas ng pagmuni-muni mula sa ibabaw ng salamin

- (Greek optike ang agham ng mga visual na perception, mula sa optos na nakikita, nakikita), isang sangay ng physics kung saan ang optical radiation (liwanag), ang mga proseso ng pagpapalaganap nito at mga phenomena na naobserbahan sa panahon ng impluwensya ng liwanag at in va ay pinag-aralan. Sa mata ang radiation ay kumakatawan sa... ... Pisikal na encyclopedia

- (Greek optike, mula sa optomai nakikita ko). Ang doktrina ng liwanag at ang epekto nito sa mata. Diksyunaryo ng mga banyagang salita na kasama sa wikang Ruso. Chudinov A.N., 1910. OPTICS Greek. optike, mula sa optomai, nakikita ko. Ang agham ng pagpapalaganap ng liwanag at ang epekto nito sa mata... ... Diksyunaryo ng mga banyagang salita ng wikang Ruso

optika- at, f. optika f. agham ng pangitain ng optika. 1. lipas na sa panahon Raek (isang uri ng panorama). Poppy. 1908. O sa pamamagitan ng salamin ng optika ay tinitingnan ko ang mga magagandang lugar ng aking mga ari-arian. Derzhavin Evgeniy. Mga tampok ng pangitain, pang-unawa sa isang bagay. Limitado ang optika ng aking mga mata; lahat ay nasa dilim... Makasaysayang Diksyunaryo ng Gallicisms ng Wikang Ruso

Modernong encyclopedia

Mga optika- OPTICS, isang sangay ng pisika na nag-aaral sa mga proseso ng paglabas ng liwanag, pagpapalaganap nito sa iba't ibang media at pakikipag-ugnayan nito sa bagay. Pinag-aaralan ng optika ang nakikitang bahagi ng spectrum ng mga electromagnetic wave at ang katabing ultraviolet... ... Illustrated Encyclopedic Dictionary

OPTICS, isang sangay ng pisika na nag-aaral ng liwanag at mga katangian nito. Kabilang sa mga pangunahing aspeto ang pisikal na katangian ng LIGHT, na sumasaklaw sa parehong mga alon at particle (PHOTONS), REFLECTION, REFRACTION, POLARIZATION ng liwanag at ang paghahatid nito sa pamamagitan ng iba't ibang media. Optika...... Pang-agham at teknikal na encyclopedic na diksyunaryo

OPTICS, optika, marami. hindi, babae (Griyegong optiko). 1. Department of Physics, isang agham na nag-aaral ng mga phenomena at katangian ng liwanag. Teoretikal na optika. Inilapat na optika. 2. nakolekta Mga aparato at instrumento, ang pagkilos kung saan ay batay sa mga batas ng agham na ito (espesyal). Matalino...... Ushakov's Explanatory Dictionary

- (mula sa Greek optike, ang agham ng visual na perception) isang sangay ng pisika na nag-aaral sa mga proseso ng paglabas ng liwanag, pamamahagi nito sa iba't ibang media at ang pakikipag-ugnayan ng liwanag sa bagay. Pinag-aaralan ng optika ang malawak na hanay ng electromagnetic spectrum... ... Malaking Encyclopedic Dictionary

OPTICS, at, kababaihan. 1. Isang sangay ng pisika na nag-aaral sa mga proseso ng paglabas ng liwanag, pagpapalaganap nito at pakikipag-ugnayan sa bagay. 2. nakolekta Mga aparato at instrumento na ang pagkilos ay batay sa mga batas ng agham na ito. Fiber optics (espesyal) na seksyon ng optika,... ... Ozhegov's Explanatory Dictionary

OPTIK- (mula sa Greek opsis vision), ang pag-aaral ng liwanag, isang mahalagang bahagi ng pisika. Ang O. ay bahagyang kasama sa larangan ng geophysics (atmospheric O., optika ng mga dagat, atbp.), bahagyang sa larangan ng pisyolohiya (pisyolohiya). Karaniwang pisikal. nilalaman O. ay nahahati sa pisikal... ... Great Medical Encyclopedia

Mga libro

Optika, A.N. Matveev. Inaprubahan ng Ministry of Higher and Secondary Education ng USSR bilang tulong sa pagtuturo para sa mga mag-aaral ng mga pisikal na espesyalidad sa mga unibersidad. Na-reproduce sa orihinal na spelling ng may-akda ng publikasyon...

- Kasaysayan ng pag-unlad ng optika.

- Mga pangunahing probisyon ng teoryang corpuscular ni Newton.

- Mga pangunahing probisyon ng teorya ng alon ni Huygens.

- Mga view sa likas na katangian ng liwanag sa XIX – XX mga siglo.

- Mga pangunahing prinsipyo ng optika.

- Mga katangian ng alon ng liwanag at geometric na optika.

- Ang mata bilang isang optical system.

- Spectroscope.

- Optical na aparato sa pagsukat.

- Konklusyon.

- Listahan ng ginamit na panitikan.

Kasaysayan ng pag-unlad ng optika.

Ang optika ay ang pag-aaral ng kalikasan ng liwanag, light phenomena at ang interaksyon ng liwanag sa bagay. At halos buong kasaysayan nito ay kwento ng paghahanap ng sagot: ano ang liwanag?

Ang isa sa mga unang teorya ng liwanag, ang teorya ng visual ray, ay iniharap ng pilosopong Griyego na si Plato noong mga 400 BC. e. Ipinapalagay ng teoryang ito na ang mga sinag ay nagmumula sa mata, na, kapag nakakatugon sa mga bagay, nagpapailaw sa kanila at lumilikha ng hitsura ng nakapaligid na mundo. Ang mga pananaw ni Plato ay suportado ng maraming mga sinaunang siyentipiko at, lalo na, si Euclid (ika-3 siglo BC), batay sa teorya ng visual ray, itinatag ang doktrina ng tuwid ng pagpapalaganap ng liwanag at itinatag ang batas ng pagmuni-muni.

Sa parehong mga taon, ang mga sumusunod na katotohanan ay natuklasan:

– straightness ng light propagation;

– ang phenomenon ng light reflection at ang batas ng reflection;

– ang kababalaghan ng light refraction;

– nakatutok na epekto ng isang malukong salamin.

Inilatag ng mga sinaunang Griyego ang pundasyon para sa sangay ng optika, na kalaunan ay naging kilala bilang geometric.

Ang pinaka-kagiliw-giliw na gawain sa optika na dumating sa amin mula sa Middle Ages ay ang gawain ng Arab scientist na si Alhazen. Pinag-aralan niya ang pagmuni-muni ng liwanag mula sa mga salamin, ang kababalaghan ng repraksyon at pagpapadala ng liwanag sa mga lente. Si Algazen ang unang nagpahayag ng ideya na ang liwanag ay may hangganan na bilis ng pagpapalaganap. Ang hypothesis na ito ay isang major

hakbang sa pag-unawa sa kalikasan ng liwanag.

Sa panahon ng Renaissance, maraming iba't ibang pagtuklas at imbensyon ang ginawa; Ang eksperimentong pamamaraan ay nagsimulang itatag bilang batayan para sa pag-aaral at pag-unawa sa nakapaligid na mundo.

Batay sa maraming mga eksperimentong katotohanan, sa kalagitnaan ng ika-17 siglo, dalawang hypotheses tungkol sa likas na katangian ng light phenomena ang lumitaw:

– corpuscular, na ipinapalagay na ang liwanag ay isang stream ng mga particle na inilalabas sa mataas na bilis ng mga makinang na katawan;

- wave, na nagtalo na ang ilaw ay ang longitudinal oscillatory na paggalaw ng isang espesyal na luminiferous medium - ether - nasasabik sa pamamagitan ng mga vibrations ng mga particle ng isang makinang na katawan.

Ang buong karagdagang pag-unlad ng doktrina ng liwanag hanggang sa kasalukuyan ay ang kasaysayan ng pag-unlad at pakikibaka ng mga hypotheses na ito, ang mga may-akda nito ay sina I. Newton at H. Huygens.

Ang mga pangunahing probisyon ng corpuscular theory ni Newton:

1) Binubuo ang liwanag ng maliliit na particle ng bagay na ibinubuga sa lahat ng direksyon sa mga tuwid na linya, o sinag, ng isang makinang na katawan, tulad ng nasusunog na kandila. Kung ang mga sinag na ito, na binubuo ng mga corpuscles, ay nahuhulog sa ating mata, pagkatapos ay makikita natin ang pinagmulan nito (Larawan 1).

2) Ang mga light corpuscle ay may iba't ibang laki. Ang pinakamalaking mga particle, kapag pumapasok sa mata, ay nagbibigay ng isang pandamdam ng pulang kulay, ang pinakamaliit - lila.

3) Ang puting kulay ay pinaghalong lahat ng kulay: pula, orange, dilaw, berde, asul, indigo, violet.

4) Ang pagmuni-muni ng liwanag mula sa ibabaw ay nangyayari dahil sa pagmuni-muni ng mga corpuscles mula sa dingding ayon sa batas ng ganap na nababanat na epekto (Larawan 2).

5) Ang kababalaghan ng light refraction ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na ang mga corpuscle ay naaakit ng mga particle ng medium. Ang mas siksik na daluyan, mas maliit ang anggulo ng repraksyon ay ang anggulo ng saklaw.

6) Ang phenomenon ng light dispersion, na natuklasan ni Newton noong 1666, ipinaliwanag niya ang mga sumusunod. Ang bawat kulay ay naroroon na sa puting liwanag. Ang lahat ng mga kulay ay ipinapadala sa pamamagitan ng interplanetary space at ang atmospera nang magkasama at gumagawa ng epekto ng puting liwanag. Puting liwanag - pinaghalong iba't ibang corpuscles - sumasailalim sa repraksyon pagkatapos dumaan sa isang prisma. Mula sa punto ng view ng mekanikal na teorya, ang repraksyon ay dahil sa mga puwersa mula sa mga particle ng salamin na kumikilos sa mga light corpuscle. Ang mga puwersang ito ay naiiba para sa iba't ibang mga corpuscles. Ang mga ito ay pinakamalaki para sa violet at pinakamaliit para sa pula. Ang landas ng mga corpuscle sa prisma ay iba-iba ang repraksyon para sa bawat kulay, kaya ang puting kumplikadong sinag ay mahahati sa mga may kulay na sinag ng bahagi.

7) Binalangkas ni Newton ang mga paraan upang ipaliwanag ang dobleng repraksyon, na nagpapalagay na ang mga sinag ng liwanag ay may "iba't ibang panig" - isang espesyal na pag-aari na nagiging sanhi ng kanilang pagkakaiba sa repraksyon kapag dumadaan sa isang birefringent na katawan.

Kasiya-siyang ipinaliwanag ng corpuscular theory ni Newton ang maraming optical phenomena na kilala noong panahong iyon. Ang may-akda nito ay nagtamasa ng napakalaking prestihiyo sa siyentipikong mundo, at ang teorya ni Newton ay nakakuha ng maraming tagasuporta sa lahat ng bansa.

Mga pangunahing prinsipyo ng wave theory ng liwanag ni Huygens.

1) Ang liwanag ay ang pagpapalaganap ng elastic periodic impulses sa eter. Ang mga impulses na ito ay pahaba at katulad ng mga tunog na impulses sa hangin.

2) Ang eter ay isang hypothetical medium na pumupuno sa celestial space at ang mga puwang sa pagitan ng mga particle ng mga katawan. Ito ay walang timbang, hindi sumusunod sa batas ng unibersal na grabitasyon, at may malaking pagkalastiko.

3) Ang prinsipyo ng pagpapalaganap ng mga vibrations ng eter ay ang bawat isa sa mga punto nito, kung saan naabot ng paggulo, ay ang sentro ng pangalawang alon. Ang mga alon na ito ay mahina, at ang epekto ay naobserbahan lamang kung saan dumaan ang kanilang sobre

ibabaw – harap ng alon (prinsipyo ng Huygens) (Larawan 3).

Ang mga light wave na direktang nagmumula sa pinanggalingan ay nagdudulot ng pandamdam ng paningin.

