Optikai eszközök

Házi dolgozat

Sóti Gábor 8.b

1

Tartalom:

Az optika alapjai…….…............................................. 3.oldal

A lencse…………………………………………….... 4.oldal

A tükör………………………………………………. 5.oldal

A prizma…………………………………………….. 6.oldal

A távcső……………………………………………... 7.oldal

A mikroszkóp ………………………………....…..... 8.oldal

Az objektív………………………………………….. 9.oldal

A lézer……………………………………………..... 10-11.oldal

2

“Az élet egész tarkasága, gyönyörűsége, szépsége fényből és árnyból tevődik össze.” / Lev Tolsztoj /

Az optika alapjai

Az optika magyarul fénytant jelent.

A fénytan a fizika fénnyel és annak tulajdonságaival foglalkozó tudományága. Az optika a fény tulajdonságait és a különböző fényjelenségeket vizsgálja.

A fénynek van hulláma és sugárzása is.

Két fajta fényforrást különböztetünk meg:

a, Elsődleges fényforrások .: a Nap, a csillagok, a gyertya lángja, stb.

b, Másodlagos fényforrások: a másodlagos fényforrások olyan testek, tárgyak, amik csak a rá sugárzott és róla visszaverődő fény miatt láthatóak, mert ha nem sugározna rá a fény, nem látnánk őket, tehát akkor látunk valamit, ha a tárgyról a szemünkbe jut a fény.

Ha a fény átlépi két különböző optikai sűrűségű közeg határát, a fény egy része visszatükröződik, egy része pedig megtörik (más irányban halad tovább). A visszaverődés mértéke az adott közegek tulajdonságaitól és a beesés szögétől (milyen szögben lépi át a határt) függ.

Ha a visszaverődés erőteljesebb, a jelenséget fényvisszaverődésnek nevezzük.

Ha egy fénysugár a sűrűbb közeg felöl a ritkább közeg felé halad teljesen visszaverődik, ezt teljes visszaverődésnek vagy idegen szóval élve totális reflexiónak nevezzük.

3

A lencse

A legegyszerűbb optikai eszköz egy egyszerű lencse (lehet homorú vagy domború). Az emberi szem sem más, mint a saját beépített optikai eszközünk, ami szintén egy egyszerű lencse, de működése annál bonyolultabb.

A domború   gyűjtő lencse  a főtengelyével párhuzamos fénysugarakat kétszeres törés után egy pontban, a fókuszpontban (gyújtópontban) gyűjti össze.A fókuszpont és a lencse fénytani középpontjának távolsága a fókusztávolság.

A homorú   szóró lencse  főtengelyével párhuzamos fénysugarak úgy haladnak tovább, mintha a fókuszpontból (gyújtópontból) indultak volna. A lencse a sugarakat szétszórja.

A fókuszpont és a lencse fénytani középpontjának távolsága a fókusztávolság.

A tükör4

A tükör is optikai eszköz, ami a fényvisszaverődésre épül, képes előidézni a totális reflexiót. Tükörből van sík, homorú és domború.

Mindennapi életünkben a síktükrökkel találkozunk leggyakrabban. Ezek  úsztatott üvegből készülnek, mivel ez adja a legpontosabb síkfelületet.

A közlekedésben a nehezen belátható kereszteződésekben és lehajtókon a mindkét egymásra merőleges tengely mentén görbült domború tükrök segítik az áttekintést. Formájuk lehetővé teszi, hogy az egyébként belátható területnél nagyobb területet mutassanak meg.

A homorú tükrök, mint pl.: borotválkozó- és a kozmetikai tükrök esetén, ha a felhasználó a gyújtótávolságon belülre kerül, akkor a tükör nagyítóként viselkedik.

A görög fizikus, természettudós, matematikus, Arkhimédész tükrö (ke)-t használt egy hajó felgyújtásához. A legenda szerint a II. pun háborúban a Szirakuszát ostromló rómaiakat több alkalommal meghátrálásra késztették a város védői, de nem fegyverekkel, hanem az idős Arkhimédész csodafegyvereivel. Ezek egyike egy vagy több tükörből álló eszköz volt, ami a Nap fényét koncentrálva felgyújtotta a támadó hajók vitorlázatát.

