MÖ 5. yüzyılda yaşayan eski bilim adamları, doğadaki ve bu dünyadaki her şeyin koşullu olduğunu, yalnızca atomların ve boşluğun gerçeklik olarak adlandırılabileceğini öne sürdüler. Bugüne kadar, ışığın yapısı kavramını, belirli özelliklere sahip parçacıkların sabit bir akışı olarak doğrulayan önemli tarihi belgeler korunmuştur. fiziki ozellikleri. Ancak “optik” teriminin kendisi çok daha sonra ortaya çıkacak. Yeryüzünde meydana gelen tüm süreçlerin yapısını kavrayarak atılan Demokritos ve Öklid gibi filozofların tohumları filizlendi. Klasik optik, modern bilim adamlarının tanıyabileceği karakteristik özelliklerini ancak 19. yüzyılın başında kazanabildi ve tam teşekküllü bir bilim olarak ortaya çıktı.

Tanım 1

Optik, güçlü elektromanyetik dalgaların görünür spektrumdaki ve buna yakın aralıklardaki yayılımıyla doğrudan ilgili olayları inceleyen ve değerlendiren büyük bir fizik dalıdır.

Bu bölümün ana sınıflandırması, ışığın özel yapısı doktrininin tarihsel gelişimine karşılık gelir:

• geometrik – MÖ 3. yüzyıl (Öklid);
• fiziksel – 17. yüzyıl (Huygens);
• kuantum – 20. yüzyıl (Planck).

Optik, ışığın kırılmasının özelliklerini tam olarak karakterize eder ve bu konuyla doğrudan ilgili olayları açıklar. Optik sistemlerin yöntem ve ilkeleri fizik, elektrik mühendisliği ve tıp (özellikle oftalmoloji) dahil olmak üzere birçok uygulamalı disiplinde kullanılmaktadır. Disiplinlerarası alanların yanı sıra bu alanlarda da uygulamalı optiğin başarıları son derece popülerdir ve bu, hassas mekanikle birlikte optik-mekanik endüstrisi için sağlam bir temel oluşturur.

Işığın doğası

Optik, doğa hakkındaki eski fikirlerin sınırlarının sunulduğu fiziğin ilk ve ana dallarından biri olarak kabul edilir.

Sonuç olarak, bilim adamları doğal olaylar ve ışık arasındaki ikiliği kurmayı başardılar:

• Newton'dan kaynaklanan ışığın parçacık hipotezi, bu süreci, kesinlikle herhangi bir radyasyonun ayrı olarak gerçekleştirildiği ve belirli bir enerjinin gücünün minimum kısmının, karşılık gelen bir frekansa ve büyüklüğe sahip olduğu temel parçacıkların - fotonların akışı olarak inceler. yayılan ışığın yoğunluğu;
• Huygens'ten kaynaklanan ışığın dalga teorisi, ışık kavramını, optik olaylarda gözlemlenen ve bu dalgaların eylemlerinin bir sonucu olarak temsil edilen bir dizi paralel monokromatik elektromanyetik dalga olarak ifade eder.

Işığın bu özellikleriyle, radyasyon kuvvetinin ve enerjisinin diğer enerji türlerine geçişinin olmaması, tamamen normal bir süreç olarak kabul edilir, çünkü elektromanyetik dalgalar, girişim olgusunun uzaysal ortamında birbirleriyle etkileşime girmez, çünkü ışık etkileri devam eder. özgüllüklerini değiştirmeden yayılmak.

Elektrik ve manyetik radyasyonun dalga ve parçacık hipotezleri, uygulamalarını Maxwell'in bilimsel çalışmalarında denklemler biçiminde buldu.

Sürekli hareket eden bir dalga olarak ışığın bu yeni kavramı, ışık alanının yapısı da dahil olmak üzere, kırınım ve girişimle ilişkili süreçlerin açıklanmasını mümkün kılar.

Işığın özellikleri

Işık dalgasının $\lambda$ uzunluğu doğrudan bu olgunun uzaysal ortamdaki $v$ genel yayılma hızına bağlıdır ve aşağıdaki ilişkiyle $\nu$ frekansıyla ilişkilidir:

$\lambda = \frac(v)(\nu)=\frac (c)(n\nu)$

burada $n$ ortamın kırılma parametresidir. Genel olarak bu gösterge elektromanyetik dalga boyunun temel bir fonksiyonudur: $n=n(\lambda)$.

Kırılma indisinin dalga boyuna bağımlılığı, ışığın sistematik dağılımı olgusu şeklinde kendini gösterir. Fizikte evrensel ve hala çok az çalışılan bir kavram, ışık hızı $c$'dır. Mutlak boşluktaki özel önemi, yalnızca güçlü elektromanyetik frekansların maksimum yayılma hızını değil, aynı zamanda bilginin yayılmasının maksimum yoğunluğunu veya maddi nesneler üzerindeki diğer fiziksel etkileri de temsil eder. Işık akışının farklı alanlardaki hareketi arttıkça, ışığın başlangıç ​​hızı $v$ sıklıkla azalır: $v = \frac (c)(n)$.

Işığın ana özellikleri şunlardır:

• ışık dalga boylarının ölçeğiyle belirlenen spektral ve karmaşık bileşim;
• dalga yayılımı yoluyla elektrik vektörünün uzaysal ortamındaki genel değişiklikle belirlenen polarizasyon;
• çift ​​kırılma olmadığında dalga cephesiyle çakışması gereken bir ışık ışınının yayılma yönü.

Kuantum ve fizyolojik optik

Kuantum kullanılarak elektromanyetik alanın ayrıntılı bir şekilde tanımlanması fikri 20. yüzyılın başında ortaya çıktı ve Max Planck tarafından dile getirildi. Bilim adamları, ışığın sürekli emisyonunun belirli parçacıklar - kuantum aracılığıyla gerçekleştirildiğini öne sürdüler. 30 yıl sonra ışığın yalnızca kısmen ve paralel olarak yayılmadığı, aynı zamanda emildiği de kanıtlandı.

Bu, Albert Einstein'a ışığın ayrık yapısını belirleme fırsatı sağladı. Günümüzde bilim insanları ışık kuantum fotonları adını veriyor ve akışın kendisi de elementlerin ayrılmaz bir grubu olarak kabul ediliyor. Dolayısıyla kuantum optiğinde ışık, aynı anda hem parçacık akışı hem de dalga olarak kabul edilir, çünkü girişim ve kırınım gibi süreçler tek bir foton akışıyla açıklanamaz.

20. yüzyılın ortalarında Brown-Twiss'in araştırma faaliyetleri, kuantum optiğinin kullanım alanının daha doğru bir şekilde belirlenmesini mümkün kıldı. Bilim insanının çalışması, iki fotodetektöre foton yayan ve elemanların kaydı hakkında sabit bir ses sinyali veren belirli sayıda ışık kaynağının, cihazların aynı anda çalışmasını sağlayabildiğini kanıtladı.

Klasik olmayan ışığın pratik kullanımının ortaya çıkması araştırmacıları inanılmaz sonuçlara götürdü. Bu bakımdan kuantum optiği, araştırma ve uygulama açısından muazzam fırsatlara sahip, eşsiz ve modern bir alandır.

Not 1

Modern optik, uzun süredir bilim dünyasının talep gören ve popüler olan birçok alanını ve gelişimini içermektedir.

Optik biliminin bu alanları, diğer alanlar da dahil olmak üzere, ışığın elektromanyetik veya kuantum özellikleriyle doğrudan ilişkilidir.

Tanım 2

Fizyolojik optik, ışığın görsel algısını inceleyen ve biyokimya, biyofizik ve psikolojiden gelen bilgileri birleştiren yeni bir disiplinlerarası bilimdir.

Tüm optik yasalarını dikkate alarak bilimin bu bölümü bu bilimlere dayanmaktadır ve özel bir pratik yöne sahiptir. Görsel aparatın unsurları incelenir ve optik yanılsama ve halüsinasyonlar gibi benzersiz olaylara özel önem verilir. Bu alandaki çalışmaların sonuçları fizyoloji, tıp, optik mühendisliği ve film endüstrisinde kullanılmaktadır.

Günümüzde optik kelimesi daha çok mağaza adı olarak kullanılmaktadır. Doğal olarak, bu tür özel noktalardan çeşitli teknik optik cihazları (lensler, gözlükler, görüş koruyucu mekanizmalar) satın almak mümkündür. Bu aşamada mağazalar, görme keskinliğini yerinde doğru bir şekilde belirlemenin yanı sıra mevcut sorunları ve bunları gidermenin yollarını tespit etmelerini sağlayan modern ekipmanlara sahiptir.

Giriiş................................................. ....... ................................................... ................................................. 2

Bölüm 1. Optik olayların temel yasaları.................................................. .......... 4

1.1 Işığın doğrusal yayılımı yasası................................................. ......... .......... 4

1.2 Işık ışınlarının bağımsızlığı kanunu.................................................. ...................... ................................ 5

1.3 Işık yansıması kanunu.................................................. ....... ................................................... ................ .5

1.4 Işığın kırılma kanunu.................................................. ...................................................................... ..... 5

Bölüm 2. İdeal optik sistemler.................................................. .............. 7

Bölüm 3. Optik sistemlerin bileşenleri.................................................. ......... .. 9

3.1 Diyaframlar ve optik sistemlerdeki rolleri.................................................. ................ .................. 9

3.2 Giriş ve çıkış öğrencileri.................................................. ....... ................................................... 10

Bölüm 4. Modern optik sistemler.................................................. ....... 12

4.1 Optik sistem................................................................ .... .................................................... .......... ..... 12

4.2 Fotoğraf aparatı.................................................. .................................................... 13

4.3 Optik sistem olarak göz.................................................. ......................................................... 13

Bölüm 5. Göze yardımcı olan optik sistemler................................................. 16

5.1 Büyüteç.................................................. .... .................................................... ................ .................................... 17

5.2 Mikroskop................................................................ ................................................................... ......... ...................... 18

5.3 Tespit kapsamları.................................................. ................................................................... ................................ ........... 20

5.4 Projeksiyon cihazları.................................................. ................................................................... .................. 21

5.5 Spektral cihazlar.................................................. ..... ................................................... ........... 22

5.6 Optik ölçüm cihazı.................................................. ....................................... 23

Çözüm................................................. .................................................. ....................................... 28

Kaynakça.................................................. . .................................................. ..... ..... 29

Giriiş.

Optik, optik radyasyonun (ışık) doğasını, yayılmasını ve ışık ile maddenin etkileşimi sırasında gözlemlenen olayları inceleyen bir fizik dalıdır. Optik radyasyon elektromanyetik dalgalardır ve bu nedenle optik, elektromanyetik alanın genel çalışmasının bir parçasıdır.

Optik, uzunluğu yaklaşık 10 -5 -10 -7 m olan kısa elektromanyetik dalgaların yayılmasıyla ilişkili fiziksel olayların incelenmesidir.Elektromanyetik dalgaların spektrumunun bu özel bölgesinin önemi, içinde 400-760 nm arasındaki dar bir dalga boyu aralığında doğrudan algılanan görünür ışık bölgesi bulunur insan gözüyle. Bir tarafta sınırlı röntgen ve diğer yandan radyo emisyonunun mikrodalga aralığında. Gerçekleşen süreçlerin fiziği açısından bakıldığında, bu kadar dar bir elektromanyetik dalga spektrumunu (görünür ışık) izole etmek pek mantıklı değildir, bu nedenle "optik aralık" kavramı genellikle kızılötesi ve ultraviyole radyasyonu da içerir.