Ang isang napakahalagang punto sa teorya ni Huygens ay ang pagpapalagay na ang bilis ng pagpapalaganap ng liwanag ay may hangganan. Gamit ang kanyang prinsipyo, naipaliwanag ng siyentipiko ang maraming mga phenomena ng geometric optics:

– ang phenomenon ng light reflection at mga batas nito;

– ang kababalaghan ng light refraction at mga batas nito;

– ang kababalaghan ng kabuuang panloob na pagmuni-muni;

– ang kababalaghan ng double repraksyon;

– ang prinsipyo ng pagsasarili ng mga light ray.

Ang teorya ni Huygens ay nagbigay ng sumusunod na expression para sa refractive index ng isang medium:

Mula sa pormula ay malinaw na ang bilis ng liwanag ay dapat na nakasalalay sa kabaligtaran sa ganap na halaga ng daluyan. Ang konklusyong ito ay kabaligtaran ng konklusyon na nagmula sa teorya ni Newton. Dahil sa mababang antas ng teknolohiyang pang-eksperimento noong ika-17 siglo, imposibleng maitatag kung aling teorya ang tama.

Marami ang nag-alinlangan sa teorya ng alon ni Huygens, ngunit kabilang sa ilang mga tagasuporta ng mga pananaw ng alon sa likas na katangian ng liwanag ay sina M. Lomonosov at L. Euler. Sa pananaliksik ng mga siyentipikong ito, ang teorya ni Huygens ay nagsimulang magkaroon ng hugis bilang isang teorya ng mga alon, at hindi lamang aperiodic oscillations na nagpapalaganap sa eter.

Mga view sa likas na katangian ng liwanag sa XIX - XX mga siglo.

Noong 1801, nagsagawa si T. Jung ng isang eksperimento na ikinamangha ng mga siyentipiko sa buong mundo (Larawan 4)

S - pinagmumulan ng liwanag;

E – screen;

Ang B at C ay napakakitid na mga hiwa, na may pagitan ng 1-2 mm mula sa bawat isa.

Ayon sa teorya ni Newton, dalawang liwanag na guhit ang dapat lumabas sa screen; sa katunayan, maraming liwanag at madilim na guhit ang lumitaw, at isang liwanag na linya P ay direktang lumitaw sa tapat ng puwang sa pagitan ng mga slits B at C. Ipinakita ng karanasan na ang liwanag ay isang wave phenomenon. Binuo ni Jung ang teorya ni Huygens na may mga ideya tungkol sa mga vibrations ng butil at ang dalas ng mga vibrations. Binabalangkas niya ang prinsipyo ng interference, batay sa kung saan ipinaliwanag niya ang phenomenon ng diffraction, interference at kulay ng manipis na mga plato.

Pinagsama ng French physicist na si Fresnel ang prinsipyo ni Huygens ng wave motions at ang prinsipyo ng interference ni Young. Sa batayan na ito, siya ay nakabuo ng isang mahigpit na matematikal na teorya ng diffraction. Naipaliwanag ni Fresnel ang lahat ng optical phenomena na kilala noong panahong iyon.

Mga pangunahing prinsipyo ng Fresnel wave theory.

– Banayad – pagpapalaganap ng mga vibrations sa eter sa bilis kung saan ang modulus ng elasticity ng eter, r- density ng eter;

– Ang mga liwanag na alon ay nakahalang;

– Ang light ether ay may mga katangian ng isang elastic-solid na katawan at ganap na hindi mapipigil.

Kapag lumipat mula sa isang daluyan patungo sa isa pa, ang pagkalastiko ng eter ay hindi nagbabago, ngunit nagbabago ang density nito. Relatibong refractive index ng isang substance.

Ang mga transverse vibrations ay maaaring mangyari nang sabay-sabay sa lahat ng direksyon na patayo sa direksyon ng pagpapalaganap ng alon.

Ang gawa ni Fresnel ay nakakuha ng pagkilala mula sa mga siyentipiko. Di-nagtagal, lumitaw ang isang bilang ng mga eksperimental at teoretikal na gawa na nagpapatunay sa likas na alon ng liwanag.

Sa kalagitnaan ng ika-19 na siglo, nagsimulang matuklasan ang mga katotohanan na nagpapahiwatig ng koneksyon sa pagitan ng optical at electrical phenomena. Noong 1846, napansin ni M. Faraday ang mga pag-ikot ng mga eroplano ng polariseysyon ng liwanag sa mga katawan na inilagay sa isang magnetic field. Ipinakilala ni Faraday ang konsepto ng mga electric at magnetic field bilang mga kakaibang superimposition sa eter. Isang bagong "electromagnetic ether" ang lumitaw. Ang English physicist na si Maxwell ang unang nagbigay-pansin sa mga pananaw na ito. Binuo niya ang mga ideyang ito at bumuo ng isang teorya electromagnetic field.

Ang electromagnetic theory ng liwanag ay hindi tumawid sa mekanikal na teorya ng Huygens-Young-Fresnel, ngunit inilagay ito sa isang bagong antas. Noong 1900, ang German physicist na si Planck ay naglagay ng hypothesis tungkol sa quantum nature ng radiation. Ang kakanyahan nito ay ang mga sumusunod:

– ang liwanag na paglabas ay discrete sa kalikasan;

– Nagaganap din ang pagsipsip sa mga discrete na bahagi, quanta.

Ang enerhiya ng bawat quantum ay kinakatawan ng formula E = h n, Saan h ay pare-pareho ni Planck, at n ay ang dalas ng liwanag.

Limang taon pagkatapos ng Planck, ang gawain ng German physicist na si Einstein sa photoelectric effect ay nai-publish. Naniniwala si Einstein:

– ang liwanag na hindi pa nakikipag-ugnayan sa bagay ay may butil-butil na istraktura;

– ang istrukturang elemento ng discrete light radiation ay isang photon.

Kaya, lumitaw ang isang bagong quantum theory ng liwanag, na isinilang sa batayan ng corpuscular theory ni Newton. Ang isang quantum ay kumikilos bilang isang corpuscle.

Mga pangunahing probisyon.

– Ang liwanag ay ibinubuga, pinalaganap at hinihigop sa magkakahiwalay na bahagi - quanta.

– Quantum of light – ang isang photon ay nagdadala ng enerhiya na proporsyonal sa dalas ng alon kung saan ito ay inilalarawan ng electromagnetic theory E = h n .

– Ang isang photon ay may mass (), momentum at angular momentum ().

– Ang isang photon, bilang isang particle, ay umiiral lamang sa paggalaw na ang bilis ay ang bilis ng pagpapalaganap ng liwanag sa isang partikular na medium.

– Para sa lahat ng pakikipag-ugnayan kung saan nakikilahok ang isang photon, ang mga pangkalahatang batas ng konserbasyon ng enerhiya at momentum ay may bisa.

– Ang isang electron sa isang atom ay maaari lamang nasa ilang discrete stable stationary states. Ang pagiging nasa nakatigil na estado, ang isang atom ay hindi naglalabas ng enerhiya.

– Kapag lumilipat mula sa isang nakatigil na estado patungo sa isa pa, ang isang atom ay naglalabas (sumisipsip) ng isang photon na may dalas (kung saan E1 At E2– mga enerhiya ng paunang at panghuling estado).

Sa paglitaw ng quantum theory, naging malinaw na ang mga katangian ng corpuscular at wave ay dalawang panig lamang, dalawang magkakaugnay na pagpapakita ng kakanyahan ng liwanag. Hindi nila sinasalamin ang dialectical unity ng discreteness at continuity ng matter, na ipinahayag sa sabay-sabay na pagpapakita ng wave at corpuscular properties. Ang parehong proseso ng radiation ay maaaring ilarawan kapwa gamit ang isang mathematical apparatus para sa mga alon na nagpapalaganap sa espasyo at oras, at paggamit ng mga istatistikal na pamamaraan para sa paghula ng hitsura ng mga particle sa isang partikular na lugar at sa isang partikular na oras. Ang parehong mga modelong ito ay maaaring gamitin nang sabay-sabay, at depende sa mga kondisyon, ang isa sa mga ito ay ginustong.

Mga nagawa mga nakaraang taon sa larangan ng optika ay naging posible salamat sa pag-unlad ng parehong quantum physics at wave optics. Sa kasalukuyan, ang teorya ng liwanag ay patuloy na umuunlad.

Ang optika ay isang sangay ng pisika na nag-aaral ng mga katangian at pisikal na katangian ng liwanag, gayundin ang pakikipag-ugnayan nito sa bagay.

Ang pinakasimpleng optical phenomena, tulad ng paglitaw ng mga anino at paggawa ng mga imahe sa mga optical na instrumento, ay mauunawaan sa loob ng balangkas ng geometric optics, na gumagana sa konsepto ng mga indibidwal na light ray na sumusunod sa mga kilalang batas ng repraksyon at pagmuni-muni at independyente sa isa't isa. Upang maunawaan ang mas kumplikadong mga phenomena, kailangan ang pisikal na optika, na isinasaalang-alang ang mga phenomena na ito na may kaugnayan sa pisikal na katangian ng liwanag. Ginagawang posible ng pisikal na optika na makuha ang lahat ng mga batas ng geometric na optika at itatag ang mga limitasyon ng kanilang kakayahang magamit. Kung walang kaalaman sa mga hangganang ito, ang pormal na aplikasyon ng mga batas ng geometric na optika ay maaaring, sa mga partikular na kaso, ay humantong sa mga resulta na sumasalungat sa naobserbahang mga phenomena. Samakatuwid, hindi maaaring limitahan ng isa ang sarili sa pormal na pagtatayo ng geometric na optika, ngunit dapat tingnan ito bilang isang sangay ng pisikal na optika.

Ang konsepto ng isang light beam ay maaaring makuha mula sa pagsasaalang-alang ng isang tunay na light beam sa isang homogenous medium, kung saan ang isang makitid na parallel beam ay nakahiwalay gamit ang isang diaphragm. Kung mas maliit ang diameter ng mga butas na ito, mas makitid ang nakahiwalay na sinag, at sa limitasyon, papunta sa mga butas na kasing liit ng ninanais, tila ang isang light beam ay maaaring makuha bilang isang tuwid na linya. Ngunit ang ganitong proseso ng paghihiwalay ng isang arbitraryong makitid na sinag (beam) ay imposible dahil sa hindi pangkaraniwang bagay ng diffraction. Ang hindi maiiwasang angular expansion ng isang tunay na light beam na dumaan sa isang diaphragm ng diameter D ay tinutukoy ng diffraction angle j ~ l / D. Sa matinding kaso lamang kapag l=0, ang naturang pagpapalawak ay hindi magaganap, at ang isa ay maaaring magsalita ng ray bilang isang geometric na linya, ang direksyon kung saan tinutukoy ang direksyon ng pagpapalaganap ng liwanag na enerhiya.

Kaya, ang isang light ray ay isang abstract mathematical na konsepto, at ang geometric optics ay isang tinatayang paglimita sa kaso kung saan napupunta ang wave optics kapag ang wavelength ng liwanag ay nagiging zero.

Ang mata bilang isang optical system.

Ang organ ng paningin ng tao ay ang mga mata, na sa maraming aspeto ay kumakatawan sa isang napaka-advanced na optical system.

Sa pangkalahatan, ang mata ng tao ay isang spherical body na may diameter na mga 2.5 cm, na tinatawag na eyeball (Larawan 5). Ang opaque at matibay na panlabas na layer ng mata ay tinatawag na sclera, at ang transparent at mas matambok na bahagi sa harap nito ay tinatawag na cornea. Sa loob, ang sclera ay natatakpan ng isang choroid, na binubuo ng mga daluyan ng dugo na nagbibigay ng mata. Sa tapat ng kornea, ang choroid ay dumadaan sa iris, naiiba ang kulay sa iba't ibang tao, na pinaghihiwalay mula sa kornea ng isang silid na naglalaman ng isang transparent na tubig na masa.

Ang iris ay may bilog na butas na tinatawag na pupil, ang diameter nito ay maaaring mag-iba. Kaya, ang iris ay gumaganap ng papel ng isang diaphragm, na kinokontrol ang pag-access ng liwanag sa mata. Sa maliwanag na ilaw ang mag-aaral ay nagiging mas maliit, at sa mahinang ilaw ito ay lumalaki. Sa loob ng eyeball sa likod ng iris ay ang lens, na isang biconvex lens na gawa sa isang transparent substance na may refractive index na humigit-kumulang 1.4. Ang lens ay napapalibutan ng isang ring muscle, na maaaring magbago ng curvature ng mga ibabaw nito, at samakatuwid ang optical power nito.

