Optika - zobrazenie, šošovky a zrkadlá, prístroje

optické zobrazenie ** **

je zobrazenie predmetov vytváraním obrazov na základe zákonov optiky. Pomocou optickej sústavy získavame obrazy tým, že ku každému predmetu priradíme obraz vďaka zobrazovacej sústave, ktorá je riadená buď zákonom odrazu, alebo zákonom lomu.

Zobrazovacie optická sústava - súhrn rozhranie, na ktorých sa mení odrazom alebo lomom smer lúčov vychádzajúcich z predmetu.

Predmet - zobrazovaný objekt, z ktorého jednotlivých bodov vychádzajú zväzky jednotlivých lúčov, ktoré vstupujú do zobrazovacej sústavy.

Obraz - objekt tvorený množinou bodov, v ktorých sa skutočne alebo zdanlivo pretínajú lúče vychádzajúce z jednotlivých bodov zobrazovaného predmetu.

Predmetový priestor a obrazový priestor - priestory, v ktorých sa nachádza predmet a obraz.

** **

3 vlastnosti obrazu:

Obraz môže vzniknúť:

1) zmenšený, zväčšený, rovnako veľký

• veľkosť šípky

zväčšenie:

y - veľkosť vzoru

y '- veľkosť obrazu

ak je obraz pod osou, je hodnota záporná. Logickejšie hodnoty získame | Z | (> 1, = 1, <1)

2) priamy (obraz má rovnaký smer, ako vzor) a prevrátený obraz

• vzťahuje sa na vodorovnú os (A V), šípky sú proti sebe - prevrátený

(Stranová prestúpenie - u rovinného zrkadla - vzťahuje sa na zvislú os)

3) s kutečný alebo zdanlivý

U zrkadla je obraz skutočný, keď vznikne na rovnakej strane, ako je predmet.

U šošoviek je obraz skutočný, keď vznikne na druhej strane, ako predmet. (Oko okuliare predmet).

Zobrazovacia rovnica šošovky:

Zobrazovacia rovnica guľového zrkadla: miesto ** ** 1 / f je 2 / r, je to zrejmé z obrázku ** **

Znamienkové konvencie:

a

• predmetová vzdialenost-

má vždy kladnú hodnotu

a'

• obrazová vzdialenost-

má kladnú hodnotu pred zrkadlom (skutočný obraz), zápornú za ním (zdanlivý obraz), u šošoviek je to obrátene

r, f - duté zrkadlo a rozptylka - kladné hodnoty

• vypuklé zrkadlo a spojka- záporné hodnoty

Vypuklý a rozptylka - vždy neskutočný obraz

** **

Na určenie odrazu sa využívajú 3 dôležité lúče:

U zrcadel1. a 2. lúč

U šošoviek 1. a 3. lúč

1. Rovnobežne, od zrkadla sa zlomí do ohniska

2. Do ohniska, na zrkadle sa zlomí rovnobežne

3. Do stredu šošovky

** **

zrkadlá

• využíva zákona odrazu

Zobrazovať môžeme pomocou:

** **

a) rovinného zrkadla

Vyšleme dva lúče pod rôznym uhlom do bodu Z. Podľa zákona odrazu sa odrazí rovnakým uhlom. Keďže sú rôznobežné, musíme ich pretiahnuť za rovinu zrkadla, kde vznikne obraz. Ten je zdanlivý, priamy a má rovnakú veľkosť ako predmet. Obraz je súmerný s predmetom podľa roviny zrkadla a stranovo prevrátený.

b) **      ** guľového zrkadla - duté alebo vypuklé

r = | CV | = Polomer zakrivenia

• zaoblenejšie zrkadlo má C bližšie

• ohnisko je vždy v zrkadle!

• podľa hodnôt aa Z zostaviť tabuľka (napr. Duté keď je a> 2f (alebo tiež r) -> | Z | <1, Z <0)

špeciálny prípad: a = f - obraz je v nekonečne

praktické využitie zrkadiel: rovinná (klasická zrkadlá doma), guľová dutá - lekári (sú blízko a chcú zväčšiť môj krk), guľová vypuklá - dopravné zrkadlá (auto je zmenšené, aby sa tam vošlo a bolo vidieť)

šošovky

• využíva zákona lomu

- sú to sklenené útvary, ktoré sa skladajú z guľových plôch.

spojky = konvexné šošovky (po prechode šošovkou sa lúče spájajú)

rozptylky = konkávne šošovky (po prechode šošovkou sa lúče rozptyľujú).

Predmetový a obrazový priestor je na opačných stranách šošovky, tzn. skutočný obraz sa vytvorí za šošovkou, zdanlivý v tej časti priestoru, kde je predmet.

