Dane INFORMACYJNE (do uzupełnienia) Nazwa szkoły: Zespół Szkół Samorządowych w Nowogrodzie ID grupy: 96/82_MP_G1 Opiekun: Waldemar Przepiórka Kompetencja: Matematyczno - przyrodnicze Temat projektowy: Optyka dla każdego Semestr/rok szkolny: sem. III 2010/2011

Zjawiska optyczne

Halo Zjawisko optyczne zachodzące w atmosferze ziemskiej obserwowane wokół tarczy słonecznej lub księżycowej. Jest to świetlisty, biały lub zawierający kolory tęczy , pierścień widoczny wokół słońca lub księżyca. Część nieba wewnątrz kręgu jest tak samo ciemna jak na zewnątrz. Zjawisko wywołane jest załamaniem na kryształach lodu i odbiciem wewnątrz kryształów lodu znajdujących się w chmurach pierzastych piętra wysokiego lub we mgle lodowej.

Tęcza Zjawisko optyczne i meteorologiczne występujące w postaci charakterystycznego wielobarwnego łuku, widocznego gdy Słońce oświetla krople wody w ziemskiej atmosferze. Tęcza powstaje w wyniku rozszczepienia światła załamującego się i odbijającego się wewnątrz kropli wody (np. deszczu) o kształcie zbliżonym do kulistego.

Miraż, fatamorgana Zjawisko powstania pozornego obrazu odległego przedmiotu w wyniku różnych współczynników załamania światła w warstwach powietrza o różnej temperaturze, a co za tym idzie, gęstości. Początkowo fatamorganą nazywano miraże pojawiające się w Cieśninie Mesyńskiej, gdzie są one najefektowniejsze. W Polsce pojawiają się na Pustyni Błędowskiej oraz na Wyżynie Śląskiej. Miraże dzielą się na 2 rodzaje – miraż dolny i górny.

Miraż górny Zjawisko załamania występujące wielokrotnie w kolejnych warstwach powietrza, powodujące że światło rozchodzi się po linii krzywej. Jeżeli obserwator znajdzie się w miejscu, gdzie dochodzi światło odbite od statku, to na przedłużeniu promieni wpadających do jego oka, zobaczy prosty obraz statku na tle nieba.

Miraż dolny Miraż dolny obserwuje się pod horyzontem. Decydującym czynnikiem warunkującym jego powstawanie jest dostatecznie silne nagrzanie dużej powierzchni podłoża .Promienie świetlne są wówczas zakrzywiane w górę, ku chłodniejszemu powietrzu. Sytuacja taka ma na przykład miejsce na obszarach pustynnych, gdzie pod wieczór piasek oddaje swe ciepło, ogrzewając warstwę powietrza tuż nad swoją powierzchnią, podczas gdy wyższa warstwa jest już chłodna. Zakrzywione promienie docierają do oka obserwatora pozornie z innego kierunku co wywołuje powstanie obrazu zwierciadlanego. Miraże dolne mogą być odwrócone lub proste.

Refrakcja Zjawisko ugięcia promieni świetlnych w atmosferze ziemskiej. Jeżeli ugięciu ulega światło docierające do ziemskiego obserwatora spoza atmosfery (od innych ciał niebieskich), zjawisko nazywamy refrakcją astronomiczną. Powoduje ona pozorne przesunięcie obserwowanego położenia obiektów astronomicznych na niebie. Jeżeli ugięciu ulega światło docierające od innych obiektów na Ziemi, mówimy o refrakcji ziemskiej. Ma ona znaczenie w geodezji i nawigacji. Refrakcja ziemska jest też odpowiedzialna za powstawanie miraży.

Wieniec To zjawisko zachodzi wówczas, gdy Słońce lub Księżyc są przesłonięte cienką, półprzeźroczystą warstwą chmury lub mgły, zwykle ma postać barwnej poświaty (aureoli) wokół tarczy Słońca lub Księżyca, niebieskiej od strony wewnętrznej, czerwonej na zewnątrz. Często poświata jest otoczona słabo zabarwionymi, koncentrycznymi kręgami o tym samym układzie barw, niekiedy pojawiają się tylko pierścienie, a poświata nie występuje. Wieńce powstają wskutek dyfrakcji światła w warstwie chmury lub mgły.

Iryzacja Zjawisko optyczne polegające na powstawaniu tęczowych barw w wyniku interferencji światła białego odbitego od przezroczystych lub półprzezroczystych ciał składających się z wielu warstw substancji o różnych własnościach optycznych. Występuje m.in. na powierzchni minerałów, macicy perłowej, plamach cieczy (np. benzyny), bańkach mydlanych a czasem w atmosferze – na chmurach. Bywa też wywoływane sztucznie i wykorzystywane przy produkcji ozdobnych iryzowanych wyrobów szklanych i ceramicznych.

