Главная
Физика для чайников оптика: Ошибка: 404 Материал не найден

Физика для чайников оптика: Ошибка: 404 Материал не найден

Содержание

Основы геометрической оптики для “чайников”. Что такое оптика? Оптика физика теория в кратце

Amangeldinov Mustafa Rakhatovich
Учащийся
Назарбаев Интеллектуальная Школа mustafastu [email protected] gmail . com

Оптика. История оптики.Применения оптики.

История развития оптики.

Оптика – учение о природе света, световых явлениях и взаимодействии света с веществом. И почти вся ее история – это история поиска ответа: что такое свет?

Одна из первых теорий света – теория зрительных лучей – была выдвинута греческим философом Платоном около 400 г. до н. э. Данная теория предполагала, что из глаза исходят лучи, которые, встречаясь с предметами, освещают их и создают видимость окружающего мира. Взгляды Платона поддерживали многие ученые древности и, в частности, Евклид (3 в до н. э.), исходя из теории зрительных лучей, основал учение о прямолинейности распространения света, установил закон отражения.

В те же годы были открыты следующие факты:

– прямолинейность распространения света;

– явление отражения света и закон отражения;

– явление преломления света;

– фокусирующее действие вогнутого зеркала.

Древние греки положили начало отрасли оптики, получившей позднее название геометрической.

Наиболее интересной работой по оптике, дошедшей до нас из средневековья, является работа арабского ученого Альгазена. Он занимался изучением отражения света от зеркал, явления преломления и прохождения света в линзах. Альгазен впервые высказал мысль о том, что свет обладает конечной скоростью распространения. Эта гипотеза явилась крупным шагом в понимании природы света.

В эпоху Возрождения было совершено множество различных открытий и изобретений; стал утверждаться экспериментальный метод, как основа изучения и познания окружающего мира.

На базе многочисленных опытных фактов в середине XVII века возникают две гипотезы о природе световых явлений:

– корпускулярная, предполагавшая, что свет есть поток частиц, выбрасываемых с большой скоростью светящимися телами;

– волновая, утверждавшая, что свет представляется собой продольные колебательные движения особой светоносной среды – эфира – возбуждаемой колебаниями частиц светящегося тела.

Все дальнейшее развитие учения о свете вплоть до наших дней – это история развития и борьбы этих гипотез, авторами которых были И. Ньютон и Х. Гюйгенс.

Основные положения корпускулярной теории Ньютона:

1) Свет состоит из малых частичек вещества, испускаемых во всех направлениях по прямым линиям, или лучам, светящимся телом, например, горящей свечой. Если эти лучи, состоящие из корпускул, попадают в наш глаз, то мы видим их источник.

2) Световые корпускулы имеют разные размеры. Самые крупные частицы, попадая в глаз, дают ощущение красного цвета, самые мелкие – фиолетового.

3) Белый цвет – смесь всех цветов: красного, оранжевого, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый.

4) Отражение света от поверхности происходит вследствие отражения корпускул от стенки по закону абсолютного упругого удара.

5) Явление преломления света объясняется тем, что корпускулы притягиваются частицами среды. Чем среда плотнее, тем угол преломления меньше угла падения.

6) Явление дисперсии света, открытое Ньютоном в 1666 г., он объяснил следующим образом. Каждый цвет уже присутствует в белом свете. Все цвета передаются через межпланетное пространство и атмосферу совместно и дают эффект в виде белого света. Белый свет – смесь разнообразных корпускул – испытывает преломление, пройдя через призму. С точки зрения механической теории, преломления обязано силам со стороны частиц стекла, действующим на световые корпускулы. Эти силы различны для разных корпускул. Они наибольшие для фиолетового и наименьшие для красного цвета. Путь корпускул в призме для каждого цвета будет преломляться по- своему, поэтому белый сложный луч расщепится на цветные составляющие лучи.

7) Ньютон наметил пути объяснения двойного лучепреломления, высказав гипотезу о том, что лучи света обладают “различными сторонами” – особым свойством, обуславливающим их различную преломляемость при прохождении двоякопреломляющего тела.

Корпускулярная теория Ньютона удовлетворительно объяснила многие оптические явления, известные в то время.

Ее автор пользовался в научном мире колоссальным авторитетом, и вскоре теория Ньютона приобрела многих сторонников во всех странах.

Взгляды на природу света в XIX-XX столетиях.

В 1801 году Т. Юнг выполнил эксперимент, который изумил ученых мира: S – источник света; Э – экран; В и С – очень узкие щели, отстоящие друг от друга на 1-2 мм.

По теории Ньютона на экране должны появиться две светлые полоски, на самом деле появились несколько светлых и темных полос, а прямо против промежутка между щелями В и С появилась светлая линия Р. Опыт показал, что свет явление волновое. Юнг развил теорию Гюйгенса представлениями о колебаниях частиц, о частоте колебаний. Он сформулировал принцип интерференции, основываясь на котором, объяснил явление дифракции, интерференции и цвета тонких пластинок.

Французский физик Френель соединил принцип волновых движений Гюйгенса и принцип интерференции Юнга. На этой основе разработал строгую математическую теорию дифракции. Френель сумел объяснить все оптические явления, известные в то время.

Основные положения волновой теории Френеля.

– Свет – распространение колебаний в эфире со скоростью, где модуль упругости эфира, r – плотность эфира;

– Световые волны являются поперечными;

– Световой эфир обладает свойствами упруго-твердого тела, абсолютно несжимаем.

При переходе из одной среды в другую упругость эфира не меняется, но меняется его плотность. Относительный показатель преломления вещества.

Поперечные колебания могут происходить одновременно по всем направлениям, перпендикулярным направлению распространению волны.

Работа Френеля завоевала признание ученых. Вскоре появился целый ряд экспериментальных и теоретических работ, подтверждающих волновую природу света.

В середине XIX века начали обнаруживаться факты, указывающие на связь оптических и электрических явлений. В 1846 г. М. Фарадей наблюдал вращения плоскостей поляризации света в телах, помещенных в магнитное поле.

Фарадей ввел представление об электрическом и магнитном полях, как о своеобразных наложениях в эфире. Появился новый “электромагнитный эфир”. Первым на эти взгляды обратил внимание английский физик Максвел. Он развил эти представления и построил теорию электромагнитного поля.

Электромагнитная теория света не зачеркнула механическую теорию Гюйгенса- Юнга- Френеля, а поставила ее на новый уровень. В 1900 г. немецкий физик Планк выдвинул гипотезу о квантовом характере излучения. Суть ее состояла в следующем:

– излучение света носит дискретный характер;

– поглощение происходит тоже дискретно-порциями, квантами.

Энергия каждого кванта представляется по формуле E=hn , где h – постоянная Планка, а n – это частота света.

Через пять лет после Планка вышла работа немецкого физика Эйнштейна о фотоэффекте. Эйнштейн считал:

– свет, еще не вступивший во взаимодействие с веществом, имеет зернистую структуру;

– структурным элементом дискретного светового излучения является фотон.

В 1913 г. датский физик Н. Бор опубликовал теорию атома, в которой объединил теорию квантов Планка-Эйнштейна с картиной ядерного строения атома.

Таким образом, появилась новая квантовая теория света, родившаяся на базе корпускулярной теории Ньютона. В роли корпускулы выступает квант.

Основные положения.

– Свет испускается, распространяется и поглощается дискретными порциями – квантами.

– Квант света – фотон несет энергию, пропорциональную частоте той волны, с помощью которой он описывается электромагнитной теорией E=hn .

– Фотон, имеет массу (), импульс и момент количества движения ().

– Фотон, как частица, существует только в движении скорость которого – это скорость распространения света в данной среде.

– При всех взаимодействиях, в которых участвует фотон, справедливы общие законы сохранения энергии и импульса.

– Электрон в атоме может находиться только в некоторых дискретных устойчивых стационарных состояниях. Находясь в стационарных состояниях, атом не излучает энергию.

– При переходе из одного стационарного состояния в другое атом излучает (поглощает) фотон с частотой, (где Е 1 и Е 2 – энергии начального и конечного состояния).

С возникновением квантовой теории выяснилось, что корпускулярные и волновые свойства являются лишь двумя сторонами, двумя взаимосвязанными проявлениями сущности света. Они не отражают диалектическое единство дискретности и континуальности материи, выражающейся в одновременном проявлении волновых и корпускулярных свойств. Один и тот же процесс излучения может быть описан, как с помощью математического аппарата для волн, распространяющихся в пространстве и во времени, так и с помощью статистических методов предсказания появления частиц в данном месте и в данное время. Обе эти модели могут быть использованы одновременно, и в зависимости от условий предпочтение отдается одной из них.

Достижения последних лет в области оптики оказались возможными благодаря развитию, как квантовой физики, так и волновой оптики. В наши дни теория света продолжает развиваться.

Волновые свойства света и геометрическая оптика.

Оптика – раздел физики, изучающий свойства и физическую природу света, а также его взаимодействие с веществом.

Простейшие оптические явления, например возникновение теней и получение изображений в оптических приборах, могут быть понятны в рамках геометрической оптики, которая оперирует понятием отдельных световых лучей, подчиняющихся известным законам преломления и отражения и независимых друг от друга. Для понимания более сложных явлений нужна физическая оптика, рассматривающая эти явления в связи с физической природой света. Физическая оптика позволяет вывести все законы геометрической оптики и установить границы их применимости. Без знания этих границ формальное применение законов геометрической оптики может в конкретных случаях привести к результатам, противоречащим наблюдаемым явлениям. Поэтому нельзя ограничиваться формальным построением геометрической оптики, а необходимо смотреть на нее как на раздел физической оптики.

Понятие светового луча можно получить из рассмотрения реального светового пучка в однородной среде, из которого при помощи диафрагмы выделяется узкий параллельный пучок. Чем меньше диаметр этих отверстий, тем уже выделяемый пучок, и в пределе, переходя к отверстиям сколь угодно малым, можно казалось бы получить световой луч как прямую линию. Но подобный процесс выделения сколь угодно узкого пучка (луча) невозможен вследствие явления дифракции. Неизбежное угловое расширение реального светового пучка, пропущенного через диафрагму диаметра D, определяется углом дифракции j ~l /D . Только в предельном случае, когда l =0, подобное расширение не имело бы места, и можно было бы говорить о луче как о геометрической линии, направление которой определяет направление распространения световой энергии.

Таким образом, световой луч – это абстрактное математическое понятие, а геометрическая оптика является приближенным предельным случаем, в который переходит волновая оптика, когда длина световой волны стремится к нулю.

Глаз как оптическая система.

Органом зрения человека являются глаза, которые во многих отношениях представляют собой весьма совершенную оптическую систему.

В целом глаз человека – это шарообразное тело диаметром около 2,5 см, которое называют глазным яблоком (рис.5). Непрозрачную и прочную внешнюю оболочку глаза называют склерой, а ее прозрачную и более выпуклую переднюю часть – роговицей. С внутренней стороны склера покрыта сосудистой оболочкой, состоящей из кровеносных сосудов, питающих глаз. Против роговицы сосудистая оболочка переходит в радужную оболочку, неодинаково окрашенную у различных людей, которая отделена от роговицы камерой с прозрачной водянистой массой.

В радужной оболочке имеется круглое отверстие, называемое зрачком, диаметр которого может изменяться. Таким образом, радужная оболочка играет роль диафрагмы, регулирующей доступ света в глаз. При ярком освещении зрачок уменьшается, а при слабом освещении – увеличивается. Внутри глазного яблока за радужной оболочкой расположен хрусталик, который представляет собой двояковыпуклую линзу из прозрачного вещества с показателем преломления около 1,4. Хрусталик окаймляет кольцевая мышца, которая может изменять кривизну его поверхностей, а значит, и его оптическую силу.

Сосудистая оболочка с внутренней стороны глаза покрыта разветвлениями светочувствительного нерва, особенно густыми напротив зрачка. Эти разветвления образуют сетчатую оболочку, на которой получается действительное изображение предметов, создаваемое оптической системой глаза. Пространство между сетчаткой и хрусталиком заполнено прозрачным стекловидным телом, имеющим студенистое строение. Изображение предметов на сетчатке глаза получается перевернутое. Однако деятельность мозга, получающего сигналы от светочувствительного нерва, позволяет нам видеть все предметы в натуральных положениях.

Когда кольцевая мышца глаза расслаблена, то изображение далеких предметов получается на сетчатке. Вообще устройство глаза таково, что человек может видеть без напряжения предметы, расположенные не ближе 6 метра от глаза. Изображение более близких предметов в этом случае получается за сетчаткой глаза. Для получения отчетливого изображения такого предмета кольцевая мышца сжимает хрусталик всё сильнее до тех пор, пока изображение предмета не окажется на сетчатке, а затем удерживает хрусталик в сжатом состоянии.

Таким образом, “наводка на фокус” глаза человека осуществляется изменением оптической силы хрусталика с помощью кольцевой мышцы. Способность оптической системы глаза создавать отчетливые изображения предметов, находящих на различных расстояниях от него, называют аккомодацией (от латинского “аккомодацио” – приспособление). При рассматривании очень далёких предметов в глаз попадают параллельные лучи. В этом случае говорят, что глаз аккомодирован на бесконечность.

Аккомодация глаза не бесконечна. С помощью кольцевой мышцы оптическая сила глаза может увеличиваться не больше чем на 12 диоптрий. При долгом рассматривании близких предметов глаз устает, а кольцевая мышца начинает расслабляться и изображение предмета расплывается.

Глаза человека позволяют хорошо видеть предметы не только при дневном освещении. Способность глаза приспосабливаться к различной степени раздражения окончаний светочувствительного нерва на сетчатке глаза, т.е. к различной степени яркости наблюдаемых объектов называют адаптацией.

Сведение зрительных осей глаз на определенной точке называется конвергенцией. Когда предметы расположены на значительном расстоянии от человека, то при пере воде глаз с одного предмета на другой между осями глаз практически не изменяется, и человек теряет способность правильно определять положение предмета. Когда предметы находятся очень далеко, то оси глаз располагаются параллельно, и человек не может даже определить, движется предмет или нет, на который он смотрит. Некоторую роль в определении положения тел играет и усилие кольцевой мышцы, которая сжимает хрусталик при рассматривании предметов, расположенных недалеко от человека.

Спектроскоп.

Для наблюдения спектров пользуются спектроскопом.

Наиболее распространенный призматический спектроскоп состоит из двух труб, между которыми помещают трехгранную призму.

В трубе А, называемой коллиматором имеется узкая щель, ширину которой можно регулировать поворотом винта. Перед щелью помещается источник света, спектр которого необходимо исследовать. Щель располагается в плоскости коллиматора, и поэтому световые лучи из коллиматора выходят в виде параллельного пучка. Пройдя через призму, световые лучи направляются в трубу В, через которую наблюдают спектр. Если спектроскоп предназначен для измерений, то на изображение спектра с помощью специального устройства накладывается изображение шкалы с делениями, что позволяет точно установить положение цветовых линий в спектре.

Оптический измерительный прибор.

Оптический измерительный прибор – средство измерения, в котором визирование (совмещение границ контролируемого предмета с визирной линией, перекрестием и т. п.) или определение размера осуществляется с помощью устройства с оптическим принципом действия. Различают три группы оптических измерительных приборов: приборы с оптическим принципом визирования и механическим способом отчета перемещения; приборы с оптическим способом визирования и отчета перемещения; приборы, имеющие механический контакт с измерительным прибором, с оптическим способом определения перемещения точек контакта.

Из приборов первой распространение получили проекторы для измерения и контроля деталей, имеющих сложный контур, небольшие размеры.

Наиболее распространенный прибор второй – универсальный измерительный микроскоп, в котором измеряемая деталь перемещается на продольной каретке, а головной микроскоп – на поперечной.

Приборы третьей группы применяют для сравнения измеряемых линейных величин с мерками или шкалами. Их объединяют обычно под общим названием компараторы. К этой группе приборов относятся оптиметр (оптикатор, измерительная машина, контактный интерферометр, оптический дальномер и др. ).

Оптические измерительные приборы также широко распространены в геодезии (нивелир, теодолит и др.).

Теодолит – геодезический инструмент для определения направлений и измерения горизонтальных и вертикальных углов при геодезических работах, топографической и маркшейдерских съемках, в строительстве и т.п.

Нивелир – геодезический инструмент для измерения превышений точек земной поверхности – нивелирования, а также для задания горизонтальных направлений при монтажных и т.п. работах.

В навигации широко распространён секстант – угломерный зеркально-отражательный инструмент для измерения высот небесных светил над горизонтом или углов между видимыми предметами с целью определения координат места наблюдателя. Важнейшая особенность секстанта – возможность совмещения в поле зрения наблюдателя одновременно двух предметов, между которыми измеряется угол, что позволяет пользоваться секстантом на самолёте и на корабле без заметного снижения точности даже во время качки.

Перспективным направлением в разработке новых типов оптических измерительных приборов является оснащение их электронными отсчитывающими устройствами, позволяющими упростить отсчет показаний и визирования, и т.п.

Заключение.

Практическое значение оптики и её влияние на другие отрасли знания исключительно велики. Изобретение телескопа и спектроскопа открыло перед человеком удивительнейший и богатейший мир явлений, происходящих в необъятной Вселенной. Изобретение микроскопа произвело революцию в биологии. Фотография помогла и продолжает помогать чуть ли не всем отраслям науки. Одним из важнейших элементов научной аппаратуры является линза. Без неё не было бы микроскопа, телескопа, спектроскопа, фотоаппарата, кино, телевидения и т.п. не было бы очков, и многие люди, которым перевалило за 50 лет, были бы лишены возможности читать и выполнять многие работы, связанные со зрением.

Область явлений, изучаемая физической оптикой, весьма обширна. Оптические явления теснейшим образом связаны с явлениями, изучаемыми в других разделах физики, а оптические методы исследования относятся к наиболее тонким и точным. Поэтому неудивительно, что оптике на протяжении длительного времени принадлежала ведущая роль в очень многих фундаментальных исследованиях и развитии основных физических воззрений. Достаточно сказать, что обе основные физические теории прошлого столетия – теория относительности и теория квантов – зародились и в значительной степени развились на почве оптических исследований. Изобретение лазеров открыло новые широчайшие возможности не только в оптике, но и в её приложениях в различных отраслях науки и техники.

Список литературы. Арцыбышев С.А. Физика – М.: Медгиз, 1950.

    Жданов Л.С. Жданов Г.Л. Физика для средних учебных заведений – М.: Наука, 1981.

    Ландсберг Г.С. Оптика – М.: Наука, 1976.

    Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики. – М.: Наука, 1986.

    Прохоров А.М. Большая советская энциклопедия. – М.: Советская энциклопедия, 1974.

    Сивухин Д.В. Общий курс физики: Оптика – М.: Наука, 1980.

– История развития оптики.

– Основные положения корпускулярной теории Ньютона.

– Основные положения волновой теории Гюйгенса.

– Взгляды на природу света в XIX – XX столетия.

–

– Основные положения оптики.

– Волновые свойства света и геометрической оптики.

– Глаз как оптическая система.

– Спектроскоп.

– Оптический измерительный прибор.

– Заключение.

– Список использованной литературы.

История развития оптики.

Оптика – учение о природе света, световых явлениях и взаимодействии света с веществом. И почти вся ее история – это история поиска ответа: что такое свет?

Одна из первых теорий света – теория зрительных лучей – была выдвинута греческим философом Платоном около 400 г. до н. э. Данная теория предполагала, что из глаза исходят лучи, которые, встречаясь с предметами, освещают их и создают видимость окружающего мира. Взгляды Платона поддерживали многие ученые древности и, в частности, Евклид (3 в до н. э.), исходя из теории зрительных лучей, основал учение о прямолинейности распространения света, установил закон отражения.

В те же годы были открыты следующие факты:

– прямолинейность распространения света;

– явление отражения света и закон отражения;

– явление преломления света;

– фокусирующее действие вогнутого зеркала.

Древние греки положили начало отрасли оптики, получившей позднее название геометрической.

Наиболее интересной работой по оптике, дошедшей до нас из средневековья, является работа арабского ученого Альгазена. Он занимался изучением отражения света от зеркал, явления преломления и прохождения света в линзах. Альгазен впервые высказал мысль о том, что свет обладает конечной скоростью распространения. Эта гипотеза явилась крупным

шагом в понимании природы света.

В эпоху Возрождения было совершено множество различных открытий и изобретений; стал утверждаться экспериментальный метод, как основа изучения и познания окружающего мира.

На базе многочисленных опытных фактов в середине XVII века возникают две гипотезы о природе световых явлений:

– корпускулярная, предполагавшая, что свет есть поток частиц, выбрасываемых с большой скоростью светящимися телами;

– волновая, утверждавшая, что свет представляется собой продольные колебательные движения особой светоносной среды – эфира – возбуждаемой колебаниями частиц светящегося тела.

Все дальнейшее развитие учения о свете вплоть до наших дней – это история развития и борьбы этих гипотез, авторами которых были И. Ньютон и Х. Гюйгенс.

Основные положения корпускулярной теории Ньютона:

1) Свет состоит из малых частичек вещества, испускаемых во всех направлениях по прямым линиям, или лучам, светящимся телом, например, горящей свечой. Если эти лучи, состоящие из корпускул, попадают в наш глаз, то мы видим их источник (рис. 1).

2) Световые корпускулы имеют разные размеры. Самые крупные частицы, попадая в глаз, дают ощущение красного цвета, самые мелкие – фиолетового.

3) Белый цвет – смесь всех цветов: красного, оранжевого, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый.

4) Отражение света от поверхности происходит вследствие отражения корпускул от стенки по закону абсолютного упругого удара (рис. 2).

5) Явление преломления света объясняется тем, что корпускулы притягиваются частицами среды. Чем среда плотнее, тем угол преломления меньше угла падения.

6) Явление дисперсии света, открытое Ньютоном в 1666 г., он объяснил следующим образом. Каждый цвет уже присутствует в белом свете. Все цвета передаются через межпланетное пространство и атмосферу совместно и дают эффект в виде белого света. Белый свет – смесь разнообразных корпускул – испытывает преломление, пройдя через призму. С точки зрения механической теории, преломления обязано силам со стороны частиц стекла, действующим на световые корпускулы. Эти силы различны для разных корпускул. Они наибольшие для фиолетового и наименьшие для красного цвета. Путь корпускул в призме для каждого цвета будет преломляться по- своему, поэтому белый сложный луч расщепится на цветные составляющие лучи.

7) Ньютон наметил пути объяснения двойного лучепреломления, высказав гипотезу о том, что лучи света обладают «различными сторонами» – особым свойством, обуславливающим их различную преломляемость при прохождении двоякопреломляющего тела.

Корпускулярная теория Ньютона удовлетворительно объяснила многие оптические явления, известные в то время. Ее автор пользовался в научном мире колоссальным авторитетом, и в скоре теория Ньютона приобрела многих сторонников во всех странах.

Основные положения волновой теории света Гюйгенса.

1) Свет – это распространение упругих периодичных импульсов в эфире. Эти импульсы продольны и похожи на импульсы звука в воздухе.

2) Эфир – гипотетическая среда, заполняющая небесное пространство и промежутки между частицами тел. Она невесома, не подчиняется закону всемирного тяготения, обладает большой упругостью.

3) Принцип распространения колебаний эфира таков, что каждая его точка, до которой доходит возбуждение, является центром вторичных волн. Эти волны слабы, и эффект наблюдается только там, где проходит их огибающая

поверхность – фронт волны (принцип Гюйгенса) (рис.3).

Световые волны, приходящие непосредственно от источника, вызывают ощущение видения.

Очень важным пунктом теории Гюйгенса явилось допущение конечности скорости распространения света. Используя свой принцип, ученому удалось объяснить многие явления геометрической оптики:

– явление отражения света и его законы;

– явление преломления света и его законы;

– явление полного внутреннего отражения;

– явление двойного лучепреломления;

– принцип независимости световых лучей.

Теория Гюйгенса давала такое выражение для показателя преломления среды:

Из формулы видно, что скорость света должна зависеть обратно пропорционально от абсолютного показателя среды. Этот вывод был противоположен выводу, вытекающему из теории Ньютона. Невысокий уровень экспериментальной техники XVII века исключал возможность установить, какая из теорий верна.

Многие сомневались в волновой теории Гюйгенса, но среди малочисленных сторонников волновых взглядов на природу света были М. Ломоносов и Л. Эйлер. С исследований этих ученых теория Гюйгенса начала оформляться как теория волн, а не просто апериодических колебаний, распространяющихся в эфире.

Взгляды на природу света в XIX – XX столетиях.

В 1801 году Т. Юнг выполнил эксперимент, который изумил ученых мира (рис.4)

S – источник света;

Э – экран;

В и С – очень узкие щели, отстоящие друг от друга на 1-2 мм.

По теории Ньютона на экране должны появиться две светлые полоски, на самом деле появились несколько светлых и темных полос, а прямо против промежутка между щелями В и С появилась светлая линия Р. Опыт показал, что свет явление волновое. Юнг развил теорию Гюйгенса представлениями о колебаниях частиц, о частоте колебаний. Он сформулировал принцип интерференции, основываясь на котором, объяснил явление дифракции, интерференции и цвета тонких пластинок.

Французский физик Френель соединил принцип волновых движений Гюйгенса и принцип интерференции Юнга. На этой основе разработал строгую математическую теорию дифракции. Френель сумел объяснить все оптические явления, известные в то время.

Основные положения волновой теории Френеля.

– Свет – распространение колебаний в эфире со скоростью, где модуль упругости эфира, r – плотность эфира;

– Световые волны являются поперечными;

– Световой эфир обладает свойствами упруго-твердого тела, абсолютно несжимаем.

