Jaunrades darbs fizikā par optikas tēmu. Kas ir optika? Ģeometriskās optikas likumi
Ģeometriskā optika ir ārkārtīgi vienkāršs optikas gadījums. Būtībā tā ir viļņu optikas vienkāršota versija, kas neuzskata un vienkārši neuzņemas tādas parādības kā traucējumus un difrakciju. Šeit viss ir vienkāršots līdz robežai. Un tas ir labi.
Pamatjēdzieni
Ģeometriskā optika - optikas sadaļa, kurā apskatīti gaismas izplatīšanās likumi caurspīdīgos medijos, likumi par gaismas atstarošanu no spoguļu virsmām, attēlu veidošanas principi, kad gaisma iet caur optiskajām sistēmām.
Svarīgs! Visi šie procesi tiek apskatīti, neņemot vērā gaismas viļņu īpašības!
Dzīvē ģeometriskā optika, kas ir ārkārtīgi vienkāršots modelis, tomēr ir plaši pielietojama. Tas ir tāpat kā klasiskā mehānika un relativitātes teorija. Bieži vien klasiskās mehānikas ietvaros ir daudz vieglāk veikt nepieciešamo aprēķinu.
Ģeometriskās optikas pamatkoncepcija ir gaismas stars.
Ņemiet vērā, ka īsts gaismas stars neizplatās pa līniju, bet tam ir ierobežots leņķa sadalījums, kas ir atkarīgs no stara šķērsvirziena lieluma. Ģeometriskajā optikā netiek ņemti vērā staru kūļa šķērseniskie izmēri.
Taisnas gaismas izplatīšanās likums
Šis likums mums saka, ka viendabīgā vidē gaisma izplatās taisnā līnijā. Citiem vārdiem sakot, no punkta A uz punktu B gaisma pārvietojas pa ceļu, kura pārvarēšanai nepieciešams minimālais laiks.
Gaismas staru neatkarības likums
Gaismas stari izplatās neatkarīgi viens no otra. Ko tas nozīmē? Tas nozīmē, ka ģeometriskā optika pieņem, ka stari neietekmē viens otru. Un tie izplatījās tā, it kā citu staru vispār nebūtu.
Gaismas atstarošanas likums
Kad gaisma satiekas ar spoguļa (atstarojošo) virsmu, notiek pārdomas, tas ir, mainās gaismas stara izplatīšanās virziens. Tātad pārdomu likums saka, ka negadījums un atstarotie stari atrodas vienā plaknē kopā ar parasto, kas novilkts līdz nokrišanas vietai. Turklāt sastopamības leņķis ir vienāds ar atstarošanas leņķi, t.i. normāls leņķi starp stariem sadala divās vienādās daļās.
Refrakcijas likums (Snell's)
Mediju saskarnē līdz ar refleksiju notiek refrakcija, t.i. stars tiek sadalīts atspoguļotajā un refrakcijas stāvoklī.
Starp citu! Tagad visiem mūsu lasītājiem ir atlaide 10% uz jebkāda veida darbs.
Kritiena un refrakcijas leņķu sinusu attiecība ir nemainīga un vienāda ar šo barotņu refrakcijas koeficientu attiecību. Šo vērtību sauc arī par otrās barotnes refrakcijas indeksu attiecībā pret pirmo.
Atsevišķi ir vērts apsvērt pilnīgas iekšējās refleksijas gadījumu. Kad gaisma izplatās no optiski blīvāka barotnes uz mazāk blīvu barotni, refrakcijas leņķis ir lielāks nekā kritiena leņķis. Attiecīgi, palielinoties kritiena leņķim, palielināsies arī refrakcijas leņķis. Pie noteikta ierobežojoša kritiena leņķa refrakcijas leņķis kļūs vienāds ar 90 grādiem. Ar turpmāku krišanas leņķa palielināšanos gaisma netiks refraktēta otrajā vidē, un negadījuma intensitāte un atstarotie stari būs vienādi. To sauc par kopējo iekšējo refleksiju.
Gaismas staru atgriezeniskuma likums
Iedomāsimies, ka stars, kas izplatās kādā virzienā, ir piedzīvojis vairākas izmaiņas un refrakcijas. Gaismas staru atgriezeniskuma likums saka, ka, ja jūs sūtāt citu staru šī starojuma virzienā, tad tas iet pa to pašu ceļu kā pirmais, bet pretējā virzienā.
Mēs turpināsim pētīt ģeometriskās optikas pamatus, un nākotnē noteikti apskatīsim problēmu risināšanas piemērus, izmantojot dažādus likumus. Ja jums tagad ir kādi jautājumi, laipni lūdzam ekspertus, lai iegūtu pareizas atbildes studentu pakalpojums. Mēs palīdzēsim jums atrisināt jebkuru problēmu!
Ievads ................................................. .................................................. ............................... 2
1. nodaļa. Optisko parādību pamatlikumi ...................................... 4
1.1 Likums taisna pavairošana Sveta ................................................. ...... 4
1.2. Gaismas staru neatkarības likums ............................................. ...................... pieci
1.3 Gaismas atstarošanas likums .............................................. .................................................. pieci
1.4 Gaismas refrakcijas likums .............................................. ............................................... pieci
2. nodaļa. Ideālas optiskās sistēmas ............................................ ......... 7
3. nodaļa. Optisko sistēmu komponenti ............................................ .. deviņi
3.1. Atveres un to loma optiskajās sistēmās .......................................... .................. deviņi
3.2 Ieejas un izejas skolēni ............................................. ............................................ desmit
4. nodaļa. Mūsdienu optiskās sistēmas ............................................ 12
4.1. Optiskā sistēma ............................................... .................................................. ..... 12
4.2 Fotoaparatūra ............................................... ............................................. 13
4.3 Acs kā optiska sistēma ............................................. ....................................... 13
5. nodaļa. Optiskās sistēmas, kas apbruņo aci .............................. 16
5.1 Lupa ................................................ .................................................. .................................. 17
5.2 Mikroskops ................................................ .................................................. ...................... 18
5.3 Teleskopi ............................................... .................................................. ........... 20
5.4 Projekcijas ierīces ............................................... ........................................... 21
5.5 Spektrālās ierīces ............................................... ................................................. 22
5.6. Optiskā mērīšanas ierīce .............................................. .............................. 23
Secinājums ................................................. .................................................. ...................... 28
Atsauču saraksts ................................................ .................................................. ..... 29
Ievads
Optika ir fizikas nozare, kas pēta optiskā starojuma (gaismas) raksturu, tā izplatību un parādības, kas novērotas gaismas un matērijas mijiedarbībā. Optiskais starojums ir elektromagnētiski viļņi, tāpēc optika ir daļa no vispārīgās mācības par elektromagnētisko lauku.
Optika ir fizikālu parādību izpēte, kas saistīta ar īsu elektromagnētisko viļņu izplatīšanos, kuru garums ir aptuveni 10 -5 -10 -7 m. Šī konkrētā elektromagnētisko viļņu spektra apgabala nozīmīgums ir saistīts ar faktu, ka tā iekšpusē šaurā viļņu garumā no 400 līdz 400 760 nm ir redzamās gaismas laukums, ko tieši uztver cilvēka acs. To ierobežo, no vienas puses, rentgenstari un, no otras puses, radioviļņu izstarojuma mikroviļņu diapazons. No notiekošo procesu fizikas viedokļa šāda šaura elektromagnētisko viļņu (redzamās gaismas) spektra piešķiršanai nav lielas jēgas, tāpēc jēdziens “optiskais diapazons” parasti ietver arī infrasarkano un ultravioleto starojumu.
Optiskā diapazona ierobežojums ir nosacīts, un to lielā mērā nosaka vispārējie tehniskie līdzekļi un metodes parādību pētīšanai norādītajā diapazonā. Šos līdzekļus un metodes raksturo optisko objektu attēlu veidošana, pamatojoties uz starojuma viļņu īpašībām, izmantojot ierīces, kuru lineārie izmēri ir daudz lielāki par starojuma garumu λ, kā arī gaismas uztvērēju izmantošanu, kuru darbība balstās uz tā kvantu īpašībām.
Pēc tradīcijas optiku parasti iedala ģeometriskajā, fiziskajā un fizioloģiskajā. Ģeometriskā optika atstāj jautājumu par gaismas raksturu, balstās uz tās izplatīšanās empīriskajiem likumiem un izmanto gaismas staru jēdzienu, kas refrakts un atspoguļots uz barotnes ar atšķirīgām optiskajām īpašībām un taisni optiski viendabīgā vidē. Tās uzdevums ir matemātiski izpētīt gaismas staru ceļu barotnē ar zināmu refrakcijas indeksa n atkarību no koordinātām, vai, tieši otrādi, atrast caurspīdīgu un atstarojošu vides optiskās īpašības un formu, kurā stari pārvietojas pa doto ceļu. Ģeometriskajai optikai ir vislielākā nozīme optisko instrumentu aprēķināšanā un noformēšanā - no briļļu lēcām līdz sarežģītiem mērķiem un milzīgiem astronomiskiem instrumentiem.
Fizikālā optika nodarbojas ar problēmām, kas saistītas ar gaismas raksturu un gaismas parādībām. Apgalvojums, ka gaisma ir šķērseniski elektromagnētiski viļņi, ir pamatots ar milzīga skaita eksperimentālu pētījumu rezultātiem par gaismas difrakciju, traucējumiem, gaismas polarizāciju un izplatīšanos anizotropos medijos.
