Fizyka - optyka (prezentacja)

Wiktoria Krasowska

Zastosowanie pryzmatów, zwierciadeł i soczewek w życiu codziennym i w technice

Spis treści

Druk soczewkowy

Lornetka

Aparat fotograficzny

Okulary korekcyjne

Projektoskop

Teleskop

Lusterko samochodowe

Lupa

Soczewki korekcyjne

Mikroskop

Gabloty sklepowe

Semafor kolejowy

Na pewno nikt nie będzie zdziwiony, jeśli na wstępie podkreślimy fakt, że w fotografii kluczowe znaczenie ma światło. To ono poprzez obiekty dostaje się do wnętrza aparatu i dociera do elementu światłoczułego. Natężenie światła regulujemy za pomocą przesłony, a migawką długość naświetlania. Element światłoczuły kumuluje w sobie dostarczone mu światło i zamienia je na impulsy elektryczne. Później za pomocą systemów elektronicznych impulsy zostają przetworzone na obraz i zapisane w postaci pliku na karcie pamięci. Oczywiście w ten prosty sposób tłumaczymy działanie aparatu cyfrowego, a jak wiemy, nie jest on jedynym istniejącym na rynku. Innym popularnym modelem są lustrzanki, które nieco różnią się budową, a co za tymi idzie – również schematem powstawania fotografii. W aparatach cyfrowych światło jest bezpośrednio kierowane na element światłoczuły. W lustrzance część ta jest zasłonięta przez lustro, które kieruje obraz do wizjera optycznego. To w nim możemy obejrzeć dokładnie taki obraz, jaki później zostanie uwieczniony na fotografii. W momencie naciśnięcia migawki lustro podnosi się i światło trafia na element światłoczuły. Jeszcze inaczej wygląda proces powstawania zdjęć za pomocą aparatów klasycznych. Tam główna różnica polega na tym, że elementem światłoczułym jest zwinięta błona światłoczuła, a więc wszystkim dobrze znany – film do aparatu.

Aparat fotograficzny

Narzędzie, które służy do obserwacji odległych obiektów poprzez zbieranie promieniowania elektromagnetycznego (np. światła widzialnego). Pierwsze znane praktyczne teleskopy zostały skonstruowane przy użyciu szklanych soczewek w Holandii na początku XVII wieku przez Hansa Lipperheya, a wkrótce potem przez Galileusza we Włoszech. Znalazły one zastosowanie w działaniach militarnych i w astronomii. Przez wiele lat używano zwierciadlanych teleskopów optycznych. W XX wieku opracowano nowe typy jak na przykład: radioteleskop w 1930 roku czy teleskop podczerwony w 1960 roku. Słowo teleskop odnosi się obecnie do szerokiej gamy instrumentów wykrywających różne zakresy widma elektromagnetycznego, a w niektórych przypadkach także do innych typów detektorów.

Teleskop

Teleskopy są urządzeniami służącymi do obserwacji odległych obiektów. Obserwacja odbywa się poprzez zbieranie przez niego promieniowania elektromagnetycznego, np. światła widzialnego, na dużej powierzchni obiektywu, a następnie ześrodkowania go na małej powierzchni w płaszczyźnie ogniskowej obiektywu. Dzięki temu zwiększa się jasność obserwowanego obiektu, przez co jest on lepiej widoczny, co nie byłoby możliwe gdyby obserwacja odbywała się gołym okiem. W zależności od typu teleskopu te dwa elementy, zbierające i skupiające światło, to obiektyw i okular w przypadku teleskopu soczewkowego, lub okular i zwierciadło w przypadku teleskopu zwierciadlanego. Oba rodzaje dają obraz rzeczywisty powiększony, który może być prosty lub odwrócony.

Jest 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 od kilku do 20 razy. Powiększenie lupy wynosi w przybliżeniu d/f, gdzie: d — odległość najlepszego widzenia, f — ogniskowa soczewki.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.

