Weerspiegeling van een kaars in een spiegel is een ervaring. Reflectie van een spiegel in een spiegel. Reflectie in een platte spiegel. Reflectie van een straal uit een spiegel. Soorten spiegeloppervlakken
OMGEKEERDE NAAM
Plaats boeken op een stapel en zet er een spiegel tegenaan. Plaats een stuk papier onder de rand van de spiegel.
Plaats uw linkerhand voor het vel papier en plaats uw kin op uw hand zodat u in de spiegel kunt kijken, maar het vel waarop u moet schrijven niet ziet. Kijk alleen in de spiegel, maar niet naar het papier, en schrijf je naam erop. Kijk wat je schreef.
De meeste, en misschien zelfs alle, letters stonden ondersteboven.
Waarom?
Omdat je schreef terwijl je in de spiegel keek, waar ze er normaal uitzagen, maar op het papier stonden ze ondersteboven. De meeste letters staan ondersteboven en alleen symmetrische letters (H, O, E, B) worden correct geschreven.
Ze zien er zowel in de spiegel als op papier hetzelfde uit, hoewel het beeld in de spiegel ondersteboven staat.
MEERDERE REFLECTIE
Voor dit experiment heb je nodig: twee spiegels (bij voorkeur even groot), plakband, een gradenboog.
Plak de spiegels aan de achterkant aan elkaar vast.
Plaats een brandende kaars (of een ander klein voorwerp) in het midden van de gradenboog.
Plaats de spiegels op de gradenboog en draai ze zodat de hoek ertussen 180 graden is.
Je ziet slechts één kaarsreflectie
Als je de hoek tussen de spiegels verkleint, neemt het aantal reflecties van de kaars toe!
Hoe kleiner de openingshoek tussen de spiegels, hoe meer beelden je van het object ziet.
Experimenteer en maak, als je kunt, tekeningen op papier van het construeren van afbeeldingen in een spiegel (onder verschillende hoeken). Kun jij het aan?
SPIEGEL EN TV
Waarschijnlijk heeft iedereen dit fenomeen opgemerkt: als je je handpalm met uitgestrekte vingers voor het tv-scherm beweegt, lijkt het erop dat er niet 5, maar minstens 20 in je hand zitten.
Neem een grote spiegel (ongeveer 13x18 cm groot) en vang het tv-scherm op in de spiegel. Als de spiegel stilstaat, gebeurt er niets - het scherm is slechts een scherm. Maar als je de spiegel snel kantelt, dat wil zeggen, schudt, zie je een verbazingwekkend beeld: in de reflectie zal er niet langer één scherm zijn, maar veel, ze zullen voor je ogen flikkeren, de beelden zullen vervormd zijn.
Als je de spiegel een cirkelvormige rotatie geeft (je moet het tv-scherm de hele tijd in je gezichtsveld houden), kun je een nog opmerkelijker beeld zien: het scherm zal "loskomen" van de tv, eruit komen, en je krijgt (hiervoor zul je een beetje moeten oefenen) een gesloten ring van schermen van verschillende afmetingen, verticaal, verschillend hellend.
Het resulterende effect wordt verklaard door ‘geheugen van visie’.
Het aantal kaarsreflecties verandert.
Rijst. 23. Meervoudige reflectie van een kaars in twee spiegels
Mogelijkheden voorstellen voor het gebruik van meerdere reflecties.
Trek op basis van je waarnemingen een conclusie over de fysische en chemische verschijnselen die gepaard gaan met het branden van een kaars.
2. Monitoring van de kieming van bonenzaden
Dit werk duurt meerdere dagen en kan door twee personen of in groepen worden uitgevoerd.
Doel van het werk: observeer de externe veranderingen van bonen in de loop van de tijd en veranderingen in hun massa.
Apparatuur en reagentia: schotel of petrischaal, gaas, 2-3 bonenzaden, water, weegschaal (technisch of elektronisch).
Vooruitgang van het werk
Plaats gaas opgerold in meerdere lagen in een petrischaal of schotel, giet er voldoende water in om het gaas te bedekken. Plaats de bonenzaden op kaasdoek, nadat u ze allemaal hebt gewogen. Laat de schoteltjes met bonen op de vensterbank in het wetenschapslokaal staan.
Controleer dagelijks het uiterlijk van de zaden. Noteer de veranderingen die daarbij optreden in een notitieboekje, weeg ze dagelijks (nadat u ze met een papieren servet hebt gedept) en schrijf ook de resultaten in het notitieboekje. Wanneer de bonen ontkiemen en er kleine gerimpelde bladeren op de spruit verschijnen, kan de observatie worden voltooid.
Teken de zaden aan het begin van het experiment en aan het einde.
Wanneer was de verandering in de bonenzaadmassa het meest intens?
Maak een grafiek van de massa van ontkiemende bonenzaden versus de tijd.
Trek een conclusie over de redenen voor de verandering in de massa bonen.
3. Observatie van veranderingen in de toestand van ijs bij verhitting
Doel van het werk: observeer het fenomeen van het smelten van ijs, beschrijf de verandering in de toestand van ijs afhankelijk van de temperatuur, trek conclusies over de verandering in de ijstemperatuur tijdens het smelten.
Uitrusting en materialen: ijs, thermometer, glasglas met een inhoud van 50-100 ml, doek.
Vooruitgang van het werk
Verpletter het ijs goed door het in een doek te wikkelen. Doe het gemalen ijs in een glasglas.
Meet de ijstemperatuur en noteer het resultaat in Tabel 4.
Meet elke 3 à 5 minuten de temperatuur van het ijs en noteer de aggregatietoestand van het water, door de gegevens in een tabel vast te leggen.
Tabel 4
Teken een grafiek van de temperatuur van water in verschillende aggregatietoestanden versus de tijd.
Hoofdstuk 2. Megawereld
§ 8. De mens en het heelal
1. Laat met voorbeelden zien hoe ideeën over het wereldsysteem veranderden van de oudheid tot de 17e eeuw.
2. Noem de namen van wetenschappers uit de 16e en 17e eeuw, wier bijdrage aan de astronomie niet kan worden overschat.
3. Geef een korte beschrijving van de prestaties van de Russische wetenschap op het gebied van de ruimtevaart.
4. Onthoud de namen van dichters, kunstenaars, schrijvers, componisten en regisseurs wier werken over de ruimte, sterren, echte en denkbeeldige reizen naar verre planeten in je gedachten blijven hangen.
De aantrekkingskracht van verre sterren
Bedenk hoe je op een wolkenloze zomeravond, je hoofd achterover werpend, je ogen niet van de betoverende sterrenhemel kon afhouden. Hoeveel kunstenaars, dichters en schrijvers werden geïnspireerd om grote werken te creëren door het fonkelen van verre sterren, onbekende werelden (Fig. 24). Hoeveel reizigers hebben de sterren de juiste weg naar hun doel laten zien, hoeveel verdwaalde reizigers hebben ze geholpen de weg naar huis te vinden.
Ik ben de zoon van de aarde, een kind van een kleine planeet,
Verdwaald in de ruimte van de wereld,
Onder de last van eeuwenlang moe,
vruchteloos dromen over iets anders.
V. Bryusov
Rijst. 24. V.Van Gogh. Sterrennacht boven de Rhône. 1888
Misschien is er niets angstaanjagender aantrekkelijker, eindeloos ver weg, toegankelijk en ontoegankelijk dan de megawerelden, in de diepten waarvan een groot wonder werd geboren: een flikkerend stofje dat de aarde wordt genoemd. Je moet een idee hebben van wat een sterrenstelsel, sterrenhopen, sterren, zwarte gaten, planeten, kometen en andere hemellichamen zijn, en moderne ideeën kennen over de structuur en evolutie van het heelal. Dit en nog veel meer leer je in dit hoofdstuk.
Sterrenbeelden fonkelen in de kosmische duisternis,
Ze schijnen verleidelijk en helder,
Maar mensen zijn gewend om op aarde te leven,
En deze gewoonte is geweldig.
V. Soloukhin Natuurlijke filosofie over de aarde en het universum
De vraag wat het heelal is, houdt mensen al sinds de oudheid bezig. Niemand kan met zekerheid zeggen wanneer een van de oudste wetenschappen, de astronomie, werd geboren.
