Geometrijska optika temelji se na ideji pravocrtnog širenja svjetlosti. Glavnu ulogu u njemu igra koncept svjetlosnog snopa. U valnoj optici snop svjetlosti koincidira sa smjerom normale na frontu vala, a u korpuskularnoj optici s putanjom čestice. U slučaju točkastog izvora u homogenom mediju, svjetlosne zrake su ravne linije koje izlaze iz izvora u svim smjerovima. Na sučeljima između homogenih medija, smjer svjetlosnih zraka može se promijeniti zbog refleksije ili loma, ali u svakom od medija one ostaju ravne. Također, sukladno iskustvu, prihvaćeno je da u ovom slučaju smjer svjetlosnih zraka ne ovisi o intenzitetu svjetlosti.
Odraz.
Kada se svjetlost reflektira od polirane ravne površine, upadni kut (mjeren od normale na površinu) jednak je kutu refleksije (slika 1), pri čemu sve reflektirana zraka, normalna zraka i upadna zraka leže u istoj ravnini. Ako svjetlosna zraka padne na ravno zrcalo, tada se nakon refleksije oblik zrake ne mijenja; samo se širi u drugom smjeru. Stoga, kada se gleda u zrcalo, može se vidjeti slika izvora svjetlosti (ili osvijetljenog objekta), a slika se čini kao da je ista kao izvorni objekt, ali se nalazi iza zrcala na udaljenosti jednakoj udaljenosti od predmet na ogledalo. Pravac koji prolazi kroz točkasti predmet i njegovu sliku okomit je na zrcalo.
Višestruka refleksija.
Kad se dva zrcala suoče jedno s drugim, slika koja se pojavljuje u jednom od njih reflektira se u drugom, te se dobije čitav niz slika, čiji broj ovisi o međusobnom položaju zrcala. U slučaju dva paralelna zrcala, kada se predmet postavi između njih (sl. 2, A), dobiva se beskonačan niz slika smještenih na ravnoj liniji okomitoj na oba zrcala. Dio ovog niza može se vidjeti ako su ogledala dovoljno razmaknuta da omoguće pogled sa strane. Ako dva ravna zrcala tvore pravi kut, tada se svaka od dvije primarne slike reflektira u drugom zrcalu, ali se sekundarne slike poklapaju, tako da su rezultat samo tri slike (sl. 2, b). S manjim kutovima između ogledala može se dobiti veći broj slika; svi se nalaze na kružnici koja prolazi kroz objekt, sa središtem u točki na liniji presjeka zrcala. Slike koje proizvode ravna zrcala uvijek su imaginarne - ne tvore ih stvarne svjetlosne zrake i stoga se ne mogu dobiti na ekranu.
Refleksija od zakrivljenih površina.
Refleksija od zakrivljenih površina odvija se prema istim zakonima kao i od ravnih, a normala u točki refleksije okomita je na tangentnu ravninu u ovoj točki. Najjednostavniji, ali najvažniji slučaj je refleksija od sfernih površina. U ovom slučaju, normale se podudaraju s polumjerima. Ovdje postoje dvije opcije:
1. Konkavna zrcala: svjetlost pada iznutra na površinu kugle. Kada snop paralelnih zraka padne na konkavno zrcalo (sl. 3, A), reflektirane zrake sijeku se u točki koja se nalazi na pola udaljenosti između zrcala i njegova središta zakrivljenosti. Ta se točka naziva žarištem zrcala, a udaljenost između zrcala i te točke je žarišna duljina. Udaljenost s od predmeta do zrcala, udaljenost s u od zrcala do slike i žarišne duljine f povezani formulom
1/f = (1/s) + (1/sў ),
gdje se sve veličine trebaju smatrati pozitivnima ako se mjere lijevo od zrcala, kao na sl. 4, A. Kada je objekt na udaljenosti većoj od žarišne udaljenosti nastaje prava slika, ali kada udaljenost s manja od žarišne duljine, udaljenost slike s u postaje negativan. U ovom slučaju slika se formira iza zrcala i virtualna je.
2. Konveksna zrcala: svjetlost pada izvana na površinu kugle. U tom slučaju, nakon refleksije od zrcala, uvijek se dobije divergentni snop zraka (sl. 3, b), a slika nastala iza zrcala uvijek je virtualna. Položaj slika može se odrediti pomoću iste formule, uzimajući u njoj žarišnu duljinu s predznakom minus.
Na sl. 4, A prikazano je konkavno zrcalo. S lijeve strane objekt visine od h. Polumjer sfernog zrcala je R, i žarišnu duljinu f = R/2. U ovom primjeru udaljenost s od ogledala do objekta više R. Slika se može grafički konstruirati ako, od beskonačno velikog broja svjetlosnih zraka, uzmemo u obzir tri koje izlaze s vrha objekta. Zraka paralelna s glavnom optičkom osi proći će kroz fokus nakon refleksije od zrcala. Druga zraka koja udari u središte zrcala će se reflektirati na takav način da upadna i odbijena zraka tvore jednake kutove s glavnom osi. Sjecište tih reflektiranih zraka dat će sliku gornje točke objekta, a potpuna slika objekta može se dobiti ako se s ove točke spusti okomica h u prema glavnoj optičkoj osi. Da biste provjerili, možete pratiti tijek treće zrake koja prolazi kroz središte zakrivljenosti zrcala i reflektira se od njega istom stazom. Kao što se može vidjeti sa slike, također će proći kroz sjecište prve dvije reflektirane zrake. Slika će u ovom slučaju biti stvarna (tvore je prave svjetlosne zrake), obrnuta i smanjena.
Isto zrcalo prikazano je na sl. 4, b, ali je udaljenost do objekta manja od žarišne duljine. U tom slučaju, nakon refleksije, zrake tvore divergentni snop, a njihovi se nastavci sijeku u točki koja se može smatrati izvorom iz kojeg izlazi cijeli snop. Slika će biti virtualna, uvećana i uspravna. Slučaj prikazan na Sl. 4, b, odgovara konkavnom zrcalu za brijanje ako se objekt (lice) nalazi unutar žarišne duljine.
Refrakcija.
Kada svjetlost prolazi kroz sučelje između dva prozirna medija, kao što su zrak i staklo, kut loma (između zrake u drugom mediju i normale) manji je od upadnog kuta (između upadne zrake i iste normale) ako svjetlost prelazi iz zraka u staklo (slika 5), a veći od upadnog kuta ako svjetlost prelazi iz stakla u zrak. Lom se pokorava Snellovom zakonu, prema kojemu upadna i lomljena zraka i normala povučena kroz točku u kojoj svjetlost siječe granicu medija leže u istoj ravnini, a kut upada ja i kut loma r, mjereno od normale, povezani su odnosom n= grijeh ja/grijeh r, Gdje n– relativni indeks loma medija, jednak omjeru brzina svjetlosti u ova dva medija (brzina svjetlosti u staklu je manja nego u zraku).
Ako svjetlost prolazi kroz planparalelnu staklenu ploču, tada je, budući da je dvostruki lom simetričan, izlazna zraka paralelna s upadnom. Ako svjetlost ne pada normalno na ploču, tada će izlazna zraka biti pomaknuta u odnosu na upadnu zraku za udaljenost koja ovisi o kutu upada, debljini ploče i indeksu loma. Ako zraka svjetlosti prolazi kroz prizmu (slika 6), tada se mijenja smjer izlazne zrake. Osim toga, indeks loma stakla nije isti za različite valne duljine: veći je za ljubičastu svjetlost nego za crvenu svjetlost. Stoga, kada bijela svjetlost prolazi kroz prizmu, njene komponente boje se skreću u različitim stupnjevima, razlažući se u spektar. Najmanje odstupa crveno svjetlo, zatim narančasto, žuto, zeleno, cijan, indigo i na kraju ljubičasto. Ovisnost indeksa loma o valnoj duljini zračenja naziva se disperzija. Disperzija, kao i indeks loma, jako ovisi o svojstvima materijala. Kutno odstupanje D(slika 6) je minimalna kada se zraka simetrično giba kroz prizmu, kada je upadni kut zrake na ulazu u prizmu jednak kutu pod kojim ta zraka izlazi iz prizme. Taj se kut naziva kut minimalnog odstupanja. Za prizmu s lomnim kutom A(vršni kut) i relativni indeks loma n omjer vrijedi n= grijeh[( A + D)/2]grijeh( A/2), koji određuje kut minimalnog odstupanja.
Kritični kut.
Kada zraka svjetlosti prelazi iz optički gušćeg medija, kao što je staklo, u medij manje gustoće, kao što je zrak, kut loma je veći od kuta upada (slika 7). Pri određenoj vrijednosti upadnog kuta, koji se naziva kritičnim, lomljena zraka će kliziti duž sučelja, ostajući i dalje u drugom mediju. Kada upadni kut prijeđe kritični, više neće biti lomljene zrake, a svjetlost će se potpuno reflektirati natrag u prvi medij. Taj se fenomen naziva totalna unutarnja refleksija. Budući da je pri upadnom kutu jednakom kritičnom kutu lomni kut jednak 90° (sin r= 1), kritični kut C, kod koje počinje totalna unutarnja refleksija, dana je relacijom sin C = 1/n, Gdje n– relativni indeks loma.
Leće.