Šošovka má svoj optický stred O, jej guľovej plochy majú vrcholy V 1 a V 2. Tieto tri body ležia na optickej osi. Optické vlastnosti udáva vzťah:

,

j

• optická mohutnosť šošovky ([j]

= D = m ^-1 - dioptrie), f - ohnisková vzdialenosť šošovky, n 2

• index lomu šošovky, n 1 -

index lomu prostredia, r 1 - polomer guľovej plochy šošovky s vrcholom v predmetové priestore, r 2 - polomer guľovej plochy šošovky s vrcholom v obrazovom priestore.

znamienkový konvencie

Polomery krivosťou r sú kladné u vypuklých plôch a záporné pri plochách dutých, hodnota a je kladná pred šošovkou a hodnota a'je kladná za šošovkou. (Pre rovnú plochu je r = ¥)

Ak je n 2> n 1, potom je šošovka opticky hustejšia než okolité prostredie a f> 0 pre spojku a f <0 pre rozptylku. Ak je šošovka opticky redšie, chová sa spojka ako rozptylka a naopak.

oko

• v oku je spojka, optická mohutnosť 50 dioptrií +

Lúče svetla prechádza rohovkou, komorovým mokom, zornicou, šošovicou, sklovcom a dopadajú na sietnicu, kde vzniká skutočný, prevrátený, zmenšený obraz.

Na sietnici sú dva druhy svetlocitlivých buniek. Tyčinky sú citlivé na svetlo, pomocou čapíkov rozoznávame farby.

žltá škvrna - najviac tyčiniek a čapíkov, na sietnici na optickej osi oka.

Slepá škvrna-nie sú tú tyčinky ani čapíky, v mieste, kde sietnicu opúšťa očný nerv.

Obrazová vzdialenosť je približne 1,6 cm, predmetová vzdialenosť sa mení - akomodácie oka (oko mení svoju ohniskovú vzdialenosť).

Konvenčné zraková vzdialenosť -Môžeme čítať, bez toho aby sa oko namáhal - d = asi 25 cm

Blízky bod - tá najkratšia vzdialenosť, keď ešte bod vidíme ostro (6 - 8 cm).

Ďaleký bod - pre zdravé oko v nekonečne - horizont - tam, kde sa pretína obloha so zemou.

chyby oka

krátkozrakosť - obraz sa vytvára pred sietnicou - koriguje sa rozptylkou

ďalekozrakosť - obraz sa vytvára za sietnicou - koriguje so spojkou.

zorný uhol τ - uhol, ktorý zvierajú okrajové lúče

oko rozlíši 2 body, ktoré vidia pod zorným uhlom τ> 1'

optické prístroje

Všetky optické prístroje využívajú chodu svetelných lúčov, zákona odrazu a zákona lomu.

Objektív, okulár: sústavy šošoviek, správajú sa ako spojka, alebo rozptylka. Objektív sa používa pri predmete, okulárom pozorujeme.

Teleobjektív - má veľkú ohniskovú vzdialenosť - používa sa na fotenie z diaľky

a) subjektívne -vytvářejí zdanlivý obraz

Lupa - Optický prístroj zložený zo spojné šošovky (sklo alebo plast) a držadlá / stojana. ** ** Slúži na zväčšenie zorného uhla. Vzniká neskutočný, zväčšený, priamy obraz. Lupa poskytuje 5 až 12 násobné zväčšenie.

Natočením lupiny k slnku a umiestnením do vhodnej vzdialenosti od predmetu dôjde ku koncentrácii lúčov dopadajúcich zo slnka do šošovky na malé miesto na povrchu predmetu a jeho silnému ohriatie ** **

Uhlové zväčšenie gama = d / f (v tab. F = a), kde d je konvenčná zraková vzdialenosť (25cm uz dravého oka, vtedy sa najmenej namáha) af je ohnisková vzdialenosť lupy.

mikroskop

Slúži pre pozorovanie drobných predmetov z blízka. Pozorovaný predmet umiestnime do malej vzdialenosti pred predmetové ohnisko objektívu. Objektív vytvorí skutočný, prevrátený, zväčšený obraz, ktorý pozorujeme okulárom ako lupou.

,

kde γ a γ ₀ označuje zväčšenie objektívu a okuláru, f je obrazová ohnisková vzdialenosť objektívu, f ₀ je predmetová ohnisková vzdialenosť okuláru, Δ je optický interval mikroskopu (vzdialenosť medzi objektívom a okulárom) a d je konvenčná zraková vzdialenosť.

Optickým mikroskopom sa bežne dosahuje zväčšenie 50 × až 1000 ×. Maximálne teoretické zväčšenie je asi 2000 × a to už naráža na fyzikálne bariéry kvôli obmedzeniu dĺžky svetelných vĺn.

ďalekohľad

Slúži na zväčšenie zorného uhla pri pozorovaní veľkých, ale veľmi vzdialených predmetov.

podľa určenia: astronomické, pozemné, triedrom, divadelné kukátka

Gama = f ₁ / f ₂ (f1 = f, f2 = F0)

Podľa konštrukcie objektívu sa optické ďalekohľady delia na:

Refraktory používajú ako objektív spojnou šošovku,

Keplerov ďalekohľad: objektív je Spojná šošovka s veľkou ohniskovou vzdialenosťou, okulár je lupa. Vytvára prevrátený, neskutočný, zväčšený obraz.

Reflektory používajú duté zrkadlo.

Newtonov ďalekohľad: obraz je stranovo prevrátený

** **

** **

b) objektívne - vytvárajú skutočný obraz

fotoaparát

- Klasický svetlocitlivý film / digitálny ** **

Svetelnosť sa vyjadruje clonovým číslom:
, Kde d je priemer objektívu (vstupného otvoru). f .. ohnisková vzdialenosť objektívu

Projektor