Onze voorouders, die grotendeels afhankelijk waren van natuurlijke krachten, vergoddelijkten hemellichamen - de zon, de maan, de sterren. Er werden mythen over hen gemaakt
Gemeentelijke onderwijsinstelling
Middelbare school nr. 21
De magie van spiegels
(onderzoekswerk)
Toezichthouder:
Belgorod, 2011
Onderzoekswerk
"De magie van spiegels"
Hoe is het allemaal begonnen? Toen ik klein was, keek ik vaak in de spiegel en zag mezelf daarin. Ik kon het niet begrijpen en was zeer verrast waarom ik daar óf alleen was, óf met velen van mij tegenover mezelf stond. Soms keek ik zelfs achter de spiegel en dacht dat daarachter iemand zat die erg op mij leek. Sinds mijn kindertijd ben ik erg geïnteresseerd in waarom dit gebeurt, alsof er een soort magie in de spiegel zit.
Voor mijn onderzoek heb ik een onderwerp gekozen"De magie van spiegels"
Relevantie: De eigenschappen van spiegels worden tot op de dag van vandaag bestudeerd, wetenschappers ontdekken nieuwe feiten. Apparaten met spiegels worden tegenwoordig overal gebruikt. De bijzondere eigenschappen van spiegels zijn een hot topic.
Hypothese: Laten we aannemen dat spiegels magische krachten hebben.
Wij hebben onszelf het volgende gesteld taken:
1. Ontdek in welk land en wanneer de spiegel verscheen;
2. Bestudeer de technologie van het maken van spiegels en hun toepassing;
3. Voer experimenten uit met spiegels en maak kennis met hun eigenschappen;
4. Leer interessante feiten over spiegels;
5. Ontdek of spiegels magische krachten hebben.
Onderwerp van studie: spiegel.
Onderwerp van onderzoek: magische eigenschappen van spiegels.
Om dit probleem te onderzoeken:
1. Lees encyclopedische artikelen;
2. Artikelen lezen in kranten en tijdschriften;
3. We zochten informatie op internet;
4. We bezochten een spiegelwinkel;
5. Waarzeggerij met behulp van spiegels.
In welk land en wanneer verscheen de spiegel?
De geschiedenis van de spiegel begon al in het derde millennium voor Christus. De vroegste metalen spiegels waren bijna altijd rond van vorm.
De eerste glazen spiegels werden in de 1e eeuw na Christus door de Romeinen gemaakt. Met het begin van de Middeleeuwen verdwenen glazen spiegels volledig: vrijwel tegelijkertijd geloofden alle religieuze concessies dat de duivel zelf door spiegelglas naar de wereld keek.
Glazen spiegels verschenen pas in de 13e eeuw weer. Maar ze waren... hol. De productietechnologie van die tijd kende geen manier om een tinnen achterkant op een vlak stuk glas te ‘lijmen’. Daarom werd gesmolten tin eenvoudigweg in een glazen kolf gegoten en vervolgens in stukken gebroken. Pas drie eeuwen later ontdekten de meesters van Venetië hoe ze een plat oppervlak met tin konden bedekken. Aan de reflecterende composities werd goud en brons toegevoegd, waardoor alle objecten in de spiegel er mooier uitzagen dan in werkelijkheid. De kosten van één Venetiaanse spiegel waren gelijk aan de kosten van een klein zeeschip. In 1500 kostte een gewone platte spiegel van 120 bij 80 centimeter in Frankrijk twee en een half keer meer dan een schilderij van Rafaël.
Hoe een spiegel wordt gemaakt.
Momenteel bestaat de spiegelproductie uit de volgende fasen:
1) glassnijden
2) decoratieve verwerking van de randen van het werkstuk
3) het aanbrengen van een dunne laag metaal (reflecterende coating) op de achterwand van het glas is de meest kritische handeling. Vervolgens wordt een beschermlaag van koper of speciale verbindingschemicaliën aangebracht, gevolgd door twee lagen beschermende verf die corrosie voorkomt.
Wat als spiegels magische eigenschappen hebben?
1 . Mijn vader, moeder en ik reizen graag naar verschillende steden. Wij bezoeken vooral graag paleizen en kastelen. Ik was verbaasd dat er in de hallen waar vroeger bals plaatsvonden veel spiegels waren. Waarom zo veel? Om je haar steil te maken of naar jezelf te kijken, is één spiegel immers voldoende. Het blijkt dat spiegels nodig zijn om de verlichting te vergroten en het aantal brandende kaarsen te vermenigvuldigen.
Ervaring 1: Ik maak een spiegelgang en neem kaarsen mee. De verlichting nam toe.
Daarom hebben alle paleizen spiegelzalen voor grote recepties.
Ervaring 2. Spiegels kunnen niet alleen beelden reflecteren, maar ook geluid. Daarom zijn er veel spiegels in oude kastelen. Ze creëerden een echo - een weerspiegeling van geluid en versterkte muzikale geluiden tijdens de vakantie.
Ervaring 3. Er zijn verschillende spiegels in onze huizen. Het zijn er niet veel. Waarom?
Het is onmogelijk om in een spiegelkamer te leven. Er was een Spaanse marteling: ze plaatsten een persoon in een spiegelkamer - een doos, waar niets anders in zat dan een lamp en een persoon! Omdat hij zijn gedachten niet kon verdragen, werd de man gek.
Conclusie : Spiegels hebben de eigenschappen dat ze geluid, licht en de tegenovergestelde wereld reflecteren.
Schrijf drie woorden op een vel papier, de een onder elkaar: FRAME, LUM en SLEEP. Plaats dit stuk papier loodrecht op de spiegel en probeer de reflecties van deze woorden in de spiegel te lezen. Het woord FRAME is onleesbaar, de LUM bleef wat hij was en de DROOM veranderde in een NEUS!
De spiegel draait de volgorde van letters om, en je moet de weerspiegeling van woorden in de spiegel niet van links naar rechts lezen, zoals we gewend zijn, maar omgekeerd. Maar we lezen, volgens onze langdurige gewoonte! En de woorden LUM en SLEEP zijn op zichzelf heel interessant. Lump is zowel van links naar rechts als omgekeerd eenduidig te lezen! En het woord DROOM verandert in omgekeerde lezing in NEUS! Hier is het bewijs van hoe een spiegel werkt!
Na deze experimenten is het gemakkelijk te begrijpen geheime code van Leonardo da Vinci. Zijn aantekeningen waren alleen te lezen met behulp van een spiegel! Maar om de tekst goed leesbaar te maken, moest hij nog wel ondersteboven geschreven worden!
De man in de spiegel.
Laten we eens kijken wie daar is, zichtbaar in de spiegel? Mijn spiegelbeeld of niet de mijne?
Kijk maar eens goed naar jezelf in de spiegel!
De hand die het potlood vasthoudt, bevindt zich om de een of andere reden in de linkerhand!
Laten we onze hand op ons hart leggen.
Oh horror, die achter de spiegel heeft het aan de rechterkant!
En de mol sprong van de ene wang naar de andere!
Het is duidelijk niet ik in de spiegel, maar mijn tegenpool! En ik denk niet dat voorbijgangers op straat mij zo zien. Zo zie ik er helemaal niet uit!
Hoe kun je ervoor zorgen dat je precies jouw niet-geconverteerde beeld in de spiegel ziet?
Als twee platte spiegels verticaal loodrecht op elkaar worden geplaatst, zie je een “recht”, niet-omgekeerd beeld van het object. Een gewone spiegel geeft bijvoorbeeld een beeld van een persoon wiens hart aan de rechterkant zit. In de hoekspiegel van de afbeelding bevindt het hart zich, zoals verwacht, aan de linkerkant! Je hoeft alleen maar correct voor de spiegel te staan!
De verticale symmetrieas van uw gezicht moet in een vlak liggen dat de hoek tussen de spiegels doorsnijdt. Nadat u de spiegels hebt gemonteerd, verplaatst u ze: als de hoek van de oplossing recht is, zou u een volledige weerspiegeling van uw gezicht moeten zien.
Ervaring 7
Meerdere reflectie
En nu kan ik antwoorden waarom er zo velen van mij in spiegels zijn?
Om het experiment uit te voeren hebben we nodig:
- twee spiegels
- gradenboog
- Schots
- artikelen
Werkplan: 1. Zet hem vast met tape aan de achterkant van de spiegel.
