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 wklęsło-wypukłe. 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 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 .