Kada dolazi do loma na zakrivljenim površinama, također vrijedi Snellov zakon, kao i zakon refleksije. Opet, najvažniji slučaj je slučaj loma na sfernoj površini. Pogledajmo sl. 8, A. Pravac povučen kroz vrh sfernog segmenta i središte zakrivljenosti naziva se glavnom osi. Zraka svjetlosti koja putuje duž glavne osi pada na staklo duž normale i stoga prolazi ne mijenjajući smjer, ali druge zrake paralelne s njom padaju na površinu pod različitim kutovima u odnosu na normalu, povećavajući se s udaljenošću od glavne osi. Stoga će lom biti veći za udaljene zrake, ali sve zrake takvog paralelnog snopa koji ide paralelno s glavnom osi presijecat će ga u točki koja se zove glavno žarište. Udaljenost od ove točke do vrha plohe naziva se žarišna duljina. Ako snop istih paralelnih zraka padne na konkavnu plohu, tada nakon loma snop postaje divergentan, a produžeci tih zraka sijeku se u točki koja se zove zamišljeni fokus (sl. 8, b). Udaljenost od ove točke do vrha naziva se i žarišna duljina, ali joj je dodijeljen znak minus.
Tijelo od stakla ili drugog optičkog materijala omeđeno dvjema površinama čiji su polumjeri zakrivljenosti i žarišne duljine veliki u odnosu na druge dimenzije naziva se tanka leća. Od šest leća prikazanih na sl. 9, prva tri se skupljaju, a preostala tri se razbacuju. Žarišna duljina tanke leće može se izračunati ako su poznati polumjeri zakrivljenosti i indeks loma materijala. Odgovarajuća formula je
Gdje R 1 i R 2 – polumjeri zakrivljenosti ploha, koji se kod bikonveksne leće (slika 10) smatraju pozitivnim, a kod bikonkavne leće negativnim.
Položaj slike za određeni objekt može se izračunati pomoću jednostavne formule, uzimajući u obzir neke konvencije prikazane na sl. 10. Objekt se postavlja lijevo od leće, a njegovo središte se smatra ishodištem od kojeg se mjere sve udaljenosti duž glavne osi. Područje lijevo od leće naziva se objektni prostor, a područje desno naziva se prostor slike. U tom se slučaju udaljenost do objekta u prostoru objekta i udaljenost do slike u prostoru slike smatraju pozitivnima. Sve udaljenosti prikazane na sl. 10, pozitivno.
U ovom slučaju, ako f- žarišna duljina, s je udaljenost do objekta, i sŭ – udaljenost do slike, formula tanke leće bit će zapisana u obrascu
1/f = (1/s) + (1/sў )
Formula je primjenjiva i za konkavne leće, ako smatramo da je žarišna duljina negativna. Imajte na umu da budući da su svjetlosne zrake reverzibilne (tj. slijedit će istu putanju ako im je smjer obrnut), objekt i slika mogu se zamijeniti, pod uvjetom da je slika važeća. Parovi takvih točaka nazivaju se konjugiranim točkama sustava.
Vodeći se sl. 10, također je moguće konstruirati sliku točaka koje se nalaze izvan glavne osi. Ravnom objektu okomitom na os odgovarat će i ravna slika okomita na os, pod uvjetom da su dimenzije predmeta male u usporedbi sa žarišnom duljinom. Zrake koje prolaze kroz središte leće se ne skreću, a zrake paralelne s glavnom osi sijeku se u žarištu koje leži na ovoj osi. Objekt na sl. 10 je predstavljen strelicom h lijevo. Slika gornje točke predmeta nalazi se na sjecištu mnogih zraka koje izlaze iz nje, od kojih je dovoljno odabrati dvije: zraku paralelnu s glavnom osi, koja tada prolazi kroz fokus, i zraku koja prolazi kroz središte leće, koja pri prolasku kroz leću ne mijenja svoj smjer. Nakon što je tako dobivena gornja točka slike, dovoljno je spustiti okomicu na glavnu os kako bi se dobila cijela slika, čiju ćemo visinu označiti s h u. U slučaju prikazanom na Sl. 10, imamo pravu, obrnutu i umanjenu sliku. Iz odnosa sličnosti trokuta lako je pronaći relaciju m visina slike prema visini objekta, što se naziva povećanje:
m = hў / h = sў / s.
Kombinacije leća.
Kada je riječ o sustavu od nekoliko leća, položaj konačne slike određuje se sekvencijalnom primjenom nama poznate formule na svaku leću, uzimajući u obzir znakove. Takav sustav može se zamijeniti jednom lećom s "ekvivalentnom" žarišnom duljinom. U slučaju dva razmaknuta a jednostavne leće sa zajedničkom glavnom osi i žarišnim duljinama f 1 i f 2 ekvivalentne žarišne duljine F daje se formulom
Ako se kombiniraju obje leće, tj. razmisli o tome a® 0, tada dobivamo Recipročnu vrijednost žarišne duljine (uzimajući u obzir predznak) nazivamo optičkom snagom. Ako se žarišna duljina mjeri u metrima, tada se odgovarajuća optička snaga izražava u dioptrije. Kao što je jasno iz posljednje formule, optička snaga sustava blisko razmaknutih tankih leća jednaka je zbroju optičkih snaga pojedinačnih leća.
Debela leća.
Slučaj leće ili sustava leća čija je debljina usporediva sa žarišnom duljinom prilično je složen, zahtijeva glomazne izračune i ovdje se ne razmatra.
Pogreške objektiva.
Kada svjetlost iz točkastog izvora prolazi kroz leću, sve se zrake zapravo ne sijeku u jednoj točki – žarištu. Neke zrake se odbijaju u različitim stupnjevima, ovisno o vrsti leće. Takva odstupanja, koja se nazivaju aberacije, nastaju zbog raznih razloga. Jedna od najznačajnijih je kromatska aberacija. To je zbog disperzije materijala leće. Žarišna duljina leće određena je njezinim indeksom loma, a njezina ovisnost o valnoj duljini upadne svjetlosti rezultira time da svaka komponenta boje bijele svjetlosti ima vlastiti fokus u različitim točkama na glavnoj osi, kao što je prikazano na sl. 11. Postoje dvije vrste kromatske aberacije: uzdužna - kada su žarišta od crvene do ljubičaste raspoređene duž glavne osi, kao na sl. 11, a poprečno - kada se povećanje mijenja ovisno o valnoj duljini i na slici se pojavljuju obojene konture. Korekcija kromatske aberacije postiže se korištenjem dvije ili više leća izrađenih od različitih stakala s različitim vrstama disperzije. Najjednostavniji primjer je teleobjektiv. Sastoji se od dvije leće: konvergentne leće od krune i difuzne leće od kremena, čija je disperzija znatno veća. Dakle, disperzija konvergentne leće kompenzira se disperzijom slabije divergentne leće. Rezultat je sabirni sustav koji se naziva akromat. U ovoj kombinaciji, kromatska aberacija se ispravlja za samo dvije valne duljine, a mala obojenost, koja se naziva sekundarni spektar, i dalje ostaje.
Geometrijske aberacije.
Gornje formule za tanke leće, strogo govoreći, prva su aproksimacija, iako vrlo zadovoljavajuća za praktične potrebe, kada zrake u sustavu prolaze blizu osi. Detaljnijom analizom dolazimo do takozvane teorije trećeg reda, koja razmatra pet različitih tipova aberacija za monokromatsko svjetlo. Prvi od njih je sferni, kada se zrake koje su najudaljenije od osi sijeku nakon što prođu leću bliže njoj od onih koje su najbliže osi (slika 12). Korekcija ove aberacije postiže se korištenjem sustava s više leća s lećama različitih radijusa. Druga vrsta aberacije je koma, koja nastaje kada zrake tvore mali kut s osi. Razlika u žarišnim duljinama za zrake snopa koje prolaze kroz različite zone leće određuje različito poprečno povećanje (slika 13). Stoga slika točkastog izvora poprima izgled repa kometa zbog slika pomaknutih od fokusa, koje tvore periferne zone leće.
Treća vrsta aberacije, također povezana sa slikom točaka pomaknutih od osi, je astigmatizam. Zrake iz točke koja pada na leću u različitim ravninama koje prolaze kroz os sustava tvore slike na različitim udaljenostima od središta leće. Slika točke dobiva se ili u obliku vodoravnog isječka, ili u obliku okomitog isječka, ili u obliku eliptične mrlje, ovisno o udaljenosti do leće.
Čak i ako se tri razmatrane aberacije isprave, zakrivljenost ravnine slike i izobličenje će ostati. Zakrivljenost ravnine slike vrlo je nepoželjna u fotografiji, jer površina fotografskog filma mora biti ravna. Distorzija iskrivljuje oblik objekta. Dvije glavne vrste distorzije, jastučasta i bačvasta, prikazane su na sl. 14, gdje je objekt kvadrat. Malo izobličenje je tolerantno u većini sustava objektiva, ali je krajnje nepoželjno u objektivima za fotografije iz zraka.
Formule za različite tipove aberacija suviše su složene za potpuni izračun sustava bez aberacija, iako dopuštaju približne procjene u pojedinačnim slučajevima. Moraju se nadopuniti numeričkim proračunom putanje zraka u svakom pojedinom sustavu.
VALNA OPTIKA
Valna optika bavi se optičkim fenomenima uzrokovanim valnim svojstvima svjetlosti.
Valna svojstva.