Viens no svarīgākajiem tradicionālajiem optikas uzdevumiem - oriģināliem atbilstošu attēlu iegūšana gan ģeometriskā formā, gan spilgtuma sadalījumā tiek risināts galvenokārt ar ģeometriskās optikas palīdzību, iesaistot fizisko optiku. Ģeometriskā optika sniedz atbildi uz jautājumu, kā būtu jāveido optiskā sistēma, lai katrs objekta punkts tiktu attēlots arī kā punkts, saglabājot attēla ģeometrisko līdzību ar objektu. Tas norāda attēla kropļojumu avotus un to līmeni reālajās optiskajās sistēmās. Optisko sistēmu konstruēšanai ir būtiska optisko materiālu ar nepieciešamajām īpašībām izgatavošanas tehnoloģija, kā arī optisko elementu apstrādes tehnoloģija. Tehnoloģisku iemeslu dēļ visbiežāk tiek izmantotas lēcas un spoguļi ar sfēriskām virsmām, bet optiskie elementi tiek izmantoti, lai vienkāršotu optiskās sistēmas un uzlabotu attēla kvalitāti ar lielu apertūru.
1. nodaļa. Optisko parādību pamatlikumi.
Jau pirmajos optisko pētījumu periodos eksperimentāli tika izveidoti šādi četri optisko parādību pamatlikumi:
1. Taisnas gaismas izplatīšanās likums.
2. Gaismas staru neatkarības likums.
3. Atstarošanās no spoguļa virsmas likums.
4. Gaismas laušanas likums uz divu caurspīdīgu informācijas nesēju robežas.
Turpmāka šo likumu izpēte parādīja, pirmkārt, ka tiem ir daudz dziļāka nozīme, nekā varētu šķist no pirmā acu uzmetiena, un, otrkārt, ka to piemērošana ir ierobežota un tie ir tikai aptuveni likumi. Optisko pamatlikumu nosacījumu un piemērojamības robežu noteikšana nozīmēja nozīmīgu progresu gaismas rakstura izpētē.
Šo likumu būtība ir šāda.
Viendabīgā vidē gaisma pārvietojas taisnās līnijās.
Šis likums ir atrodams Eiklidam piedēvētajos optikas darbos, un tas, iespējams, bija zināms un piemērots daudz agrāk.
Šā likuma eksperimentālus pierādījumus var iegūt, novērojot bargās ēnas, kuras rada punktveida gaismas avoti, vai iegūstot attēlus, izmantojot mazas atveres. Att. 1 ilustrē attēla iegūšanu, izmantojot nelielu atvērumu, attēla forma un izmērs parāda, ka projekcija notiek, izmantojot taisnus starus.
1. attēls. Taisna gaismas izplatīšanās: attēla iegūšana ar nelielu caurumu.
Taisnīgas izplatīšanās likumu var uzskatīt par stingri izveidotu pēc pieredzes. Tam ir ļoti dziļa nozīme, jo pats taisnas līnijas jēdziens acīmredzot radās no optiskiem novērojumiem. Taisnas līnijas kā līnijas, kas pārstāv īsāko attālumu starp diviem punktiem, ģeometriskais jēdziens ir līnijas jēdziens, pa kuru gaisma izplatās viendabīgā vidē.
Sīkāks aprakstīto parādību pētījums parāda, ka gaismas taisnas izplatīšanās likums zaudē spēku, ja pārietam pie ļoti maziem caurumiem.
Tātad eksperimentā, kas parādīts fig. 1, mēs iegūsim labu attēlu ar urbuma izmēru aptuveni 0,5 mm. Ar turpmāku cauruma samazināšanos attēls būs nepilnīgs, un ar aptuveni 0,5–0,1 mikrona atveri attēls nedarbosies vispār un ekrāns tiks apgaismots gandrīz vienmērīgi.
Gaismas plūsmu var sadalīt atsevišķos gaismas staros, tos izceļot, piemēram, izmantojot diafragmas. Šo izvēlēto gaismas staru darbība izrādās neatkarīga, t.i. viena staru radītais efekts nav atkarīgs no tā, vai citi staru kūļi darbojas vienlaicīgi vai ir izslēgti.
Krītošais stars, normāls attiecībā uz atstarojošo virsmu un atstarotais stars atrodas vienā plaknē (2. att.), Un leņķi starp stariem un normālo ir vienādi: kritiena leņķis i ir vienāds ar atstarojuma leņķi i ". Šis likums ir minēts arī Eiklida rakstos. izmantojot pulētas metāla virsmas (spoguļus), kas bija pazīstamas jau ļoti tālā laikmetā.
Att. 2 Pārdomu likums.
Att. 3 Refrakcijas likums.
Apertūra ir necaurspīdīga barjera, kas ierobežo gaismas staru šķērsgriezumu optiskajās sistēmās (teleskopos, diapazona meklētājos, mikroskopos, kino un kamerās utt.). diafragmu lomu bieži spēlē lēcu, prizmu, spoguļu un citu optisko detaļu rāmji, acs zīlīte, apgaismotā objekta robežas, spektroskopos - spraugas.
Jebkura optiskā sistēma - bruņotas un neapbruņotas acis, fotoaparāti, projekcijas aparāti - galu galā zīmē attēlu uz plaknes (ekrāns, fotoplāksne, tīklene); objekti vairumā gadījumu ir trīsdimensiju. Tomēr pat ideāla optiskā sistēma, ja tā nebūtu ierobežota, nesniegtu trīsdimensiju objekta attēlus plaknē. Tiešām, trīsdimensiju objekta atsevišķi punkti atrodas dažādos attālumos no optiskās sistēmas, un tie atbilst dažādām konjugētām plaknēm.
Gaismas punkts O (5. att.) Sniedz asu O'attēlu plaknē MM 1, kas konjugēts ar EE. Bet punkti A un B sniedz asus attēlus A 'un B', un MM plaknē tos projicē ar gaismas lokiem, kuru lielums ir atkarīgs no stara platuma ierobežojuma. Ja sistēmu neierobežotu kaut kas, tad A un B stari MM plakni apgaismotu vienmērīgi, no tā nebūtu objekta attēla, bet tikai tā atsevišķu punktu attēls, kas atrodas plaknē EE.
Jo šaurākas ir sijas, jo skaidrāks ir objekta telpas attēls plaknē. Precīzāk, nevis pats telpiskais objekts ir attēlots plaknē, bet tas plakanais attēls, kas ir objekta projekcija uz kādu plakni EE (instalācijas plakne), attiecībā uz sistēmu ir konjugēts ar MM attēla plakni. Projekcijas centrs ir viens no sistēmas punktiem (optiskā instrumenta ieejas skolēna centrs).
Diafragmas lielums un novietojums nosaka apgaismojuma un attēla kvalitāti, optiskās sistēmas lauka dziļumu un izšķirtspēju, kā arī redzes lauku.
Diafragmu, kas vissmagāk ierobežo gaismas staru, sauc par diafragmu vai efektīvu. Tās lomu var spēlēt ar objektīva rāmi vai īpašu BB membrānu, ja šī membrāna spēcīgāk ierobežo gaismas starus nekā objektīva rāmji.
|
|||
Sprādzienbīstamās atveres diafragma bieži atrodas starp sarežģītas optiskās sistēmas atsevišķiem komponentiem (objektīviem) (6. att.), Bet to var arī novietot sistēmas priekšā vai pēc tās.
Ja BB ir reāla diafragma ar diafragmu (6. att.), Un B 1 B 1 un B 2 B 2 ir tās attēli sistēmas priekšējā un aizmugurējā daļā, tad visi stari, kas iet caur BB, iet caur B 1 B 1 un B 2 B 2 un otrādi, t.i. jebkura no diafragmām BB, B 1 B 1, B 2 B 2 ierobežo aktīvās gaismas.
Ieejošais skolēns ir viens no faktiskajiem caurumiem vai to attēliem, kas visspēcīgāk ierobežo ienākošo staru, t.i. redzams vismazākajā leņķī no optiskās ass un objekta plaknes krustošanās vietas.
Izejas skolēns ir caurums vai tā attēls, kas ierobežo staru, kas iziet no sistēmas. Ieejas un izejas skolēni ir konjugēti attiecībā pret visu sistēmu.
Ieejošā skolēna lomu var spēlēt šis vai tas caurums vai tā attēls (reāls vai iedomāts). Dažos svarīgos gadījumos attēlotais objekts ir apgaismots caurums (piemēram, spektrogrāfa sprauga), un apgaismojumu nodrošina tieši gaismas avots, kas atrodas tuvu urbumam, vai arī ar papildu kondensatora palīdzību. Šajā gadījumā atkarībā no atrašanās vietas ieejas skolēna lomu var spēlēt pēc avota vai tā attēla robežas vai kondensatora robežas utt.
Ja atveres diafragma atrodas sistēmas priekšā, tad tā sakrīt ar ieejas skolēnu, un izejas skolēns būs tās attēls šajā sistēmā. Ja tas atrodas aiz sistēmas, tad tas sakrīt ar izejas skolnieku, un ieejošais skolēns būs tā attēls sistēmā. Ja BB diafragma atrodas sistēmas iekšpusē (6. att.), Tad tās B 1 B 1 attēls sistēmas priekšpusē kalpo kā ieejas skolēns, un B 2 B 2 attēls sistēmas aizmugurē kalpo kā izejas skolēns. Leņķi, kurā ieejas skolēna rādiuss ir redzams no krustošanās vietas ar objekta plakni, sauc par "apertūras leņķi", un leņķis, pie kura izejas skolēna rādiuss ir redzams no krustošanās vietas ar attēla plakni, ir projekcijas leņķis vai izejas apertūras leņķis. [3]
4. nodaļa. Mūsdienu optiskās sistēmas.
Plāns objektīvs ir vienkāršākā optiskā sistēma. Vienkāršas plānas lēcas galvenokārt izmanto briļļu veidā. Turklāt parasti ir zināms, ka objektīvu izmanto kā palielināmo stiklu.