Ang choroid sa loob ng mata ay natatakpan ng mga sanga ng photosensitive nerve, lalo na ang siksik sa harap ng pupil. Ang mga sanga na ito ay bumubuo sa retina, kung saan nakuha ang aktwal na imahe ng mga bagay na nilikha ng optical system ng mata. Ang espasyo sa pagitan ng retina at ng lens ay puno ng isang transparent na vitreous body, na may isang gelatinous na istraktura. Ang imahe ng mga bagay sa retina ay baligtad. Gayunpaman, ang aktibidad ng utak, na tumatanggap ng mga signal mula sa photosensitive nerve, ay nagpapahintulot sa amin na makita ang lahat ng mga bagay sa mga natural na posisyon.

Kapag ang ring muscle ng mata ay nakakarelaks, ang imahe ng malalayong bagay ay nakukuha sa retina. Sa pangkalahatan, ang istraktura ng mata ay tulad na ang isang tao ay nakakakita ng mga bagay na matatagpuan nang hindi lalampas sa 6 na metro mula sa mata nang walang pilay. Sa kasong ito, ang imahe ng mas malapit na mga bagay ay nakuha sa likod ng retina. Upang makakuha ng isang malinaw na imahe ng naturang bagay, ang annular na kalamnan ay pinipiga ang lens nang higit pa hanggang sa ang imahe ng bagay ay lumitaw sa retina, at pagkatapos ay hawak ang lens sa isang naka-compress na estado.

Kaya, ang "pagtutok" ng mata ng tao ay isinasagawa sa pamamagitan ng pagbabago ng optical power ng lens gamit ang annular na kalamnan. Ang kakayahan ng optical system ng mata na lumikha ng mga natatanging larawan ng mga bagay na matatagpuan sa iba't ibang distansya mula dito ay tinatawag na akomodasyon (mula sa Latin na "akomodasyon" - adaptasyon). Kapag tinitingnan ang napakalayo na mga bagay, ang mga parallel ray ay pumapasok sa mata. Sa kasong ito, ang mata ay sinasabing tinatanggap hanggang sa kawalang-hanggan.

Ang tirahan ng mata ay hindi walang hanggan. Sa tulong ng annular na kalamnan, ang optical power ng mata ay maaaring tumaas ng hindi hihigit sa 12 diopters. Kapag tumitingin sa malapit na mga bagay sa loob ng mahabang panahon, ang mata ay napapagod, at ang annular na kalamnan ay nagsisimulang magrelaks at ang imahe ng bagay ay lumabo.

Hinahayaan tayo ng mga mata ng tao na makita ang mga bagay nang malinaw hindi lamang sa liwanag ng araw. Ang kakayahan ng mata na umangkop sa iba't ibang antas ng pangangati ng mga dulo ng photosensitive nerve sa retina, i.e. sa iba't ibang antas ng ningning ng mga naobserbahang bagay ay tinatawag na adaptasyon.

Ang convergence ng mga visual axes ng mga mata sa isang tiyak na punto ay tinatawag na convergence. Kapag ang mga bagay ay matatagpuan sa isang malaking distansya mula sa isang tao, kung gayon kapag inililipat ang mga mata mula sa isang bagay patungo sa isa pa, ang mga palakol ng mga mata ay halos hindi nagbabago, at ang tao ay nawawalan ng kakayahang matukoy nang tama ang posisyon ng bagay. Kapag ang mga bagay ay napakalayo, ang mga palakol ng mga mata ay parallel, at ang isang tao ay hindi matukoy kung ang bagay na kanyang tinitingnan ay gumagalaw o hindi. Ang puwersa ng annular na kalamnan, na pumipilit sa lens kapag tinitingnan ang mga bagay na malapit sa tao, ay gumaganap din ng isang tiyak na papel sa pagtukoy ng posisyon ng mga katawan. tupa

Saklaw oscop.

Ang isang spectroscope ay ginagamit upang obserbahan ang spectra.

Ang pinakakaraniwang prismatic spectroscope ay binubuo ng dalawang tubo, kung saan inilalagay ang isang tatsulok na prisma (Larawan 7).

Sa pipe A, na tinatawag na collimator, mayroong isang makitid na hiwa, ang lapad nito ay maaaring iakma sa pamamagitan ng pag-ikot ng tornilyo. Ang isang ilaw na pinagmumulan ay inilalagay sa harap ng hiwa, ang spectrum nito ay dapat suriin. Ang slit ay matatagpuan sa eroplano ng collimator, at samakatuwid ang mga light ray mula sa collimator exit sa anyo ng isang parallel beam. Pagkatapos na dumaan sa prisma, ang mga light ray ay nakadirekta sa tube B, kung saan ang spectrum ay sinusunod. Kung ang isang spectroscope ay inilaan para sa mga sukat, kung gayon ang isang imahe ng isang sukat na may mga dibisyon ay superimposed sa imahe ng spectrum gamit ang isang espesyal na aparato, na nagbibigay-daan sa iyo upang tumpak na matukoy ang posisyon ng mga linya ng kulay sa spectrum.

Ang isang optical na aparato sa pagsukat ay isang instrumento sa pagsukat kung saan ang pagkita (pag-align ng mga hangganan ng isang kinokontrol na bagay na may isang hairline, crosshair, atbp.) o pagtukoy ng laki ay isinasagawa gamit ang isang aparato na may isang optical operating principle. Mayroong tatlong grupo ng mga optical na instrumento sa pagsukat: mga device na may prinsipyo ng optical sighting at isang mekanikal na paraan para sa pag-uulat ng paggalaw; mga device na may optical sighting at pag-uulat ng paggalaw; mga device na may mekanikal na pakikipag-ugnayan sa aparato ng pagsukat, na may optical na paraan para sa pagtukoy ng paggalaw ng mga contact point.

Ang mga unang device na naging laganap ay mga projector para sa pagsukat at pagsubaybay sa mga bahagi na may kumplikadong mga contour at maliliit na sukat.

Ang pinakakaraniwang pangalawang aparato ay isang unibersal na mikroskopyo sa pagsukat, kung saan ang bahaging sinusukat ay gumagalaw sa isang longitudinal na karwahe, at ang head microscope ay gumagalaw sa isang nakahalang na karwahe.

Ang mga aparato ng ikatlong pangkat ay ginagamit upang ihambing ang mga sinusukat na linear na dami sa mga sukat o kaliskis. Karaniwang pinagsama ang mga ito sa ilalim ng pangkalahatang pangalan na mga comparator. Kasama sa pangkat na ito ng mga device ang isang optimeter (opticator, makinang pangsukat, interferometer ng contact, tagahanap ng hanay ng optical, atbp.).

Ang mga instrumento sa pagsukat ng optical ay laganap din sa geodesy (level, theodolite, atbp.).

Ang Theodolite ay isang geodetic na instrumento para sa pagtukoy ng mga direksyon at pagsukat ng pahalang at patayong mga anggulo sa panahon ng geodetic na trabaho, topographical at surveying, sa konstruksyon, atbp.

Level - isang geodetic na instrumento para sa pagsukat ng mga elevation ng mga punto sa ibabaw ng lupa - leveling, pati na rin para sa pagtatakda ng mga pahalang na direksyon sa panahon ng pag-install, atbp. gumagana.

Sa nabigasyon, malawakang ginagamit ang sextant - isang goniometric mirror-reflective na instrumento para sa pagsukat ng taas ng celestial bodies sa itaas ng horizon o ang mga anggulo sa pagitan ng mga nakikitang bagay upang matukoy ang mga coordinate ng lugar ng nagmamasid. Ang pinakamahalagang katangian ng sextant ay ang kakayahang sabay na pagsamahin ang dalawang bagay sa field of view ng nagmamasid, kung saan sinusukat ang anggulo, na nagpapahintulot sa sextant na magamit sa isang eroplano o sa isang barko nang walang kapansin-pansing pagbaba sa katumpakan, kahit sa panahon ng pitching.

Ang isang promising na direksyon sa pagbuo ng mga bagong uri ng optical na mga instrumento sa pagsukat ay ang magbigay sa kanila ng mga elektronikong kagamitan sa pagbabasa na ginagawang posible upang pasimplehin ang pagbabasa at paningin, atbp.

Konklusyon.

Ang praktikal na kahalagahan ng optika at ang impluwensya nito sa iba pang mga sangay ng kaalaman ay napakahusay. Ang pag-imbento ng teleskopyo at spectroscope ay nagbukas sa tao ng isang pinakakahanga-hanga at mayamang mundo ng mga phenomena na nagaganap sa malawak na Uniberso. Ang pag-imbento ng mikroskopyo ay nagbago ng biology. Ang Photography ay nakatulong at patuloy na nakakatulong sa halos lahat ng sangay ng agham. Ang isa sa pinakamahalagang elemento ng kagamitang pang-agham ay ang lens. Kung wala ito ay walang mikroskopyo, teleskopyo, spectroscope, kamera, sinehan, telebisyon, atbp. walang salamin, at maraming tao na higit sa 50 ang hindi makakabasa at makakagawa ng maraming trabaho na nangangailangan ng paningin.

Ang hanay ng mga phenomena na pinag-aralan ng pisikal na optika ay napakalawak. Ang mga optical phenomena ay malapit na nauugnay sa mga phenomena na pinag-aralan sa iba pang mga sangay ng physics, at ang mga optical na pamamaraan ng pananaliksik ay kabilang sa mga pinaka banayad at tumpak. Samakatuwid, hindi nakakagulat na ang optika sa mahabang panahon ay gumaganap ng isang nangungunang papel sa maraming pangunahing pag-aaral at pag-unlad ng mga pangunahing pisikal na pananaw. Sapat na sabihin na ang parehong pangunahing pisikal na teorya ng huling siglo - ang teorya ng relativity at ang teorya ng quantum - ay nagmula at binuo sa isang malaking lawak sa batayan ng optical research. Ang pag-imbento ng mga laser ay nagbukas ng malawak na bagong mga posibilidad hindi lamang sa optika, kundi pati na rin sa mga aplikasyon nito sa iba't ibang sangay ng agham at teknolohiya.

Komite sa Edukasyon ng Moscow

Mundo O R T

Moscow Technological College

Kagawaran ng Natural Sciences

Pangwakas na gawain sa pisika

Naaayon sa paksa :

Ginawa ng mag-aaral ng pangkat 14: Ryazantseva Oksana

Guro: Gruzdeva L.N.

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

- Zhdanov L.S. Zhdanov G.L. Physics para sa pangalawang institusyong pang-edukasyon - M.: Nauka, 1981.

- Landsberg G.S. Optika - M.: Nauka, 1976.

- Landsberg G.S. aklat-aralin sa elementarya sa pisika. - M.: Nauka, 1986.

- Prokhorov A.M. Great Soviet Encyclopedia. - M.: Soviet Encyclopedia, 1974.

- Sivukhin D.V. Pangkalahatang kurso sa pisika: Optics - M.: Nauka, 1980.

Ang geometric optics ay isang napakasimpleng kaso ng optika. Sa esensya, ito ay isang pinasimpleng bersyon ng wave optics na hindi isinasaalang-alang o hindi lang nagpapalagay ng mga phenomena gaya ng interference at diffraction. Ang lahat dito ay pinasimple hanggang sa sukdulan. At ito ay mabuti.

Pangunahing Konsepto

Geometric na optika– isang sangay ng optika na sumusuri sa mga batas ng pagpapalaganap ng liwanag sa transparent na media, ang mga batas ng pagmuni-muni ng liwanag mula sa mga ibabaw ng salamin, at ang mga prinsipyo ng pagbuo ng mga imahe kapag ang liwanag ay dumaan sa mga optical system.

Mahalaga! Ang lahat ng mga prosesong ito ay isinasaalang-alang nang hindi isinasaalang-alang ang mga katangian ng alon ng liwanag!

Sa buhay, ang geometric na optika, bilang isang napakasimpleng modelo, gayunpaman ay nakakahanap ng malawak na aplikasyon. Parang classical mechanics at relativity. Kadalasan ay mas madaling gawin ang kinakailangang pagkalkula sa loob ng balangkas ng klasikal na mekanika.

Ang pangunahing konsepto ng geometric na optika ay liwanag na sinag.