При переходе из одной среды в другую упругость эфира не меняется, но меняется его плотность. Относительный показатель преломления вещества.

Поперечные колебания могут происходить одновременно по всем направлениям, перпендикулярным направлению распространению волны.

Работа Френеля завоевала признание ученых. Вскоре появился целый ряд экспериментальных и теоретических работ, подтверждающих волновую природу света.

В середине XIX века начали обнаруживаться факты, указывающие на связь оптических и электрических явлений. В 1846 г. М. Фарадей наблюдал вращения плоскостей поляризации света в телах, помещенных в магнитное поле. Фарадей ввел представление об электрическом и магнитном полях, как о своеобразных наложениях в эфире. Появился новый «электромагнитный эфир». Первым на эти взгляды обратил внимание английский физик Максвел. Он развил эти представления и построил теорию электромагнитного поля.

Электромагнитная теория света не зачеркнула механическую теорию Гюйгенса- Юнга- Френеля, а поставила ее на новый уровень. В 1900 г. немецкий физик Планк выдвинул гипотезу о квантовом характере излучения. Суть ее состояла в следующем:

– излучение света носит дискретный характер;

– поглощение происходит тоже дискретно-порциями, квантами.

Энергия каждого кванта представляется по формуле E = h n , где h – постоянная Планка, а n – это частота света.

Через пять лет после Планка вышла работа немецкого физика Эйнштейна о фотоэффекте. Эйнштейн считал:

– свет, еще не вступивший во взаимодействие с веществом, имеет зернистую структуру;

– структурным элементом дискретного светового излучения является фотон.

Таким образом, появилась новая квантовая теория света, родившаяся на базе корпускулярной теории Ньютона. В роли корпускулы выступает квант.

Основные положения.

– Свет испускается, распространяется и поглощается дискретными порциями – квантами.

– Квант света – фотон несет энергию, пропорциональную частоте той волны, с помощью которой он описывается электромагнитной теорией E = h n .

– Фотон, имеет массу (), импульс и момент количества движения ().

– Фотон, как частица, существует только в движении скорость которого – это скорость распространения света в данной среде.

– При всех взаимодействиях, в которых участвует фотон, справедливы общие законы сохранения энергии и импульса.

– Электрон в атоме может находиться только в некоторых дискретных устойчивых стационарных состояниях. Находясь в стационарных состояниях, атом не излучает энергию.

– При переходе из одного стационарного состояния в другое атом излучает (поглощает) фотон с частотой, (где Е1 и Е2 – энергии начального и конечного состояния).

С возникновением квантовой теории выяснилось, что корпускулярные и волновые свойства являются лишь двумя сторонами, двумя взаимосвязанными проявлениями сущности света. Они не отражают диалектическое единство дискретности и континуальности материи, выражающейся в одновременном проявлении волновых и корпускулярных свойств. Один и тот же процесс излучения может быть описан, как с помощью математического аппарата для волн, распространяющихся в пространстве и во времени, так и с помощью статистических методов предсказания появления частиц в данном месте и в данное время. Обе эти модели могут быть использованы одновременно, и в зависимости от условий предпочтение отдается одной из них.

Достижения последних лет в области оптики оказались возможными благодаря развитию, как квантовой физики, так и волновой оптики. В наши дни теория света продолжает развиваться.

Оптика – раздел физики, изучающий свойства и физическую природу света, а также его взаимодействие с веществом.

Простейшие оптические явления, например возникновение теней и получение изображений в оптических приборах, могут быть понятны в рамках геометрической оптики, которая оперирует понятием отдельных световых лучей, подчиняющихся известным законам преломления и отражения и независимых друг от друга. Для понимания более сложных явлений нужна физическая оптика, рассматривающая эти явления в связи с физической природой света. Физическая оптика позволяет вывести все законы геометрической оптики и установить границы их применимости. Без знания этих границ формальное применение законов геометрической оптики может в конкретных случаях привести к результатам, противоречащим наблюдаемым явлениям. Поэтому нельзя ограничиваться формальным построением геометрической оптики, а необходимо смотреть на нее как на раздел физической оптики.

Понятие светового луча можно получить из рассмотрения реального светового пучка в однородной среде, из которого при помощи диафрагмы выделяется узкий параллельный пучок. Чем меньше диаметр этих отверстий, тем уже выделяемый пучок, и в пределе, переходя к отверстиям сколь угодно малым, можно казалось бы получить световой луч как прямую линию. Но подобный процесс выделения сколь угодно узкого пучка (луча) невозможен вследствие явления дифракции. Неизбежное угловое расширение реального светового пучка, пропущенного через диафрагму диаметра D, определяется углом дифракции j ~ l / D . Только в предельном случае, когда l =0, подобное расширение не имело бы места, и можно было бы говорить о луче как о геометрической линии, направление которой определяет направление распространения световой энергии.

Таким образом, световой луч – это абстрактное математическое понятие, а геометрическая оптика является приближенным предельным случаем, в который переходит волновая оптика, когда длина световой волны стремится к нулю.

Глаз как оптическая система.

Органом зрения человека являются глаза, которые во многих отношениях представляют со­бой весьма совершенную оптическую систему.

В целом глаз человека – это шарообразное тело диаметром око­ло 2,5 см, которое называют глазным яблоком (рис.5). Непрозрачную и прочную внешнюю оболочку глаза называют склерой, а ее прозрачную и более выпуклую переднюю часть – роговицей. С внутренней стороны склера покрыта сосудистой оболочкой, состоящей из кровеносных сосудов, питающих глаз. Против ро­говицы сосудистая оболоч­ка переходит в радуж­ную оболочку, неодинаково окрашенную у различных людей, которая отделена от роговицы каме­рой с прозрачной водяни­стой массой.

В радужной оболочке имеется круглое отверстие, называемое зрачком, диаметр которого может из­меняться. Таким образом, радужная оболочка играет роль диафрагмы, регулирующей доступ света в глаз. При ярком освещении зрачок уменьшается, а при сла­бом освещении – увеличивается. Внутри глазного яблока за ра­дужной оболочкой расположен хрусталик, который представ­ляет собой двояковыпуклую линзу из прозрачного вещества с показателем преломления около 1,4. Хрусталик окаймляет кольце­вая мышца, которая может изменять кривизну его поверхностей, а значит, и его оптическую силу.

Сосудистая оболочка с внутренней стороны глаза покрыта разветвлениями светочувствительного нерва, особенно густыми напротив зрачка. Эти разветвления образуют сетчатую оболочку, на которой получается действительное изображение предметов, создаваемое оптической системой глаза. Пространство между сетчаткой и хрусталиком заполнено прозрачным стекловидным телом, имеющим студенистое строение. Изображение предметов на сетчатке глаза получается перевернутое. Однако деятельность мозга, получающего сигналы от светочувствительного нерва, позволяет нам видеть все предметы в натуральных положениях.

Когда кольцевая мышца глаза расслаблена, то изображение далеких предметов получается на сетчатке. Вообще устройство глаза таково, что человек может видеть без напряжения предметы, расположенные не ближе 6 метра от глаза. Изображение более близких предметов в этом случае получается за сетчаткой глаза. Для получения отчетливого изображения такого предмета кольцевая мышца сжимает хрусталик всё сильнее до тех пор, пока изображение предмета не окажется на сетчатке, а затем удерживает хрусталик в сжатом состоянии.

Таким образом, «наводка на фокус» глаза человека осуществляется изменением оптической силы хрусталика с помощью кольцевой мышцы. Способность оптической системы глаза создавать отчетливые изображения предметов, находящих на различных расстояниях от него, называют аккомодацией (от латинского «аккомодацио» – приспособление). При рассматривании очень далёких предметов в глаз попадают параллельные лучи. В этом случае говорят, что глаз аккомодирован на бесконечность.

Аккомодация глаза не бесконечна. С помощью кольцевой мышцы оптическая сила глаза может увеличиваться не больше чем на 12 диоптрий. При долгом рассматривании близких предметов глаз устает, а кольцевая мышца начинает расслабляться и изображение предмета расплывается.

Глаза человека позволяют хорошо видеть предметы не только при дневном освещении. Способность глаза приспосабливаться к различной степени раздражения окончаний светочувствительного нерва на сетчатке глаза, т.е. к различной степени яркости наблюдаемых объектов называют адаптацией.

Сведение зрительных осей глаз на определенной точке называется конвергенцией. Когда предметы расположены на значительном расстоянии от человека, то при пере воде глаз с одного предмета на другой между осями глаз практически не изменяется, и человек теряет способность правильно определять положение предмета. Когда предметы находятся очень далеко, то оси глаз располагаются параллельно, и человек не может даже определить, движется предмет или нет, на который он смотрит. Некоторую роль в определении положения тел играет и усилие кольцевой мышцы, которая сжимает хрусталик при рассматривании предметов, расположенных недалеко от человека.

Спектр оскоп.

Для наблюдения спектров пользуются спектроскопом.

Наиболее распространенный призматический спектроскоп состоит из двух труб, между которыми помещают трехгранную призму (рис. 7).

В трубе А, называемой коллиматором имеется узкая щель, ширину которой можно регулировать поворотом винта. Перед щелью помещается источник света, спектр которого необходимо исследовать. Щель располагается в плоскости коллиматора, и поэтому световые лучи из коллиматора выходят в виде параллельного пучка. Пройдя через призму, световые лучи направляются в трубу В, через которую наблюдают спектр. Если спектроскоп предназначен для измерений, то на изображение спектра с помощью специального устройства накладывается изображение шкалы с делениями, что позволяет точно установить положение цветовых линий в спектре.

Оптический измерительный прибор – средство измерения, в котором визирование (совмещение границ контролируемого предмета с визирной линией, перекрестием и т.п.) или определение размера осуществляется с помощью устройства с оптическим принципом действия. Различают три группы оптических измерительных приборов: приборы с оптическим принципом визирования и механическим способом отчета перемещения; приборы с оптическим способом визирования и отчета перемещения; приборы, имеющие механический контакт с измерительным прибором, с оптическим способом определения перемещения точек контакта.

Из приборов первой распространение получили проекторы для измерения и контроля деталей, имеющих сложный контур, небольшие размеры.

Наиболее распространенный прибор второй – универсальный измерительный микроскоп, в котором измеряемая деталь перемещается на продольной каретке, а головной микроскоп – на поперечной.

Приборы третьей группы применяют для сравнения измеряемых линейных величин с мерками или шкалами. Их объединяют обычно под общим названием компараторы. К этой группе приборов относятся оптиметр (оптикатор, измерительная машина, контактный интерферометр, оптический дальномер и др.).

Оптические измерительные приборы также широко распространены в геодезии (нивелир, теодолит и др.).

Теодолит – геодезический инструмент для определения направлений и измерения горизонтальных и вертикальных углов при геодезических работах, топографической и маркшейдерских съемках, в строительстве и т.п.

Нивелир – геодезический инструмент для измерения превышений точек земной поверхности – нивелирования, а также для задания горизонтальных направлений при монтажных и т.п. работах.

В навигации широко распространён секстант – угломерный зеркально-отражательный инструмент для измерения высот небесных светил над горизонтом или углов между видимыми предметами с целью определения координат места наблюдателя. Важнейшая особенность секстанта – возможность совмещения в поле зрения наблюдателя одновременно двух предметов, между которыми измеряется угол, что позволяет пользоваться секстантом на самолёте и на корабле без заметного снижения точности даже во время качки.

Перспективным направлением в разработке новых типов оптических измерительных приборов является оснащение их электронными отсчитывающими устройствами, позволяющими упростить отсчет показаний и визирования, и т.п.

Заключение.

Практическое значение оптики и её влияние на другие отрасли знания исключительно велики. Изобретение телескопа и спектроскопа открыло перед человеком удивительнейший и богатейший мир явлений, происходящих в необъятной Вселенной. Изобретение микроскопа произвело революцию в биологии. Фотография помогла и продолжает помогать чуть ли не всем отраслям науки. Одним из важнейших элементов научной аппаратуры является линза. Без неё не было бы микроскопа, телескопа, спектроскопа, фотоаппарата, кино, телевидения и т.п. не было бы очков, и многие люди, которым перевалило за 50 лет, были бы лишены возможности читать и выполнять многие работы, связанные со зрением.

Область явлений, изучаемая физической оптикой, весьма обширна. Оптические явления теснейшим образом связаны с явлениями, изучаемыми в других разделах физики, а оптические методы исследования относятся к наиболее тонким и точным. Поэтому неудивительно, что оптике на протяжении длительного времени принадлежала ведущая роль в очень многих фундаментальных исследованиях и развитии основных физических воззрений. Достаточно сказать, что обе основные физические теории прошлого столетия – теория относительности и теория квантов – зародились и в значительной степени развились на почве оптических исследований. Изобретение лазеров открыло новые широчайшие возможности не только в оптике, но и в её приложениях в различных отраслях науки и техники.

Московский комитет образования

Всемирный О R Т

Московский технологический колледж

Кафедра естественных наук

Итоговая работа по физике

На тему :

Выполнила студентка 14 группы: Рязанцева Оксана

Преподаватель: Груздева Л.Н.

– Арцыбышев С.А. Физика – М.: Медгиз, 1950.

– Жданов Л.С. Жданов Г.Л. Физика для средних учебных заведений – М.: Наука, 1981.

– Ландсберг Г.С. Оптика – М.: Наука, 1976.

– Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики. – М.: Наука, 1986.

– Прохоров А.М. Большая советская энциклопедия. – М.: Советская энциклопедия, 1974.

– Сивухин Д.В. Общий курс физики: Оптика – М.: Наука, 1980.

– (греч. optike наука о зрительных восприятиях, от optos видимый, зримый), раздел физики, в к ром изучаются оптическое излучение (свет), процессы его распространения и явления, наблюдаемые при вз ствии света и в ва. Оптич. излучение представляет… … Физическая энциклопедия

– (греч. optike, от optomai вижу). Учение о свете и действии его на глаз. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ОПТИКА греч. optike, от optomai, вижу. Наука о распространении света и действии его на глаз.… … Словарь иностранных слов русского языка

оптика – и, ж. optique f. < optike наука о зрении. 1. устар. Раек (род панорамы). Мак. 1908. Иль в стекла оптики картинные места Смотрю моих усадеб. Державин Евгению. Особенность зрения, восприятия чего л. Оптика глаз моих ограничена; в потемках все… … Исторический словарь галлицизмов русского языка

Современная энциклопедия

Оптика – ОПТИКА, раздел физики, в котором исследуются процессы излучения света, распространения его в различных средах и взаимодействия его с веществом. Оптика изучает видимую часть спектра электромагнитных волн и примыкающие к ней ультрафиолетовую… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

ОПТИКА, раздел физики, исследующий свет и его свойства. Основные аспекты включают физическую природу СВЕТА, охватывающую как волны, так и частицы (ФОТОНЫ), ОТРАЖЕНИЕ, РЕФРАКЦИЮ, ПОЛЯРИЗАЦИЮ света и его передачу через различные среды. Оптика… … Научно-технический энциклопедический словарь

ОПТИКА, оптики, мн. нет, жен. (греч. optiko). 1. Отдел физики, наука, изучающая явления и свойства света. Теоретическая оптика. Прикладная оптика. 2. собир. Приборы и инструменты, действие которых основано на законах этой науки (спец.). Толковый… … Толковый словарь Ушакова

– (от греч. optike наука о зрительных восприятиях) раздел физики, в котором исследуются процессы излучения света, его распространение в различных средах и взаимодействие света c веществом. Оптика изучает широкую область спектра электромагнитных… … Большой Энциклопедический словарь

ОПТИКА, и, жен. 1. Раздел физики, изучающий процессы излучения света, его распространения и взаимодействия с веществом. 2. собир. Приборы и инструменты, действие к рых основано на законах этой науки. Волоконная оптика (спец.) раздел оптики,… … Толковый словарь Ожегова

ОПТИКА – (от греч. opsis зрение), учение о свете, составная часть физики. О. входит частью в область геофизики (атмосферная О., оптика морей и т. д.), частью в область физиологии (физиол.О.). По своему основному физ. содержанию О. разделяется на физи… … Большая медицинская энциклопедия

Книги

  • Оптика , А.Н. Матвеев. Допущено Министерством высшего и среднего образования СССР в качестве учебногопособия для студентов физических специальностей вузов Воспроизведено в оригинальной авторской орфографии издания…

Свет – это электромагнитные волны, длины волн которых лежат для среднего глаза человека в пределах от 400 до 760 нм. В этих пределах свет называется видимым . Свет с наибольшей длиной волны кажется нам красным, а с наименьшей – фиолетовым. Запомнить чередование цветов спектра легко с помощью поговорки «К аждый О хотник Ж елает З нать, Г де С идит Ф азан». Первые буквы слов поговорки соответствуют первым буквам основных цветов спектра в порядке убывания длины волны (и соответственно возрастания частоты): «К расный – О ранжевый – Ж елтый – З еленый – Г олубой – С иний – Ф иолетовый». Свет с большими, чем у красного, длинами волн, называется инфракрасным . Его наш глаз не замечает, но наша кожа фиксирует такие волны в виде теплового излучения. Свет с меньшими, чем у фиолетового, длинами волн, называется ультрафиолетовым .

Электромагнитные волны (и, в частности, световые волны , или просто свет ) – это распространяющееся в пространстве и во времени электромагнитное поле. Электромагнитные волны поперечны – векторы электрической напряженности и магнитной индукции перпендикулярны друг другу и лежат в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны. Световые волны, как и любые другие электромагнитные волны, распространяются в веществе с конечной скоростью, которая может быть рассчитана по формуле:

где: ε и μ – диэлектрическая и магнитная проницаемости вещества, ε 0 и μ 0 – электрическая и магнитная постоянные: ε 0 = 8,85419·10 –12 Ф/м, μ 0 = 1,25664·10 –6 Гн/м. Скорость света в вакууме (где ε = μ = 1) постоянна и равна с = 3∙10 8 м/с, она также может быть вычислена по формуле:

Скорость света в вакууме является одной из фундаментальных физических постоянных. Если свет распространяется в какой-либо среде, то скорость его распространения также выражается следующим соотношением:

где: n – показатель преломления вещества – физическая величина, показывающая во сколько раз скорость света в среде меньше чем в вакууме. Показатель преломления, как видно из предыдущих формул, может быть рассчитан следующим образом:

  • Свет переносит энергию. При распространении световых волн возникает поток электромагнитной энергии.
  • Световые волны испускаются в виде отдельных квантов электромагнитного излучения (фотонов) атомами или молекулами.

Кроме света существуют и другие виды электромагнитных волн. Далее они перечислены по уменьшению длины волны (и соответственно, по возрастанию частоты):

  • Радиоволны;
  • Инфракрасное излучение;
  • Видимый свет;
  • Ультрафиолетовое излучение;
  • Рентгеновское излучение;
  • Гамма-излучение.

Интерференция

Интерференция – одно из ярких проявлений волновой природы света. Оно связано с перераспределением световой энергии в пространстве при наложении так называемых когерентных волн, то есть волн, имеющих одинаковые частоты и постоянную разность фаз. Интенсивность света в области перекрытия пучков имеет характер чередующихся светлых и темных полос, причем в максимумах интенсивность больше, а в минимумах меньше суммы интенсивностей пучков. При использовании белого света интерференционные полосы оказываются окрашенными в различные цвета спектра.

Для расчета интерференции используется понятие оптической длины пути . Пусть свет прошел расстояние L в среде с показанием преломления n . Тогда его оптическая длина пути рассчитывается по формуле:

Для интерференции необходимо наложение хотя бы двух лучей. Для них вычисляется оптическая разность хода (разность оптических длин) по следующей формуле:

Именно эта величина и определяет, что получится при интерференции: минимум или максимум. Запомните следующее: интерференционный максимум (светлая полоса) наблюдается в тех точках пространства, в которых выполняется следующее условие:

При m = 0 наблюдается максимум нулевого порядка, при m = ±1 максимум первого порядка и так далее. Интерференционный минимум (темная полоса) наблюдается при выполнении следующего условия:

Разность фаз колебаний при этом составляет:

При первом нечетном числе (единица) будет минимум первого порядка, при втором (тройка) минимум второго порядка и т.д. Минимума нулевого порядка не бывает.

Дифракция. Дифракционная решетка

Дифракцией света называется явление отклонения света от прямолинейного направления распространения при прохождении вблизи препятствий, размеры которых сопоставимы с длиной волны света (огибание светом препятствий). Как показывает опыт, свет при определенных условиях может заходить в область геометрической тени (то есть быть там, где его быть не должно). Если на пути параллельного светового пучка расположено круглое препятствие (круглый диск, шарик или круглое отверстие в непрозрачном экране), то на экране, расположенном на достаточно большом расстоянии от препятствия, появляется дифракционная картина – система чередующихся светлых и темных колец. Если препятствие имеет линейный характер (щель, нить, край экрана), то на экране возникает система параллельных дифракционных полос.

Дифракционные решетки представляют собой периодические структуры, выгравированные специальной делительной машиной на поверхности стеклянной или металлической пластинки. У хороших решеток параллельные друг другу штрихи имеют длину порядка 10 см, а на каждый миллиметр приходится до 2000 штрихов. При этом общая длина решетки достигает 10–15 см. Изготовление таких решеток требует применения самых высоких технологий. На практике применяются также и более грубые решетки с 50–100 штрихами на миллиметр, нанесенными на поверхность прозрачной пленки.

При нормальном падении света на дифракционную решетку в некоторых направлениях (помимо того, в котором изначально падал свет) наблюдаются максимумы. Для того, чтобы наблюдался интерференционный максимум , должно выполняться следующее условие:

где: d – период (или постоянная) решетки (расстояние между соседними штрихами), m – целое число, которое называется порядком дифракционного максимума. В тех точках экрана, для которых это условие выполнено, располагаются так называемые главные максимумы дифракционной картины.

Законы геометрической оптики

Геометрическая оптика – это раздел физики, в котором не учитываются волновые свойства света. Основные законы геометрической оптики были известны задолго до установления физической природы света.

Оптически однородная среда – это среда, во всем объеме которой показатель преломления остаётся неизменным.

Закон прямолинейного распространения света: в оптически однородной среде свет распространяется прямолинейно. Этот закон приводит к представлению о световом луче как о геометрической линии, вдоль которой распространяется свет. Следует отметить, что закон прямолинейного распространения света нарушается и понятие светового луча утрачивает смысл, если свет проходит через малые отверстия, размеры которых сравнимы с длиной волны (в этом случае наблюдается дифракция).

На границе раздела двух прозрачных сред свет может частично отразиться так, что часть световой энергии будет распространяться после отражения по новому направлению, а частично пройти через границу и распространяться во второй среде.

Закон отражения света: падающий и отраженный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости (плоскость падения). Угол отражения γ равен углу падения α . Заметьте, что все углы в оптике измеряются от перпендикуляра к границе раздела двух сред.

Закон преломления света (закон Снеллиуса): падающий и преломленный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения α к синусу угла преломления β есть величина, постоянная для двух данных сред, и определяется выражением:

Закон преломления был экспериментально установлен голландским ученым В.Снеллиусом в 1621 году. Постоянную величину n 21 называют относительным показателем преломления второй среды относительно первой. Показатель преломления среды относительно вакуума называют абсолютным показателем преломления .

Среду с большим значением абсолютного показателя называют оптически более плотной, а с меньшим – менее плотной. При переходе из менее плотной среды в более плотную луч «прижимается» к перпендикуляру, а при переходе из более плотной в менее плотную – «удаляется» от перпендикуляра. Единственный случай, когда луч не преломляется, это если угол падения равен 0 (то есть лучи перпендикулярны границе раздела сред).

При переходе света из оптически более плотной среды в оптически менее плотную n 2 n 1 (например, из стекла в воздух) можно наблюдать явление полного внутреннего отражения , то есть исчезновение преломленного луча. Это явление наблюдается при углах падения, превышающих некоторый критический угол α пр, который называется предельным углом полного внутреннего отражения . Для угла падения α = α пр, sinβ = 1, так как β = 90°, это значит, что преломленный луч идет вдоль самой границы раздела, при этом, согласно закону Снеллиуса, выполняется следующее условие:

Как только угол падения становиться больше предельного, то преломленный луч уже не просто идет вдоль границы, а он и вовсе не появляется, так как его синус теперь уж должен быть больше единицы, а такого не может быть.

Линзы

Линзой называется прозрачное тело, ограниченное двумя сферическими поверхностями. Если толщина самой линзы мала по сравнению с радиусами кривизны сферических поверхностей, то линзу называют тонкой .

Линзы бывают собирающими и рассеивающими . Если показатель преломления линзы больше, чем окружающей среды, то собирающая линза в середине толще, чем у краев, рассеивающая линза, наоборот, в средней части тоньше. Если показатель преломления линзы меньше, чем окружающей среды, то всё наоборот.

Прямая, проходящая через центры кривизны сферических поверхностей, называется главной оптической осью линзы . В случае тонких линз можно приближенно считать, что главная оптическая ось пересекается с линзой в одной точке, которую принято называть оптическим центром линзы . Луч света проходит через оптический центр линзы, не отклоняясь от первоначального направления. Все прямые, проходящие через оптический центр, называются побочными оптическими осями .

Если на линзу направить пучок лучей, параллельных главной оптической оси, то после прохождения через линзу лучи (или их продолжения) соберутся в одной точке F , которая называется главным фокусом линзы . У тонкой линзы имеются два главных фокуса, симметрично расположенных относительно линзы на главной оптической оси. У собирающих линз фокусы действительные, у рассеивающих – мнимые. Расстояние между оптическим центром линзы O и главным фокусом F называется фокусным расстоянием . Оно обозначается той же буквой F .