Valna teorija svjetlosti u svom najpotpunijem i najstrožem obliku temelji se na Maxwellovim jednadžbama, koje su parcijalne diferencijalne jednadžbe izvedene iz temeljnih zakona elektromagnetizma. U njemu se svjetlost promatra kao elektromagnetski val, čija električna i magnetska komponenta polja osciliraju u međusobno okomitim smjerovima i okomito na smjer širenja vala. Na sreću, u većini slučajeva, pojednostavljena teorija temeljena na Huygensovom principu dovoljna je da opiše valna svojstva svjetlosti. Prema ovom principu, svaka točka na danoj valnoj fronti može se smatrati izvorom sfernih valova, a ovojnica svih takvih sfernih valova stvara novu valnu frontu.
Smetnje.
Interferenciju je prvi pokazao 1801. godine T. Jung u eksperimentu, čiji je dijagram prikazan na Sl. 15. Ispred izvora svjetlosti nalazi se prorez, a na određenoj udaljenosti od njega još dva proreza, simetrično smještena. Na još udaljenijem ekranu vide se izmjenične svijetle i tamne pruge. Njihov nastanak se objašnjava na sljedeći način. Pukotine S 1 i S 2 na koju svjetlost pada iz proreza S, igraju ulogu dva nova izvora koji emitiraju svjetlost u svim smjerovima. Hoće li određena točka na ekranu biti svijetla ili tamna ovisi o fazi u kojoj svjetlosni valovi iz proreza dolaze do te točke S 1 i S 2. U točki P 0 duljine staza iz oba proreza su iste, pa valovi iz S 1 i S 2 dolaze u fazi, njihove amplitude se zbrajaju i intenzitet svjetlosti ovdje će biti maksimalan. Ako se od ove točke pomaknemo gore ili dolje na toliku udaljenost da razlika u putanji zraka od S 1 i S 2 će biti jednak polovici valne duljine, tada će maksimum jednog vala preklopiti minimum drugog i rezultat će biti tama (točka P 1). Ako prijeđemo dalje na stvar P 2, gdje je razlika u putanji cijela valna duljina, tada će se u ovoj točki ponovno promatrati maksimalni intenzitet, itd. Superpozicija valova koja dovodi do izmjeničnih maksimuma i minimuma intenziteta naziva se interferencija. Kad se amplitude zbroje, interferencija se naziva pojačavajuća (konstruktivna), a kad se one oduzmu, slabljenje (destruktivna).
U razmatranom eksperimentu, kada se svjetlost širi iza proreza, opaža se i njezina difrakcija ( Pogledaj ispod). Ali smetnje se također mogu promatrati "u svom čistom obliku" u eksperimentu s Lloydovim zrcalom. Zaslon je postavljen pod pravim kutom u odnosu na ogledalo tako da je u kontaktu s njim. Udaljeni točkasti izvor svjetlosti, smješten na maloj udaljenosti od zrcalne ravnine, osvjetljava dio zaslona izravnim zrakama i zrakama reflektiranim od zrcala. Formira se potpuno isti interferencijski uzorak kao u eksperimentu s dvostrukim prorezom. Očekivalo bi se da bi trebala postojati prva svjetlosna traka na sjecištu zrcala i zaslona. Ali budući da kada se reflektira od zrcala dolazi do faznog pomaka za str(što odgovara razlici putanje od pola vala), prva je zapravo tamna pruga.
Treba imati na umu da se smetnje svjetlosti mogu uočiti samo pod određenim uvjetima. Činjenica je da se obična svjetlosna zraka sastoji od svjetlosnih valova koje emitira ogroman broj atoma. Odnosi faza između pojedinih valova mijenjaju se cijelo vrijeme nasumično, i to u svakom izvoru svjetlosti na svoj način. Drugim riječima, svjetlost dvaju neovisnih izvora nije koherentna. Stoga je s dvije zrake nemoguće dobiti interferencijski uzorak osim ako nisu iz istog izvora.
Fenomen interferencije igra važnu ulogu u našim životima. Najstabilniji etaloni duljine temelje se na valnoj duljini nekih monokromatskih izvora svjetlosti, a interferencijskim metodama uspoređuju se s radnim etalonima metra i sl. Takva se usporedba može napraviti pomoću Michelsonovog interferometra - optičkog uređaja, čiji je dijagram prikazan na Sl. 16.
Prozirno ogledalo D dijeli svjetlost iz proširenog monokromatskog izvora S u dvije zrake od kojih se jedna reflektira od nepomičnog zrcala M 1, a drugi iz ogledala M 2, pomičući se na preciznom mikrometrijskom stakalcu paralelno sa samim sobom. Dijelovi povratnih greda spojeni su ispod ploče D i daju interferencijski uzorak u vidnom polju promatrača E. Interferencijski uzorak se može fotografirati. U krug se obično dodaje kompenzacijska ploča Dŭ, zbog čega putovi koje u staklu prelaze obje zrake postaju identični, a razlika putanja određena je samo položajem zrcala M 2. Ako su zrcala podešena tako da su njihove slike strogo paralelne, tada se pojavljuje sustav interferencijskih prstenova. Razlika u putanji dviju zraka jednaka je dvostrukoj razlici udaljenosti od svakog zrcala do ploče. D. Tamo gdje je putna razlika nula, postojat će maksimum za bilo koju valnu duljinu, a u slučaju bijele svjetlosti dobit ćemo bijelo ("akromatsko") jednoliko osvijetljeno polje - rub nultog reda. Za promatranje je potrebna kompenzacijska ploča Dŭ , eliminirajući utjecaj disperzije u staklu. Kako se pomično zrcalo pomiče, preklapanje pruga za različite valne duljine proizvodi prstenove u boji koji se miješaju u bijelu svjetlost na razlici putanje od nekoliko stotinki milimetra.
Pod monokromatskim osvjetljenjem, polagano pomičući pokretno zrcalo, uočit ćemo destruktivnu interferenciju kada je kretanje četvrtina valne duljine. A kada pomaknete drugu četvrtinu, ponovno će se promatrati maksimum. Kako se zrcalo dalje pomiče, pojavljivat će se sve više prstenova, ali će uvjet za maksimum u središtu slike i dalje biti jednakost
2d = Nl,
Gdje d– pomak pomičnog zrcala, N je cijeli broj, i l– valna duljina. Stoga se udaljenosti mogu točno usporediti s valnim duljinama jednostavnim brojanjem interferencijskih pruga koje se pojavljuju u vidnom polju: svaka nova pruga odgovara kretanju l/2. U praksi, s velikim razlikama putanje nemoguće je dobiti jasan interferencijski uzorak, budući da pravi monokromatski izvori proizvode svjetlost, iako u uskom, ali konačnom rasponu valnih duljina. Stoga, kako se razlika putanje povećava, interferencijske rubove koje odgovaraju različitim valnim duljinama na kraju se toliko preklapaju da je kontrast interferencijskog uzorka nedovoljan za promatranje. Neke valne duljine u spektru kadmijeve pare su izrazito monokromatske, tako da se interferencijski uzorak formira čak i kod razlika putanja reda veličine 10 cm, a najoštrija crvena linija se koristi za određivanje etalona metra. Emisija pojedinačnih izotopa žive proizvedenih u malim količinama na akceleratorima ili u nuklearnom reaktoru karakterizira još veća monokromatičnost i visok intenzitet linija.
Smetnje u tankim filmovima ili u razmaku između staklenih ploča također su važne. Zamislite dvije staklene ploče vrlo blizu jedna drugoj osvijetljene monokromatskim svjetlom. Svjetlost će se odbijati od obje površine, ali će put jedne od zraka (odbijene od udaljene ploče) biti nešto duži. Stoga će dvije reflektirane zrake dati interferencijski uzorak. Ako razmak između ploča ima oblik klina, tada se u reflektiranoj svjetlosti opaža interferencijski uzorak u obliku pruga (jednake debljine), a udaljenost između susjednih svjetlosnih pruga odgovara promjeni debljine ploče. klin za polovinu valne duljine. U slučaju neravnih površina, promatraju se konture jednake debljine koje karakteriziraju površinski reljef. Ako se ploče stisnu jedna uz drugu, tada je u bijeloj svjetlosti moguće dobiti uzorak interferencije boja, koji je, međutim, teže protumačiti. Takvi uzorci interferencije omogućuju vrlo precizne usporedbe optičkih površina, na primjer za praćenje površina leća tijekom njihove proizvodnje.
Difrakcija.