Optik aralığın sınırlandırılması koşulludur ve büyük ölçüde, belirtilen aralıktaki olayları incelemek için teknik araçların ve yöntemlerin ortaklığı ile belirlenir. Bu araçlar ve yöntemler, doğrusal boyutları radyasyonun uzunluğundan λ çok daha büyük olan cihazlar kullanılarak radyasyonun dalga özelliklerine dayalı olarak optik nesnelerin görüntülerinin oluşturulması ve ayrıca etkisi olan ışık alıcılarının kullanılmasıyla karakterize edilir. kuantum özelliklerine dayanmaktadır.

Geleneğe göre optik genellikle geometrik, fiziksel ve fizyolojik olarak ayrılır. Geometrik optik, ışığın doğası sorununu bırakır, yayılmasının ampirik yasalarından yola çıkar ve optik olarak homojen bir ortamda farklı optik özelliklere ve doğrusal olanlara sahip ortamın sınırlarında kırılan ve yansıtılan ışık ışınları fikrini kullanır. Görevi, kırılma indisi n'nin koordinatlara bağımlılığı bilinen bir ortamda ışık ışınlarının yolunu matematiksel olarak incelemek veya tam tersine, ışınların belirli bir aralıkta meydana geldiği şeffaf ve yansıtıcı ortamın optik özelliklerini ve şeklini bulmaktır. verilen yol. Geometrik optik, gözlük merceklerinden karmaşık merceklere ve devasa astronomik aletlere kadar optik aletlerin hesaplanması ve tasarımı için büyük önem taşımaktadır.

Fiziksel optik, ışığın doğası ve ışık olaylarıyla ilgili sorunları inceler. Işığın enine elektromanyetik dalgalar olduğu ifadesi çok sayıda deneyin sonuçlarına dayanmaktadır. deneysel araştırma anizotropik ortamda ışık kırınımı, girişim, ışık polarizasyonu ve yayılması.

Optiğin en önemli geleneksel görevlerinden biri, her iki açıdan da orijinaline karşılık gelen görüntülerin elde edilmesidir. geometrik şekil ve parlaklığın dağılımı esas olarak fiziksel optiklerin katılımıyla geometrik optiklerle çözülür. Geometrik optik, görüntünün nesneye geometrik benzerliğini korurken, bir nesnenin her noktasının aynı zamanda bir nokta olarak tasvir edilmesini sağlayacak şekilde bir optik sistemin nasıl kurulması gerektiği sorusuna yanıt verir. Görüntü bozulmasının kaynaklarını ve gerçek optik sistemlerdeki seviyesini gösterir. Optik sistemler oluşturmak için gerekli özelliklere sahip optik malzeme üretme teknolojisinin yanı sıra optik elemanları işleme teknolojisi de gereklidir. Teknolojik nedenlerden dolayı, çoğunlukla küresel yüzeyli mercekler ve aynalar kullanılır, ancak optik sistemleri basitleştirmek ve yüksek açıklık oranlarında görüntü kalitesini iyileştirmek için optik elemanlar kullanılır.

Bölüm 1. Optik olayların temel yasaları.

Zaten optik araştırmaların ilk dönemlerinde, optik olayların aşağıdaki dört temel yasası deneysel olarak oluşturulmuştur:

1. Işığın doğrusal yayılımı yasası.

2. Işık ışınlarının bağımsızlığı yasası.

3. Ayna yüzeyinden yansıma yasası.

4. İki şeffaf ortamın sınırında ışığın kırılma kanunu.

Bu yasaların daha ayrıntılı incelenmesi, ilk olarak, bunların ilk bakışta göründüğünden çok daha derin bir anlama sahip olduğunu ve ikinci olarak, bunların uygulamalarının sınırlı olduğunu ve yalnızca yaklaşık yasalar olduğunu gösterdi. Temel optik kanunların uygulanabilirliğinin koşullarının ve sınırlarının belirlenmesi, ışığın doğasına ilişkin çalışmalarda önemli ilerleme anlamına geliyordu.

Bu yasaların özü aşağıdakilere indirgenmektedir.

Homojen bir ortamda ışık düz çizgiler halinde yayılır.

Bu yasa, Öklid'e atfedilen optik üzerine yapılan çalışmalarda bulunur ve muhtemelen çok daha önceleri bilinip uygulanmıştır.

Bu yasanın deneysel kanıtı, nokta ışık kaynakları tarafından üretilen keskin gölgelerin gözlemlenmesinden veya küçük açıklıklar kullanılarak görüntülerin elde edilmesinden elde edilebilir. Pirinç. Şekil 1, küçük bir açıklık kullanılarak görüntü elde edilmesini göstermektedir; görüntünün şekli ve boyutu, projeksiyonun düz ışınlar kullanılarak gerçekleştiğini göstermektedir.

Şekil 1 Işığın doğrusal yayılımı: küçük bir açıklık kullanılarak görüntü elde edilmesi.

Doğrusal yayılma yasasının deneyimle sağlam bir şekilde oluşturulduğu düşünülebilir. Bunun çok derin bir anlamı vardır, çünkü düz çizgi kavramı görünüşe göre optik gözlemlerden doğmuştur. Temsil eden bir çizgi olarak düz bir çizginin geometrik kavramı en kısa mesafe iki nokta arasında ışığın homojen bir ortamda yayıldığı çizgi kavramı vardır.

Tanımlanan fenomenin daha ayrıntılı bir incelemesi, çok küçük deliklere doğru hareket edersek ışığın doğrusal yayılma yasasının gücünü kaybettiğini göstermektedir.

Yani, Şekil 2'de gösterilen deneyde. Şekil 1'de, yaklaşık 0,5 mm delik boyutunda iyi bir görüntü elde edeceğiz. Deliğin daha sonra küçültülmesiyle görüntü kusurlu olacak ve yaklaşık 0,5-0,1 mikronluk bir delikle görüntü hiç çalışmayacak ve ekran neredeyse eşit şekilde aydınlatılacaktır.

Işık akısı, örneğin diyaframlar kullanılarak vurgulanarak ayrı ışık ışınlarına bölünebilir. Seçilen bu ışık ışınlarının hareketinin bağımsız olduğu ortaya çıkıyor; Tek bir ışının yarattığı etki, diğer ışınların aynı anda hareket etmesine veya ortadan kaldırılmasına bağlı değildir.

Gelen ışın, yansıtan yüzeye normal ve yansıyan ışın aynı düzlemde bulunur (Şekil 2) ve ışınlar ile normal arasındaki açılar birbirine eşittir: geliş açısı i, açıya eşittir yansıma i." Bu yasa Öklid'in eserlerinde de geçmektedir. Kuruluşu, çok uzak bir çağda bilinen cilalı metal yüzeylerin (aynaların) kullanılmasıyla ilgilidir.

Pirinç. 2 Yansıma kanunu.

Pirinç. 3 Kırılma kanunu.

Diyafram, optik sistemlerdeki (teleskoplar, telemetreler, mikroskoplar, film ve fotoğraf kameraları vb.) ışık ışınlarının kesitini sınırlayan opak bir bariyerdir. Diyaframların rolü genellikle merceklerin, prizmaların, aynaların ve diğer optik parçaların çerçeveleri, gözbebeği, aydınlatılmış bir nesnenin sınırları ve spektroskoplardaki yarıklar tarafından oynanır.

Herhangi bir optik sistem (silahlı ve yardımsız göz, fotoğraf aparatı, projeksiyon aparatı) sonuçta görüntüyü bir düzlem (ekran, fotoğraf plakası, retina) üzerine çizer; nesneler çoğu durumda üç boyutludur. Ancak ideal bir optik sistem dahi, sınırlama olmaksızın, düzlem üzerinde üç boyutlu bir nesnenin görüntüsünü sağlayamaz. Aslında, üç boyutlu bir nesnenin bireysel noktaları optik sistemden farklı mesafelerdedir ve farklı eşlenik düzlemlere karşılık gelirler.

Parlak nokta O (Şekil 5), EE ile eşlenik MM 1 düzlemindeki O''nun keskin bir görüntüsünü verir. Ancak A ve B noktaları, A' ve B'de keskin görüntüler verir ve MM düzleminde, boyutları kirişlerin genişliğinin sınırlamasına bağlı olan ışık daireleri olarak yansıtılırlar. Sistem sınırsız olmasaydı, A ve B'den gelen ışınlar MM düzlemini eşit şekilde aydınlatırdı; bu, nesnenin hiçbir görüntüsünün elde edilmeyeceği, yalnızca EE düzleminde yer alan bireysel noktalarının bir görüntüsünün elde edileceği anlamına gelir.

Işınlar ne kadar dar olursa, nesnenin düzlemdeki boşluğunun görüntüsü o kadar net olur. Daha kesin olarak, düzlemde gösterilen uzamsal nesnenin kendisi değil, nesnenin belirli bir EE düzlemine (kurulum düzlemi) izdüşümü olan düz resim, görüntü düzlemi MM ile sisteme göre eşleniktir. Projeksiyon merkezi sistemin noktalarından biridir (optik aletin giriş gözbebeğinin merkezi).

Açıklığın boyutu ve konumu, aydınlatmayı ve görüntü kalitesini, alan derinliğini ve optik sistemin çözünürlüğünü ve görüş alanını belirler.

Işık ışınını en güçlü şekilde sınırlayan diyaframa açıklık veya etkili denir. Bu diyafram, ışık ışınlarını mercek çerçevelerinden daha güçlü bir şekilde sınırlandırıyorsa, rolü bir merceğin çerçevesi veya özel bir patlayıcı diyafram tarafından oynanabilir.

Pirinç. 6. BB – açıklık diyaframı; B 1 B 1 – giriş öğrencisi; B 2 B 2 – gözbebeğinden çıkış.

Patlayıcı açıklık diyaframı genellikle karmaşık bir optik sistemin bireysel bileşenleri (lensler) arasında bulunur (Şekil 6), ancak sistemin önüne veya arkasına yerleştirilebilir.

BB gerçek bir açıklık diyaframı ise (Şekil 6) ve B 1 B 1 ve B 2 B 2 sistemin ön ve arka kısımlarındaki görüntüleri ise, BB'den geçen tüm ışınlar B 1 B'den geçecektir. 1 ve B 2 B 2 ve tersi, yani. ВВ, В 1 В 1, В 2 В 2 diyaframlarından herhangi biri aktif ışınları sınırlar.

Giriş gözbebeği, gelen ışını en güçlü şekilde sınırlayan gerçek delikler veya bunların görüntüleridir; optik eksenin nesnenin düzlemi ile kesiştiği noktadan itibaren en küçük açıda görülebilir.

Çıkış gözbebeği, sistemden çıkan ışını sınırlayan delik veya görüntüsüdür. Giriş ve çıkış öğrencileri tüm sisteme göre eşleniktir.

Giriş öğrencisinin rolü, bir veya daha fazla delik veya onun görüntüsü (gerçek veya hayali) tarafından oynanabilir. Bazı önemli durumlarda, görüntülenen nesne aydınlatılmış bir deliktir (örneğin, bir spektrografın yarığı) ve aydınlatma, doğrudan deliğin yakınında bulunan bir ışık kaynağı tarafından veya bir yardımcı yoğunlaştırıcı aracılığıyla sağlanır. Bu durumda, konuma bağlı olarak, giriş öğrencisinin rolü, kaynağın veya görüntüsünün sınırı veya yoğunlaştırıcının sınırı vb. tarafından oynanabilir.