Zorza polarna Zjawisko świetlne obserwowane na wysokich szerokościach geograficznych, występuje głównie za kołem podbiegunowym, chociaż w sprzyjających warunkach bywa widoczna nawet w okolicach 50 równoleżnika. Zdarza się, że zorze polarne obserwowane są nawet w krajach śródziemnomorskich.

Zaćmienie Słońca Powstaje, gdy Księżyc znajdzie się pomiędzy Słońcem a Ziemią i tym samym przesłoni światło słoneczne.

Rodzaje zaćmień Słońca Zaćmienie częściowe – występuje, gdy obserwator nie znajduje się wystarczająco blisko przedłużenia linii łączącej Słońce i Księżyc, by znaleźć się całkowicie w cieniu Księżyca, lecz na tyle blisko, że znajduje się w półcieniu. Zaćmienie całkowite – występuje, gdy obserwator znajduje się w cieniu Księżyca. W takim przypadku widoczna staje się korona słoneczna. Jest to możliwe dzięki temu, że obserwowane rozmiary kątowe Księżyca są tylko nieznacznie większe od rozmiarów kątowych Słońca i w przypadku zaćmienia całkowitego, Księżyc przysłania całkowicie powierzchnię Słońca, ale nie przysłania korony słonecznej. Zaćmienie obrączkowe – zwane również zaćmieniem pierścieniowym występuje wtedy, gdy, podobnie jak w przypadku zaćmienia całkowitego, obserwator znajduje się bardzo blisko przedłużenia linii łączącej Słońce i Księżyc. W odróżnieniu jednak od zaćmienia całkowitego, w przypadku zaćmienia pierścieniowego rozmiary kątowe Księżyca są mniejsze niż rozmiary kątowe Słońca. Zaćmienie hybrydowe – zachodzi wówczas, gdy w pewnych miejscach Ziemi to samo zaćmienie jest całkowite, a w innych obrączkowe. Tylko około 5% wszystkich zaćmień jest hybrydowych.

Zaćmienie Księżyca Zachodzi, gdy Ziemia znajduje się między Słońcem a Księżycem będącym w pełni i Księżyc (naturalny satelita Ziemi) "wejdzie" w stożek cienia Ziemi. Jeżeli Księżyc krążąc dookoła Ziemi przejdzie cały przez stożek cienia całkowitego Ziemi, to promienie słoneczne przez pewien czas w ogóle nie dochodzą bezpośrednio do jego powierzchni. Cała powierzchnia Księżyca jest wtedy ciemna i jest to całkowite zaćmienie Księżyca. Jeżeli tylko część Księżyca przesunie się przez stożek cienia całkowitego Ziemi, następuje zaćmienie częściowe.

Złudzenia optyczne Błędna interpretacja obrazu przez mózg pod wpływem kontrastu, cieni, użycia kolorów, które automatycznie wprowadzają mózg w błędny tok myślenia. Złudzenie wynika z mechanizmów działania percepcji, które zazwyczaj pomagają w postrzeganiu. W określonych warunkach jednak mogą powodować pozornie tylko prawdziwe wrażenia.

Złudzenia

Złudzenia cd.

Światłowody

Światłowody Światłowody - kanały do prowadzenia fali świetlnej; światłowodami są zazwyczaj włókna szklane (niekiedy z tworzyw sztucznych) składające się z rdzenia i otaczającego go płaszcza z materiału o współczynniku załamania mniejszym od współczynnika załamania materiału rdzenia; oprócz światłowodów włóknistych stosuje się także światłowody płaskie i paskowe.

Światłowody Historia W roku 1854 angielski fizyk John Tyndal przesłał przez niego wiązkę światła - okazało się, że nie wydostaje się ona na zewnątrz nawet gdy strumień zostanie zakrzywiony. Pierwszą próbę poprowadzenia światła szklaną nicią podjął w 1880 roku inżynier William Wheeler z Concord (Massachusetts, USA). Wheeler nazwał swój patent rurociągiem świetlnym i planował oświetlać nim domy. To zastosowanie nie sprawdziło się na dużą skalę - Wynalezienie żarówki elektrycznej przez Edisona położyło kres dalszym badaniom w tym kierunku. Dopiero pod koniec XX wieku zaczęto to zjawisko wykorzystywać na masową skalę - głównie w telefonach.