2. Plaats een brandende kaars in het midden van de gradenboog.
3. Plaats de spiegels zo op de gradenboog dat ze een hoek van 180 graden vormen. We kunnen één weerspiegeling van een kaars in de spiegels waarnemen.
4. Verklein de hoek tussen de spiegels.
Conclusie: Naarmate de hoek tussen de spiegels kleiner wordt, neemt het aantal reflecties van de kaars erin toe.
De magie van spiegels.
Sinds de 16e eeuw hebben spiegels opnieuw hun reputatie herwonnen als de meest mysterieuze en meest magische objecten die ooit door de mens zijn gemaakt. In 1900 genoten op de Wereldtentoonstelling van Parijs het zogenaamde Paleis der Illusies en het Paleis van Mirages groot succes. In het Paleis der Illusies was elke muur van de grote zeshoekige hal een enorme gepolijste spiegel. De kijker in deze zaal zag zichzelf verdwaald tussen 468 van zijn dubbelspel. En in het Paleis van Mirages, in dezelfde spiegelzaal, werd in elke hoek een schilderij afgebeeld. Delen van de spiegel met afbeeldingen werden met behulp van verborgen mechanismen ‘omgedraaid’. De kijker bevond zich in een buitengewoon tropisch bos, tussen de eindeloze zalen in Arabische stijl, of in een enorme Indiase tempel. De ‘trucs’ van honderd jaar geleden zijn nu overgenomen door de beroemde goochelaar David Copperfield. Zijn beroemde truc met het verdwijnende rijtuig is volledig te danken aan het Paleis van Mirages.
Laten we nu eens kijken naar waarzeggerij met behulp van spiegels.
Spiegelmagie werd ook gebruikt voor waarzeggerij.
Waarzeggerij op spiegels werd rond het einde van de 15e eeuw samen met de spiegel in zijn moderne vorm vanuit het buitenland naar ons gebracht.
De meest actieve tijd voor waarzeggerij vroeger was van 7 januari tot 19 januari. Deze twaalf vakantiedagen tussen Kerstmis (7 januari) en Driekoningen (19 januari) werden Kersttijd genoemd.
Laat me je een voorbeeld geven van waarzeggerij:
1) Een kleine spiegel wordt met water overgoten en precies om middernacht in de kou gezet. Na een tijdje, wanneer de spiegel bevriest en er zich verschillende patronen op het oppervlak vormen, moet je hem in huis halen en onmiddellijk het fortuin vertellen vanaf het bevroren oppervlak.
Als er cirkels op de spiegel worden gevonden, leef je een jaar lang in overvloed; Als je naar de omtrek van een sparrentak kijkt, betekent dit dat je veel werk voor de boeg hebt. Vierkantjes voorspellen moeilijkheden in het leven, en driehoeken zijn voorbodes van groot succes en geluk in elk bedrijf.
Na waarzeggerij besefte ik: de spiegel zelf heeft geen magische eigenschappen. De mens heeft ze. En een spiegel is slechts een middel dat helpt de informatie van het onderbewustzijn te versterken en toegankelijk te maken voor waarneming.
Conclusie: Wij geloven niet in de magische kracht van spiegels; onwetende en ongeschoolde mensen schrijven er bovennatuurlijke eigenschappen aan toe. De wetten van de optica verklaren immers alle spiegelwonderen vanuit wetenschappelijk oogpunt. Onze hypothese werd dus bevestigd. Het prachtige sprookje over spiegels is slechts een fantasie. En dit werd bevestigd door onze experimenten.
Geometrische optica is gebaseerd op het idee van rechtlijnige voortplanting van licht. De hoofdrol daarin wordt gespeeld door het concept van een lichtstraal. Bij golfoptica valt de lichtbundel samen met de richting van de normaal op het golffront, en bij corpusculaire optica met het traject van het deeltje. Bij een puntbron in een homogeen medium zijn de lichtstralen rechte lijnen die in alle richtingen uit de bron komen. Op de grensvlakken tussen homogene media kan de richting van de lichtstralen veranderen als gevolg van reflectie of breking, maar in elk van de media blijven ze recht. Ook wordt, in overeenstemming met de ervaring, aanvaard dat de richting van de lichtstralen niet afhankelijk is van de intensiteit van het licht.
Reflectie.
Wanneer licht wordt gereflecteerd door een gepolijst vlak oppervlak, is de invalshoek (gemeten vanaf de normaal naar het oppervlak) gelijk aan de reflectiehoek (Figuur 1), waarbij de gereflecteerde straal, de normale straal en de invallende straal allemaal op één lijn liggen. in hetzelfde vlak. Als een lichtstraal op een vlakke spiegel valt, verandert bij reflectie de vorm van de straal niet; het verspreidt zich gewoon in een andere richting. Daarom kan men, wanneer men in een spiegel kijkt, een beeld van een lichtbron (of een verlicht voorwerp) zien, en het beeld lijkt hetzelfde te zijn als het oorspronkelijke voorwerp, maar bevindt zich achter de spiegel op een afstand gelijk aan de afstand van het voorwerp naar de spiegel. De rechte lijn die door het puntobject en het beeld ervan loopt, staat loodrecht op de spiegel.
Meerdere reflectie.
Wanneer twee spiegels tegenover elkaar staan, wordt het beeld dat in de ene verschijnt, in de andere gereflecteerd en wordt een hele reeks beelden verkregen, waarvan het aantal afhangt van de relatieve positie van de spiegels. In het geval van twee parallelle spiegels, wanneer er een voorwerp tussen wordt geplaatst (Fig. 2, A), wordt een oneindige reeks beelden verkregen op een rechte lijn loodrecht op beide spiegels. Een deel van deze reeks is te zien als de spiegels ver genoeg uit elkaar staan om zicht vanaf de zijkant mogelijk te maken. Als twee vlakke spiegels een rechte hoek vormen, wordt elk van de twee primaire beelden gereflecteerd in de tweede spiegel, maar vallen de secundaire beelden samen, zodat het resultaat slechts drie beelden is (Fig. 2, B). Met kleinere hoeken tussen de spiegels kan een groter aantal afbeeldingen worden verkregen; ze bevinden zich allemaal op een cirkel die door het object gaat, met het middelpunt op een punt op de snijlijn van de spiegels. De beelden die door platte spiegels worden geproduceerd zijn altijd denkbeeldig; ze worden niet gevormd door echte lichtstralen en kunnen daarom niet op het scherm worden weergegeven.
Reflectie van gebogen oppervlakken.
Reflectie vanaf gebogen oppervlakken vindt plaats volgens dezelfde wetten als vanaf rechte oppervlakken, en de normaal op het reflectiepunt staat op dit punt loodrecht op het raakvlak. Het eenvoudigste, maar belangrijkste geval is reflectie van bolvormige oppervlakken. In dit geval vallen de normalen samen met de stralen. Er zijn hier twee opties:
1. Holle spiegels: licht valt van binnenuit op het oppervlak van een bol. Wanneer een bundel evenwijdige stralen op een holle spiegel valt (fig. 3, A), kruisen de gereflecteerde stralen elkaar op een punt dat zich op de helft van de afstand tussen de spiegel en het krommingsmiddelpunt bevindt. Dit punt wordt het brandpunt van de spiegel genoemd en de afstand tussen de spiegel en dit punt is de brandpuntsafstand. Afstand S van object tot spiegel, afstand Sў van spiegel tot beeld en brandpuntsafstand F gerelateerd aan de formule
1/F = (1/S) + (1/Sў ),
waarbij alle grootheden als positief moeten worden beschouwd als ze links van de spiegel worden gemeten, zoals in Fig. 4, A. Wanneer een object zich op een afstand bevindt die groter is dan de brandpuntsafstand, wordt een waarheidsgetrouw beeld gevormd, maar wanneer de afstand groter is S minder dan brandpuntsafstand, beeldafstand Sў wordt negatief. In dit geval wordt het beeld achter de spiegel gevormd en is het virtueel.
2. Bolle spiegels: licht valt van buitenaf op het oppervlak van een bol. In dit geval wordt na reflectie door de spiegel altijd een divergerende stralenbundel verkregen (Fig. 3, B), en het beeld dat achter de spiegel wordt gevormd, is altijd virtueel. Met dezelfde formule kan de positie van de beelden worden bepaald, waarbij de brandpuntsafstand met een minteken erin wordt opgenomen.