Açıklık diyaframı sistemin önünde yer alıyorsa, giriş gözbebeği ile çakışır ve çıkış gözbebeği bu sistemdeki görüntüsü olacaktır. Sistemin arkasında yer alıyorsa, çıkış gözbebeği ile çakışır ve giriş gözbebeği sistemdeki görüntüsü olacaktır. Patlayıcının açıklık diyaframı sistemin içinde yer alıyorsa (Şekil 6), sistemin ön kısmındaki B 1 B 1 görüntüsü giriş gözbebeği görevi görür ve sistemin arkasındaki B 2 B 2 görüntüsü çıkış öğrencisi olarak görev yapar. Giriş gözbebeğinin yarıçapının, eksenin nesnenin düzlemi ile kesişme noktasından görülebildiği açıya “açıklık açısı” denir ve çıkış gözbebeğinin yarıçapının noktadan görülebildiği açıya Eksenin görüntü düzlemiyle kesişme noktası projeksiyon açısı veya çıkış açıklığı açısıdır. [3]

Bölüm 4. Modern optik sistemler.

İnce bir mercek en basit optik sistemi temsil eder. Basit ince lensler esas olarak gözlük için gözlük şeklinde kullanılır. Ayrıca merceğin büyüteç olarak kullanılması da iyi bilinmektedir.

Pek çok optik aletin (projeksiyon lambası, kamera ve diğer cihazlar) hareketi şematik olarak ince merceklerin hareketi ile karşılaştırılabilir. Bununla birlikte, ince bir mercek yalnızca göreceli olarak iyi bir görüntü verir. nadir bir durumda, kendinizi ana optik eksen boyunca veya ona geniş bir açıyla kaynaktan gelen dar, tek renkli bir ışınla sınırlayabildiğiniz zaman. Bu koşulların karşılanmadığı çoğu pratik problemde, ince bir merceğin ürettiği görüntü oldukça kusurludur. Bu nedenle, çoğu durumda, çok sayıda kırılma yüzeyine sahip olan ve bu yüzeylerin yakınlığı gerekliliği (ince bir mercekle karşılanan bir gereklilik) ile sınırlı olmayan daha karmaşık optik sistemlerin inşasına başvurulur. [ 4 ]

Genel olarak insan gözü, göz küresi adı verilen yaklaşık 2,5 cm çapında küresel bir gövdedir (Şekil 10). Gözün opak ve dayanıklı dış tabakasına sklera, şeffaf ve daha dışbükey ön kısmına ise kornea adı verilir. Sklera iç kısımda koroid ile kaplıdır. kan damarları, gözü besler. Korneanın karşısında koroid eşit olmayan renkte irise geçer. farklı insanlar Berrak, sulu bir kütle içeren bir odacıkla korneadan ayrılır.

İriste yuvarlak bir delik vardır.

çapı değişebilen gözbebeği adı verilir. Böylece iris, ışığın göze erişimini düzenleyen bir diyafram görevi görür. Parlak ışıkta gözbebeği küçülür, düşük ışıkta ise büyür. İçeri göz küresiİrisin arkasında, kırılma indisi yaklaşık 1,4 olan şeffaf bir maddeden yapılmış bikonveks bir mercek olan mercek bulunur. Lens, yüzeylerinin eğriliğini ve dolayısıyla optik gücünü değiştirebilen bir halka kası ile çevrelenmiştir.

Gözün iç kısmındaki koroid, özellikle gözbebeğinin önünde yoğun olan ışığa duyarlı sinirin dallarıyla kaplıdır. Bu dallar, üzerinde ortaya çıktığı bir ağsı zar oluşturur gerçek görüntü gözün optik sistemi tarafından oluşturulan nesneler. Retina ile mercek arasındaki boşluk, jelatinimsi yapıya sahip şeffaf bir vitreus gövdesi ile doldurulur. Nesnelerin retinadaki görüntüsü terstir. Ancak ışığa duyarlı sinirden sinyaller alan beynin aktivitesi, tüm nesneleri doğal konumlarında görmemizi sağlar.

Gözün halka kası gevşetildiğinde retina üzerinde uzaktaki nesnelerin görüntüsü elde edilir. Genel olarak gözün yapısı, kişinin göze 6 m'den daha yakın olmayan nesneleri zorlanmadan görebileceği şekildedir. Bu durumda yakındaki nesnelerin görüntüsü retinanın arkasında elde edilir. Böyle bir nesnenin net bir görüntüsünü elde etmek için halka şeklindeki kas, nesnenin görüntüsü retinada görünene kadar merceği giderek daha fazla sıkıştırır ve ardından merceği sıkıştırılmış bir durumda tutar.

Böylece insan gözünün "odaklanması", halka şeklindeki kas kullanılarak merceğin optik gücünün değiştirilmesiyle gerçekleştirilir. Gözün optik sisteminin, kendisinden farklı mesafelerde bulunan nesnelerin farklı görüntülerini oluşturma yeteneğine konaklama (Latince "konaklama" - adaptasyondan) denir. Çok uzaktaki nesnelere bakıldığında paralel ışınlar göze girer. Bu durumda gözün sonsuza uyum sağladığı söylenir.

Gözün konaklaması sonsuz değildir. Halka şeklindeki kasın yardımıyla gözün optik gücü 12 diyoptriden fazla artamaz. Yakın nesnelere uzun süre bakıldığında göz yorulur, halka kas gevşemeye başlar ve nesnenin görüntüsü bulanıklaşır.

İnsan gözü nesneleri sadece gün ışığında değil, net bir şekilde görmemizi sağlar. Gözün, ışığa duyarlı sinirin retina üzerindeki uçlarının değişen derecelerde tahrişine uyum sağlama yeteneği, yani. Gözlenen nesnelerin değişen parlaklık derecelerine uyum sağlamasına adaptasyon denir.

Gözlerin görme eksenlerinin belirli bir noktada yakınsamasına yakınsama denir. Nesneler bir kişiden önemli bir mesafeye yerleştirildiğinde, gözleri bir nesneden diğerine hareket ettirirken, gözlerin eksenleri pratikte değişmez ve kişi, nesnenin konumunu doğru bir şekilde belirleme yeteneğini kaybeder. Nesneler çok uzakta olduğunda göz eksenleri paralel olur ve kişi baktığı nesnenin hareket edip etmediğini bile belirleyemez. Bir kişiye yakın bulunan nesnelere bakarken merceği sıkıştıran halka şeklindeki kasın kuvveti de vücutların pozisyonunun belirlenmesinde belli bir rol oynar. [2]

Bölüm 5. Gözü silahlandıran optik sistemler.

Göz ince bir mercek olmasa da, içinde ışınların pratik olarak kırılmadan geçtiği bir nokta bulabilirsiniz. optik merkezin rolünü oynayan bir nokta. Gözün optik merkezi merceğin içinde, arka yüzeyine yakın bir yerde bulunur. Gözün derinliği olarak adlandırılan optik merkezden retinaya olan h mesafesi normal bir göz için 15 mm'dir.

Optik merkezin konumunu bilerek, gözün retinasındaki bir nesnenin görüntüsünü kolaylıkla oluşturabilirsiniz. Görüntü her zaman gerçek, azaltılmış ve terstir (Şekil 11, a). S 1 S 2 nesnesinin O optik merkezinden görülebildiği φ açısına görsel açı denir.

Retina var karmaşık yapı ve bireysel ışığa duyarlı unsurlardan oluşur. Dolayısıyla bir cismin retinadaki görüntüsü aynı elemana düşecek kadar birbirine yakın bulunan iki noktası, göz tarafından tek bir nokta olarak algılanır. Beyaz bir arka plan üzerinde iki parlak noktanın veya iki siyah noktanın göz tarafından ayrı ayrı algılandığı minimum görüş açısı yaklaşık bir dakikadır. Göz, 1"'den daha küçük bir açıda gördüğü bir nesnenin ayrıntılarını çok az tanır. Bu, gözden 34 cm uzaklıkta uzunluğu 1 cm olan bir parçanın görülebildiği açıdır. zayıf aydınlatma (alacakaranlıkta), minimum çözünürlük açısı artar ve 1°'ye ulaşabilir.

Bir nesneyi göze yaklaştırarak görüş açısını artırırız ve dolayısıyla

küçük detayları daha iyi ayırt edebilme yeteneği. Ancak gözün uyum sağlama yeteneği sınırlı olduğundan onu göze çok yaklaştıramayız. Normal bir göz için, bir nesneyi görmek için en uygun mesafe yaklaşık 25 cm'dir ve bu mesafede göz, aşırı yorulmadan ayrıntıları yeterince iyi ayırt edebilir. Bu mesafeye en iyi görme mesafesi denir. miyop bir göz için bu mesafe biraz daha azdır. bu nedenle miyop kişiler, söz konusu nesneyi normal görüşe sahip kişilere veya uzak görüşlü kişilere göre göze daha yakın yerleştirdiklerinde, onu daha geniş bir açıdan görürler ve küçük detayları daha iyi ayırt edebilirler.

Optik aletler kullanılarak görüş açısında önemli bir artış elde edilir. Gözü silahlandıran optik aletler amaçlarına göre aşağıdaki büyük gruplara ayrılabilir.

1. Çok küçük cisimleri incelemek için kullanılan cihazlar (büyüteç, mikroskop). Bu cihazlar söz konusu nesneleri “büyütüyor” gibi görünüyor.

2. Uzaktaki nesneleri görüntülemek için tasarlanmış aletler (gözetleme dürbünü, dürbün, teleskop vb.). bu cihazlar söz konusu nesneleri “yaklaştırıyor” gibi görünüyor.

Optik cihaz kullanırken görüş açısının arttırılmasıyla, bir nesnenin retina üzerindeki görüntüsünün çıplak gözdeki görüntüye göre boyutu artar ve dolayısıyla ayrıntıları tanıma yeteneği artar. Silahlı göz b" durumunda retina üzerindeki uzunluğun b çıplak göz için görüntünün uzunluğuna oranı (Şekil 11, b), optik cihazın büyütülmesi olarak adlandırılır.

Şek. Şekil 11b'de N'deki artışın aynı zamanda bir nesneye bir alet aracılığıyla bakıldığında görsel açı φ" ile çıplak göz için görsel açı φ oranına eşit olduğunu görmek kolaydır, çünkü φ" ve φ küçüktür. [2,3] Yani,

N = b" / b = φ" / φ,

burada N nesnenin büyütülmesidir;

b" silahlı göz için retina üzerindeki görüntünün uzunluğudur;

b, çıplak gözle retina üzerindeki görüntünün uzunluğu;

φ" – bir nesneyi optik bir aletle görüntülerken görüş açısı;

φ – bir nesneye çıplak gözle bakıldığında görüş açısı.

En basit optik cihazlardan biri, küçük nesnelerin büyütülmüş görüntülerini görüntülemek için tasarlanmış yakınsak bir mercek olan büyüteçtir. Mercek göze yaklaştırılır ve nesne mercek ile ana odak arasına yerleştirilir. Göz, nesnenin sanal ve büyütülmüş bir görüntüsünü görecektir. Bir nesneyi, sonsuza ayarlanmış, tamamen rahat bir gözle bir büyüteçle incelemek en uygunudur. Bunun için nesne merceğin ana odak düzlemine yerleştirilir, böylece nesnenin her noktasından çıkan ışınlar merceğin arkasında paralel ışınlar oluşturur. İncirde. Şekil 12, nesnenin kenarlarından gelen bu tür iki ışını göstermektedir. Sonsuzluğa uyum sağlayan göze giren paralel ışın demetleri retinaya odaklanır ve buradaki nesnenin net bir görüntüsünü verir.