Формула линзы

Основное свойство линз – способность давать изображения предметов. Изображение – это точка пространства, где пересекаются лучи (или их продолжения), испущенные источником после преломления в линзе. Изображения бывают прямыми и перевернутыми , действительными (пересекаются сами лучи) и мнимыми (пересекаются продолжения лучей), увеличенными и уменьшенными .

Положение изображения и его характер можно определить с помощью геометрических построений. Для этого используют свойства некоторых стандартных лучей, ход которых известен. Это лучи, проходящие через оптический центр или один из фокусов линзы, а также лучи, параллельные главной или одной из побочных оптических осей.

Для простоты можно запомнить, что изображение точки будет точкой. Изображение точки, лежащей на главной оптической оси, лежит на главной оптической оси. Изображение отрезка – отрезок. Если отрезок перпендикулярен главной оптической оси, то его изображение перпендикулярно главной оптической оси. А вот если отрезок наклонен к главной оптической оси под некоторым углом, то его изображение будет наклонено уже под некоторым другим углом.

Изображения можно также рассчитать с помощью формулы тонкой линзы . Если кратчайшее расстояние от предмета до линзы обозначить через d , а кратчайшее расстояние от линзы до изображения через f , то формулу тонкой линзы можно записать в виде:

Величину D , обратную фокусному расстоянию. называют оптической силой линзы . Единица измерения оптической силы является 1 диоптрия (дптр). Диоптрия – оптическая сила линзы с фокусным расстоянием 1 м.

Фокусным расстояниям линз принято приписывать определенные знаки: для собирающей линзы F > 0, для рассеивающей F

Величины d и f также подчиняются определенному правилу знаков: f > 0 – для действительных изображений; f d знак «–» ставится только в том случае, когда на линзу падает сходящийся пучок лучей. Тогда их мысленно продлевают до пересечения за линзой, помещают туда воображаемый источник света, и определяют для него расстояние d .

В зависимости от положения предмета по отношению к линзе изменяются линейные размеры изображения. Линейным увеличением линзы Γ называют отношение линейных размеров изображения и предмета. Для линейного увеличения линзы существует формула:

Во многих оптических приборах свет последовательно проходит через две или несколько линз. Изображение предмета, даваемое первой линзой, служит предметом (действительным или мнимым) для второй линзы, которая строит второе изображение предмета и так далее.

  • Выучить все формулы и законы в физике, и формулы и методы в математике . На самом деле, выполнить это тоже очень просто, необходимых формул по физике всего около 200 штук, а по математике даже чуть меньше. В каждом из этих предметов есть около десятка стандартных методов решения задач базового уровня сложности, которые тоже вполне можно выучить, и таким образом, совершенно на автомате и без затруднений решить в нужный момент большую часть ЦТ. После этого Вам останется подумать только над самыми сложными задачами.
  • Посетить все три этапа репетиционного тестирования по физике и математике. Каждый РТ можно посещать по два раза, чтобы прорешать оба варианта. Опять же на ЦТ, кроме умения быстро и качественно решать задачи, и знания формул и методов необходимо также уметь правильно спланировать время, распределить силы, а главное правильно заполнить бланк ответов, не перепутав ни номера ответов и задач, ни собственную фамилию. Также в ходе РТ важно привыкнуть к стилю постановки вопросов в задачах, который на ЦТ может показаться неподготовленному человеку очень непривычным.

    • Успешное, старательное и ответственное выполнение этих трех пунктов, а также ответственная проработка итоговых тренировочных тестов , позволит Вам показать на ЦТ отличный результат, максимальный из того, на что Вы способны.

    Нашли ошибку?

    Если Вы, как Вам кажется, нашли ошибку в учебных материалах, то напишите, пожалуйста, о ней на электронную почту (). В письме укажите предмет (физика или математика), название либо номер темы или теста, номер задачи, или место в тексте (страницу) где по Вашему мнению есть ошибка. Также опишите в чем заключается предположительная ошибка. Ваше письмо не останется незамеченным, ошибка либо будет исправлена, либо Вам разъяснят почему это не ошибка.

    Одним из древних и объемных разделов физики является оптика. Ее достижения применяются во многих науках и сферах деятельности: электротехнике, промышленности, медицине и других. Из статьи можно узнать, что изучает эта наука, историю развития представлений о ней, важнейшие достижения, и какие существуют оптические системы и приборы.

    Что изучает оптика

    Название этой дисциплины имеет греческое происхождение и переводится, как “наука о зрительных восприятиях”. Оптика – раздел физики, изучающий природу света, его свойства, законы, связанные с его распространением. Эта наука исследует природу видимого света, инфракрасного и ультрафиолетового излучения. Поскольку именно благодаря свету люди способны видеть окружающий мир, этот раздел физики также является дисциплиной, связанной со зрительным восприятием излучения. И неудивительно: глаз – это сложная оптическая система.

    История становления науки

    Оптика зародилась еще в античные времена, когда люди пытались понять природу света и выяснить, каким образом удается видеть предметы окружающего мира.

    Древние философы считали видимый свет или лучами, выходящими из глаз человека, или потоком мельчайших частиц, разлетающихся от объектов и попадающих в глаз.

    В дальнейшем природу света изучали многие видные ученые. Исаак Ньютон сформулировал теорию о корпускулах – крошечных частичках света. Другой ученый, Гюйгенс, выдвинул волновую теорию.

    Природу света продолжали исследовать физики 20 века: Максвелл, Планк, Эйнштейн.

    В настоящее время гипотезы Ньютона и Гюйгенса объединены в понятии корпускулярно-волнового дуализма, согласно которому, свет имеет свойства и частицы, и волны.

    Разделы

    Предмет исследований оптики – это не только свет и его природа, но также приборы для этих исследований, законы и свойства этого явления и многое другое. Поэтому в науке выделяются несколько разделов, посвященных отдельным сторонам исследований.

    • геометрическая оптика;
    • волновая;
    • квантовая.

    Ниже будет подробно рассмотрен каждый раздел.

    Геометрическая оптика

    В данном разделе существуют следующие законы оптики:

    Закон о прямолинейности распространения света, проходящего через однородную среду. Световой луч рассматривается, как прямая линия, вдоль которой проходят световые частицы.

    Закон отражения:

    Падающий и отраженный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости (плоскость падения). Угол отражения γ равен углу падения α.

    Закон преломления:

    Падающий и преломленный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения α к синусу угла преломления β есть величина, постоянная для двух данных сред.

    Средством изучения свойств света в геометрической оптике являются линзы.

    Линза – это прозрачное тело, которое способно пропускать и видоизменять Они делятся на выпуклые и вогнутые, а также на собирающие и рассеивающие. Линза является основной составляющей всех оптических приборов. Когда толщина ее мала по сравнению с радиусами поверхностей, она называется тонкой. В оптике формула тонкой линзы выглядит так:

    1/d + 1/f = D, где

    d – расстояние от предмета до линзы; f – расстояние до изображения от линзы; D – оптическая сила линзы (измеряется в диоптриях).

    Волновая оптика и ее понятия

    Поскольку известно, что свет имеет все свойства электромагнитной волны, отдельный раздел физики изучает проявления этих свойств. Он называется волновая оптика.

    Основные понятия данного раздела оптики – это дисперсия, интерференция, дифракция и поляризация.

    Явление дисперсии было обнаружено Ньютоном, благодаря его опытам с призмами. Это открытие является важным шагом к пониманию природы света. Он обнаружил, что преломление световых лучей зависит от их цвета. Это явление было названо дисперсией или рассеянием света. Сейчас уже известно, что цвет зависит от длины волны. Кроме того, именно Ньютон предложил понятие спектра для обозначения радужной полоски, получаемой при дисперсии посредством призм.

    Подтверждением волновой природы света является интерференция его волн, открытая Юнгом. Так называют наложение друг на друга двух или нескольких волн. В результате можно видеть явление усиления и ослабления колебаний света в различных точках пространства. Красивыми и знакомыми каждому проявлениями интерференции являются мыльные пузыри и радужная разноцветная пленка разлитого бензина.

    Любому свойственно явление дифракции. Этот термин переводится с латинского, как “разломанный”. Дифракция в оптике – это огибание волнами света краев препятствий. Например, если на пути светового пучка расположить шарик, то на экране за ним появятся чередующиеся кольца – светлые и темные. Это называется дифракционная картина. Исследованием явления занимались Юнг и Френель.

    Последнее ключевое понятие волновой оптики – это поляризация. Свет называют поляризованным, если направление колебаний его волны является упорядоченным. Поскольку свет является продольной, а не поперечной волной, то и колебания происходят исключительно в поперечном направлении.

    Квантовая оптика

    Свет – это не только волна, но и поток частиц. На основе этой его составляющей возникла такая отрасль науки, как квантовая оптика. Ее появление связывают с именем Макса Планка.

    Квантом называют любую порцию чего-либо. А в данном случае говорят о квантах излучения, то есть порциях света, выбрасываемых при нем. Для обозначения частиц используют слово фотоны (от греческого φωτός – “свет”). Это понятие было предложено Альбертом Эйнштейном. В данном разделе оптики формула Эйнштейна E=mc 2 также применяется для изучения свойств света.

    Главная задача этого раздела – изучение и характеристика взаимодействия света с веществом и исследования его распространения в нетипичных условиях.

    Свойства света как потока частиц проявляются в таких условиях:

    • тепловое излучение;
    • фотоэффект;
    • фотохимические процессы;
    • вынужденное излучение и др.

    В квантовой оптике существует понятие неклассического света. Дело в том, что квантовые характеристики светового излучения невозможно описать в рамках классической оптики. Неклассический свет, например, двухфотонный, сжатый, применяется в разных сферах: для калибровки фотоприемников, при точных измерениях и др. Еще одно применение – квантовая криптография – секретный способ передачи информации с помощью двоичных кодов, где вертикально направленному фотону присвоен 0, а горизонтально направленному – 1.

    Значение оптики и оптических приборов

    В каких сферах технологии оптики нашли главное применение?

    Во-первых, без этой науки не было бы оптических приборов, известных каждому человеку: телескоп, микроскоп, фотоаппарат, проектор и другие. С помощью специально подобранных линз люди получили возможно исследовать микромир, вселенную, небесные объекты, а также запечатлевать и транслировать информацию в виде изображений.

    Кроме того, благодаря оптике был сделан ряд важнейших открытий в области природы света, его свойств, открыты явления интерференции, поляризации и другие.

    Наконец, широкое применение оптика получила в медицине, например, в изучении рентгеновского излучения, на основании которого был создан аппарат, спасший немало жизней. Благодаря этой науке также был изобретен лазер, широко применяющийся при хирургических вмешательствах.

    Оптика и зрение

    Глаз – это оптическая система. Благодаря свойствам света и возможностям органов зрения, можно видеть окружающий мир. К сожалению, мало кто может похвастаться идеальным зрением. С помощью этой дисциплины, стало возможно вернуть возможность людям лучше видеть с помощью очков и контактных линз. Поэтому медицинские учреждения, занимающиеся подбором средств коррекции зрения, также получили соответсвующее название – оптика.

    Можно подвести итог. Итак, оптика – это наука о свойствах света, затрагивающая многие сферы жизни и имеющая широкое применение в науке и в быту.

    Как сдать ОГЭ по физике — Учёба.ру

    Чем раньше начнешь готовиться к ЕГЭ,
    тем выше будет балл Поможем подготовиться, чтобы сдать экзамены на максимум и поступить в топовые вузы на бюджет. Первый урок бесплатно

    Федор Григорьев,

    к.х.н., в.н.с. МГУ им. М.В. Ломоносова, доцент НИЯУ МИФИ,

    эксперт ОГЭ по физике, учитель физики Предуниверситария НИЯУ МИФИ

    По Вашему мнению, насколько хорошо девятиклассники сейчас знают физику? Насколько сложен для них ОГЭ по физике?

    Если брать курс физики обычной общеобразовательной школы, то ученики знают предмет в меньшем объеме, чем это требуется для сдачи ОГЭ на отличную оценку. На сегодняшний день типичная проблема школ состоит в том, что физика преподается нерегулярно. С другой стороны, сейчас много подготовительных курсов, которые позволяют восполнить пробелы в знаниях.

    ОГЭ — это экзамен за курс средней школы. Это значит, что любой ученик, работающий на уроках, должен его сдать на положительную оценку, поэтому в работе есть простые вопросы, для ответа на которые достаточно регулярных занятий пусть даже в объеме одного часа в неделю. С другой стороны, получить максимально возможный балл довольно сложно, поскольку задания разнообразны и по форме, и по содержанию. Есть вопросы на анализ материала, где надо прочитать предложенный текст и на основе прочитанного сделать вывод. Есть вопросы на различные способы представления информации — табличные, диаграммные, гистограммные. Много вопросов на сопоставление, где необходимо сопоставить информацию из первой и второй колонок таблицы. Хотя сами задания достаточно простые, способы представления информации часто непривычны для неподготовленных учащихся. Поэтому очень важно просмотреть варианты и отработать требуемые форматы вопросов.

    Расскажите, пожалуйста, про структуру экзамена и систему начисления баллов.

    Всего на экзамене предлагается 26 заданий базового, повышенного и высокого уровня сложности: 22 задания в части 1 и четыре задания в части 2. В первой части большинство вопросов оцениваются в один балл, а за шесть заданий можно получить два балла. Во второй части есть вопросы на два, три и четыре балла. Максимально за работу можно набрать 40 баллов. Тройка ставится за результат от 10 баллов, четверка — от 20 баллов, пятерка — от 31 балла.

    Самое «дорогое» задание экзамена (№ 23) оценивается в четыре балла. Оно связано с проведением реального эксперимента: нужно собрать экспериментальную установку и произвести измерения. Это задание вызывает сложности у ребят, поскольку в школах есть проблемы с проведением лабораторных работ. На подготовительных курсах к нему тоже, как правило, готовят только теоретически, потому что учебные центры не располагают комплектами приборов ОГЭ. Если вы претендуете на самый высокий балл за ОГЭ по физике, я бы посоветовал найти возможность поработать с реальными приборами. Сейчас нет проблем с тем, чтобы приобрести, например, амперметр или вольтметр — эти приборы в простом исполнении стоят недорого.

    Реально ли получить на ОГЭ по физике максимальный результат?

    В моих классах в прошлом году один учащийся сдал экзамен на максимальные 40 баллов. Многие ребята получили пятерку, она ставится за результат от 31 балла. Но следует учесть, что в Предуниверситарии МИФИ (лицей № 1511) на преподавание физики отводится шесть часов в неделю, так что оценка «5» за ОГЭ у нас должна быть нормой.

    Важно отметить, что успешная сдача физики на ОГЭ совершенно на гарантирует высокий балл на ЕГЭ, а многих ребят хороший результат после 9 класса расслабляет. Ведь ЕГЭ — это совсем другой экзамен, можно сказать, профессиональный, университетского уровня.

    По Вашему опыту преподавания, какие разделы физики самые сложные для школьников? И какие темы самые простые?

    Самыми трудными являются вопросы, связанные с магнетизмом и электромагнитным полем, с явлениями индукции и самоиндукции. Это объективно самые сложные темы для учащихся 9 класса. Если честно, я бы исключил их из экзамена. Ведь потом это все ребята проходят в 11 классе. Для того чтобы хорошо объяснить эти темы, нужно вводить довольно сложные для учащихся 9 класса понятия, например, потока магнитного поля. Поэтому задачи на эти темы всегда вызывают определенные сложности у школьников на ОГЭ, а одно-два задания по ним на экзамене всегда присутствует.

    Также часто вызывают затруднения у девятиклассников вопросы на геометрическую оптику (линзы, преломление света, глаз как оптический прибор), ядерную физику, строение атома. В условиях обычной школы эти темы находятся на задворках программы, они практически не изучаются. В сумме по всем этим разделам шесть вопросов на экзамене могут быть.

    Если говорить о самых простых темах, то это скорость, движение, теплота, вопросы на размерность, например, в чем измеряется сила, давление. Или задания, где требуется определить что-то по графику. У этих вопросов высокий процент выполняемости.

    Как подготовиться к ОГЭ по физике наилучшим образом?

    Если на подготовку к экзамену в запасе есть год, я бы рекомендовал всю программу физики изучать по темам. Для начала скачайте кодификатор ОГЭ с сайта ФИПИ. Там все вопросы разбиты по темам: механические явления, тепловые явления, кинетические явления и т.д. Потом возьмите «Сборник задач по физике для 7-9 класса» Лукашика и порешайте задачи по темам ОГЭ. После того как этот этап будет пройден, месяца за три до экзамена, начинайте решать варианты ОГЭ за прошлый год (например, на сайте «Решу ОГЭ»), а также диагностические и демонстрационные варианты на сайте ФИПИ.

    В оставшиеся до ОГЭ-2018 два месяца надо смотреть варианты, обращая внимание на вторую половину экзамена. В первой половине представлены задачи на механику, кинематику — с этим ребята хорошо справляются. А вот во второй половине сконцентрированы более сложные темы — оптика, квантовые явления, частота, звук, волны, спектры. Обратите внимание на эти вопросы, которым в школе уделяется мало внимания, и решайте по ним задачи.

    На что нужно обратить внимание при подготовке к заданиям повышенного и высокого уровня сложности? Какие есть подводные камни у этого типа заданий?

    Задание № 7 Это расчетная задача на механические явления. Вопрос повышенного уровня сложности. Оценивается в один балл. Здесь нужно произвести расчет в два действия, а не просто подставить имеющиеся данные в формулу.
    Задание № 10 Расчетная задача на тепловые явления. В условии представлен график зависимости температуры t твердого тела от полученного им количества теплоты Q. Для подготовки к данному типу заданий необходимо тренироваться работать с графиками. Их часто дают в задачах на расчет количества теплоты.
    Задание № 16 Расчетная задача на электромагнитные явления. Здесь нужно знать формулу для КПД и формулу для электрической мощности. Обратите внимание на единицы измерения. Например, в демоверсии в этой задаче ответ надо дать в киловаттах, а не в ваттах. Часто школьники считают все правильно, а в ответе пишут не то, что требуется.
    Задание № 19 Задача на физические явления и законы, понимание и анализ экспериментальных данных, представленных в виде таблицы, графика или рисунка. Оценивается в два балла. С одной стороны, здесь нужно знать свойства силы трения/скольжения. Она не зависит от скорости и пропорциональна реакции опоры. С другой стороны, необходимо понять, что именно следует из представленного эксперимента. Не должно произойти смешение следствий эксперимента и теории. С этим возникают сложности, поскольку лабораторных работ в школах ребята проводят мало.
    Задание № 22 Вопрос на применение информации из текста физического содержания. На него надо потратить немало времени, это единственная сложность. В этом задании девятикласснику предлагается текст, нужно его прочитать, осмыслить и найти ответ на поставленный вопрос. Как правило, в тексте всегда есть ответ на вопрос.
    Задание № 23 Экспериментальное задание на механические и электромагнитные явления. Оценивается в четыре балла. Надо собрать экспериментальную установку и выполнить измерения. Здесь нужно продемонстрировать свои умения по теории и умение работать с приборами, то есть показать знания в комплексе. Именно поэтому эта задача оценивается на экзамене выше всех.
    Задание № 24 Качественная задача на механические, тепловые или электромагнитные явления. Здесь требуется анализ предлагаемого явления на качественном уровне с упоминанием физических законов и явлений. В рамках одной задачи может встречается несколько тем. Сами формулы, которые нужно применить, простые, но их нужно соединить из разных тем.
    Задания № 25, 26 Расчетные задачи на механические, тепловые, электромагнитные явления, каждая из которых оценивается в три балла. Имейте в виду, что правильно записанное условие задачи плюс законы, необходимые для решения, уже дают один балл. Поэтому даже если не знаешь, как решать задачу, есть шанс получить балл за нее.

    Электив “Оптика в быту и жизни”

    Программа элективного курса «Оптика в жизни и в быту»10-й класс

    Шепелева Ольга Ивановна, учитель физики

    Разделы: Физика

    Оптика играет в жизни современного человека очень важную роль. Уже невозможно представить себе жизнь без этой отрасти физической науки. И на земле, и в космическом пространстве работают приборы и устройства различного назначения, создание которых было бы невозможно без знания основ оптики. Эти устройства делают нашу жизнь удобнее и проще, позволяют исследовать окружающий мир и получать совершенно новую информацию, способствуют дальнейшему развитию науки и техники.

    Методы исследования, применяемые в данной области физики, являются очень точными и уже довольно длительное время используются для изучения широкого круга явлений окружающего нас мира, благодаря чему оптика служит “локомотивом” для развития многих теорий. Так, толчком к развитию квантовой физики и теории относительности в значительной мере послужили именно оптические исследования.

    Элективный курс «Оптика в жизни и в быту» расширяет тему «Геометрическая оптика» школьного курса физики и ориентирован на удовлетворение познавательных интересов старших школьников, развития их интеллектуальных способностей. Курс рассчитан на 34 часа, предлагается учащимся 10-х классов физико-математического профиля.

    Цель курса: научить использовать законы и принципы геометрической оптики на практике (при решении задач, выполнении лабораторных работ и практических заданий)

    Планируемые образовательные результаты учащихся:

    • Воспроизводят основные понятия и законы геометрической оптики (законы отражения, преломления света).

    • Решают расчетные, комбинированные, и качественные задачи, а так же олимпиадные задачи на применение законов геометрической оптики.

    • Выдвигают гипотезы. Проводят экспериментальные исследования, интерпретируют результаты исследований.

    • Отбирают необходимые для проведения эксперимента приборы, делают выводы. Демонстрируют знание принципов работы оптических систем, формирующих изображение, световодов, способов получения голографических изображений и фотографий в технике Фризлайт. Описывают механизм возникновения оптических иллюзий.

    • Собирают модели перископа, калейдоскопа и объясняют принципы их работы

    Способы оценки планируемых результатов:

    В качестве основной формы оценки результатов работы учащихся предлагаю ввести общую аттестационную оценку – “зачтено”/ “не зачтено” выставляется учителем по результатам итоговой зачетной работы.

    Примеры зачетной работы для итоговой оценки достижения планируемых результатов.

    Планируемый результат: ставить эксперименты по исследованию физических явлений без использования прямых измерений: при этом формулировать проблему/задачу учебного эксперимента; собирать установку из предложенного оборудования; описывать ход опыта и формулировать выводы.

    Умения, характеризующие достижение планируемого результата:

    1) Формулировать проблему/задачу учебного эксперимента

    2) Выбирать оборудование в соответствии с целью исследования.

    3) Собирать установку из имеющегося оборудования.

    4) Описывать ход исследования.

    5) Делать вывод по результатам исследования.

    Критерием достижения планируемого результата считается самостоятельное выполнение при проведении исследования п. 2, 3, 5.

    Основания для отбора содержания образования:

    При отборе содержания образования курса учитывалось содержание материала по оптике, представленное в различных учебно-методических комплексах, содержащихся в Федеральном перечне учебников и рекомендованных к использованию учащимися, изучающими физику на углублённом уровне. Отобранный таким образом материал сравнивался с содержанием примерных программ по физике для углублённого уровня.

    Представленный курс включает в себя введение и два раздела: “Геометрическая оптика” и “ Элементы фотометрии ”. В каждом разделе содержится теоретический материал и материал прикладного характера, а так же список возможных демонстраций и лабораторных работ.

    Для достижения цели курса предполагается использование различных форм организации занятий. Во время лекций излагается теоретический материал, при этом преимущественно используется информационно-иллюстративный метод, когда учащимся разными средствами сообщается готовая информация, а они ее воспринимают, осознают и фиксируют в памяти, и элементы метода проблемного обучения. Перед учащимися ставится проблема, формулируется познавательная задача, а затем, раскрывается система доказательств, сравнивая точки зрения, различные подходы, показывается способ решения поставленной задачи. В качестве содокладчиков могут выступать учащиеся. В этом случае они воспроизводят отдельные элементы содержания курса, демонстрируют понимание основных законов и принципов.

    Во время практических занятий учащиеся выполняют лабораторные работы (как с помощью приборов, так и с помощью компьютерных моделей), решают задачи, обсуждают устройство и принципы действия различных оптических приборов, демонстрируют изготовленные самостоятельно физические приборы и модели, выступают с докладами и сообщениями по теме. Основные методы обучения в этом случае – исследовательский (метод, в котором после анализа материала, постановки проблем и задач и краткого инструктажа учащиеся самостоятельно изучают литературу, ведут наблюдения и измерения и выполняют другие действия поискового характера) и частично-поисковый (когда активный поиск решения познавательных задач организуется либо под руководством педагога, либо на основе эвристических программ и указаний).

    Большая роль отводится самостоятельной работе учащихся при решении задач, подготовке докладов и презентаций, выполнении лабораторных работ и создании моделей оптических приборов. В ходе самостоятельной работы ученики сами осознают характер выполняемой работы, сами определяют и находят способы преодоления возникающих трудностей, в целом сами организуют свою деятельность, что способствует достижению цели курса. Роль учителя во время практических занятий сводится только к консультированию учащихся.

    Характеристика ресурсов

    Образовательные ресурсы:

    Информационные:

    1. Астрономия/ Авт.-сост. М.Я. Цофин.- Мн.: Харвест . 1998 –(Библиотека школьника).- 704 с.

    2. Баканина Л. П. и др. Сборник задач по физике: Учеб. пособие для углубл. изуч. физики в 10-11 кл. М.: Просвещение 8. Бендриков Г., Буховцев Б. «Сборник задач по физике» М., Айрис-пресс,1997. – 399 с.

