Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Оптические системы

МОУ Гимназия №7

Р е ф е р а т

Оптические системы

Подготовила

Ученица 11 «А» класса

Шевченко Ксения

Учитель

Лопушнян Герда

Анатольевна

г.Балтийск

1.Устройство и принцип работы глаза.

2.Устройство и принцип работы телескопа.

3.Устройство и принцип работы микроскопа

1.Устройство и принцип работы глаза.

Устройство человеческого глаза можно сравнить с устройством

фотоаппарата. Каждая часть играет существенную роль в акте

зрения. Основной оптический элемент - роговица, которая

преломляет лучи проходящего света и пропускает их дальше через

зрачок - округлое темное отверстие в центре цветной радужки.

Радужка и зрачок по функции похожи на диафрагму фотоаппарата.

Затем лучи света преломляются второй

хрусталиком,биологической линзой глаза -который посылает их

дальше на сетчатку. Хрусталик обладает способностью изменять

свою оптическую силу - аккомодировать - точно так же,как

наводится резкость в фотоаппарате, это позволяет глазу видеть

одинаково хорошо и вблизи, и вдаль. С возрастом способность

хрусталика к аккомодации снижается, и человек с нормальным

зрением начинает пользоваться плюсовыми очками для близи.

Сетчатка представляет собой нервную ткань, выстилающую

внутреннюю часть глаза и по функции очень похожую на

фотопленку. Сетчатка состоит из нервных клеток - фоторецепторов,

которые преобразуют лучи видимого света в нервные

импульсы. Затем нервные импульсы через оптический нерв

поступают к коре головного мозга, где происходит

окончательная обработка информации и формирование

зрительного образа. Центральная зона сетчатки

(приблизительно 10% от общей площади) называется

макула. Именно эта часть отвечает за предметное зрение.

Здесь сконцентрировано наибольшее количество

фоторецепторных клеток, называемых "колбочки".

Периферическая часть сетчатки отвечает за

пространственное зрение и представлена в основном

рецепторами под названием "палочки". Продолжая

сравнивать глаз с фотокамерой, можно сказать, что, как и

в случае, если фотопленка плохая, так и в случае, если

сетчатка функционально несостоятельна, не удается

получить четкого и ясного изображения, несмотря на

то,что все остальные части оптической системы глаза

работают нормально.

Зрение - физиологический процесс,

позволяющий получать представление о величине,

форме и цвете предметов, их взаимном расположении и

расстоянии между ними.

Согласно учению И. П. Павлова, зрительный

анализатор включает периферический парный орган

глаз с его воспринимающими свет фоторецепторами -

палочками и колбочками сетчатки , зрительные нервы,

зрительные пути, подкорковые и корковые зрительные

центры.

Нормальным раздражителем органа является свет.

Палочки и колбочки сетчатки глаза воспринимают

световые колебания и превращают их энергию в

нервное возбуждение, которое через зрительный нерв

передается по проводящим путям в зрительный центр

головного мозга, где возникает зрительное ощущение.

Под влиянием света в палочках и колбочках происходит

распад зрительных пигментов (родопсина и йодопсина).

Палочки функционируют при свете слабой

интенсивности, в сумерках; зрительные ощущения,

полученные при этом, бесцветны. Колбочки

функционируют днем и при ярком освещении: их

функция определяет ощущение цветности. При

переходе от дневного освещения к сумеречному

происходит перемещение максимума световой

чувствительности в спектре по направлению к его

коротковолновой части и предметы красного цвета

(мак) кажутся черными, синего

(василек) - очень светлыми (феномен Пуркинье).

Глазное яблоко представляет собой сферу диаметром

около 25 мм, состоящую из трёх оболочек. Наружная,

фиброзная оболочка, состоит из непрозрачной склеры

толщиной около 1мм, которая спереди переходит в

роговицу.

Снаружи склера покрыта тонкой прозрачной слизистой

оболочкой - конъюнктивой. Средняя оболочка называется

сосудистой. Из её названия понятно, что она содержит

массу сосудов, питающих глазное яблоко. Она образует, в

частности, цилиарное тело, радужку и собственную

сосудистую оболочку. Внутренней оболочкой глаза является

сетчатка. Глаз имеет также придаточный аппарат, в частности, веки

и слёзные органы. Движениями глаз управляют шесть мышц -

четыре прямые и две косые.

2.Устройство и принцип работы телескопа.

Устройство телескопа

Телескоп любого типа имеет объектив и окуляр.

Линза, обращенная к объекту наблюдения, называется Объективом,

а линза, к которой прикладывает свой глаз наблюдатель – Окуляр.

Может быть дополнительная лупа, которая позволяет приблизить

глаз к фокальной плоскости и рассматривать изображение с

меньшего расстояния, т. е. под большим углом зрения.