Daudzu optisko ierīču - projekcijas gaismas, fotokameras un citu ierīču - darbību shematiski var pielīdzināt plāno objektīvu darbībai. Tomēr plānais objektīvs nodrošina labu attēlu tikai salīdzinoši retā gadījumā, ja jūs varat aprobežoties ar šauru vienas krāsas staru, kas nāk no avota gar galveno optisko asi vai lielā leņķī pret to. Vairumā praktisko uzdevumu, ja šie nosacījumi nav izpildīti, plānas lēcas attēls ir diezgan nepilnīgs. Tādēļ lielākajā daļā gadījumu tiek ķerties pie sarežģītāku optisko sistēmu uzbūves ar lielu skaitu refrakcijas virsmu, un to neierobežo prasība, ka šīs virsmas ir tuvu (prasība, kuru apmierina plānais objektīvs). [4]
Kopumā cilvēka acs ir sfērisks ķermenis, kura diametrs ir aptuveni 2,5 cm, ko sauc par acs ābolu (10. att.). Necaurspīdīgu un izturīgu acs ārējo apvalku sauc par skleru, un tā caurspīdīgo un izliektāko priekšējo daļu sauc par radzeni. Iekšpusē sklēra ir pārklāta ar asinsvadu membrānu, kas sastāv no asinsvadiem, kas baro aci. Pret radzeni koroīds nokļūst varavīksnenē, kas dažādiem cilvēkiem ir atšķirīgi krāsota un kuru no radzenes atdala kamera ar caurspīdīgu, ūdeņainu masu.
Varavīksnenē ir apaļš caurums,
sauc par skolēnu, kura diametrs var mainīties. Tādējādi varavīksnene darbojas kā diafragma, regulējot gaismas piekļuvi acij. Spilgtā gaismā skolēns samazinās, un vājā apgaismojumā tas palielinās. Acs ābola iekšpusē aiz varavīksnenes atrodas objektīvs, kas ir abpusēji izliekts objektīvs, kas izgatavots no caurspīdīgas vielas ar refrakcijas koeficientu aptuveni 1,4. Lēcas robežojas ar gredzenveida muskulatūru, kas var mainīt tā virsmu izliekumu un līdz ar to arī tā optisko jaudu.
Koroīds acs iekšējā pusē ir pārklāts ar gaismjutīgā nerva zariem, īpaši blīvs pretī zīlītei. Šīs sazarotās formas veido retikulāru apvalku, uz kura tiek iegūts faktiskais objektu attēls, ko izveido acs optiskā sistēma. Telpu starp tīkleni un objektīvu piepilda ar caurspīdīgu stiklveida ķermeni ar želejveida struktūru. Objektu attēls tīklenē ir apgriezts. Tomēr smadzeņu darbība, kas saņem signālus no gaismas jutīgā nerva, ļauj mums redzēt visus objektus to dabiskajā stāvoklī.
Kad acs apļveida muskuļi ir atslābināti, tīklenē tiek iegūts tālu objektu attēls. kopumā acs uzbūve ir tāda, ka cilvēks bez spriedzes var redzēt objektus, kas atrodas ne tuvāk kā 6 m no acs. Šajā gadījumā aiz tīklenes tiek iegūts tuvāku objektu attēls. Lai iegūtu skaidru šāda objekta attēlu, gredzenveida muskuļi arvien vairāk un vairāk saspiež objektīvu, līdz objekta attēls atrodas uz tīklenes, un pēc tam tur objektīvu saspiestā stāvoklī.
Tādējādi cilvēka acs "fokusēšana" tiek veikta, mainot objektīva optisko spēku ar gredzenveida muskuļa palīdzību. Acs optiskās sistēmas spēju radīt skaidrus priekšmetu attēlus, kas atrodas dažādos attālumos no tā, sauc par izmitināšanu (no latīņu valodas "izmitināšana" - pielāgošana). Skatoties uz ļoti attāliem objektiem, acīs iekrīt paralēli stari. Šajā gadījumā tiek teikts, ka acs ir pielāgota bezgalībai.
Acs izmitināšana nav bezgalīga. Ar gredzenveida muskuļa palīdzību acs optisko spēku var palielināt ne vairāk kā par 12 dioptrijām. Ilgi pārbaudot tuvus objektus, acis nogurst, un gredzenveida muskuļi sāk atslābt un objekta attēls kļūst neskaidrs.
Cilvēka acis ļauj labi redzēt objektus, ne tikai dienasgaismā. Acs spēja pielāgoties tīklenes gaismjutīgā nerva galu dažāda līmeņa kairinājumam, t.i. dažāda līmeņa novērojamo objektu spilgtumu sauc par pielāgošanos.
Acu vizuālo asu konverģenci noteiktā brīdī sauc par konverģenci. Ja objekti atrodas ievērojamā attālumā no cilvēka, tad, pārvietojot acis no viena objekta uz otru starp acu asīm, tas praktiski nemainās, un cilvēks zaudē spēju pareizi noteikt objekta stāvokli. Kad objekti atrodas ļoti tālu, acu asis ir paralēlas, un cilvēks pat nevar noteikt, vai objekts pārvietojas vai nē, uz kuru viņš skatās. Ķermeņa stāvokļa noteikšanā liela loma ir arī gredzenveida muskuļa spēkam, kas saspiež lēcu, izmeklējot objektus, kas atrodas netālu no cilvēka. [2]
5. nodaļa. Optiskās sistēmas, kas apbruņo aci.
Kaut arī acs nav plāns objektīvs, joprojām ir iespējams atrast punktu, caur kuru stari iziet ar nelielu refrakcijas spēju vai bez tās, t.i. punkts, kas spēlē optiskā centra lomu. Acs optiskais centrs atrodas objektīva iekšpusē netālu no tā aizmugurējās virsmas. Attālums h no optiskā centra līdz tīklenei, ko sauc par acs dziļumu, normālai acij ir 15 mm.
Zinot optiskā centra stāvokli, acs tīklenē var viegli izveidot objekta attēlu. Attēls vienmēr ir reāls, samazināts un reverss (11. att., A). Leņķi φ, kurā objekts S 1 S 2 ir redzams no optiskā centra O, sauc par skata leņķi.
Tīkla apvalkam ir sarežģīta struktūra un tas sastāv no atsevišķiem gaismjutīgiem elementiem. Tāpēc divus objekta punktus, kas atrodas tik tuvu viens otram, ka to attēls tīklenē ietilpst vienā un tajā pašā elementā, acs uztver kā vienu punktu. Minimālais skata leņķis, pie kura acs divus atšķirīgus vai divus melnus punktus uz balta fona uztver vēl atsevišķi, ir aptuveni viena minūte. Acs neatpazīst objekta detaļas, kuras tā redz leņķī, kas mazāks par 1 ". Tas ir leņķis, kurā redzams segments, kura garums ir 1 cm 34 cm attālumā no acs. Sliktā apgaismojumā (krēslas laikā) minimālais izšķirtspējas leņķis palielinās un var sasniegt 1º. .
 |
Pieliekot subjektu tuvāk acij, mēs palielinām skata leņķi un tāpēc iegūstam
spēja labāk atšķirt sīkas detaļas. Tomēr mēs to nevaram pietuvināt ļoti acij, jo acs iespējas to uzņemt ir ierobežotas. Normālai acij objekta apskatīšanai vislabvēlīgākais ir apmēram 25 cm attālums, pie kura acs diezgan labi izšķir detaļas bez pārmērīga noguruma. Šo attālumu sauc par labākās redzamības attālumu. tuvredzīgai acij šis attālums ir nedaudz mazāks. tāpēc tuvredzīgi cilvēki, novietojot attiecīgo objektu tuvāk acīm nekā cilvēki ar normālu redzi vai tālredzību, redz to no plaša redzes leņķa un var labāk atšķirt sīkas detaļas.
Ievērojams skata leņķa pieaugums tiek panākts, izmantojot optiskos instrumentus. Pēc to mērķa optiskās ierīces, kas apbruņo aci, var iedalīt šādās lielās grupās.
1. Ierīces ļoti mazu objektu apskatei (palielinātājs, mikroskops). Šīs ierīces it kā “palielina” attiecīgos objektus.
2. Ierīces, kas paredzētas tālu objektu apskatei (teleskops, binoklis, teleskops utt.). šīs ierīces, šķiet, “tuvina” attiecīgos objektus.
Sakarā ar palielinātu skata leņķi, lietojot optisko ierīci, tīklenē esošā objekta attēla izmērs palielinās, salīdzinot ar attēlu ar neapbruņotu aci, un tāpēc palielinās spēja atpazīt detaļas. Tīkla acs garuma b attiecību ar bruņotu aci b "un neapbruņotas acs b attēla garumu (11. att., B) sauc par optiskās ierīces palielinājumu.
Izmantojot fig. 11.b ir viegli redzēt, ka N pieaugums ir vienāds arī ar skata leņķa φ ", apskatot objektu caur instrumentu, ar skata leņķi φ neapbruņotai acij, jo φ" un φ ir mazi. [2,3] Tātad,
N \u003d b "/ b \u003d φ" / φ,
kur N ir subjekta pieaugums;
b "ir acs tīklenes attēla garums;
b ir tīrā acs attēla garums;
φ "ir skata leņķis, skatot objektu caur optisko instrumentu;
φ ir skata leņķis, pārbaudot objektu ar neapbruņotu aci.
Viena no vienkāršākajām optiskajām ierīcēm ir palielināmais stikls - savācējlēca, kas paredzēta mazu priekšmetu palielinātu attēlu apskatīšanai. Objektīvs tiek novirzīts uz pašu aci, un objekts tiek novietots starp objektīvu un galveno fokusu. Acs redzēs iedomātu un palielinātu objekta attēlu. Visērtāk ir objektu apskatīt caur palielināmo stiklu ar pilnīgi atvieglotu aci, kas novietota bezgalībā. Šim nolūkam objekts tiek novietots objektīva galvenajā fokusa plaknē tā, lai stari, kas rodas no katra objekta punkta, veidotu paralēlas sijas aiz objektīva. Att. 12 ir attēloti divi šādi saišķi, kas stiepjas no objekta malām. Kad acis ir pielāgotas bezgalībai, paralēlu staru stari koncentrējas uz tīkleni un dod skaidru priekšmeta attēlu.
 |
Leņķiskais pieaugums. Acs ir ļoti tuvu objektīvam, tāpēc skata leņķim var ņemt leņķi 2γ, ko veido stari, kas nāk no objekta malām caur objektīva optisko centru. Ja nebūtu palielināmā stikla, objekts mums būtu jānovieto vislabākajā redzes attālumā (25 cm) no acs, un redzes leņķis būtu 2β. Ņemot vērā taisnstūra trīsstūrus ar kājām 25 cm un F cm un apzīmējot pusi no objekta Z, mēs varam rakstīt:
,
kur 2γ ir skata leņķis, kad to novēro caur palielināmo stiklu;
2β - skata leņķis, ja to novēro ar neapbruņotu aci;
F ir attālums no objekta līdz lupai;
Z ir puse no attiecīgā izstrādājuma garuma.