Tandaan na ang isang tunay na light beam ay hindi kumakalat sa kahabaan ng isang linya, ngunit may isang may hangganan na pamamahagi ng anggular, na depende sa nakahalang laki ng beam. Ang geometric na optika ay nagpapabaya sa mga nakahalang na sukat ng sinag.

Batas ng rectilinear propagation ng liwanag

Sinasabi sa atin ng batas na ito na sa isang homogenous medium, ang liwanag ay naglalakbay sa isang tuwid na linya. Sa madaling salita, mula sa punto A hanggang sa punto B, ang liwanag ay gumagalaw sa landas na nangangailangan ng kaunting oras upang mapagtagumpayan.

Batas ng pagsasarili ng mga light ray

Ang pagpapalaganap ng mga light ray ay nangyayari nang nakapag-iisa sa bawat isa. Ano ang ibig sabihin nito? Nangangahulugan ito na ipinapalagay ng geometric na optika na ang mga sinag ay hindi nakakaimpluwensya sa bawat isa. At kumalat sila na parang walang ibang sinag.

Batas ng Light Reflection

Kapag ang liwanag ay nakatagpo ng isang salamin (reflective) na ibabaw, ang pagmuni-muni ay nangyayari, iyon ay, isang pagbabago sa direksyon ng pagpapalaganap ng liwanag na sinag. Kaya, ang batas ng pagmuni-muni ay nagsasaad na ang insidente at ang sinasalamin na sinag ay nasa parehong eroplano kasama ang normal na iginuhit sa punto ng insidente. Bukod dito, ang anggulo ng saklaw ay katumbas ng anggulo ng pagmuni-muni, i.e. hinahati ng normal ang anggulo sa pagitan ng mga sinag sa dalawang pantay na bahagi.

Batas ng repraksyon (Snell's)

Sa interface sa pagitan ng media, kasama ang pagmuni-muni, nangyayari rin ang repraksyon, i.e. ang sinag ay nahahati sa reflected at refracted.

Siya nga pala! Mayroon na ngayong diskwento para sa lahat ng aming mga mambabasa 10% sa anumang uri ng trabaho.

Ang ratio ng mga sine ng mga anggulo ng saklaw at repraksyon ay isang pare-parehong halaga at katumbas ng ratio ng mga refractive na indeks ng media na ito. Ang dami na ito ay tinatawag ding refractive index ng pangalawang medium na may kaugnayan sa una.

Narito ito ay nagkakahalaga ng pagsasaalang-alang nang hiwalay sa kaso ng kabuuang panloob na pagmuni-muni. Kapag ang liwanag ay lumaganap mula sa isang optically denser medium hanggang sa isang mas kaunting siksik, ang anggulo ng repraksyon ay mas malaki kaysa sa anggulo ng saklaw. Alinsunod dito, habang tumataas ang anggulo ng saklaw, tataas din ang anggulo ng repraksyon. Sa isang tiyak na paglilimita ng anggulo ng saklaw, ang anggulo ng repraksyon ay magiging katumbas ng 90 degrees. Sa isang karagdagang pagtaas sa anggulo ng saklaw, ang ilaw ay hindi mai-refract sa pangalawang daluyan, at ang intensity ng insidente at ang mga sinasalamin na sinag ay magiging pantay. Ito ay tinatawag na kabuuang panloob na pagmuni-muni.

Batas ng reversibility ng light rays

Isipin natin na ang isang sinag, na kumakalat sa isang tiyak na direksyon, ay sumailalim sa ilang mga pagbabago at repraksyon. Ang batas ng reversibility ng light rays ay nagsasaad na kung ang isa pang ray ay ipinadala patungo sa ray na ito, ito ay susunod sa parehong landas tulad ng una, ngunit sa kabaligtaran ng direksyon.

Patuloy nating pag-aaralan ang mga pangunahing kaalaman ng geometric na optika, at sa hinaharap ay tiyak na titingnan natin ang mga halimbawa ng paglutas ng mga problema gamit ang iba't ibang batas. Well, kung mayroon kang anumang mga katanungan ngayon, maligayang pagdating sa mga eksperto para sa mga tamang sagot serbisyo ng mag-aaral. Tutulungan kaming malutas ang anumang problema!

Panimula................................................. ....................................................... ............. .......................... 2

Kabanata 1. Mga pangunahing batas ng optical phenomena............................................ .......... 4

1.1 Batas ng rectilinear propagation ng liwanag............................................. ......... .......... 4

1.2 Batas ng pagsasarili ng mga light beam............................................. ....... ...................... 5

1.3 Batas ng pagmuni-muni ng liwanag................................................ ....................................................... ............. 5

1.4 Ang batas ng light refraction................................................ ........ .............................................. ..... 5

Kabanata 2. Mga ideal na optical system................................................ ......... ......... 7

Kabanata 3. Mga bahagi ng mga optical system............................................. ........... 9

3.1 Diaphragms at ang kanilang papel sa mga optical system............................................ ........................... 9

3.2 Pagpasok at paglabas ng mga mag-aaral................................................. ....................................................... 10

Kabanata 4. Mga modernong optical system................................................ .......... 12

4.1 Optical system................................................. .................................................... ......... ..... 12

4.2 Photographic apparatus................................................ .................................................... 13

4.3 Ang mata bilang isang optical system................................................. ......... ............................................ 13

Kabanata 5. Optical system na nakakatulong sa mata..................................... 16

5.1 Magnifying glass................................................... .................................................... ........................................... 17

5.2 Mikroskopyo................................................ ... ................................................... ......... ...................... 18

5.3 Mga saklaw ng pagtukoy................................................ .................... ................................ .......................... ............. 20

5.4 Mga aparatong projection................................................. .................... ................................ ................. 21

5.5 Mga spectral na device................................................. ..................................................... ........... 22

5.6 Optical na instrumento sa pagsukat................................................ ...... ............................... 23

Konklusyon................................................. ................................................... ...... ............................... 28

Bibliograpiya................................................. . ................................................... ...... ..... 29

Panimula.

Ang optika ay isang sangay ng pisika na nag-aaral sa likas na katangian ng optical radiation (liwanag), ang pagpapalaganap nito at mga phenomena na naobserbahan sa panahon ng interaksyon ng liwanag at bagay. Ang optical radiation ay mga electromagnetic wave, at samakatuwid ang optika ay bahagi ng pangkalahatang pag-aaral ng electromagnetic field.

Ang optika ay ang pag-aaral ng mga pisikal na phenomena na nauugnay sa pagpapalaganap ng mga maikling electromagnetic wave, ang haba nito ay humigit-kumulang 10 -5 -10 -7 m Ang kahalagahan ng partikular na rehiyon na ito ng spectrum ng mga electromagnetic wave ay dahil sa ang katunayan na sa loob ito, sa isang makitid na hanay ng mga wavelength mula 400-760 nm ay matatagpuan ang rehiyon ng nakikitang liwanag na direktang nakikita ng mata ng tao. Ito ay limitado sa isang banda ng mga X-ray, at sa kabilang banda ay sa hanay ng microwave ng radio emission. Mula sa punto ng view ng pisika ng mga prosesong nagaganap, ang paghihiwalay ng isang makitid na spectrum ng mga electromagnetic wave (nakikitang ilaw) ay hindi gaanong makatwiran, samakatuwid ang konsepto ng "optical range" ay kadalasang kinabibilangan din ng infrared at ultraviolet radiation.

Ang limitasyon ng optical range ay may kondisyon at higit na tinutukoy ng pangkalahatan teknikal na paraan at mga pamamaraan para sa pag-aaral ng mga phenomena sa tinukoy na hanay. Ang mga paraan at pamamaraan na ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagbuo ng mga imahe ng mga optical na bagay batay sa mga katangian ng alon ng radiation gamit ang mga aparato na ang mga linear na sukat ay mas malaki kaysa sa haba ng λ ng radiation, pati na rin ang paggamit ng mga light receiver, ang pagkilos nito ay batay sa quantum properties nito.

Ayon sa tradisyon, ang optika ay karaniwang nahahati sa geometriko, pisikal at pisyolohikal. Ang geometric optics ay umalis sa tanong ng likas na katangian ng liwanag, nanggagaling mula sa mga empirical na batas ng pagpapalaganap nito at ginagamit ang ideya ng mga light ray na na-refracted at nakalarawan sa mga hangganan ng media na may iba't ibang mga optical na katangian at mga rectilinear sa isang optically homogeneous medium. Ang gawain nito ay mathematically na pag-aralan ang landas ng mga light ray sa isang medium na may kilalang dependence ng refractive index n sa mga coordinate o, sa kabaligtaran, upang mahanap ang optical properties at hugis ng transparent at reflective media kung saan ang mga ray ay nangyayari sa isang binigay na landas. Ang geometric na optika ay pinakamahalaga para sa pagkalkula at disenyo ng mga optical na instrumento - mula sa mga lente ng panoorin hanggang sa mga kumplikadong lente at malalaking instrumento sa astronomiya.

Sinusuri ng pisikal na optika ang mga problemang nauugnay sa likas na katangian ng liwanag at liwanag na phenomena. Ang pahayag na ang ilaw ay transverse electromagnetic waves ay batay sa mga resulta ng isang malaking bilang ng mga eksperimentong pag-aaral ng light diffraction, interference, light polarization at propagation sa anisotropic media.

Ang isa sa mga pinakamahalagang tradisyunal na problema ng optika - ang pagkuha ng mga imahe na tumutugma sa mga orihinal sa parehong geometric na hugis at sa pamamahagi ng liwanag - ay nalutas pangunahin sa pamamagitan ng geometric na optika na may kinalaman sa pisikal na optika. Sinasagot ng geometric optics ang tanong kung paano dapat itayo ang isang optical system upang ang bawat punto ng isang bagay ay ilarawan din bilang isang punto habang pinapanatili ang geometric na pagkakapareho ng imahe sa bagay. Ipinapahiwatig nito ang mga mapagkukunan ng pagbaluktot ng imahe at ang antas nito sa mga tunay na optical system. Upang makabuo ng mga optical system, ang teknolohiya ng pagmamanupaktura ng mga optical na materyales na may mga kinakailangang katangian, pati na rin ang teknolohiya ng pagproseso ng mga optical na elemento, ay mahalaga. Para sa mga teknolohikal na kadahilanan, ang mga lente at salamin na may mga spherical na ibabaw ay kadalasang ginagamit, ngunit upang gawing simple ang mga optical system at pagbutihin ang kalidad ng imahe sa mga ratio ng mataas na aperture, ginagamit ang mga optical na elemento.

Kabanata 1. Mga pangunahing batas ng optical phenomena.

Nasa mga unang panahon ng optical research, ang sumusunod na apat na pangunahing batas ng optical phenomena ay eksperimento na itinatag:

1. Batas ng rectilinear propagation ng liwanag.

2. Ang batas ng pagsasarili ng mga light beam.

3. Ang batas ng pagmuni-muni mula sa ibabaw ng salamin.

4. Ang batas ng light repraksyon sa hangganan ng dalawang transparent na media.

Ang karagdagang pag-aaral ng mga batas na ito ay nagpakita, una, na ang mga ito ay may mas malalim na kahulugan kaysa sa maaaring tila sa unang tingin, at pangalawa, na ang kanilang aplikasyon ay limitado, at ang mga ito ay tinatayang mga batas lamang. Ang pagtatatag ng mga kundisyon at mga limitasyon ng pagkakalapat ng mga pangunahing batas sa optical ay nangangahulugan ng mahalagang pag-unlad sa pag-aaral ng kalikasan ng liwanag.

Ang kakanyahan ng mga batas na ito ay bumababa sa mga sumusunod.

Sa isang homogenous na daluyan, ang liwanag ay naglalakbay sa mga tuwid na linya.

Ang batas na ito ay matatagpuan sa mga gawa sa optika na iniuugnay kay Euclid at malamang na kilala at inilapat nang mas maaga.

Ang pang-eksperimentong patunay ng batas na ito ay maaaring makuha mula sa mga obserbasyon ng matalim na anino na ibinigay ni mga mapagkukunan ng punto liwanag, o pagkuha ng mga larawan gamit ang maliliit na butas. kanin. 1 ay naglalarawan ng pagkuha ng larawan gamit ang isang maliit na siwang, ang hugis at sukat ng larawan na nagpapakita na ang projection ay nangyayari gamit ang mga straight ray.

