Optyka
ZWIERCIADŁA
Zwierciadłem nazywamy każdą wypolerowaną, gładką powierzchnię. Dzielimy je na płaskie i kuliste. Kuliste dzielimy na wypukłe i wklęsłe. W zwierciadłach kulistych obrazy są : zwiększone lub pomniejszone; proste lub odwrócone; rzeczywiste lub pozorne. W przypadku zwierciadeł kulistych możemy określić promień krzywizny jak również ogniskową, która jest równa połowie promienia krzywizny. Ognisko jest to punkt, w którym skupiają się promienie odbite od zwierciadła. Przy pomocy zwierciadeł wypukłych otrzymujemy zawsze obrazy proste, pozorne i zmniejszone.
SOCZEWKI
Soczewki są to ciała przezroczyste ograniczone dwoma płaszczyznami z których co najmniej jedna nie jest płaska. Wyróżniamy soczewki wypukłe i wklęsłe.
Do soczewek wypukłych zaliczamy : dwuwypukłą, płąskowypukłą, wklęsłowypukłą. Soczewki wypukłe są soczewkami skupiającymi lub zbierającymi.
Rodzaje soczewek wklęsłych : dwuwklęsła, płaskowklęsła, wypukłowklęsła. Soczewki wklęsłe są soczewkami rozpraszającymi.
ZDOLNOŚĆ SKUPIAJĄCA
Zdolnością skupiającą soczewki nazywamy odwrotność ogniskowej. Jednostką jest 1 dioptria. Zdolność zbierająca soczewki wynosi 1 D jeśli jej ogniskowa jest równa 1 m. Dla soczewek skupiających wielkość ta jest dodatnia, dla rozpraszających – ujemna. Jeżeli przez soczewkę przechodzi wiązka monochromatyczna po przejściu promienie nie przecinają się w jednym punkcie i ta wada nazywa się abberacją sferyczną. Jeżeli obrazy przedmiotów mają barwne obwódki mamy wtedy do czynienia z abberacją chromatyczną. Wady soczewek można usuwać stosując układy soczewek. Wartość ogniskowej soczewki można obliczyć na podstawie zależności :
F – ogniskowa
N21 – współczynnik załamania materiału z którego
wykonano soczewkę względem ośrodka otaczającego
r1, r2 – promienie krzywizny.
Jeżeli powierzchnia kulista ograniczająca soczewkę i jej środek krzywizny leżą po przeciwnych stronach soczewki wówczas promień krzywizny traktujemy jako dodatni. Gdy leżą one po tej samej stronie soczewki to promieniowi przypisujemy znak minus.
PRZYRZĄDY OPTYCZNE
Są stosowane w celu
- wytwarzania obrazów (aparat fotograficzny, projektor)
- powiększenia kąta widzenia (lupa, mikroskop, luneta)
OKO
Gałka oczna składa się z :
a) białkówka ( twardówka ) do niej przyczepione są mięśnie poruszające gałką oczną
b) przednia część twardówki stanowi przeźroczysta rogówka wrażliwa na ból, przepuszczająca promienie świetlne, jest stale zwilżana przez łzy
c) naczyniówka ku przodowi przechodzi w tęczówkę, która pełni funkcję przesłony reguluje średnicę otworu – źrenicy na granicy między twardówką, a rogówką – naczyniówka tworzy ciałko rzęskowe do tego ciałka przymocowana jest soczewka, zaś mięsień rzęskowy odgrywa ważną rolę w akomodacji oka
d) tęczówka – ma kształt pierścienia w samym jej środku znajduje się źrenica która reguluje ilość światła dostającego się do oka
e) siatkówka to błona wewnętrzna gałki ocznej, , zawiera ona komórki światłoczułe tzw. fotoreceptory,
f) ciało szkliste wypełnia wewnętrzną przestrzeń, zawiera 98 % wody,
Oko zaopatrzone jest w soczewkę zbierającą tzw. soczewkę krystaliczną. Proces dostosowania oka do danej odległości nazywa się akomodacją oka. Oko może widzieć w odległości od ok. 8-10 cm do nieskończoności. Odłegłość dobrego widzenia wynosi ok. 25 cm. W przypadku oka możemy mieć do czynienia z wadami wzroku. W oku krótkowzrocznym gałka oczna jest za długa, zaś w oku dalekowzrocznym gałka ta jest za krótka.
RZUTNIK
Rzutnik składa się z obiektywu, który jest układem soczewek i działa jak soczewka zbierająca. Przedmiot umieszczony jest w odległości zawartej między ogniskową a podwójną ogniskową tej soczewki. Obraz jest rzeczywisty, powiększony, odwrócony.