Lupa

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 niewielkie powiększenie (10 razy) mikroskopy nie zdobyły wtedy uznania jako narzędzie badawcze. Przełomu dokonał wynalazca i przedsiębiorca Antoni van Leeuwenhoek, który udoskonalił konstrukcję mikroskopu, a następnie rozwinął produkcję tych urządzeń w XVII wieku. Leeuwenhoek jako pierwszy obserwował żywe komórki – plemniki, pierwotniaki, erytrocyty itp. Wykorzystanie mikroskopu przyczyniło się do ogromnego postępu w biologii. Naukowcy mogli badać, co dzieje się we wnętrzu żywych organizmów. Powstały nowe dziedziny nauki, cytologia oraz mikrobiologia. Dzięki wykorzystaniu mikroskopu możliwy był ogromny postęp w leczeniu chorób zakaźnych. W roku 1882 Robert Koch odkrył z pomocą mikroskopu bakterie gruźlicy. Mikroskop wykorzystano do obserwacji podziału chromosomów w jądrze komórkowym. W roku 1910 Thomas Hunt Morgan udowodnił, że chromosomy są nośnikami genów dając początek genetyce. W technologii materiałowej mikroskopy wykorzystywano do obserwacji struktur metali albo innych materiałów. W ten sposób możliwe stało się opracowanie doskonalszych stopów metali wykorzystywanych w przemyśle. Kolejnym przełomem stało się wykorzystanie w mikroskopie elektronów. W roku 1931 pierwszy mikroskop elektronowy skonstruowali Ernst Ruska i Maksem Knollem w Berlinie. Możliwa stała się obserwacja najmniejszych struktur organelli komórkowych. W technologii wykorzystanie mikroskopów elektronowych stało się podstawą rewolucji krzemowej. Bez technik sprawdzania jakości wykonywanych w półprzewodnikach struktur nie udałoby się dokonać tak ogromnego postępu w tej dziedzinie.

Mikroskop

Lornetka

Aby powiększyć obraz uzyskany przez obiektyw i skierować go do naszego oka w formie równoległych wiązek światła używa się okularu, który w najprostszej postaci może składać się z jednej soczewki rozpraszającej lub skupiającej. W lornetce znajdują się jeszcze pryzmaty, które służą do odwrócenia obrazu uzyskiwanego przez obiektyw, tak aby po przejściu przez okular był on prosty.

Obiektyw lornetki służy do zebrania jak największej ilości światła. Daje on obraz odległych przedmiotów, który jest rzeczywisty, odwrócony i pomniejszony.

Okulary stosowane w lornetkach zawierają najczęściej trzy soczewki ułożone w dwóch grupach. Lepsze modele składają się z czterech lub nawet pięciu soczewek ustawionych w dwóch lub trzech grupach. Także odwracające obraz pryzmaty można ułożyć na dwa najczęściej spotykane sposoby. System prostszy i bardziej popularny nazywany jest, od nazwiska włoskiego optyka, systemem Porro. W tej konstrukcji pryzmaty są przesunięte względem siebie, co powoduje, że oś obiektywu znajduje się na trochę innej linii niż oś okularu. W drugim systemie, zwanym po polsku dachowym (ang. roof), obiektyw oraz pryzmaty i okular są ustawione w jednej linii. Daje to bardziej zwartą budowę i wyraźnie mniejsze rozmiary lornetki niż w systemie Porro.

Projektoskop(grafoskop)

Światło z lampy projekcyjnej, pod którą znajduje się wklęsłe lustro kierowane jest do góry na duży płaski kondensor. Zadaniem kondensora jest rozproszenie światła i równomierne oświetlenie obrazu na folii. Nad kondensorem znajduje się poziomo ułożona płyta szklana, na której układa się diapozytyw. Diapozytywy mogą być sporządzane na arkuszach folii lub na folii odwijanej z rolki. Na przeciwległych ścianach obudowy zamontowane są specjalne łożyska dla dwóch rolek. Na jednej z nich znajduje się kilka metrów czystej przezroczystej folii, którą przeciąga się przez płytę szklaną i zamocowuje do drugiej rolki. Obydwie rolki wyposażone są w pokrętła, dzięki którym można przewijać folię (zmieniać obrazy) w obu kierunkach. Na folii przy użyciu specjalnych pisaków wykonuje się obrazy, które mogą zawierać rysunki lub tekst. Obrazy do rzutowania na ekran można wykonać również na innych przezroczystych materiałach, np. kalce technicznej. Światło po przejściu przez diapozytyw kierowane jest do układu optycznego, który zmienia kierunek jego strumienia z pionowego na poziomy i umożliwia ustawienie ostrości obrazu na ekranie. Układ optyczny składa się z płaskiego lustra umieszczonego pod kątem 45° do strumienia światła i obiektywu. Można go przesuwać wzdłuż pionowego wspornika, co pozwala na wstępną regulację ostrości wyświetlanego na ekranie obrazu. Dokładnego ustawienia ostrości dokonuje się przez regulację obiektywem podobnie jak w innych projektorach. Zastosowanie

