Światło i jego właściwości

Transkrypt

1 Zeszyty Koła Naukowego Młodych sekcja matematyczno naukowo techniczna Gimnazjum z Oddziałami Dwujęzycznymi Nr 14 w Gliwicach Światło i jego właściwości Zeszyt V 2011/2012 1

2 Spis treści: 1. Zjawiska świetlne w optyce geometrycznej 1.1 Odbicie światła 1.2 Załamanie światła 1.3 Rozproszenie światła 1.4 Widmo światła białego i rozszczepienie światła 2. Oko 2.1 Budowa oka 2.2 Działanie oka 2.3 Choroby oczu 2.4 Soczewki rozpraszając i skupiające 3. Camera obscura czyli historia fotografii 3.1 Co to jest camera obscura? 3.2 Jak powstawały pierwsze fotografie? 3.3 Budowa aparatu fotograficznego w przeszłości 4. Dodatek specjalny Twierdzenie Talesa a pomiar obiektów niedostępnych 5. Redakcja 2

3 1. Zjawiska świetlne w optyce geometrycznej Optyka geometryczna jest to najstarsza i podstawowa do dziś część optyki. Podstawowym pojęciem optyki geometrycznej jest promień świetlny, czyli nieskończenie cienka wiązka światła (odpowiednik prostej w geometrii). Rozchodzenie się światła opisywane jest tu jako bieg promieni, bez wnikania w samą naturę światła. Zgodnie z założeniami optyki geometrycznej, światło rozchodzi się w ośrodkach jednorodnych po liniach prostych, na granicy ośrodków ulega odbiciu lub załamaniu. Badaniami załamywania światła zajmuje się dioptryka. Zasada Fermata Promień świetlny poruszający się w jednorodnym ośrodku optycznym przemieszcza się po drodze dla której czas potrzebny na jej przebycie jest jak najkrótsza. Z geometrii wynika że taką trajektorią jest linia prosta. Stąd mówimy o prostoliniowym biegu promienia świetlnego 1.1 Odbicie światła Światło padające na granicę dwóch ośrodków może ulec odbiciu. Zjawisko to opisuje prawo odbicia, które brzmi: Kąt odbicia równy jest kątowi padania. β = α Kąty padania i odbicia leżą w jednej płaszczyźnie. Kąty padania i odbicia są liczone od normalnej, czyli od prostej prostopadłej do płaszczyzny na którą pada światło

4 Doświadczenie : Jak działa peryskop? Przebieg: Obserwuj obraz w dolnym okienku peryskopu. Możesz obracać peryskop wokół osi pionowej. Obserwacje: W dolnym lusterku peryskopu widać obraz znajdujący się na wysokości górnego okienka, np. ponad przeszkodą, nad którą patrzymy. Wnioski: Poprzez odpowiednie skierowanie promieni światła za pomocą układu płaskich zwierciadeł ustawionych pod odpowiednimi kątami, do oka trafia obraz z miejsca, które jest dla nas niedostępne. 4

5 CIEKAWOSTKA Peryskopy o bardziej złożonych układach optycznych są wykorzystywane w wojsku, m. in. w okrętach podwodnych, czołgach, wozach bojowych. Obecnie coraz częściej zastępują je kamery telewizyjne Załamanie światła Załamanie - zjawisko zmiany kierunku rozchodzenia się fali w wyniku przejścia przez granicę dwóch różnych ośrodków. Zmiana kierunku promieni świetlnych podczas załamania nie jest przypadkowa. Opisuje to prawo załamania światła Prawo załamania światła: Stosunek sinusa kąta padania, do sinusa kąta załamania jest dla danych ośrodków stały i równy stosunkowi prędkości fali w ośrodku pierwszym, do prędkości fali w ośrodku drugim. Kąty padania i załamania leżą w tej samej płaszczyźnie. 5

6 CIEKAWOSTKA Dlaczego gwiazdy migoczą? Gwiazdy nie migoczą. To złudzenie. Dzieje się tak, dlatego, że gwiazdy cyklicznie mogą być zasłaniane różnymi obiektami, które wokół nich krążą. Dzięki temu można odkryć nowe obiekty robiąc i porównując kolejne zdjęcia nieba. Inną przyczyną migotania gwiazd są czasowe rozrzedzenia i zagęszczenia atmosfery, przez które światło gwiazd dociera do Ziemi. CIEKAWOSTKA Czym jest pozorna płycizna? W morzu, jeziorze i rzece woda wydaje się mniej głęboka niż jest w rzeczywistości, ponieważ załamanie światła,, przybliża dno. Wystarczy spróbować podnieść coś z dna, żeby przekonać się, że nie znajduje się tam, gdzie myślimy, ale głębiej. Rybacy polują na ryby z harpunem nie celują tam, gdzie widzą rybę, ale w punkt znajdujący się trochę poniżej. 6