    3. Вишнякова Е.А., Макаров В.А. «Отличник ЕГЭ. Решение сложных задач». М. Интелект-центр 6 , 2010. – 368 с.

    4. Гельфгат И.М., Генденштейн Л.Э., «Решение ключевых задач по физике для профильной школы» М. Илекса,2008. – 188 с.

    5. Гулиа Н.В. Удивительная физика./ Гулиа Н.В. (О чем умолчали учебники) – М.: ЭНАС, 2010 г. – 416 с.

    6. Кессельман В.С. Удивительная история физики./ Кессельман В.С. (О чем умолчали учебники). – М.: Энас-книга, 2013 г. – 376 с.

    7. Кирик Л.А., Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И. Физика 10 класс. Методические материалы для учителя. Под редакцией В.А. Орлова. М.: Илекса, 2009. – 373 с.

    8. Е.С. Объедков, О.А. Поваляев. Физическая микролаборатория/ Е.С. Объедков, О.А. Поваляев.- М.: Просвещение, 2010 г. – 121 с.

    9. Пособие для учителя. Углублённое изучение физики в 10-11 классах. Кабардин О.Ф., Кабардина С.И. М.: Просвещение , 2002 . – 126 с.

    10. Физика. 10 класс (углублённый уровень). Кабардин О.Ф., Орлов В.А., Эвенчик Э.Е. и др. (под ред. Пинского А.А., Кабардина О.Ф.) М.: Просвещение, 2011 – 433 с.

    11. С.А. Ходыкин «Физика для самостоятельной подготовки в вузы» ч 1. и ч 2., Волгоград, Издательство «Учитель»,1997. – 180 с.

    12. Чертов А.Г., Воробьев А.А. «Задачник по физике», М., Физматлит, 2001. – 640 с.

    Интернет-ресурсы:

    1. Диск “Открытая физика” Версия 2.6, часть II / С.М. Козел, В.А. Орлов, А.Ф. Кавтрев, В.И. Зинковский, Н.Н. Гомулина . под ред. С.М. Козела

    2. Официальный сайт музея оптики г. Санкт-Петербурга. – Санкт-Петербург, 2009-2014.- Режим доступа: http://optimus.ifmo.ru/ru (дата обращения 03.03.2015)

    3. Режим доступа к программе: http://www.physics.ru/courses/op25part2/content/content.html#.VCB3o3C0uIX (дата обращения 03.03.2015)

    4. К. Чайников. Музей оптики СПБУ ИТМО./ К. Чайников, видеоматериалы – Санкт-Петербург, 2009 г.- Режим доступа: http://www.youtube.com/watch?v=Q8m0vjba8qg (дата обращения 03.03.2015)

    Материальные ресурсы:

    1. Доступ к сети Интернет.

    2. Наличие комп. диска “Открытая физика” 2.6, Часть 2.

    3. Наличие наборов лабораторного и демонстрационного оборудования серии “L- микро”: комплекты “Оптика” и комплекта “Оптика демонстрационная”

    Организационные ресурсы:

    1. Рекомендуется проводить занятия через час после окончания основных уроков у учащихся с целью обеспечения возможности отдыха для учащихся.

    2. Занятия необходимо проводить в специализированном кабинете, где имеется возможность безопасного подключения электрических цепей к сети.

    3. Выход в сеть Интернет. (Особенно во время заключительного занятия)

    Содержание образовательной программы

    Тематическое планирование

    Программа курса включает в себя следующие разделы:

    1. Введение – (2 часа). История развития учения о свете с древнейших времен до наших дней. (Идеи Пифагора, Платона, И. Ньютона, Х. Гюйгенса, Р. Гука, Т. Юнга, Ж. Френеля, Дж. К. Максвелла, М. Планка). Методы определения скорости света.

    Демонстрации: Компьютерная модель опыта Майкельсона по измерению скорости света (“Открытая физика”)

    2. Геометрическая оптика – (16 часов) Что такое световой пучок. Дифракция. Отражение, полное отражение, использование явления полного отражения в технике. Волоконные световоды и их применение. Сферическое зеркало и его применение. Построение изображений в сферическом зеркале.

    Тонкая линза, ее фокусное расстояние, формула тонкой линзы, недостатки линз. Оптическая система двух линз. Оптические приборы, формирующие изображение: лупа, фотоаппарат, микроскоп, телескоп. Разрешающая способность оптических приборов. Немного из истории оптической астрономии.

    Как мы смотрим на мир? ( Цветовая чувствительность глаза. Разрешающая способность глаза. Оптическая система глаза человека, бинокулярное зрение, стереоскопическое зрение, дефекты зрения и их коррекция, оптические иллюзии).

    Демонстрации

    • Компьютерная модель “Сферическое зеркало”, “Микроскоп”, “Зрительная труба Кеплера”, “Глаз как оптический инструмент”, “Система из двух линз”. (“Открытая физика”)

    • Полное внутреннее отражение, модель световода.

    • Зрительные иллюзии.

    Лабораторные работы:

    • “Изучение рассеянного и зеркального отражений”.

    • “Определение оптической силы системы линз (собирающей и рассеивающей)”

    • “Определение спектральных границ чувствительности человеческого глаза”

    3.Элементы фотометрии – (12 часов). Фотометрические величины. Фотоаппарат. Фризлайт – искусство рисования светом, одно из направлений современной фотографии. Проектор. Спектроскоп.

    Лабораторная работа «Изучение моделей оптических приборов»

    Видеоуроки создания фотографий в технике Фризлайт.

    Экспериментальное задание: изготовление калейдоскопа, модели перископа, изготовление простейшего фотоснимка в технике Фризлайт.

    4. Обобщающее занятие – (4 часа). Демонстрация зачетной работы. Виртуальная экскурсия по музею оптики г. Санкт-Петербурга. Границы применимости геометрической оптики.

    Учебно-тематическое планирование

    34

    14

    20

    20

     

    Литература

    1. В.А. Алешкевич. Н.С. Пурышева. Программа элективного курса “Оптика” // Программы элективных курсов. Физика. 9-11 классы. Профильное обучение / сост. В.А. Коровин. – М.: Дрофа, 2009, 127 с.

    2. Астрономия/ Авт.-сост. М.Я. Цофин.- Мн.: Харвест. 1998 –(Библиотека школьника).- 704 с.

    3. Варламов С.Д., Зильберман А.Р., Зинковский В.И. Экспериментальные задачи на уроках физики и физических олимпиадах./ Варламов С.Д.- М.: МЦНМО, 2009. – 184 с.

    4. Горлова Л.А. Сборник комбинированных задач по физике: 10- 11 классы./ Горлова В.А. – М.: ВАКО2011. – 128 с.

    5. Гулиа Н.В. Удивительная физика./ Гулиа Н.В. (О чем умолчали учебники) – М.: ЭНАС, 2010 г. – 416 с.

    6. В. С. Данюшенков, О.В. Коршунова. Программа по физике для 10-11 классов общеобразовательных учреждений (Базовый и профильный уровни)// Программы общеобразовательных учреждений. Физика 10-11 классы/ Саенко П.Г., Данюшенков В.С., Коршунова О.В. – М.: Просвещение, 2010 г. – 160 с.

    7. ЕГЭ – 2015. Физика: тематические и типовые экзаменационные варианты: 32 варианта / под ред. М.Ю. Демидовой.- М.: Издательство “Национальное образование”, 2015 (ЕГЭ – 2015. ФИПИ – школе) 272 с.

    8. В.А. Касьянов. Физика 11 класс. Профильный уровень/ Касьянов В.А – М.: Дрофа, 8-е изд., дораб. – М.: 2011 г. – 448 с.

    9. Кессельман В.С. Удивительная история физики./ Кессельман В.С. (О чем умолчали учебники). – М.: Энас-книга, 2013 г. – 376 с.

    10. С.М. Козел, В.А. Орлов, А.Ф. Кавтрев, В.И. Зинковский, Н.Н. Гомулина “Открытая физика” Версия 2.6, часть II: Электродинамика, Электромагнитные колебания и волны, Оптика, Основы специальной теории относительности, Квантовая физика, Физика атома и атомного ядра. / под редакцией профессора МФТИ С.М. Козела.- Компьютерная программа.- ООО “Физикон”, 2009.- 2 эл. опт. диска (CD- ROM).

    13. Е.С. Объедков, О.А. Поваляев. Физическая микролаборатория/ Е.С. Объедков, О.А. Поваляев. – М.: Просвещение. 2010 г. – 121 с.

    14. Официальный сайт музея оптики г. Санкт-Петербурга. [Электронный ресурс] – Санкт-Петербург, 2009-2015. – Режим доступа: http://optimus.ifmo.ru/(дата обращения 03.03.2015)

    15. Пальченков Р., Долгополоа А. Freezelight [Электронный ресурс]: официальный сайт арт-проекта Freezelight.ru .- Москва 2008-2015 – Режим доступа: http://www.freezelight.ru (дата обращения 03.03.2015)

    16. Тарасов Л.В. Физика в природе: Книга для учащихся./ Тарасов Л.В. – М.: Просвещение,1988. – 352 с.

    17. Физика. 10 класс (углублённый уровень). Кабардин О.Ф., Орлов В.А., Эвенчик Э.Е. и др. (под ред. Пинского А.А., Кабардина О.Ф.) М.: Просвещение, 2011 – 433 с.

    18. К. Чайников. Музей оптики СПБУ ИТМО./ К. Чайников, видеоматериалы – Санкт-Петербург, 2009 г. – Режим доступа: http://www.youtube.com/watch?v=Q8m0vjba8qg (дата обращения 03.03.2015)

    19. Чертов А.Г., Воробьев А.А. «Задачник по физике», М., Физматлит , 2001. – 640 с.

    20. Экскурсия по прикладной голографии в музее Оптики. (Видеоматериалы). Режим доступа: http://www.youtube.com/watch?v=KUxYUjNArK0 (дата обращения 03.03.2015)

    Физика для чайников (Хольцнер, С.)

    Хольцнер, С.

    Это удобное руководство упростит освоение основ физики. Опытный преподаватель Стивен Хольцнер поможет вам легко и непринужденно пройти все темы начального курса физики (от механики до оптики) и попутно расскажет о некоторых наиболее удивительных физических явлениях: энергии, теплоте, электричестве и многом другом.

    Полная информация о книге

    • Вид товара:Книги
    • Рубрика:Физика
    • Целевое назначение:Учебники и учеб. пособ.д/ прочих видов обучения
    • ISBN:978-5-907114-78-4
    • Серия:Для “чайников”
    • Издательство: Диалектика
    • Год издания:2019
    • Количество страниц:336
    • Тираж:300
    • Формат:70х100/16
    • УДК:530.1
    • Штрихкод:9785907114784
    • Доп. сведения:пер. с англ.
    • Переплет:обл.
    • Сведения об ответственности:Стивен Хольцнер
    • Вес, г.:560
    • Код товара:6009320

    10 каналов о физике, на которые стоит подписаться

    «Афиша Daily» рекомендует лучшие видеоблоги на русском и английском языках, за которыми стоит следить, чтобы начать разбираться в физике.

    Физика от Побединского

    174 000 подписчиков

    Канал ведет молодой популяризатор науки, выпускник МФТИ Дмитрий Побединский. Он коротко и увлекательно рассказывает о физических явлениях и наглядно показывает, как знание физики может пригодиться в повседневной жизни. Например, объясняет феномен популярности спиннеров и рассказывает о физических лайфхаках — как налить колу без пены, где лучше всего установить колонки и как быстро сделать лед.

    Vsauce

    12 000 000 подписчиков

    Авторы Vsauce с точки зрения физики и других естественных наук отвечают на любопытные, забавные, а порой и парадоксальные вопросы. Что будет, если все жители Земли одновременно подпрыгнут? Каково разрешение человеческого глаза? Сколько весит тень? Отличный канал для повзрослевших почемучек, которые хотят больше узнать о нашем мире. Другие видео от создателей Vsauce можно посмотреть на каналах-последователях Vsauce2 и Vsauce3.

    minutephysics

    3 900 000 подписчиков

    Один из самых популярных каналов англоязычного YouTube о физике: minutephysics идеально подойдет тем, кто хочет быстро разобраться в азах этой науки. В коротких видео авторы при помощи рисунков объясняют сложные на первый взгляд темы — принцип параллельных вселенных, основы гравитации и природу темной материи. Более продвинутым пользователям могут понравиться забавные ролики про то, как путешествовать во времени или почему существование дождевых капель невозможно с точки зрения математики.

    Physics Girl

    692 000 подписчиков

    Молодой ученый из США Дайанна Коверн делится своими знаниями и любовью к физике. Сама Дайанна специализируется на астрофизике, поэтому многие видео посвящены именно этому разделу науки и связанным с ним темам. Среди прочего девушка рассказывает о том, как работает невесомость и в чем разница между солнечным и лунным затмением. Также Дайанна делает видео с простыми и забавными физическими экспериментами, которые зрители при желании могут повторить самостоятельно — скажем, создать ураган на поверхности мыльного пузыря.

    PBS Space Time

    942 000 подписчиков

    Если вы интересуетесь астрофизикой, глубже в тему можно погрузиться благодаря видео с канала PBS Space Time. Создатели разбирают фундаментальные вопросы — уровня «откуда взялись время и пространство», — рассказывают о квантовой теории поля и разъясняют идеи физика Ричарда Фейнмана. Содержание роликов рассчитано на более или менее подготовленного зрителя. Если вы совсем ничего не понимаете в физике, лучше сначала ознакомиться с основами.

    DoodleScience

    21 000 подписчиков

    На этом канале нет видео с забавными экспериментами и ответами на экстраординарные вопросы — зато есть короткие скетчи, которые помогут в кратчайшие сроки вспомнить школьный курс физики и заново усвоить основные формулы. Скетчи минималистичны и наглядны: ничего лишнего, только фундаментальные научные законы.

    GetAClass — Физика в опытах и экспериментах

    49 000 подписчиков

    Русскоязычный канал о физике, который лучше всего подойдет для быстрого изучения науки с нуля. В 4–5-минутных видео авторы емко и доступно объясняют, как работают те или иные физические явления. Есть удобное разделение роликов на тематические плейлисты в соответствии с разделами физики — от аэродинамики и звука до света и тепловых явлений. Новые видео появляются каждую неделю.

    CrashCourse — Physics

    6 200 000 подписчиков

    «Физическая» подборка видео от образовательного канала CrashCourse подойдет тем, кому недостаточно просто освежить в памяти школьную программу. Плейлист состоит из сорока шести 10-минутных видео, в которых последовательно раскрываются все ключевые физические законы и явления. CrashCourse проводит зрителя от движения по прямой линии до теории относительности и квантовой механики.

    Veritasium

    4 300 000 подписчиков

    Канал был создан в 2011 году популяризатором науки Дереком Мюллером и с тех пор неоднократно получал положительные отзывы от критиков, а видео Veritasium попадали на Scientific American и CBS News. Создатели Veritasium регулярно развеивают распространенные мифы о науке и проводят эксперименты, чтобы наглядно продемонстрировать те или иные физические эффекты. На Veritasium порой появляются и забавные околонаучные ролики вроде пародии на песню Jet «Are You Gonna Be My Girl?» о том, что такое электричество.

    brusspup

    2 500 000 подписчиков

    Автор канала ставит захватывающие физические эксперименты, записывает их на видео и делится с подписчиками. Практического применения большинство из его трюков не имеет, но фанатам оптических иллюзий канал наверняка понравится. Некоторые опыты автора несложно повторить в домашних условиях при помощи подручных средств. Пользы вы из этого, скорее всего, не извлечете, зато интересно проведете время.

    Скорость света, свет как электромагнитная волна, спектры, энергия волн, энергия волн. Тесты, курсы по физике

    Тестирование онлайн

    • Показатель преломления среды

    Представление о природе света

    В конце XVII века возникли две научные гипотезы о природе света – корпускулярная и волновая.

    Согласно корпускулярной теории, свет представляет собой поток мельчайших световых частиц (корпускул), которые летят с огромной скоростью. Ньютон считал, что движение световых корпускул подчиняется законам механики. Так, отражение света понималось аналогично отражению упругого шарика от плоскости. Преломление света объяснялось изменением скорости частиц при переходе из одной среды в другую.

    Волновая теория рассматривала свет как волновой процесс, подобный механическим волнам.

    Согласно современным представлениям, свет имеет двоякую природу, т.е. он одновременно характеризуется и корпускулярными, и волновыми свойствами. В таких явлениях, как интерференция и дифракция, на первый план выступают волновые свойства света, а в явлении фотоэффекта, – корпускулярные.

    Свет как электромагнитные волны

    Под светом в оптике понимают электромагнитные волны достаточно узкого диапазона. Нередко, под светом понимают не только видимый свет, но и примыкающие к нему широкие области спектра. Исторически появился термин «невидимый свет» — ультрафиолетовый свет, инфракрасный свет, радиоволны. Длины волн видимого света лежат в диапазоне от 380 до 760 нанометров.

    Одной из характеристик света является его цвет, который определяется частотой световой волны. Белый свет представляет собой смесь волн различных частот. Он может быть разложен на цветные волны, каждая из которых характеризуется определенной частотой. Такие волны называются монохроматическими.

    Скорость света

    Согласно самым новым измерениям скорость света в вакууме

    Измерения скорости света в различных прозрачных веществах показали, что она всегда меньше, чем в вакууме. Например, в воде скорость света уменьшается в 4/3 раза.

    Отношение скорости света в вакууме к скорости света в веществе называется абсолютным показателем преломления вещества.

    При переходе световой волны из вакуума в вещество частота остается постоянной (цвет не изменяется). Длина волны в среде с показателем преломления n изменяется:

    Голография – Студенты и физика

                                                                                                             Назад
    4.05.2016                                            Коломийчук Вероника Григорьевна                                                      Голография

        Оптика – раздел физики, в котором изучаются оптическое излучение (свет), его распространение и явления, наблюдаемые при взаимодействии света с веществом. Примерно до середины XX столетия казалось, что оптика как наука закончила развитие. Однако в последние десятилетия в этой области физики произошли революционные изменения, связанные как с открытием новых закономерностей (принципы квантового усиления, лазеры), так и с развитием идей, основанных на классических и хорошо проверенных представлениях. Здесь прежде всего имеется в виду голография, которая значительно расширяет область практического использования волновых явлений и дает толчок теоретическим исследованиям.
    Как средство отображения реальной действительности, голограмма обладает уникальным свойством: в отличие от фотографии, создающей плоское изображение, голографическое изображение может воспроизводить точную трехмерную копию оригинального объекта. Такое изображение со множеством ракурсов, изменяющихся с изменением точки наблюдения, обладает удивительной реалистичностью и зачастую неотличимо от реального объекта.
        Голография – метод получения объемного изображения объекта, путем регистрации и последующего восстановления волн. Волны могут быть любые – световые, рентгеновкие, акустические и т.п. Голограмма является записью интерференционной картины.

     

        Идеи и принципы голографии сформулировал в 1948 г. Денис Габор. Как это иногда бывает в науке, идея голографии родилась при разработке совсем другой проблемы – усовершенствования электронного микроскопа. В 1971 году «за изобретение и развитие голографического принципа» Д.Габор получил Нобелевскую премию в области физики.
        Сущность идеи состояла в фиксации полной информации о предмете, причем информации не только об амплитуде световой волны, но и о ее фазе. Это объясняет название голографии (от греч. holos –полный и grapho – пишу).
        До изобретения лазера голография практически не развивалась (первые попытки получения голограмм предпринимались Д. Габором и его сотрудниками с использованием ртутной лампы и были низкого качества), поскольку именно голографический метод записи информации использовал важнейшее свойство лазерного излучения – его когерентность.
        В 1962 году была создана классическая схема Эммета Лейта и Юриса Упатниекса из Мичиганского Технологического Института (голограммы Лейта-Упатниекса). Ученые записали первую объемную пропускающую голограмму, восстанавливаемую в лазерном свете. Схема записи голограмм, предложенная этими учеными, теперь используется в голографических лабораториях во всем в мире.
     

        В  этой  схеме  записи луч  лазера  делится  специальным  устройством,  делителем  (в простейшем случае в роли делителя может выступать любой кусок стекла), на два. После этого лучи с помощью линз расширяются и с помощью зеркал направляются на объект и регистрирующую среду  (например,  фотопластинку).  Обе  волны  (объектная  и  опорная) падают  на  пластинку  с  одной  стороны.  При  такой  схеме  записи  формируется пропускающая голограмма, требующая для своего восстановления источника света с той же длиной волны, на которой производилась запись, в идеале — лазера.
        Существуют различные способы получения голограмм. Один из самых интересных – способ, предложенный советским ученым Юрием Николаевичем Денисюком. В 1962 Денисюк изобрёл способ записи изображения в трехмерных средах, позволяющий сохранить информацию о фазе, амплитуде и спектральном составе волны, пришедшей от объекта. Такие  голограммы, названные отражательными, могут быть воспроизведены при освещении пучком обычного белого света.
     

        В этой схеме луч лазера расширяется линзой и направляется  зеркалом  на  фотопластинку. Часть луча, прошедшая  через нее, освещает объект. Отраженный от объекта свет формирует объектную волну. Как видно, объектная и опорная волны падают на пластинку с разных сторон. В этой  схеме  записывается  отражающая  голограмма,  которая  самостоятельно  вырезает  из сплошного  спектра  узкий  участок   и  отражает  только  его (выполняя  роль светофильтра).
        В 1969 году Стивен Бентон из Polaroid Recearch Laboratories (США) изготовил пропускающую голограмму, видимую в обычном белом свете. Голограммы, изобретенные Бентоном, были названы радужными, так как они переливаются всеми цветами радуги, из которых состоит белый свет.
    Голограмма Бентона –  голограмма сфокусированного  изображения,  допускающая  восстановление  объектной волны  источником  излучения  со  сплошным  спектром (лампа  накаливания, Солнце) за счет ограничения пространственного спектра объекта в одном (как правило,  вертикальном)  направлении. При  этом  цвет  изображения  зависит  от  положения  глаз  наблюдателя  и  не связан  с  цветом  объекта. 
        Открытие Бентона позволило начать массовое производство недорогих голограмм путем «штамповки» интерференционных картин на пластик. Голограммы именно такого типа применяются сегодня для защиты от подделок документов, банковских карточек. Благодаря Бентону голография обрела популярность в широких слоях общества.
        В 1977 году Ллойд Кросс получил мультиплексную голограмму, состоящую из множества обычных фотографий объекта, снятых с множества точек зрения, лежащих в горизонтальной плоскости. При перемещении такой голограммы в поле зрения можно увидеть все запечатленные кадры.

    Любой голографический метод состоит из двух этапов.

    1.  Вначале получают (записывают) голограмму – интерференционную картину, возникающую на фотопластинке при сложении двух когерентных пучков света. На фотопластинке образуется интерференционная картина, представляющая собой чередование светлых и темных пятен. Голографическое изображение не соответствует его внешнему виду.
    2. Для восстановления голограммы  ее освещают таким же когерентным излучением. Поскольку голограмма представляет сложную интерференционную картину, то на ее прозрачных и непрозрачных участках происходит дифракция когерентного излучения, и в результате получается изображение.

                                                                                 Основные свойства голограмм

        Эти свойства связаны именно с тем, что на голограммах фиксируются не только амплитуды, но и фазы волн. Практически на каждую точку поверхности пластинки падает излучение, отраженное от всех точек предмета. Это означает, что любая, даже маленькая часть содержит зрительную информацию о всем предмете.

    1. Изображение предмета можно получить на любой, даже небольшой части голограммы. Но качество изображения, полученного от кусочка голограммы, хуже изображения, полученного от всей голограммы. Голограмму можно разбить на несколько кусков, и каждый будет полностью воспроизводить первоначальное изображение. Отпечаток голограммы, где черные полосы стали прозрачными и наоборот, дает то же изображение, что исходная голограмма. (Ни фотография, ни голограмма «по Денисюку» таким свойством не обладает.)

    2. Голографическое изображение можно увеличить на стадии восстановления. Когда голограмму записывают параллельным световым пучком, а восстанавливают расходящимся, изображение увеличивается пропорционально углу расхождения. (Это свойство используется в рентгеновских голографических микроскопах).

    3. Если на одну пластинку записать несколько голограмм, используя разные, но не кратные, длины волн, все они могут быть считаны независимо при помощи лазеров с соответствующим излучением. Таким же образом можно записать и полноцветное изображение.

    4. Голограмму можно рассчитать и нарисовать при помощи компьютера и даже вручную. Можно создавать голограммы, на которых изображены предметы, не существующие в реальности. Достаточно компьютеру задать форму объекта и длину волны падающего на него света. По этим данным компьютер рисует картину интерференции отраженных лучей. Пропустив световой пучок сквозь искусственную голограмму, можно увидеть объемное изображение придуманного предмета.

        Следовательно, голография позволяет записывать, хранить, обрабатывать и быстро преобразовывать огромное количество данных. Эти особенности голографии используют для решения многих технических и научных проблем. 