Açısal büyütme. Göz merceğe çok yakındır, dolayısıyla görüş açısı, nesnenin kenarlarından merceğin optik merkezi boyunca gelen ışınların oluşturduğu 2γ açısı olarak alınabilir. Büyüteç olmasaydı nesneyi gözden en iyi görüş mesafesine (25 cm) yerleştirmemiz gerekecekti ve görme açısı 2β olacaktı. Kenarları 25 cm ve F cm olan ve Z nesnesinin yarısını ifade eden dik üçgenleri göz önüne alarak şunu yazabiliriz:

,

burada 2γ, bir büyüteçle gözlemlendiğindeki görsel açıdır;

2β - çıplak gözle bakıldığında görsel açı;

F – nesneden büyütece kadar olan mesafe;

Z, söz konusu nesnenin uzunluğunun yarısıdır.

Küçük detayların genellikle büyüteçle incelendiği ve bu nedenle γ ve β açılarının küçük olduğu dikkate alındığında, teğetlerin yerini açılar alabilir. Bu, büyüteci büyütmek için aşağıdaki ifadeyi verir = = .

Dolayısıyla bir büyütecin büyütmesi 1/F yani optik gücü ile orantılıdır.

Küçük nesneleri görüntülerken yüksek büyütme elde etmenizi sağlayan cihaza mikroskop denir.

En basit mikroskop iki toplama merceğinden oluşur. Çok kısa odaklı bir mercek L 1, göz merceği tarafından bir büyüteç gibi görülen P"Q" nesnesinin (Şekil 13) oldukça büyütülmüş gerçek görüntüsünü verir.

Merceğin verdiği doğrusal büyütmeyi n 1 ile, göz merceğinin verdiği doğrusal büyütmeyi n 2 ile gösterelim, bu = n 1 ve = n 2 anlamına gelir,

burada P"Q" bir nesnenin büyütülmüş gerçek görüntüsüdür;

PQ – ürün boyutu;

Bu ifadeleri çarparak = n 1 n 2 elde ederiz,

burada PQ nesnenin boyutudur;

P""Q"" - bir nesnenin büyütülmüş sanal görüntüsü;

n 1 – merceğin doğrusal büyütülmesi;

n 2 – göz merceğinin doğrusal büyütülmesi.

Bu, mikroskobun büyütme oranının, objektif ve oküler tarafından ayrı ayrı verilen büyütmelerin çarpımına eşit olduğunu gösterir. Bu nedenle, 1000'e ve hatta daha fazlasına kadar çok yüksek büyütme sağlayan aletler yapmak mümkündür. İyi mikroskoplarda mercek ve mercek karmaşıktır.

Mercek genellikle iki mercekten oluşur, ancak mercek çok daha karmaşıktır. Yüksek büyütme elde etme isteği, optik gücü çok yüksek olan kısa odaklı lenslerin kullanımını zorunlu kılmaktadır. Söz konusu nesne merceğe çok yakın yerleştirilir ve ilk merceğin tüm yüzeyini dolduran geniş bir ışın demeti üretir. Bu, keskin bir görüntü elde etmek için çok elverişsiz koşullar yaratır: kalın mercekler ve merkezden uzakta ışınlar. Bu nedenle, her türlü eksikliği düzeltmek için farklı cam türlerinden birçok merceğin kombinasyonuna başvurmak gerekir.

Modern mikroskoplarda teorik sınıra neredeyse ulaşılmıştır. Mikroskopla çok küçük nesneleri görebilirsiniz ancak bunların görüntüleri, nesneyle hiçbir benzerliği olmayan küçük lekeler halinde görünür.

Bu kadar küçük parçacıkları incelerken, söz konusu nesneyi mikroskobun eksenine dik olarak yandan yoğun bir şekilde aydınlatmayı mümkün kılan, yoğunlaştırıcılı normal bir mikroskop olan ultramikroskop adı verilen bir mikroskop kullanırlar.

Ultramikroskop kullanarak boyutu milimikronları aşmayan parçacıkları tespit etmek mümkündür.

En basit tespit dürbünü iki yakınsak mercekten oluşur. Bakılan nesneye bakan merceğe objektif, gözlemcinin gözüne bakan diğerine ise göz merceği adı verilir.

Lens L 1, merceğin ana odağının yakınında bulunan P 1 Q 1 nesnesinin gerçek ters ve büyük ölçüde azaltılmış görüntüsünü verir. Mercek, nesnenin görüntüsü ana odak noktasında olacak şekilde yerleştirilir. Bu konumda, mercek, nesnenin gerçek görüntüsünün görüntülendiği bir büyüteç görevi görür.

Büyüteç gibi bir borunun etkisi görüş açısını arttırmaktır. Bir tüp kullanılarak nesneler genellikle uzunluğunun birçok katı mesafeden incelenir. Dolayısıyla bir nesnenin tüpsüz görülebildiği görüş açısı, nesnenin kenarlarından merceğin optik merkezine doğru gelen ışınların oluşturduğu 2β açısı olarak alınabilir.

Görüntü 2γ açıyla görülebilir ve neredeyse merceğin F odağında ve göz merceğinin F 1 odağında bulunur.

İki göz önüne alındığında dik üçgen ortak tarafı Z" ile şunu yazabiliriz:

,

F - mercek odağı;

F 1 - mercek odağı;

Z", söz konusu nesnenin uzunluğunun yarısı kadardır.

β ve γ açıları büyük değildir, dolayısıyla yeterli bir yaklaşımla tanβ ve tgγ açılarını açılarla değiştirmek ve ardından borudaki artışı = oluşturmak mümkündür. ,

burada 2γ nesnenin görüntüsünün görülebildiği açıdır;

2β - bir nesnenin çıplak gözle görülebildiği görüş açısı;

F - mercek odağı;

F 1 - mercek odağı.

Tüpün açısal büyütmesi, merceğin odak uzaklığının göz merceğinin odak uzaklığına oranıyla belirlenir. Yüksek büyütme elde etmek için uzun odaklı bir mercek ve kısa odaklı bir göz merceği almanız gerekir. [ 1 ]

İzleyicilere çizimlerin, fotoğrafların veya çizimlerin büyütülmüş görüntülerini ekranda göstermek için bir projeksiyon aparatı kullanılır. Cam veya şeffaf film üzerindeki çizime slayt denir ve bu tür çizimleri görüntülemek için tasarlanan cihazın kendisi bir diaskoptur. Cihaz opak resim ve çizimleri gösterecek şekilde tasarlanmışsa buna episkop denir. Her iki durum için tasarlanmış bir cihaza epidiaskop denir.

Önündeki cismin görüntüsünü oluşturan merceğe mercek denir. Tipik olarak bir lens, bireysel lenslerin doğasında bulunan en önemli eksiklikleri ortadan kaldıran bir optik sistemdir. Bir nesnenin görüntüsünün izleyiciler tarafından net bir şekilde görülebilmesi için nesnenin kendisinin parlak bir şekilde aydınlatılması gerekir.

Projeksiyon aparatının tasarım şeması Şekil 16'da gösterilmektedir.

Işık kaynağı S, içbükey bir aynanın (reflektör) R merkezine yerleştirilir. Doğrudan S kaynağından gelen ve reflektörden yansıyan ışık R, iki plano-dışbükey mercekten oluşan yoğunlaştırıcı K'nın üzerine düşer. Yoğunlaştırıcı bu ışık ışınlarını toplar.

Kolimatör adı verilen A borusunda genişliği vida döndürülerek ayarlanabilen dar bir yarık bulunmaktadır. Yarıkların önüne spektrumunun incelenmesi gereken bir ışık kaynağı yerleştirilir. Yarık, kolimatörün odak düzleminde bulunur ve bu nedenle ışık ışınları kolimatörden paralel ışın şeklinde çıkar. Işık ışınları prizmadan geçtikten sonra B tüpüne yönlendirilir ve buradan spektrum gözlemlenir. Bir spektroskop ölçümler için tasarlandıysa, özel bir cihaz kullanılarak spektrum görüntüsünün üzerine bölmeli bir ölçeğin görüntüsü bindirilir; bu, spektrumdaki renk çizgilerinin konumunu doğru bir şekilde belirlemenizi sağlar.

Bir spektrumu incelerken, onu fotoğraflamak ve ardından mikroskop kullanarak incelemek genellikle daha iyidir.

Spektrumun fotoğrafını çeken cihaza spektrograf denir.

Spektrograf diyagramı Şekil 2'de gösterilmektedir. 18.

Radyasyon spektrumu, fotoğraf çekerken bir fotoğraf plakasıyla değiştirilen buzlu cam AB üzerine L 2 lensi kullanılarak odaklanır. [2]

Optik ölçüm cihazı, görmenin (kontrol edilen bir nesnenin sınırlarının saç çizgisi, artı işareti vb. ile hizalanması) veya boyut belirlemenin optik çalışma prensibine sahip bir cihaz kullanılarak gerçekleştirildiği bir ölçüm cihazıdır. Üç grup optik ölçüm cihazı vardır: optik görüş prensibine sahip cihazlar ve hareketi raporlamak için mekanik bir yöntem; optik görüş ve hareket raporlama özelliğine sahip cihazlar; Temas noktalarının hareketini belirlemek için optik bir yöntemle ölçüm cihazıyla mekanik teması olan cihazlar.

Yaygınlaşan ilk cihazlar, karmaşık konturlara ve küçük boyutlara sahip parçaları ölçmek ve izlemek için kullanılan projektörlerdi.

En yaygın ikinci cihaz, ölçülen parçanın uzunlamasına bir taşıyıcı üzerinde hareket ettiği ve kafa mikroskobunun enine bir taşıyıcı üzerinde hareket ettiği evrensel bir ölçüm mikroskobudur.

Üçüncü grubun cihazları, ölçülen doğrusal büyüklükleri ölçüler veya ölçeklerle karşılaştırmak için kullanılır. Genellikle karşılaştırıcılar genel adı altında birleştirilirler. Bu cihaz grubu bir optimetre (optikatör, ölçüm makinesi, kontak interferometre, optik mesafe bulucu vb.) içerir.

Jeodezide optik ölçüm aletleri de yaygındır (seviye, teodolit vb.).

Teodolit, jeodezik çalışma, topografik ve araştırma, inşaat vb. sırasında yönleri belirlemek ve yatay ve dikey açıları ölçmek için kullanılan bir jeodezik araçtır.

Seviye - Dünya yüzeyindeki noktaların yüksekliklerini ölçmek için kullanılan bir jeodezik alet - tesviye, ayrıca kurulum sırasında yatay yönleri ayarlamak vb. İşler.

Navigasyonda, bir sekstant yaygın olarak kullanılmaktadır - gözlemcinin yerinin koordinatlarını belirlemek amacıyla gök cisimlerinin ufuk üzerindeki yüksekliğini veya görünür nesneler arasındaki açıları ölçmek için gonyometrik bir ayna yansıtıcı alet. Sekstantın en önemli özelliği, gözlemcinin görüş alanındaki, aralarında açının ölçüldüğü iki nesneyi aynı anda birleştirme yeteneğidir; bu, sekstantın doğrulukta gözle görülür bir azalma olmadan bir uçakta veya bir gemide kullanılmasına olanak tanır. atış sırasında bile.

Yeni tip optik ölçüm cihazlarının geliştirilmesinde umut verici bir yön, bunları okumayı ve görmeyi vb. basitleştirmeyi mümkün kılan elektronik okuma cihazlarıyla donatmaktır. [ 5 ]

Bölüm 6. Optik sistemlerin bilim ve teknolojide uygulanması.