Fig. 1 Rectilinear propagation ng liwanag: pagkuha ng imahe gamit ang isang maliit na siwang.

Ang batas ng rectilinear propagation ay maaaring ituring na matatag na itinatag sa pamamagitan ng karanasan. Ito ay may napakalalim na kahulugan, dahil ang mismong konsepto ng isang tuwid na linya ay tila nagmula sa mga optical na obserbasyon. Ang geometric na konsepto ng isang tuwid na linya, bilang isang linya na kumakatawan sa pinakamaikling distansya sa pagitan ng dalawang punto, ay ang konsepto ng isang linya kung saan ang liwanag ay nagpapalaganap sa isang homogenous na medium.

Ang isang mas detalyadong pag-aaral ng inilarawan na mga phenomena ay nagpapakita na ang batas ng rectilinear propagation ng liwanag ay nawawalan ng puwersa kung lilipat tayo sa napakaliit na butas.

Kaya, sa eksperimento na inilalarawan sa Fig. 1, makakakuha tayo ng magandang imahe na may sukat na butas na halos 0.5mm. Sa isang kasunod na pagbawas sa butas, ang imahe ay magiging hindi perpekto, at may isang butas na humigit-kumulang 0.5-0.1 microns, ang imahe ay hindi gagana sa lahat at ang screen ay iilaw halos pantay.

Ang liwanag na pagkilos ng bagay ay maaaring nahahati sa magkahiwalay na mga light beam, na i-highlight ang mga ito, halimbawa, gamit ang diaphragms. Ang pagkilos ng mga napiling light beam na ito ay lumalabas na independyente, i.e. ang epekto na ginawa ng isang sinag ay hindi nakasalalay sa kung ang ibang mga sinag ay kumikilos nang sabay-sabay o naalis.

Ang sinag ng insidente, ang normal sa sumasalamin na ibabaw at ang sinasalamin na sinag ay nasa parehong eroplano (Larawan 2), at ang mga anggulo sa pagitan ng mga sinag at ang normal ay pantay sa isa't isa: ang anggulo ng saklaw i ay katumbas ng anggulo of reflection i." Ang batas na ito ay binanggit din sa mga gawa ni Euclid. Ang pagkakatatag nito ay nauugnay sa paggamit ng pinakintab na mga ibabaw ng metal (salamin), na kilala na sa isang napakalayo na panahon.

kanin. 2 Batas ng pagmuni-muni.

kanin. 3 Batas ng repraksyon.

Ang diaphragm ay isang opaque barrier na naglilimita sa cross-section ng mga light beam sa mga optical system (sa mga teleskopyo, rangefinder, microscope, film at photographic camera, atbp.). Ang papel na ginagampanan ng diaphragms ay madalas na nilalaro ng mga frame ng mga lente, prisms, salamin, at iba pang mga optical na bahagi, ang mag-aaral ng mata, ang mga hangganan ng isang iluminado na bagay, at sa spectroscopes - slits.

Anumang optical system - armado at walang tulong na mata, photographic apparatus, projection apparatus - sa huli ay gumuhit ng imahe sa isang eroplano (screen, photographic plate, retina); ang mga bagay ay kadalasang three-dimensional. Gayunpaman, kahit na ang isang perpektong optical system, nang hindi limitado, ay hindi magbibigay ng mga larawan ng isang three-dimensional na bagay sa isang eroplano. Sa katunayan, ang mga indibidwal na punto ng isang three-dimensional na bagay ay nasa iba't ibang distansya mula sa optical system, at tumutugma sila sa iba't ibang mga conjugate na eroplano.

Ang maliwanag na punto O (Larawan 5) ay nagbibigay ng matalas na imahe ng O` sa eroplanong MM 1 conjugate na may EE. Ngunit ang mga puntong A at B ay nagbibigay ng matalim na mga imahe sa A` at B`, at sa MM plane sila ay inaasahang bilang mga light circle, ang laki nito ay depende sa limitasyon ng lapad ng mga beam. Kung ang sistema ay hindi walang limitasyon, kung gayon ang mga beam mula sa A at B ay magpapailaw sa eroplanong MM nang pantay-pantay, na nangangahulugang walang imahe ng bagay na makukuha, ngunit isang imahe lamang ng mga indibidwal na punto nito na nakahiga sa eroplano EE.

Kung mas makitid ang mga beam, mas malinaw ang imahe ng espasyo ng bagay sa eroplano. Mas tiyak, hindi ang spatial na bagay mismo ang inilalarawan sa eroplano, ngunit ang patag na larawan, na isang projection ng bagay sa isang tiyak na eroplano EE (plane ng pag-install), conjugate na may kaugnayan sa system na may image plane MM. Ang projection center ay isa sa mga punto ng system (ang sentro ng entrance pupil ng optical instrument).

Tinutukoy ng laki at posisyon ng aperture ang pag-iilaw at kalidad ng imahe, lalim ng field at resolution ng optical system, at field of view.

Ang diaphragm na pinakamalakas na naglilimita sa light beam ay tinatawag na aperture o epektibo. Ang papel nito ay maaaring gampanan ng frame ng isang lens o isang espesyal na explosive na diaphragm, kung nililimitahan ng diaphragm na ito ang mga light beam nang mas malakas kaysa sa mga frame ng lens.

kanin. 6. BB - aperture diaphragm; B 1 B 1 – entrance pupil; B 2 B 2 – labasan ng mag-aaral.

Ang explosive aperture diaphragm ay madalas na matatagpuan sa pagitan ng mga indibidwal na bahagi (lenses) ng isang kumplikadong optical system (Fig. 6), ngunit maaari itong ilagay sa harap o pagkatapos ng system.

Kung ang BB ay isang tunay na aperture diaphragm (Larawan 6), at ang B 1 B 1 at B 2 B 2 ay mga larawan nito sa harap at likurang bahagi ng system, kung gayon ang lahat ng sinag na dumadaan sa BB ay dadaan sa B 1 B 1 at B 2 B 2 at vice versa, i.e. alinman sa mga diaphragms ВВ, В 1 В 1, В 2 В 2 ay naglilimita sa mga aktibong beam.

Ang entrance pupil ay ang aktwal na mga butas o ang kanilang mga imahe na pinakamalakas na naglilimita sa papasok na sinag, i.e. makikita sa pinakamaliit na anggulo mula sa punto ng intersection ng optical axis sa eroplano ng bagay.

Ang exit pupil ay ang butas o ang imahe nito na naglilimita sa sinag na lumalabas mula sa system. Ang pagpasok at paglabas ng mga mag-aaral ay magkakaugnay na may paggalang sa buong sistema.

Ang papel ng entrance pupil ay maaaring gampanan ng isa o ibang butas o imahe nito (totoo o haka-haka). Sa ilang mahahalagang kaso, ang nakalarawang bagay ay isang iluminadong butas (halimbawa, ang slit ng isang spectrograph), at ang pag-iilaw ay direktang ibinibigay ng isang pinagmumulan ng liwanag na matatagpuan malapit sa butas, o sa pamamagitan ng isang pantulong na pampalapot. Sa kasong ito, depende sa lokasyon, ang papel ng entrance pupil ay maaaring gampanan ng hangganan ng pinagmulan o ng imahe nito, o ng hangganan ng condenser, atbp.

Kung ang aperture diaphragm ay nasa harap ng system, kung gayon ito ay kasabay ng entrance pupil, at ang exit pupil ang magiging imahe nito sa system na ito. Kung ito ay namamalagi sa likod ng system, pagkatapos ito ay kasabay ng exit pupil, at ang entrance pupil ang magiging imahe nito sa system. Kung ang aperture diaphragm ng paputok ay nasa loob ng system (Larawan 6), kung gayon ang imahe nito B 1 B 1 sa harap na bahagi ng system ay nagsisilbing entrance pupil, at ang imahe B 2 B 2 sa likuran ng system nagsisilbing exit pupil. Ang anggulo kung saan nakikita ang radius ng entrance pupil mula sa punto ng intersection ng axis sa eroplano ng object ay tinatawag na "aperture angle", at ang anggulo kung saan makikita ang radius ng exit pupil mula sa punto. ng intersection ng axis sa image plane ay ang projection angle o exit aperture angle. [3]

Kabanata 4. Mga modernong optical system.

Ang isang manipis na lens ay kumakatawan sa pinakasimpleng optical system. Ang mga simpleng manipis na lente ay ginagamit pangunahin sa anyo ng mga baso para sa baso. Bilang karagdagan, ang paggamit ng isang lens bilang isang magnifying glass ay kilala.

Ang pagkilos ng maraming mga optical na instrumento - isang projection lamp, isang camera at iba pang mga aparato - ay maaaring ihambing sa eskematiko sa pagkilos ng mga manipis na lente. Gayunpaman, ang isang manipis na lens ay nagbibigay ng isang magandang imahe lamang sa medyo bihirang kaso kapag ang isa ay maaaring limitahan ang sarili sa isang makitid na solong-kulay na sinag na nagmumula sa pinagmulan kasama ang pangunahing optical axis o sa isang malaking anggulo dito. Sa karamihan ng mga praktikal na problema, kung saan ang mga kundisyong ito ay hindi natutugunan, ang imahe na ginawa ng isang manipis na lens ay sa halip ay hindi perpekto. Samakatuwid, sa karamihan ng mga kaso, ginagamit nila ang pagbuo ng mas kumplikadong mga optical system na may malaking bilang ng mga repraktibo na ibabaw at hindi limitado sa pangangailangan ng kalapitan ng mga ibabaw na ito (isang kinakailangan na natutugunan ng isang manipis na lens). [ 4 ]

Sa pangkalahatan, ang mata ng tao ay isang spherical body na may diameter na humigit-kumulang 2.5 cm, na tinatawag na eyeball (Larawan 10). Ang opaque at matibay na panlabas na layer ng mata ay tinatawag na sclera, at ang transparent at mas matambok na bahagi sa harap nito ay tinatawag na cornea. Sa loob, ang sclera ay natatakpan ng isang choroid, na binubuo ng mga daluyan ng dugo na nagbibigay ng mata. Sa tapat ng kornea, ang choroid ay dumadaan sa iris, naiiba ang kulay sa iba't ibang tao, na pinaghihiwalay mula sa kornea ng isang silid na naglalaman ng isang transparent na tubig na masa.

May isang bilog na butas sa iris,

tinatawag na pupil, ang diameter nito ay maaaring mag-iba. Kaya, ang iris ay gumaganap ng papel ng isang diaphragm, na kinokontrol ang pag-access ng liwanag sa mata. Sa maliwanag na ilaw ang mag-aaral ay nagiging mas maliit, at sa mahinang ilaw ito ay lumalaki. Sa loob ng eyeball sa likod ng iris ay ang lens, na isang biconvex lens na gawa sa isang transparent substance na may refractive index na humigit-kumulang 1.4. Ang lens ay napapalibutan ng isang ring muscle, na maaaring magbago ng curvature ng mga ibabaw nito, at samakatuwid ang optical power nito.

Kapag ang ring muscle ng mata ay nakakarelaks, ang imahe ng malalayong bagay ay nakukuha sa retina. Sa pangkalahatan, ang istraktura ng mata ay tulad na ang isang tao ay nakakakita ng mga bagay na matatagpuan hindi lalampas sa 6 m mula sa mata nang walang pilay. Sa kasong ito, ang imahe ng mas malapit na mga bagay ay nakuha sa likod ng retina. Upang makakuha ng isang malinaw na imahe ng naturang bagay, ang annular na kalamnan ay pinipiga ang lens nang higit pa hanggang sa ang imahe ng bagay ay lumitaw sa retina, at pagkatapos ay hawak ang lens sa isang naka-compress na estado.

Ang convergence ng mga visual axes ng mga mata sa isang tiyak na punto ay tinatawag na convergence. Kapag ang mga bagay ay matatagpuan sa isang malaking distansya mula sa isang tao, kung gayon kapag inililipat ang mga mata mula sa isang bagay patungo sa isa pa, ang mga palakol ng mga mata ay halos hindi nagbabago, at ang tao ay nawawalan ng kakayahang matukoy nang tama ang posisyon ng bagay. Kapag ang mga bagay ay napakalayo, ang mga palakol ng mga mata ay parallel, at ang isang tao ay hindi matukoy kung ang bagay na kanyang tinitingnan ay gumagalaw o hindi. Ang puwersa ng annular na kalamnan, na pumipilit sa lens kapag tinitingnan ang mga bagay na malapit sa isang tao, ay gumaganap din ng isang tiyak na papel sa pagtukoy ng posisyon ng mga katawan. [2]

Kabanata 5. Optical system na nag-aambag sa mata.