Ņemot vērā to, ka parasti mazās detaļas tiek pārbaudītas caur palielināmo stiklu un tāpēc leņķi γ un β ir mazi, tangentes ir iespējams aizstāt ar leņķiem. Tādējādi palielinātāja palielināšanai \u003d \u003d iegūst šādu izteiksmi.
Līdz ar to palielinātāja palielinājums ir proporcionāls 1 / F, tas ir, tā optiskajai jaudai.
Ierīce, kas ļauj iegūt lielu pieaugumu, pārbaudot mazus objektus, ko sauc par mikroskopu.
Vienkāršākais mikroskops sastāv no divām savākšanas lēcām. Ļoti maza fokusa objektīvs L 1 sniedz ievērojami palielinātu objekta P "Q" reālo attēlu (13. att.), Kuru okulārs uzskata par palielināmo stiklu.
 |
kur P "Q" ir palielināts faktiskais objekta attēls;
PQ - preces lielums;
Reizinot šīs izteiksmes, iegūstam \u003d n 1 n 2,
kur PQ ir preces lielums;
P "" Q "" - palielināts tēlains objekta attēls;
n 1 ir objektīva lineārs pieaugums;
n 2 ir lineārs okulāra palielinājums.
Tas parāda, ka mikroskopa palielinājums ir vienāds ar palielinājumu, ko piešķir objektīvs un okulārs atsevišķi. Tāpēc ir iespējams izveidot instrumentus, kas dod ļoti lielu pieaugumu - līdz 1000 un pat vairāk. Labos mikroskopos objektīvs un okulārs ir sarežģīti.
Okulārs parasti sastāv no diviem objektīviem, objektīvs ir daudz sarežģītāks. Vēlme iegūt lielus palielinājumus ir spiesta izmantot īsa fokusa objektīvus ar ļoti lielu optisko jaudu. Apskatāmais objekts ir novietots ļoti tuvu objektīvam un dod plašu staru kūli, kas aizpilda visu pirmā objektīva virsmu. Tādējādi asa attēla iegūšanai tiek radīti ļoti nelabvēlīgi apstākļi: biezas lēcas un stari ārpus centra. Tāpēc, lai labotu visa veida trūkumus, ir jāizmanto daudzu dažādu klasi stikla objektīvu kombinācijas.
Mūsdienu mikroskopos teorētiskā robeža ir gandrīz sasniegta. Ļoti mazus objektus var redzēt arī caur mikroskopu, taču to attēli parādās kā mazi plankumi, kuriem nav līdzības ar kādu objektu.
Pārbaudot tik mazas daļiņas, viņi izmanto tā saukto ultramikroskopu, kas ir parastais mikroskops ar kondensatoru, kas ļauj intensīvi apgaismot attiecīgo objektu no sāniem, perpendikulāri mikroskopa asij.
Izmantojot ultramikroskopu, ir iespējams noteikt daļiņas, kuru izmērs nepārsniedz nanometrus.
Vienkāršākais smērēšanās diapazons sastāv no divām savākšanas lēcām. Vienu objektīvu, kas vērsts pret aplūkojamo objektu, sauc par objektīvu, bet otru, kas vērsts pret novērotāja aci, sauc par okulāru.
Objektīvs L 1 rada reālu apgrieztu un ievērojami samazinātu objekta P 1 Q 1 attēlu, kas atrodas netālu no galvenā objektīva fokusa. Okulārs ir novietots tā, lai galvenā uzmanība būtu pievērsta objekta attēlam. Šajā pozīcijā okulārs spēlē lupas lomu, ar kuras palīdzību tiek pārbaudīts objekta reāls attēls.
Caurules, kā arī palielinātāja darbība samazinās, lai palielinātu skata leņķi. Ar caurules palīdzību parasti tiek pārbaudīti objekti, kas atrodas vairākkārt vairāk nekā tā garumā. Tāpēc skata leņķi, kurā objekts ir redzams bez caurules, jūs varat uzņemt leņķi 2β, ko veido stari, kas nāk no objekta malām caur objektīva optisko centru.
Attēls ir redzams 2γ leņķī un atrodas gandrīz objektīva F fokusā un okulāra fokusā F 1.
Ņemot vērā divus taisnstūra trīsstūrus ar kopēju kāju Z ", mēs varam rakstīt:
,
F ir objektīva fokuss;
F 1 ir okulāra fokuss;
Z "ir puse no attiecīgā izstrādājuma garuma.
Leņķi β un γ nav lieli, tāpēc tgβ un tgγ var aizstāt ar leņķiem ar pietiekamu tuvinājumu, un pēc tam caurules palielinājums \u003d 
,
kur 2γ ir leņķis, pie kura redzams objekta attēls;
2β ir skata leņķis, kurā objekts ir redzams ar neapbruņotu aci;
F ir objektīva fokuss;
F 1 ir okulāra fokuss.
Caurulītes leņķisko palielināšanos nosaka objektīva fokusa attāluma un okulāra fokusa attāluma attiecība. Lai iegūtu lielu palielinājumu, jums jāņem telefoto objektīvs un īsa fokusa okulārs. [1]
Lai skatītājiem ekrānā parādītu palielinātu zīmējumu, fotogrāfiju vai zīmējumu attēlu, tiek izmantots projekcijas aparāts. Zīmējumu uz stikla vai caurspīdīgas plēves sauc par caurspīdīgajām plēvēm, un pašu aparātu, kas paredzēts šādu rasējumu parādīšanai, sauc par diaskopu. Ja ierīce ir paredzēta necaurspīdīgu gleznu un zīmējumu parādīšanai, tad to sauc par bīskapu. Aparāts, kas paredzēts abiem gadījumiem, tiek saukts par epidemioskopu.
Objektīvu, kas rada objekta attēlu tā priekšā, sauc par objektīvu. Parasti objektīvs ir optiska sistēma, kas novērš svarīgākos trūkumus, kas raksturīgi atsevišķiem objektīviem. Lai objekta attēls būtu skaidri redzams auditorijai, pašam subjektam jābūt spilgti apgaismotam.
Projekcijas aparāta izkārtojums ir parādīts 16. attēlā.
Gaismas avotu S novieto ieliekta spoguļa (reflektora) centrā. Gaisma, kas nāk tieši no avota S un atspoguļojas no reflektora R, krīt uz kondensatora K, kas sastāv no divām plakaniski izliektām lēcām. Kondensators vāc šos gaismas starus
Caurulei A, ko sauc par kolimatoru, ir šaurs sprauga, kuras platumu var noregulēt, pagriežot skrūvi. Plaisas priekšā ir novietots gaismas avots, kura spektrs ir jāizpēta. Sprauga atrodas kolimatora fokusa plaknē, un tāpēc gaismas stari no kolimatora izejas ir paralēla stara veidā. Pēc tam, kad tas ir izgājis caur prizmu, gaismas stari tiek nosūtīti uz cauruli B, caur kuru tiek novērots spektrs. Ja spektroskops ir paredzēts mērījumiem, tad spektra attēls ar speciālas ierīces palīdzību tiek uzlikts uz skalas attēlu ar dalījumiem, kas ļauj precīzi noteikt krāsu līniju atrašanās vietu spektrā.
Pētot spektru, bieži vien ir lietderīgāk to nofotografēt un pēc tam izpētīt ar mikroskopu.
Ierīce spektru fotografēšanai tiek saukta par spektrogrāfu.
Spektrogrāfu shēma parādīta att. 18.
Apstarojuma spektrs, izmantojot L 2 objektīvu, fokusējas uz matētu stiklu AB, kuru fotografējot aizstāj ar foto plāksni. [2]
Optiskais mērinstruments ir mērinstruments, kurā novērošanu (apvienojot kontrolējamā objekta robežas ar novērošanas līniju, krustojumu utt.) Vai lieluma noteikšanu veic, izmantojot ierīci ar optisku darbības principu. Ir trīs optisko grupu grupas mērinstrumenti: ierīces ar optisku novērošanas principu un mehānisku kustības paziņošanas veidu; ierīces ar optisku novērošanas un pārvietošanas veidu; ierīces ar mehānisku kontaktu ar mērierīci ar optisko metodi saskares punktu kustības noteikšanai.
No pirmajiem instrumentiem plaši tika izmantoti projektori tādu detaļu mērīšanai un kontrolei, kurām ir sarežģīta kontūra un mazi izmēri.
Visizplatītākā ierīce ir otrā - universālais mērīšanas mikroskops, kurā izmērītā daļa pārvietojas uz garenisko pārvadājumu, bet galvas mikroskops - uz šķērsvirziena.
Trešās grupas ierīces izmanto, lai salīdzinātu izmērītos lineāros lielumus ar mēriem vai mērogu. Parasti tos apvieno ar vispārīgu nosaukumu salīdzinātāji. Šajā ierīču grupā ietilpst optimometrs (optikators, mērīšanas mašīna, kontakta interferometrs, optiskā diapazona meklētājs utt.).
Optiskie mērinstrumenti ir plaši izplatīti arī ģeodēzijā (līmeņu, teodolīts utt.).
Teodolīts ir ģeodēzisks rīks virzienu noteikšanai un horizontālā un vertikālā leņķa mērīšanai ģeodēzisko darbu, topogrāfisko un mērniecības apsekojumu laikā, būvniecībā utt.
Līmenis - ģeodēzisks rīks, kas paredzēts zemes virsmas punktu pacēlumu mērīšanai - izlīdzināšanai, kā arī horizontālo uzstādīšanas virzienu iestatīšanai utt. darbojas.