Kada su valne fronte svjetlosnog snopa ograničene, na primjer, dijafragmom ili rubom neprozirnog zaslona, valovi djelomično prodiru u područje geometrijske sjene. Dakle, sjena nije oštra, kao što bi trebala biti pri pravocrtnom širenju svjetlosti, već zamagljena. Ovo savijanje svjetlosti oko prepreka svojstvo je zajedničko svim valovima i naziva se difrakcija. Postoje dvije vrste difrakcije: Fraunhoferova difrakcija, kada su izvor i ekran beskonačno udaljeni jedan od drugog, i Fresnelova difrakcija, kada su međusobno konačne udaljenosti. Primjer Fraunhoferove difrakcije je difrakcija s jednim prorezom (slika 17). Svjetlo iz izvora (prorez Sŭ ) pada na pukotinu S i ide prema ekranu P. Ako postavite izvor i zaslon u žarišne točke leća L 1 i L 2, onda će to odgovarati njihovom uklanjanju do beskonačnosti. Ako praznine S I Sê zamijeniti rupama, difrakcijski uzorak će izgledati kao koncentrični prstenovi, a ne pruge, ali će distribucija svjetlosti duž promjera biti slična. Veličina difrakcijskog uzorka ovisi o širini proreza ili promjeru otvora: što su oni veći, to je manja veličina uzorka. Difrakcija određuje rezoluciju i teleskopa i mikroskopa. Pretpostavimo da postoje dva točkasta izvora, od kojih svaki proizvodi svoj vlastiti difrakcijski uzorak na ekranu. Kada su izvori blizu jedan drugome, dva difrakcijska uzorka se preklapaju. U ovom slučaju, ovisno o stupnju preklapanja, na ovoj se slici mogu razlikovati dvije odvojene točke. Ako središte jednog od difrakcijskih uzoraka pada na sredinu prvog tamnog prstena drugog, tada se smatra da se mogu razlikovati. Pomoću ovog kriterija možete pronaći najveću moguću (ograničenu valnim svojstvima svjetlosti) razlučivost teleskopa, koja je veća što je veći promjer njegovog glavnog zrcala.
Od difrakcijskih uređaja najvažnija je difrakcijska rešetka. U pravilu, to je staklena ploča s velikim brojem paralelnih, jednako udaljenih poteza izvedenih rezačem. (Metalna ogibna rešetka naziva se reflektirajuća rešetka.) Paralelni snop svjetlosti koji stvara leća usmjerava se na prozirnu ogibnu rešetku (slika 18). Paralelne difraktirane zrake koje se pojavljuju fokusiraju se na zaslon pomoću druge leće. (Nema potrebe za lećama ako je difrakcijska rešetka napravljena u obliku konkavnog zrcala.) Rešetka dijeli svjetlost na zrake koje putuju u oba smjera prema naprijed ( q= 0), i pod različitim kutovima q ovisno o periodu rešetke d i valna duljina l Sveta. Fronta ravnog upadnog monokromatskog vala, podijeljena rešetkastim prorezima, unutar svakog proreza, može se smatrati, u skladu s Huygensovim načelom, nezavisnim izvorom. Može doći do interferencije između valova koji emaniraju iz ovih novih izvora, koji će se pojačavati ako je razlika u njihovim stazama jednaka cijelom višekratniku valne duljine. Razlika u hodu, kao što je jasno na sl. 18, jednako d grijeh q, pa su stoga smjerovi u kojima će se promatrati maksimumi određeni uvjetom
Nl = d grijeh q,
Gdje N= 0, 1, 2, 3 itd. Događa se N= 0 odgovara središnjem, nedifraktiranom snopu nultog reda. S velikim brojem poteza pojavljuje se niz jasnih slika izvora, koji odgovaraju različitim redoslijedima - različitim vrijednostima N. Ako bijela svjetlost padne na rešetku, ona se rastavlja u spektar, ali se spektri višeg reda mogu preklapati. Difrakcijske rešetke naširoko se koriste za spektralnu analizu. Najbolje rešetke su veličine 10 cm ili više, a ukupan broj linija može premašiti 100.000.
Fresnel difrakcija.
Fresnel je proučavao difrakciju tako što je valnu frontu upadnog vala podijelio u zone tako da su se udaljenosti od dvije susjedne zone do razmatrane točke na ekranu razlikovale za polovicu valne duljine. Otkrio je da ako rupe i dijafragme nisu jako male, tada se difrakcijski fenomeni opažaju samo na rubovima snopa.
Polarizacija.
Kao što je već spomenuto, svjetlost je elektromagnetsko zračenje čiji su vektori jakosti električnog polja i jakosti magnetskog polja okomiti jedan na drugoga i na smjer širenja vala. Dakle, osim smjera, svjetlosni snop karakterizira još jedan parametar - ravnina u kojoj električna (ili magnetska) komponenta polja oscilira. Ako se oscilacije vektora jakosti električnog polja u snopu svjetlosti događaju u jednoj određenoj ravnini (a vektor jakosti magnetskog polja - u ravnini koja je okomita na nju), tada se kaže da je svjetlost polarizirana u ravnini; ravnina vektorske oscilacije E Jakost električnog polja naziva se ravnina polarizacije. Vektorske oscilacije E u slučaju prirodnog svjetla, uzimaju se sve moguće orijentacije, budući da je svjetlost pravih izvora sastavljena od svjetlosti koju nasumično emitira veliki broj atoma bez ikakve preferirane orijentacije. Takva nepolarizirana svjetlost može se rastaviti na dvije međusobno okomite komponente jednakog intenziteta. Moguća je i djelomično polarizirana svjetlost u kojoj su omjeri komponenata nejednaki. U ovom slučaju, stupanj polarizacije definiran je kao omjer udjela polarizirane svjetlosti prema ukupnom intenzitetu.
Postoje još dvije vrste polarizacije: kružna i eliptična. U prvom slučaju vektor E ne oscilira u fiksnoj ravnini, već opisuje potpuni krug dok svjetlost prelazi udaljenost od jedne valne duljine; veličina vektora ostaje konstantna. Eliptična polarizacija je slična kružnoj polarizaciji, ali samo u ovom slučaju kraj vektora E ne opisuje krug, već elipsu. U svakom od ovih slučajeva, ovisno o tome u kojem smjeru se vektor okreće E Kada se val širi moguća je desna i lijeva polarizacija. Nepolarizirana svjetlost se u načelu može podijeliti u dvije kružno polarizirane zrake suprotnih smjerova.
Kada se svjetlost reflektira od površine dielektrika, kao što je staklo, i reflektirana i lomljena zraka su djelomično polarizirane. Pod određenim kutom upada, koji se naziva Brewsterov kut, reflektirana svjetlost postaje potpuno polarizirana. U reflektiranoj zraci vektor E paralelno s reflektirajućom površinom. U ovom slučaju odbijena i lomljena zraka međusobno su okomite, a Brewsterov kut povezan je s indeksom loma n omjer tg q = n. Za staklo q» 57°.
Dvoloma.
Kad se svjetlost lomi u nekim kristalima, kao što su kvarc ili kalcit, dijeli se u dvije zrake, od kojih se jedna pokorava običnom zakonu loma i zove se obična, a druga se lomi drukčije i zove se izvanredna zraka. Ispostavilo se da su obje zrake polarizirane u ravnini u međusobno okomitim smjerovima. U kristalima kvarca i kalcita također postoji smjer, koji se naziva optička os, u kojem nema dvoloma. To znači da kada se svjetlost širi duž optičke osi, njezina brzina ne ovisi o orijentaciji vektora intenziteta E električno polje u svjetlosnom valu. Prema tome, indeks loma n ne ovisi o orijentaciji ravnine polarizacije. Takvi se kristali nazivaju jednoosnim. U drugim smjerovima, jedna od zraka - obična - i dalje se širi istom brzinom, ali zraka polarizirana okomito na ravninu polarizacije obične zrake ima drugačiju brzinu, a za nju se indeks loma pokazuje drugačijim . Općenito, za jednoosne kristale možete odabrati tri međusobno okomita smjera, od kojih su u dva indeksi loma isti, au trećem smjeru vrijednost n drugo. Ovaj treći smjer poklapa se s optičkom osi. Postoji još jedna vrsta složenijih kristala kod kojih indeksi loma za sva tri međusobno okomita pravca nisu isti. U tim slučajevima postoje dvije karakteristične optičke osi koje se ne poklapaju s onima o kojima smo gore govorili. Takvi kristali nazivaju se dvoosni.
U nekim kristalima, kao što je turmalin, iako dolazi do dvoloma, obična zraka je gotovo potpuno apsorbirana, a izlazna zraka je ravno polarizirana. Tanke planparalelne ploče izrađene od takvih kristala vrlo su pogodne za proizvodnju polarizirane svjetlosti, iako polarizacija u ovom slučaju nije stopostotna. Napredniji polarizator može se napraviti od kristala islandskog špata (prozirna i ujednačena vrsta kalcita), koji se na određeni način dijagonalno izreže na dva dijela i zatim ih zalijepi kanadskim balzamom. Indeksi loma ovog kristala su takvi da ako je rez napravljen ispravno, tada obična zraka doživi potpunu unutarnju refleksiju na njemu, udari u bočnu površinu kristala i apsorbira se, a izvanredna zraka prolazi kroz sustav. Takav sustav naziva se Nicolas (Nicolasova prizma). Ako su dva nichola postavljena jedan iza drugog na putu svjetlosnog snopa i usmjerena tako da propušteno zračenje ima najveći intenzitet (paralelna orijentacija), tada kada se drugi nicol zakrene za 90°, polarizirana svjetlost koju daje prvi nicol neće proći kroz sustav, a pod kutovima od 0 do 90° proći će samo dio početnog svjetlosnog zračenja. Prvi od nikola u ovom sustavu naziva se polarizator, a drugi analizator. Polarizacijski filtri (Polaroidi), iako nisu tako napredni polarizatori kao Nicolovi, jeftiniji su i praktičniji. Izrađeni su od plastike i po svojstvima su slični turmalinu.
Optička aktivnost.