Az eszközt „Árkhimédész halálsugarának” nevezték el.

2005-ben sikerült rekonstruálni ezt a szerkezetet ezzel bebizonyítva a legenda valóságalapját.

A prizma

5

A prizma olyan átlátszó anyagból készült test, melynek optikai sűrűsége eltér a levegőétől, ezért a fénynyaláb terjedése megváltozik, megtörik. A sugár a prizmában tovább halad, és az újabb határfelületen ismét megtörik. Az egyszerű prizmára eső fénysugár tehát legalább kétszer törik meg: a prizmához érve és a kilépéskor.

A fehér fény összetett fény, vagyis több, különböző színű (hullámhosszú, frekvenciájú) fény keveréke. Az eltérő hullámhosszúságú fénynyalábok két közeg határán kissé eltérő szögben törnek meg. Emiatt a prizma alkalmas az összetett fény felbontására és – mivel a fénytörésnél a fénysugár útja megfordítható – újraegyesítésére.

A távcső A távcső már egy összetettebb, bonyolultabb optikai eszköz, ami lencsék egymás mögé helyezésével tökéletes nagyításban adja vissza a szemmel látható világot.

A távcsövek a látható fény tartományába eső elektromágneses sugárzást gyűjtik össze lencsék segítségével.

A távcsövek gyűjtőnéven refraktorok, mivel refrakció (fénytörés) révén állítják elő a képet.

6

A reflektorok (tükrös távcsövek) a fényvisszaverődéssel állítanak elő képet.

Egyes távcsövekkel az emberi szem számára láthatatlan (infravörös, rádió-, röntgen-, gamma-) sugarakat is meg lehet figyelni. Ezeket rádiótávcsöveknek nevezzük.

Bizonyos távcsövekkel a világűrbe is elláthatunk, ezeket teleszkópoknak nevezzük.

A periszkóp olyan optikai eszköz, amelynek segítségével láthatóvá válik a megfigyelőtől valamilyen szemmagasság fölé, vagy alá nyúló akadály által eltakart tárgy. A tengeralattjárók periszkópot használnak a víz feletti dolgok megfigyelésére, látására. A tengeralattjáró elsődleges megfigyelõ rendszere. A célnak megfelelően különböző méretűek lehetnek - pl. megfigyelő vagy kisátmérőjű támadó periszkóp. A különbség a kettő között a víz fölé emelkedő periszkóp cső átmérőjében van. Felépítés szempontjából egy cső alakú eszköz, amelynek két végén - egymástól bizonyos távolságban - a cső hossztengelyével 45 fokban álló fényvisszaverő tükröző felületek helyezkednek el.A fényvisszaverő tükröző felületek az eszköz szerkezeti megoldásától függően lehetnek tükrök vagy prizmák. A tükröző felületek a csőben egymás felé néznek, egymással párhuzamos síkban elhelyezve.A megfigyelt tárgyról érkező fényt a fejtükör vagy prizma 90 fokos irányeltérítéssel a másik tükörre vagy prizmára továbbítja, ahonnan a megfigyelő szemébe jut szintén 90 fokos irányeltérítéssel.

A mikroszkópCarl Zeiss (Weimar, 1816. szeptember 11. – Jéna, 1888. december 3.) a német finommechanikai és optikai műszerész a legkülönfélébb műszereket gyártotta és javította. Nagyítót tükörből csiszolt. 1847-ben kezdett egyszerű mikroszkópokat gyártani. Nagy sikerük lett, mert olcsóbbak és pontosabbak voltak, mint a konkurens cégek termékei. 1857-ben a kétlencsés objektívet okulárral kombinálta, hogy a mikroszkóp teljesítményét növelje. 1860-ban a Jénai Egyetemre hívták, ahol kísérleti műszereket gyártott és javított. Zeiss visszatért ahhoz a régi elgondolásához, hogy az objektíveket a matematika felhasználásával kell elkészíteni. 1872-ben elkészült az Abbe elméleti számításai alapján készített, nagyobb precizitású mikroszkóp, a természettudósok és orvosok dicsérték.