Światłowody Rodzaje światłowodów Ze względu na strukturę światłowody dzielimy na: Włókniste Warstwowe Paskowe   Ze względu na ich tzw. strukturę modową: Jednodomowe Wielomodowe Ze względu na sposób zachodzenia zmian współczynnika załamania: Skokowe Gradientowe Ze względu na rodzaj materiału: Szklane Plastikowe Półprzewodnikowe

Światłowody Budowa światłowodu

Światłowody Charakterystyka podstawowych typów światłowodów: Jednodomowe - można je określić mianem najwyższej klasy, gdyż przewodzą sygnały na ogromne odległości, nawet do setek kilometrów. Ich włókno szklane - rdzeń, ma średnicę do kilku mikrometrów, są zasilane światłem spójnym wytwarzanym przez lasery i cechują się bardzo małym tłumieniem fali świetlnej  Mała średnica rdzenia (ok. 5-10 mikrometrów, dla długości fali światła 1,3 mikrometra), jest porównywalna z długością fali świetlnej i dzięki temu taki światłowód posiada ogromną pojemność kanału transmisji.

Światłowody Wielomodowe - są słabsze od jednomodowych, stosuje się je na mniejszych odległościach - do kilku kilometrów. Charakteryzują się średnicą włókna - do kilkudziesięciu mikrometrów, możliwością zasilania za pomocą diody świecącej tzw. LED.

Połączenia światłowodów Światłowody Połączenia światłowodów Spawanie mechaniczne -metoda ta nadaje się do krótkich połączeń światłowodowych). Spawanie światłowodów łukiem elektrycznym – to metoda trwałego łączenia światłowodów Adaptery światłowodowe to elementy toru światłowodowego łączące ze sobą dwa złącza światłowodowe.

Oznaczenia typów produkowanych światłowodów Światłowody Oznaczenia typów produkowanych światłowodów Producenci transmisyjnych kabli światłowodowych używają zazwyczaj następujących oznaczeń: Włókno jednomodowe: 9/125 ; SM ; G.652 ; G.657.A ; G.657.B; G.655 ; G.656. Włókna wielomodowe: 50/125 ; 62,5/125 ; MM ; OM1 ; OM2 ; OM2+ ; OM3 ; OM4.

Zalety i wady światłowodów Światłowody Zalety i wady światłowodów ZALETY ŚWIATŁOWODÓW: ogromna pojemność informacyjna każdego pojedynczego włókna i niesamowita szybkość transferu małe straty i zdolność przesyłania sygnałów na znaczne odległości całkowita odporność na zakłócenia elektromagnetyczne mała waga i wymiary brak wywoływania zakłóceń coraz bardziej opłacalne brak zagrożenia iskrzeniem, bezpieczeństwo w czasie pracy duża niezawodność prosta obsługa coraz większa powszechność

Światłowody Wady światłowodów Naturalna dyspersja szkła Tłumienie Na styku dwóch części światłowodu pojawiają się często tzw. odbicia Fresnela znacznie wysokie koszty zakupu światłowodu oraz skoordynowanego z nim sprzętu Konieczność dostosowywania wymiarów fragmentów sieci do dostępnych standardowych długości światłowodów Zagrożenie uszkodzeniem oczu, bądź twarzy w momencie zaglądania do podłączonego już światłowodu.  

Zastosowanie światłowodów: Światłowody Zastosowanie światłowodów: Światłowody ze względu na specyfikę i właściwości światła znalazły szerokie zastosowanie w technice. Głównie w: telekomunikacji przede wszystkim na dużych odległościach, gromadzeniu, obróbce i prezentacji informacji; czujnikach różnego rodzaju; wziernikach ; oświetleniu, zdobnictwie, sztuce.

Przykładowe zastosowania: Światłowody Przykładowe zastosowania: W technice : Łącza telefoniczne Telekomunikacyjna sieć w elektrowniach Linie telekomunikacyjne wzdłuż linii energetycznych Telewizja kablowa Rozgłośnie telewizyjne Zdalna kontrola i ostrzeganie

Przykładowe zastosowanie : Światłowody Przykładowe zastosowanie : W medycynie: w chirurgii laserowej - optyczne prowadnice lasera w endoskopii – wzierniki

Przyrządy optyczne

Aparat Aparat fotograficzny to w swych podstawach po prostu pudełko z otworem przez który wpada światło tworzące obraz na tylnej ściance owego pudełka. Ta podstawowa budowa nie zmieniła się od czasów pierwszych konstrukcji które można by nazwać prekursorami dzisiejszego aparatu fotograficznego.

