Optyka - ZSO Zator

Przyrządy optyczne
Krótki wstęp
 Co to jest optyka?
 Optyka to dział fizyki, zajmujący się badaniem natury
światła, prawami opisującymi jego emisję, rozchodzenie
się, oddziaływanie z materią oraz pochłanianie przez
materię. Optyka wypracowała specyficzne metody
pierwotnie przeznaczone do badania światła
widzialnego, stosowane obecnie także do badania
rozchodzenia się innych zakresów promieniowania
elektromagnetycznego - podczerwieni i ultrafioletu zwane światłem niewidzialnym.
 Optyka to także dział techniki badający światło i jego
zastosowania w technice.
Definicja
 Przyrząd optyczny, urządzenie optyczne – urządzenie
służące do zmieniania drogi promieni świetlnych, a
czasem także promieni niektórych innych form
promieniowania elektromagnetycznego. W zależności od
konstrukcji, służyć może do różnych celów, jak np.
obserwacji obiektów trudno lub wręcz w ogóle
nierozpoznawalnych za pomocą nieuzbrojonego
ludzkiego oka (obiektów zbyt małych), obserwacji
obiektów zasłoniętych dla bezpośredniej obserwacji,
projekcji lub ekspozycji obrazów, nadania oświetleniu
odpowiedniego kierunku i kształtu, lub też korekty wad
wzroku.
Oko
 Oko składa się z takich elementów jak rogówka, tęczówka, soczewka, ciało
szkliste i płyn wodnisty. Światło, gdy wpada do oka musi przejść przez
wszystkie te elementy. Każdy taki element składowy wykonuje pewne
określone zadania, oraz niestety nie jest pozbawiony pewnych wad. Jednak
ogólnie patrząc na oko, jest to naprawdę cudowny układ optyczny
działający w wspaniały sposób. Światło to najpierw pada na błonę ochronną
oka - rogówkę. W dalszej kolejności przechodzi przez komorę przednią oka
i następnie przechodzi przez otwór w tęczówce - przez źrenicę. Zadaniem
źrenicy jest regulacja ilości światła wpadającego do wnętrza naszego oka.
Jak sami możemy spostrzec obserwując nasze oko, w przypadku gdy
mamy do czynienia z silnym źródłem światła, źrenica ulega skurczenia.
Natomiast, gdy znajdujemy się w warunkach niedostatecznego oświetlenia
znacząco się powiększa, tak, aby wpuścić jak największą ilość światła.
Maksymalny rozmiar, jaki może źrenica przybrać to 7-8 mm, a minimalny to
2-3 mm. Jednak jeśli spojrzymy na zmianę natężenia światła, powstałą w
wyniku zmniejszenia się szerokości źrenicy to zauważymy że zmaleje ono o
ok. 12 dB.
Opis oka
 Gałka oczna znajduje się w przedniej części
oczodołu i porusza się dzięki ruchom mięśni
ocznych w zagłębieniu utworzonym przez
tkankę tłuszczową oczodołu i liczne powięzie.
Wychodzący z niej nerw wzrokowy przechodzi
przez otwór kostny do wnętrza czaszki i dalej do
mózgu.
 Oko ma w przybliżeniu kształt kuli o średnicy 24
mm, wypełnionej w większości bezpostaciową
substancją (ciałkiem szklistym), znajdującej się
pod ciśnieniem pozwalającym na utrzymanie
jego kształtu.
Jak działa oko?