7

A mai fényképezőgép objektíveket is sokszor ellátják a Carl Zeiss felirattal, ezzel tanúsítva, hogy minőségi lencséből állították elő.

A mikroszkóp egy eszköz, mely megjeleníti a szabad szemmel láthatatlan apró vizsgálati objektumokat. A korai mikroszkópok lencséinek minősége igen gyenge volt, ezért torz képet adtak. Ennek ellenére ezek a meglehetősen durva eszközök óriási segítséget jelentettek az állatok, a növények és az ember szervezetének megismerésében. A legelterjedtebb mikroszkópféle – az elsőként feltalált – fénymikroszkóp. Ez egy optikai eszköz, ami egy lencserendszerből és a szükséges kiegészítő részekből tevődik össze, melyek segítségével nagyított képet állít elő. A fénymikroszkópon kívül sok más mikroszkópfajta létezik.

Az objektív

A fényképezőgépeket kiegészítő objektív a tárgyról valódi képet rajzoló optikai rendszer.

Egy objektív egy vagy több lencséből épül fel, ezek között homorú, és domború lencsék egyaránt vannak mérnöki pontossággal elrendezve, illetve egyes objektívek esetében optikai lencsékből és tükrökből épül fel.

Az emberi szemhez hasonlóan működik, a látószögébe eső fényt összegyűjti, majd az optikai tengelyére merőleges érzékeny anyagra (fotófilm, érzékelő lapka) vetíti. Elsősorban gyújtótávolság és fényerő alapján jellemezhetjük, előbbi a frontlencsétől az érzékeny anyagig terjedő szakasz, amit mm–ben mérnek.

8

A telekonverter, azaz tele előtét egy olyan optikai eszköz, amelyet a gépváz és az objektív közé vagy az objektív elé felszerelve megnöveli a gyújtótávolságot.

A halszemoptika (angolul: Fisheye lens) egy fotográfiai objektív. Eredetileg a csillagászati távcsövekhez fejlesztették ki, hogy az égbolt sokkal nagyobb szegmensét tudják egyidejűleg vizsgálni (látószöge hatalmas, 180 fok körüli vagy a feletti) Az emberi szem látószöge hozzávetőlegesen 170-180° között van. A roppant egyedi, különleges képalkotása miatt csakhamar bekerült a fotográfia eszköztárába, ahol rövid idő alatt igen nagy népszerűségre tett szert. A halszem objektívek első típusai az un. „cirkuláris halszem”-ek voltak, melyek 180°-os kör alakú látószöggel rendelkeztek és rendelkeznek ma is, így a kép, melyet rajzolnak, szintén kör alakú lesz.

A diagonális típusú halszemek ma a legelterjedtebbek, lévén 180° feletti méretű látószöggel rendelkeznek. Kezdetben azért gyártották, hogy a fényképezőgépbe befűzött 35 mm-es film egészére tudjanak képet rajzolni.

A halszemoptika közkedvelt az extrém sportokat megörökítő fényképészek között is.

Okostelefonokhoz és fényképezőgépekhez különféle objektíveket lehet venni az izgalmasabb effektusok eléréséhez. Kifejlesztettek okostelefonokhoz egy olyan objektívet, amivel 360°-ban fényképezhet az ember, a neve dot és 50$ egy ilyen kis szerkezet ára.

9

A lézer

A lézer egy olyan fényforrás, amely egy bizonyos vonalban terjed csak, és egy pontba összpontosított fényt ad. Neve az angol Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation kifejezés rövidítése, a laser magyarosításából származik. Az első lézert az amerikai Theodore H. Maiman fejlesztette ki 1960-ban.

A lézernyaláb keskeny és nagyon kis széttartású nyaláb. A lézerfény nagyrészt párhuzamos fénysugarakból áll, nagyon kis szóródási szöggel. Ezzel nagy energiasűrűség érhető el szűk sugárban, nagy távolságokban is.