Podział aparatów fotograficznych Według technologii:  aparat klasyczny  aparat cyfrowy  Według budowy:  aparat przeziernikowy  aparat skrzynkowy  aparat mieszkowy  aparat dalmierzowy  lustrzanka  lustrzanka jednoobiektywowa  lustrzanka dwuobiektywowa  aparat studyjny  lotniczy aparat fotograficzny 

Budowa aparatu fotograficznego Zewnętrzna soczewka Soczewki korygujące Przysłona Mechanizm spustowy Rolka Uszy Przycisk uruchamiający mechanizm spustowy Pokrętło podstawowych nastawów aparatu Wyświetlacz Wizjer Gorąca stopka Pierścień regulacyjny obiektywu

Rodzaje soczewek w aparacie fotograficznym 1 – dwuwypukła 2 – płasko-wypukła 3 – wklęsło-wypukła 1 – dwuwklęsła 2 – płasko-wklęsła 3 – wypukło-wklęsła

Rodzaje soczewek w aparacie fotograficznym Soczewka rozpraszająca –jest to soczewka, w której równoległa wiązka światła padająca z jednej strony jest rozpraszana tak, że promienie rozbiegają się z ogniska znajdującego się po tej samej stronie. Soczewka skupiająca –jest to soczewka, w której równoległa wiązka światła padająca z jednej strony jest skupiona w ognisku po stronie przeciwnej.

Teleskop

Teleskop Teleskop jest powszechnie doceniany za swoją mobilność, łatwość obsługi i wielofunkcyjność. Jest doskonały zarówno do obserwacji ziemskich, jak i astronomicznych. Doskonała optyka zapewnia wyjątkowo ostry obraz w całym, szerokim polu widzenia. Teleskop składa się z płyty korekcyjnej - meniskowej, zwierciadła głównego oraz zwierciadła wtórnego umieszczonego na wewnętrznej części menisku., dając nam ostre i wyraziste obrazy. Kolejną zaletą jest zwarta konstrukcja i na ogół niewielka masa. Ze względu na znaczną ogniskową i niewielką światłosiłę doskonale nadają się one do obserwacji planetarnych.

Zastosowanie teleskopu podstawowe i miłośnicze obserwacje astronomiczne, - obserwacje Księżyca, - obserwacje Słońca (tylko przy użyciu folii Baader ND 5.0!), - obserwacje planet Układu Słonecznego

Budowa teleskopu Teleskop to 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 lub prosty. 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).

Rodzaje teleskopów Teleskop soczewkowy : Teleskop zwierciadlany : Jego podstawowymi częściami są: obiektyw, okular i tubus. Teleskop zwierciadlany : Jego podstawowymi częściami są: zwierciadło, okular i tubus. Mają niższą sprawność optyczną od refraktorów i zwykle dają niższy kontrast na skutek centralnego przesłonięcia (przez zwierciadło wtórne).

Lornetka

Lornetka Przyrząd optyczny w postaci dwóch lunet, sprzężonych równolegle. Umożliwia obuoczną obserwację odległych obiektów. Lorneta jest tak skonstruowana, aby dawała obraz prosty, czyli nie odwrócony. Zaletą lornety w porównaniu z lunetą (przy tej samej średnicy obiektywu) jest jaśniejszy obraz o większej rozdzielczości. Rozstawienie lunet wpływa także na wrażenie plastyczności obrazu dając efekt stereoskopowy.

Rodzaje lornetek lorneta prosta – w której rozstaw obiektywów lunet pasuje do rozstawu oczu człowieka. Zastosowane w niej szkła są małe, a przez to niezbyt jasne i dające niewielkie powiększenie. lorneta pryzmatyczna – w której rozstaw obiektywów lunet jest większy niż rozstaw oczu człowieka, a różnica odległości pomiędzy środkami obiektywów (czyli osiami lunet) a środkami okularów (czyli osiami oczu człowieka) jest niwelowana poprzez zastosowanie pryzmatów. lorneta peryskopowa – najczęściej jest to lorneta nożycowa, czyli układ dwóch peryskopów ustawionych względem siebie w układzie litery V, na wspólnym statywie. Służy do obserwacji spoza przeszkody terenowej (przy obserwatorze, lub gdzieś dalej), daje duże powiększenia, a duży rozstaw obiektywów pozwala stosować ją jako precyzyjny dalmierz w geodezji oraz do celów wojskowych.

Zrzuty z aplikacji „Stellarium”

Widok z Ziemi

Mapa nieba

Planety

Konstelacje

Gwiazdozbiory

Koniec