In afb. 4, A er wordt een concave spiegel getoond. Links een object met een hoogte van H. De straal van de bolvormige spiegel is R en de brandpuntsafstand f = R/2. In dit voorbeeld de afstand S van spiegel naar object meer R. Het beeld kan grafisch worden geconstrueerd als we er vanuit een oneindig groot aantal lichtstralen rekening mee houden dat er drie uit de bovenkant van het object komen. Een straal evenwijdig aan de optische hoofdas zal na reflectie door de spiegel door het brandpunt gaan. De tweede straal die het midden van de spiegel raakt, wordt zodanig gereflecteerd dat de invallende en gereflecteerde stralen gelijke hoeken vormen met de hoofdas. Het snijpunt van deze gereflecteerde stralen geeft een beeld van het bovenste punt van het object, en een volledig beeld van het object kan worden verkregen als vanaf dit punt een loodlijn wordt verlaagd. Hў naar de optische hoofdas. Ter controle kun je de loop van de derde straal volgen, die door het krommingsmiddelpunt van de spiegel gaat en er via hetzelfde pad van terugkaatst. Zoals uit de figuur blijkt, zal deze ook door het snijpunt van de eerste twee gereflecteerde stralen gaan. Het beeld zal in dit geval reëel zijn (het wordt gevormd door echte lichtstralen), omgekeerd en verkleind.
Dezelfde spiegel wordt getoond in Fig. 4, B, maar de afstand tot het object is kleiner dan de brandpuntsafstand. In dit geval vormen de stralen na reflectie een divergerende straal en kruisen hun voortzettingen elkaar op een punt dat kan worden beschouwd als de bron waaruit de gehele straal tevoorschijn komt. Het beeld zal virtueel, vergroot en rechtopstaand zijn. Het geval gepresenteerd in Fig. 4, B, komt overeen met een holle scheerspiegel als het object (gezicht) zich binnen de brandpuntsafstand bevindt.
Breking.
Wanneer licht door het grensvlak tussen twee transparante media, zoals lucht en glas, gaat, is de brekingshoek (tussen de straal in het tweede medium en de normaal) kleiner dan de invalshoek (tussen de invallende straal en dezelfde normaal) als het licht van lucht naar glas gaat (fig. 5), en groter dan de invalshoek als het licht van glas naar lucht gaat. Breking gehoorzaamt aan de wet van Snell, volgens welke de invallende en gebroken stralen en de normaal getrokken door het punt waarop het licht de grens van de media snijdt in hetzelfde vlak liggen, en de invalshoek i en brekingshoek R, gemeten vanaf de normaal, zijn gerelateerd door de relatie N= zonde i/zonde R, Waar N– de relatieve brekingsindex van de media, gelijk aan de verhouding van de lichtsnelheden in deze twee media (de lichtsnelheid in glas is lager dan in lucht).
Als licht door een vlak-parallelle glasplaat gaat, is de uittredende straal evenwijdig aan de invallende straal, omdat deze dubbele breking symmetrisch is. Als het licht niet loodrecht op de plaat valt, wordt de uittredende straal ten opzichte van de invallende straal verschoven over een afstand die afhankelijk is van de invalshoek, de dikte van de plaat en de brekingsindex. Als een lichtstraal door een prisma gaat (figuur 6), verandert de richting van de uittredende straal. Bovendien is de brekingsindex van glas niet hetzelfde voor verschillende golflengten: deze is hoger voor violet licht dan voor rood licht. Wanneer wit licht door een prisma gaat, worden de kleurcomponenten daarom in verschillende mate afgebogen, waardoor ze uiteenvallen in een spectrum. Rood licht wijkt het minst af, gevolgd door oranje, geel, groen, cyaan, indigo en tenslotte violet. De afhankelijkheid van de brekingsindex van de golflengte van de straling wordt dispersie genoemd. Dispersie is, net als de brekingsindex, sterk afhankelijk van de eigenschappen van het materiaal. Hoekafwijking D(Fig. 6) is minimaal wanneer de straal symmetrisch door het prisma beweegt, wanneer de invalshoek van de straal bij de ingang van het prisma gelijk is aan de hoek waaronder deze straal het prisma verlaat. Deze hoek wordt de hoek met minimale afwijking genoemd. Voor een prisma met een brekingshoek A(apexhoek) en relatieve brekingsindex N de verhouding is geldig N= zonde[( A + D)/2]zonde( A/2), die de hoek met minimale afwijking bepaalt.
Kritische hoek.
Wanneer een lichtstraal van een optisch dichter medium, zoals glas, naar een minder dicht medium, zoals lucht, gaat, is de brekingshoek groter dan de invalshoek (Fig. 7). Bij een bepaalde waarde van de invalshoek, die kritisch wordt genoemd, zal de gebroken straal langs het grensvlak glijden en nog steeds in het tweede medium achterblijven. Wanneer de invalshoek de kritische hoek overschrijdt, zal er geen gebroken straal meer zijn en zal het licht volledig teruggekaatst worden naar het eerste medium. Dit fenomeen wordt totale interne reflectie genoemd. Omdat bij een invalshoek gelijk aan de kritische hoek de brekingshoek gelijk is aan 90° (sin R= 1), kritische hoek C, waar de totale interne reflectie begint, wordt gegeven door de relatie zonde C = 1/N, Waar N– relatieve brekingsindex.
Lenzen.
Wanneer breking optreedt op gebogen oppervlakken, is de wet van Snellius ook van toepassing, evenals de wet van reflectie. Nogmaals, het belangrijkste geval is het geval van breking op een bolvormig oppervlak. Laten we eens kijken naar afb. 8, A. De rechte lijn die door de top van het bolvormige segment en het krommingsmiddelpunt wordt getrokken, wordt de hoofdas genoemd. Een lichtstraal die langs de hoofdas beweegt, valt langs de normaal op het glas en passeert daarom zonder van richting te veranderen, maar andere stralen evenwijdig daaraan vallen op het oppervlak onder verschillende hoeken ten opzichte van de normaal, en nemen toe met de afstand tot de hoofdas. Daarom zal de breking groter zijn voor verre stralen, maar alle stralen van een dergelijke evenwijdige straal die evenwijdig aan de hoofdas loopt, zullen deze snijden op een punt dat het hoofdfocus wordt genoemd. De afstand vanaf dit punt tot de bovenkant van het oppervlak wordt de brandpuntsafstand genoemd. Als een straal van dezelfde parallelle stralen op een hol oppervlak valt, wordt de straal na breking divergerend en kruisen de verlengingen van deze stralen elkaar op een punt dat het denkbeeldige brandpunt wordt genoemd (Fig. 8, B). De afstand van dit punt tot het hoekpunt wordt ook wel de brandpuntsafstand genoemd, maar krijgt een minteken toegewezen.
Een lichaam van glas of ander optisch materiaal dat wordt begrensd door twee oppervlakken waarvan de kromtestralen en brandpuntsafstanden groot zijn in verhouding tot andere afmetingen, wordt een dunne lens genoemd. Van de zes lenzen getoond in Fig. 9, de eerste drie verzamelen zich en de overige drie verspreiden zich. De brandpuntsafstand van een dunne lens kan worden berekend als de kromtestralen en de brekingsindex van het materiaal bekend zijn. De bijbehorende formule is
Waar R 1 en R 2 – kromtestralen van oppervlakken, die in het geval van een biconvexe lens (Fig. 10) als positief worden beschouwd, en in het geval van een biconcave lens – negatief.
De beeldpositie voor een bepaald object kan worden berekend met behulp van een eenvoudige formule, waarbij rekening wordt gehouden met enkele conventies getoond in Fig. 10. Het object wordt links van de lens geplaatst en het midden ervan wordt beschouwd als de oorsprong van waaruit alle afstanden langs de hoofdas worden gemeten. Het gebied links van de lens wordt objectruimte genoemd en het gebied rechts wordt beeldruimte genoemd. In dit geval worden de afstand tot het object in de objectruimte en de afstand tot het beeld in de beeldruimte als positief beschouwd. Alle afstanden getoond in Fig. 10, positief.