Neki kristali, primjerice kvarc, iako imaju optičku os duž koje nema dvoloma, ipak su sposobni rotirati ravninu polarizacije svjetlosti koja prolazi kroz njih, a kut rotacije ovisi o duljini optičkog puta svjetlosti u datu tvar. Istu osobinu imaju i neke otopine, npr. otopina šećera u vodi. Postoje lijevorotatorne i desnorotatorne tvari, ovisno o smjeru rotacije (iz perspektive promatrača). Rotacija ravnine polarizacije je posljedica razlike u indeksima loma za svjetlost s lijevom i desnom kružnom polarizacijom.
Raspršenje svjetlosti.
Kada svjetlost putuje kroz medij raspršenih malih čestica, kao što je kroz dim, dio svjetlosti se raspršuje u svim smjerovima zbog refleksije ili refrakcije. Raspršenje se može dogoditi čak i na molekulama plina (tzv. Rayleighovo raspršenje). Intenzitet raspršenja ovisi o broju čestica raspršivača na putu svjetlosnog vala, kao i o valnoj duljini, pri čemu se jače raspršuju kratkovalne zrake - ljubičaste i ultraljubičaste. Stoga, koristeći fotografski film koji je osjetljiv na infracrveno zračenje, možete fotografirati u magli. Rayleighovo raspršenje svjetlosti objašnjava plavetnilo neba: plava svjetlost se više raspršuje, a kada gledate u nebo, ova boja prevladava. Svjetlost koja prolazi kroz medij za raspršivanje (atmosferski zrak) postaje crvena, što objašnjava crvenilo sunca pri izlasku i zalasku, kada je ono nisko iznad horizonta. Raspršenje je obično popraćeno pojavama polarizacije, tako da plavo nebo u nekim smjerovima karakterizira značajan stupanj polarizacije.
Najvjerojatnije danas ne postoji nijedna kuća u kojoj nema ogledala. Toliko se učvrstio u našim životima da je čovjeku teško živjeti bez njega. Što je ovaj objekt, kako ga slika odražava? Što ako stavite dva ogledala jedno nasuprot drugog? Ovaj nevjerojatni predmet postao je središnji dio mnogih bajki. Postoji dovoljan broj znakova o njemu. Što znanost kaže o ogledalu?
Malo povijesti
Većina modernih ogledala su presvučena staklom. Kao premaz, tanki metalni sloj nanosi se na stražnju stranu stakla. Doslovno prije tisuću godina, ogledala su bila pažljivo polirani bakreni ili brončani diskovi. Ali nije si svatko mogao priuštiti ogledalo. Koštalo je puno novaca. Stoga su siromašni ljudi bili prisiljeni gledati u vlastita ogledala, koja pokazuju osobu u punoj visini - ovo je općenito relativno mlad izum. Star je oko 400 godina.
Ogledalo je još više iznenadilo ljude kada su mogli vidjeti odraz ogledala u ogledalu - općenito im se to činilo nečim čarobnim. Uostalom, slika nije istina, nego njezin odraz, neka vrsta iluzije. Ispada da možemo vidjeti istinu i iluziju u isto vrijeme. Nije iznenađujuće da su ljudi ovom predmetu pripisivali mnoga čarobna svojstva i čak su ga se bojali.
Prva ogledala bila su izrađena od platine (iznenađujuće, u jednom trenutku ovaj metal uopće nije bio cijenjen), zlata ili kositra. Znanstvenici su otkrili ogledala napravljena još u brončano doba. Ali ogledalo koje danas možemo vidjeti počelo je svoju povijest nakon što je u Europi ovladana tehnologija puhanja stakla.
Znanstveni pogled
Sa stajališta znanosti fizike, odraz zrcala u zrcalu je umnoženi učinak istog odraza. Što je više takvih zrcala postavljeno jedno nasuprot drugoga, veća je iluzija da su ispunjena istom slikom. Ovaj se efekt često koristi u atrakcijama za zabavu. Na primjer, u Disney parku postoji takozvana beskrajna dvorana. Tamo su postavljena dva zrcala jedno nasuprot drugoga, a taj se efekt ponavljao mnogo puta.
Dobiveni odraz zrcala u zrcalu, pomnožen s relativno beskonačnim brojem puta, postao je jedna od najpopularnijih atrakcija. Takve atrakcije odavno su dio industrije zabave. Početkom 20. stoljeća na međunarodnoj izložbi u Parizu pojavila se atrakcija pod nazivom "Palača iluzija". Bio je iznimno popularan. Princip njegovog nastanka je odraz ogledala u ogledalima postavljenim u nizu, veličine punog ljudskog bića, u ogromnom paviljonu. Ljudi su imali dojam da su u ogromnoj masi.
Zakon refleksije
Načelo rada svakog zrcala temelji se na zakonu prostiranja i refleksije u prostoru. Ovaj zakon je glavni u optici: bit će isti (jednak) kutu refleksije. To je kao lopta koja pada. Ako ga bacite okomito dolje prema podu, on će također odskočiti okomito prema gore. Ako ga bacite pod kutom, odbiti će se natrag pod kutom jednakim kutu udarca. Svjetlosne zrake se odbijaju od površine na sličan način. Štoviše, što je ta površina glatkija i glatkija, to ovaj zakon idealnije funkcionira. Refleksija u ravnom zrcalu funkcionira po ovom zakonu, a što je njegova površina idealnija, to je refleksija bolja.
Ali ako se radi o mat ili hrapavim površinama, tada su zrake raspršene kaotično.
Ogledala mogu reflektirati svjetlost. Ono što vidimo, svi reflektirani objekti, je zahvaljujući zrakama koje su slične sunčevim. Ako nema svjetla, onda se ništa ne vidi u ogledalu. Kada svjetlosne zrake padnu na predmet ili bilo koje živo biće, one se reflektiraju i nose sa sobom informacije o predmetu. Dakle, odraz osobe u zrcalu je ideja o objektu koja se formira na mrežnici njegovog oka i prenosi u mozak sa svim svojim karakteristikama (boja, veličina, udaljenost itd.).
Vrste zrcalnih površina
Ogledala mogu biti ravna ili sferna, koja pak mogu biti konkavna ili konveksna. Danas već postoje pametna zrcala: neka vrsta medijskog nosača dizajniranog za demonstraciju ciljnoj publici. Princip njegovog rada je sljedeći: kada se osoba približi, ogledalo kao da oživi i počinje prikazivati video. Štoviše, ovaj video nije slučajno odabran. U zrcalo je ugrađen sustav koji prepoznaje i obrađuje dobivenu sliku osobe. Ona brzo određuje njegov spol, dob, emocionalno raspoloženje. Dakle, sustav u ogledalu odabire demo video koji potencijalno može zainteresirati osobu. Ovo radi 85 puta od 100! Ali znanstvenici tu ne staju i žele postići 98% točnosti.
Sferne zrcalne površine
Što je osnova rada sfernog zrcala, ili, kako se još naziva, zakrivljeno zrcalo - zrcalo s konveksnim i konkavnim površinama? Takva se ogledala razlikuju od običnih po tome što krive sliku. Konveksne zrcalne površine omogućuju da se vidi više predmeta od ravnih. Ali u isto vrijeme, svi ti objekti izgledaju manji. Takva se ogledala ugrađuju u automobile. Tada vozač ima priliku vidjeti sliku i s lijeve i s desne strane.
Konkavno zakrivljeno zrcalo fokusira dobivenu sliku. U ovom slučaju možete vidjeti reflektirani objekt što je moguće detaljnije. Jednostavan primjer: ova se ogledala često koriste za brijanje iu medicini. Slika predmeta u takvim zrcalima sastavljena je od slika mnogih različitih i pojedinačnih točaka tog objekta. Za konstruiranje slike predmeta u konkavnom zrcalu bit će dovoljno konstruirati sliku njegovih dviju krajnjih točaka. Slike preostalih točaka nalazit će se između njih.
Prozirnost
Postoji još jedna vrsta ogledala koja imaju prozirne površine. Dizajnirane su tako da je jedna strana kao obično ogledalo, a druga poluprozirna. S ove prozirne strane možete vidjeti pogled iza ogledala, ali s uobičajene strane ne možete vidjeti ništa osim odraza. Takva se ogledala često mogu vidjeti u kriminalističkim filmovima, kada policija obavlja očevid i ispituje osumnjičenika, a s druge strane ga promatra ili privodi svjedoke na prepoznavanje, ali tako da se ne vide.
Mit o beskonačnosti
Postoji uvjerenje da stvaranjem zrcalnog hodnika možete postići beskonačnost svjetlosnog snopa u ogledalima. Praznovjerni ljudi koji vjeruju u proricanje sudbine često koriste ovaj ritual. Ali znanost je odavno dokazala da je to nemoguće. Zanimljivo je da ogledalo nikada nije 100% kompletno. To zahtijeva idealnu, 100% glatku površinu. A može biti otprilike 98-99%. Uvijek postoje neke greške. Stoga djevojke koje gataju u takvim zrcalnim hodnicima uz svjetlost svijeća riskiraju, u najboljem slučaju, jednostavno ući u određeno psihičko stanje koje može negativno utjecati na njih.
Postavite li dva zrcala jedno nasuprot drugog i zapalite svijeću između njih, vidjet ćete mnogo svjetala poredanih u jednom redu. Pitanje: koliko svjetala možete izbrojati? Na prvi pogled, to je beskonačan broj. Uostalom, čini se da ovom nizu nema kraja. Ali ako izvršimo određene matematičke izračune, vidjet ćemo da će čak i kod zrcala koja imaju 99% refleksije, nakon otprilike 70 ciklusa svjetlost postati upola slabija. Nakon 140 refleksija oslabit će za još jedan faktor dva. Svaki put se zrake svjetla zatamne i promijene boju. Tako će doći trenutak kada će se svjetlo potpuno ugasiti.