                                                                                                         Применение

        Хотя мы считаем, что голография интересна больше возможностями для 3D-дисплеев, в целом у нее есть возможность применения во многих сферах. Вот несколько примеров:

    • Электронная съемка: наблюдая за фазовым смещением интерференции электронов, когда они проходят через тонкие пленки материалов, можно определять состав материалов.
    • Хранение данных: традиционные оптические диски хранят информацию на поверхности. С помощь голографии есть возможность записывать информацию в объемный материал под разными углами — следовательно, можно хранить больше информации, чем позволяют традиционные методики хранения данных.
    • Голографические оптические пинцеты: оптические пинцеты используют силу света, чтобы перемещать небольшие частицы (в основном в области биологии) и создавать оптические ловушки. Используя генерируемые на компьютерах голограммы, ученые могут манипулировать крупными массивами частиц на малых расстояниях.
    • Безопасность: голограммы уже используются на банкнотах и кредитных картах. Используются по большей части из-за того, что технологии для их создания довольно сложны.
    • Голография также используется на предприятиях для контроля качества в течение производства. Это так называемый голографический неразрушающий контроль. 
    • Голограммы используются в некоторых самолетах гражданской и военной авиации. Эти голограммы дают пилоту возможность оценки критической информации, когда он смотрит в окно кабины.
    • Художники используют голографию для артистического выражения. Многие художники чувствуют, что трехмерное пространство и чистый свет, которые предлагает голография, позволит им передавать образы, которые никогда не были столь возможны с традиционными средствами отображения.
    • Другое  применение  голограммы  – использование ее в качестве линзы. Фокусирующие  свойства  зонных решеток известны давно. Однако применение решеток ограничивалось  трудностями  их  изготовлении. 
    • Перспективный метод акустической голографии ― воздействие на воду звуком высокой частоты. При этом на поверхности воды возникает рябь, заменяющая собой интерференционную решетку оптической голограммы. Ее освещают лазером и получают изображение предмета, «освещаемого» звуковой волной.
    • В медицине давно используются аппараты УЗИ, позволяющие при помощи звука увидеть внутренние органы человека. Однако изображение, полученное таким образом, будет двумерным. А при использовании голограммы ― трехмерным. 
    • Возможные применения звуковой голографии: дефектоскопия, изучение рельефа морского дна, звуколокация, звуконавигация, поиск полезных ископаемых, исследование структуры земной коры и т.д.  Особое значение имеет ультразвуковая голография для медицинской диагностики.
    Хотя сейчас раскрыт не весь потенциал голографии, но огромные перспективы, скорее всего, со временем привлекут множество учёных и инвесторов к развитию этого интересного предмета

    Дюри-младший, Гален К .: 9781118017234: Amazon.com: Книги

    Научитесь:

    • Правильно использовать принципы и устройства оптики
    • Избегайте типичных ошибок при работе с типичными оптическими проблемами
    • Определите местоположение и характеристики изображений с помощью простых вычислений
    • Разберитесь с основными концепциями, лежащими в основе лазеров и лазерных приложений

    Световое исследование оптики и оптических технологий

    Примите участие в изучении света с помощью этого дружественного руководства по миру оптики.Узнайте, как основы оптических технологий помогают украсить вашу повседневную жизнь – от обычной настольной лампы до более сложных устройств, таких как мобильные телефоны, камеры, рентгеновские аппараты, трехмерные телевизоры и многое другое. Благодаря поучительным фактам, представленным в этой книге, вы никогда не почувствуете себя брошенным в темноте на курсе оптики.

    • Оптика с высоким содержанием оптоволокна – основные сведения об оптоволоконных кабелях для высокоскоростной связи на большие расстояния
    • Сделать мир таким, как вы хотите, – научитесь вычислять расположение изображения и определение характеристик изображения
    • Пролить свет на свет – узнать, как свет позволяет вам видеть, передавать данные, резать предметы и управлять электрическими цепями
    • Ловить волны – понимать свойство волн света и как волны используются, чтобы увидеть то, что вы не видите невооруженным глазом
    • Лазеры, указывающие туда-сюда – откройте для себя основную идею лазера и некоторые его применения в медицине и армии
    • Посмотрите далеко от Земли – взгляните на разные типы телескопов и на то, что с ними можно делать

    Откройте книгу и найдите:

    • The различия между лампами накаливания и люминесцентными лампами и диодами
    • Советы по пониманию того, что вы можете и не можете видеть при компьютерной томографии, ПЭТ, МРТ, ЯМР и рентгеновских снимках
    • Почему вы видите вещи в трехмерном пространстве
    • Принципы проверки зрения и назначения корректирующих очковых линз
    • Основные идеи, используемые при создании лазера
    • Поведение и свойства видимого, инфракрасного и ультрафиолетового света

    Научитесь:

    • Правильно использовать принципы и устройства оптики
    • Избегайте типичных ошибок при работе с типичными оптическими проблемами
    • Определите местоположение и характеристики изображений с помощью простых вычислений
    • Разберитесь с основными концепциями, лежащими в основе лазеров и лазерных приложений

    Световое исследование оптики и оптических технологий

    Примите участие в изучении света с помощью этого дружественного руководства по миру оптики.Узнайте, как основы оптических технологий помогают украсить вашу повседневную жизнь – от обычной настольной лампы до более сложных устройств, таких как мобильные телефоны, камеры, рентгеновские аппараты, трехмерные телевизоры и многое другое. Благодаря поучительным фактам, представленным в этой книге, вы никогда не почувствуете себя брошенным в темноте на курсе оптики.

    • Оптика с высоким содержанием оптоволокна – основные сведения об оптоволоконных кабелях для высокоскоростной связи на большие расстояния
    • Сделать мир таким, как вы хотите, – научитесь вычислять расположение изображения и определение характеристик изображения
    • Пролить свет на свет – узнать, как свет позволяет вам видеть, передавать данные, резать предметы и управлять электрическими цепями
    • Поймать волны – понять свойство волн света и как волны используются, чтобы увидеть то, что вы не видите невооруженным глазом
    • Лазеры, указывающие туда и сюда – откройте для себя основную идею лазера и некоторые его применения в медицине и армии
    • Посмотрите далеко от Земли – взгляните на разные типы телескопов и на то, что с ними можно делать

    Откройте книгу и найдите:

    • The различия между лампами накаливания и люминесцентными лампами и диодами
    • Советы по пониманию того, что вы можете и не можете видеть при компьютерной томографии, ПЭТ, МРТ, ЯМР и рентгеновских снимках
    • Почему вы видите вещи в трехмерном пространстве
    • Принципы проверки зрения и назначения корректирующих очковых линз
    • Основные идеи, используемые при создании лазера
    • Поведение и свойства видимого, инфракрасного и ультрафиолетового света

    Об авторе

    Гален Дюри мл.Доктор философии, , профессор физики и оптической инженерии в Технологическом институте Роуза-Халмана в Индиане, где он также является директором Центра прикладных оптических исследований. Дюри совместно основал лабораторию ультракоротких импульсных лазеров в RHIT и продолжает работать с военно-морским флотом.

    Основы оптики – Введение для начинающих

    * Рейнхард Дженни, Volpi AG
    * Перевод Скотт Киттельбергер, Volpi AG

    1.0 Исторический обзор
    Способность человека и различных групп животных визуально воспринимать свое окружение реализуется глазом и связанными нервными окончаниями в головном мозге. Для описания этой способности греки использовали слово «optikos», которое можно интерпретировать как способность видеть, зрение или зрительную способность.

    Истоки и историческое развитие наших нынешних знаний об оптике очень интересны. Археологические находки времен фараонов (2600–2400 гг. До н.э.) показали, что эта культура обладала выдающимися анатомическими знаниями.Известно, что при наблюдении за статуей кажется, что статуя всегда смотрит на вас, даже когда вы находитесь в движении. Точные исследования показали, что за этот эффект отвечает гениальная комбинация плоско-выпуклой линзы с правильно расположенным зрачком и вогнутой поверхностью с коротким фокусным расстоянием.

    Открытия, датированные XI и XII веками нашей эры на острове Готланд, Швеция (когда-то населенном викингами), позволили получить асферические линзы. Эти линзы можно сравнить с теми, что производятся сегодня современными методами и советами ученых.В разные периоды времени было известно, что оптимизированные поверхности линз обеспечивают лучшее качество изображения. Эти линзы, скорее всего, использовались для прижигания ран, разжигания огня или в качестве луп для ручных рабочих.

    Леонардо да Винчи (1452-1519) в одном из своих многочисленных открытий использовал линзу для проецирования света от источника света. Он описал оптику как «рай для математиков» и имел в виду принципиально новую перспективу в теме геометрической оптики.

    Научное развитие оптики, в частности геометрической оптики, возникло благодаря многим вкладам.Фундаментальная работа по дифракции Снеллиуса (1591-1626), в дополнение к прозрениям и уточнениям Декарта (1596-1650), привела к демонстрации радуги на основе фундаментальных законов преломления. Галилео Галилей (1564-1642) внес свой вклад в исследования в телескопы и наблюдения спутников Юпитера в 1610 году.

    Вскоре после этого Гюйгенс (1629-1695) достиг своего описания двойного лучепреломления в кальците (Traité de la Lumière, 1690) с помощью его предположения, что плоскость колебаний световой волны может быть выбрана относительно оптического ось кристалла кальцита.С тех пор он был признан основоположником волновой теории. Исаак Ньютон (1643-1727), помимо своих исследований гравитации, работал над происхождением белого света и цвета на стеклянных пластинах (Интерференция света). По образованию стеклодув и изготовитель биноклей, Фраунгофер (1787-1826) построил первую решетчатую конструкцию. Свет дифрагируется на свои спектральные составляющие. Он собрал первый спектроскоп и изучил спектр солнечного света (линии фраунгофера). Он известен как отец спектроскопии и астрофизики. Френель (1788-1827) развил теорию волн и разработал формализм отражения света, то есть зависимости пропускания от угла падения.

    Демонстрация компонентов магнитного поля света Фарадеем в 1845 году привела к тому, что Максвелл сформулировал общую последовательность распространения света как электромагнитных волн. Знаменитые «уравнения Максвелла» были описаны в его «Трактате» 1873 года. Макс Планк (1858-1947) в 1900 году представил свои результаты о квантовой природе света (свет можно разделить на небольшие количества энергии).В 1905 г. А. Эйнштейн расширил наше понимание света, включив в него квантовую и частичную природу света с концепцией фотонов.

    Дальнейшее рассмотрение этой новой квантовой теории привело к развитию квантовой механики с множеством новых реализаций и результатов в физической оптике (квантовой оптике). Вот несколько примеров:

    1887: Х. Герц (1857-1894) => Фотоэлектрический эффект
    1917: А. Эйнштейн => вынужденное излучение => требуется для лазеров
    1960: Т.Майман => Разработан первый лазер (Рубин)
    1949: Бардин => Первый транзистор
    1960: Светодиоды (на основе GaAs)
    1960: Развитие «нелинейной» оптики

    Эффекты в жидкостях, газах. и в основном твердые тела, где: частота света может быть удвоена, самофокусировка света, изменение волновых фронтов (фазовое сопряжение), изменение показателя преломления в зависимости от интенсивности света (фоторефрактивный эффект) и многие другие эффекты, которые были прямым результатом лазерных лучей высокой интенсивности.

    1970: Работа в области интегральной оптики, связанная с объединением и направлением света в микроскопических структурах (тонкие пленки, стеклянные волокна, точечные структуры в кристаллах и т. Д.). Они послужили основой для оптических переключателей для использования в компьютерах будущего.

    Эти обобщенные научные открытия описывают волновую оптику и геометрическую оптику (которая является частным случаем волновой оптики), с одной стороны. С другой стороны, новаторские результаты квантовой оптики сильно повлияли на научный мир.

    Для полноты картины следует упомянуть и другие области оптики, а именно область Гельмгольца (1821–1894), описанную как «физиологическая оптика». Здесь рассматриваются основные законы нашего разума и психики, которые не являются частью физической теории. Поскольку нас интересует геометрическая оптика, мы установили, что это всего лишь часть всей оптики. В основном мы будем иметь дело с пониманием работы оптических систем.

    2.0 Характеристики распространения света
    2.1 Волновая природа света
    Электромагнитные волны описываются компонентами электрического и магнитного поля. Они путешествуют в форме волны. С этими полями может быть связана длина волны. Относительно небольшая часть электромагнитного спектра физиологически определяется нашим глазом как цвет. Обычно мы описываем эту часть спектра как света. Спектр охватывает более короткие длины волн, такие как ультрафиолетовые, рентгеновские и гамма-лучи. Более длинные волны охватывают инфракрасный свет, а затем волны размером более 1 мм – микроволны (телекоммуникации, радио, телевидение и т. Д.).).

    Компоненты электрического и магнитного поля можно измерить физически. Высота (амплитуда) волны меняется со временем. Если бы мы наблюдали волнообразное распространение электрического поля E (x, t), мы бы обнаружили, что его математически можно описать как:

    null

    Выражение в скобках в правой части уравнения (1), которое будет называться аргументом , следует отметить . Первый член wt представляет собой временную составляющую, а второй, kx, пространственную составляющую распространения.

    В следующем примере показано влияние этих компонентов на распространение волн.

    На рисунке 1 показаны две независимые волны, распространяющиеся. При t = 0 одна волна имеет напряженность электрического поля E1 = 0, а другая, E2, имеет ненулевую амплитуду. В момент времени t = 0 аргумент синусоидальной функции в (1) становится kx. Следовательно, мы имеем E1 (x, 0) = 0. Это означает, что произведение kx должно равняться Npi (где N = 0, ± 1, ± 2, ….). E2 имеет отрицательную амплитуду при t = 0, что говорит о том, что kx не кратно пи.В этом случае мы называем волну E2 “сдвинутой по фазе” относительно E1.

    Условие этого сдвига положения между двумя волнами не изменится по мере распространения волн в пространстве до тех пор, пока волны не будут возмущены. Вклад kx описывает пространственную фазу волны в позиции x.

    2.2 Помехи
    Если две или более волны встречаются в точке x, вклад и положение компонентов поля, E1 и E2, могут быть наложены друг на друга.Суперпозиция (± Интерференция) не имеет места, если амплитуды поля ориентированы перпендикулярно друг другу.

    На рисунке 2 показано наложение двух синусоидальных волн. Соответствующие амплитуды и фазы отличаются друг от друга. Сравнивая амплитуду результирующего поля E с отдельными компонентами E1 и E2, мы наблюдаем на рисунке 2a увеличение амплитуды. Это конструктивная интерференция: разность фаз между E1 и E2 равна нулю или кратна 2p. (Dj = N · 2pi, N = 0, +1, +2 ,….) Деструктивные помехи показаны на рисунке 2b, где наблюдается уменьшение результирующей амплитуды поля. Разность фаз между двумя волнами составляет половину одной длины волны (Dj = (2N + 1) · pi). Если бы составляющие амплитуды имели бы одинаковую амплитуду и отличались бы по фазе на половину длины волны (Dj = (2N + 1) · pi), результирующая амплитуда была бы равна нулю.

    Наложение конструктивного характера приводит к увеличению интенсивности света (высокая интенсивность), тогда как деструктивная интерференция приводит к уменьшению интенсивности или даже к нулю интенсивности.Этот эффект можно увидеть в случае двух лучей, распространяющихся в разных направлениях, которые одновременно падают на экран с одной и той же координатой. Наблюдается периодическая картина светлых и темных полос (интерференция двух щелей). Этот узор будет появляться везде, где перекрываются два луча.

    Способность света вмешиваться, а также наблюдения фон Гюйгенса о том, что волновые фронты сами могут стать волновыми центрами распространения точечных источников, объясняют эффект дифракции.

    2.3 Дифракция
    Плоская волна, падающая на геометрическую структуру с отверстием (стенка с круглым отверстием = отверстие), будет излучать волны элементарных точечных источников из каждого отверстия. Спроецированный рисунок этих волн колеблется между светлыми и темными областями, которые не разделены резко. Этот колебательный переход является результатом интерференции этих элементарных волн. Разность фаз между соседними максимумами или минимумами всегда составляет 2 пикселя.

    Таким образом, дифракция означает, что волновые фронты, движущиеся по прямой линии, которые затем ограничиваются некоторым отверстием, отклоняются от прямого пути в светлые / темные узоры.Это, конечно, предполагает, что волны не испытывают других явлений, таких как отражение или преломление. На рисунке 3 можно увидеть отклонение дифрагированного света от исходного угла, падающего на стену. Разность оптического пути (N · лямбда) между лучами, исходящими от краев отверстия, и размер геометрического отверстия, D, будет определять угол дифракции N-го порядка.

    null

    Каждый N = ± 1, ± 2 определяет направление a или для малых углов Na максимума интенсивности.Картина интенсивности на краях из-за вкладов недифрагированных лучей приводит к снижению резкости перехода между светлым и темным. Мы называем это пониженным контрастом .

    Направление лучей и, следовательно, дифрагированных лучей Лучи всегда перпендикулярны их волновой поверхности.

    Геометрическая оптика не учитывает дифракцию в расчетах прогрессивных лучей. Предполагается, что = 0 является граничным условием волновой оптики. Все поперечные лучи в системе имеют дифракцию

    2.3 Refraction
    Помимо распространения в воздухе или в вакууме, существуют другие среды (жидкость, газ и твердое тело), ​​в которых может распространяться свет. Мы различаем оптически прозрачные (диэлектрические) и поглощающие среды. Из-за различных характеристик материала, таких как химический состав и соответствующие атомные характеристики, свет, распространяющийся через среду, будет взаимодействовать с электронами в самой внешней оболочке. Эффект состоит в том, чтобы перенаправить свет и изменить его скорость распространения.Этот и другие эффекты связаны с показателем преломления .

    При увеличении количества электронов, на которые воздействует электромагнитное поле, и увеличении частоты (уменьшении длины волны) показатель преломления материала обычно увеличивается. Показатель преломления зависит от длины волны или частоты (дисперсия). Если свет заданной длины волны падает на границу раздела двух сред под углом (предполагая разные показатели преломления), происходит изменение направления в соответствии с Законом преломления:

    null

    где n1, n2 – индексы преломление сред 1 и 2 соответственно, а a1 и a2 – угол падения и угол преломления соответственно.Свет, движущийся от оптически менее плотного материала к оптически более плотному, будет преломляться по направлению к нормали к поверхности (рис. 4). В противном случае свет будет преломляться в сторону от нормали.

    Как видно на рисунке 4, когда возникает рефракция, часть света также отражается. Отраженный луч существует в среде с тем же показателем преломления, что и падающий луч. Это описывается Законом Отражения.

    null

    Знак минус в уравнении (4) указывает на изменение направления отраженного луча.

    Как описано выше, преломление связано с различной скоростью света в различных средах. Закон преломления можно также сформулировать как:

    null

    Возьмем, к примеру, воздух как среду 1. Показатель преломления воздуха почти равен n1 = 1, а соответствующая скорость света приблизительно равна скорости вакуума. В соответствии с уравнением (5) скорость распространения света в среде 2 равна:

    null

    Уравнение (6) предполагает, что скорость света в оптической среде, более плотной, чем воздух, меньше, чем в воздухе.Только в вакууме или в среде менее плотной, чем воздух, скорость света выше, чем в воздухе.

    Как известно тригонометрически, функция синуса имеет максимальное значение 1. Закон преломления предполагает, что свет проходит от одной среды к другой. Отсюда следует, что углы преломления более 90 ° приводят не к преломлению, а к полному отражению в оптически более плотном материале.

    Предельный угол полного отражения от среды 1 в воздух в качестве среды 2 дает следующее выражение закона преломления:

    null

    Полное отражение является предпосылкой для направленных волн в оптических волокнах и световодах.Оптически более плотным материалом является сердцевина (обычно стекло, кварц или пластик), а оболочка – оптически менее плотный материал из стекла, кварца или пластика. Конкретный выбор материалов сердцевины и оболочки приведет к определенной числовой апертуре или углу приема для волокна

    3. Формирование оптического изображения и оптические системы
    Конечно, концепция оптических явлений впервые была реализована при наблюдении природа, то есть радуги, перенаправление световых лучей, цветовые эффекты света, проходящего сквозь кристаллы, и преломление на водных поверхностях.В попытке воспроизвести эти эффекты были предприняты попытки построить эксперименты, в которых можно было бы использовать эти эффекты. Также использовался научный подход, основанный на многочисленных наблюдениях. Сформулировать законы пытались с помощью схематических диаграмм и экспериментального изменения параметров. Более 1000 лет Закон преломления не был известен в его нынешней математической форме, несмотря на то, что есть явные свидетельства того, что люди знали, как работать с прозрачными кристаллами и улучшать зрение с увеличивающейся оптикой.Предшественником современной геометрической оптики был создатель телескопов 16-17 веков, прежде всего Галилео Галилей. Они искали однородные материалы без включений или пространственных изменений показателя преломления. Внимание было уделено методам работы, которые обеспечивали хорошее качество поверхности и полировку, чтобы не влиять на формирование изображения за счет эффектов рассеяния. (Примечательно, что Френель экспериментировал с различными природными кристаллами. В его честь был назван тип линзы – линза Френеля с множеством шлифованных призматических колец).

    3.1 Формирование оптического изображения
    Под формированием оптического изображения мы понимаем точечный источник света , который должен быть помещен в точку объекта . Эта точка распространяется посредством пучка расходящихся изображений (гомоцентрический пучок) через оптическую систему до соответствующей точки в плоскости изображения (точки изображения). В этой точке лучи точечного источника снова сходятся (рис. 6). Особенно хорошее изображение получается, когда все лучи в пределах области (т.е., лямбда / 4) конструктивно мешают. Если изображение находится за оптической системой, где излучаемые лучи объекта определяют направление, изображение называется реальным изображением. Если изображение находится перед оптической системой, оно называется виртуальным изображением.

    Виртуальное изображение не может быть получено никаким датчиком за оптической системой без дополнительных оптических элементов. Датчики могут получать только реальные изображения.

    На рисунке 6 построенный луч, создающий точку O ‘, очевидно, не существует на бесконечности.Однако хрусталик в нашем глазу может фокусировать расходящиеся лучи от виртуального изображения на сетчатке и имитировать существование виртуального изображения в точке O ‘.

    3.1 Оптические элементы
    В технической оптике формирование изображения достигается с помощью систем линз, интегрированных с оптическими элементами, которые изменяют свет, такими как призмы и зеркала. Линзы – это прозрачные элементы (для интересующих спектров), обычно изготовленные из стекла. Входная и выходная поверхности обычно имеют сферическую шлифовку и полировку.Мы различаем собирающих линз с положительной силой преломления , и рассеивающих линз с отрицательной силой преломления .

    Параллельные лучи, падающие на собирающую линзу, будут преломляться в фокусную точку , расположенную за линзой. Тот же эксперимент, проведенный с расходящейся линзой, будет рассеивать свет. Лучи не будут сходиться за линзой, но создадут проекцию точки виртуального изображения в пространстве объекта.

    Типы линз
    Следующие типы линз используются для обычных оптических систем.

    null

    Вращательно-симметричные линзы обычно используются в оптических системах, что означает, что преломляющие поверхности имеют сферическую или коническую форму, а полезный внешний диаметр является концентрически шлифованным. Некоторые неосимметричные линзы представляют собой, например, цилиндрические или торические линзы. Эти линзы имеют разное поперечное сечение по вертикали и горизонтали.

    В настоящее время все больше и больше компактных систем видеокамер используют осесимметричные системы линз с осевой симметрией.Могут быть уменьшены ошибки визуализации, которые возникают в основном из-за небольшой конической формы (сферических аберраций) сферических линз (рис. 9).

    null

    Рисунок 9. Разница между фокусирующей способностью сферических и асферических линз

    4.0 Основные концепции конструкции оптических систем
    4.1 Обозначения и условные обозначения
    Использование реальной системы формирования изображения с одной линзой (одноступенчатая система ) хотелось бы знать важные параметры, описывающие такую ​​систему.Объектив размещается на определенном расстоянии от объекта (Расстояние до объекта a). Направление распространения определяется для этой системы от объекта к линзе. Область перед линзой называется пространством объекта. Даже на реальном изображении пространство изображения находится за линзой. Расстояние между линзой и изображением называется расстоянием до изображения a ‘.

    Рисунок 10 имеет достаточно параметров для расчета наиболее важных размерных величин системы визуализации, таких как линейное увеличение , угол приема, поле зрения и (FOV). Условное обозначение отрицательного символа (-), такого как отрицательное расстояние до объекта (a

    Следующие выражения действительны в первом порядке для лучей, угол которых мал относительно оптической оси [a = sin (a)] .Они называются параксиальными лучами . Одним из наиболее важных уравнений, характеризующих оптическое изображение, является уравнение сопряженного расстояния. Для данной линзы с фокусным расстоянием f это выражение связывает объект и расстояние до изображения.

    null

    Это выражение на основе предположения, что толщина линзы t мала по сравнению с a и a ‘, так что линза считается тонкой.Следовательно, можно сделать вывод, что сумма a (обратите внимание на негатив) и a ‘дает расстояние между объектом и изображением, L (t = 0).

    null

    Линейное увеличение определяется соотношением расстояния изображение / объект

    null

    Отношение расстояния y b / y o (рис. 10) является фактическим линейным увеличением. Это может отклоняться от ожидаемого увеличения из-за таких эффектов, как искажение увеличения или отклонения от допущений о параксиальной проекции.Для малых углов поля зрения оба коэффициента должны быть идентичными. Фактическое изображение объекта через единственную собирающую линзу имеет отрицательное увеличение (м

    ) .При объединении уравнений (8), (9) и (10) к параксиальным системам применяются следующие полезные соотношения:

    null

    Параксиальные системы с тонкие линзы представляют собой упрощенную конфигурацию для грубого анализа оптических систем. Они представляют собой особый случай. Реалистичные системы используют толстые линзы и относительно большие углы восприятия [альфа ¬ sin (альфа)], так что параксиальное предположение необходимо расширить.

    Толстые линзы имеют две преломляющие поверхности, к которым могут применяться параметры тонких линз. Они обозначаются как основные плоскости (сторона объекта h, сторона изображения h ‘). Соответствующими точками пересечения с оптическими осями являются основных или узловых точек (H и H ‘). Уравнение 8 используется для замены расстояний между объектами и изображениями узловыми точками.