In dit geval, als F– brandpuntsafstand, S is de afstand tot het object, en Sў – afstand tot het beeld, de formule voor de dunne lens wordt in de vorm geschreven
1/F = (1/S) + (1/Sў )
De formule is ook van toepassing op concave lenzen, als we de brandpuntsafstand als negatief beschouwen. Merk op dat aangezien lichtstralen omkeerbaar zijn (dat wil zeggen dat ze hetzelfde pad zullen volgen als hun richting wordt omgekeerd), het object en het beeld kunnen worden verwisseld, op voorwaarde dat het beeld geldig is. Paren van dergelijke punten worden conjugaatpunten van het systeem genoemd.
Geleid door afb. 10 is het ook mogelijk een afbeelding te construeren van punten die zich buiten de hoofdas bevinden. Een plat voorwerp loodrecht op de as zal ook overeenkomen met een plat beeld loodrecht op de as, op voorwaarde dat de afmetingen van het object klein zijn in vergelijking met de brandpuntsafstand. Stralen die door het midden van de lens gaan, worden niet afgebogen, en stralen evenwijdig aan de hoofdas snijden elkaar in het brandpunt dat op deze as ligt. Voorwerp in afb. 10 wordt weergegeven door een pijl H links. Het beeld van het bovenste punt van het object bevindt zich op het snijpunt van vele stralen die eruit komen, waarvan het voldoende is om er twee te kiezen: een straal evenwijdig aan de hoofdas, die vervolgens door het brandpunt gaat, en een straal die passeert door het midden van de lens, die niet van richting verandert wanneer hij door de lens gaat. Nadat we aldus het bovenste punt van het beeld hebben verkregen, volstaat het om de loodlijn op de hoofdas te verlagen om het volledige beeld te verkrijgen, waarvan de hoogte wordt aangegeven met Hў. In het geval getoond in Fig. 10 hebben we een reëel, omgekeerd en verkleind beeld. Uit de gelijkenisrelaties van driehoeken is het gemakkelijk om de relatie te vinden M afbeeldingshoogte tot objecthoogte, dit wordt vergroting genoemd:
M = Hў / H = Sў / S.
Lenscombinaties.
Wanneer we het hebben over een systeem van meerdere lenzen, wordt de positie van het uiteindelijke beeld bepaald door achtereenvolgens een ons bekende formule op elke lens toe te passen, rekening houdend met tekens. Een dergelijk systeem kan worden vervangen door een enkele lens met een “equivalente” brandpuntsafstand. In het geval van twee op afstand van elkaar A eenvoudige lenzen met een gemeenschappelijke hoofdas en brandpuntsafstanden F 1 en F 2 equivalente brandpuntsafstand F wordt gegeven door de formule
Als beide lenzen worden gecombineerd, d.w.z. overweeg dat A® 0, dan krijgen we het omgekeerde van de brandpuntsafstand (rekening houdend met het teken) wordt optisch vermogen genoemd. Als de brandpuntsafstand in meters wordt gemeten, wordt het overeenkomstige optische vermogen uitgedrukt in dioptrie. Zoals duidelijk blijkt uit de laatste formule is het optische vermogen van een systeem van dicht bij elkaar geplaatste dunne lenzen gelijk aan de som van de optische krachten van individuele lenzen.
Dikke lens.
Het geval van een lens of lenssysteem waarvan de dikte vergelijkbaar is met de brandpuntsafstand is behoorlijk complex, vereist omslachtige berekeningen en wordt hier buiten beschouwing gelaten.
Lensfouten.
Wanneer licht van een puntbron door een lens gaat, kruisen niet alle stralen elkaar in één enkel punt: het brandpunt. Sommige stralen worden in verschillende mate afgebogen, afhankelijk van het type lens. Dergelijke afwijkingen, aberraties genoemd, zijn te wijten aan verschillende redenen. Een van de belangrijkste is chromatische aberratie. Dit komt door de verspreiding van het lensmateriaal. De brandpuntsafstand van een lens wordt bepaald door de brekingsindex, en de afhankelijkheid van de golflengte van het invallende licht leidt ertoe dat elke kleurcomponent van wit licht zijn eigen focus heeft op verschillende punten op de hoofdas, zoals weergegeven in figuur 1. . 11. Er zijn twee soorten chromatische aberratie: longitudinaal - wanneer de brandpunten van rood naar violet langs de hoofdas zijn verdeeld, zoals in Fig. 11, en transversaal - wanneer de vergroting verandert afhankelijk van de golflengte en er gekleurde contouren op de afbeelding verschijnen. Correctie van chromatische aberratie wordt bereikt door twee of meer lenzen te gebruiken die zijn gemaakt van verschillende glazen met verschillende soorten dispersie. Het eenvoudigste voorbeeld is een telelens. Het bestaat uit twee lenzen: een convergerende lens van kroon en een diffuse lens van vuursteen, waarvan de spreiding veel groter is. De spreiding van de convergerende lens wordt dus gecompenseerd door de spreiding van de zwakkere divergerende lens. Het resultaat is een verzamelsysteem dat achromat wordt genoemd. In deze combinatie wordt chromatische aberratie gecorrigeerd voor slechts twee golflengten, en blijft er nog steeds een kleine kleuring over, het secundaire spectrum genoemd.
Geometrische afwijkingen.
De bovenstaande formules voor dunne lenzen zijn strikt genomen de eerste benadering, hoewel zeer bevredigend voor praktische behoeften, wanneer de stralen in het systeem dichtbij de as passeren. Een meer gedetailleerde analyse leidt tot de zogenaamde derde-orde-theorie, die rekening houdt met vijf verschillende soorten aberraties voor monochromatisch licht. De eerste is bolvormig, wanneer de stralen die het verst van de as verwijderd zijn elkaar kruisen nadat ze de lens dichterbij zijn gepasseerd dan de stralen die zich het dichtst bij de as bevinden (Fig. 12). Correctie van deze aberratie wordt bereikt door gebruik te maken van systemen met meerdere lenzen met lenzen met verschillende stralen. Het tweede type aberratie is coma, dat optreedt wanneer de stralen een kleine hoek vormen met de as. Het verschil in brandpuntsafstanden voor bundelstralen die door verschillende zones van de lens gaan, bepaalt de verschillende transversale vergrotingen (Fig. 13). Daarom krijgt het beeld van een puntbron het uiterlijk van de staart van een komeet, doordat de beelden wegschuiven van de focus, gevormd door de perifere zones van de lens.
Het derde type aberratie, ook gerelateerd aan het beeld van punten die verschoven zijn ten opzichte van de as, is astigmatisme. Stralen vanaf een punt dat op de lens in verschillende vlakken invalt en door de as van het systeem gaat, vormen beelden op verschillende afstanden van het midden van de lens. Het beeld van een punt wordt verkregen in de vorm van een horizontaal segment, of in de vorm van een verticaal segment, of in de vorm van een elliptische vlek, afhankelijk van de afstand tot de lens.
Zelfs als de drie beschouwde aberraties worden gecorrigeerd, zullen de kromming van het beeldvlak en de vervorming blijven bestaan. Kromming van het beeldvlak is bij fotografie zeer ongewenst, omdat het oppervlak van de fotografische film vlak moet zijn. Vervorming vervormt de vorm van een object. De twee belangrijkste soorten vervorming, kussenvormig en tonvormig, worden getoond in figuur 2. 14, waar het object een vierkant is. Een kleine vervorming is bij de meeste lenssystemen acceptabel, maar bij luchtfotografielenzen uiterst ongewenst.
Formules voor verschillende soorten afwijkingen zijn te complex voor een volledige berekening van aberratievrije systemen, hoewel ze het mogelijk maken om in individuele gevallen benaderende schattingen te maken. Ze moeten worden aangevuld met een numerieke berekening van het pad van de stralen in elk specifiek systeem.
GOLF OPTICA
Golfoptica houdt zich bezig met optische verschijnselen die worden veroorzaakt door de golfeigenschappen van licht.
Golf eigenschappen.
De golftheorie van licht in zijn meest complete en rigoureuze vorm is gebaseerd op de vergelijkingen van Maxwell, dit zijn partiële differentiaalvergelijkingen die zijn afgeleid van de fundamentele wetten van het elektromagnetisme. Daarin wordt licht beschouwd als een elektromagnetische golf, waarvan de elektrische en magnetische componenten van het veld oscilleren in onderling loodrechte richtingen en loodrecht op de voortplantingsrichting van de golf. Gelukkig is in de meeste gevallen een vereenvoudigde theorie gebaseerd op het principe van Huygens voldoende om de golfeigenschappen van licht te beschrijven. Volgens dit principe kan elk punt op een bepaald golffront worden beschouwd als een bron van sferische golven, en de omhullende van al dergelijke sferische golven produceert een nieuw golffront.