Navigācijā plaši izmanto sekstantu - goniometrisku spoguļatstarojošu instrumentu, lai izmērītu debess ķermeņu augstumu virs horizonta vai leņķus starp redzamiem objektiem, lai noteiktu novērotāja vietas koordinātas. Vissvarīgākā sekstanta īpašība ir iespēja novērotāja redzamības laukā vienlaicīgi apvienot divus objektus, starp kuriem tiek mērīts leņķis, kas ļauj izmantot sekstantu lidmašīnā un uz kuģa bez manāma precizitātes samazināšanās pat piķis.
Daudzsološs virziens jauna veida optisko mērinstrumentu attīstībā ir aprīkot tos ar elektroniskām skaitīšanas ierīcēm, kas ļauj vienkāršot nolasījumu un redzējumu nolasīšanu utt. [pieci]
6. nodaļa. Optisko sistēmu izmantošana zinātnē un tehnoloģijās.
Pielietojums, kā arī optisko sistēmu loma zinātnē un tehnoloģijā ir ļoti liela. Neizpētot optiskās parādības un neattīstot optiskos instrumentus, cilvēce nebūtu tik augstā tehnoloģiskās attīstības līmenī.
Gandrīz visi mūsdienu optiskie instrumenti ir paredzēti tiešai optisko parādību vizuālai novērošanai.
Attēlveidošanas likumi kalpo par pamatu dažādu optisko ierīču konstruēšanai. Jebkuras optiskās ierīces galvenā daļa ir noteikta optiskā sistēma. Dažās optiskajās ierīcēs attēls tiek parādīts uz ekrāna, savukārt citās ierīcēs ir paredzēts darboties ar aci. pēdējā gadījumā ierīce un acs attēlo vienu optisko sistēmu, un attēls tiek iegūts uz acs tīklenes.
Studē dažus Ķīmiskās īpašības Vielas, zinātnieki ir izgudrojuši attēlu fiksēšanas metodi uz cietām virsmām, un attēlu projicēšanai uz šīs virsmas ir izmantotas optiskās sistēmas, kas sastāv no lēcām. Tādējādi pasaule saņēma foto un filmu kameras, un ar sekojošu elektronikas attīstību parādījās video un digitālās kameras.
Lai pētītu mazus acij gandrīz neredzamus objektus, tiek izmantots palielinātājs, un, ja ar tā palielinājumu nepietiek, tad tiek izmantoti mikroskopi. Mūsdienu optiskie mikroskopi ļauj palielināt attēlu līdz 1000 reizēm, bet elektronu mikroskopi - desmitiem tūkstošu reižu. Tas ļauj pētīt objektus molekulārā līmenī.
Mūsdienu astronomiskie pētījumi nebūtu iespējami bez “Galilean pipe” un “Kepler's pipe”. Galileo caurule, ko bieži izmanto parastajos teātra binokļos, rada tiešu objekta attēlu, Keplera caurule - apgriezta. Tā rezultātā, ja Keplera caurule tiks izmantota Zemes novērojumiem, tad tā ir aprīkota ar ietīšanas sistēmu (papildu objektīvu vai prizmas sistēmu), kā rezultātā attēls kļūst taisns. Šādas ierīces piemērs ir prizmas binokļi.
Keplera caurules priekšrocība ir tā, ka tai ir papildu starpposma attēls, uz kura plaknes var ievietot mērīšanas skalu, fotoplāksni attēlu uzņemšanai utt. Tā rezultātā astronomijā un visos gadījumos, kas saistīti ar mērījumiem, tiek izmantota Keplera caurule.
Kopā ar teleskopiem, kas izgatavoti pēc teleskopa veida, astronomijā ļoti svarīgi ir refrakcijas, spoguļa (atstarojošie) teleskopi vai reflektori.
Novērošanas iespējas, ko dod katrs teleskops, nosaka cauruma diametrs. Tāpēc kopš seniem laikiem zinātniskā un tehniskā doma ir vērsta uz atrašanu
 |
lielu spoguļu un objektīvu ražošanas metodes.
Ar katra jaunā teleskopa uzbūvi paplašinās mūsu novērotā Visuma rādiuss.
Kosmosa vizuālā uztvere ir sarežģīta darbība, kurā būtisks apstāklis \u200b\u200bir tas, ka normālos apstākļos mēs izmantojam divas acis. Acu lielās mobilitātes dēļ mēs ātri fiksējam vienu objekta punktu pēc otra; tajā pašā laikā mēs varam novērtēt attālumu līdz attiecīgajiem objektiem un arī salīdzināt šos attālumus savā starpā. Šāds novērtējums dod priekšstatu par telpas dziļumu, par subjekta detaļu apjoma sadalījumu, padara iespējamu stereoskopisko redzi.
Stereoskopiskos 1. un 2. attēlu pārbauda, \u200b\u200bizmantojot lēcas L 1 un L 2, katru ievietojot vienas acs priekšā. Attēli atrodas objektīva fokusa plaknēs, un tāpēc to attēli atrodas bezgalībā. Abas acis ir pielāgotas bezgalībai. Abu attēlu attēli tiek uztverti kā viens reljefa objekts, kas atrodas S plaknē.
Stereoskops pašlaik tiek plaši izmantots apgabala attēlu izpētei. Fotografējot apgabalu no diviem punktiem, tiek iegūti divi attēli, kurus apskatot ar stereoskopu var skaidri redzēt reljefu. Lielais stereoskopiskā redzes asums ļauj izmantot stereoskopu, lai noteiktu dokumentu, naudas utt. Viltojumus.
Novērošanai paredzētajos militārajos optiskajos instrumentos (binokļi, stereo lampas) attālumi starp objektīvu centriem vienmēr ir daudz lielāki nekā attālums starp acīm, un tālu objekti ir daudz pamanāmāki nekā tad, ja tos novēro bez ierīces.
Gaismas īpašību izpēte ķermeņos ar augstu refrakcijas koeficientu ļāva atklāt kopējo iekšējo atstarojumu. Šis īpašums tiek plaši izmantots optiskās šķiedras ražošanā un izmantošanā. Optiskā šķiedra pieļauj jebkādu bezzaudējumu optisko starojumu. Optiskās šķiedras izmantošana sakaru sistēmās ļāva iegūt ātrgaitas kanālus informācijas saņemšanai un nosūtīšanai.
Pilnīga iekšējā atstarošana ļauj spoguļu vietā izmantot prizmas. Pēc šī principa ir izveidoti prizmatiski binokļi un periskopi.
 |
Lāzeru un fokusēšanas sistēmu izmantošana ļauj vienā brīdī fokusēt lāzera starojumu, kas tiek izmantots dažādu vielu griešanai, kompaktdisku lasīšanas un rakstīšanas ierīcēs, lāzera tālummērītājos.
Optiskās sistēmas tiek plaši izmantotas ģeodēzijā leņķu un pacēlumu (līmeņu, teodolītu, sekstantu utt.) Mērīšanai.
Prizmu izmantošana, lai sadalītu balto gaismu spektros, radīja spektrogrāfus un spektroskopus. Tie ļauj novērot cietvielu un gāzu absorbcijas un emisijas spektrus. Spektrālā analīze ļauj noskaidrot vielas ķīmisko sastāvu.
Vienkāršu optisko sistēmu - plānu lēcu - izmantošana ļāva daudziem cilvēkiem ar redzes sistēmas defektiem normāli redzēt (brilles, acu lēcas utt.).
Pateicoties optiskajām sistēmām, ir izdarīti daudzi zinātniski atklājumi un sasniegumi.
Optiskās sistēmas tiek izmantotas visās zinātniskās darbības jomās, sākot no bioloģijas līdz fizikai. Tāpēc mēs varam teikt, ka optisko sistēmu darbības joma zinātnē un tehnoloģijā ir neierobežota. [4.6]
Secinājums
Optikas praktiskā nozīme un tās ietekme uz citām zināšanu jomām ir ārkārtīgi liela. Teleskopa un spektroskopa izgudrojums cilvēkam atvēra brīnišķīgu un bagātāko parādību pasauli, kas notiek plašajā Visumā. Mikroskopa izgudrojums izraisīja revolūciju bioloģijā. Fotogrāfija ir palīdzējusi un turpina palīdzēt gandrīz visām zinātnes nozarēm. Viens no vissvarīgākajiem zinātniskā aprīkojuma elementiem ir objektīvs. Bez tā nebūtu mikroskopa, teleskopa, spektroskopa, kameras, filmas, televīzijas utt. nebūtu brilles, un daudziem cilvēkiem, kuri ir vecāki par 50 gadiem, tiktu liegta iespēja lasīt un izpildīt daudzus darbus, kas saistīti ar redzi.
Fizikālās optikas pētītais parādību lauks ir ļoti plašs. Optiskās parādības ir cieši saistītas ar parādībām, kas pētītas citās fizikas nozarēs, un optiskās izpētes metodes ir vienas no smalkākajām un precīzākajām. Tāpēc nav pārsteidzoši, ka optika ilgu laiku ir bijusi vadošā loma tik daudzos fundamentālos pētījumos un fizisko pamata skatījumu veidošanā. Pietiek pateikt, ka abas pagājušā gadsimta fiziskās pamat teorijas - relativitātes teorija un kvantitātes teorija - lielā mērā ir dzimušas un attīstītas, balstoties uz optiskiem pētījumiem. Lāzera izgudrojums ir pavēris jaunas milzīgas iespējas ne tikai optikā, bet arī tās pielietojumos dažādās zinātnes un tehnoloģijas jomās.
Atsauču saraksts.
1. Artsybyshev S.A. Fizika - M .: Medgiz, 1950 .-- 511s.
2. Ždanovs L.S. Ždanovs G.L. Fizika vidējam izglītības iestādes - M .: Nauka, 1981. - 560. gadi.