    Используя zz ‘= -f 2 (рис. 10), формулы визуализации могут быть выражены относительно точек фокусировки.Здесь z и z ‘- это расстояние до объекта и изображения от их соответствующих точек фокусировки.

    Как правило, основная плоскость объекта находится ближе к объекту, чем основная плоскость изображения, но это можно изменить с помощью толстых линз и уникальных конфигураций поверхности.

    Пересечение полированной поверхности линзы с оптическими осями называется вершиной объекта , S, , и вершиной изображения , S ‘. Соответствующие расстояния между вершиной и объектом или изображением называются задним фокусом , s и s ‘. Оптические системы обычно содержат собирающие и расходящиеся линзы из разных материалов. Такие системы известны как системы составных линз. Система составных линз также может создавать плоскость объекта и изображения. Пересечение самой внешней поверхности линзы с оптическими осями определяет вершину и связанный с ней задний фокус.

    Линзы в оптической системе могут иметь различную форму или изгибов с радиусами r 1 и r 2 . Обратите внимание, что для большинства составных систем (осесимметричных) центральная точка всех преломляющих поверхностей лежит на оптических осях.Если радиус находится слева от линзы (по направлению к объекту), он по соглашению отрицательный, а справа от линзы – положительный. За счет этого изгиба линзы можно повлиять на положение основной плоскости.

    Следующие выражения являются важными характеристиками линз в воздухе:

    null

    Линза Уравнение для толстых и тонких линз (d..толщина линзы; n … показатель преломления стекла)

    Примечание для бесконечно тонких линз ( d = 0), с фокусным расстоянием согласно (14), следует SH = S’H ‘= HH’ = 0 (16) – (21).Линза схлопывается в единую принципиальную плоскость.

    Основная плоскость стороны изображения H ‘может быть ближе к объекту, чем соответствующая основная плоскость стороны объекта H (HH’ (r 1 – r 2 ).

    Рисунок 14 . При выборе менисковой линзы (b), в отличие от симметричной линзы (a), задний фокус, связанный с объектом, может быть укорочен, таким образом поддерживая то же фокусное расстояние. (Примеры: конденсатор, линзы, телескопические системы и т. Д.)

    Для понимания оптических конфигураций и инструментов выбор места расположения основной плоскости является важной характеристикой.Например, можно концептуализировать линзы с большим фокусным расстоянием и короткими задними фокусами.

    Объединение нескольких систем с одиночными линзами в составную систему линз позволит объединить различные изгибы, очки, толщину отдельных линз и расстояния между линзами в единую систему. Такую систему описывают одна сторона объекта и основная плоскость стороны изображения.

    4.2 Апертуры системы линз
    Апертура системы линз a понимается как взаимосвязь между фокусным расстоянием системы и свободным диаметром системы.Это особенно верно для систем, у которых задний фокус объекта или изображения бесконечен. Обычно это верно для фотообъективов, когда объект находится на бесконечности, а задний фокус изображения очень короткий.

    Номер апертуры определяется по формуле:

    null

    Угол между крайним лучом и оптической осью зависит от апертуры линзы. Из уравнения (22) легко увидеть, что d = 2 f n sin (u) (n… показатель преломления).

    Согласно уравнению (22) системы с большой апертурой имеют малое число апертур.Номера диафрагмы большинства объективов имеют номер в соответствии с диапазоном диафрагмы. Этот диапазон определяется таким образом, что шаг в номере апертуры отражает изменение светового потока в 2 раза. Диапазон диафрагмы следующий:

    null

    Связь между относительным световым потоком и числом диафрагмы:

    null

    Специалисты в области оптики иногда ссылаются на числовую апертуру системы линз. Это определяется как:

    null

    где показатель преломления – это показатель среды, в которой появляется u.Из уравнения (22) легко увидеть взаимосвязь между числовой апертурой и номером апертуры.

    null

    Системы с бесконечно большими задними фокусами (или расстояниями до объекта) демонстрируют бесконечно малое увеличение (m = 0). См. Уравнение (10). Часто системы линз проецируют объект на датчик изображения в пространстве изображения, которое сделано из светочувствительного материала. Максимальный диапазон увеличения составляет от -10

    Если кто-то конкретно хочет знать эффективное число апертуры, Feff, системы формирования изображения (увеличение m), его можно получить из уравнений (8), (10) и (22):

    null

    F eff ..Эффективное число апертуры, F · … число апертуры m = 0, м … увеличение (м

    Уравнение (26) показывает, что для увеличения m

    4.3 Ирисы и зрачки
    Оптические системы часто проектируются с фиксированная или переменная диафрагма. Для систем с одной линзой диаметр линзы может действовать как диафрагма в основной плоскости. Ирисы, также называемые диафрагменными ограничителями, представляют собой точные механические апертуры, которые ограничивают световые лучи, проходящие через линзу. Это ограничение, очевидно, связано с к номеру диафрагмы.Свободный диаметр в уравнении (22) можно заменить диаметром отверстия. Диафрагма определяет количество светового потока, передаваемого оптической системой.

    На рисунке 16 схематично показаны лучи, прошедшие через оптическую систему с диафрагмой. Обычно средний луч пучка лучей (главный луч) пересекает оптическую ось в плоскости радужной оболочки. Соответствующий периферический луч ограничен радужной оболочкой.

    В зависимости от системы линз, положение диафрагмы может быть посередине системы или смещено вперед или назад от точного центра.В общем, смещая расположение радужной оболочки, можно повлиять на косые аберрации системы линз (такие как кома, астигматизм, искажение, боковой цвет) и минимизировать их.

    Стек линз в большинстве случаев создает виртуальное изображение радужной оболочки в плоскостях изображения перед и за диафрагмой. Изображение радужной оболочки выглядит как типичный ограничивающий диаметр луча при просмотре линзы. Эти изображения радужки также называются зрачками. Переднее и заднее изображения радужной оболочки называются входным зрачком (EP) и выходным зрачком (XP) соответственно.

    Рисунок 17 – схематическая диаграмма учеников. Пучки лучей, исходящие от объекта или в обратном направлении от изображения, ограничиваются их соответствующими зрачками, и определяется их направление распространения.

    4.4 Сбор энергии света оптическими системами
    Размер входного зрачка и, следовательно, размер апертуры являются определяющими для передаваемого светового потока. Величина определяется следующим выражением

    null

    B…. яркость (люмен / ср / см 2 )
    F …. освещенная площадь (см 2 ) Объекта
    u …. половина угла испускаемого луча (Рис.17)

    Уравнение (26) действительно только для изображения светоизлучающих точек, лежащих на оптической оси. Когда световой поток светоизлучающих точек, проходящий через оптику, не лежит на оптической оси, тогда оптическая ось меньше, чем в уравнении (26).

    Уравнение (26) сокращается на коэффициент cos 4 (альфа), тем самым формулируя cos 4 – Закон для точек вне оси

    null

    alpha… угол между основным лучом и оптической осью.

    4.5 Глубина резкости оптических систем
    Апертура оптической системы устанавливает область резкости изображения, заданную на различных расстояниях до объекта. Область резкости увеличивается с уменьшением числа диафрагмы. Для расстояния до объекта a, фокусного расстояния f и числа диафрагмы F пределы расстояния до объекта av и ah связаны соотношением

    null

    a … Расстояние до объекта для теоретически четкого изображения (рис.18)
    f … Фокусное расстояние объектива; F … номер диафрагмы; p … Диаметр круга нерезкости

    Здесь av и ah являются местоположениями самого короткого и самого большого расстояния, которые могут быть четко отображены с помощью:

    null

    Допустимый диаметр круга нерезкости p для точки изображения относится к размер изображения, составляющий примерно одну тысячную диагонали изображения.

    null

    Глубина резкости, a h – a v , вычисляется путем вычитания уравнения (28) из уравнения (29), а также с использованием уравнения (12).

    null

    Из уравнения (31) видно, что глубина резкости может быть увеличена путем выбора большего числа диафрагм (меньших апертур) и меньшего увеличения.

    4.6 Требования к интерфейсу числовой апертуры
    Если несколько оптических систем собираются последовательно, необходимо уделять внимание каждой отдельной апертуре каждой системы для оптимальной передачи энергии. В качестве основного теоретического требования две оптические системы должны иметь согласованные числовые апертуры в точке соединения.

    null

    Те же требования предъявляются к входу и выходу света из волоконно-оптических световодов.

    null

    Рис. 20. Оптические линзы для соединения со стекловолокном a) NA 1 2 и

    b) NA 1 > NA 2

    Перенос света по оптоволокнам может подвергнуться ряду факторов. Если световой пучок имеет меньшую апертуру, чем волокно (рис. 20а), необходимо поддерживать связанный световой поток по всей длине волокна.Светопропускание будет оставаться более постоянным для приложений, в которых волокно движется (изменяющийся радиус изгиба), чем при падающем пучке с большей апертурой, чем у волокна (рис. 20b). Поэтому для измерительных приложений желательна числовая апертура с недостаточным заполнением.

    4.7 Телецентрические линзы
    Другой важной проблемой конфигурации измерительных систем является расположение зрачка телецентрической оптики. В обычных проекционных линзах плоскость зрачка обычно находится внутри линзы.Входной зрачок телецентрической системы находится на бесконечном расстоянии перед первой плоскостью линзы и, следовательно, объектом.

    Вход и выход Зрачки полностью телецентрической линзы (или обеих сторон телецентрической линзы) находятся на бесконечном расстоянии от соответствующего объекта или местоположения изображения.

    null

    Рисунок 21. Диаграмма направленности обычного объектива a) и телецентрического объектива b)

    Благодаря отличному расположению диафрагмы, расстояние f1 от L1, соответствующее изображение апертуры (входной зрачок) является бесконечное расстояние от объекта.Таким образом, основные лучи параллельны оптической оси. Другими словами, главные лучи от всех точек объекта являются фактически параллельными лучами, и все они имеют одинаковые характеристики проекции.

    Часто лучи ориентированы так, что основные лучи параллельны оптической оси в пространстве изображения. Эта составная конфигурация линз демонстрирует необычную особенность – полное фокусное расстояние бесконечно. Для общего фокусного расстояния системы составных линз

    null

    e = расстояние между линзами; f1, f2 = фокусное расстояние линз L1 и L2; f = общее фокусное расстояние

    Для телецентрических объективов e = f1 + f2.Уравнение (33) дает: f = ∞.

    Эти характеристики различают телецентрические и обычные оптические системы

    null

    * Рейнхард Дженни
    M.S. Физика, Технический университет Граца (Австрия)
    Вице-президент по исследованиям и разработкам

    * Скотт Киттельбергер
    Магистр физики, Сиракузский университет (США)
    Volpi AG
    Wiesenstrasse 33
    CH 8952 Schlieren, Switzerland
    www.volpi.ch

    Volpi Manufacturing USA Co.Inc. R5 Commerce Way
    Auburn, NY 13210 USA
    www.volpiusa.com

    Световая наука для детей – Простое введение в оптику

    Световая наука для детей – Простое введение в оптику Рекламное объявление

    Криса Вудфорда. Последнее обновление: 26 августа 2020 г.

    Вы когда-нибудь боялись темноты? Неудивительно, что вы были такими или все еще живы сегодня, потому что люди – создания света, глубоко запрограммирован на протяжении миллионов лет истории, чтобы избежать темные опасности ночи.Свет для нас жизненно важен, но мы не всегда старайтесь понять это. Почему это делает некоторые кажется, что вещи отличаются по цвету от других? Путешествует ли он как частицы или как волны? Почему он движется так быстро? Возьмем Рассмотрим некоторые из этих вопросов поближе – давайте прольем свет на них!

    Фото: Обычный свет выглядит белым, но если направить его сквозь призма (клин) из стекла, видно, что она действительно сделана из целого спектра цветов.

    Что такое свет?

    Когда мы очень молоды, у нас есть очень простое представление о свете: мир либо светлый, либо темный, и мы можем переходить от одного к другому просто щелкнув выключателем на стене.Но вскоре мы узнаем, что свет более сложный, чем это.

    Свет приходит на нашу планету после быстрого полета от Солнца на расстоянии 149 миллионов км (93 миллиона миль). Свет путешествует в 186 000 миль (300 000 км) в секунду, так что свет, который вы видите сейчас Около восьми минут назад он все еще был скрыт от Солнца. Положи это по-другому, свету требуется примерно в два раза больше времени, чтобы добраться от Солнца до Земля, как она делает, чтобы приготовить чашку кофе!

    Свет – это разновидность энергии

    Но почему свет вообще совершает это путешествие? Как вы, наверное, знаете, Солнце – это ядерный огненный шар, извергающий энергию во всех направлениях.В свет, который мы видим, просто часть энергии Солнца. делает то, что наши глаза могут обнаружить. Когда свет проходит между двумя местами (от Солнца на Землю или от фонарика на тротуар в перед вами темной ночью) энергия совершает путешествие между этими двумя точки. Энергия распространяется в виде волн (подобно волнам на море, но примерно в 100 миллионов раз меньше) – вибрирующий образец электричества и магнетизма, который мы называем электромагнитным энергия. Если бы наши глаза могли видеть электричество и магнетизм, мы могли бы увидеть каждый луч света как волну электричества, колеблющуюся в одном направление и волна магнетизма, колеблющаяся под прямым углом к ​​нему.Эти две волны будут двигаться синхронно и со скоростью света.

    Изображение: Энергия света любит путешествовать вовне! Больше всего естественного света проникает в наш мир от Солнца, показанного здесь крупным планом. испускание вспышки излучения, называемой солнечной вспышкой. Фото любезно предоставлено Обсерваторией солнечной динамики НАСА (SDO).

    Свет – это частица или волна?

    Сотни лет ученые спорили о том, является ли свет действительно волна вообще. Еще в 17 веке блестящий английский ученый сэр Исаак Ньютон (1642–1727) – один из первых людей, изучавших Дело в деталях – мысленный свет был потоком «корпускул» или частиц.Но его великий соперник, не менее блестящий голландец по имени Христиан Гюйгенс (1629–1695) был совершенно непреклонен в том, что свет состоит из волн.

    Фото: Исаак Ньютон утверждал, что свет представляет собой поток частиц. Изображение Уильяма Томаса Фрая любезно предоставлено Библиотекой Конгресса США.

    Так началась полемика, которая продолжается до сих пор – и это легко чтобы понять почему. В некотором смысле свет ведет себя как волна: свет отражается от зеркала, например, точно так же, как волны падающие с моря “отражаются” от морских стен и снова уходят обратно.С другой стороны, свет ведет себя больше как поток частиц – как пули, быстро стреляющие из ружья. В течение 20 века физики пришли к выводу, что свет может быть и частица, и волна одновременно. (Эта идея звучит довольно простой, но известен под довольно сложным названием дуальности волна-частица.)

    Настоящий ответ на эту проблему – скорее вопрос философии и психология, чем физика. Наше понимание мира основано на как наши глаза и мозг интерпретируют это.Иногда нам кажется, что свет ведет себя как волна; иногда кажется, что свет – это поток частиц. У нас есть две точки зрения в уме, а света нет. вполне вписывается в любой из них. Это как стекло тапочки, которые не подходят ни одной из уродливых сестер (частица или волна). Иногда мы можем притвориться, что это почти подходит им обоим. Но в правда, свет – это просто то, что он есть – форма энергии, которая соответствовать нашей мысленной схеме того, как все должно быть. Однажды кто-нибудь будет придумать лучший способ описания и объяснения того, что делает идеальный смысл во всех ситуациях.

    Рекламные ссылки

    Как ведет себя свет

    Световые волны (предположим, что они действительно волны) ведут себя в четыре особенно интересных и полезных способа, которые мы описываем как отражение, преломление, дифракция и интерференция.

    Отражение

    Самое очевидное в свете – это то, что он отражается от вещи. Единственная причина, по которой мы можем видеть то, что нас окружает, – это свет, либо от Солнца, либо от чего-то вроде электрической лампы здесь, на Земля отражается от них в наших глазах.Отключите источник света или не дайте ему добраться до ваших глаз, и эти объекты исчезнут. Они не перестают существовать, но вы их больше не видите.

    Фото: Вот это я называю зеркалом! Фактически, это шесть сегментов огромного зеркала космического телескопа Джеймса Уэбба. Изображение предоставлено НАСА.

    Отражение может происходить двумя разными способами. Если у тебя есть гладкая, полированная поверхность, и вы светите узким лучом света на от него отражается узкий луч света.Это называется зеркальным отражением, и это то, что происходит, если вы светите фонарик или лазер в зеркало: вы получите четко очерченный луч света подпрыгивая к вам. Большинство объектов не гладкие и не очень полированные: они довольно грубые. Итак, когда вы проливаете на них свет, это разбросаны повсюду. Это называется диффузным отражением. и так мы видим большинство объектов вокруг нас, когда они рассеивают свет падает на них.

    Если вы видите свое лицо в чем-то, это в зеркальном отражении; если вы не видите своего лица, это диффузное отражение.Отполируйте чайную ложку и вы можете довольно ясно видеть свое лицо. Но если ложка грязная, все частицы грязи и пыли рассеивают свет во всех направлениях и твое лицо исчезает.

    Подробнее об этом читайте в нашей статье о том, как работают зеркала.>

    Преломление

    Световые волны движутся по прямым линиям через пустое пространство (вакуум), но с ними происходят более интересные вещи, когда они путешествуют другие материалы – особенно когда они переходят из одного материала в другой.В этом нет ничего необычного: мы сами делаем то же самое.

    Вы замечали, как ваше тело замедляется, когда вы пытаетесь ходить? через воду? Вы мчитесь по пляжу на максимальной скорости, но как только как только вы попадаете в море, вы сразу же замедляетесь. Как бы ты ни старался, нельзя бегать по воде так быстро, как по воздуху. Плотный жидкость сложнее оттолкнуть, поэтому она замедляет работу. Точно то же самое происходит со светом, если направить его на воду, стекло, пластик или другой более плотный материал: он тормозит довольно резко.Это имеет тенденцию вызывать световые волны изгиб – то, что мы обычно называем преломлением.

    Как работает рефракция


    Фото: Изгиб (преломление) лазерных лучей в кристалле. Фото Уоррена Гретца любезно предоставлено Министерством энергетики США / Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии (DOE / NREL).

    Вы, наверное, заметили, что вода может искажать свет. Вы можете это увидеть для себя, положив соломинку в стакан с водой. Обратите внимание, как солома изгибается в точке, где вода встречается с воздухом выше Это.Изгиб происходит не в самой воде, а на стыке воздух и вода. Вы можете увидеть то же самое в этом фотография лазерных лучей, сияющих между двумя кристаллами. По мере того, как балки пересекают стык, они довольно заметно прогибаются.

    Почему это происходит? Возможно, вы уже узнали, что скорость света всегда одно и то же, но это верно только тогда, когда свет движется в вакуум. Фактически, в некоторых материалах свет распространяется медленнее, чем в некоторых материалах. другие. В воде он движется медленнее, чем в воздухе.Или, говоря иначе Кстати, свет замедляется, когда он перемещается из воздуха в воду, и он ускоряется когда он переходит из воды в воздух. Вот что заставляет соломинку выглядеть согнутый. Давайте разберемся с этим немного подробнее.

    Представьте себе луч света, летящий по воздуху под углом к немного воды. А теперь представьте, что луч света на самом деле представляет собой линию людей. плывут строем, бок о бок, по воздуху. В пловцы с одной стороны собираются войти в воду быстрее, чем пловцы на другой стороне, и, когда они это сделают, они собираются замедлить вниз – потому что в воде люди движутся медленнее, чем в воздухе.Это означает вся линия начнет замедляться, начиная с пловцов на одной стороне и заканчивая пловцами на другая сторона некоторое время спустя. Это приведет к тому, что вся линия сгибаться под углом. Именно так ведет себя свет, попадая в него. вода – и почему вода делает соломинку изогнутой.

    Refraction невероятно полезен. Если вы носите очки, вы, вероятно, знайте, что линзы, которые они содержат, представляют собой кусочки стекла изогнутой формы или пластик, который отклоняет (преломляет) свет от предметов, на которые вы смотрите в.Изгибание света заставляет его казаться приближающимся или далеким (в зависимости от типа линз), который решает проблему. своим взглядом. Другими словами, очки улучшают зрение. замедляя падающий свет, так что он немного меняет направление. Бинокли, телескопы, фотоаппараты, очки ночного видения и многое другое. другие вещи с линзами работают точно так же (вместе мы назовем эти вещи оптическим оборудованием).

    Хотя свет обычно движется по прямым линиям, вы можете сделать это загибать углы, стреляя по тонким стеклянным или пластиковым трубам так называемые волоконно-оптические кабели.Отражение и преломление действуют внутри этих “световодов”, чтобы излучать лучи света. свет идет необычным путем, которым они обычно не идут.

    Дифракция

    Изображение: когда свет от лазера (1) проходит через узкую щель (2), волны распространяются (3) и образуют дифракционную картину из светлых и темных полос (4). Различное количество, форма и размер щелей создают более сложные дифракционные картины.

    Мы слышим звуки, огибающие дверные проемы, но не можем видеть вокруг углы – почему? Как свет, звук распространяется в виде волн (это разные волны, но идея энергии движение в волновой структуре в целом то же самое).Звуковые волны имеют тенденцию размером от нескольких сантиметров до нескольких метров, и они будут распространяются, когда они подходят к отверстию примерно одинакового размера как они есть – что-то вроде дверного проема. Если звук мчится по коридору в вашем общем направлении, и там открывается дверной проем в комнату, где вы сидите, звуковые волны распространятся в через дверной проем и пройдите к ушам. То же самое не бывает со светом. Но свет будет распространяться точно так же, если вы посветите им на крошечное отверстие, которое примерно такого же размера, как и его длина волны.Вы могли заметить этот эффект, который называется дифракцией. если зажмуриться и посмотреть в темноте на уличный фонарь. В виде ваши глаза закрываются, свет как бы разливается странными полосами, когда выдавливает через узкие промежутки между веками и ресницами. Плотнее закрываешь глаза, тем больше распространяется свет (пока не исчезнет когда вы полностью закрываете глаза).

    Помехи

    Если вы встанете над спокойным прудом (или ванной, полной воды) и окунетесь в пальцем (или позвольте одной капле стечь в воду поверхность с высоты), вы увидите рябь энергии, распространяющуюся наружу с точки удара.Если вы сделаете это в двух разных местах, две группы ряби будут двигаться навстречу друг другу, столкнуться вместе, и сформировать новый узор из волн, называемый интерференцией шаблон. Точно так же ведет себя свет. Если два источника света производят световые волны, которые перемещаются вместе и встречаются, волны будут мешают друг другу там, где они пересекаются. Кое-где гребни волн будет усиливаться и становиться больше, но в других местах гребень одной волны встретят впадину другой волны, и две будут отменяет.

    Фото: Интерференция тонких пленок заставляет цвета, которые вы видите, кружатся на поверхности мыльных пузырей.

    Помехи вызывают такие эффекты, как закрученный цветной спектр. узоры на поверхности мыльных пузырей и подобный эффект радуги вы можете видеть, держите ли вы компакт-диск на свет. Что происходит что две отраженные световые волны интерферируют. Одна световая волна отражается от внешний слой мыльной пленки, которая оборачивается вокруг воздушного пузыря, в то время как вторая световая волна проходит через мыло только для того, чтобы отразить от его внутреннего слоя.Две световые волны движутся немного по-разному. расстояния, поэтому они не в ногу. Когда они снова встречаются по дороге обратно из пузыря, они мешают. Это делает цвет свет меняется в зависимости от толщины мыльного пузыря. По мере того, как мыло постепенно разжижается, количество мешающих элементов меняется и цвет отраженного света тоже меняется. Подробнее об этом читайте в наша статья о тонкопленочной интерференции.

    Interference очень красочный, но имеет и практическое применение.Техника под названием интерферометрия может использовать мешающие лазерные лучи для невероятных измерений небольшие расстояния.

    Откуда исходит свет?

    Фото: Дуговая сварка излучает свет, когда металлы плавятся электрическим током. Атомы здесь очень возбуждены! Фотография Мартина Райта любезно предоставлена ​​ВМС США.

    Если вы читали нашу статью об энергии, вы будете знать, что энергия – это то, что не возникает из синий: он должен откуда-то исходить.Есть фиксированная сумма энергия во Вселенной, и ни один процесс никогда не создает или не уничтожает энергия – он просто превращает часть существующей энергии в один или несколько другие формы. Эта идея представляет собой основной закон физики, называемый сохранением энергии, и это относится как к свету, так и ко всему остальному. Так откуда же тогда свет? Как именно вы «зажигаете» свет?

    Оказывается, свет создается внутри атомов. когда они «возбуждаются». Это не возбуждает глупое хихиканье смысл этого слова, но в более специализированном научном смысле.Думать о электроны внутри атомов похожи на светлячков, сидящих на лестнице. Когда атом по той или иной причине поглощает энергию, электроны подняться на более высокий уровень энергии. Визуализируйте одного из светлячков переход на более высокую ступеньку лестницы. К сожалению, лестница не так стабильно, когда там болтается светлячок, поэтому Муху нужно очень мало уговоров, чтобы спрыгнуть туда, где она была перед. При этом он должен вернуть поглощенную энергию – и он делает это, сверкнув хвостом.

    Это примерно то, что происходит, когда атом поглощает энергию. An электрон внутри него перескакивает на более высокий энергетический уровень, но заставляет атом нестабильный. Когда электрон возвращается на исходный уровень, он отдает энергия как вспышка света называется фотоном.