Optik sistemlerin bilim ve teknolojideki uygulaması ve rolü çok büyüktür. Optik olayları incelemeden ve optik aletler geliştirmeden insanlık bu kadar yüksek bir teknolojik gelişme seviyesine ulaşamazdı.

Hemen hemen tüm modern optik cihazlar, optik olayların doğrudan görsel gözlemi için tasarlanmıştır.

Görüntü oluşturma yasaları, çeşitli optik aletlerin yapımının temelini oluşturur. Herhangi bir optik cihazın ana kısmı bir tür optik sistemdir. Bazı optik cihazlarda görüntü ekran üzerinden alınırken bazı cihazlar gözle çalışacak şekilde tasarlanmıştır. ikinci durumda, cihaz ve göz tek bir optik sistemi temsil eder ve görüntü, gözün retinası üzerinde elde edilir.

Biraz çalışıyorum Kimyasal özellikler Bilim adamları, görüntüleri katı yüzeylere sabitlemenin bir yolunu bulmuşlar ve görüntüleri bu yüzeye yansıtmak için merceklerden oluşan optik sistemleri kullanmaya başlamışlardır. Böylece dünya fotoğraf ve film kameralarını aldı ve ardından elektronik, video ve dijital kameraların gelişmesiyle birlikte ortaya çıktı.

Gözle neredeyse görülmeyen küçük nesneleri incelemek için büyüteç kullanılır ve büyütmesi yeterli değilse mikroskoplar kullanılır. Modern optik mikroskoplar görüntüleri 1000 kata kadar, elektron mikroskopları ise on binlerce kata kadar büyütmenize olanak tanır. Bu, nesneleri moleküler düzeyde incelemeyi mümkün kılar.

Modern astronomi araştırmaları "Galileo'nun trompeti" ve "Kepler'in trompeti" olmadan mümkün olamazdı. Sıradan tiyatro dürbünlerinde sıklıkla kullanılan Galilean tüpü nesnenin doğrudan görüntüsünü verirken, Kepler tüpü ters bir görüntü verir. Sonuç olarak, Kepler tüpü karasal gözlemler için kullanılacaksa, görüntünün doğrudan olmasını sağlayan bir sarma sistemi (ek bir mercek veya prizma sistemi) ile donatılır. Böyle bir cihazın bir örneği prizma dürbünüdür.

Kepler tüpünün avantajı, düzlemine bir ölçüm ölçeği, fotoğraf çekmek için bir fotoğraf plakası vb. yerleştirilebilen ek bir ara görüntüye sahip olmasıdır. Sonuç olarak astronomide ve ölçümlerle ilgili tüm durumlarda Kepler tüpü kullanılmaktadır.

Teleskop gibi inşa edilen teleskopların yanı sıra refraktörler, ayna (yansıtıcı) teleskoplar veya reflektörler astronomide çok önemlidir.

Her teleskopun sağladığı gözlem yetenekleri, açıklığının çapına göre belirlenir. Bu nedenle, eski çağlardan beri bilimsel ve teknik düşünce, bulmayı amaçlamıştır.

Büyük aynalar ve mercekler yapma yöntemleri.

Her yeni teleskopun inşasıyla gözlemlediğimiz Evrenin yarıçapı genişliyor.

Dış mekanın görsel algısı, normal koşullar altında iki göz kullanmamızın temel bir koşul olduğu karmaşık bir eylemdir. Gözlerin büyük hareketliliği sayesinde, bir nesnenin bir noktasını diğerine hızla sabitleriz; aynı zamanda söz konusu nesnelere olan mesafeyi tahmin edebildiğimiz gibi bu mesafeleri birbirleriyle de karşılaştırabiliyoruz. Bu değerlendirme uzayın derinliği, bir nesnenin detaylarının hacimsel dağılımı hakkında fikir verir ve stereoskopik görmeyi mümkün kılar.

Stereoskopik görüntüler 1 ve 2, her biri bir gözün önüne yerleştirilen L 1 ve L 2 mercekleri kullanılarak görüntülenir. Resimler merceklerin odak düzlemlerinde yer alır ve bu nedenle görüntüleri sonsuzda bulunur. Her iki göz de sonsuzluğa uyum sağlamıştır. Her iki fotoğrafın görüntüleri S düzleminde yer alan tek bir kabartma nesne olarak algılanıyor.

Stereoskop şu anda arazi görüntülerini incelemek için yaygın olarak kullanılmaktadır. Alanın iki noktadan fotoğraflanmasıyla, stereoskopla bakıldığında araziyi net bir şekilde görebileceğiniz iki fotoğraf elde edilir. Stereoskopik görüşün daha yüksek keskinliği, sahte belgeleri, parayı vb. tespit etmek için stereoskop kullanılmasını mümkün kılar.

Gözlem amaçlı askeri optik cihazlarda (dürbün, stereo dürbünler), merceklerin merkezleri arasındaki mesafeler her zaman gözler arasındaki mesafeden çok daha fazladır ve uzaktaki nesneler, cihaz olmadan gözlemlendiğinden çok daha belirgin görünür.

Yüksek kırılma indisine sahip cisimlerde ilerleyen ışığın özelliklerinin incelenmesi, tam olarak keşfedilmesine yol açtı. iç yansıma. Bu özellik, optik fiberlerin üretiminde ve kullanımında yaygın olarak kullanılmaktadır. Optik fiber, herhangi bir optik radyasyonun kayıpsız iletilmesine izin verir. İletişim sistemlerinde fiber optik kullanımı, bilgi almak ve göndermek için yüksek hızlı kanalların elde edilmesini mümkün kılmıştır.

Tam iç yansıma, aynalar yerine prizmaların kullanılmasına olanak tanır. Prizmatik dürbünler ve periskoplar bu prensip üzerine inşa edilmiştir.

Lazerlerin ve odaklama sistemlerinin kullanılması, çeşitli maddelerin kesilmesinde, CD okuma ve yazma cihazlarında ve lazer telemetrelerde kullanılan lazer radyasyonunun bir noktaya odaklanmasını mümkün kılar.

Optik sistemler jeodezide açıları ve yükseklikleri (seviyeler, teodolitler, sekstantlar vb.) ölçmek için yaygın olarak kullanılmaktadır.

Beyaz ışığı spektrumlara bölmek için prizmaların kullanılması, spektrografların ve spektroskopların yaratılmasına yol açtı. Katıların ve gazların absorpsiyon ve emisyon spektrumlarının gözlemlenmesini mümkün kılarlar. Spektral analiz şunları bulmanızı sağlar kimyasal bileşim maddeler.

En basit optik sistemlerin (ince lensler) kullanılması, görme sisteminde kusurları olan birçok kişinin normal görmesini sağladı (gözlükler, göz mercekleri vb.).

Optik sistemler sayesinde birçok bilimsel keşif ve başarı sağlanmıştır.

Optik sistemler biyolojiden fiziğe kadar bilimsel faaliyetin tüm alanlarında kullanılmaktadır. Dolayısıyla optik sistemlerin bilim ve teknolojideki uygulama alanının sınırsız olduğunu söyleyebiliriz. [4.6]

Çözüm.

Optiğin pratik önemi ve diğer bilgi dalları üzerindeki etkisi son derece büyüktür. Teleskop ve spektroskopun icadı, insana geniş Evrende meydana gelen son derece şaşırtıcı ve zengin bir fenomenler dünyasının kapılarını açtı. Mikroskobun icadı biyolojide devrim yarattı. Fotoğrafçılık hemen hemen tüm bilim dallarına yardımcı olmuştur ve olmaya da devam etmektedir. Bilimsel ekipmanın en önemli unsurlarından biri mercektir. O olmasaydı mikroskop, teleskop, spektroskop, kamera, sinema, televizyon vb. olmazdı. gözlük olmayacak, 50 yaşın üzerindeki birçok insan okuyamayacak ve görme gerektiren birçok işi yapamayacaktı.

Fiziksel optik tarafından incelenen olayların kapsamı çok geniştir. Optik olgular, fiziğin diğer dallarında incelenen olgularla yakından ilişkilidir ve optik araştırma yöntemleri en incelikli ve doğru yöntemler arasındadır. Bu nedenle, optiğin uzun süre birçok temel araştırmada ve temel fiziksel görüşlerin geliştirilmesinde öncü bir rol oynaması şaşırtıcı değildir. Geçen yüzyılın her iki ana fiziksel teorisinin de (görelilik teorisi ve kuantum teorisi) büyük ölçüde optik araştırmalara dayanarak ortaya çıktığını ve geliştiğini söylemek yeterli. Lazerlerin icadı, yalnızca optikte değil, aynı zamanda bilim ve teknolojinin çeşitli dallarındaki uygulamalarında da büyük yeni olanaklara kapı açmıştır.

Kaynakça.

1. Artsybyshev S.A. Fizik - M.: Medgiz, 1950. - 511 s.

2.Zhdanov L.S. Zhdanov G.L. Ara ürünler için fizik Eğitim Kurumları- M .: Nauka, 1981. - 560 s.

3. Landsberg G.S. Optik - M .: Nauka, 1976. - 928 s.

4. Landsberg G.S. İlköğretim fizik ders kitabı. - M.: Nauka, 1986. - T.3. - 656'lar.

5. Prokhorov A.M. Büyük Sovyet Ansiklopedisi. - M .: Sovyet Ansiklopedisi, 1974. - T.18. - 632'ler.

6. Sivukhin D.V. Genel fizik dersi: Optik - M.: Nauka, 1980. - 751 s.

- Optiğin gelişim tarihi.

- Newton'un parçacık teorisinin temel hükümleri.

- Huygens'in dalga teorisinin temel hükümleri.

- Işığın doğasına ilişkin görüşler XIX – XX yüzyıllar.

-

- Optiğin temel prensipleri.

- Işığın dalga özellikleri ve geometrik optik.

- Optik bir sistem olarak göz.

- Spektroskop.

- Optik ölçüm cihazı.

- Çözüm.

- Kullanılmış literatürün listesi.

Optiğin gelişim tarihi.

Optik, ışığın doğası, ışık olayları ve ışığın madde ile etkileşimi üzerine yapılan çalışmadır. Ve neredeyse tüm tarihi bir yanıt arayışının öyküsüdür: Işık nedir?

Işığın ilk teorilerinden biri olan görsel ışınlar teorisi, Yunan filozof Platon tarafından M.Ö. 400 yıllarında ortaya atılmıştır. e. Bu teori Işınların, nesnelerle karşılaşan, onları aydınlatan ve çevredeki dünyanın görünümünü yaratan gözden yayıldığını varsaydı. Platon'un görüşleri birçok eski bilim adamı tarafından desteklendi ve özellikle görsel ışınlar teorisine dayanan Öklid (M.Ö. 3. yüzyıl), ışığın yayılmasının düzlüğü doktrinini kurdu ve yansıma yasasını kurdu.

Aynı yıllarda aşağıdaki gerçekler keşfedildi:

– ışık yayılımının düzlüğü;

– ışığın yansıması olgusu ve yansıma yasası;

– ışığın kırılması olgusu;

– içbükey aynanın odaklanma etkisi.

Eski Yunanlılar, daha sonra geometrik olarak anılacak olan optik dalının temelini attılar.

Optik konusunda Orta Çağ'dan günümüze kadar gelen en ilginç çalışma Arap bilim adamı Alhazen'in çalışmasıdır. Işığın aynalardan yansımasını, kırılma olgusunu ve ışığın merceklerde iletilmesini inceledi. Algazen, ışığın sonlu bir yayılma hızına sahip olduğu fikrini ortaya atan ilk kişiydi. Bu hipotez önemliydi

Işığın doğasını anlama yolunda bir adım atın.

