Optika - Seminar Ski Za Stampanje

Optika

Оптика је грана физике која проучава свјетлост и особине свјетлости, оптичке инструменте, средства за побољшање вида (оптичка сочива), огледала (геометријска оптика) и таласну природу свјетлости (физикална оптика). Постоје двије главне гране оптике, а то су физикална и геометријска. Физикална оптика се примарно бави природом и особинама саме свјетлости, док се геометријска оптика бави принципима који омогућавају стварање ликова и слике преко сочива, огледала, призми и других инструмената који користе свјетлост. Такође укључује оптичко процесовање података, које се састоји од манипулације информација слике настале преко неког оптичког система.

У почетку, појам оптика је био синоним за око и вид. Касније, када су се развила оптичка сочива и други инструменти који помажу и побољшавају вид, а који добијају име оптички инструменти, значење појма оптика се шири на било коју примјену свјетлости, чак и ако крајњи рецептор није око него физички детектор, као што је фотоапарат или телевизијска камера. У 20. вијеку, оптичке методе се широко примјењују на регионе спектра електромагнетне радијације који нису видљиви голим оком, као што су икс-зраци, ултраљубичасти, инфрацрвени и микроталасни радио зраци, те су данас ти региони укључени у општу област оптике.

Оптички инструменти су равна, сферна конкавна (удубљена) и сферна конвексна (испупчена) огледала, оптичка сочива, оптичке призме или њихове комбинације као и сложени оптички инструменти.

Неки важнији појмови из геометријске оптике и оптичких инструмената су:

Фокус или жижа је место у коме се секу зраци који се крећу паралелно оптичкој оси огледала и сочива. Фокусна тачка и фокусна дужина зависи од врсте сочива.

Ogledalo je površina koja pravilno odbija svetlost. To može biti uglačana metalna ili metalizirana staklena ploča. Ogledalo moze biti ravno i zakrivljeno (konkavno ili konveksno).

Сочиво је парче стакла, пластике или ређе, друге врсте материјала које мења изглед предмета када се гледа кроз њих јер закривљују светлосни сноп који пролази кроз сочиво. Предмети тада изгледају већи или мањи него што јесу и могу бити у различитим облицима.

Постоје сабирна (конвексна) сочива која скупљају светлост, и расипна (конкавна) сочива која расипају светлост.

Сочива се користе за наочаре, фото-апарате, двогледе, телескопе, микроскопе и лупе. Код микроскопа, двогледа и телескопа свако сочиво представља скуп више спојених сочива. На овај начин је слика јаснија. Пројектор је апликација сочива, такође. Сочиво филмске камере ствара лик на филму који је постављен унутар саме камере. И у очима људи и многих врста животиња се налазе сочива.

Окулар (лат. ocularis очни) је сочиво или систем сочива кроз који се гледа слика предмета коју ствара нека оптичка направа.

Окулар омогућује гледање слике с мање удаљености него што би било могуће простим оком, па се тиме постиже и већи видни угао, тј. предмет чију слику гледамо изгледа већи.

Због потребе за побољшавањем оптичких својстава током времена је развијено много типова окулара, а најпознатији су:

Хајгенсов Рамсденов Келнеров Абеов ортоскопски Плеслов

Објектив (лат objectus који је постављен испред) је део оптичке справе која прикупља светлосне зраке са проматраног предмета (објекта).

Код фотографских апарата, филмских камера, микроскопа и рефракторских телескопа објектив је редовно сложен састав сочива, док велики рефлекторски телескопи углавном користе само једно удубљено огледало.

Телескоп (грчки: теле = далеко, скопеин = гледати) је један од најважнијих астрономских и оптичких инструмената.

Телескоп је начињен да сакупља и фокусира електромагнетно зрачење тако да далека тела изгледају већа него што заиста јесу. Телескопи се користе у неастрономске сврхе и то у: двогледима, дурбинима, камерама. Основни оптички део телескопа је објектив, чија је функција да прикупи што више светлости. Зависно од тога да ли је објектив сочиво или огледало, оптички телескопи се деле на рефракторе и рефлекторе. Познати типови телескопа су: Кеплеров рефрактор, Њутнов рефлектор, Грегоријев рефлектор, Касегренов рефлектор, итд.

Под телескопом се најчешће мисли на оптички телескоп, али постоје и телескопи који прикупљају зрачење из неког другог дела спектра електромагнетског зрачења. Радио телескопи користе радио антене, а постоје и телескопи за гама-зраке.Први телескоп направио је Галилео Галилеј почетком 17. века: 1609. године (као четиристогодишњица овог великог догађаја 2009. година се обележава као Међународна година астрономије). Већ почетком 1610. њиме је направио велика открића. Утврдио је да на Месецу постоје планине, и измерио им висину. Уочио је пеге на Сунцу и помоћу њих одредио колико времена треба Сунцу за окрет око

своје осе. Пронашао је четири највећа Јупитерова месеца, а први је видео Млечни пут као мноштво звезда.