Pa je li beskonačnost još uvijek moguća?
Beskonačna refleksija zrake od zrcala moguća je samo kod apsolutno idealnih zrcala postavljenih strogo paralelno. Ali je li moguće postići takvu apsolutnost kada ništa u materijalnom svijetu nije apsolutno i idealno? Ako je to moguće, to je samo sa stajališta religijske svijesti, gdje je apsolutno savršenstvo Bog, Stvoritelj svega sveprisutnog.
Zbog nedostatka idealne površine zrcala i njihove idealne paralelnosti jedna s drugom, određeni broj refleksija će se savijati, a slika će nestati, kao iza ugla. Ako uzmemo u obzir i činjenicu da osoba koja gleda kada su dva zrcala, a između njih je i svijeća, također neće stajati strogo paralelno, tada će vidljivi niz svijeća sasvim nestati iza okvira zrcala. brzo.
Višestruka refleksija
U školi učenici uče konstruirati slike predmeta koristeći zakon refleksije svjetlosti u zrcalu, predmet i njegova zrcalna slika su simetrični. Proučavajući konstrukciju slika pomoću sustava od dva ili više zrcala, školarci kao rezultat dobivaju učinak višestruke refleksije.
Ako jednom ravnom zrcalu dodate drugi koji se nalazi pod pravim kutom u odnosu na prvi, tada se u zrcalu neće pojaviti dva odraza, već tri (obično se označavaju S1, S2 i S3). Pravilo funkcionira: slika koja se pojavi u jednom zrcalu odražava se u drugom, zatim se prva odražava u drugom i opet. Nova, S2, odrazit će se na prvu, stvarajući treću sliku. Svi odrazi će se podudarati.
Simetrija
Postavlja se pitanje: zašto su odrazi u ogledalu simetrični? Odgovor daje geometrijska znanost, a u uskoj vezi s psihologijom. Ono što je za nas vrh i dno mijenja mjesta za ogledalo. Čini se da ogledalo okreće ono što je ispred njega. No, iznenađujuće je da na kraju pod, zidovi, strop i sve ostalo u odrazu izgleda isto kao u stvarnosti.
Kako osoba doživljava odraz u ogledalu?
Čovjek vidi zahvaljujući svjetlu. Njegovi kvanti (fotoni) imaju svojstva vala i čestice. Na temelju teorije o primarnim i sekundarnim izvorima svjetlosti, fotone iz svjetlosne zrake koja pada na neproziran objekt apsorbiraju atomi na njegovoj površini. Pobuđeni atomi odmah vraćaju energiju koju su apsorbirali. Sekundarni fotoni emitiraju se ravnomjerno u svim smjerovima. Grube i mat površine daju difuznu refleksiju.
Ako je to površina zrcala (ili nečeg sličnog), tada su čestice koje emitiraju svjetlost poredane, a svjetlost pokazuje valne karakteristike. Sekundarni valovi su kompenzirani u svim smjerovima, osim što podliježu zakonu da je upadni kut jednak kutu refleksije.
Čini se da se fotoni odbijaju od zrcala elastično. Njihove putanje kreću od objekata koji kao da se nalaze iza njega. To su ono što ljudsko oko vidi kada se pogleda u ogledalo. Svijet iza ogledala drugačiji je od stvarnog. Da biste tamo pročitali tekst, morate krenuti s desna na lijevo, a kazaljke na satu idu u suprotnom smjeru. Dvojnik u ogledalu podiže lijevu ruku kada osoba koja stoji ispred ogledala podigne desnu.
Odrazi u zrcalu bit će različiti za ljude koji ga gledaju u isto vrijeme, ali smješteni na različitim udaljenostima iu različitim položajima.
U davnim vremenima najbolja ogledala bila su ona od brižljivo uglačanog srebra. Danas se na stražnju stranu stakla nanosi sloj metala. Zaštićena je od oštećenja s nekoliko slojeva boje. Umjesto srebra, radi uštede, često se nanosi sloj aluminija (koeficijent refleksije je oko 90%). Ljudsko oko praktički ne primjećuje razliku između srebrnog premaza i aluminija.
Mijenja se broj refleksija svijeće.
Riža. 23. Višestruki odraz svijeće u dva zrcala
Predložite mogućnosti korištenja višestrukih refleksija.
Na temelju svojih zapažanja zaključi o fizikalnim i kemijskim pojavama koje prate gorenje svijeće.
2. Praćenje klijavosti sjemena graha
Ovaj rad traje nekoliko dana i može se raditi u dvoje ili u grupama.
Cilj rada: promatrati vanjske promjene boba tijekom vremena i promjene njihove mase.
Oprema i reagensi: tanjurić ili petrijeva zdjelica, gaza, 2-3 zrna boba, voda, vaga (tehnička ili elektronska).
Napredak
Gazu smotanu u nekoliko slojeva staviti u Petrijevu zdjelicu ili tanjurić, uliti vode toliko da prekrije gazu. Stavite sjemenke graha na gazu, nakon što ste svaku izvagali. Ostavite tanjuriće s grahom na prozorskoj dasci u prirodoslovnoj učionici.
Svakodnevno pratite izgled sjemena. Promjene koje se kod njih događaju bilježite u bilježnicu, svakodnevno ih važite (nakon što ih upijete papirnatom salvetom) i rezultate također upišite u bilježnicu. Kad bobe proklijaju i kad se na klici pojave mali naborani listići, promatranje se može završiti.
Nacrtajte sjemenke na početku i na kraju pokusa.
Kada je promjena mase sjemena graha bila najintenzivnija?
Nacrtajte graf ovisnosti mase proklijalog sjemena graha u odnosu na vrijeme.
Zaključite o razlozima promjene mase graha.
3. Promatranje promjena stanja leda pri zagrijavanju
Cilj rada: uočiti pojavu topljenja leda, opisati promjenu stanja leda ovisno o temperaturi, zaključiti o promjeni temperature leda tijekom otapanja.
Oprema i materijali: led, termometar, staklena čaša kapaciteta 50-100 ml, krpa.
Napredak
Led dobro zdrobite tako da ga zamotate u krpu. Stavite zdrobljeni led u staklenu čašu.
Izmjerite temperaturu leda i zabilježite rezultat u tablicu 4.
Mjerite temperaturu leda svakih 3-5 minuta i zabilježite agregatno stanje vode, upisujući podatke u tablicu.
Tablica 4
Nacrtajte graf ovisnosti temperature vode u različitim agregatnim stanjima u odnosu na vrijeme.
Poglavlje 2. Megasvijet
§ 8. Čovjek i svemir
1. Na primjerima pokažite kako su se mijenjale ideje o svjetskom sustavu od antičkih vremena do 17. stoljeća.
2. Navedite imena znanstvenika 16.–17. stoljeća čiji se doprinos astronomiji ne može precijeniti.
3. Ukratko opišite dostignuća ruske znanosti u području astronautike.
4. Prisjetite se imena pjesnika, umjetnika, pisaca, skladatelja, redatelja čija su vam djela o svemiru, zvijezdama, stvarnim i izmišljenim putovanjima na daleke planete ostala u sjećanju.
Privlačnost dalekih zvijezda
Sjetite se kako u ljetnoj noći bez oblaka, zabacivši glavu unatrag, niste mogli skinuti pogled s očaravajućeg zvjezdanog neba. Kolike je umjetnike, pjesnike, književnike na stvaranje velikih djela nadahnulo treptanje dalekih zvijezda, nepoznatih svjetova (slika 24). Kolikom su putniku zvijezde pokazale pravi put do cilja, kolikom izgubljenom putniku pomogle da pronađe put kući.
Ja sam sin Zemlje, dijete male planete,
Izgubljen u prostranstvima svijeta,
Pod teretom stoljeća umoran,
Uzalud sanjati o nečem drugom.
V. Brjusov
Riža. 24. V. Van Gogh. Zvjezdana noć nad Rhonom. 1888
Možda ne postoji ništa zastrašujuće privlačnije, beskrajno daleko, dostupno i nedostupno od megasvjetova u čijim je dubinama rođeno veliko čudo - treperavo zrnce prašine zvano Zemlja. Trebali biste imati predodžbu o tome što su galaksija, zvjezdani skupovi, zvijezde, crne rupe, planeti, kometi i druga nebeska tijela te poznavati suvremene ideje o strukturi i evoluciji Svemira. Ovo i mnogo više ćete naučiti u ovom poglavlju.
Zviježđa svjetlucaju u svemirskoj tami,
Sjaju primamljivo i jasno,
Ali ljudi su navikli živjeti na zemlji,
A ova navika je divna.
V. Soloukhin Prirodna filozofija o zemlji i svemiru
Pitanje što je svemir zabrinjava ljude od davnina. Nitko sa sigurnošću ne može reći kada je rođena jedna od najstarijih znanosti, astronomija.
Naši preci, budući da su u velikoj mjeri ovisili o prirodnim silama, obožavali su nebeska tijela - Sunce, Mjesec, zvijezde. O njima su se stvarali mitovi
MISTIČNA
Moderna ogledala imaju drugačija svojstva od starih ogledala. Za izradu ogledala staklo mora biti presvučeno s jedne strane.