Światło wpadające do oka biegnie przez rogówkę, komorę przednią oka, soczewkę i ciało szkliste,
by zakończyć swą podróż na siatkówce wywołując wrażenie wzrokowe przekazywane do mózgu
za pośrednictwem nerwów łączących się w nerw wzrokowy. Rogówka, wraz z cieczą wodnistą,
soczewką i ciałem szklistym, stanowią układ skupiający promienie świetlne tak, by na siatkówce
pojawiał się ostry obraz obserwowanego przedmiotu i dawał jak najostrzejsze wrażenie
wzrokowe. Dlatego też soczewka ma możliwość zmiany swojego kształtu, a co za tym idzie mocy
optycznej. Pozwala to na ogniskowanie na siatkówce przedmiotów znajdujących się w różnych
odległościach od oka. Zdolność tę nazywamy akomodacją. Ostre widzenie uzyskiwane jest wtedy,
gdy ognisko obrazowe pokrywa się z siatkówką. W przypadku, gdy oko nie jest w stanie
zogniskować światła dokładnie na siatkówce mówimy o wadach wzroku. Moc optyczna oka
nieakomodującego wynosi około +60 dioptrii, przy czym około 2/3 tej mocy przypada na rogówkę.
Na poniższym rysunku widzimy charakterystyczne parametry oka jako układu optycznego. Nad
osią symetrii oka znajdują się parametry dotyczące oka nieakomodującego (oznaczone indeksem
o), natomiast pod osią - akomodującego (oznaczenie indeksem a). Powierzchnie soczewki
zaznaczone są liniami przerywanymi.
Budowa oka
Lupa
 Lupa to najprostszy przyrząd optyczny służący do obserwacji
drobnych przedmiotów, których szczegóły przy oglądaniu gołym
okiem są słabo lub całkiem niewidoczne. W najprostszym przypadku
lupę stanowi pojedyncza soczewka dodatnia. Działanie lupy polega
na zwiększeniu kąta widzenia, pod jakim oko obserwuje przedmiot.
Normalnie lupę używa się tak, aby obserwowany przedmiot (AB)
znajdował się w jej ognisku przedmiotowym. Wówczas obraz (A' B')
tego przedmiotu tworzy się w nieskończoności i oko pracuje przy
zwolnionej akomodacji, czyli nastawieniu układu optycznego oka do
ostrego widzenia przedmiotów znajdujących się w określonej
odległości. Obraz ten jest pozorny, prosty i powiększony.
Powiększeniem lupy nazywamy stosunek kąta, pod jakim widziany
jest przedmiot umieszczony w jej ognisku, do kąta, pod jakim
widziany jest tenże przedmiot bez lupy z odległości 250 mm.
Podział lup
 Lupy dzieli się na proste i złożone. Do prostych zalicza się
pojedyncze soczewki dwuwypukłe, płasko-wypukłe i wklęsłowypukłe. Mogą one mieć najwyżej 5-krotne powiększenie. Lupy
proste najczęściej używane są jako szkła powiększające, służące
głównie do odczytywania drobnego pisma, do sprawdzania jakości
obróbki powierzchni, do pobieżnej obserwacji drobnych
przedmiotów i montażu małych mechanizmów. Wśród lup złożonych
wyróżnia się lupy aplantyczne, achromatyczne, ortoskopowe
antysygmatyczne.
Przykłady lup
Mikroskop optyczny
 Mikroskop – urządzenie służące do obserwacji małych obiektów,
zwykle niewidocznych gołym okiem. Mikroskop pozwala spojrzeć w
głąb mikroświata.

 Budowa mikroskopu: 1. Okular; 2. Rewolwer; 3. Obiektyw; 4. Śruba
makrometryczna; 5. Śruba mikrometryczna; 6. Stolik; 7. Źródło
światła; 8. Kondensor; 9. Statyw
 Pierwsze mikroskopy były mikroskopami optycznymi, w których do
oświetlania obserwowanych obiektów wykorzystywano światło
dzienne. Za twórców tego rodzaju mikroskopów uważa się
Holendrów, Zachariasza Janssena i jego ojca Hansa. Pierwsze
konstrukcje wykonali oni około roku 1590. Ze względu na słabe
powiększenie (10 razy) mikroskopy nie zdobyły wtedy uznania jako
narzędzie badawcze.
Mikroskopy
Budowa mikroskopu optycznego
 Mikroskop jest zbudowany z:
 okularu, który służy do powiększenia obrazu tworzonego przez