Таким образом, телескоп можно изготовить, расположив на одной

оси одна за другой две линзы - объектив и окуляр. Для наблюдений

близких земных предметов суммарное расстояние фокусов должно

быть увеличено.Меняя окуляры, можно получить различные

увеличения при одном и том же объективе.

Если линза толще посередине, чем на краях, она называется

Собирающей или Положительной, в противном случае –

Рассеивающей или Отрицательной.

Прямая, соединяющая центры этих поверхностей, называется

Оптической осью линзы. Если на такую линзу попадают лучи,

идущие параллельно оптической оси, они, преломляясь в линзе,

собираются в точке оптической оси, называемой Фокусом линзы.

Расстояние от центра линзы до её фокуса называют фокусным

расстоянием. Чем больше кривизна поверхностей собирающей

линзы, тем меньше фокусное расстояние. В фокусе такой линзы

всегда получается действительное изображение предмета.

Tелескоп принято характеризовать угловым увеличением. В отличие

от микроскопа, предметы, наблюдаемые в телескоп, всегда удалены

от наблюдателя.

Назначение телескопа

Телескопы бывают самыми разными – оптические (общего

астрофизического назначения, коронографы, телескопы для

наблюдения искуственных спутников Земли), радиотелескопы,

инфракрасные, нейтринные, рентгеновские. При всем своем

многообразии, все телескопы, принимающие электромагнитное

излучение, решают две основных задачи.

Первая задача телескопа- создать максимально резкое изображение

и, при визуальных наблюдениях, увеличить угловые расстояния

между объектами (звездами, галактиками и т. п.);собрать как можно

больше энергии излучения, увеличить освещенность изображения

объектов.

Вторая задача телескопа – увеличивать угол, под которым

наблюдатель видит объект. Способность увеличивать угол

характеризуется увеличением телескопа. Оно равно

отношению фокусных расстояний объектива и окуляра

Принцип работа телескопа

Принцип работы телескопа заключается не в увеличении объектов, а

в сборе света. Чем больше у него размер главного светособирающего

элемента - линзы или зеркала, тем больше света он собирает. Важно,

что именно общее количество собранного света в конечном счете

определяет уровень детализации видимого - будь то удаленный

ландшафт или кольца Сатурна. Хотя увеличение, или сила для

телескопа тоже важно, оно не имеет решающего значения в

достижении уровня детализации.

Типы телескопов

Все телескопы подразделяются на три оптических класса.

Преломляющие телескопы, или рефракторы, в качестве главного

светособирающего элемента используют большую линзу-объектив.

Рефракторы всех моделей включают ахроматические

(двухэлементные) объективные линзы - таким образом сокращается

или практически устраняется ложный цвет, который влияет на

получаемый образ, когда свет проходит через линзу. При создании и

установке больших стеклянных линз возникает ряд трудностей;

кроме того, толстые линзы поглощают слишком много света. Самый

большой рефрактор в мире, имеющий объектив с линзой диаметром

в 101 см, принадлежит Йеркской обсерватории.

Все большие астрономические телескопы представляют собой

рефлекторы. Рефлекторные телескопы популярны и у любителей,

поскольку они не так дороги, как рефракторы. Это отражающие

телескопы, и для сбора света и формирования изображения в них

используется вогнутое главное зеркало. В рефлекторах

ньютоновского типа, маленькое плоское вторичное зеркало

отражает свет на стенку главной трубы.

Зеркально-линзовые (катадиоптрические) телескопы используют

как линзы, так и зеркала, за счет чего их оптическое устройство

позволяет достичь великолепного качества изображения с высоким

разрешением, при том, что вся конструкция состоит из очень

коротких портативных оптических труб.

История телескопа

Первый телескоп был построен в 1609 году итальянским

астрономом Галилео Галилеем. Телескоп имел скромные размеры

(длина трубы 1245 мм, диаметр объектива 53 мм, окуляр 25

диоптрий), несовершенную оптическую схему и 30-кратное

увеличение. Однако он позволил сделать целую серию

замечательных открытий (фазы Венеры, горы на Луне, спутники

Юпитера, пятна на Солнце, звезды в Млечном Пути). Очень плохое

изображения в первых телескопах заставило оптиков искать

пути решения этой проблемы. Оказалось, что увеличение фокусного

расстояния объектива значительно улучшает качество изображения.

В 1663 году Грегори создал новую схему телескопа-рефлектора.

Грегори первым предложил использовать в телескопе вместо линзы

зеркало. Первый телескоп-рефлектор был построен Исааком

Ньютоном в 1668 году. Схема, по которой он был построен,

получила название «схема Ньютона».. Длина телескопа составляла

15 см. В 1672 году Кассегрен предложил схему двухзеркальной

системы, вскоре ставшую наиболее популярной. Первое зеркало

было параболическим, второе имело форму выпуклого

гиперболоида и располагалось перед фокусом первого.