Interferentie.
Interferentie werd voor het eerst aangetoond in 1801 door T. Jung in een experiment, waarvan het diagram wordt weergegeven in Fig. 15. Voor de lichtbron wordt een spleet geplaatst en op enige afstand daarvan bevinden zich nog twee spleten, symmetrisch geplaatst. Op een nog verder weg geplaatst scherm zijn afwisselend lichte en donkere strepen te zien. Het voorkomen ervan wordt als volgt verklaard. Spleten S 1 en S 2 waarop licht uit de spleet valt S spelen de rol van twee nieuwe bronnen die licht uitstralen in alle richtingen. Of een bepaald punt op het scherm licht of donker zal zijn, hangt af van de fase waarin lichtgolven uit de spleten op dit punt arriveren S 1 en S 2. Op het punt P 0 De padlengtes van beide spleten zijn hetzelfde, dus de golven komen uit S 1 en S 2 komen in fase, hun amplitudes tellen op en de lichtintensiteit zal hier maximaal zijn. Als we vanaf dit punt omhoog of omlaag gaan naar een zodanige afstand dat het verschil in het pad van de stralen ontstaat S 1 en S 2 zal gelijk zijn aan de helft van de golflengte, dan zal het maximum van de ene golf het minimum van de andere overlappen en het resultaat zal duisternis zijn (punt P 1). Als we verder to the point gaan P 2, waar het padverschil een hele golflengte bedraagt, zal op dit punt opnieuw de maximale intensiteit worden waargenomen, enz. De superpositie van golven die leiden tot afwisselende maxima en minima van intensiteit wordt interferentie genoemd. Wanneer de amplitudes worden opgeteld, wordt de interferentie versterkend (constructief) genoemd, en wanneer ze worden afgetrokken wordt deze verzwakking (destructief) genoemd.
In het beschouwde experiment wordt, wanneer licht zich achter de spleten voortplant, ook de diffractie ervan waargenomen ( zie hieronder). Maar interferentie kan ook ‘in zijn pure vorm’ worden waargenomen in het experiment met Lloyd’s spiegel. Het scherm wordt haaks op de spiegel geplaatst, zodat het er contact mee maakt. Een afgelegen puntlichtbron, gelegen op korte afstand van het spiegelvlak, verlicht een deel van het scherm met zowel directe stralen als stralen die door de spiegel worden gereflecteerd. Er ontstaat exact hetzelfde interferentiepatroon als bij het dubbelspletenexperiment. Je zou verwachten dat er op de kruising van de spiegel en het scherm een eerste lichtstreep zou zitten. Maar sindsdien vindt er bij weerkaatsing door de spiegel een faseverschuiving plaats P(wat overeenkomt met een padverschil van een halve golf), de eerste is eigenlijk de donkere streep.
Houd er rekening mee dat lichtinterferentie alleen onder bepaalde omstandigheden kan worden waargenomen. Feit is dat een gewone lichtstraal bestaat uit lichtgolven die worden uitgezonden door een groot aantal atomen. De faserelaties tussen individuele golven veranderen voortdurend willekeurig, en voor elke lichtbron op zijn eigen manier. Met andere woorden: het licht van twee onafhankelijke bronnen is niet coherent. Daarom is het met twee bundels onmogelijk een interferentiepatroon te verkrijgen, tenzij ze van dezelfde bron afkomstig zijn.
Het fenomeen interferentie speelt een belangrijke rol in ons leven. De meest stabiele lengtestandaarden zijn gebaseerd op de golflengte van sommige monochromatische lichtbronnen, en worden vergeleken met de werkstandaarden van de meter, enz., met behulp van interferentiemethoden. Een dergelijke vergelijking kan worden gemaakt met behulp van een Michelson-interferometer - een optisch apparaat, waarvan het diagram wordt getoond in Fig. 16.
Doorschijnende spiegel D verdeelt het licht van een uitgebreide monochromatische bron S in twee bundels, waarvan er één wordt gereflecteerd door een vaste spiegel M 1, en de andere vanuit de spiegel M 2, bewegend op een precisie-micrometerschuif evenwijdig aan zichzelf. Delen van de terugkerende balken worden onder de plaat gecombineerd D en geven een interferentiepatroon in het gezichtsveld van de waarnemer E. Het interferentiepatroon kan worden gefotografeerd. Meestal wordt een compensatieplaat aan het circuit toegevoegd Dў, waardoor de paden die door beide bundels in het glas worden afgelegd identiek worden en het padverschil alleen wordt bepaald door de positie van de spiegel M 2. Als de spiegels zo worden afgesteld dat hun beelden strikt evenwijdig zijn, verschijnt er een systeem van interferentieringen. Het verschil in het pad van de twee bundels is gelijk aan tweemaal het verschil in de afstanden van elk van de spiegels tot de plaat D. Waar het padverschil nul is, zal er een maximum zijn voor elke golflengte, en in het geval van wit licht krijgen we een wit ("achromatisch") uniform verlicht veld - een rand van de nulde orde. Om dit waar te nemen, is een compensatieplaat vereist Dў, waardoor de invloed van dispersie in glas wordt geëlimineerd. Terwijl de beweegbare spiegel beweegt, produceert de superpositie van strepen voor verschillende golflengten gekleurde ringen die zich vermengen tot wit licht met een padverschil van een paar honderdsten van een millimeter.
Onder monochromatische verlichting, waarbij de bewegende spiegel langzaam beweegt, zullen we destructieve interferentie waarnemen wanneer de beweging een kwart van de golflengte bedraagt. En bij nog een kwartier verhuizen wordt het maximum weer in acht genomen. Naarmate de spiegel verder beweegt, zullen er steeds meer ringen verschijnen, maar de voorwaarde voor een maximum in het midden van het beeld zal nog steeds de gelijkheid zijn
2D = Nl,
Waar D– verplaatsing van de beweegbare spiegel, N is een geheel getal, en l– golflengte. Afstanden kunnen dus nauwkeurig worden vergeleken met golflengten door eenvoudigweg het aantal interferentieranden te tellen dat in het gezichtsveld verschijnt: elke nieuwe rand komt overeen met een beweging van l/2. In de praktijk is het bij grote padverschillen onmogelijk om een duidelijk interferentiepatroon te verkrijgen, aangezien echte monochromatische bronnen licht produceren, zij het in een smal maar eindig golflengtebereik. Naarmate het padverschil toeneemt, overlappen de interferentieranden die overeenkomen met verschillende golflengten elkaar uiteindelijk zo veel dat het contrast van het interferentiepatroon onvoldoende is voor observatie. Sommige golflengten in het spectrum van cadmiumdamp zijn sterk monochromatisch, zodat zelfs bij padverschillen in de orde van 10 cm een interferentiepatroon ontstaat en de scherpste rode lijn wordt gebruikt om de meterstandaard te bepalen. De emissie van individuele kwikisotopen, geproduceerd in kleine hoeveelheden bij versnellers of in een kernreactor, wordt gekenmerkt door een nog grotere monochromaticiteit en hoge lijnintensiteit.
Interferentie in dunne films of in de opening tussen glasplaten is ook belangrijk. Beschouw twee glasplaten heel dicht bij elkaar, verlicht door monochromatisch licht. Het licht zal door beide oppervlakken worden gereflecteerd, maar het pad van een van de stralen (gereflecteerd door de verre plaat) zal iets langer zijn. Daarom zullen twee gereflecteerde bundels een interferentiepatroon geven. Als de opening tussen de platen de vorm heeft van een wig, wordt in het gereflecteerde licht een interferentiepatroon waargenomen in de vorm van strepen (van gelijke dikte), en komt de afstand tussen aangrenzende lichtstrepen overeen met een verandering in de dikte van de wig met de helft van de golflengte. Bij oneffen oppervlakken worden contouren van gelijke dikte waargenomen, die het oppervlaktereliëf karakteriseren. Als de platen dicht tegen elkaar worden gedrukt, is het bij wit licht mogelijk een kleurinterferentiepatroon te verkrijgen, dat echter moeilijker te interpreteren is. Dergelijke interferentiepatronen maken zeer nauwkeurige vergelijkingen van optische oppervlakken mogelijk, bijvoorbeeld voor het bewaken van de oppervlakken van lenzen tijdens de vervaardiging ervan.