Rönesans döneminde birçok farklı keşif ve icat yapıldı; Çevredeki dünyayı incelemek ve anlamak için temel olarak deneysel yöntem oluşturulmaya başlandı.

Çok sayıda deneysel gerçeğe dayanarak, 17. yüzyılın ortalarında ışık olgusunun doğası hakkında iki hipotez ortaya çıktı:

- ışığın, parlak cisimler tarafından yüksek hızda fırlatılan bir parçacık akışı olduğunu varsayan parçacık;

- ışığın, ışıklı bir cismin parçacıklarının titreşimleriyle uyarılan özel bir ışıklı ortamın - eter - uzunlamasına salınım hareketleri olduğunu savunan dalga.

Işık doktrininin günümüze kadar olan tüm gelişimi, yazarları I. Newton ve H. Huygens olan bu hipotezlerin gelişiminin ve mücadelesinin tarihidir.

Newton'un parçacık teorisinin ana hükümleri:

1) Işık, yanan bir mum gibi parlak bir cisim tarafından her yöne düz çizgiler veya ışınlar halinde yayılan küçük madde parçacıklarından oluşur. Parçacıklardan oluşan bu ışınlar gözümüze düşerse kaynağını görürüz (Şekil 1).

2) Işık tanecikleri farklı boyutlardadır. En büyük parçacıklar göze girdiğinde kırmızı renk hissi verir, en küçüğü ise mor renktedir.

3) Beyaz renk- tüm renklerin karışımı: kırmızı, turuncu, sarı, yeşil, mavi, çivit mavisi, mor.

4) Işığın yüzeyden yansıması, mutlak elastik etki yasasına göre taneciklerin duvardan yansıması nedeniyle oluşur (Şekil 2).

5) Işığın kırılması olgusu, taneciklerin ortam parçacıkları tarafından çekilmesiyle açıklanmaktadır. Ortam ne kadar yoğun olursa, kırılma açısı ve geliş açısı o kadar küçük olur.

6) Newton tarafından 1666 yılında keşfedilen ışığın dağılması olgusunu şu şekilde açıklamıştır. Her renk zaten beyaz ışıkta mevcuttur. Tüm renkler gezegenler arası uzayda ve atmosferde bir arada iletilir ve beyaz ışık etkisi yaratır. Beyaz ışık (çeşitli parçacıkların bir karışımı) bir prizmadan geçtikten sonra kırılır. Mekanik teori açısından kırılma, cam parçacıklarının ışık taneciklerine etki eden kuvvetlerinden kaynaklanmaktadır. Bu kuvvetler farklı cisimcikler için farklıdır. Mor için en büyüğü ve kırmızı için en küçüğüdür. Prizmadaki parçacıkların yolu her renk için farklı şekilde kırılacak, böylece beyaz kompleks ışın renkli bileşen ışınlarına bölünecektir.

7) Newton, ışık ışınlarının "farklı taraflara" sahip olduğunu varsayarak çift kırılmayı açıklamanın yollarını özetledi; bu, çift kırılımlı bir cisimden geçerken kırılma açısından farklı olmalarına neden olan özel bir özelliktir.

Newton'un parçacık teorisi, o dönemde bilinen birçok optik olayı tatmin edici bir şekilde açıkladı. Yazarı bilim dünyasında muazzam bir prestije sahipti ve Newton'un teorisi kısa sürede tüm ülkelerde birçok destekçi kazandı.

Huygens'in ışığın dalga teorisinin temel ilkeleri.

1) Işık, eterdeki elastik periyodik darbelerin yayılmasıdır. Bu darbeler uzunlamasınadır ve havadaki ses darbelerine benzer.

2) Eter, göksel alanı ve cisimlerin parçacıkları arasındaki boşlukları dolduran varsayımsal bir ortamdır. Ağırlıksızdır, kanunlara uymaz evrensel yerçekimi, büyük esnekliğe sahiptir.

3) Eter titreşimlerinin yayılma prensibi, uyarımın ulaştığı noktaların her birinin ikincil dalgaların merkezi olacağı şekildedir. Bu dalgalar zayıftır ve etkisi yalnızca zarflarının geçtiği yerde görülür.

yüzey – dalga cephesi (Huygens ilkesi) (Şekil 3).

Doğrudan kaynaktan gelen ışık dalgaları görme hissine neden olur.

Huygens'in teorisindeki çok önemli bir nokta, ışığın yayılma hızının sonlu olduğu varsayımıydı. Bilim adamı, ilkesini kullanarak geometrik optikle ilgili birçok olguyu açıklayabildi:

– ışığın yansıması olgusu ve yasaları;

– ışığın kırılması olgusu ve yasaları;

– toplam iç yansıma olgusu;

– çift kırılma olgusu;

– ışık ışınlarının bağımsızlığı ilkesi.

Huygens'in teorisi bir ortamın kırılma indisi için aşağıdaki ifadeyi verdi:

Formülden, ışık hızının ortamın mutlak değerine ters orantılı olması gerektiği açıktır. Bu sonuç, Newton'un teorisinden çıkan sonucun tam tersiydi. 17. yüzyılda deneysel teknolojinin düşük seviyesi, hangi teorinin doğru olduğunu belirlemeyi imkansız hale getirdi.

Pek çok kişi Huygens'in dalga teorisinden şüphe ediyordu, ancak ışığın doğasına ilişkin dalga görüşlerinin az sayıdaki destekçileri arasında M. Lomonosov ve L. Euler de vardı. Bu bilim adamlarının araştırmalarıyla Huygens'in teorisi yalnızca eterde yayılan periyodik olmayan salınımlar değil, dalgaların teorisi olarak şekillenmeye başladı.

Işığın doğasına ilişkin görüşler XIX - XX yüzyıllar.

1801'de T. Jung, dünya çapındaki bilim adamlarını hayrete düşüren bir deney gerçekleştirdi (Şekil 4)

S – ışık kaynağı;

E – ekran;

B ve C birbirinden 1-2 mm aralıklı çok dar yarıklardır.

Newton'un teorisine göre ekranda iki ışık şeridinin görünmesi gerekiyordu, aslında birkaç açık ve koyu şerit ortaya çıktı ve B ve C yarıkları arasındaki boşluğun tam karşısında bir ışık çizgisi P belirdi. Deneyimler ışığın bir dalga olgusu olduğunu göstermiştir. Jung, Huygens'in teorisini parçacık titreşimleri ve titreşimlerin frekansı hakkındaki fikirlerle geliştirdi. İnce plakaların kırınım, girişim ve rengi olgusunu açıkladığı girişim ilkesini formüle etti.

Fransız fizikçi Fresnel, Huygens'in dalga hareketleri ilkesi ile Young'ın girişim ilkesini birleştirdi. Bu temelde, kırınıma ilişkin titiz bir matematiksel teori geliştirdi. Fresnel o dönemde bilinen tüm optik olayları açıklayabildi.

Fresnel dalga teorisinin temel prensipleri.

– Işık – eterdeki titreşimlerin, eterin esneklik modülünün olduğu bir hızda yayılması, R– eter yoğunluğu;

– Işık dalgaları eninedir;

– Hafif eter, elastik-katı bir cismin özelliklerine sahiptir ve kesinlikle sıkıştırılamaz.

Bir ortamdan diğerine geçerken eterin esnekliği değişmez, ancak yoğunluğu değişir. Bir maddenin bağıl kırılma indeksi.

Enine titreşimler, dalga yayılma yönüne dik olan tüm yönlerde aynı anda meydana gelebilir.

Fresnel'in çalışması bilim adamlarının beğenisini kazandı. Çok geçmeden ışığın dalga doğasını doğrulayan bir dizi deneysel ve teorik çalışma ortaya çıktı.

19. yüzyılın ortalarında optik ve elektriksel olaylar arasında bir bağlantı olduğunu gösteren gerçekler keşfedilmeye başlandı. 1846'da M. Faraday, manyetik alana yerleştirilen cisimlerdeki ışığın polarizasyon düzlemlerinin dönüşlerini gözlemledi. Faraday elektrik fikrini ortaya attı ve manyetik alanlar, yayındaki tuhaf kaplamalar hakkında. Yeni bir “elektromanyetik eter” ortaya çıktı. Bu görüşlere ilk dikkat çeken İngiliz fizikçi Maxwell oldu. Bu fikirleri geliştirdi ve elektromanyetik alan teorisini oluşturdu.

Işığın elektromanyetik teorisi, Huygens-Young-Fresnel'in mekanik teorisini aşmadı, ancak onu yeni seviye. 1900 yılında Alman fizikçi Planck radyasyonun kuantum doğası hakkında bir hipotez öne sürdü. Özü şuydu:

– ışık emisyonu doğası gereği ayrıktır;

– soğurma aynı zamanda ayrı bölümlerde, yani kuantumlarda da meydana gelir.

Her kuantumun enerjisi formülle temsil edilir e = H N, Nerede H Planck sabitidir ve Nışığın frekansıdır.

Planck'tan beş yıl sonra Alman fizikçi Einstein'ın fotoelektrik etki üzerine çalışması yayımlandı. Einstein şuna inanıyordu:

– henüz maddeyle etkileşime girmemiş ışığın tanecikli bir yapısı vardır;

Ayrık ışık radyasyonunun yapısal elemanı bir fotondur.

Böylece, Newton'un parçacık teorisi temelinde doğan yeni bir kuantum ışık teorisi ortaya çıktı. Kuantum bir parçacık gibi davranır.

Temel hükümler.

– Işık ayrı kısımlar (kuanta) halinde yayılır, yayılır ve emilir.

– Işık kuantumu – bir foton, elektromanyetik teori tarafından tanımlandığı dalganın frekansıyla orantılı enerji taşır. e = H N .

– Bir fotonun kütlesi (), momentumu ve açısal momentumu () vardır.

– Parçacık olarak bir foton, yalnızca belirli bir ortamdaki hızı ışığın yayılma hızına eşit olan hareket halinde bulunur.

– Bir fotonun katıldığı tüm etkileşimler için enerjinin ve momentumun korunumuna ilişkin genel yasalar geçerlidir.

– Bir atomdaki bir elektron yalnızca bazı ayrık kararlı durağan durumlarda bulunabilir. Durağan durumda olan bir atom enerji yaymaz.

– Birinden hareket ederken kararlı hal başka bir atoma frekansta bir foton yayar (absorbe eder) (burada E1 Ve E2– başlangıç ​​ve son durumların enerjileri).

Kuantum teorisinin ortaya çıkmasıyla birlikte, parçacık ve dalga özelliklerinin yalnızca iki taraf olduğu, ışığın özünün birbiriyle ilişkili iki tezahürü olduğu ortaya çıktı. Dalga ve parçacık özelliklerinin eşzamanlı tezahüründe ifade edilen, maddenin ayrıklığı ve sürekliliğinin diyalektik birliğini yansıtmazlar. Aynı radyasyon süreci, hem uzayda ve zamanda yayılan dalgalar için matematiksel bir aparat kullanılarak, hem de parçacıkların belirli bir yer ve durumdaki görünümünü tahmin etmek için istatistiksel yöntemler kullanılarak açıklanabilir. verilen zaman. Bu modellerin her ikisi de aynı anda kullanılabilmekte ve şartlara göre biri tercih edilmektedir.

Başarılar son yıllar optik alanında hem kuantum fiziğinin hem de dalga optiğinin gelişmesi sayesinde mümkün oldu. Günümüzde ışık teorisi gelişmeye devam ediyor.

Optik, ışığın özelliklerini, fiziksel doğasını ve maddeyle etkileşimini inceleyen bir fizik dalıdır.