obiektyw mikroskopu,
tubusa, który służy do formowania powiększonego obrazu
pośredniego,
śruby makrometrycznej, która służy do wstępnej regulacji odległości,
śruby mikrometrycznej, która służy do ustalenia ostrości,
rewolweru, który umożliwia prostą zmianę obiektywu,
obiektywów, które zbierają światło wychodzące z przedmiotu i
tworzą jego powiększony obraz pośredni,
kondensora, który koncentruje światło formując z niego stożek,
lusterka, które służy do naświetlania badanego obiektu;
Mikroskop optyczny-schemat
Dodatkowe przedmioty optyczne
 Teleskop (gr. tēle-skópos – daleko widzący) – przyrząd optyczny
złożony z dwóch elementów optycznych: obiektywu i okularu
(teleskop soczewkowy) lub z okularu i zwierciadła (teleskop
zwierciadlany) połączonych tubusem. Służy do powiększania
odległych obrazów. Zarówno teleskop soczewkowy, jak i teleskop
zwierciadlany dają obraz rzeczywisty powiększony, odwrócony
(soczewkowy). Buduje się wiele rodzajów teleskopów od prostych
przyrządów optycznych służących do obserwacji krajobrazu po
złożone urządzenia służące w astronomii (głównie teleskopy
zwierciadlane, np. teleskop Hubble'a). Znaczna większość
używanych na świecie teleskopów o przeznaczeniu astronomicznym
to sprzęt amatorski znajdujący się w prywatnych rękach miłośników
astronomii. Hobby jakim jest oglądanie obiektów niebieskich zyskało
w ciągu ostatnich lat również w Polsce ogromne rzesze entuzjastów
czego skutkiem jest znaczna ilość nierzadko nawet dość
zaawansowanego optycznie sprzętu w rękach amatorów.
Teleskop/luneta
Odbicie i załamanie światła
 Odbicie i załamanie światła
 Podczas odbicia światła od gładkiej przeszkody kąt padania i kąt odbicia ma
tą samą miarę. Następuje odbicie światła. Kierunek rozchodzenia się
światła po odbiciu nazywamy promieniem odbitym. Kąt zawarty między
promieniem padającym na powierzchnię a prostą prostopadłą do tej
powierzchni nazywamy kątem padania światła . Kąt zawarty między
promieniem odbitym a tą prostopadłą nazywamy kątem odbicia.
Przy przejściu światła z jednego ośrodka do drugiego kierunek
rozchodzenia się światła zawsze ulega zmianie. Następuje załamanie
światła. Kierunek rozchodzenia się światła po załamaniu nazywamy
promieniem załamanym. Kat zawarty między promieniem padającym na
powierzchnię a prostą prostopadłą nazywamy katem padania światła. Kąt
zawarty między promieniem załamanym a tą prostopadłą nazywamy kątem
załamania.
 PRAWO ODBICIA ŚWIATŁA:
Promień odbity leży w płaszczyźnie padania, przy czym kąt odbicia jest
równy kątowi padania.
Podsumowanie
 SZKŁA OPTYCZNE, PRZYRZĄDY OPTYCZNE
SZKŁA OPTYCZNE
Soczewką (sferyczną) nazywamy ciało przezroczyste ograniczone z
obu stron powierzchniami kulistymi lub z jednej strony ograniczone
powierzchnią kulistą a z drugiej powierzchnia płaską. Rozróżniamy
soczewki skupiające i soczewki rozpraszające. Ogniskiem
rzeczywistym F nazywamy punkt, w którym przecinają się promienie
(po przejściu przez soczewkę) biegnące równolegle do głównej osi
optycznej soczewki, w niewielkiej od niej odległości. Ogniskowa f
jest to odległość ogniska F od środka soczewki. Każda soczewka
skupiająca ma dwa ogniska rzeczywiste położone po obu jej
stronach w równych od niej odległościach.
 PRZYRZĄDY OPTYCZNE
LUPA – soczewka (lub układ soczewek) skupiająca, służąca do
zwiększania kąta widzenia obserwowanych przedmiotów.
LUNETA - przyrząd optyczny do oglądania odległych przedmiotów.
Składa się z obiektywu i okularu.
TELESKOP – astronomiczny przyrząd używany do obserwacji ciał
niebieskich.
LORNETKA – przyrząd optyczny złożony z dwóch połączonych ze
sobą lunet, stosowany do obserwacji dwuocznej.
MIKROSKOP – przyrząd dający powiększenie do 2000 razy
obrazów bardzo małych przedmiotów.
Koniec

Wykonanie:
Maria Jarosz kl.3a.
Aneta Skubis kl.3a .