Diffractie.
Wanneer de golffronten van een lichtbundel worden begrensd, bijvoorbeeld door een diafragma of de rand van een ondoorzichtig scherm, dringen de golven gedeeltelijk door in het gebied van de geometrische schaduw. Daarom is de schaduw niet scherp, zoals het zou moeten zijn bij de rechtlijnige voortplanting van licht, maar wazig. Deze afbuiging van licht rond obstakels is een eigenschap die alle golven gemeen hebben en wordt diffractie genoemd. Er zijn twee soorten diffractie: Fraunhofer-diffractie, wanneer de bron en het scherm oneindig ver van elkaar verwijderd zijn, en Fresnel-diffractie, wanneer ze zich op een eindige afstand van elkaar bevinden. Een voorbeeld van Fraunhofer-diffractie is diffractie met één spleet (Fig. 17). Licht van de bron (spleet Sў ) valt op de scheur S en gaat naar het scherm P. Als je de bron en het scherm op de brandpunten van de lenzen plaatst L 1 en L 2, dan komt dit overeen met hun verwijdering tot in het oneindige. Als de gaten S En S Als u het vervangt door gaten, zal het diffractiepatroon eruit zien als concentrische ringen in plaats van strepen, maar de verdeling van het licht langs de diameter zal vergelijkbaar zijn. De grootte van het diffractiepatroon hangt af van de breedte van de spleet of de diameter van het gat: hoe groter ze zijn, hoe kleiner de grootte van het patroon. Diffractie bepaalt de resolutie van zowel de telescoop als de microscoop. Laten we aannemen dat er twee puntbronnen zijn, die elk hun eigen diffractiepatroon op het scherm produceren. Wanneer bronnen dicht bij elkaar zijn, overlappen de twee diffractiepatronen elkaar. In dit geval zijn er, afhankelijk van de mate van overlap, in deze afbeelding twee afzonderlijke punten te onderscheiden. Als het midden van een van de diffractiepatronen in het midden van de eerste donkere ring van de andere valt, worden ze als onderscheidbaar beschouwd. Met behulp van dit criterium kun je de maximaal mogelijke (beperkt door de golfeigenschappen van licht) resolutie van de telescoop vinden, die hoger is naarmate de diameter van de hoofdspiegel groter is.
Van de diffractieapparaten is het diffractierooster het belangrijkste. In de regel is het een glasplaat met een groot aantal evenwijdige, op gelijke afstanden gelegen streken gemaakt met een cutter. (Een metalen diffractierooster wordt een reflecterend rooster genoemd.) Een parallelle lichtbundel gecreëerd door een lens wordt op een transparant diffractierooster gericht (Fig. 18). De opkomende evenwijdige afgebogen bundels worden met behulp van een andere lens op het scherm gefocust. (Er zijn geen lenzen nodig als het diffractierooster is gemaakt in de vorm van een concave spiegel.) Het rooster splitst het licht in bundels die zich zowel in de voorwaartse richting ( Q= 0), en onder verschillende hoeken Q afhankelijk van de roosterperiode D en golflengte l Sveta. De voorkant van een vlakke invallende monochromatische golf, gedeeld door roosterspleten, binnen elke spleet, kan, in overeenstemming met het principe van Huygens, als een onafhankelijke bron worden beschouwd. Er kan interferentie optreden tussen de golven die uit deze nieuwe bronnen komen, en die zullen versterken als het verschil in hun paden gelijk is aan een geheel veelvoud van de golflengte. Het slagverschil, zoals duidelijk blijkt uit Fig. 18, gelijk D zonde Q, en daarom worden de richtingen waarin de maxima zullen worden waargenomen bepaald door de voorwaarde
Nl = D zonde Q,
Waar N= 0, 1, 2, 3, enz. Gebeurt N= 0 komt overeen met een centrale, niet-afgebogen straal van de nulde orde. Met een groot aantal slagen verschijnen een aantal duidelijke afbeeldingen van de bron, overeenkomend met verschillende orden - verschillende waarden N. Als wit licht op het rooster valt, wordt het opgesplitst in een spectrum, maar spectra van hogere orde kunnen elkaar overlappen. Diffractieroosters worden veel gebruikt voor spectrale analyse. De beste roosters zijn in de orde van 10 cm of meer, en het totale aantal lijnen kan de 100.000 overschrijden.
Fresnel-diffractie.
Fresnel bestudeerde diffractie door het golffront van een invallende golf in zones te verdelen, zodat de afstanden van twee aangrenzende zones tot het betreffende schermpunt met de helft van de golflengte verschilden. Hij ontdekte dat als de gaten en diafragma's niet erg klein zijn, diffractieverschijnselen alleen aan de randen van de bundel worden waargenomen.
Polarisatie.
Zoals reeds vermeld is licht elektromagnetische straling waarbij de vectoren van elektrische veldsterkte en magnetische veldsterkte loodrecht op elkaar staan en op de voortplantingsrichting van de golf. Dus naast zijn richting wordt de lichtbundel gekenmerkt door nog een parameter: het vlak waarin de elektrische (of magnetische) component van het veld oscilleert. Als de oscillaties van de elektrische veldsterktevector in een lichtstraal plaatsvinden in een specifiek vlak (en de magnetische veldsterktevector - in een vlak loodrecht daarop), dan wordt gezegd dat het licht vlakgepolariseerd is; vector-oscillatievlak E De elektrische veldsterkte wordt het polarisatievlak genoemd. Vectorfluctuaties E in het geval van natuurlijk licht worden alle mogelijke oriëntaties genomen, aangezien het licht van echte bronnen bestaat uit licht dat willekeurig wordt uitgezonden door een groot aantal atomen zonder enige voorkeursoriëntatie. Dergelijk ongepolariseerd licht kan worden ontleed in twee onderling loodrechte componenten van gelijke intensiteit. Gedeeltelijk gepolariseerd licht is ook mogelijk, waarbij de verhoudingen van de componenten ongelijk zijn. In dit geval wordt de mate van polarisatie gedefinieerd als de verhouding van de fractie gepolariseerd licht tot de totale intensiteit.
Er zijn twee andere soorten polarisatie: circulair en elliptisch. In het eerste geval de vector E oscilleert niet in een vast vlak, maar beschrijft een volledige cirkel terwijl licht een afstand van één golflengte aflegt; de grootte van de vector blijft constant. Elliptische polarisatie is vergelijkbaar met circulaire polarisatie, maar alleen in dit geval het einde van de vector E beschrijft geen cirkel, maar een ellips. In elk van deze gevallen, afhankelijk van in welke richting de vector draait E Wanneer een golf zich voortplant, is rechts- en linkspolarisatie mogelijk. Ongepolariseerd licht kan in principe worden gesplitst in twee circulair gepolariseerde bundels in tegengestelde richtingen.
Wanneer licht wordt gereflecteerd door het oppervlak van een diëlektricum, zoals glas, zijn zowel de gereflecteerde als de gebroken stralen gedeeltelijk gepolariseerd. Bij een bepaalde invalshoek, de Brewster-hoek genoemd, wordt het gereflecteerde licht volledig gepolariseerd. In de gereflecteerde straal de vector E evenwijdig aan het reflecterende oppervlak. In dit geval staan de gereflecteerde en gebroken straal onderling loodrecht en is de Brewster-hoek gerelateerd aan de brekingsindex N tg-verhouding Q = N. Voor glas Q» 57°.
Dubbele breking.