A lézerek energiája kis térrészben koncentrálódik, a lézerfény teljesítménysűrűsége a megszokott fényforrásokénak sokszorosa lehet.

A lézer által kibocsátott hullámok mágneses mezejének iránya állandó.

A lézerek fénye egyszínű. A lézersugár egy olyan elektromágneses hullám, amely közel egyetlen hullámhosszú összetevőből áll.

A lézer szabadtéri optikai átvitel műszaki kiforrottságát gyakran lebecsülik amiatt a téves felfogás miatt, hogy milyen régóta állnak fejlesztés alatt ezek a rendszerek. A szabadtéri optikai átvitelt vagy optikai vezeték nélküli kommunikációs rendszert először Alexander Graham Bell mutatta be a 19. század végén (előbb mutatta be, mint a telefont). Bell szabadtéri optikai kísérletei arra irányultak, hogy az emberi hangot telefonjelekké alakította, és a vevők között a szabad téren át egy fénysugár mentén továbbította mintegy 180 méter távolságra. Bell a kísérleti eszközt "fotofonnak" nevezte, és ezt az optikai technológiát – és nem a telefont – tartotta elsődleges találmányának, mivel így az átvitelhez nem volt szükség vezetékekre.

Habár Bell fotofonja soha nem vált a mindennapi élet valóságává, demonstrálta az optikai kommunikáció alapelvét. A mai szabadtéri optikai átviteli vagy szabadtéri optikai kommunikációs rendszerek műszaki megoldásainak többségét az elmúlt 40 év során alakították ki, főként védelmi alkalmazásokra. Azáltal, hogy a szabadtéri optikai átvitel fő műszaki kihívásait megoldották, a légvédelmi illetve védelmi tevékenység olyan erős alapot jelent, amelyre a mai üzleti lézeres rendszereket alapozni lehet.

A LÉZER NÉHÁNY FELHASZNÁLÁSI TERÜLETE:

Orvostudomány: szemműtét, szemvizsgálat, egyéb sebészeti beavatkozások (lézerkés) és fogfúrás (ez utóbbi elterjedésére még várni kell, de a technológia létezik. Másodpercenként 500.000 lézerimpulzussal távolítják el a szuvas fogterületet, vagy öreg fogtömést.)

Navigáció: autonóm járművek és felderítőrobotok lézernyaláb segítségével képezik le 3 dimenzióban a terepet.

Polimerek fóliák, szövetek hegesztése: a lézerrel megolvasztják a műanyagot az érintkezési felületen, mely megszilárdulva mechanikailag ellenálló kötést hoz létre.

Rakétaelhárítás: széles spektrumú lézernyalábbal tartják távol a hőkövető rakétákat.

Fémfelületek polírozása: fröccsentett finommechanikai alkatrészek polírozása.

Villámvédelem: lézersugárral idéznek elő elektromos kisüléseket a felhőkben.

Oktatás: a tanárok szívesen használnak laser pointert a régimódi és elavult mutatópálca helyett.

10

Nyomdászat: a lézeres a legjobb minőségű nyomtatást teszi lehetővé.

A LÉZER MINT FEGYVER?

A lézert még fegyverként nem sikerült hasznosítani viszont lézeres célzó-berendezéseket már használ a katonaság.

Sajnos még csak álom George Lucas lézerkardja, ami egy mindent vágó, véges lézerrúd, amit a csillagok háborúja sci-fi filmből ismerhetünk.

A tudomány fejlődésével és az idő előrehaladtával elképzelhető, hogy a jövőben már lehet, hogy minden második háztartásban lesz legalább egy ilyen szerkezet.

11

Forrás:

Wikipedia: http://hu.wikipedia.org/

Optika

Carl Zeiss

Prizma

Optikai lencse

Távcső

Lézer

Objektív

Halszemoptika

Tükör

SFblog: http://sf.blog.hu/

Arkhimédész halálsugara

Google: www.google.hu/

Képek

Citátum idézetgyűjtemény: http://www.citatum.hu/

Élőfej idézet

12