    Как атомы создают свет

    Атомы – это крошечные частицы, из которых сделано все. Если упрощенно, то атом немного похож на нашу солнечную систему, которая в центре находится Солнце, а вокруг него вращаются планеты.

    Большая часть массы атома сосредоточена в ядре в центре (красный), состоящий из упакованных вместе протонов и нейтронов.

    Электроны (синие) располагаются вокруг ядра оболочками (иногда называемые орбиталями или энергетическими уровнями). Чем больше энергии у электрона, тем дальше он от ядра.

    Атомы создают свет в три этапа:

    1. Они начинают в своем стабильном «основном состоянии» с электронами на своих обычных местах.
    2. Когда они поглощают энергию, один или несколько электронов выталкиваются дальше от ядра на более высокие энергетические уровни.Мы говорим, что атом теперь “взволнован”.
    3. Однако возбужденный атом нестабилен и быстро пытается вернуться в свое стабильное, основное состояние. Таким образом, он выделяет лишнюю энергию. первоначально полученный как фотон энергии (волнистая линия): пакет света.

    Как на самом деле работает свет

    Как только вы поймете, как атомы поглощают и выделяют энергию, наука о свете приобретает смысл очень интересный новый способ. Подумайте, например, о зеркалах. Когда ты посмотрите в зеркало и увидите свое отражение в своем лице, что на самом деле происходит? Свет (может быть, из окна) падает вам в лицо и отражается в зеркало.Внутри зеркала атомы серебра (или другого очень отражающего металл) улавливают поступающую световую энергию и возбуждаются. Это делает их нестабильными, поэтому они выбрасывают новые фотоны света, которые вернитесь из зеркала к себе. По сути, зеркало Играйте в бросок и ловите с вами, используя фотоны света как шары!

    Та же идея может помочь нам объяснить такие вещи, как копировальные аппараты и солнечные панели (плоские листы химического элемента кремния, который превращает солнечный свет в электричество).Вы когда-нибудь задумывались, почему солнечные панели выглядят черными, даже когда они внутри? полный солнечный свет? Это потому, что они мало или совсем не отражают свет, который падает на них и вместо этого поглощает всю энергию. (Вещи черного цвета поглощают свет и отражают мало или совсем не отражают, в то время как белые вещи отражают практически весь свет, падающий на их и поглощают мало или совсем не поглощают. Вот почему лучше носить белое одежду в палящий жаркий день.) Куда уходит энергия в солнечном панель, если не отображается? Если вы направите солнечный свет на солнечные элементы в солнечной панели, атомы Кремний в клетках улавливает энергию солнечного света.Тогда вместо производя новые фотоны, они производят поток электричества вместо через так называемый фотоэлектрический (или фотоэлектрический) эффект. Другими словами, поступающая солнечная энергия (от Солнца) преобразуется в исходящую. электричество.

    Горячий свет и холодный свет

    Что в первую очередь заставит атом поглощать энергию? Ты можешь дайте ему немного энергии, нагревая его. Если вы вставите железный пруток в пылающий огонь, бар в конечном итоге нагрелся так сильно, что засветился докрасна.Что происходит, так это то, что вы подаете энергию на утюг атомы внутри бара и возбуждают их. Их электроны продвигается на более высокие энергетические уровни и делает атомы нестабильными. Когда электроны возвращаются на более низкие уровни, они отдают свою энергию как фотоны красного света – и поэтому кажется, что полоса светится красным. В огонь излучает свет по той же причине.

    Так же работают и электрические лампы старого образца. Они зажигают свет пропускает электричество через очень тонкую проволочную нить, чтобы невероятно жарко.Возбужденные атомы внутри горячей нити накала электрическая энергия, проходящая через них в свет, вы можете увидеть постоянно испускает фотоны. Когда мы зажигаем, нагревая вещи, это называется накаливанием. Поэтому лампы старого образца иногда называют лампами накаливания.

    Фото: Светящаяся палочка излучает «холодный свет» с помощью люминесценции. фото Деметриус Кеннон любезно предоставлен ВМС США.

    Вы можете возбуждать атомы и другими способами. Энергосберегающие лампы которые используют флуоресценцию, более энергоэффективны, потому что они заставляют атомы разбиваться и сталкиваться, создавая много света, не делая нагревать.По сути, они излучают холодный свет, а не горячий. производится из старых энергосберегающих ламп. Существа, подобные светлячкам, зарабатывают свой свет с помощью химического процесса. используя вещество под названием люциферин. Широкое название различных способов получения света путем возбуждения атомы внутри вещей – это люминесценция.

    (Попутно отметим, что свет имеет некоторые другие интересные эффекты, когда он участвует в химии. Так работают фотохромные линзы солнцезащитных очков.)

    Многоцветный свет

    Фото: радуга разделяет солнечный свет («белый» свет) на составляющие его цвета, потому что он гнет разные цвета (длины волн света) на разное количество.Более короткие волны изгибаются больше чем более длинные волны, поэтому синий свет изгибается больше, чем красный. Вот почему синий всегда внутри радуги и красного цвета снаружи.

    Цвет (в Великобритании пишется «цвет») – одна из самых странных черт света. Вот один очевидная загадка: если мы видим вещи, потому что солнечный свет отражается их, почему все не одного цвета? Почему не все цвет солнечного света? Вы, наверное, уже знаете ответ на этот вопрос. Солнечный свет – это не свет одного цвета – это то, что мы называем белым светом, состоящий из разных цветов, смешанных вместе.Мы знаем это потому что мы можем видеть радугу, эти красочные кривые, которые появляются в небе, когда капли воды разделяют солнечный свет на составляющие цвета путем преломления (изгиба) разных цветов света разные суммы.

    Почему помидор выглядит красным? Когда на помидор попадает солнечный свет, красная часть солнечного света снова отражается от кожуры помидора, в то время как все другие цвета света поглощаются (впитываются) помидор, чтобы вы их не видели. Это так же верно для синей книги, который отражает только синюю часть солнечного света, но поглощает свет другие цвета.

    Почему помидор кажется красным, а не синим или зеленым? Вспомни как атомы создают свет. Когда солнечный свет падает на помидор, входящий световая энергия возбуждает атомы в кожуре помидора. Электроны продвигаются на более высокие уровни энергии, чтобы захватить энергию, но вскоре снова упадет очередной раз. При этом они испускают фотоны нового света – и это просто соответствует тому свету, который наши глаза воспринимают как красный. Другими словами, помидоры подобны точным оптическим машинам, запрограммированным производить фотоны красного света, когда на них падает солнечный свет.

    Если бы вы осветили помидоры другими цветами, что бы произошло? Предположим, вы зажгли зеленый свет, пропуская солнечный свет через кусок зеленого пластика (то, что мы называем фильтром). если ты Если осветить это на красном помидоре, помидор покажется черным. Это потому что помидоры поглощают зеленый свет. Просто нет красного света для им задуматься.

    Фото: Помидор отражает красную часть солнечного света и поглощает все остальные цвета.

    Дело не в том, как это есть, а в том, как вы это видите

    Многое из того, что мы думаем о мире, оказывается правда только о нас самих.Мы думаем, что помидоры красные, но на самом деле мы только смотри на них такими. Если бы наши глаза были устроены иначе, мы могли бы увидеть световые фотоны, которые излучают помидоры, как свет совершенно другого цвет. И никто из нас не может быть уверен в том, что то, что мы видим “красный” – это то же самое, что и то, что другие считают красным: нет возможности докажи, что мой красный такой же, как твой. Некоторые из самых интересных аспекты того, что мы видим, сводятся к психологии восприятия (как наши глаза видят мир и как наш мозг понимает это), а не физика света.Дальтонизм и оптические иллюзии – это два примеры этого.

    Понимание света – блестящий пример того, что такое ученый. Наука не похож на другие предметы. Это не похоже на историю (собрание фактов о прошлых событиях) или законах (правильное и неправильное поведение людей). Это совершенно другой взгляд на мир и создание смысл этого. Когда вы понимаете науку о свете, вы чувствуете, что вывернули часть мира наизнанку – вы смотрите со стороны внутри, видя все по-новому и понимая впервые, почему все это имеет смысл.Наука может пролить совершенно другой свет на мир – она ​​может даже пролить свет на сам свет!

    Рекламные ссылки

    Узнать больше

    На сайте

    На других сайтах

    • Оптика для детей: простой и увлекательный вводный сайт от Оптического общества Америки.

    Книги

    Для младших читателей
    • Освещающий мир света с Максом Аксиомой, супер-ученым Эмили Сон и Ником Дерингтоном.Capstone, 2019. 32-страничный графический роман с привязкой к приложениям (в стиле комиксов), введение для детей 8–14 лет, направленное на привлечение сопротивляющихся читателей, которые могут не взять в руки обычную школьную книгу по естествознанию.
    • «Свет во вспышке» Джорджии Амсон-Брэдшоу. Франклин Уоттс, 2017. Факты, викторины и эксперименты делают это 32-страничное введение более легким для детей от 7 до 9 лет.
    • Путеводитель по свету и Оптика Коллин Кесслер. Mitchell Lane, 2012. Практическое руководство по свету для детей от 9 до 12 лет.
    • Научные тропы: свет Криса Вудфорда.Розен, 2013. Это одна из моих собственных книг, тоже для детей от 9 до 12 лет, и она кратко описывает историю наших усилий по пониманию света (ранее опубликовано как Routes of Science: Light , Blackbirch, 2004.)
    • Ужасная наука: Пугающий свет Ника Арнольда. Scholastic, 1999. 160-страничный текст для чтения для детей от 8 до 12 лет.
    • Свет Дэвида Берни. DK, 1998. Одна из широко известных книг DK очевидцев, объединяющая науку, технологии и историю в легко усваиваемом томе.Лучше всего для детей 9–12 лет (хотя интересно и для пожилых людей).
    Для читателей постарше
    Книги общего назначения
    Учебники
    • Оптика Евгения Хехта. Addison-Wesley, 2016. Классический учебник для студентов по свету и оптике – тот, который я сам использовал несколько лет назад.
    • Оптика К.К. Шарма. Academic Press, 2006. Альтернативный учебник для студентов, но с более подробной информацией об оптических приложениях.

    Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

    статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США.Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

    Авторские права на текст © Крис Вудфорд 2008, 2018. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.

    Подписывайтесь на нас

    Сохранить или поделиться этой страницей

    Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:

    Цитировать эту страницу

    Вудфорд, Крис.(2008/2018) Свет. Получено с https://www.explainthatstuff.com/light.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

    Больше на нашем сайте …

    Понимание квантовой оптики

    Квантовая оптика – это область квантовой физики, которая конкретно занимается взаимодействием фотонов с веществом. Изучение отдельных фотонов имеет решающее значение для понимания поведения электромагнитных волн в целом.

    Чтобы прояснить, что это означает, слово «квант» относится к наименьшему количеству любого физического объекта, которое может взаимодействовать с другим объектом.Таким образом, квантовая физика имеет дело с мельчайшими частицами; это невероятно крошечные субатомные частицы, которые ведут себя уникальным образом.

    Слово «оптика» в физике относится к изучению света. Фотоны – это мельчайшие частицы света (хотя важно знать, что фотоны могут вести себя как частицы, так и как волны).

    Развитие квантовой оптики и фотонной теории света

    Теория о том, что свет движется дискретными пучками (то есть фотонами), была представлена ​​в статье Макса Планка 1900 года об ультрафиолетовой катастрофе в излучении черного тела.В 1905 году Эйнштейн расширил эти принципы в своем объяснении фотоэлектрического эффекта, чтобы определить фотонную теорию света.

    Квантовая физика развивалась в первой половине двадцатого века в основном благодаря работе над нашим пониманием того, как фотоны и материя взаимодействуют и взаимосвязаны. Однако это рассматривалось как исследование вопроса, включающего не только свет.

    В 1953 г. был разработан мазер (излучавший когерентные микроволны), а в 1960 г. – лазер (излучавший когерентный свет).По мере того, как свойства света, используемые в этих устройствах, становились все более важными, квантовая оптика стала использоваться как термин для этой специализированной области исследований.

    Выводы

    Квантовая оптика (и квантовая физика в целом) рассматривает электромагнитное излучение как перемещающееся одновременно в форме волны и частицы. Это явление называется дуальностью волна-частица.

    Наиболее распространенное объяснение того, как это работает, состоит в том, что фотоны движутся в потоке частиц, но общее поведение этих частиц определяется квантовой волновой функцией , которая определяет вероятность нахождения частиц в заданном месте в заданном месте. время.

    Используя результаты квантовой электродинамики (КЭД), можно также интерпретировать квантовую оптику в форме рождения и уничтожения фотонов, описываемых операторами поля. Этот подход позволяет использовать определенные статистические подходы, которые полезны при анализе поведения света, хотя вопрос о том, отражает ли он то, что происходит физически, является предметом некоторых споров (хотя большинство людей рассматривают его как просто полезную математическую модель).

    Приложения

    Лазеры (и мазеры) – наиболее очевидное применение квантовой оптики.Свет, излучаемый этими устройствами, находится в когерентном состоянии, что означает, что свет очень похож на классическую синусоидальную волну. В этом когерентном состоянии квантово-механическая волновая функция (и, следовательно, квантово-механическая неопределенность) распределена равномерно. Поэтому свет, излучаемый лазером, очень упорядочен и, как правило, ограничен по существу одним и тем же энергетическим состоянием (и, следовательно, той же частотой и длиной волны).

    Световая и геометрическая оптика – Обзор MCAT

    Свет (электромагнитное излучение)

    • Концепция интерференции, эксперимент Юнга с двойной щелью
      • Ознакомьтесь с основными концепциями помех здесь
      • Для возникновения помех должны выполняться следующие условия:
        • мешающие источники света должны быть когерентными.Это означает, что они должны постоянно поддерживать одно и то же соотношение фаз. Свет, исходящий из двух щелей в эксперименте Юнга с двойной щелью, является когерентным, потому что один источник света проходит через обе щели.
        • источник света должен быть монохроматическим (одноцветным / с одной длиной волны).
        • dsinθ = mλ
        • яркие полосы возникают при m = 0, +/- 1, +/- 2 … и т. Д.
        • темные полосы появляются при m = +/- 0,5, +/- 1,5, +/- 2,5 … и т. Д.
    • Тонкие пленки, дифракционная решетка, дифракция на одну щель
      • Тонкие пленки создают помехи.
        • Свет, отражающийся от внешней и внутренней границ тонкой пленки, интерферирует друг с другом.
        • Масляная пленка на воде из-за этой интерференции имеет вид закрученной радуги.
      • Дифракционная решетка
        • Дифракция = свет распространяется после прохождения через щель, а не по прямой.
        • Дифракционная решетка = пластина с множеством близко расположенных щелей.
        • Уравнение для дифракционной решетки такое же, как в эксперименте с двумя щелями.
        • dsinθ = mλ
        • d – расстояние между щелями, все остальное как в эксперименте с двумя щелями.
        • яркие полосы возникают при m = 0, +/- 1, +/- 2 … и т. Д.
        • темные полосы появляются при m = +/- 0,5, +/- 1,5, +/- 2,5 … и т. Д.
      • Одинарная щель
        • Свет, проходящий через единственную щель, отбрасывает центральную яркую полосу, за которой следуют серии максимумов и минимумов с обеих сторон.
        • Уравнение дифракции на одной щели отличается от уравнения для двойной щели.
        • asinθ = mλ
        • a – ширина щели.
        • Максимумы возникают при m = 0 (большие центральные максимумы), +/- 1,5, +/- 2,5 и т. Д.
        • Минимум возникает при m = +/- 1, +/- 2, +/- 3 и т. Д.
    • Другие дифракционные явления, дифракция рентгеновских лучей
      • Свет, проходящий через отверстие для булавки, не будет отображаться на экране как отверстие для булавки. Вместо этого это будет дифракционная картина из круглых ярких и темных полос с центральной яркой полосой.
      • Свет, падающий за непрозрачную границу, не будет отбрасывать резкую тень границы на экране. Вместо этого над границей появляются полосы из ярких и темных полос.
      • Свет, падающий за пенни, не отбрасывает полностью черную тень. Вместо этого будет центральное светлое пятно, а также узоры из ярких и темных колец.
      • Дифракция рентгеновских лучей = дифракция рентгеновских лучей на кристалле. Образцы интерференции, возникающие в результате этого, используются для определения структуры молекул в кристалле.
    • Поляризация света
      • Неполяризованный свет = свет с электрическим полем, колеблющимся во многих плоскостях.
      • Поляризованный свет = свет с электрическим полем, колеблющимся только в одной плоскости.
      • Области применения поляризации:
        • Селективное поглощение: пропускают свет через поляризатор, который поглощает все, кроме света, с электрическим полем в одной плоскости.
        • Отражение: под определенным углом поляризации весь отраженный свет поляризован.
        • Двойное лучепреломление: материалы с двойным лучепреломлением имеют два показателя преломления, которые разделяют падающий свет на два луча, поляризованные перпендикулярно друг другу.
        • Рассеяние: молекулы воздуха рассеивают свет, который становится поляризованным.
        • Оптически активные молекулы вращают поляризованный свет по или против часовой стрелки.
    • Эффект Доплера (движущийся источник света или наблюдатель)
      • Красный сдвиг = частота уменьшается = возникает, когда источник и наблюдатель удаляются друг от друга.
      • Синий сдвиг = частота увеличивается = происходит, когда источник и наблюдатель движутся навстречу друг другу.
      • Наблюдается в астрономии, когда звезды кажутся краснее / голубее, чем они есть на самом деле, потому что они удаляются / движутся к нам.
      • Уравнение для эффекта Доплера для света такое же, как для эффекта Доплера для звука, за исключением того, что вместо скорости звука v вы теперь используете скорость света c. Для красного смещения используйте уравнение для источника, удаляющегося от наблюдателя. Для синего смещения используйте уравнение для источника, движущегося к наблюдателю.
    • Визуальный спектр, цвет
      • энергия
        • Синий = наибольшая энергия, наименьшая длина волны, наибольшая частота.
        • Красный = наименьшая энергия, наибольшая длина волны, наименьшая частота.
        • Энергия на фотон = hν, где h – постоянная планка, а ν – частота.
      • лазеры
        • Лазер = усиление света за счет вынужденного излучения.
        • Нормальное световое излучение = спонтанное излучение.
        • Лазерное излучение = вынужденное излучение.
        • Повторяющееся вынужденное излучение внутри лазерной среды (путем отражения света через нее вперед и назад) усиливает свет.

    Геометрическая оптика

    • Отражение от плоской поверхности (угол падения равен углу отражения)
      • зеркала полностью отражают свет.
      • переход от одной среды к другой приводит к частичному отражению света.
    • Преломление, показатель преломления n, закон Снеллиуса (n 1 sinθ 1 = n 2 sinθ 2 )
    • Дисперсия (изменение показателя преломления в зависимости от длины волны)
      • синий свет преломляет в призме больше, чем красный свет.
      • Белый свет проходит через призму и расщепляется на цвета радуги из-за рассеивания.
    • Условия полного внутреннего отражения
      • Переход от среды с высоким показателем преломления к среде с низким показателем преломления.
      • Угол падения> критического угла.
      • Найти критический угол по формуле: n 1 sinθ c = n 2 sin90 °
        • n 1 > n 2
        • θ c = критический угол
    • Зеркала сферические
      • Зависимость высоты изображения от расстояния до объекта:

        Примечание: эта кривая показывает только высоту изображения, но не его положение.

      • примечание: эта кривая показывает только высоту изображения, но не его положение.
      • Кривизна зеркала, радиус, фокусное расстояние
        • кривизна зеркала может быть вогнутой или выпуклой.
        • вогнутые зеркала могут фокусировать свет, поэтому он сходится.
        • Выпуклые зеркала не могут фокусировать свет, поэтому он расходится.
        • Фокусное расстояние составляет 1/2 радиуса кривизны.
        • сходящиеся зеркала имеют положительное фокусное расстояние, в то время как расходящиеся зеркала имеют отрицательное фокусное расстояние.
        • Это называется фокусным расстоянием, потому что лучи, параллельные главной оси зеркала, будут сходиться в фокусной точке (для расходящихся зеркал экстраполированные лучи будут проходить через фокусную точку).
      • использование формулы (1 / p) + (1 / q) = 1 / f с условными обозначениями
        • Для целей MCAT p всегда положительно, если MCAT явно не сообщает вам иное.
        • q положительно, если изображение настоящее. Для зеркал это когда изображение находится перед зеркалом. Для линз это когда изображение находится за линзой.
        • f положительный, когда зеркало / линза сходятся. Для зеркал это когда зеркало вогнутое. Для линз это когда линза выпуклая.
        • M = h ‘/ h = -q / p, где M – увеличение, h’ – высота изображения, h – высота объекта.
      • реальных и виртуальных изображений
        • реальных изображений всегда инвертируются и могут отображаться на экране.
        • виртуальные изображения всегда прямолинейны (не инвертированы) и не могут быть отображены на экране.
        • Для вогнутых зеркал реальные изображения (позитив q) формируются перед зеркалом, где свет отражается зеркалом и может отбрасываться на экран.Невозможно отбросить свет за зеркало, поэтому все, что находится за зеркалом, является виртуальным (отрицательное q).
        • Для выпуклых зеркал изображения всегда виртуальные (q отрицательное).
        • Примечание: расходящиеся зеркала и линзы (выпуклые зеркала и вогнутые линзы) никогда не могут формировать реальные изображения.
    • Тонкие линзы
      • Для линз не нужно все заново учить, потому что они почти такие же, как и зеркала:
      • Выпуклые линзы аналогичны вогнутым зеркалам (оба сходятся), за исключением следующего:
        • Реальные изображения находятся на противоположной стороне линзы от объекта.Потому что свет проходит через линзу и может фокусироваться на экране за линзой.
        • Виртуальные изображения находятся на той же стороне линзы, что и объект. Потому что свет не может фокусироваться перед линзой и попадать на экран.
      • Вогнутые линзы аналогичны выпуклым зеркалам (оба расходятся), за исключением следующего:
        • Виртуальные изображения, формируемые линзой, находятся на той же стороне линзы, что и объект. Потому что свет не может фокусироваться перед линзой и попадать на экран.
      • Кривая зависимости высоты изображения от расстояния до объекта точно такая же, как у зеркал (выпуклые линзы такие же, как вогнутые зеркала, вогнутые линзы такие же, как выпуклые зеркала). См. Выше.
      • собирающая и рассеивающая линзы, фокусное расстояние
        • Фокусное расстояние для собирающей линзы положительное.
        • Сходящая линза выпуклая.
        • Фокусное расстояние для расходящейся линзы отрицательное.
        • Рассеивающая линза вогнутая.
      • использование формулы (1 / p) + (1 / q) = 1 / f с условными обозначениями
        • То же самое, что и с зеркалами.
        • р всегда положительный.
        • q положительный, если действительный, и отрицательный, если виртуальный.
        • f положительный, если сходится, и отрицательный, если расходится.
      • реальных и виртуальных изображений
        • Реальные изображения инвертируются и могут отображаться на экране.
        • Виртуальные изображения вертикальные и не могут быть отображены на экране.
        • Для выпуклых линз реальные изображения (positve q) формируются за линзой, потому что свет проходит через линзу и фокусируется там.
        • Для вогнутых линз изображение всегда виртуальное (отрицательное q) и формируется перед линзой.
      • сила линзы, диоптрии
        • Сила линзы, или сила линзы, измеряется в диоптриях.
        • P = 1 / f
        • где P в диоптриях.
      • аберрация линзы
        • сферические аберрации: не весь свет фокусируется в фокусной точке.
        • Хроматическая аберрация: синий свет преломляется больше, чем красный, поэтому разные цвета фокусируются по-разному.
    • Комбинация линз
      • Реальное изображение, сформированное линзой, можно использовать как объект для другой линзы.
      • Увеличение с помощью нескольких линз – это произведение всех индивидуальных увеличений.
    • Трассировка лучей
      • Для зеркал:
        1. Сначала нарисуйте параллельную линию от объекта, поскольку он отражается от зеркала и пересекает точку фокусировки. Теперь, с какой фокусной точкой пересечься? Левая или правая? Используйте здравый смысл: для вогнутых зеркал он фокусирует луч в левую точку фокусировки.Для выпуклых зеркал, которые не могут сфокусироваться, они будут расходить луч, а это значит, что вам придется экстраполировать его на нужную точку фокусировки.
        2. Затем нарисуйте линию, пересекающую точку R на главной оси. Какой R? Влево или вправо? Стоит ли экстраполировать? Опять же, руководствуйтесь здравым смыслом: нарисованный луч должен возвращаться обратно по своему первоначальному пути и не отражаться где-либо еще. Посмотрев в зеркало, вы сможете понять это.
        3. Итак, у вас уже есть два луча, и этого достаточно, чтобы пересечь их.Используйте это пересечение как руководство для рисования последнего луча. Последний луч должен сначала пересечь точку фокусировки, а затем отразиться от зеркала параллельно главной оси. Какую точку пересечения пересечь? Стоит ли экстраполировать? Здесь есть только одна комбинация для луча, которая соответствует пересечению, уже сделанному двумя предыдущими лучами. Уловка для этого состоит в том, чтобы сначала провести параллельную линию и заставить ее пересекать пересечение, уже сделанное двумя предыдущими лучами.
      • Для линз (аналогично тому, как вы рисуете лучи для зеркал):
        1. Сначала нарисуйте параллель → луч фокусной точки.Должно быть понятно, в какую точку фокусировки луч должен попасть / экстраполировать, учитывая сходящуюся / расходящуюся природу линзы.
        2. Затем нарисуйте луч, пересекающий центр линзы.
        3. Наконец, используя пересечение двух предыдущих лучей в качестве ориентира, нарисуйте точку фокуса → параллельный луч. Опять же, сначала проведите параллельную линию и заставьте ее пересекать пересечение, уже сделанное двумя предыдущими лучами.
    • Оптические инструменты
      • Глаз = линза фокусирует реальное изображение на сетчатке.
      • Очки = рассеивающая (вогнутая) линза для близорукости, собирающаяся (выпуклая) для дальнозоркости.
      • Увеличительное стекло = виртуальное, прямое, увеличенное изображение, сформированное при p

    Основные сведения об объективах

    Основы объектива

    Дональд Э. Симанек
    Этот документ ранее несерьезно назывался Physics для Манекены . После вежливого, но угрожающего письма от IDG Books Worldwide, Inc., меня убедили изменить это.Этот издатель загнал в угол рынок книг для чайников и даже прописали “… для чайников” как товарный знак. Мне безмерно забавно, что они взяли манекенов (R) быть их «интеллектуальной собственностью». Подумайте о последствиях что!
    [Просмотрите этот документ, чтобы добавление дополнительных диаграмм и расширенное обсуждение. Июнь 1998г.]