Kahit na ang mata ay hindi isang manipis na lens, maaari ka pa ring makahanap ng isang punto dito kung saan ang mga sinag ay dumadaan nang halos walang repraksyon, i.e. isang punto na gumaganap ng papel ng isang optical center. Ang optical center ng mata ay matatagpuan sa loob ng lens malapit sa likod na ibabaw nito. Ang distansya h mula sa optical center hanggang sa retina, na tinatawag na lalim ng mata, ay 15 mm para sa isang normal na mata.

Alam ang posisyon ng optical center, madali kang makagawa ng isang imahe ng isang bagay sa retina ng mata. Ang imahe ay palaging totoo, nabawasan at kabaligtaran (Larawan 11, a). Ang anggulo φ kung saan nakikita ang bagay na S 1 S 2 mula sa optical center O ay tinatawag na visual angle.

Ang retina ay may kumplikadong istraktura at binubuo ng mga indibidwal na elemento na sensitibo sa liwanag. Samakatuwid, ang dalawang punto ng isang bagay na matatagpuan malapit sa isa't isa na ang kanilang imahe sa retina ay nahuhulog sa parehong elemento ay nakikita ng mata bilang isang punto. Ang pinakamababang visual na anggulo kung saan ang dalawang maliwanag na tuldok o dalawang itim na tuldok sa isang puting background ay nakikita pa rin nang hiwalay ng mata ay humigit-kumulang isang minuto. Hindi gaanong nakikilala ng mata ang mga detalye ng isang bagay na nakikita nito sa isang anggulo na mas mababa sa 1". Ito ang anggulo kung saan nakikita ang isang segment, ang haba nito ay 1 cm sa layo na 34 cm mula sa mata. Sa mahinang pag-iilaw (sa dapit-hapon), tumataas ang anggulo ng pinakamababang resolution at maaaring umabot sa 1º .

Sa pamamagitan ng pagdadala ng isang bagay na mas malapit sa mata, pinapataas namin ang anggulo ng pagtingin at, samakatuwid, nakukuha

kakayahang mas mahusay na makilala ang maliliit na detalye. Gayunpaman, hindi natin ito mailapit sa mata, dahil limitado ang kakayahan ng mata na tumanggap. Para sa isang normal na mata, ang pinaka-kanais-nais na distansya para sa pagtingin sa isang bagay ay humigit-kumulang 25 cm, kung saan ang mata ay maaaring makilala nang maayos ang mga detalye nang walang labis na pagkapagod. Ang distansya na ito ay tinatawag na distansya ng pinakamahusay na paningin. para sa isang myopic na mata ang distansya na ito ay medyo mas mababa. samakatuwid, ang mga taong may malalapit na paningin, na inilalagay ang bagay na pinag-uusapan na mas malapit sa mata kaysa sa mga taong may normal na paningin o mga taong may malalayong paningin, ay nakikita ito mula sa isang mas malaking anggulo ng view at maaaring mas mahusay na makilala ang maliliit na detalye.

Ang isang makabuluhang pagtaas sa anggulo ng view ay nakakamit gamit ang mga optical na instrumento. Ayon sa kanilang layunin, ang mga optical na instrumento na nagbibigkis sa mata ay maaaring nahahati sa mga sumusunod na malalaking grupo.

1. Mga aparatong ginagamit para sa pagsusuri ng napakaliit na bagay (magnifying glass, mikroskopyo). Ang mga device na ito ay tila "nagpapalaki" sa mga bagay na pinag-uusapan.

2. Mga instrumentong idinisenyo para sa pagtingin sa malalayong bagay (spotting scope, binocular, teleskopyo, atbp.). ang mga device na ito ay tila "ilapit" ang mga bagay na pinag-uusapan.

Sa pamamagitan ng pagtaas ng anggulo ng view kapag gumagamit ng isang optical device, ang laki ng imahe ng isang bagay sa retina ay tumataas kumpara sa imahe sa mata at, dahil dito, ang kakayahang makilala ang mga detalye ay tumataas. Ang ratio ng haba b sa retina sa kaso ng armadong mata b" sa haba ng imahe para sa mata b (Larawan 11, b) ay tinatawag na magnification ng optical device.

Gamit ang Fig. 11b madaling makita na ang pagtaas sa N ay katumbas din ng ratio ng visual na anggulo φ" kapag tinitingnan ang isang bagay sa pamamagitan ng isang instrumento sa visual na angle φ para sa mata, dahil ang φ" at φ ay maliit. [2,3] Kaya,

N = b" / b = φ" / φ,

kung saan ang N ay ang pagpapalaki ng bagay;

b" ay ang haba ng imahe sa retina para sa armadong mata;

b ay ang haba ng imahe sa retina para sa mata;

φ" – anggulo ng view kapag tinitingnan ang isang bagay sa pamamagitan ng optical instrument;

φ – anggulo ng view kapag tinitingnan ang isang bagay gamit ang mata.

Ang isa sa pinakasimpleng optical na instrumento ay isang magnifying glass - isang converging lens na idinisenyo para sa pagtingin sa pinalaki na mga larawan ng maliliit na bagay. Ang lens ay inilapit sa mata mismo, at ang bagay ay inilalagay sa pagitan ng lens at ang pangunahing pokus. Makakakita ang mata ng isang virtual at pinalaki na imahe ng bagay. Ito ay pinaka-maginhawa upang suriin ang isang bagay sa pamamagitan ng isang magnifying glass na may ganap na nakakarelaks na mata, na nababagay sa infinity. Upang gawin ito, ang bagay ay inilalagay sa pangunahing focal plane ng lens upang ang mga sinag na umuusbong mula sa bawat punto ng bagay ay bumubuo ng mga parallel beam sa likod ng lens. Sa Fig. Ipinapakita ng Figure 12 ang dalawang ganoong beam na nagmumula sa mga gilid ng bagay. Pagpasok sa infinity-accommodated eye, ang mga beam ng parallel ray ay nakatutok sa retina at nagbibigay ng malinaw na imahe ng bagay dito.

Angular magnification. Ang mata ay napakalapit sa lens, kaya ang anggulo ng view ay maaaring kunin na anggulong 2γ na nabuo ng mga sinag na nagmumula sa mga gilid ng bagay sa pamamagitan ng optical center ng lens. Kung walang magnifying glass, kailangan nating ilagay ang bagay sa layo ng pinakamagandang paningin (25 cm) mula sa mata at ang visual na anggulo ay magiging katumbas ng 2β. Isinasaalang-alang ang mga tamang tatsulok na may mga gilid na 25 cm at F cm at nagsasaad ng kalahati ng bagay na Z, maaari nating isulat:

kung saan ang 2γ ay ang visual na anggulo kapag sinusunod sa pamamagitan ng magnifying glass;

2β - visual na anggulo, kapag sinusunod sa mata;

F - distansya mula sa bagay hanggang sa magnifying glass;

Ang Z ay kalahati ng haba ng bagay na pinag-uusapan.

Isinasaalang-alang na ang maliliit na detalye ay karaniwang sinusuri sa pamamagitan ng isang magnifying glass at samakatuwid ang mga anggulo γ at β ay maliit, ang mga tangent ay maaaring mapalitan ng mga anggulo. Ibinibigay nito ang sumusunod na expression para sa pag-magnify ng magnifying glass = = .

Samakatuwid, ang magnification ng isang magnifying glass ay proporsyonal sa 1/F, iyon ay, ang optical power nito.

Ang isang aparato na nagbibigay-daan sa iyo upang makakuha ng mataas na magnification kapag tumitingin sa maliliit na bagay ay tinatawag na isang mikroskopyo.

Ang pinakasimpleng mikroskopyo ay binubuo ng dalawang collecting lens. Ang isang napakaikling focus na lens L 1 ay nagbibigay ng lubos na pinalaki na tunay na imahe ng bagay na P"Q" (Larawan 13), na tinitingnan ng eyepiece tulad ng isang magnifying glass.

Tukuyin natin ang linear magnification na ibinigay ng lens ng n 1, at ng eyepiece ng n 2, nangangahulugan ito na = n 1 at = n 2,

kung saan ang P"Q" ay isang pinalaki na totoong imahe ng isang bagay;

PQ – laki ng item;

Pag-multiply ng mga expression na ito, makuha natin ang = n 1 n 2,

kung saan ang PQ ay ang laki ng bagay;

P""Q"" - pinalaki na virtual na imahe ng isang bagay;

n 1 - linear magnification ng lens;

n 2 - linear magnification ng eyepiece.

Ito ay nagpapakita na ang magnification ng mikroskopyo ay katumbas ng produkto ng mga magnification na ibinigay ng layunin at eyepiece nang hiwalay. Kaya naman posible na bumuo ng mga instrumento na nagbibigay ng napakataas na paglaki - hanggang 1000 at higit pa. Sa magagandang mikroskopyo, ang lens at eyepiece ay kumplikado.

Ang eyepiece ay karaniwang binubuo ng dalawang lens, ngunit ang lens ay mas kumplikado. Ang pagnanais na makakuha ng mataas na pag-magnify ay pinipilit ang paggamit ng mga short-focus lens na may napakataas na optical power. Ang bagay na pinag-uusapan ay inilagay malapit sa lens at gumagawa ng malawak na sinag ng mga sinag na pumupuno sa buong ibabaw ng unang lens. Lumilikha ito ng hindi kanais-nais na mga kondisyon para sa pagkuha ng isang matalas na imahe: makapal na mga lente at off-center beam. Samakatuwid, upang iwasto ang lahat ng uri ng mga pagkukulang, kailangang gumamit ng mga kumbinasyon ng maraming lente ng iba't ibang uri ng salamin.

Sa modernong mikroskopyo ang teoretikal na limitasyon ay halos naabot na. Maaari mong makita ang napakaliit na mga bagay sa pamamagitan ng isang mikroskopyo, ngunit ang kanilang mga imahe ay lumilitaw sa anyo ng mga maliliit na specks na walang pagkakahawig sa bagay.

Kapag sinusuri ang mga maliliit na particle, gumagamit sila ng tinatawag na ultramicroscope, na isang regular na mikroskopyo na may condenser na ginagawang posible upang masinsinang maipaliwanag ang bagay na pinag-uusapan mula sa gilid, patayo sa axis ng mikroskopyo.

Gamit ang ultramicroscope, posibleng makita ang mga particle na ang laki ay hindi lalampas sa millimicrons.

Ang pinakasimpleng spotting scope ay binubuo ng dalawang converging lens. Ang isang lens na nakaharap sa bagay na tinitingnan ay tinatawag na layunin, at ang isa naman ay nakaharap sa mata ng nagmamasid ay tinatawag na eyepiece.

Ang Lens L 1 ay nagbibigay ng isang tunay na kabaligtaran at lubhang nabawasang imahe ng bagay na P 1 Q 1 na nakahiga malapit sa pangunahing pokus ng lens. Ang eyepiece ay inilalagay upang ang imahe ng bagay ay nasa pangunahing pokus nito. Sa posisyon na ito, ang eyepiece ay gumaganap ng papel ng isang magnifying glass, sa tulong ng kung saan ang aktwal na imahe ng bagay ay tiningnan.

Ang epekto ng pipe, tulad ng magnifying glass, ay upang mapataas ang anggulo ng view. Gamit ang isang tubo, ang mga bagay ay karaniwang sinusuri sa mga distansya nang maraming beses na mas malaki kaysa sa haba nito. Samakatuwid, ang anggulo ng view kung saan nakikita ang isang bagay na walang tubo ay maaaring kunin bilang anggulong 2β na nabuo ng mga sinag na nagmumula sa mga gilid ng bagay sa pamamagitan ng optical center ng lens.

Ang imahe ay makikita sa isang anggulo ng 2γ at namamalagi halos sa pinakafocus F ng lens at sa focus F 1 ng eyepiece.

Isinasaalang-alang ang dalawang kanang tatsulok na may isang karaniwang binti Z", maaari nating isulat:

F - focus ng lens;

F 1 - focus sa eyepiece;

Ang Z" ay kalahati ng haba ng bagay na pinag-uusapan.