Lusterko samochodowe

Powierzchnia odbijająca lusterka bywa płaska lub wypukła (sferyczna). Lusterka sferyczne mają większe pole widzenia, jednak zmieniają perspektywę obrazu, co może utrudniać ocenę odległości.

Rozwiązanie, w którym w miejscu lusterka wstecznego znajduje się ekran wyświetlający w czasie rzeczywistym obraz z kamery zamontowanej z tyłu pojazdu. System może bazować na własnej kamerze lub korzystać z kamery cofania oraz występować obok tradycyjnego, analogowego lusterka. Rozwiązanie zostało wprowadzone w niektórych modelach samochodów osobowych – stosują je m.in. Toyota[2], Lexus[3], Nissan[4] i Cadillac[5]. Znalazło również zastosowanie w autach wyścigowych.

Lusterko wsteczne po raz pierwszy w pojeździe samochodowym zastosował amerykański kierowca Ray Harroun podczas inauguracyjnego wyścigu Indianapolis 500 w 1911 roku.

Semafor kolejowy

Sygnalizator kolejowy do sterowania ruchem kolejowym poprzez wizualne informowanie maszynisty przy pomocy ustawienia ramion (semafory kształtowe) lub barwnych świateł (semafory świetlne lub kształtowe pod warunkiem, że zostały wyposażone w odpowiednie latarnie zapalane w porze nocnej) o prędkości jazdy bądź nakazie zatrzymania pociągu, obowiązującej prędkości przy tym, oraz na kolejnym semaforze. Obecnie najczęściej spotykanym typem semafora jest semafor świetlny, w wielu miejscach pozostały jeszcze jako czynne semafory kształtowe.

INFO

Druk soczewkowy

Metoda uzyskiwania trójwymiarowych lub animowanych obrazów na płaskiej powierzchni, do oglądania których nie potrzeba żadnych przyrządów. Pozwala też na uzyskiwanie efektu morfingu, czyli płynnego przejścia jednego obrazu w drugi. Podłożem drukowym jest przezroczyste tworzywo – folia soczewkowa (folia lentikularna). Awers pokrywają liniowe soczewki lub pryzmaty, a zadrukowuje się rewers. Odpowiedni zadruk sprawia, że patrząc od strony awersu, obserwuje się efekt trójwymiarowości lub animacji. Druk soczewkowy można uznać za specyficzny rodzaj uszlachetniania druku. Tą techniką bywają wykonywane kartki pocztowe, okładki książek i czasopism, opakowania, naklejki, podkładki pod myszki komputerowe, puzzle i inne przedmioty.

Technika druku na folii soczewkowej (ang. lenticular) pozwala na zrealizowanie wielu ciekawych efektów wizualnych niemożliwych do uzyskania tradycyjnymi metodami. Dzięki folii soczewkowej odbiorca ma wrażenie zmieniających się obrazów czy zdjęć 3D, nie potrzebuje stosować specjalnych okularów. Osiągnięcie odpowiednich rezultatów wymaga użycia specjalistycznego oprogramowania graficznego. Ważne jest też właściwe dobranie folii soczewkowej dla danego efektu druku.

Okulary korekcyjne

Okulary korekcyjne to przyrząd, który pozwala skorygować wadę wzroku, umożliwiając nam wyraźne widzenie. Na czym polega ich działanie? Zacznijmy od tego, że do prawidłowego widzenia niezbędne jest światło. Promienie światła wpadające do oka przez źrenicę muszą się załamywać w taki sposób, aby zbiegły się idealnie na siatkówce. W przypadku krótkowzroczności promienie skupiają się przed siatkówką, natomiast przy nadwzroczności za nią. Zadaniem okularów jest zatem skorygowanie kąta załamania promieni, dzięki czemu na siatkówce powstaje obraz o odpowiedniej ostrości. W zależności od wady wzroku konstrukcja soczewek się różni. Szkła dla krótkowidzów powinny być wklęsłe (moce ujemne), zaś dla dalekowidzów wypukłe (moce dodatnie). Dla tych dwóch wad wzroku przeznaczone są zwykłe soczewki jednoogniskowe. Ich doborem zajmuje się specjalista po przeprowadzeniu badania wzroku.