3. Landsbergs G.S. Optika - M .: Nauka, 1976 .-- 928s.
4. Landsbergs G.S. Fizikas mācību grāmata. - M .: Nauka, 1986.- T.3. - 656s.
5. Prokhorovs A.M. Lielā padomju enciklopēdija. - M.: Padomju enciklopēdija, 1974. - T. 18. - 632.sēr.
6. Sivukhin D.V. Vispārīgais kurss Fizika: Optika - M .: Nauka, 1980. - 751.sēr.
Ar vārdu "optika" mēs saskaramies, piemēram, kad mēs ejam garām tirdzniecības vietai, kurā tiek pārdoti punkti. Daudzi arī atceras, ka skolā mācījās optiku. Kas ir optika?
Optika ir fizikas nozare, kas pēta gaismas raksturu, tās īpašības, izplatīšanās veidus dažādos medijos, kā arī gaismas mijiedarbību ar vielām. Lai labāk saprastu, kas ir optika, jums vajadzētu saprast, kas ir gaisma.
Gaismas jēdzieni mūsdienu fizikā
Fizika mums pazīstamo gaismu uzskata par sarežģītu parādību, kurai ir divējāds raksturs. No vienas puses, gaisma tiek uzskatīta par mazāko daļiņu - gaismas kvantu (fotonu) - straumi. No otras puses, gaismu var raksturot kā noteikta garuma elektromagnētisko viļņu veidu.
Atsevišķās optikas sadaļās tiek pētīta gaisma kā fiziska parādība no dažādiem leņķiem.
Optikas sekcijas
- Ģeometriskā optika. Apsver gaismas izplatīšanās likumus, kā arī gaismas staru atspoguļojumu un refrakciju. Tas atspoguļo gaismu kā staru, kas izplatās viendabīgā vidē taisnā līnijā (šī ir tā līdzība ar ģeometrisko staru). Neņem vērā gaismas viļņu raksturu.
- Viļņu optika. Tajā tiek pētītas gaismas kā elektromagnētisko viļņu veida īpašības.
- Kvantu optika. Tas pēta gaismas kvantu īpašības (pēta fotoelektrisko efektu, fotoķīmiskos procesus, lāzera starojumu utt.)
Optika cilvēka dzīvē
Pētot gaismas raksturu un tās izplatīšanas likumus, cilvēks izmanto iegūtās zināšanas savā labā. Visizplatītākās optiskās ierīces dzīvē ir brilles, mikroskops, teleskops, fotoobjektīvs un arī optiskās šķiedras kabelis, ko izmanto LAN izvietošanai (to var atrast rakstā
Absolūti melns ķermenis - ķermeņa garīgais modelis, kas jebkurā temperatūrā pilnīgi absorbē visu uz tā esošo elektromagnētisko starojumu neatkarīgi no spektrālā sastāva. Radiācija A.Ch. nosaka tikai pēc tās absolūtās temperatūras un nav atkarīgs no vielas rakstura.
BALTA GAISMA- grūti elektromagnētiskaisstarojums , Izraisa sajūtu acīs, neitrālas krāsas.
REDIĀCIJAS REDIĀCIJA - optiskais starojums ar viļņa garumu 380–770 nm, kas var izraisīt redzi cilvēka acīs.
NODARBINĀTĀ RADIĀCIJA, inducēts starojums - elektromagnētisko viļņu izstarošana ar vielas daļiņām (atomiem, molekulām utt.), kas atrodas ierosinātā, t.i. nav līdzsvara stāvokļa ārējā stimulējošā starojuma ietekmē. In un. saskaņoti (sk saskaņotība) ar stimulējošu starojumu un noteiktos apstākļos var izraisīt pastiprinājumu un elektromagnētisko viļņu veidošanos. Skatīt arī kvantu ģenerators.
HOLOGRAM ir uz fotoplates ierakstīts traucējumu raksts, ko veido divi koherenti viļņi (skat saskaņotība): atskaites vilnis un vilnis, ko atstaro objekts, kuru apgaismo viens un tas pats gaismas avots. G. restaurācijas laikā mēs uztveram objekta tilpuma attēlu.
HOLOGRĀFIJA - metode objektu apjomīgu attēlu iegūšanai, pamatojoties uz reģistrāciju un sekojošu viļņu frontes atjaunošanu, ko atspoguļo šie objekti. Hologrammas saņemšana ir balstīta uz.
HUIGENS PRINCIPS - metode, kas ļauj jebkurā laikā noteikt viļņa frontes stāvokli. Saskaņā ar g. visi punkti, caur kuriem viļņa fronte iet laikā t, ir sekundāru sfērisku viļņu avoti, un viļņa frontes vēlamā pozīcija laikā t + Dt sakrīt ar virsmu, kas apņem visus sekundāros viļņus. Ļauj izskaidrot gaismas atstarošanas un refrakcijas likumus.
Huygens - Fresnel - princips - aptuvena metode viļņu izplatīšanās problēmu risināšanai. G.-F. lpp. lasāms: jebkurā vietā, kas atrodas ārpus patvaļīgas slēgtas virsmas un pārklāj punktu gaismas avotu, gaismas avotu, ko ierosina šis avots, var attēlot kā sekundāro viļņu traucējumus, ko izstaro visi norādītās slēgtās virsmas punkti. Ļauj atrisināt vienkāršākos uzdevumus.
GAISMAS SPIEDIENS - spiediens, ko rada gaisma uz apgaismotās virsmas. Tam ir liela loma kosmosa procesos (komētas astes veidošanās, lielu zvaigžņu līdzsvars utt.).
Derīgs attēls - cm. .
DIAPHRAGM - ierīce gaismas staru ierobežošanai vai mainīšanai optiskajā sistēmā (piemēram, acs zīlīte, objektīva rāmis, kameras D. objektīvs).
GAISMAS IZPLATĪŠANA - absolūtā atkarība refrakcijas indekss vielas uz gaismas frekvenci. Atšķiriet parasto D., kurā gaismas viļņa ātrums palielinās, palielinoties frekvencei, un anomālo D., kurā viļņa ātrums palielinās. Sakarā ar D.S. šaurs baltas gaismas stars, kas iziet cauri stikla vai citas caurspīdīgas vielas prizmai, sadalās dispersijas spektrā, ekrānā veidojot varavīksnes sloksni.
DIFFrakcijas režģēšana - fiziska ierīce, kas ir liela skaita vienāda platuma paralēlu gājienu kombinācija, ko uz caurspīdīgas vai atstarojošas virsmas pieliek tādā pašā attālumā viens no otra. Tā rezultātā uz dr. veidojas difrakcijas spektrs - mainīgi gaismas intensitātes maksimumi un minimumi.
GAISMAS DIFFAKCIJA - parādību kopums, kuru cēlonis ir gaismas viļņu raksturs un kas tiek novēroti tās izplatīšanās laikā vidē ar strauji izteiktu nehomogenitāti (piemēram, caur caurumiem, necaurspīdīgu ķermeņu robežu tuvumā utt.). Šaurā nozīmē zem D.S. saprast aploksni, ņemot vērā mazus šķēršļus, t.i. novirze no ģeometriskās optikas likumiem. Tam ir liela loma optisko ierīču darbībā, ierobežojot tās izšķirtspēja.
DOPLĒRA EFEKTS - izmaiņu parādība svārstību frekvencesskaņas vai elektromagnētiskie viļņi, ko novērotājs uztver novērotāja un viļņu avota savstarpējas kustības dēļ. Tuvojoties, tiek konstatēts frekvences pieaugums, attālinoties - samazinājums.
DABAS GAISMA- nekonsekventu gaismas viļņu komplekts ar visām iespējamām svārstību plaknēm un ar vienādu svārstību intensitāti katrā no šīm plaknēm. E.S. izstaro gandrīz visus dabiskos gaismas avotus, jo tie sastāv no liela skaita atšķirīgi orientētu emisijas centru (atomu, molekulu), kas izstaro gaismas viļņus, kuru svārstību fāzei un plaknei var būt visas iespējamās vērtības. Skatīt arī gaismas polarizācija, saskaņotība.
SPOGUĻA OPTISKĀ - korpuss ar pulētu vai pārklātu atstarojošu slāni (sudrabs, zelts, alumīnijs utt.) ar virsmu, uz kuras atstarojums ir tuvu spoguļa virsmai (sk. pārdomas).
OPTISKAIS ATTĒLS - objekta attēls, kas iegūts optiskas sistēmas (objektīvi, spoguļi) darbības rezultātā uz objekta izstarotajiem vai atstarotajiem gaismas stariem. Atšķirt reālo (iegūto uz ekrāna vai acs tīklenes, šķērsojot starus, kas iet caur optisko sistēmu) un iedomāto. . (iegūts staru paplašinājumu krustojumā).
GAISMAS TRAUCĒJUMI - divu vai vairāku pārklāšanās parādība sakarīgs gaismas viļņi, lineāri polarizēti vienā plaknē, kurā telpā notiek iegūtā gaismas viļņa enerģijas pārdalīšana atkarībā no attiecībām starp šo viļņu fāzēm. I.S rezultātu, ko novēro uz ekrāna vai fotoplāksnes, sauc par traucējumu modeli. I. Baltā gaisma noved pie varavīksnes modeļa veidošanās (plānas plēves krāsa utt.). To izmanto hologrāfijā, optikas apgaismošanā utt.
INFRĀTĀ RADIĀCIJA - elektromagnētiskā radiācija ar viļņu garumu no 0,74 mikroniem līdz 1-2 mm. To izstaro visi ķermeņi, kuru temperatūra pārsniedz absolūto nulli (termiskais starojums).
GAISMAS Kvants - tāds pats kā fotons.
KOLIMATORS - optiska sistēma, kas paredzēta paralēlu staru kūļa iegūšanai.
COMPTON EFFECT - maza viļņa garuma (rentgena un gamma starojuma) elektromagnētiskā starojuma izkliede uz brīvajiem elektroniem, ko papildina palielinājums viļņu garumi.
LĀZERISoptiskais kvantu ģenerators - kvantu ģenerators elektromagnētiskais starojums optiskajā diapazonā. Tas rada monohromatisku koherentu elektromagnētisko starojumu, kam ir šaura virziena spēja un ievērojama īpatnējā jauda. To izmanto optiskās vietās, cietu un ugunsizturīgu materiālu apstrādei, ķirurģijā, spektroskopijā un hologrāfijā, plazmas sildīšanai. Trešdien Maser.