    Поверхности линз обычно имеют сферическую или почти сферическую форму. Они могут быть вогнутыми, выпуклые или плоские (бесконечный радиус).Линза имеет две поверхности через какой свет проходит. Эти поверхности могут быть смешаны по типу: вогнутые, выпуклые, или плоский.

    Если обе поверхности выпуклые (изогнутые наружу от корпуса линза), линза в центре толще, чем по краям. А Линза с одной выпуклой поверхностью и одной вогнутой называется мениском . Линза с одной плоской поверхностью называется плосковогнутой или . плосковыпуклая , в зависимости от характера другой поверхности.

    Независимо от сочетания поверхностей, если линза толще в центре чем его края, он называется собирающей линзой (с положительным фокусным длина). Если в центре он тоньше, чем края, его называют расходящиеся (с отрицательным фокусным расстоянием). Иногда они просто названы «положительным» и «отрицательным».

    Лучи точечного источника расходятся от этой точки. Лучи из общей точки называются связкой .Когда такой пучок попадает в линзу, каждый луч преломляется при прохождении через поверхность. Преломление меняет направление луча. Из-за этого лучи пучка может выходить из линзы либо более расходящимся, либо менее расходящимся, в зависимости от типа линзы.

    Некоторые линзы меняют направление лучей достаточно, чтобы заставить лучи в пучке сходиться, то есть сближение к общей точке. Это самая известная ситуация.Если падающие лучи исходят от точечного источника света, расположенного в хотя бы одно фокусное расстояние от собирающей линзы, они появляются от этой линзы, сходящейся к точке не менее фокусного расстояния далеко от объектива.

    Мы называем точечный источник света реальным объектом , а точку схождение пучка лучей, выходящих из линзы, является реальное изображение этого объекта.

    Важный случай широкого применения – массив точечных источников. распределить по поверхности, обычно плоской.Примером является нарисованный рисунок, нарисованный на поверхности плоского матового стекла и подсвечивается сзади. Другой – фотографическая цветовая прозрачность. подсвечивается сзади, так что свет от него проходит через линзу в отображать сильно увеличенное изображение на плоском экране. В этих случаях мы говорим о плоскость объекта и плоскость изображения, а не точка объекта и изображение точка. Точки в плоскости изображения имеют соответствие 1: 1 с точки на плоскости объекта. Геометрические узоры в плоскости изображения похожи (в геометрическом смысле) на узоры точек в объекте плоскости, хотя изображение может быть перевернуто вверх / вниз или влево / вправо с помощью уважение к объекту.

    Всякий раз, когда выходящие лучи сходятся к точке, эта точка называется реальной точкой . изображение . Всякий раз, когда они выходят из общей точки, это точка называется виртуальным образом . Когда можно найти изображение Резко детализированный на экране, он называется реальный . Когда изображение можно увидеть, только если посмотреть с по линзой назад к источнику свет, это изображение называется виртуальный . Образ себя, который вы видите в зеркале виртуально.Изображение, которое вы видите, просматривая телескоп виртуальный. Изображение, которое объектив камеры оставляет на пленке, является реальным.

    Фокус линзы определяется путем пропускания пучка параллельных лучей войдите в него. Точка, в которой они сходятся после прохождения через Линза определяется как фокус этой линзы. Расстояние от фокальной точки до линзы определяется как фокусное расстояние линзы. Можно сделать параллельные лучи входить и с другой стороны линзы, чтобы мы могли найдите точку фокусировки по обе стороны от объектива.Каждая линза имеет две точки фокусировки и два фокусных расстояния. Если линза тонкая по сравнению с его фокусным расстоянием, два фокусных расстояния примерно равные по размеру. Это самый знакомый случай.

    Линзы обычно симметричны относительно оси, называемой осью линзы . Для однолинзовой системы эта ось также называется оптической осью . Обычно в системах с несколькими линзами все линзы соосны, все оси линз лежащая вдоль одной линии, называемой оптической осью системы.

    Говорят, что собирающая линза имеет положительное фокусное расстояние. Собирающая линза заставляет выходящие лучи выходить более сходящимися. чем они входили в объектив.

    Говорят, что расходящаяся линза имеет отрицательное фокусное расстояние. Из-за расходящейся линзы выходящие лучи становятся более расходящимися. чем они проникали в линзу.

    Собирающая линза может формировать реальное или виртуальное изображение реального объекта. Только когда объект находится на расстоянии от линзы больше, чем фокусное расстояние length будет сформировано реальное изображение.

    Расходящаяся линза всегда формирует виртуальные изображения реальных объектов. Только когда падающие лучи очень сходятся, входя в отрицательную линза (сходящаяся к точке где-то между линзой и точкой фокусировки на дальней стороне линзы), могут ли исходящие лучи сходиться, образуя реальное изображение.

    Нужно быть осторожным, чтобы различать схождение / расхождение лучей. от схождения / расхождения линзы. Набор лучей, связанных с объект или точка изображения считаются расходящимися, если они расходятся, и сходятся, если они “собираются вместе”.В любой коаксиальной оптической системе оптическая ось представляет собой допустимую траекторию луча. Луч по этой оси проходит через линзы без любое изменение направления из-за рефракции. На самом деле это хороший определение оптической оси.

    Луч, который удаляется от оптической оси, чем дальше он проходит. называется расходящимся луч. Тот, который приближается к оптической оси, чем дальше он идет, – это сходящийся луч. Один, параллельный оптической оси, имеет нулевое значение. конвергенция / расхождение.Итак, когда мы говорим о расхождении / конвергенции одного луча это относительно оптической оси.

    Линза, которая отклоняет траекторию луча так, что он больше отклоняется в сторону оптическая ось – собирающая линза. Такое действие делает сходящиеся лучи более яркими. сходящийся. Это делает расходящиеся лучи менее расходящимися. Может, если достаточно сильно даже сделать расходящиеся лучи не расходящимися (параллельными) или даже не сходящимися. так же расходящаяся линза может сделать расходящиеся лучи более расходящимися, а сходящиеся лучи не сходящиеся или даже расходящиеся.

    Линза с двумя выпуклыми поверхностями, толще в центре, чем в края, можно использовать как простую лупу, как ручную линзу (Шерлок Линза Холмса). При таком использовании вы смотрите сквозь него на виртуальный , увеличенное изображение. Однако объектив камеры образует реальное изображение на пленке, изображение обычно уменьшено в размере по сравнению с объектом. Способность линзы изменять сходимость света называется его мощность .Мощность выражается в диоптрии, рейтинг . Рейтинг диоптрий составляет D = 1 / f, где f – фокусное расстояние измеряется в метрах. Линза 5 диоптрий имеет фокусное расстояние. длина 20 см. Ваш глазной врач выписывает рецепт на очки в диоптриях. Допустим, он пишет 5,2 диоптрии. Затем магазин линз берет линза с полки уже заточена на заводе до 5 диоптрий, и немного шлифует одну поверхность, чтобы добавить 0,2 диоптрии. Принцип вот что тонкие линзы , или две поверхности тонких линз смыкаются вместе подчиняются закону о том, что его диоптрийный рейтинг приблизительно равен сумма двух оценок диоптрий: D = D 1 + D 2 .

    Во времена Галилея (начало 1600-х гг.) Очковые линзы были широко доступны в Европа, как правило, производилась в Голландии и продавалась уличные торговцы. Галилей слышал, что кто-то в Голландии использовал их вместе в трубка, чтобы удаленные объекты казались больше. Галилей использовал длинный фокусное расстояние собирающей линзы на одном конце трубки (объектив линзы) и рассеивающей линзы с коротким фокусным расстоянием на другом конце ( ближайшая к глазу линза или линзы).Если фокусное расстояние объектив F o , фокусное расстояние линзы -F e , расстояние между ними должно быть F o – F e , а силовой (угловой увеличение) составляет F o / F e . Это называется галилеевским телескопом или оперным стеклом.

    Три вида телескопов. (A) Кеплеровский (астрономический), (B) галилеев, (C) ньютоновский.Лучи показаны по оси, бесконечно удаленный источник. Изображение виртуальное и расположено на бесконечности. Этих нескольких лучей недостаточно, чтобы найдите промежуточное изображение и не показывайте его размер. Для этого необходимо также учитывать лучи из внеосевых точек.
    Телескоп Галилея имел мощность около 5 или 6, что сравнимо с портативный бинокль сегодня. Этой мощности вполне достаточно для некоторых увлекательные астрономические наблюдения: кратеры на Луне, четыре спутники Юпитера, кольца Сатурна, фазы Венеры, туманности и звездные скопления и слабые звезды в Млечном Пути.

    Обо всем этом Кеплер слышал (они с Галилеем переписывались) и сделал телескоп другой формы с двумя сходящимися линзами. В Большее фокусное расстояние было у объектива, фокусное расстояние F o , и более короткое фокусное расстояние положительной линзы фокусного расстояния F e был на другой конец трубки. Линзы были разделены расстоянием F o + F e , а угловое увеличение – F o / F e .Этот кеплеровский (или астрономический) телескоп перевернул изображение, но кого это волнует, если звезды или луна видна перевернутой? У него было более однородное поле освещенности, чем телескоп Галилея, и было более комфортно для использовать, потому что можно было смотреть в фиксированное место и видеть все поле зрения от края до края (действительно, нужно было глаз там). Он также мог быть сделан в более высоких мощностях, чем у Галилея, без серьезного ухудшения качества изображения.

    Оба телескопа страдали от сферической аберрации (что приводило к не полностью сфокусированные изображения) и хроматическая аберрация (вызывающая цветная бахрома). Кеплер (и Ньютон) считали, что эти дефекты никогда не может быть преодолено. (Они не ожидали ахроматического линзы, которые появились только в 19 веке.)

    Грегори предложил использовать зеркала для объективов телескопов. так как зеркала не имеют цветной окантовки. Ньютон взял идею и сделал Ньютоновская форма телескопа с использованием вогнутой посеребренной зеркало и положительный глазок.Он отдал один из них Королевскому Общество, и я думаю, оно все еще существует, демонстрируется.

    Телескоп Ньютона

    Однообъективный телескоп может отображать изображение на экране или фотопленка. Для этого требуется положительная линза с длинным фокусным расстоянием. для адекватного увеличения, скажем, 1/2 метра, 1 метр или много метров. Такое расположение часто используется для астрономической фотографии. Это может кажется парадоксальным тому, кто не знаком с оптикой, что в этом применение, более слабая линза с меньшим увеличением (большое фокусное расстояние) дает наибольшее увеличение.

    В последнее время мы слышали предположения, что древние культуры могли иметь были телескопы, потому что они делали маленькие стеклянные сферы (вроде прозрачных шариков). Проблема в том, что мы не знаем, для чего они их использовали, и они определенно не могли составить основу очень хорошего телескопа. Они могут использоваться для увеличения мелких объектов, но качество изображения оставляет желать лучшего. очень бедный.

    Фокусное расстояние идеальной стеклянной сферы очень короткое и составляет реальное изображение очень близко к сфере.Кроме того, аберрации изображения (геометрические искажения) суровы. Попробуйте со стаканом или пластиковая сфера, хрустальный шар или прозрачный мрамор (если вы можете найти один). Собственно проблема здесь в расстоянии разделения между двумя поверхностями.

    Однако если в сферической стеклянной линзе отшлифовать глубокую экваториальную канавку, блокировать лучи, вызывающие искажения изображения, из очень посредственной лупы она превратилась в отличную.Это нововведение приписывают Коддингтону, а лупа Коддингтона можно купить сегодня в небольших ручных лупах для исследования очень мелкие предметы. Нет никаких доказательств того, что кто-то делал это до 19 века, тем не мение.

    Студент может легко подтвердить многое из вышесказанного. Просто лупа – это положительная собирающая линза. Отрицательных линз нет так легко найти, но очки того, кто близорукие отрицательны.(Лучше всего, если у линз нет Однако коррекция астигматизма.) Чаша ложки – это сходящееся зеркало. (Лучше всего подойдут суповые ложки.) Задняя часть ложки – это расходящееся зеркало. Зеркала для бритья плоские с одной стороны и вогнутые. (сходится) с другой стороны. Посеребренная сфера садового орнамента имеет выпуклые зеркальные поверхности (расходящиеся).

    Так что получайте удовольствие от оптики, но никогда не смотрите прямо на солнце , через линзу или через телескоп.И никогда не предполагайте, что пару скрещенных поляризаторов можно использовать, чтобы затемнить солнце настолько, чтобы просмотр солнечных пятен или солнечного затмения. Скрещенные поляризаторы делать , а не вырезать вне инфракрасного и ультрафиолетового излучения, которые наносят наибольший вред вашему телу. сетчатка. Можно использовать телескоп, бинокль или просто простой объектив. безопасно нанести реальное изображение солнца на лист бумаги или другой плоская поверхность, как это делал Галилей. Даже тогда изображение солнца может быть достаточно ярким для просмотра, поэтому замаскируйте линзу на меньшую область, или используйте линзы малого диаметра.

    В дополнение к вышеизложенному я написал поучительная программа для демонстрации тонкая линза для трассировки лучей. Это бесплатно и может быть загружено.

    Ваши отзывы и предложения приветствуются по адресу адрес, показанный справа. Комментируя конкретный документ, просьба ссылаться на него. по названию или содержанию.

    Вернитесь на страницу Дональда Симанека.

    Понимание основ и выбор правильного варианта

    Что такое покрытия линз AR, почему красные точки не имеют параллакса и действительно ли прицел за 2000 долларов лучше, чем прицел за 200 долларов? Вот краткое изложение того, почему одни прицелы и зеркальная оптика работают лучше и стоят дороже, чем другие.

    Что нужно знать о прицелах и другой оптике?

    • Основная конструкция – это тубус основного корпуса, раструб объектива, окулярный раструб и линзы.
    • Прицельная сетка может располагаться вперед (первая фокальная плоскость) или назад (вторая фокальная плоскость).
    • Существует множество различных покрытий линз, которые выполняют разные функции.
    • Области с более высокой стоимостью обычно работают по уважительной причине.
    • Есть три разных типа точечных прицелов без увеличения; знать их различия.

    Первые примитивные оптические прицелы были сконструированы в середине 19 века и нашли свое применение в снайперских винтовках во время Гражданской войны в США, но только в середине 20 века оптика стала обычным явлением в гражданском охотничьем огнестрельном оружии.

    К 1970-м прицелам стало больше, чем прицелов на охотничьих ружьях, а к 1990-м годам большинство производителей винтовок выпустили лишь несколько моделей винтовок с металлическими прицелами – обычно это ружья с кисточкой или крупнокалиберные винтовки для опасной дичи.Сегодня редко можно увидеть новое болтовое ружье с утюгами, но я не могу назвать ни одной серийной винтовки, у которой нет ствольной коробки с просверленными отверстиями и нарезкой или механической обработкой со встроенными основаниями прицелов.

    Прицелы стали не только популярнее, но и лучше. Гораздо лучше. Технологии оптики развиваются бешеными темпами, и современные рефлекторные прицелы и оптические прицелы значительно улучшены по сравнению с моделями, выпущенными всего несколько десятилетий назад.

    Но что именно стало лучше с оптическими прицелами?

    Прицелы 101
    Чтобы понять, насколько улучшились прицелы, вы должны сначала понять, как они сконструированы.В прицелах используется основная трубка корпуса, которая неизменно изготавливается из анодированного авиационного алюминия, который легче, чем сталь, которая использовалась ранее. В носовой части прицела расположен колокол объектива, на корме – окулярный колокол, а внутри каждого колокола находится одноименная линза.

    Внутри основной трубки корпуса находятся дополнительные линзы и призмы, а также сетка, которую можно отрегулировать по горизонтальной плоскости (для удара дальше влево или вправо) и по высоте (регулировка удара вверх и вниз).Свет попадает в линзу объектива, проходит через основную трубку корпуса и сеть линз и призм, удерживаемых внутри, и достигает вашего глаза с изображением сетки, наложенной на точку прицеливания, чтобы дать вам некоторое представление о том, куда собирается ваша пуля. .

    Расположение прицельной сетки
    Прицельная сетка может располагаться на передней части монтажной трубки, также известной как передняя фокальная плоскость, или на задней / второй фокальной плоскости. До недавнего времени прицелы в задней фокальной плоскости были стандартом, но дальняя стрельба побудила все больше компаний добавить сетку в передней фокальной плоскости.

    В чем преимущество? В прицелах первой фокальной плоскости размер сетки изменяется с увеличением. Увеличьте до 10x, и размер сетки увеличится. При увеличении до 3х прицельная сетка уменьшается. Это дает два преимущества: во-первых, вы можете точно определить расстояние до объектов, используя известный стандарт при любом диапазоне и любом увеличении, и, во-вторых, настройки высоты и ветра остаются неизменными во всем диапазоне увеличения. Если вы перестали читать середину предложения в последней части, то, вероятно, вам нужна вторая фокальная плоскость.Если вы не планируете делать очень специализированную съемку на большие расстояния, второй прицел во второй фокальной плоскости отлично подойдет.

    В современных оптических прицелах используется несколько линз для обеспечения четкого изображения. Однодюймовые тубусы когда-то были стандартными, но 30- и 34-миллиметровые тубусы предлагают больший диапазон регулировки для более длинных снимков.

    Диаметр основной трубки
    Трубки прицела в этой стране традиционно составляли 1 дюйм, хотя европейские производители прицелов отдавали предпочтение более крупным 30-миллиметровым трубкам. Сейчас 30-миллиметровые прицелы популярны по эту сторону Атлантики, и они действительно предлагают больший диапазон регулировки для стрельбы на большие расстояния и, возможно, пропускают немного больше света.Говоря о светопропускании, важно ответить на несколько вопросов по теме и прояснить некоторые «темные» области.

    Светопропускание
    Для начала, 100-процентного светопропускания не существует, если только вы не воспользуетесь ледорубом, чтобы очистить внутренности вашего прицела. Свет, проходящий через различные линзы в вашем прицеле, поглощается или отражается и – по крайней мере, небольшая часть – теряется на каждой линзе. Отраженный свет не достигает глаза, отражаясь в основной трубе.В условиях низкой освещенности вы не сможете увидеть животное или цель, если ваш прицел отражает слишком много света.

    Помимо светопропускания, многие компании-производители прицелов используют линзы, которые регулируют свет (например, система Leupold Twilight Max Light Management System). Эта технология не только обеспечивает максимальное светопропускание, но и управляет светом, чтобы изображения были четкими и ясными.

    Покрытия линз
    Основной способ, которым производители прицелов достигают максимального светопропускания, – это использование покрытий линз, уменьшающих отражение.Эта технология улучшилась, стала более распространенной и более доступной – это означает, что доступные оптические прицелы теперь пропускают больше света, чем более дорогие модели несколько десятилетий назад, отчасти благодаря AR (антибликовым) покрытиям, которые пропускают больше света на стрелка.

    Покрытие линз помимо антибликового покрытия выполняет множество функций; они защищают линзы от истирания песком и осколками, а некоторые гидрофобные линзы заставляют капли воды рассыпаться, что не влияет на изображение, что является очевидным преимуществом в сырую погоду.Количество и качество покрытий линз влияют на общую производительность и цену прицела. Кроме того, большинство современных прицелов заполнены инертными газами, такими как азот, которые предотвращают попадание влаги в прицел и запотевание оптики. Тактические прицелы

    имеют турели, которые можно быстро отрегулировать по вертикальной и вертикальной сторонам. Leupold VX-5 имеет регулировку 0,1 мил и нулевую точку для быстрого и точного возврата к нулю.

    Регулируемость
    Регулировка монтажной трубы позволяет стрелку регулировать высоту и горизонтальную поверхность, и это осуществляется с помощью турелей на верхней и боковой стороне прицела.Турели действуют как винты и перемещают монтажную трубу вверх, вниз, влево и вправо. Каждый «щелчок» турели перемещает точку попадания примерно на четверть дюйма (1/4 МОА) для большинства оптических прицелов – по крайней мере, теоретически.
    По правде говоря, сложная внутренняя работа осциллографов и все «чудаки», необходимые для правильной настройки, не всегда дают желаемый конечный результат. У некоторых прицелов есть револьверные головки, которые перемещаются более чем на четверть дюйма за щелчок, некоторые – меньше. Правильная регулировка полезна при прицеливании в прицел, но она абсолютно необходима при регулировке подъемной турели для удара по объекту, находящемуся на расстоянии полумили или более.

    Почему одни прицелы стоят дороже других
    Если внутренние конструкции большинства прицелов похожи по общей конструкции, то почему одни прицелы стоят 150 долларов, а другие – 3000 долларов? Справедливый вопрос.

    Во-первых, более дорогие прицелы, как правило, имеют более прочное оборудование с более точной регулировкой и лучшим покрытием линз, хотя я был свидетелем выхода из строя дорогих прицелов, и я видел, как дешевые прицелы выдерживают ужасные злоупотребления и по-прежнему работают безупречно. Однако реальная разница заключается в качестве стекла.Лучшее стекло более прозрачное, более точное и обеспечивает лучший обзор в условиях низкой освещенности, потому что больше света проходит через стекло и достигает глаза.

    Я убедительно продемонстрировал это во время моей первой поездки в Африку десять лет назад. Ночью сковороды (пруды или озера) возле кемпингов в парке Этоша в Намибии освещаются прожекторами, чтобы посетители могли увидеть львов, гепардов, носорогов, слонов и других диких животных, которые приходят пить. Было незадолго до полуночи, и я наблюдал за парой шакалов, борющихся у кромки воды, когда подошла группа австрийских туристов и села в нескольких футах от нас.Всю неделю я смотрел игру в бинокль за 200 долларов, который я взял с собой, и один из австрийцев одолжил мне свои Swarovskis. Разница в изображениях была поразительной. Сваровски давали очень четкое, четкое изображение – настолько, что я помню, как видел отдельные волоски на одной из вздернутых прядей шакала.

    Не могли бы вы заплатить дополнительно 1000 долларов за такую ​​ясность? Выбор за вами. Но в дорогих оптических прицелах используется дорогое стекло, и эта дополнительная деталь может иметь значение.Это может помочь вам определить ошибочную ветвь, которая может отклонить вашу пулю или сделать снимок на всю жизнь на краю темноты – выстрел, который вы могли бы не получить с более дешевой оптикой с меньшим стеклом. Прицелы

    Reflex, такие как Trijicon RMR, популярны на огнестрельном оружии, потому что они легкие и долговечные, а также имеют яркую подсвечиваемую точку прицеливания для быстрого обнаружения цели.

    Точечные прицелы без увеличения
    Рост популярности современных спортивных винтовок, несомненно, привел к росту популярности неувеличительной оптики, поэтому давайте рассмотрим их эффективность и предназначение.
    Для начала нам понадобится система классификации для этой оптики, потому что традиционный термин «красная точка» может сбивать с толку (тем более, что теперь есть несколько цветов точек прицеливания, из которых можно выбирать).

    Самый распространенный тип «красной точки» – это рефлекторный прицел, который использует проецируемое изображение (обычно через светодиод) на кусок стекла в качестве точки прицеливания.

    Призматическая оптика предлагает аналогичную компоновку прицела, но немного другой дизайн; сетка выгравирована на самом стекле, а призма действует как линза в оптическом прицеле, переворачивая изображение так, чтобы оно казалось стрелку направленным вверх.

    Голографические прицелы используют изображение сетки, полученное внутри слоев стекла.

    Какой стиль вы выберете, во многом зависит от личного вкуса. Если вам нужен вариант увеличения, лучше всего подойдет голографический прицел, но в остальном все три прицела вам пригодятся. Они отлично подходят для защиты, но они также эффективны для охоты, особенно в условиях низкой освещенности. Неувеличенные красные точки позволяют легко держать оба глаза открытыми для повышения осведомленности, и они удивительно точны на расстоянии нескольких сотен ярдов.

    Кроме того, эти прицелы легкие и прочные, потому что для них не требуется количество линз, которое можно найти на традиционных оптических прицелах с увеличительным стеклом. А неувеличенные точки появляются в той же фокальной плоскости, что и цель, поэтому не стоит беспокоиться об ошибке параллакса. Для стрельбы с близкого расстояния, особенно по быстро движущимся целям, эти типы оптики идеальны. Они также хорошо подходят для большинства охотничьих ситуаций; Я использовал голографический прицел EOTech 512 на винтовке Моссберга для охоты на лося в Монтане, и это оказалось эффективным сочетанием, особенно в сочетании с лупой, что позволило повысить универсальность.

    Оставить комментарий