Ang mga anggulo β at γ ay hindi malaki, kaya posible, na may sapat na pagtatantya, na palitan ang tanβ at tgγ ng mga anggulo at pagkatapos ay ang pagtaas sa pipe = ,

kung saan ang 2γ ay ang anggulo kung saan nakikita ang imahe ng bagay;

2β - anggulo ng view kung saan ang isang bagay ay nakikita ng mata;

F - focus ng lens;

F 1 - focus sa eyepiece.

Ang angular magnification ng tube ay tinutukoy ng ratio ng focal length ng lens sa focal length ng eyepiece. Para makakuha ng mataas na magnification, kailangan mong kumuha ng long-focus lens at short-focus na eyepiece. [ 1 ]

Ang isang projection apparatus ay ginagamit upang ipakita sa mga manonood ang pinalaki na mga larawan ng mga guhit, larawan o mga guhit sa screen. Ang isang pagguhit sa salamin o sa isang transparent na pelikula ay tinatawag na isang slide, at ang aparato mismo, na idinisenyo upang ipakita ang gayong mga guhit, ay isang diascope. Kung ang aparato ay idinisenyo upang magpakita ng mga opaque na pagpipinta at mga guhit, kung gayon ito ay tinatawag na isang episcope. Ang isang aparato na idinisenyo para sa parehong mga kaso ay tinatawag na isang epidiascope.

Ang isang lens na lumilikha ng isang imahe ng isang bagay sa harap nito ay tinatawag na isang lens. Karaniwan, ang isang lens ay isang optical system na nag-alis ng pinakamahalagang mga pagkukulang na likas sa mga indibidwal na lente. Upang ang larawan ng isang bagay ay malinaw na nakikita ng mga manonood, ang bagay mismo ay dapat na maliwanag na naiilawan.

Ang diagram ng disenyo ng projection apparatus ay ipinapakita sa Fig. 16.

Ang pinagmumulan ng liwanag na S ay inilalagay sa gitna ng isang malukong salamin (reflector) R. liwanag na direktang nagmumula sa pinanggalingan S at sumasalamin mula sa reflector R, nahuhulog sa condenser K, na binubuo ng dalawang plano-convex lens. Kinokolekta ng condenser ang mga light ray na ito

Sa pipe A, na tinatawag na collimator, mayroong isang makitid na hiwa, ang lapad nito ay maaaring iakma sa pamamagitan ng pag-ikot ng tornilyo. Ang isang ilaw na pinagmumulan ay inilalagay sa harap ng hiwa, ang spectrum nito ay dapat suriin. Ang slit ay matatagpuan sa focal plane ng collimator, at samakatuwid ang mga light ray ay lumabas sa collimator sa anyo ng isang parallel beam. Pagkatapos na dumaan sa prisma, ang mga light ray ay nakadirekta sa tube B, kung saan ang spectrum ay sinusunod. Kung ang isang spectroscope ay inilaan para sa mga sukat, kung gayon ang isang imahe ng isang sukat na may mga dibisyon ay superimposed sa imahe ng spectrum gamit ang isang espesyal na aparato, na nagbibigay-daan sa iyo upang tumpak na matukoy ang posisyon ng mga linya ng kulay sa spectrum.

Kapag sinusuri ang isang spectrum, madalas na mas mahusay na kunan ito ng larawan at pagkatapos ay pag-aralan ito gamit ang isang mikroskopyo.

Ang isang aparato para sa pagkuha ng litrato ng spectra ay tinatawag na spectrograph.

Ang spectrograph diagram ay ipinapakita sa Fig. 18.

Ang radiation spectrum ay nakatutok gamit ang lens L 2 papunta sa frosted glass AB, na pinapalitan ng photographic plate kapag kumukuha ng larawan. [2]

Ang mga unang device na naging laganap ay mga projector para sa pagsukat at pagsubaybay sa mga bahagi na may kumplikadong mga contour at maliliit na sukat.

Ang mga instrumento sa pagsukat ng optical ay laganap din sa geodesy (level, theodolite, atbp.).

Kabanata 6. Paglalapat ng mga optical system sa agham at teknolohiya.

Napakahusay ng aplikasyon at papel ng mga optical system sa agham at teknolohiya. Kung walang pag-aaral ng optical phenomena at pagbuo ng mga optical na instrumento, hindi magiging ganoon kataas ang antas ng pag-unlad ng teknolohiya ang sangkatauhan.

Halos lahat ng modernong optical instrument ay idinisenyo para sa direktang visual na pagmamasid ng optical phenomena.

Ang mga batas ng pagtatayo ng imahe ay nagsisilbing batayan para sa pagtatayo ng iba't ibang mga optical na instrumento. Ang pangunahing bahagi ng anumang optical device ay ilang uri ng optical system. Sa ilang mga optical device, ang imahe ay nakuha sa isang screen, habang ang iba pang mga device ay idinisenyo upang gumana sa mata. sa huling kaso, ang aparato at ang mata ay kumakatawan sa isang solong optical system, at ang imahe ay nakuha sa retina ng mata.

Nag-aaral ng ilan Mga katangian ng kemikal sangkap, ang mga siyentipiko ay nag-imbento ng isang paraan upang ayusin ang mga larawan sa mga solidong ibabaw, at upang i-project ang mga larawan sa ibabaw na ito ay nagsimula silang gumamit ng mga optical system na binubuo ng mga lente. Kaya, ang mundo ay nakatanggap ng mga camera ng larawan at pelikula, at sa kasunod na pag-unlad ng electronics, lumitaw ang mga video at digital camera.

Upang pag-aralan ang maliliit na bagay na halos hindi nakikita ng mata, ginagamit ang isang magnifying glass, at kung hindi sapat ang pagpapalaki nito, ginagamit ang mga mikroskopyo. Nagbibigay-daan sa iyo ang mga modernong optical microscope na palakihin ang mga larawan nang hanggang 1000 beses, at ang mga electron microscope ay sampu-sampung libong beses. Ginagawa nitong posible na pag-aralan ang mga bagay sa antas ng molekular.

Ang modernong pagsasaliksik sa astronomiya ay hindi magiging posible kung wala ang "trumpeta ni Galileo" at ang "trumpeta ni Kepler". Ang tubo ng Galilea, na kadalasang ginagamit sa mga ordinaryong binocular ng teatro, ay nagbibigay ng direktang imahe ng bagay, habang ang Kepler tube ay nagbibigay ng baligtad na imahe. Bilang isang resulta, kung ang Kepler tube ay gagamitin para sa mga obserbasyon sa terrestrial, pagkatapos ay nilagyan ito ng isang sistema ng pambalot (isang karagdagang lens o isang sistema ng mga prisma), bilang isang resulta kung saan ang imahe ay nagiging direkta. Ang isang halimbawa ng naturang aparato ay prism binoculars.

Ang bentahe ng Kepler tube ay mayroon itong karagdagang intermediate na imahe, sa eroplano kung saan maaaring ilagay ang isang sukatan ng pagsukat, isang photographic plate para sa pagkuha ng mga larawan, atbp. Bilang isang resulta, sa astronomiya at sa lahat ng mga kaso na may kaugnayan sa mga sukat, ang Kepler tube ay ginagamit.

Kasama ng mga teleskopyo na ginawa tulad ng isang teleskopyo - ang mga refractor, salamin (reflective) na teleskopyo, o mga reflector, ay napakahalaga sa astronomiya.

Ang mga kakayahan sa pagmamasid na ibinibigay ng bawat teleskopyo ay tinutukoy ng diameter ng pagbubukas nito. Samakatuwid, mula noong sinaunang panahon, ang pang-agham at teknikal na pag-iisip ay naglalayong hanapin

mga pamamaraan para sa paggawa ng malalaking salamin at lente.

Sa pagbuo ng bawat bagong teleskopyo, lumalawak ang radius ng Uniberso na ating namamasid.

Ang visual na perception ng panlabas na espasyo ay isang kumplikadong aksyon kung saan ang isang mahalagang pangyayari ay na sa ilalim ng normal na mga kondisyon ay gumagamit tayo ng dalawang mata. Salamat sa mahusay na kadaliang mapakilos ng mga mata, mabilis naming inaayos ang isang punto ng isang bagay pagkatapos ng isa pa; sa parehong oras, maaari naming tantiyahin ang distansya sa mga bagay na pinag-uusapan, pati na rin ihambing ang mga distansya sa bawat isa. Ang pagtatasa na ito ay nagbibigay ng ideya ng lalim ng espasyo, ang volumetric na pamamahagi ng mga detalye ng isang bagay, at ginagawang posible ang stereoscopic vision.

Ang mga stereoscopic na larawan 1 at 2 ay tinitingnan gamit ang mga lente L 1 at L 2, bawat isa ay inilalagay sa harap ng isang mata. Ang mga larawan ay matatagpuan sa mga focal plane ng mga lente, at samakatuwid ang kanilang mga imahe ay nasa kawalang-hanggan. Parehong mata ay tinatanggap sa kawalang-hanggan. Ang mga larawan ng parehong mga larawan ay nakikita bilang isang relief object na nakahiga sa S plane.

Ang stereoscope ay kasalukuyang malawakang ginagamit upang pag-aralan ang mga larawan ng lupain. Sa pamamagitan ng pagkuha ng litrato sa lugar mula sa dalawang punto, dalawang larawan ang nakuha, na tinitingnan kung saan sa pamamagitan ng stereoscope ay malinaw mong makikita ang lupain. Ang mas mataas na katalinuhan ng stereoscopic vision ay ginagawang posible na gumamit ng stereoscope upang makita ang mga pekeng dokumento, pera, atbp.

Sa mga optical na instrumento ng militar na nilayon para sa pagmamasid (binocular, stereo scope), ang mga distansya sa pagitan ng mga sentro ng mga lente ay palaging mas malaki kaysa sa distansya sa pagitan ng mga mata, at ang mga malalayong bagay ay lumilitaw na mas kitang-kita kaysa kapag naobserbahan nang walang aparato.

Ang pag-aaral ng mga katangian ng liwanag na naglalakbay sa mga katawan na may mataas na refractive index ay humantong sa pagtuklas ng kabuuang panloob na pagmuni-muni. Ang ari-arian na ito ay malawakang ginagamit sa paggawa at paggamit ng mga optical fibers. Pinapayagan ng optical fiber ang anumang optical radiation na maipadala nang walang pagkawala. Ang paggamit ng optical fiber sa mga sistema ng komunikasyon ay naging posible upang makakuha ng mga high-speed na channel para sa pagtanggap at pagpapadala ng impormasyon.

Ang kabuuang panloob na pagmuni-muni ay nagpapahintulot sa paggamit ng mga prisma sa halip na mga salamin. Ang mga prismatic binocular at periscope ay binuo sa prinsipyong ito.

Ang paggamit ng mga laser at focusing system ay ginagawang posible na ituon ang laser radiation sa isang punto, na ginagamit sa pagputol ng iba't ibang substance, sa mga device para sa pagbabasa at pagsusulat ng mga CD, at sa mga laser rangefinder.

Ang mga optical system ay malawakang ginagamit sa geodesy para sa pagsukat ng mga anggulo at elevation (mga antas, theodolite, sextant, atbp.).

Ang paggamit ng mga prisma upang hatiin ang puting liwanag sa spectra ay humantong sa paglikha ng mga spectrograph at spectroscope. Pinapayagan ka nitong obserbahan ang pagsipsip at paglabas ng spectra mga solido at mga gas. Pinapayagan ka ng spectral analysis na malaman mo komposisyong kemikal mga sangkap.

Ang paggamit ng pinakasimpleng optical system - manipis na mga lente, ay nagpapahintulot sa maraming mga taong may mga depekto sa visual system na makakita nang normal (salamin, eye lens, atbp.).

Salamat sa mga optical system, maraming siyentipikong pagtuklas at tagumpay ang nagawa.

Ginagamit ang mga optical system sa lahat ng larangan ng aktibidad na pang-agham, mula sa biology hanggang sa pisika. Samakatuwid, maaari nating sabihin na ang saklaw ng aplikasyon ng mga optical system sa agham at teknolohiya ay walang limitasyon. [4.6]

Konklusyon.

Bibliograpiya.

