Оптику поділяють на дві основні частини: фізичну і геометричну. Фізична оптика вивчає явища, в яких проявляються хвильові і корпускулярні властивості світла. Наприклад, з'ясовані вже нами явища інтерференції і дифракції є проявами хвильових властивостей світла. Геометрична оптика вивчає явища, в яких проявляється властивість прямолінійного поширення світла в ізотропному середовищі. Геометрична оптика – це розділ оптики, що розглядає питання поширення світла в різних оптичних
Основним у геометричній оптиці є поняття світлового променя. Під променем розуміють нормаль до хвильової поверхні, яка показує напрям поширення світлової енергії. Експериментально цей напрям зображують вузьким пучком світла, що виділяється через невеличкий отвір у непрозорому екрані. Такий пучок можна візуально спостерігати в задимленому просторі.
Прямолінійністю поширення світла пояснюється утворення тіней від непрозорих предметів. Хід променя на межі двох середовищ визначається законами відбивання і заломлення.
|
|
Користуючись світловими променями, можна встановити простий метод побудови зображень в оптичних системах. Він зводиться до того, що з кожної точки S світного предмета проводять пучок променів і шукають точку їхнього перетину S' після проходження оптичної системи. З цієї точки промені далі розходяться так, ніби вона є самостійним джерелом, подібним до світної точки S; тому точку S' називають зображенням світної точки S. Сукупність зображень всіх точок світного предмета буде зображенням цього предмета у даній оптичній системі.
Метод геометричної оптики має важливе застосування в розрахунках і конструюванні різних оптичних приладів. Проте слід зазначити, що цей метод має наближений характер і обмежене застосування.
Закони геометричної оптики можуть порушуватися внаслідок явищ дифракції або різних неоднорідностей у середовищі.
Спочатку здається, що коли виділяється дедалі вужчий пучок світла, то світловий промінь все ближче і точніше відображатиме закономірності геометричної оптики. Насправді ж виділення і звуження світлового пучка можна досягти за допомогою діафрагми з отвором, але при звуженні отвору все більше проявляється явище дифракції, яке зумовлює розширення світлового пучка.
Оптичні прилади – це оптичні системи, які складаються з лінз, дзеркал, призм та ін., змонтованих у залежності від призначення приладу. До оптичних приладів, метою застосування яких є отримання різних оптичних зображень, належать: проекційні апарати (кіноапарат, фільмоскоп, фотозбільшувач, епіадоскоп), лупи, фотоапарати, мікроскопи, телескопи (рефрактори, рефлектори) та ін.
|
|
Фотоапарат. Фотоапарат складається із збиральної лінзи або комбінації лінз — об'єктива Об (рис.), апертурної діафрагми Д, камери К з касетною частиною Ф. При фотографуванні у касетну частину вставляється касета з фотопластинкою або з фотоплівкою. У деяких фотоапаратах для наведення зображення на різкість у касетну частину вставляють матове скло; в інших фотоапаратах для наведення на різкість є спеціальні видошукачі.
Об'єктив фотоапарата звичайно являє собою короткофокусну збиральну оптичну систему з усуненими абераціями(відхиленнями), за допомогою якої на фотоплівці дістаємо дійсне і перевернуте зображення. Якщо предмет віддалений, то зображення знаходиться поблизу фокальної площини; якщо предмет ближче, то зображення буде далі від фокальної площини.
Проекційний апарат. За допомогою проекційних апаратів одержують на екрані дійсні і збільшені зображення картин або предметів. По суті проекційний апарат являє собою конструкцію, подібну до фотоапарата, де предмет і зображення помінялися місцями. Картина на скляній пластинці або плівці розміщується відносно об'єктива Об на відстані, яка дещо більша від його фокусної відстані (рис.), завдяки чому на екрані Е, розміщеному в кількох метрах від об'єктива, виникає збільшене і перевернуте зображення. Пластинка або плівка освітлюється потужним джерелом світла S, розміщеним у головному фокусі лінз конденсора К. Конденсор забезпечує рівномірне освітлення кадра. Такою є схема проекційного апарата для демонстрування прозорих об'єктів (діапозитивів). Інакше його називають діаскопом (для діапрозорих об'єктів).
До таких апаратів належить також кінопроектор. Предметом у ньому є довга плівка з окремих знімків. Тут на екран проектується 20—25 кадрів за секунду, тому створюється враження безперервного руху.
Для показу на екрані непрозорих предметів, наприклад, рисунків з книги, їх сильно освітлюють боковим світлом і за допомогою дзеркала Дз та об'єктива Об (рис.) проектують на екран Е. Прилад, призначений для таких проекцій, називають епіскопом.
Часто в одному приладі компонують пристрої для проектування як прозорих, так і непрозорих предметів. Такі прилади називаються епідіаскопами.
Лупа. Лупа є найпростішим оптичним приладом, яким користуються для розглядання дрібних предметів у точних роботах. Вона є тонкою збиральною лінзою, яка, діючи спільно з оком, забезпечує збільшення кута зору. Звичайну лупу утримують біля ока, а розглядуваний предмет розміщують між фокусом і лінзою, поблизу фокуса (рис. 50, а). При цьому зображення предмета буде уявне, пряме і збільшене. Здійснюючи деяке переміщення ока з лупою, зображення одержують на відстані 250 мм; тобто на відстані найкращого бачення.
Мікроскоп. Для розгляду близьких і дуже дрібних предметів, коли потрібні значно сильніші збільшення від тих, що дає лупа, використовується складніша оптична система — мікроскоп. Мікроскоп складається з об'єктива і окуляра, які являють собою короткофокусні збиральні системи з усунутими абераціями. Мікроскоп може давати давати не тільки уявне зображення а й дійсне. Для цього досить дещо підняти окуляр угору, збільшивши відстань міжоб'єктивом і окуляром так, щоб первинне зображення предмета розмістилося за фокусом окуляра. Тоді вторинне зображення предмета буде дійсним і знаходитиметься над окуляром мікроскопа. Величину цього зображення можна змінювати, змінюючи відстані окуляра від первинного зображення предмета.
Телескоп. Телескопом називають оптичний прилад, призначений для розглядання великих, але віддалених предметів. Він складається з довгофокусного об'єктива і короткофокусного окуляра. Об'єктив відтворює великий, але віддалений предмет в маленьке, але близьке зображення, не змінюючи кута зору; окуляр же в ролі лупи збільшує це первинне зображення.
|
|
4.5