Optik cihazlarda gölgelerin ortaya çıkması ve görüntülerin üretilmesi gibi en basit optik olgular, bilinen kırılma ve yansıma yasalarına uyan ve tek tek ışık ışınları kavramıyla çalışan geometrik optik çerçevesinde anlaşılabilir. birbirinden bağımsız. Daha karmaşık olguları anlamak için, bu olguları birbiriyle bağlantılı olarak ele alan fiziksel optiğe ihtiyaç vardır. fiziksel doğa Sveta. Fiziksel optik, geometrik optiğin tüm yasalarının türetilmesini ve bunların uygulanabilirliğinin sınırlarını belirlemeyi mümkün kılar. Bu sınırların bilgisi olmadan, geometrik optik yasalarının resmi uygulaması, belirli durumlarda, gözlemlenen olgularla çelişen sonuçlara yol açabilir. Bu nedenle, kişi kendisini geometrik optiğin biçimsel yapısıyla sınırlandıramaz, ona fiziksel optiğin bir dalı olarak bakmalıdır.

Işık huzmesi kavramı, dar bir paralel ışının bir diyafram kullanılarak izole edildiği homojen bir ortamda gerçek bir ışık ışınının dikkate alınmasıyla elde edilebilir. Bu deliklerin çapı ne kadar küçük olursa izole ışın da o kadar dar olur ve sınırda istenildiği kadar küçük deliklere gidilerek düz bir çizgi halinde bir ışık huzmesi elde edilebilecek gibi görünür. Ancak kırınım olgusu nedeniyle keyfi olarak dar bir ışının (ışının) izole edilmesine yönelik böyle bir işlem imkansızdır. D çapındaki bir diyaframdan geçen gerçek bir ışık ışınının kaçınılmaz açısal genişlemesi, kırınım açısı tarafından belirlenir. J ~ ben / D. Yalnızca aşırı durumlarda ben=0 olsaydı böyle bir genişleme olmazdı ve ışından, yönü ışık enerjisinin yayılma yönünü belirleyen geometrik bir çizgi olarak söz edilebilir.

Dolayısıyla, ışık ışını soyut bir matematiksel kavramdır ve geometrik optik, ışığın dalga boyu sıfıra yaklaştığında dalga optiğinin içine girdiği yaklaşık bir sınırlayıcı durumdur.

Optik bir sistem olarak göz.

İnsanın görme organı, birçok açıdan çok gelişmiş bir optik sistemi temsil eden gözlerdir.

Genel olarak insan gözü, göz küresi adı verilen yaklaşık 2,5 cm çapında küresel bir gövdedir (Şekil 5). Gözün opak ve dayanıklı dış tabakasına sklera, şeffaf ve daha dışbükey ön kısmına ise kornea adı verilir. Skleranın iç kısmı, gözü besleyen kan damarlarından oluşan bir koroid ile kaplıdır. Korneanın karşısında koroid, farklı insanlarda farklı renkte olan ve şeffaf sulu bir kütle içeren bir odacıkla korneadan ayrılan irise geçer.

İrisin gözbebeği adı verilen çapı değişebilen yuvarlak bir deliği vardır. Böylece iris, ışığın göze erişimini düzenleyen bir diyafram görevi görür. Parlak ışıkta gözbebeği küçülür, düşük ışıkta ise büyür. İrisin arkasındaki göz küresinin içinde, kırılma indisi yaklaşık 1,4 olan şeffaf bir maddeden yapılmış bikonveks bir mercek olan mercek bulunur. Lens, yüzeylerinin eğriliğini ve dolayısıyla optik gücünü değiştirebilen bir halka kası ile çevrelenmiştir.

Gözün iç kısmındaki koroid, özellikle gözbebeğinin önünde yoğun olan ışığa duyarlı sinirin dallarıyla kaplıdır. Bu dallar, gözün optik sistemi tarafından oluşturulan nesnelerin gerçek görüntüsünün elde edildiği retinayı oluşturur. Retina ile mercek arasındaki boşluk, jelatinimsi yapıya sahip şeffaf bir vitreus gövdesi ile doldurulur. Nesnelerin retinadaki görüntüsü terstir. Ancak ışığa duyarlı sinirden sinyaller alan beynin aktivitesi, tüm nesneleri doğal konumlarında görmemizi sağlar.

Gözün halka kası gevşetildiğinde retina üzerinde uzaktaki nesnelerin görüntüsü elde edilir. Genel olarak gözün yapısı, kişinin göze 6 metreden daha yakın olmayan nesneleri zorlanmadan görebileceği şekildedir. Bu durumda yakındaki nesnelerin görüntüsü retinanın arkasında elde edilir. Böyle bir nesnenin net bir görüntüsünü elde etmek için halka şeklindeki kas, nesnenin görüntüsü retinada görünene kadar merceği giderek daha fazla sıkıştırır ve ardından merceği sıkıştırılmış bir durumda tutar.

Böylece insan gözünün "odaklanması", halka şeklindeki kas kullanılarak merceğin optik gücünün değiştirilmesiyle gerçekleştirilir. Gözün optik sisteminin, kendisinden farklı mesafelerde bulunan nesnelerin farklı görüntülerini oluşturma yeteneğine konaklama (Latince "konaklama" - adaptasyondan) denir. Çok uzaktaki nesnelere bakıldığında paralel ışınlar göze girer. Bu durumda gözün sonsuza uyum sağladığı söylenir.

Gözün konaklaması sonsuz değildir. Halka şeklindeki kasın yardımıyla gözün optik gücü 12 diyoptriden fazla artamaz. Yakın nesnelere uzun süre bakıldığında göz yorulur, halka kas gevşemeye başlar ve nesnenin görüntüsü bulanıklaşır.

İnsan gözü nesneleri sadece gün ışığında değil, net bir şekilde görmemizi sağlar. Gözün, ışığa duyarlı sinirin retina üzerindeki uçlarının değişen derecelerde tahrişine uyum sağlama yeteneği, yani. Gözlenen nesnelerin değişen parlaklık derecelerine uyum sağlamasına adaptasyon denir.

Gözlerin görme eksenlerinin belirli bir noktada yakınsamasına yakınsama denir. Nesneler bir kişiden önemli bir mesafeye yerleştirildiğinde, gözleri bir nesneden diğerine hareket ettirirken, gözlerin eksenleri pratikte değişmez ve kişi, nesnenin konumunu doğru bir şekilde belirleme yeteneğini kaybeder. Nesneler çok uzakta olduğunda göz eksenleri paralel olur ve kişi baktığı nesnenin hareket edip etmediğini bile belirleyemez. Kişiye yakın bulunan nesnelere bakarken merceği sıkıştıran halka şeklindeki kasın kuvveti de vücutların pozisyonunun belirlenmesinde belli bir rol oynar. koyun

Menzil oscop.

Spektrumu gözlemlemek için bir spektroskop kullanılır.

En yaygın prizmatik spektroskop, arasına üçgen bir prizmanın yerleştirildiği iki tüpten oluşur (Şekil 7).

Kolimatör adı verilen A borusunda genişliği vida döndürülerek ayarlanabilen dar bir yarık bulunmaktadır. Yarıkların önüne spektrumunun incelenmesi gereken bir ışık kaynağı yerleştirilir. Yarık kolimatörün düzleminde bulunur ve bu nedenle kolimatörden gelen ışık ışınları paralel ışın şeklinde çıkar. Işık ışınları prizmadan geçtikten sonra B tüpüne yönlendirilir ve buradan spektrum gözlemlenir. Bir spektroskop ölçümler için tasarlandıysa, özel bir cihaz kullanılarak spektrum görüntüsünün üzerine bölmeli bir ölçeğin görüntüsü bindirilir; bu, spektrumdaki renk çizgilerinin konumunu doğru bir şekilde belirlemenizi sağlar.

Optik ölçüm cihazı, görmenin (kontrol edilen bir nesnenin sınırlarının saç çizgisi, artı işareti vb. ile hizalanması) veya boyut belirlemenin optik çalışma prensibine sahip bir cihaz kullanılarak gerçekleştirildiği bir ölçüm cihazıdır. Üç grup optik ölçüm cihazı vardır: optik görüş prensibine sahip cihazlar ve hareketi raporlamak için mekanik bir yöntem; optik görüş ve hareket raporlama özelliğine sahip cihazlar; Temas noktalarının hareketini belirlemek için optik bir yöntemle ölçüm cihazıyla mekanik teması olan cihazlar.

Yaygınlaşan ilk cihazlar, karmaşık konturlara ve küçük boyutlara sahip parçaları ölçmek ve izlemek için kullanılan projektörlerdi.

En yaygın ikinci cihaz, ölçülen parçanın uzunlamasına bir taşıyıcı üzerinde hareket ettiği ve kafa mikroskobunun enine bir taşıyıcı üzerinde hareket ettiği evrensel bir ölçüm mikroskobudur.

Üçüncü grubun cihazları, ölçülen doğrusal büyüklükleri ölçüler veya ölçeklerle karşılaştırmak için kullanılır. Genellikle karşılaştırıcılar genel adı altında birleştirilirler. Bu cihaz grubu bir optimetre (optikatör, ölçüm makinesi, kontak interferometre, optik mesafe bulucu vb.) içerir.

Jeodezide optik ölçüm aletleri de yaygındır (seviye, teodolit vb.).

Teodolit, jeodezik çalışma, topografik ve araştırma, inşaat vb. sırasında yönleri belirlemek ve yatay ve dikey açıları ölçmek için kullanılan bir jeodezik araçtır.

Seviye - Dünya yüzeyindeki noktaların yüksekliklerini ölçmek için kullanılan bir jeodezik alet - tesviye, ayrıca kurulum sırasında yatay yönleri ayarlamak vb. İşler.

Navigasyonda, bir sekstant yaygın olarak kullanılmaktadır - gözlemcinin yerinin koordinatlarını belirlemek amacıyla gök cisimlerinin ufuk üzerindeki yüksekliğini veya görünür nesneler arasındaki açıları ölçmek için gonyometrik bir ayna yansıtıcı alet. Sekstantın en önemli özelliği, gözlemcinin görüş alanındaki, aralarında açının ölçüldüğü iki nesneyi aynı anda birleştirme yeteneğidir; bu, sekstantın doğrulukta gözle görülür bir azalma olmadan bir uçakta veya bir gemide kullanılmasına olanak tanır. atış sırasında bile.

Yeni tip optik ölçüm cihazlarının geliştirilmesinde umut verici bir yön, bunları okumayı ve görmeyi vb. basitleştirmeyi mümkün kılan elektronik okuma cihazlarıyla donatmaktır.

Çözüm.

Optiğin pratik önemi ve diğer bilgi dalları üzerindeki etkisi son derece büyüktür. Teleskop ve spektroskopun icadı, insana geniş Evrende meydana gelen son derece şaşırtıcı ve zengin bir fenomenler dünyasının kapılarını açtı. Mikroskobun icadı biyolojide devrim yarattı. Fotoğrafçılık hemen hemen tüm bilim dallarına yardımcı olmuştur ve olmaya da devam etmektedir. Bilimsel ekipmanın en önemli unsurlarından biri mercektir. O olmasaydı mikroskop, teleskop, spektroskop, kamera, sinema, televizyon vb. olmazdı. gözlük olmayacak, 50 yaşın üzerindeki birçok insan okuyamayacak ve görme gerektiren birçok işi yapamayacaktı.