LĪNISKĀ SPECTRA - spektri, kas sastāv no atsevišķām šaurām spektrālajām līnijām. Izstarots ar atomiem pakļautām vielām.
Lēcas optisks - caurspīdīgs korpuss, ko ierobežo divas izliektas (parasti sfēriskas) vai izliektas un plakanas virsmas. Objektīvu sauc par plānu, ja tā biezums ir mazs salīdzinājumā ar tā virsmu izliekuma rādiusu. Tajā tiek savākti (pārveidojot paralēlu staru kūli saplūstošos) un izkliedējoši (pārveidojot paralēlu staru kūli atšķirīgās) lēcas. Tos izmanto optiskās, optiski-mehāniskās, fotoierīcēs.
Lupas - kolekcionēšana objektīvsvai objektīvu sistēma ar nelielu fokusa attālumu (10–100 mm) palielina 2–50 reizes.
RĒJA - iedomāta līnija, pa kuru izstarojuma enerģija izplatās tuvinājumā ģeometriskā optika, t.i. ja nav novērotas difrakcijas parādības.
MASER - kvantu ģeneratorselektromagnētiskais starojums centimetru diapazonā. Tam raksturīga augsta monohromatitāte, saskaņotība un šaura starojuma virzība. To izmanto radiosakaros, radioastronomijā, radaros, kā arī kā stabilu frekvences svārstību ģeneratoru. Trešdien .
Mihaelsona pieredze - pieredze, kas noteikta, lai izmērītu Zemes kustības ietekmi uz vērtību gaismas ātrums. Negatīvs rezultāts M.O. kļuva par vienu no eksperimentālajiem pamatiem relativitātes teorija.
MIKROKOPA - optiska ierīce nelielu, ar neapbruņotu aci neredzamu priekšmetu novērošanai. Mikroskopa palielinājums ir ierobežots un nepārsniedz 1500. Skat. elektronu mikroskops.
IMAGINĀRS ATTĒLS - cm. .
MONOKOMĀRTISKĀ RADIĀCIJA - garīgais modelis elektromagnētiskā radiācija viena noteikta frekvence. Stingri M.I. neeksistē, jo viss reālais starojums ir ierobežots laikā un aptver noteiktu frekvenču diapazonu. Apstarojuma avoti tuvu m. - kvantu ģeneratori.
OPTIKA - Fizikas nozare, kas pēta gaismas (optisko) parādību likumus, gaismas raksturu un tās mijiedarbību ar matēriju.
OPTISKAIS ASS - 1) GALVENĀ - taisna līnija, uz kuras atrodas optisko sistēmu veidojošie refrakcijas vai atstarojošo virsmu centri; 2) ADVERSE - jebkura taisna līnija, kas šķērso plānas lēcas optisko centru.
OPTISKAIS SPĒKS objektīvi - vērtība, ko izmanto, lai aprakstītu objektīva un atpakaļgaitas refrakcijas efektu fokusa attālums. D \u003d 1 / F. Mērīts dioptrijās (dioptrijās).
OPTISKĀ RADIĀCIJA - elektromagnētiskais starojums, kura viļņu garums ir diapazonā no 10 nm līdz 1 mm. K oi saistīt infrasarkanais starojums,,.
GAISMAS ATSPĒJA - gaismas viļņa atgriešanas process, kad tas nonāk saskarnē starp diviem nesējiem, kuriem ir atšķirīgs refrakcijas indeksi.atpakaļ uz sākotnējo vidi. Paldies o.s. mēs redzam ķermeņus, kas neizstaro gaismu. Atšķiriet spoguļa atstarojumu (paralēls staru stars pēc pārdomām saglabā paralēlismu) un izkliedēto atstarojumu (paralēlais stars tiek pārveidots par atšķirīgu).
- parādība, kas novērota gaismas pārejā no optiski blīvākas vides uz optiski mazāk blīvu vidi, ja kritiena leņķis ir lielāks par kritiena ierobežojošo leņķi, kur n - otrās barotnes refrakcijas indekss attiecībā pret pirmo. Šajā gadījumā gaisma tiek pilnībā atspoguļota no interfeisa.
REFLIKCIJAS VIELU LIKUMS - krītošais stars, atstarotais stars un perpendikulārs, kas uzstādīts staru kūļa kritiena punktā, atrodas vienā plaknē, un krišanas leņķis ir vienāds ar refrakcijas leņķi. Likums attiecas uz spoguļa atspoguļojumu.
GAISMAS ABSORBCIJA- gaismas viļņa enerģijas samazināšanās tā izplatīšanās laikā matērijā, kas rodas viļņu enerģijas pārvēršanas rezultātā iekšējā enerģijavielas vai sekundārā starojuma enerģija ar atšķirīgu spektrālo sastāvu un atšķirīgu izplatīšanās virzienu.
1) ABSOLŪTS - vērtība vienāds ar gaismas ātrumu vakuumā līdz gaismas fāzes ātrumam noteiktā vidē:. Tas ir atkarīgs no barotnes ķīmiskā sastāva, tā stāvokļa (temperatūras, spiediena utt.) Un gaismas biežuma (sk gaismas izkliede).2) RELATĪVA - (otrās barotnes p.p. attiecībā pret pirmo) vērtība, kas vienāda ar fāzes ātruma pirmajā vidē un fāzes ātruma attiecību otrajā:. Opp vienāds ar otrās barotnes absolūtā refrakcijas indeksa un absolūtās pp attiecību spalvu vidēja.
GAISMAS POLARIZĒŠANA - parādība, kas liek sakārtot elektriskā lauka stipruma un gaismas viļņa magnētiskās indukcijas vektorus plaknē, kas ir perpendikulāra gaismas staru kūlim. Visbiežāk notiek, kad gaisma ir atstarota un refrakcijas laikā, kā arī tad, kad gaisma izplatās anizotropā vidē.
GAISMAS REFAKCIJA - parādība, ka mainās gaismas izplatīšanās virziens ( elektromagnētiskais vilnis) pārejot no vienas vides uz otru, kas atšķiras no pirmās refrakcijas indekss. Par refrakciju likums nosaka: krītošais stars, refrakcijas stars un perpendikula, kas uzstādīta starojuma krišanas vietā, atrodas uz vienas plaknes, un šiem diviem līdzekļiem medijiem krišanas leņķa sinusozes un refrakcijas leņķa sinusola attiecība ir konstanta, ko sauc par relatīvais refrakcijas indekss otrais vidējais attiecībā pret pirmo. Refrakcijas iemesls ir fāzu ātruma atšķirība dažādos barotnēs.
PRISMA OPTISKAIS - caurspīdīgas vielas korpuss, ko ierobežo divas neparalēlas plaknes, uz kurām gaisma ir refrakcija. To izmanto optiskajās un spektrālajās ierīcēs.
STROKE ATŠĶIRĪBA - fizikāls lielums, kas vienāds ar divu gaismas staru optiskā ceļa garuma starpību.
GAISMAS IZKATĪŠANA - parādība, kas sastāv no gaismas starojuma novirzes vidē visos iespējamajos virzienos. To izraisa barotnes neviendabīgums un gaismas mijiedarbība ar vielas daļiņām, mainoties gaismas viļņa izplatīšanās virzienam, frekvencei un svārstību plaknei.
SPĪDĒT, gaismas starojums - kas var izraisīt redzes sajūtu.
GAISMAS VIĻŅI - elektromagnētiskais vilnis redzamā starojuma viļņu garuma diapazonā. Frekvence (frekvenču kopa) nosaka krāsu, enerģiju rv proporcionāls tās amplitūdas kvadrātam.
Gaismas ceļvedis - kanāls gaismas pārraidei, kura izmēri daudzkārt pārsniedz gaismas viļņa garumu. Iedegas ar. izplatās pilnīgas iekšējās refleksijas dēļ.
GAISMAS ĀTRUMS vakuumā (c) - viena no galvenajām fizikālajām konstantēm, vienāda ar elektromagnētisko viļņu izplatīšanās ātrumu vakuumā. s \u003d (299 792 458 ± 1,2) m / s. S.S. - visu fizisko mijiedarbību maksimālais izplatīšanās ātrums.
OPTISKAIS SPEKTRS - noteikta ķermeņa optiskā starojuma intensitātes (emisijas spektra) vai gaismas absorbcijas intensitātes sadalījums pa frekvencēm (vai viļņu garumiem), kad tas iziet caur vielu (absorbcijas spektrs). Atšķirt SO: valdīts, kas sastāv no atsevišķām spektrālajām līnijām; svītrains, kas sastāv no tuvām grupām (joslām) spektrālās līnijas; ciets, kas atbilst starojumam (izstarojumam) vai gaismas absorbcijai plašā frekvenču diapazonā.
ĪPAŠAS LĪNIJAS - šauri optiskā spektra posmi, kas gandrīz atbilst tai pašai frekvencei (viļņa garumam). Katra S. l. atbilst noteiktam kvantu pāreja.
SPECTRĀLĀ ANALĪZE - Vielu ķīmiskā sastāva kvalitatīvās un kvantitatīvās analīzes fizikālā metode, kuras pamatā ir vielu ķīmiskais sastāvs optiskie spektri. Tas ir ļoti jutīgs un tiek izmantots ķīmijā, astrofizikā, metalurģijā, ģeoloģiskajā izpētē utt. Teorētiskais pamats S. a. ir .
SPEKTROGRĀFIJA - optiska ierīce emisijas spektra iegūšanai un vienlaicīgai reģistrēšanai. Galvenā S. daļa ir optiskā prizma vai.
SPEKTROSKOPS - optiska ierīce emisijas spektra vizuālai novērošanai. Galvenā S. daļa ir optiskā prizma.
SPEKTROSKOPIJA - fizikas nodaļa, kurā studē optiskie spektri lai noskaidrotu atomu, molekulu, kā arī vielu struktūru dažādos tās agregācijas stāvokļos.