1. Artsybyshev S.A. Physics - M.: Medgiz, 1950. - 511 p.

2. Zhdanov L.S. Zhdanov G.L. Physics para sa pangalawang institusyong pang-edukasyon - M.: Nauka, 1981. - 560 p.

3. Landsberg G.S. Optika - M.: Nauka, 1976. - 928 p.

4. Landsberg G.S. aklat-aralin sa elementarya sa pisika. - M.: Nauka, 1986. - T.3. - 656s.

5. Prokhorov A.M. Great Soviet Encyclopedia. - M.: Soviet Encyclopedia, 1974. - T.18. - 632s.

6. Sivukhin D.V. Pangkalahatang kurso sa pisika: Optics - M.: Nauka, 1980. - 751 p.

Ang isa sa mga sinaunang at malalaking sangay ng pisika ay optika. Ang mga tagumpay nito ay ginagamit sa maraming agham at larangan ng aktibidad: electrical engineering, industriya, medisina at iba pa. Mula sa artikulo maaari mong malaman kung ano ang pinag-aaralan ng agham na ito, ang kasaysayan ng pagbuo ng mga ideya tungkol dito, ang pinakamahalagang tagumpay, at kung anong mga optical system at instrumento ang umiiral.

Ano ang pinag-aaralan ng optika?

Ang pangalan ng disiplinang ito ay nagmula sa Griyego at isinalin bilang "ang agham ng visual na pang-unawa." Ang optika ay isang sangay ng pisika na nag-aaral sa kalikasan ng liwanag, mga katangian nito, at mga batas na nauugnay sa pagpapalaganap nito. Pinag-aaralan ng agham na ito ang kalikasan ng nakikitang liwanag, infrared at ultraviolet radiation. Dahil salamat sa liwanag na nakikita ng mga tao ang mundo sa kanilang paligid, ang sangay ng pisika na ito ay isa ring disiplinang nauugnay sa visual na perception ng radiation. At hindi nakakagulat: ang mata ay isang kumplikadong optical system.

Kasaysayan ng pagbuo ng agham

Nagmula ang mga optika noong sinaunang panahon, nang sinubukan ng mga tao na maunawaan ang likas na katangian ng liwanag at malaman kung paano nila nakikita ang mga bagay sa nakapaligid na mundo.

Itinuring ng mga sinaunang pilosopo na ang nakikitang liwanag ay alinman sa mga sinag na lumalabas sa mga mata ng isang tao, o isang daloy ng maliliit na particle na nakakalat mula sa mga bagay at pumapasok sa mata.

Kasunod nito, ang likas na katangian ng liwanag ay pinag-aralan ng maraming kilalang siyentipiko. Si Isaac Newton ay bumalangkas ng isang teorya tungkol sa mga corpuscles - maliliit na particle ng liwanag. Ang isa pang siyentipiko, si Huygens, ay naglagay ng teorya ng alon.

Ang likas na katangian ng liwanag ay patuloy na ginalugad ng mga pisiko noong ika-20 siglo: Maxwell, Planck, Einstein.

Sa kasalukuyan, ang mga hypotheses ng Newton at Huygens ay nagkakaisa sa konsepto ng wave-particle duality, ayon sa kung saan ang liwanag ay may mga katangian ng parehong mga particle at wave.

Mga seksyon

Ang paksa ng pananaliksik sa optika ay hindi lamang liwanag at kalikasan nito, kundi mga instrumento din para sa pananaliksik na ito, ang mga batas at katangian ng hindi pangkaraniwang bagay na ito, at marami pang iba. Samakatuwid, ang agham ay may ilang mga seksyon na nakatuon sa mga indibidwal na aspeto ng pananaliksik.

geometric na optika;
alon;
dami.

Ang bawat seksyon ay tatalakayin nang detalyado sa ibaba.

Geometric na optika

Sa seksyong ito mayroong mga sumusunod na batas ng optika:

Ang batas sa tuwid ng pagpapalaganap ng liwanag na dumadaan sa isang homogenous na daluyan. Ang isang light beam ay itinuturing bilang isang tuwid na linya kung saan dumaraan ang mga light particle.

Batas ng Pagninilay:

Ang insidente at sinasalamin na sinag, pati na rin ang patayo sa interface sa pagitan ng dalawang media, na muling itinayo sa punto ng saklaw ng sinag, ay nasa parehong eroplano ( eroplano ng insidente). Ang anggulo ng pagmuni-muni γ ay katumbas ng anggulo ng saklaw α.

Batas ng repraksyon:

Ang insidente at refracted ray, pati na rin ang patayo sa interface sa pagitan ng dalawang media, na muling itinayo sa punto ng saklaw ng ray, ay nasa parehong eroplano. Ang ratio ng sine ng anggulo ng saklaw α sa sine ng anggulo ng repraksyon β ay isang pare-parehong halaga para sa dalawang ibinigay na media.

Ang mga lente ay isang paraan ng pag-aaral ng mga katangian ng liwanag sa geometric na optika.

Ang lens ay isang transparent na katawan na may kakayahang magpadala at magbago. Nahahati sila sa convex at concave, pati na rin ang pagkolekta at pagkalat. Ang lens ay ang pangunahing bahagi ng lahat ng optical instruments. Kapag ang kapal nito ay maliit kumpara sa radii ng mga ibabaw, ito ay tinatawag na manipis. Sa optika, ang formula para sa manipis na lens ay ganito:

1/d + 1/f = D, kung saan

d ay ang distansya mula sa bagay sa lens; f ay ang distansya sa imahe mula sa lens; Ang D ay ang optical power ng lens (sinusukat sa diopters).

Wave optika at mga konsepto nito

Dahil alam na ang liwanag ay may lahat ng mga katangian ng isang electromagnetic wave, isang hiwalay na sangay ng pisika ang nag-aaral ng mga pagpapakita ng mga katangiang ito. Tinatawag itong wave optics.

Ang mga pangunahing konsepto ng sangay ng optika na ito ay pagpapakalat, interference, diffraction at polariseysyon.

Ang phenomenon ng dispersion ay natuklasan ni Newton salamat sa kanyang mga eksperimento sa prisms. Ang pagtuklas na ito ay isang mahalagang hakbang tungo sa pag-unawa sa kalikasan ng liwanag. Natuklasan niya na ang repraksyon ng mga sinag ng liwanag ay nakasalalay sa kanilang kulay. Ang phenomenon na ito ay tinatawag na dispersion o scattering of light. Alam na ngayon na ang kulay ay nakasalalay sa haba ng daluyong. Bilang karagdagan, si Newton ang nagmungkahi ng konsepto ng spectrum upang tukuyin ang guhit ng bahaghari na nakuha sa pamamagitan ng pagpapakalat sa pamamagitan ng mga prisma.

Ang pagkumpirma ng likas na alon ng liwanag ay ang pagkagambala ng mga alon nito, na natuklasan ni Jung. Ito ang pangalang ibinigay sa superposisyon ng dalawa o higit pang mga alon sa ibabaw ng bawat isa. Bilang resulta, makikita ng isa ang hindi pangkaraniwang bagay ng pagpapalakas at pagpapahina ng mga liwanag na panginginig ng boses sa iba't ibang mga punto sa kalawakan. Ang maganda at pamilyar na mga pagpapakita ng panghihimasok sa lahat ay mga bula ng sabon at ang kulay-kulay na bahaghari na pelikula ng natapong gasolina.

Ang bawat tao'y nakakaranas ng hindi pangkaraniwang bagay ng diffraction. Ang terminong ito ay isinalin mula sa Latin bilang "sira." Ang diffraction sa optika ay ang pagyuko ng mga light wave sa paligid ng mga gilid ng mga hadlang. Halimbawa, kung maglalagay ka ng bola sa daanan ng isang light beam, lilitaw ang mga alternating ring sa screen sa likod nito - maliwanag at madilim. Ito ay tinatawag na diffraction pattern. Pinag-aralan ni Jung at Fresnel ang phenomenon.

Ang huling pangunahing konsepto sa wave optics ay polariseysyon. Ang liwanag ay tinatawag na polarized kung ang direksyon ng mga wave oscillations nito ay nakaayos. Dahil ang liwanag ay isang longitudinal at hindi isang transverse wave, ang mga vibrations ay nangyayari lamang sa transverse na direksyon.

Quantum optika

Ang liwanag ay hindi lamang isang alon, kundi isang stream din ng mga particle. Sa batayan ng sangkap na ito, lumitaw ang isang sangay ng agham bilang quantum optics. Ang hitsura nito ay nauugnay sa pangalan ng Max Planck.

Ang quantum ay anumang bahagi ng isang bagay. At sa kasong ito pinag-uusapan natin ang tungkol sa radiation quanta, iyon ay, mga bahagi ng liwanag na ibinubuga sa panahon nito. Ang salitang photon ay ginagamit upang tukuyin ang mga particle (mula sa Greek φωτός - "liwanag"). Ang konseptong ito ay iminungkahi ni Albert Einstein. Sa seksyong ito ng optika, ginagamit din ang formula ni Einstein na E=mc 2 upang pag-aralan ang mga katangian ng liwanag.

Ang pangunahing layunin ng seksyong ito ay ang pag-aaral at paglalarawan ng pakikipag-ugnayan ng liwanag sa bagay at ang pag-aaral ng pagpapalaganap nito sa mga hindi tipikal na kondisyon.

Ang mga katangian ng liwanag bilang isang stream ng mga particle ay lumilitaw sa ilalim ng mga sumusunod na kondisyon:

thermal radiation;
epekto ng photoelectric;
mga proseso ng photochemical;
stimulated emission, atbp.

Sa quantum optics mayroong konsepto ng di-klasikal na liwanag. Ang katotohanan ay ang mga katangian ng kabuuan ng light radiation ay hindi maaaring inilarawan sa loob ng balangkas ng klasikal na optika. Ang di-klasikal na ilaw, halimbawa, dalawang-photon, naka-compress, ay ginagamit sa iba't ibang larangan: para sa pag-calibrate ng mga photodetector, para sa tumpak na mga sukat, atbp Ang isa pang aplikasyon ay quantum cryptography - isang lihim na paraan ng pagpapadala ng impormasyon gamit ang binary code, kung saan ang isang patayo na nakadirekta Ang photon ay nakatalaga ng 0, at isang pahalang na nakadirekta - 1.

Ang kahalagahan ng optika at optical na mga instrumento

Sa anong mga lugar natagpuan ng teknolohiya ng optika ang pangunahing aplikasyon nito?

Una, kung wala ang agham na ito ay walang mga optical na instrumento na kilala ng bawat tao: teleskopyo, mikroskopyo, camera, projector at iba pa. Sa tulong ng mga espesyal na piniling lente, nagawang tuklasin ng mga tao ang microcosm, ang uniberso, mga bagay na makalangit, pati na rin ang pagkuha at pag-broadcast ng impormasyon sa anyo ng mga imahe.

Bilang karagdagan, salamat sa optika, ang isang bilang ng mga mahahalagang pagtuklas ay ginawa sa larangan ng likas na katangian ng liwanag, ang mga katangian nito, ang mga phenomena ng pagkagambala, polariseysyon at iba pa ay natuklasan.

Sa wakas, ang mga optika ay malawakang ginagamit sa medisina, halimbawa, sa pag-aaral ng X-ray radiation, batay sa kung saan nilikha ang isang aparato na nagligtas ng maraming buhay. Salamat sa agham na ito, naimbento din ang laser, na malawakang ginagamit sa mga interbensyon sa kirurhiko.

Optika at pangitain

Ang mata ay isang optical system. Salamat sa mga katangian ng liwanag at mga kakayahan ng mga organo ng paningin, makikita mo ang mundo sa paligid mo. Sa kasamaang palad, kakaunti ang maaaring magyabang ng perpektong pangitain. Sa tulong ng disiplinang ito, naging posible na maibalik ang kakayahan ng mga tao na makakita ng mas mahusay gamit ang mga salamin at contact lens. Samakatuwid, ang mga institusyong medikal na kasangkot sa pagpili ng mga produkto ng pagwawasto ng paningin ay nakatanggap din ng kaukulang pangalan - optika.

Maaari naming buod ito. Kaya, ang optika ay ang agham ng mga katangian ng liwanag, na nakakaapekto sa maraming lugar ng buhay at may malawak na aplikasyon sa agham at sa pang-araw-araw na buhay.