Fiziksel optik tarafından incelenen olayların kapsamı çok geniştir. Optik olgular, fiziğin diğer dallarında incelenen olgularla yakından ilişkilidir ve optik araştırma yöntemleri en incelikli ve doğru yöntemler arasındadır. Bu nedenle, optiğin uzun süre birçok temel araştırmada ve temel fiziksel görüşlerin geliştirilmesinde öncü bir rol oynaması şaşırtıcı değildir. Geçen yüzyılın her iki ana fiziksel teorisinin de (görelilik teorisi ve kuantum teorisi) büyük ölçüde optik araştırmalara dayanarak ortaya çıktığını ve geliştiğini söylemek yeterli. Lazerlerin icadı, yalnızca optikte değil, aynı zamanda bilim ve teknolojinin çeşitli dallarındaki uygulamalarında da büyük yeni olanaklara kapı açmıştır.

Moskova Eğitim Komitesi

Dünya O R T

Moskova Teknoloji Koleji

Doğa Bilimleri Bölümü

Fizikte son çalışma

Konu hakkında :

14. grubun öğrencisi tarafından gerçekleştirilen: Ryazantseva Oksana

Öğretmen: Gruzdeva L.N.

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

- Zhdanov L.S. Zhdanov G.L. Orta öğretim kurumları için fizik - M.: Nauka, 1981.

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

- Landsberg G.S. İlköğretim fizik ders kitabı. - M.: Nauka, 1986.

- Prokhorov A.M. Büyük Sovyet Ansiklopedisi. - M .: Sovyet Ansiklopedisi, 1974.

- Sivukhin D.V. Genel fizik dersi: Optik - M.: Nauka, 1980.

İşte 10-11. Sınıflar için "Optik" konulu fizik notları.
!!! Aynı adlara sahip notların zorluk dereceleri farklılık gösterir.

3. Işığın kırınımı- Dalga optiği

4. Aynalar ve mercekler- Geometrik optik

5. Işık girişimi- Dalga optiği

6. Işığın polarizasyonu- Dalga optiği

Optik, geometrik optik, dalga optiği, 11. sınıf, notlar, fizik notları.

RENK HAKKINDA. BİLİYOR MUSUN?

Kırmızı bir cam parçasının hem yansıyan hem de iletilen ışıkta kırmızı göründüğünü biliyor muydunuz? Ancak demir dışı metaller için bu renkler farklıdır - örneğin, altın esas olarak kırmızı ve sarı ışınları yansıtır, ancak ince yarı saydam bir altın plaka yeşil ışığı iletir.

17. yüzyılın bilim adamları, rengin ışığın nesnel bir özelliği olduğunu düşünmüyorlardı. Örneğin Kepler, rengin fizikçiler tarafından değil, filozoflar tarafından incelenmesi gereken bir nitelik olduğuna inanıyordu. Ve yalnızca Descartes, renklerin kökenini açıklayamasa da, renklerle ışığın nesnel özellikleri arasında bir bağlantının varlığına ikna olmuştu.

Huygens'in yarattığı ışığın dalga teorisi ileriye doğru büyük bir adımdı; örneğin, bugün hala kullanılan geometrik optik yasalarının açıklamalarını sağladı. Ancak asıl başarısızlığı bir renk kategorisinin olmamasıydı; Newton'un o zamana kadar zaten yapmış olduğu keşfe rağmen, bu, renksiz bir ışık teorisiydi; ışık dağılımının keşfi.

Bir eczaneden bir prizma (Newton'un deneylerindeki ana alet) satın aldı: O günlerde prizmatik spektrumları gözlemlemek yaygın bir eğlenceydi.

Newton'un öncüllerinin çoğu, renklerin prizmalardan kaynaklandığına inanıyordu. Böylece Newton'un sürekli rakibi Robert Hooke, bir güneş ışığı ışınının tüm renkleri içeremeyeceğini düşünüyordu; bu, "org körüğünün havasının tüm tonları içerdiğini" iddia etmek kadar tuhaf, diye düşündü.

Newton'un deneyleri de onu üzücü bir sonuca götürdü: Çok sayıda mercek ve prizma içeren karmaşık cihazlarda, beyaz ışığın ayrışmasına görüntüde rengarenk renkli bir kenarlığın görünümü eşlik ediyor. "Kromatik sapma" olarak adlandırılan fenomen, daha sonra, birkaç cam katmanının birbirini "dengeleyen" kırılma indeksleriyle birleştirilmesiyle aşıldı; bu, akromatik merceklerin oluşturulmasına ve renkli yansımalar veya çizgiler olmadan net görüntülere sahip spotlama skoplarının oluşturulmasına yol açtı.

Rengin bir ışık dalgasındaki titreşimlerin frekansı tarafından belirlendiği fikri ilk olarak 1752 yılında ünlü matematikçi, mekanikçi ve fizikçi Leonhard Euler tarafından önerildi; maksimum dalga boyu kırmızı ışınlara ve minimum dalga boyu mor ışınlara karşılık geliyordu.

Başlangıçta Newton, güneş spektrumunda yalnızca beş rengi ayırt etti, ancak daha sonra renk sayısı ile müzik skalasının temel tonlarının sayısı arasında bir uyum sağlamaya çalışarak iki tane daha ekledi. Belki de bu, gökyüzünde yedi gezegenin bulunduğu ve dolayısıyla haftada yedi gün olduğu, simyada yedi temel metalin olduğu ve benzeri gibi eski "yedi" sayısının büyüsüne olan bağımlılıktan etkilenmiştir. .

Kendisini seçkin bir doğa bilimci ve vasat bir şair olarak gören ve Newton'u hararetle eleştiren Goethe, deneylerinde ortaya çıkan ışığın özelliklerinin, içlerindeki ışığın "eziyet çektiği" için doğru olmadığını kaydetti. Çeşitli türler işkence aletleri; yarıklar, prizmalar, mercekler." Doğru, bu eleştiride oldukça ciddi fizikçiler daha sonra ölçüm ekipmanının rolüne ilişkin modern bakış açısının naif bir öngörüsünü gördüler.

Renkli görme teorisi - üç ana rengin karıştırılmasıyla tüm renklerin elde edilmesiyle ilgili - Lomonosov'un 1756 tarihli "Işığın Kökeni Üzerine Bir Kelime, Yeni Bir Renk Teorisi Sunuyor..." konuşmasından kaynaklanır, ancak bu, tarafından fark edilmemiştir. bilim dünyası. Yarım yüzyıl sonra bu teori Jung tarafından desteklendi ve onun varsayımları 1860'larda Helmholtz tarafından ayrıntılı olarak üç bileşenli renk teorisine dönüştürüldü.

Retinanın fotoreseptörlerinde herhangi bir pigment yoksa, kişi karşılık gelen tonları algılamaz, yani. kısmen renk körü olur. Bu görme bozukluğuna adını veren İngiliz fizikçi Dalton'du. Ve Dalton tarafından keşfedilen, Jung'dan başkası değildi.

Üzerinde çalışan ünlü Çek biyologun onuruna Purkine etkisi adı verilen olay, gözün farklı ortamlarının eşit olmayan kırılmaya sahip olduğunu gösteriyor ve bu, bazı görsel yanılsamaların oluşumunu açıklıyor.

Atomların veya iyonların optik spektrumları yalnızca atomun yapısı hakkında zengin bir bilgi kaynağı olmakla kalmaz, aynı zamanda atom çekirdeğinin öncelikle elektrik yüküyle ilgili özellikleri hakkında da bilgi içerir.

Geometrik optik, optiğin son derece basit bir örneğidir. Temel olarak bu, girişim ve kırınım gibi olayları dikkate almayan veya basitçe varsaymayan dalga optiğinin basitleştirilmiş bir versiyonudur. Burada her şey aşırı derecede basitleştirilmiştir. Ve bu iyi.

Temel konseptler

Geometrik optik- şeffaf ortamlarda ışığın yayılma yasalarını, ayna yüzeylerinden ışık yansıması yasalarını ve ışık optik sistemlerden geçtiğinde görüntü oluşturma ilkelerini inceleyen bir optik dalı.

Önemli! Tüm bu süreçler ışığın dalga özellikleri dikkate alınmadan dikkate alınır!

Yaşamda son derece basitleştirilmiş bir model olan geometrik optik yine de geniş uygulama. Klasik mekanik ve görelilik gibidir. Klasik mekanik çerçevesinde gerekli hesaplamaları yapmak çoğu zaman çok daha kolaydır.

Geometrik optiğin temel kavramı ışık hüzmesi.

Gerçek bir ışık ışınının bir çizgi boyunca yayılmadığını, ancak ışının enine boyutuna bağlı olan sonlu bir açısal dağılıma sahip olduğunu unutmayın. Geometrik optik ışının enine boyutlarını ihmal eder.

Işığın doğrusal yayılımı yasası

Bu yasa bize homojen bir ortamda ışığın düz bir çizgide ilerlediğini söyler. Başka bir deyişle ışık, A noktasından B noktasına, aşılması en az zaman gerektiren yol boyunca hareket eder.

Işık ışınlarının bağımsızlığı kanunu

Işık ışınlarının yayılması birbirinden bağımsız olarak gerçekleşir. Bu ne anlama geliyor? Bu, geometrik optiğin ışınların birbirini etkilemediğini varsaydığı anlamına gelir. Ve sanki başka ışın yokmuş gibi yayılıyorlar.

Işık Yansıma Yasası

Işık bir ayna (yansıtıcı) yüzeyle karşılaştığında yansıma meydana gelir, yani ışık ışınının yayılma yönünde bir değişiklik olur. Yani yansıma kanunu, gelen ışının ve yansıyan ışının, gelme noktasına çizilen normal ile aynı düzlemde bulunduğunu belirtir. Ayrıca geliş açısı yansıma açısına eşittir, yani. normal, ışınlar arasındaki açıyı iki eşit parçaya böler.

Kırılma Yasası (Snell'in)

Ortamlar arasındaki arayüzde yansımanın yanı sıra kırılma da meydana gelir; ışın yansıtılan ve kırılan olarak ikiye ayrılır.

Bu arada! Şimdi tüm okuyucularımıza indirim var 10% Açık her türlü iş.

Geliş ve kırılma açılarının sinüslerinin oranı sabit bir değerdir ve bu ortamların kırılma indislerinin oranına eşittir. Bu miktar aynı zamanda ikinci ortamın birinciye göre kırılma indisi olarak da adlandırılır.

Burada toplam iç yansıma durumunu ayrı ayrı ele almaya değer. Işık optik olarak daha fazla yayıldığında yoğun ortam Daha az yoğun bir ortamda kırılma açısı geliş açısından daha büyüktür. Buna göre gelme açısı arttıkça kırılma açısı da artacaktır. Belirli bir sınırlayıcı geliş açısında, kırılma açısı 90 dereceye eşit olacaktır. Geliş açısının daha da artmasıyla ışık ikinci ortama kırılmayacak ve gelen ve yansıyan ışınların yoğunluğu eşit olacaktır. Buna toplam iç yansıma denir.

Işık ışınlarının tersinirliği kanunu

Belirli bir yönde yayılan bir ışının bir takım değişikliklere ve kırılmalara uğradığını düşünelim. Işık ışınlarının tersinirliği yasası, bu ışına başka bir ışın gönderilirse, ilkiyle aynı yolu ancak ters yönde izleyeceğini belirtir.

Geometrik optiğin temellerini incelemeye devam edeceğiz ve gelecekte mutlaka çeşitli yasaları kullanarak problem çözme örneklerine bakacağız. Şimdi herhangi bir sorunuz varsa doğru yanıtlar için uzmanlara hoş geldiniz öğrenci servisi. Herhangi bir sorunu çözmeye yardımcı olacağız!