Promienie światła nie są wtedy ogniskowane w jednym miejscu, co przy silniejszym astygmatyzmie przekłada się na powstawanie zamazanego obrazu - i to bez względu na odległość od oglądanego przedmiotu. Okulary dla astygmatyków muszą zniwelować te nierówności, a więc zwykłe soczewki w tym przypadku się nie sprawdzą. Potrzebne będą szkła cylindryczne, nazywane tak ze względu na swój kształt. Specjalna konstrukcja sprawia, że w przekroju poziomym i pionowym inaczej załamują światło. Mają określoną moc cylindra i jego ustawienie (oś). Astygmatyzm występuje często razem z innymi wadami, dlatego może mieć również dodatkową moc sferyczną do korekcji krótkowzroczności lub nadwzroczności.

Soczewki korekcyjne

Soczewki kontaktowe to niewielkie korekcyjne soczewki, które pozostają „w kontakcie” z okiem. Są tak zaprojektowane, aby korygować wady refrakcji i zapewnić zdrowie oczu. Soczewka unosi się na warstwie filmu łzowego pokrywającego powierzchnię rogówki. Nowoczesne soczewki to coś więcej niż po prostu niewielkie szklane soczewki okularowe umieszczane w oku. Jednak mają one działanie podobne do zwykłych okularów - załamują i skupiają światło w sposób umożliwiający wyraźne widzenie. Ponieważ soczewki przylegają do płynu łzowego na powierzchni oka, przy każdym ruchu oka w naturalny sposób poruszają się razem z Tobą. To jedna z zalet soczewek, której nie posiadają okulary.

Soczewki kontaktowe to niewielkie korekcyjne soczewki, które pozostają „w kontakcie” z okiem. Są tak zaprojektowane, aby korygować wady refrakcji i zapewnić zdrowie oczu. Soczewka unosi się na warstwie filmu łzowego pokrywającego powierzchnię rogówki. Nowoczesne soczewki to coś więcej niż po prostu niewielkie szklane soczewki okularowe umieszczane w oku. Jednak mają one działanie podobne do zwykłych okularów - załamują i skupiają światło w sposób umożliwiający wyraźne widzenie. Ponieważ soczewki przylegają do płynu łzowego na powierzchni oka, przy każdym ruchu oka w naturalny sposób poruszają się razem z Tobą. To jedna z zalet soczewek, której nie posiadają okulary.

Gabloty sklepowe

Nie można pominąć także roli gablot w instytucjach takich jak muzea. Witryna zabezpiecza eksponaty przed kurzem, wilgocią oraz dotykaniem przez zwiedzających. Gablota może być wyposażona w oświetlenie, co pozwala na zapewnienie doskonałego wrażenia i dodatkowe zaakcentowanie prezentowanego eksponatu.

W wielu instytucjach publicznych gablota szklana będzie pełnić różne funkcje. Często stosowana jest w szkołach, w celu prezentowania ważnych komunikatów, gazetki tworzonej przez uczniów czy też umieszczania innych istotnych informacji ze szkolnej społeczności. Warto zwrócić uwagę, że gabloty mogą być idealnie dostosowane do eksponowanego przedmiotu. W związku z tym mogą Państwo znaleźć u nas witryny na puchary lub sztandar, które stanowią jedno z podstawowych elementów wyposażenia placówki oświatowej.

Gablota szklana to także jedno z podstawowych elementów wyposażenia sklepu. W przypadku sprzedawania ekskluzywnych produktów takich jak np. biżuteria czy droższy sprzęt elektroniczny, z pewnością docenią Państwo możliwość zamykania na klucz tego typu witryn. Gabloty są też bardzo ważnym elementem wyposażenia podczas prezentowania swojej oferty na targach, czy też projektowania różnego rodzaju wysp handlowych.

Film - warto obejrzeć!

https://vod.tvp.pl/video/jak-to-dziala,optyka,16930209

Dziękuję za uwagę!