APARAT FOTOGRAFICZNY
Składa się z układu soczewek zwanych obiektywem. Obraz jest rzeczywisty, pomniejszony.
LUPA
Jest soczewką zbierającą. Przedmiot umieszcza się w odległości mniejszej niż ogniskowa. Opraz jest pozorny, prosty i powiększony.
Powiększenie w lupie
Oko nie akomodowane p = w/f
Oko akomodowane p=w/f + 1
MIKROSKOP
Składa się z dwóch układów soczewek zwanych obiektywem i okularem. Przedmiot znajduje się w odległości zawartej między ogniskową i podwójną ogniskową. W mikroskopie otrzymujemy obraz powiększony, pozorny i odwrócony.
Powiększenie w mikroskopie
L – odległość między ogniskową obiektywu i okularu
W – odległość dobrego widzenia
F1 – ogniskowa obiektywu
F2 – ogniskowa okularu.
P =(L*W)/(F1*F2)
LUNETA
W lunecie otrzymujemy obraz odwrócony, pozorny, powiększony. W lunecie ziemskiej wyposażonej w dodatkową soczewkę otrzymujemy obraz prosty
PRZEJŚCIE ŚWIATŁA PRZEZ PRYZMAT
Kąt odchylenia
E=af1+af2 – fi
E=(n12 – 1)*fi
W pryzmacie można otrzymać zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia.
Odchylenie promienia świetlnego wywołanego przez pryzmat zależy od kąta padania fali świetlnej na pryzmat, współczynnika załamania światła w pryzmacie oraz od kąta łamiącego pryzmatu.
Światło białe po przejściu przez pryzmat ulega również zjawisku rozszczepienia.
Przejście światła monochromatycznego przez płytkę równoległościenną. Światło po przejściu przez taką płytkę jest równoległe do pierwotnego kierunku.
POLARYZACJA ŚWIATŁA
Światło naturalne nie jest polaryzowane. W promieniu takiego światła zachodzą drgania we wszystkich płaszczyznach prostopadłych do tego kierunku. Fale nazywamy spolaryzowaną liniowo gdy drganie odbywa się tylko w jednym kierunku prostopadłym do kierunku rozchodzenia się fali. Spolaryzować można tylko fale poprzeczną.
Przy przechodzeniu światła przez powierzchnię graniczną między dwoma ośrodkami część ulega odbiciu. Światło odbite jest spolaryzowane jeżeli wiązka pada na powierzchnię graniczną pod określonym kątem.
Polaryzacja przy podwójnym załamaniu. Załamaniem podwójnym nazywamy zjawisko polegające na tym że przy wchodzeniu światła do różnych ośrodków promień padający dzieli się na dwa promienie : zwyczajny i nadzwyczajny. Promienie te biegną w różnych kierunkach i są spolaryzowane w płaszczyznach wzajemnie prostopadłych.
PRAWO BREWSTERA
Jeżeli niespolaryzowany promień światła pada na powierzchnię przeźroczystego dielaktryka pod takim kątem alfa (nazywa się go kątem Brewstera) że promień odbity i promień załamany tworzą kąt prosty, to promień odbity jest całkowicie spolaryzowany liniowo. Promień załamany jest spolaryzowany częściowo. Drgania elektryczne w promieniu odbitym zachodzą prostopadle do płaszczyzny, w której leżą wszystkie trzy promienie.
FOTOMETRIA WIZUALNA
Światłość (natężenie źródła światła) – Kandela (1cd) jest światłością z jaką świeci w kierunku normalnym powierzchnia 1/600 000 m2 ciała czarnego jeżeli temperatura równa jest temparaturze krzepnięcia platyny przy ciśnieniu normalnym 1013 hPa.
Strumieniem świetlnym nazywamy iloczyn natężenia światła i kąta bryłowego w głąb którego wysyłane jest światło.
F = J*w 1 lumen=1kandela*1steradian
F=SJdw
F=4pi*J (przy pełnym kącie bryłowym)
F - strumień – jednostka 1 lumen
J – natężenie światła
W – kąt bryłowy
Kątem bryłowym nazywamy stosunek pola wycinka kuli do kwadratu jej promienia. Jednostką jest steradian.
W=S/r2
Natężenie oświetlenia E=F/S – jednostka 1 luks
Pomiar natężenia światła ( do pomiaru służy fotometr – jego zasada działania opiera się na metodzie porównawczej)
E=J/r2
J1/r12 = J2/r22