Сваки телескоп састоји се од тубуса (телескопске цеви), објектива и окулара. Светлост улази на страни објектива, а излази кроз окулар, где проматрач наслања око. Телескоп је монтиран на монтажу (постоље), а може имати и помоћни паралелни мали дурбин, тзв. тражилац, за лакше тражење објекта који желите да видети и сналажење међу мноштвом звезда које видите у окулару. Светлост пролази телескопом, сабира се објективом и затим пролази окуларом. Слика звезде настаје у жижи где се зраци скупљају. Окулар је сочиво (тачније систем сочива) кроз коју посматрамо насталу слику.

Неки телескопи имају сочиво као објектив: зову се рефрактори јер код њих слика настаје преломом светлости (рефракцијом) на површинама сочива. Делимо их на рефракторе Галилијевог типа, рефракторе Кеплеровог типа, ахромате и апохромате. Код рефракторе Галилијевог типа објектив је расипно (конкавно) сочиво, а код Кеплеровог типа је сабирно (конвексно) сочиво. Ахромати имају објектив састављен од два оптичка елемента, два сочива. А апохромати имају објективе састављене од више сочива - квалитетно, али и скупље решење.

Друга врста телескопа има огледало као свој објектив - то су рефлектори. Код њих слика настаје одбијањем, рефлексијом на површини огледала. У честој је употреби рефлектор Њутновог типа, којег је први конструисао Исак Њутн. Постоје још други типови рефлектора: Грегоријев, Касегренов, Хершелов тип, и модернија Ричи-Кретјен конструкција телескопа.

Катадиоптери су слични рефлекторима иако имају нешто друкчију конструкцију. Скупљају светлост помоћу сочива и огледала, а главна предност им је компактност. Примери су Шмитова камера, телескоп Максутова.

Према монтажи телескопе делимо у две основне врсте: азимуталне и екваторијалне. Код азимуталних телескоп померамо по смеру - азимуту и висини, елементима хоризонстког координатног система. Екваторијалне монтаже имају азимуталну осу нагнуту паралелно са поларном осом Земље, што им омогућује лако компензовање земљиног кретања, односно померамо их по деклинацији и часовном углу, елементима месног екваторског небеског координатног система.

Основни параметри телескопа

Угаоно повећање - размицање објеката у видном пољу телескопа и привидно увећање ликова. Угаоно повећање нам говори колико нам се неки предмет чини већим него кад га гледамо голим оком. Оно је једнако омеру жижних даљина објектива и окулара. Жижна даљина објектива зависи од телескопа, а жижна даљина окулара од окулара којег монтирамо на телескоп. Сваки телескоп, дакле, уз одговарајући окулар може повећати произвољно пуно пута, међутим, постоји граница коју поставља квалитет

оптике. Коришћење већег повећања резултује презамућеном или претамном сликом.

Светлосна моћ - кроз телескоп се звезде виде сјајније. Телескоп има већу светлосну моћ од ока. Зеница ока има у највећој тами не више од 7 mm промера, док двоглед или телескоп имају много веће промере објектива. Светло скупљено са веће површине омогућује уочавање мање сјајних објеката.

Видно поље - највећи угао под којим видимо објекте у окулару. Окулари који дају веће повећање имају мање видно поље.

Разлучивост - телескоп већег објектива има боље разлучивање - распознавање међусобно блиских објеката.

Коначна разлучивост је последица огиба светлости. Разлучивост зависи од промера пукотине кроз коју светлост пролази (у овом случају објектив) и таласној дужини светлости. Природа намеће таква ограничења и нама, тако да уз пречник зенице коју имамо и таласне дужине видљиве светлости, не можемо разазнати предмете које видимо под углом мањим од 1' (1 лучне минуте).

Познатији телескопи

Телескоп Хабл у орбити око Земље снимљен из Спејс шатла Свемирски телескоп Хабл - вештачки сателит у орбити око Земље са

телескопом који проматра у видљивом спектру светлости, као и у спектру ултраљубичасте и инфрацрвене светлости. Хабл је у предности над земаљским телескопима, јер не зависи од временским приликама, нити на квалитет слике утиче комешање атмосфере. Осим тога, телескопима на Земљи атмосфера онемогућава пролаз таласних дужина у ултраљубичастом и инфрацрвеном спектру. Телескоп Хабл је развила и лансирала америчка свемирска агенција НАСА током деведесетих година 20. века.

Very Large Telescope (VLT) је скуп од четири повезана телескопа. Сваки телескоп има промер огледала од 8 метара, што је тренутно међу највећим промерима огледала земаљских телескопа. VLT је смештен у пустињи Атакама у Чилеу.