U 16. stoljeću amalgam, legura žive i kositra, prvi put je korišten za proizvodnju ogledala. "Staklena zrcala potamne odozdo ili se prekrivaju limenim limom, omotanim oko njih", to je ono što se o zrcalu kaže u Dahlovom rječniku objašnjenja. Ogledala prekrivena amalgamom davala su blijed odraz. Tijekom njihove proizvodnje morali smo se nositi s otrovnim tvarima.
U 19. stoljeću njemački znanstvenik J. Liebig došao je do bezopasnog, za razliku od žive, premaza za ogledalo. Umjesto toga, počeli su nanositi tanak sloj srebra na staklenu ploču. Kako bi spriječili oštećenje osjetljivog srebrnog filma, naučili su ga pokriti slojem boje na vrhu. Takva su zrcala davala vrlo svijetlu sliku.
Moderna ogledala izrađuju se od običnog stakla obloženog aluminijem, rjeđe titanom ili drugim metalima i legurama. Nakon prskanja nanosi se zaštitni sloj boje. Ova metoda je jeftina, ali je upotreba aluminijskih ogledala ograničena njihovom malom veličinom.
Najnovija tehnologija: kao reflektirajući sloj koristi se srebrna otopina, koja se zatim premaže zaštitnim slojem bakra ili posebnim kemikalijama za lijepljenje, a tek potom dva sloja zaštitnog lakiranog premaza.
FIZIKA
Neka su dva ogledala međusobno paralelna, tj. kut između njih je nula.
Iz slike se vidi da će broj slika biti beskonačan. U stvarnosti, nećemo vidjeti beskonačan broj refleksija, jer ogledala nisu idealna i apsorbiraju ili raspršuju dio svjetlosti koja pada na njih. Osim toga, kao rezultat fenomena perspektive, slike će postati manje sve dok ih više ne budemo mogli razlikovati. Također možete primijetiti da udaljene slike mijenjaju boju (postajaju zelene) jer ogledalo ne reflektira i ne apsorbira svjetlost različitih valnih duljina jednako.
PSIHOLOGIJA
Psihijatar Raymond Moody, autor poznate knjige “Life After Life”, posvećene posthumnom postojanju duše, više od 10 godina istražuje fenomen “zrcalne vidovitosti”. Na gornjem katu starog mlina u Alabami, profesor je stvorio "sobu s ogledalima", čiji su prozori bili čvrsto zatvoreni i zastrti. Nasuprot velikom ogledalu postavljenom na zid u ovoj prostoriji nalazila se stolica smještena pod takvim kutom da posjetitelj nije mogao vidjeti svoj odraz u njoj. Tamo se zrcalio samo crni baršunasti zastor na kojem su se pojavile vizije.
U projektu su sudjelovali ljudi raznih profesija - pravnici, psiholozi, liječnici, studenti.
Dr. Moody zamolio je volontere da se unaprijed pripreme za nadolazeći kontakt s preminulom voljenom osobom.
Da bi to učinili, gledali su fotografije, dodirivali stvari koje su pripadale pokojniku i sjećali ga se. Navečer je eksperimentalni subjekt odveden u "sobu s ogledalom" osvijetljenu slabom žaruljom. Čovjek je sjeo na stolicu i opustio se, isključivši svoj mozak od svega stranog. Nakon toga, subjekt je počeo pozorno zuriti u površinu zrcala.
Svi sudionici eksperimenata tvrdili su da su aktivno komunicirali s mrtvima. Sam Moody je sudjelovao u eksperimentu i vidio (nakon što je sjedio na stolici 2 sata) svoju pokojnu baku.
Moody: "Ako svoj spoj smatram halucinacijom, onda moram smatrati i cijeli svoj život halucinacijom."
EZOTERIJA
Živimo u svijetu modeliranom u našim umovima. Svijet moje svijesti je tvoj, tvoja svijest je tvoja.
U očnoj leći svijet se pojavljuje naglavačke, a mozak sliku okreće naglavačke. Osoba vidi boju, iako boje nema, postoji valna duljina.
Vi ne vidite ovaj tekst, već model ovog teksta, slike koje sami oblikujete u virtualnoj stvarnosti svoje svijesti.
Tekst je reflektirana svjetlost - fotoni te svjetlosti padaju na očnu leću koja okreće sliku - slika se pretvara u elektrokemijske signale živčanog sustava - mozak odabire odgovarajuće slike iz baze podataka (iz memorije) i formira slika-model vidljive stranice u umu - simbole koji postoje u ovom modelu tumačimo kao slova - od slova sastavljamo tekstove - tekstove tumačimo u obliku mentalnih slika. Rezultat je razumijevanje pročitanog teksta.
Da. svijest modelira stvarnost. Mi ne vidimo (percipiramo) stvarnost, već materijalni svijet, koji možemo percipirati svojim osjetilima, tzv. virtualni model stvarnosti, koji kroz sustav percepcije ulazi u svijest.
Mašta (koja je temelj vizualno-figurativnog mišljenja) nadopunjuje virtualni model stvarnosti slikama koje se formiraju ovisno o stvarnim željama osobe. Kao rezultat rada mašte, vidimo ono što želimo vidjeti.
Dakle, svijeća, dva ogledala i čovjek.
Ovaj sustav generira model za višestruko ponavljanje slike. U svakodnevnom životu osoba se ne susreće s takvim fenomenom.
Višestruki odrazi izbacuju percepciju iz njenog normalnog načina funkcioniranja i u ovom trenutku mehanizam fantazije počinje raditi slobodno (bez kontrole filtara razmišljanja), na temelju znanja o magijskim praksama povezanim sa zrcalom.
Nemaju svi ljudi sposobnost opažanja objekata "suptilnog svijeta" u svojim mehanizmima percepcije. Uostalom, u "suptilnom svijetu" ono što osoba može vidjeti ne postoji.
1. Postoje ljudi koji su rođeni sa sposobnošću opažanja objekata "suptilnog svijeta", ali ili su tijekom odgoja poučeni kako raditi s tim objektima (obično se to ne događa), ili ljudi u procesu života pripisuju svojim vizijama neke objekte koji se tradicionalno prihvaćaju pripisivati “suptilnom svijetu” (duhovi, vragovi, itd.). Na temelju svoje percepcije, takvi ljudi stvaraju legende o "suptilnom svijetu".
2. Kada se običan čovjek nađe u sličnoj situaciji višestrukog ponavljanja slike, on vidi ono što može vidjeti (ono što može zamisliti). A čovjek zamišlja na temelju informacija koje je nekoć dobio iz knjiga, filmova i priča “očevidaca”.
Da bi čovjek shvatio ono što je vidio, mašta vodi sliku do željene slike.
Što je želja da se vidi nešto konkretno jača, to će se prije ostvariti. Štoviše, želja možda nije svjesna (podsvjesna).
PISAC (govori vrlo samouvjereno). Da, ovdje je shvatio da se ne ostvaruju samo želje, nego najdublje želje!..Dakle, podsvjesne želje uključuju maštu i osoba vidi (čuje, osjeća, dodiruje) ono što je podsvjesno htjela.
Da, ovdje će se obistiniti da odgovara svojoj prirodi, svojoj biti! O kojoj nemaš pojma, ali sjedi u tebi i upravlja tobom cijeli život! Dikobraza nije svladala pohlepa. Da, puzao je kroz ovu lokvu na koljenima, moleći za brata. Ali dobio je mnogo novca i nije mogao dobiti ništa drugo. Jer dikobraz je dikobraz! A savjest, duševna bol - sve je to izmišljeno, iz glave.
Andrej Arsenijevič Tarkovski "Stalker". Snimka književnog filma
1. dio
Općinska obrazovna ustanova
Srednja škola br.21
Čarolija ogledala
(istraživački rad)
Voditelj: Fedorishcheva Elena Savelyevna
Belgorod, 2011
Istraživanje
"Magija ogledala"
Kako je sve počelo? Kad sam bila mala često sam se gledala u ogledalo i vidjela sebe u njemu. Nisam mogao razumjeti i bio sam vrlo iznenađen zašto sam ili sam tamo, ili je mnogo mene stajalo sučelice sebi. Ponekad sam čak pogledao iza ogledala, misleći da je iza njega netko vrlo sličan meni. Od djetinjstva me jako zanima zašto se to događa, kao da postoji neka magija u ogledalu.
Za svoje istraživanje odabrao sam temu"Magija ogledala"
Relevantnost: Svojstva zrcala proučavaju se do danas, znanstvenici otkrivaju nove činjenice. Uređaji s ogledalima danas se koriste posvuda. Neobična svojstva ogledala vruća su tema.
Hipoteza: Pretpostavimo da ogledala imaju magične moći.
Postavili smo si sljedeće zadaci:
Saznajte u kojoj se zemlji i kada pojavilo ogledalo;
Proučiti tehnologiju izrade ogledala i njihovu primjenu;
Provoditi pokuse sa zrcalima i upoznati se s njihovim svojstvima;
Naučite zanimljive činjenice o ogledalima;
Saznajte imaju li ogledala magične moći.
Predmet proučavanja: ogledalo.
Predmet proučavanja: magična svojstva ogledala.