Wanneer licht in sommige kristallen, zoals kwarts of calciet, wordt gebroken, wordt het in twee bundels verdeeld, waarvan er één de gebruikelijke brekingswet volgt en gewoon wordt genoemd, en de andere op een andere manier wordt gebroken en een buitengewone straal wordt genoemd. Beide bundels blijken in onderling loodrechte richtingen vlakgepolariseerd te zijn. In kwarts- en calcietkristallen is er ook een richting, de optische as genaamd, waarin er geen dubbele breking is. Dit betekent dat wanneer licht zich langs de optische as voortplant, de snelheid ervan niet afhankelijk is van de oriëntatie van de intensiteitsvector E elektrisch veld in een lichtgolf. Dienovereenkomstig, de brekingsindex N hangt niet af van de oriëntatie van het polarisatievlak. Dergelijke kristallen worden uniaxiaal genoemd. In andere richtingen plant een van de stralen - de gewone - zich nog steeds met dezelfde snelheid voort, maar de straal die loodrecht op het polarisatievlak van de gewone straal is gepolariseerd, heeft een andere snelheid, en daarvoor blijkt de brekingsindex anders te zijn . Over het algemeen kun je voor uniaxiale kristallen drie onderling loodrechte richtingen kiezen, waarvan in twee de brekingsindices hetzelfde zijn, en in de derde richting de waarde N ander. Deze derde richting valt samen met de optische as. Er is een ander type complexere kristallen waarbij de brekingsindices voor alle drie onderling loodrechte richtingen niet hetzelfde zijn. In deze gevallen zijn er twee karakteristieke optische assen die niet samenvallen met de hierboven besproken assen. Dergelijke kristallen worden biaxiaal genoemd.
In sommige kristallen, zoals toermalijn, wordt, hoewel dubbele breking voorkomt, de gewone straal bijna volledig geabsorbeerd en is de uittredende straal vlak gepolariseerd. Dunne vlakparallelle platen gemaakt van dergelijke kristallen zijn erg handig voor het produceren van gepolariseerd licht, hoewel de polarisatie in dit geval niet honderd procent is. Een geavanceerdere polarisator kan worden gemaakt van een kristal van IJslandse spar (een transparante en uniforme soort calciet), die op een bepaalde manier diagonaal in twee stukken wordt gesneden en vervolgens aan elkaar wordt gelijmd met Canadese balsem. De brekingsindices van dit kristal zijn zodanig dat als de snede correct is gemaakt, een gewone straal een totale interne reflectie daarop ondergaat, het zijoppervlak van het kristal raakt en wordt geabsorbeerd, en een buitengewone straal door het systeem gaat. Een dergelijk systeem wordt Nicolas (Nicolas-prisma) genoemd. Als twee nichols achter elkaar op het pad van de lichtbundel worden geplaatst en zo worden georiënteerd dat de uitgezonden straling de maximale intensiteit heeft (parallelle oriëntatie), dan zal, wanneer de tweede nicol 90° wordt gedraaid, het gepolariseerde licht dat door de eerste nichol wordt gegeven, zal niet door het systeem gaan, en bij hoeken van 0 tot 90° zal slechts een deel van de initiële lichtstraling erdoorheen gaan. De eerste van de nicols in dit systeem wordt een polarisator genoemd, en de tweede wordt een analysator genoemd. Polarisatiefilters (Polaroids), hoewel ze niet zo perfecte polarisatoren zijn als Nicols, zijn goedkoper en praktischer. Ze zijn gemaakt van plastic en hebben dezelfde eigenschappen als toermalijn.
Optische activiteit.
Sommige kristallen, bijvoorbeeld kwarts, zijn, hoewel ze een optische as hebben waarlangs er geen dubbele breking is, niettemin in staat het polarisatievlak van het licht dat erdoorheen gaat te roteren, en de rotatiehoek hangt af van de optische weglengte van het licht in de ruimte. een bepaalde stof. Sommige oplossingen hebben dezelfde eigenschap, bijvoorbeeld een oplossing van suiker in water. Er zijn linksdraaiende en rechtsdraaiende stoffen, afhankelijk van de draairichting (vanuit het perspectief van de waarnemer). De rotatie van het polarisatievlak is te wijten aan het verschil in brekingsindices voor licht met linkse en rechtse circulaire polarisatie.
Verstrooiing van licht.
Wanneer licht door een medium van verspreide kleine deeltjes reist, zoals door rook, wordt een deel van het licht in alle richtingen verstrooid als gevolg van reflectie of breking. Verstrooiing kan zelfs optreden op gasmoleculen (de zogenaamde Rayleigh-verstrooiing). De intensiteit van de verstrooiing hangt af van het aantal verstrooiende deeltjes in het pad van de lichtgolf, evenals van de golflengte, waarbij kortegolfstralen sterker worden verstrooid: violet en ultraviolet. Daarom kunt u met fotografische film die gevoelig is voor infraroodstraling foto's maken in de mist. Rayleigh-verstrooiing van licht verklaart de blauwheid van de lucht: blauw licht wordt meer verstrooid, en als je naar de lucht kijkt, overheerst deze kleur. Licht dat door een verstrooiend medium (atmosferische lucht) gaat, wordt rood, wat de roodheid van de zon verklaart bij zonsopgang en zonsondergang, wanneer deze laag boven de horizon staat. Verstrooiing gaat meestal gepaard met polarisatieverschijnselen, zodat blauwe luchten in sommige richtingen een aanzienlijke mate van polarisatie vertonen.
Praktijkwerk nr. 2. Scheikunde 8e leerjaar (naar het leerboek van Gabrielyan O.S.)
Kijken naar een brandende kaars
Doel: bestudeer de processen die plaatsvinden wanneer een kaars brandt.Apparatuur : kaarsen (2 st.), kroestang, haaks gebogen glazen buis, reageerbuisjes, blikje uit blik (of glasplaatje), reageerbuishouder, glazen bol, stuk karton (multiplex, hardboard), half- literpot, tweeliterpot, lucifers.
Reagentia: kalkwater.
Ervaring 1.
Fysische verschijnselen wanneer een kaars brandt.
Werkorder:
Laten we een kaars aansteken.
Observaties:
Paraffine begint te smelten nabij de pit en vormt een ronde plas. Dit is een fysiek proces.
Neem met behulp van een kroestang een glazen buis die in een rechte hoek is gebogen.
Plaats het ene uiteinde van de buis in het midden van de vlam en laat het andere uiteinde in de reageerbuis zakken.
Waargenomen verschijnselen:
De reageerbuis is gevuld met dikke witte paraffinedamp, die geleidelijk condenseert op de wanden van de reageerbuis.
Conclusie:
Het branden van een kaars gaat gepaard met fysieke verschijnselen.
Ervaring 2.
Detectie van verbrandingsproducten in een vlam.
Werkorder:
Neem met behulp van een kroestang een stuk blik uit een blikje of een glasplaatje. Breng een brandende kaars naar het donkere kegelgebied en houd deze 3-5 seconden vast. We tillen snel het blik (glas) op en kijken naar het onderste gedeelte.
Waargenomen verschijnselen:
Er verschijnt roet op het oppervlak van het blik (glas).
Conclusie:
roet is een product van onvolledige verbranding van paraffine.
Plaats een droog, afgekoeld, maar niet beslagen reageerbuisje in een reageerbuishouder, draai het ondersteboven en houd het boven de vlam totdat het beslaat.
Waargenomen verschijnselen:
de reageerbuis beslaat.
Conclusie:
Bij het verbranden van paraffine ontstaat water.
Giet snel 2-3 ml kalkwater in dezelfde reageerbuis
Waargenomen verschijnselen:
kalkwater wordt troebel
Conclusie:
Bij de verbranding van paraffine ontstaat koolstofdioxide.
Ervaring 3.
De invloed van lucht op de verbranding van een kaars.
Werkorder:
Steek de glazen buis met het getrokken uiteinde in de rubberen ballon. Terwijl we met je hand in de peer knijpen, pompen we lucht in de vlam van de brandende kaars.
Waargenomen verschijnselen:
de vlam wordt helderder.
Dit komt door het verhoogde zuurstofgehalte.
We bevestigen twee kaarsen met gesmolten paraffine op karton (multiplex, hardboard).
We steken kaarsen aan en sluiten er één af met een pot van een halve liter, en een andere met een pot van twee liter (of bekers met verschillende capaciteiten).
Waargenomen verschijnselen:
een kaars bedekt met een pot van twee liter brandt langer. Dit wordt verklaard door het feit dat de hoeveelheid zuurstof in een pot van twee liter groter is dan in een pot van een halve liter.
Reactie vergelijking
:
Conclusie: De duur en helderheid van het branden van kaarsen zijn afhankelijk van de hoeveelheid zuurstof.
Algemene conclusie over het werk : het branden van een kaars gaat gepaard met fysische en chemische verschijnselen.