Микроскоп (грчки: micron = мали и scopos = циљање) је инструмент за посматрање предмета који су превише мали да би могли да се виде голим оком. Наука истраживања малих предмета користећи овакве инструменте се назива микроскопија, а термин микроскопски носи значење "веома мали", слабо видљив голим оком. Другим речима, потребан је микроскоп како би били видљиви.Холанђанин Антони ван Левенхук (24. октобар 1632. - 27. август 1723.) је био по занимању брусач стакла. Сочива која је он правио су била права „мајисторија“ у његово време и неретко су му гости били чланови краљевских породица како би посматрали микро-свет кроз његова сочива. Његова сочива увећавала су до 250 пута. Сматра се првим истраживачем протозоа, људских сперматозоида, бактерија и црвених крвних ћелија (еритроцита). Након своје смрти свету је оставио 247 микроскопа (од којих се седам и данас користи), али не и тајну прављења сочива. До тога су будући научници морали да дођу сами.

Претпоставља се да је први микроскоп направио Захарије Јансен, холандски забављач још 1590. године

Најуобичајени тип микроскопа - уједно и први који је пронађен - је оптички микроскоп или светлосни микроскоп. Ово је оптички инструмент који садржи једно или више сочива која производе увећану слику предмета постављеног у жижну раван сочива. Горњи систем сочива у цеви се назива окулар и кроз њега се посматра дати објекат. Уколико микроскоп има два окулара, тада је бинокуларни. Дољи систем сочива је објектив и окренут је према објекту који се посматра. Огледало се налази испод објекта и прима светлосне зраке. Неки микроскопи у ту сврху могу имати лампицу. Светлосни микроскоп увећава до 4.000 пута.

Посебан тип је минеролошки микроскоп који се користи за идентификацију минерала и сличан је претходном. Разликује се по неким саставним деловима као што су поларизациони филтери. Од минерала се исече веома танка плочица и кроз њу се пропусти светлосни зрак. Тај пропуштени зрак се поларизује по проласку кроз филтере. Пошто сваки минерал поседује различите поларизационе особине, на овај начин је могуће идентификовати минерал у склопу агломерата или стене.

Од осталих микроскопа треба поменути још и електронски микроскоп чије увећање може бити и један и по милиона пута. Овакав микроскоп је веома скуп и користи се у начним лабораторијама, а за руковање њиме потребна је обука.

Лупа је најједноставнији оптички инструмент. Састоји се од једног сабирног сочива мале жижне даљине, која код најбољих лупа износи око 2 центиметара.Лупа се користи тако што се постави између предмета и ока посматрача,па се приближава или удаљава од предмета, све док посматрач не види јасан лик предмета. Такав лик је увећан и усправан. Увећање лупом се израчунава помоћу

формуле , где је l даљина јасног вида, а p даљина предмета који посматрамо. Пошто је удаљеност јасног лика од лупе једнака даљини јасног вида,

одатле је . Даљина јасног лика код човека са нормалним видом износи приближно 25 центиметара. Удаљеност предмета је скоро једнака жижној

(фокусној) даљини лупе, па одатле следи: .

Лупе се користе за увећавање предмета који се могу видети голим оком, али су превише ситни да би се јасно видели. На пример, користе се код текстова који су превише ситни, код неких места на географским картама, код посматрања неких инсеката, животињица, биљака.

Лупа је примењена у науци, медицини, просвети и разним хобијима као што су филателија и нумизматика. Користе је и часовничари.

Наочаре: Једно од првих помињања наочара потиче из старог Рима. Нерон који је био кратковид а волео да гледа како Рим гори, је то чинио гледајући кроз брушени рубин који је имао својства диоптријског сочива. Диоптријске наочаре су наочаре са диоптријским стаклима одређене диоптрије намењене као помоћ кориснику за отклањање недостатака очију при гледању (картковидост , далековидост , астигматизам ...).

Користећи физички закон преламања светлости кроз материјале различите густине, стакло, а у новије време све више специјална пластика, брусе се да могу кориговати кратковидост или далековидост. Сочива за кратковиде се издубљују (у њима се може држати вода 'фигуративно да би се боље описале), док су сочива за далековиде испупчена као биљка/храна сочиво, по чему су највероватније и добила име. Диоптријске наочаре имају дршке којима се држе на лицу на тај начин што су ослоњене на нос а закачене за ушне шкољке.

Данас постоје и стакла и пластике које имају "фото" ефекат тј. на сунцу потамне као наочаре за сунце.

Уместо наочара све више се користе контактна сочива, која се директно смештају у око - између капака и очне јабучице.

Спољна обрада сочива може бити "антирефлексна" па се кориснику не виде очи јер стакло има ефекат, за онога који гледа, огледала. Наочаре за Сунце служе као заштита ока од појачаног сунчевог зрачења али и као модни детаљ. Стакло може бити разних боја (зелена, сива, браон...) и различитог степена затамњености. Обавезан реквизит су планинарима и уопште онима који много времена проводе на сунцу, снегу...

Постоје и у виду натикача, када се натичу на наочаре са диоптријом.

Крстић Александар АСУВ – 50/08