Kako bismo istražili ovaj problem mi:
Čitati enciklopedijske članke;
Čitajte članke u novinama i časopisima;
Tražio informacije na internetu;
Posjetili smo trgovinu ogledala;
Gatali su pomoću ogledala.
U kojoj se zemlji i kada pojavilo ogledalo?
Povijest zrcala započela je već u trećem tisućljeću prije Krista. Najranija metalna ogledala gotovo su uvijek bila okruglog oblika.
Prva staklena ogledala stvorili su Rimljani u 1. stoljeću nove ere. S početkom srednjeg vijeka staklena zrcala potpuno su nestala: gotovo istodobno sve su vjerske koncesije vjerovale da sam vrag gleda svijet kroz zrcalno staklo.
Staklena zrcala ponovno su se pojavila tek u 13. stoljeću. Ali bili su... konkavni. Tadašnja proizvodna tehnologija nije poznavala način “zalijepljenja” limene podloge na ravni komad stakla. Stoga se rastaljeni kositar jednostavno ulijevao u staklenu tikvicu, a zatim razbijao na komade. Tek tri stoljeća kasnije venecijanski su se majstori dosjetili kako ravnu površinu prekriti kositrom. Reflektirajućim kompozicijama dodano je zlato i bronca, pa su svi predmeti u ogledalu izgledali ljepše nego u stvarnosti. Cijena jednog venecijanskog ogledala bila je jednaka cijeni malog broda. Godine 1500. u Francuskoj je obično ravno ogledalo dimenzija 120 x 80 centimetara koštalo dva i pol puta više od Rafaelove slike.
Kako nastaje ogledalo.
Trenutno se proizvodnja ogledala sastoji od sljedećih faza:
1) rezanje stakla
2) dekorativna obrada rubova izratka
3) nanošenje tankog sloja metala (reflektivni premaz) na stražnju stijenku stakla je najkritičnija operacija. Zatim se nanosi zaštitni sloj od bakra ili posebnih vezivnih kemikalija, nakon čega slijede dva sloja zaštitne boje koja sprječava koroziju.
Što ako ogledala imaju čarobna svojstva?
1 . Moj tata, mama i ja volimo putovati u različite gradove. Posebno volimo posjećivati palače i dvorce. Začudilo me što je u dvoranama u kojima su se održavali balovi bilo puno ogledala. Zašto toliko? Uostalom, da biste izravnali kosu ili se pogledali, dovoljno je jedno ogledalo. Ispada da su zrcala potrebna kako bi se povećalo osvjetljenje i umnožile goruće svijeće.
Iskustvo 1: Napravit ću hodnik s ogledalom i donijeti svijeće. Osvjetljenje se pojačalo.
Stoga sve palače imaju dvorane s ogledalima za velike prijeme.
Iskustvo 2. Ogledala mogu odražavati ne samo slike, već i zvuk. Zato u drevnim dvorcima ima mnogo ogledala. Stvorili su jeku - refleksiju zvuka i pojačali glazbene zvukove tijekom praznika.
Iskustvo 3. U našim kućama postoji nekoliko ogledala. Nema ih puno. Zašto?
Nemoguće je živjeti u sobi s ogledalom. Došlo je do španjolskog mučenja: stavili su osobu u sobu s ogledalom - kutiju, u kojoj nije bilo ničega osim lampe i osobe! Ne mogavši podnijeti njegove refleksije, čovjek je poludio.
Zaključak
:
Ogledala imaju svojstva reflektiranja zvuka, svjetla i suprotnog svijeta.
Iskustvo 4
Na komad papira jednu ispod druge napišite tri riječi: OKVIR, LUM i SPAVANJE. Objavite ovaj komad papira okomito ogledalo i pokušajte pročitati odraze ovih riječi u ogledalu. Riječ OKVIR je nečitljiva, LUM je ostao što je bio, a SAN se pretvorio u NOS!
Ogledalo mijenja redoslijed slova obrnuto, a odraz riječi u zrcalu ne biste trebali čitati slijeva nadesno, kao što smo navikli, već obrnuto. Ali čitamo, po dugogodišnjoj navici! A riječi LUM i SPAVANJE su same po sebi vrlo zanimljive. Lump se jednoznačno čita i slijeva na desno i obrnuto! A riječ SAN u obrnutom čitanju pretvara se u NOS! Evo dokaza kako ogledalo radi!
Nakon ovih eksperimenata to je lako razumjeti tajni kod Leonarda da Vincija . Njegove bilješke mogle su se samo čitati pomoću ogledala! No, da bi tekst bio lak za čitanje, ipak je morao biti napisan naopako!
Čovjek u ogledalu.
Hajde da shvatimo tko je tamo, vidljiv u ogledalu? Moj odraz ili ne moj?
Iskustvo 5
Samo se pažljivo pogledajte u ogledalu!
Ruka koja drži olovku je iz nekog razloga u lijevoj ruci!
Stavimo ruku na srce.
O užas, onaj iza ogledala ima desno!
I madež je skočio s jednog obraza na drugi!
Očito nisam ja u ogledalu, već moj antipod! I mislim da me tako ne doživljavaju prolaznici na ulici. Gledam Ja uopće nisam takav!
Iskustvo 6
Kako možete biti sigurni da vidite točno ono što želite? nepretvorena slika u ogledalu?
Ako su dva ravna zrcala postavljena okomito međusobno pod pravim kutom onda ćeš vidjeti "izravna", nepretvorena slika subjekt. Na primjer, obično ogledalo daje sliku osobe čije je srce na desnoj strani. U kutnom zrcalu slike, srce će biti, očekivano, s lijeve strane! Samo trebate pravilno stajati ispred ogledala!
Okomita os simetrije vašeg lica trebala bi ležati u ravnini koja raspolavlja kut između zrcala. Nakon sastavljanja ogledala, pomaknite ih: ako je kut otopine ravan, trebali biste vidjeti potpuni odraz svog lica. 
Iskustvo 7
Višestruka refleksija
I sad mogu odgovoriti zašto me ima toliko u ogledalima?
Za provođenje eksperimenta trebat će nam:
- dva ogledala
- kutomjer
- viski
- stavke
Plan rada:
1. Pričvrstite ga trakom na stražnjoj strani ogledala.
2. Stavite upaljenu svijeću u sredinu kutomjera.
3. Postavite ogledala na kutomjer tako da čine kut od 180 stupnjeva. Možemo promatrati jedan odraz svijeće u zrcalima.
4. Smanjite kut između ogledala.
Zaključak: Kako se kut između zrcala smanjuje, povećava se broj refleksija svijeće u njima.
Čarolija ogledala.
Od 16. stoljeća ogledala su ponovno stekla reputaciju najmisterioznijih i najčarobnijih predmeta koje je čovjek ikada stvorio. Godine 1900. takozvana Palača iluzija i Palača fatamorgana doživjele su veliki uspjeh na Svjetskoj izložbi u Parizu. U Palači iluzija, svaki zid velike šesterokutne dvorane bio je ogromno uglačano zrcalo. Gledatelj u ovoj dvorani vidio je sebe izgubljenog među 468 svojih dvojnika. A u Palači Mirage, u istoj dvorani ogledala, slika je bila prikazana u svakom uglu. Dijelovi zrcala sa slikama "okrenuti" su pomoću skrivenih mehanizama. Gledatelj se našao ili u neobičnoj tropskoj šumi, ili među beskrajnim dvoranama arapskog stila, ili u ogromnom indijskom hramu. “Trikove” od prije sto godina sada je usvojio slavni mađioničar David Copperfield. Svoj poznati trik s kočijom koja nestaje u potpunosti duguje Palači miraža.
Sada pogledajmo neko proricanje sudbine pomoću ogledala.
Magija zrcala također se koristila za proricanje sudbine.
Proricanje sudbine na zrcalu donijelo nam se iz inozemstva zajedno s zrcalom u modernom obliku krajem 15. stoljeća.
Najaktivnije vrijeme za proricanje sudbine u starim danima bilo je od 7. siječnja do 19. siječnja. Tih dvanaest blagdanskih dana između Božića (7. siječnja) i Sveta tri kralja (19. siječnja) nazivali su se Badnjaci.
Dat ću vam primjer proricanja sudbine:
1) Malo ogledalo polije se vodom i iznese na hladno točno u ponoć. Nakon nekog vremena, kada se ogledalo zamrzne i na njegovoj površini se stvore različiti uzorci, trebate ga unijeti u kuću i odmah gatati sa zamrznute površine.
Ako se krugovi nađu na ogledalu, tada ćete živjeti u izobilju godinu dana; Ako pogledate obris jelove grane, to znači da je pred vama puno posla. Kvadrati predviđaju poteškoće u životu, a trokuti su vjesnici velikog uspjeha i sreće u bilo kojem poslu.
Nakon proricanja sudbine, shvatio sam: ogledalo samo po sebi nema čarobna svojstva. Čovjek ih ima. A ogledalo je samo sredstvo koje pomaže ojačati informacije podsvijesti i učiniti ih dostupnima percepciji.
Zaključak: Ne vjerujemo u magičnu moć ogledala; neuki i neobrazovani ljudi im pripisuju nadnaravna svojstva. Uostalom, zakoni optike objašnjavaju sva zrcalna čuda sa znanstvenog stajališta. Posljedično, naša hipoteza je potvrđena. Prekrasna bajka o ogledalima samo je fantazija. I to su potvrdili naši eksperimenti.
1. dio