PALIELINĀT optiskā sistēma - optiskās sistēmas piešķirtā attēla lieluma attiecība pret patieso objekta izmēru.
ULTRAVIOLETAS RADIĀCIJA - elektromagnētiskais starojums ar viļņa garumu vakuumā no 10 nm līdz 400 nm. Daudzas vielas izraisa arī luminiscenci. Bioloģiski aktīvs.
FOKĀLĀ PLĀNA - plakne, kas ir perpendikulāra sistēmas optiskajai asij un iet caur tās galveno fokusu.
FOKUSS - punkts, kurā savāc paralēlu gaismas staru kūli, kas iet caur optisko sistēmu. Ja stars ir paralēls sistēmas galvenajai optiskajai asij, tad F. atrodas uz šīs ass un tiek saukta par galveno.
FOKUSA ATTĀLUMS ir attālums starp plānas lēcas optisko centru un fokusu. FOTO-EFEKTS, fotoelektriskais efekts - elektronu emisijas parādība no vielas elektromagnētiskā starojuma ietekmē (ārējā f.). Novērots gāzēs, šķidrumos un cietās vielas. Atklājis G. Hercs un izmeklējis A. G. Štoļetovs. Galvenie f. Likumi izskaidrots, pamatojoties uz A. Einšteina kvantu atveidojumiem.
KRĀSA - vizuāla sajūta, ko rada gaisma atbilstoši tās spektrālajam sastāvam un atstarotā vai izstarotā starojuma intensitātei.
Senie zinātnieki, kas dzīvoja 5. gadsimtā pirms mūsu ēras, uzskatīja, ka dabā un šajā pasaulē viss ir nosacīts, un tikai atomus un tukšumus var saukt par realitāti. Līdz mūsdienām ir saglabāti svarīgi vēsturiski dokumenti, kas apstiprina gaismas struktūras jēdzienu kā nemainīgu daļiņu plūsmu, kurai ir noteiktas fizikālās īpašības. Tomēr termins "optika" parādīsies daudz vēlāk. Filozofu, piemēram, Democritus un Eiklīda, graudi, kas iesēti, izprotot visu uz zemes notiekošo procesu struktūru, ir sadīguši. Tikai 19. gadsimta sākumā klasiskā optika spēja iegūt savas īpašības, kuras atpazīst mūsdienu zinātnieki, un parādījās kā pilnvērtīga zinātne.
1. definīcija
Optika ir milzīga fizikas nozare, kas pēta un apsver parādības, kas tieši saistītas ar spēcīgu elektromagnētisko viļņu izplatīšanos redzamajā spektrā, kā arī diapazonus, kas tai tuvu.
Šīs sadaļas galvenā klasifikācija atbilst gaismas īpašās struktūras doktrīnas vēsturiskajai attīstībai:
- ģeometriski - 3. gadsimtā pirms mūsu ēras (Eiklida);
- fiziskā - 17. gadsimts (Huygens);
- kvants - 20. gadsimts (Plank).
Optika pilnībā raksturo gaismas refrakcijas īpašības un izskaidro parādības, kas tieši saistītas ar šo jautājumu. Optisko sistēmu metodes un principi tiek izmantoti daudzās lietišķās disciplīnās, ieskaitot fiziku, elektrotehniku, medicīnu (īpaši oftalmoloģiju). Šajās, kā arī starpdisciplinārajās jomās, ļoti populāri ir lietišķās optikas sasniegumi, kas līdztekus precīzai mehānikai rada stabilu pamatu optiski-mehāniskajai rūpniecībai.
Gaismas raksturs
Optika tiek uzskatīta par vienu no pirmajām un galvenajām fizikas nozarēm, kur tika parādīti seno ideju par dabu ierobežojumi.
Tā rezultātā zinātnieki varēja noteikt dabas parādību un gaismas divkosību:
- gaisma ar asinsvadu hipotēzi, kas nāk no Ņūtona, pēta šo procesu kā elementāru fotonu daļiņu straumi, kur absolūti jebkurš starojums tiek veikts diskrēti, un dotās enerģijas minimālajai enerģijas daļai ir frekvence un lielums, kas atbilst izstarotās gaismas intensitātei;
- gaismas viļņu teorija, kuras izcelsme ir Huygens, nozīmē gaismas jēdzienu kā paralēlu monohromatisku elektromagnētisko viļņu kopumu, kas novērots optiskās parādībās un parādīts šo viļņu darbības rezultātā.
Ar šīm gaismas īpašībām starojuma jaudas un enerģijas pārnešanas neesamība citiem enerģijas veidiem tiek uzskatīta par pilnīgi normālu procesu, jo traucējumu parādību telpiskajā vidē elektromagnētiskie viļņi savstarpēji nesaskaras, jo gaismas efekti turpina izplatīties, nemainot to specifiku.
Elektriskā un magnētiskā starojuma viļņu un asinsvadu hipotēzes ir atradušas pielietojumu zinātniskie darbi Maksvels vienādojumu veidā.
Šāda jauna gaismas koncepcija kā pastāvīgi kustīgs vilnis ļauj izskaidrot procesus, kas saistīti ar difrakciju un traucējumiem, ieskaitot gaismas lauka struktūru.
Gaismas raksturlielumi
Gaismas viļņa $ \\ lambda $ garums tieši ir atkarīgs no šīs parādības vispārējā izplatīšanās ātruma telpiskajā vidē $ v $ un ir saistīts ar frekvenci $ \\ nu $ ar šo sakarību:
$ \\ lambda \u003d \\ frac (v) (\\ nu) \u003d \\ frac (c) (n \\ nu) $
kur $ n $ ir vidējas refrakcijas parametrs. Kopumā šis indikators ir galvenā elektromagnētiskā viļņa garuma funkcija: $ n \u003d n (\\ lambda) $.
Refrakcijas indeksa atkarība no viļņa garuma izpaužas sistemātiskas gaismas izkliedes veidā. Universāls un joprojām slikti saprotams jēdziens fizikā ir gaismas ātrums $ c $. Tā īpašā nozīme absolūtā tukšumā ir ne tikai spēcīgā izplatības maksimālais ātrums elektromagnētiskās frekvences, kā arī informācijas vai citas fiziskas ietekmes uz materiāliem objektiem izplatīšanas maksimālo intensitāti. Palielinoties gaismas plūsmas kustībai dažādos reģionos, sākotnējais gaismas ātrums $ v $ bieži samazinās: $ v \u003d \\ frac (c) (n) $.
Galvenās gaismas iezīmes ir:
- spektrālais un sarežģītais sastāvs, ko nosaka pēc gaismas viļņu garuma skalas;
- polarizācija, ko nosaka vispārīgas elektriskā vektora telpiskās vides izmaiņas ar viļņu izplatīšanos;
- gaismas kūļa izplatīšanās virziens, kam jāsakrīt ar viļņu fronti, ja nav divkāršošanas procesa.
Kvantu un fizioloģiskā optika
Ideja par sīku elektromagnētiskā lauka aprakstu, izmantojot kvantus, parādījās 20. gadsimta sākumā, un to izteica Makss Planks. Zinātnieki ierosināja, ka pastāvīga gaismas emisija tiek veikta caur noteiktām daļiņām - kvantām. Pēc 30 gadiem tika pierādīts, ka gaismu ne tikai izstaro daļēji un paralēli, bet arī absorbē.
Tas Albertam Einšteinam sniedza iespēju noteikt gaismas diskrēto struktūru. Mūsdienās zinātnieki sauc gaismas fotonu kvantus, un pati plūsma tiek uzskatīta par neatņemamu elementu grupu. Tādējādi kvantu optikā gaismu vienlaikus uzskata gan par daļiņu straumi, gan par viļņiem, jo \u200b\u200btādus procesus kā traucējumus un difrakciju nevar izskaidrot tikai ar vienu fotonu straumi.
20. gadsimta vidū Brauna - Tīsa pētījumi ļāva precīzāk noteikt kvantu optikas izmantošanas teritoriju. Zinātnieka darbs pierādīja, ka noteikts skaits gaismas avotu, kas izstaro fotonus diviem fotodetektoriem un nodrošina pastāvīgu skaņas signālu par elementu reģistrāciju, var likt ierīcēm darboties vienlaicīgi.
Neklasiskās gaismas praktiskās izmantošanas ieviešana ir novedusi pētniekus pie neticamiem rezultātiem. Šajā sakarā kvantu optika ir unikāls mūsdienu virziens ar milzīgām pētniecības un pielietošanas iespējām.
1. piezīme
Mūsdienu optika jau sen ir iekļāvusi daudzas zinātniskās pasaules un attīstības jomas, kuras ir pieprasītas un populāras.
Šīs optikas zinātnes jomas ir tieši saistītas ar gaismas elektromagnētiskajām vai kvantu īpašībām, ieskaitot citas jomas.
2. definīcija
Fizioloģiskā optika ir jauna starpdisciplināra zinātne, kas pēta gaismas vizuālo uztveri un apvieno informāciju par bioķīmiju, biofiziku un psiholoģiju.
Ņemot vērā visus optikas likumus, šī zinātnes sadaļa ir balstīta uz šīm zinātnēm, un tai ir īpaša praktiskais virziens. Tiek pārbaudīti redzes aparāta elementi, un īpaša uzmanība tiek pievērsta arī tādām unikālām parādībām kā optiskā ilūzija un halucinācijas. Darba rezultāti šajā jomā tiek izmantoti fizioloģijā, medicīnā, optiskajā tehnoloģijā un filmu industrijā.
Mūsdienās vārdu optika biežāk izmanto kā veikala nosaukumu. Protams, šādos specializētos punktos ir iespējams iegādāties dažādas tehniskās optikas ierīces - objektīvus, brilles un acu aizsarglīdzekļus. Šajā posmā veikalos ir moderns aprīkojums, kas ļauj precīzi noteikt redzes asumu uz vietas, kā arī noteikt esošās problēmas un to novēršanas veidus.