В настоящее время практически все телескопы являются

зеркальными. Самый большой в мире зеркальный телескоп имени

Кека имеет диаметр 10 м и находится на Гавайских островах. В

России на Кавказе работает телескоп размером 6 м.

В двадцатом веке астрономы сделали много шагов в изучении

вселенной. Эти шаги были бы невозможны без использования

больших и сложных телескопов, расположенных на высокогорных

лабораториях и управляемых большим количеством

квалифицированных специалистов.

3.Устройство и принцип работы микроскопа

На протяжении длительного времени человек жил в окружении

невидимых существ, использовал продукты их жизнедеятельности

(например, при выпечке хлеба из кислого теста, приготовлении

вина и уксуса), страдал, когда эти существа являлись причинами

болезней или портили запасы пищи, но не подозревал об их

присутствии. Не подозревал потому, что не видел, а не видел

потому, что размеры этих микро существ лежали много ниже того

предела видимости, на который способен человеческий глаз.

Известно, что человек с нормальным зрением на оптимальном

расстоянии (25–30 см) может различить в виде точки предмет

размером 0,07–0,08 мм. Меньшие объекты человек заметить не

может. Это определяется особенностями строения его органа

зрения.Приблизительно в то же время, когда началось

исследование космоса с помощью телескопов, были сделаны

первые попытки раскрыть, с помощью линз тайны микромира.

Так, при археологических раскопках в Древнем Вавилоне находили

двояковыпуклые линзы — самые простые оптические приборы.

Линзы были изготовлены из отшлифованного горного хрусталя.

Можно считать, что с их изобретением человек сделал первый шаг

на пути в микромир.

Простейший способ увеличить изображение небольшого предмета

- это наблюдать его с помощью лупы. Лупой называют

собирающую линзу с малым фокусным расстоянием (как правило,

не более 10 см), вставленную в рукоятку.

Создатель телескопа Галилей в 1610 году обнаружил, что в

сильно раздвинутом состоянии его зрительная труба

позволяет сильно увеличить мелкие предметы.

Его можно считать изобретателем микроскопа, состоящего из

положительной и отрицательной линз.Более совершенным

инструментом для наблюдения микроскопических

предметов является простой микроскоп. Когда появились эти

приборы, в точности неизвестно. В самом начале XVII века

несколько таких микроскопов изготовил очковый мастер

Захария Янсен из Миддельбурга.

В сочинении А. Кирхера, вышедшем в 1646 году, содержится

описание простейшего микроскопа, названного им "блошиным

стеклом". Он состоял из лупы, вделанной в медную основу, на

которой укрепляли предметный столик, служивший для

помещения рассматриваемого объекта; внизу находилось плоское

или вогнутое зеркало, отражающее солнечные лучи на предмет и

таким образом освещающее его снизу. Лупу передвигали

посредством винта к предметному столику, пока изображение не

становилось отчетливым и ясным.

Первые выдающиеся открытия были сделаны как раз с помощью

простого микроскопа. В середине XVII века блестящих успехов

добился голландский естествоиспытатель Антони Ван Левенгук.

В течение многих лет Левенгук совершенствовался в

изготовлении крохотных (иногда меньше 1 мм в диаметре)

двояковыпуклых линзочек, которые он изготавливал из

маленького стеклянного шарика, в свою очередь получавшегося в

результате расплавления стеклянной палочки в пламени. Затем

этот стеклянный шарик подвергался шлифовке на примитивном

шлифовальном станке. На протяжении своей жизни Левенгук

изготовил не менее 400 подобных микроскопов. Один из них,

хранящийся в университетском музее в Утрехте, дает более чем

300-кратное увеличение, что для XVII века было огромным

успехом.

В начале XVII века появились сложные микроскопы,

составленные из двух линз.Изобретатель такого сложного

микроскопа точно не известен, но многие факты говорят о том,

что им был голландец Корнелий Дребель, живший в Лондоне и

находившийся на службе у английского короля Иакова I. В

сложном микроскопе было два стекла: одно - объектив -

обращенное к предмету, другое - окуляр - обращенное к глазу

наблюдателя. В первых микроскопах объективом служило

двояковыпуклое стекло, дававшее действительное, увеличенное,

но обратное изображение. Это изображение и рассматривалось

при помощи окуляра, который играл, таким образом, роль лупы,

но только лупа эта служила для увеличения не самого предмета, а

его изображения. В 1663 году микроскоп Дребеля был

усовершенствован английским физиком Робертом Гуком, который

ввел в него третью линзу, получившую название коллектива. Этот

тип микроскопа приобрел большую популярность, и большинство

микроскопов конца XVII - первой половины VIII века строились

по его схеме.