7 1.3. Rozproszenie światła Rozproszenie światła to zjawisko odbicia światła od nierównych powierzchni. Źródło: Rozproszenie światła wykorzystuje się w farbach nowej generacji. Poprzez wprowadzenie mikroskopijnych drobin, na których światło ulega rozproszeniu Widmo światła białego i rozszczepienie światła Rozszczepienie światła spowodowane jest różną prędkością rozchodzenia się promieni świetlnych o różnych barwach. Różna prędkość rozchodzenia się światła powoduje różnice w kątach załamania światła. Ponieważ światło białe składa się z wielu barw, to przepuszczenie go przez pryzmat spowoduje rozdzielenie poszczególnych składowych, dzięki czemu zobaczymy tęczę

8 Doświadczenie: Krążek Newtona Przebieg: Krążek Newtona to koło, na którym znajdują się barwne segmenty. Barwy, które występują na krążku obejmują podstawowe barwy widma światła widzialnego, czyli tak zwane barwy proste: czerwony, pomarańczowy, żółty, zielony, niebieski, indygo i fioletowy. Krążek wprawiamy w ruch obrotowy. Obserwacje: W chwili, gdy obracamy krążkiem Newtona, barwy zlewają się ze sobą i widzimy barwę białą. Wnioski: Krążek Newtona jest przykładem addytywności barw. Za pomocą takiego krążka Newton pokazał, że światło białe jest złożone z fal o różnej długości. Różnobarwne światło, odbierane przez ludzkie oko, jest bowiem falą elektromagnetyczną, która odpowiada wąskiemu przedziałowi długości fal od 380 do 760 nanometra 8

9 z całego widma fal elektromagnetycznych, które rozciąga się od fal długich (radiowych) mierzonych w kilometrach aż do fal gamma o długościach rzędu metra. Janusz Jaglarz, Wrażenia barwne jak je mierzyć?, Foton 89, lato e004.jpg CIEKAWOSTKA Czym jest pryzmat Netwona? Pryzmat to przezroczysta bryła z płaskimi powierzchniami załamującymi światło, najczęściej w kształcie graniastosłupa trójkątnego. W drugiej połowie XVII w. Isaac Newton odkrył, ze światło przechodzące przez pryzmat załamuje się i wychodzi rozszczepione na wiązki, każda w innym kolorze i pod innym kątem, zawsze w tym samym porządku. Newton nazwał zbiór tych kolorów widmem. 9

10 CIEKAWOSTKA Dlaczego niebo jest błękitne? Kiedy słońce znajduje się wysoko, postrzegamy je jako żółte, a niebo, o ile jest pogodne, jako niebieskie, ponieważ atmosfera rozprasza najsilniej kolor niebieski. Kiedy słońce zachodzi, czyli znajduje się nisko, jest czerwone, a niebo nabiera barwy różowej, czerwonej i pomarańczowej. Dzieje się tak, gdyż promienie słoneczne przechodzą przez grubszą warstwę atmosfery, która najbardziej rozprasza światło czerwone. CIEKAWOSTKA Czym jest efekt halo? Otaczająca Ziemię atmosfera bywa czasami ciałem półprzezroczystym. Kiedy w wyższych warstwach atmosfery tworzą się kryształki lodu, rozpraszają światło odbijane przez Księżyc, którego kontury stają się rozmyte. Widać wtedy wokół niego jasną obręcz, którą nazywamy z angielskiego halo. 10

11 CIEKAWOSTKA Czym są lasery? Promień laserowy jest bardzo wąskim promieniem o jednej długości fali i dużym natężeniu, niosącym dużą ilość energii. Taki promień, dzięki swej mocy znajduje różnorakie zastosowania: używa się go do cięcia materiałów ( blachy, tkanin, szkła), spawania części metalowych, wykonywania pomiarów, a także do operacji chirurgicznych, tworzenia efektów specjalnych w spektaklach na wolnym powietrzu, produkcji i odtwarzania płyt kompaktowych, odczytywania kodów paskowych, którymi są oznakowane produkty w dużych sklepach samoobsługowych i do wielu innych celów Oko 2.1. Budowa oka Oko to kulisty organ, który odbiera obraz otoczenia i przesyła go do mózgu w celu interpretacji. U większości zwierząt oczy występują w parach, gdyż w ten sposób mają większe pole widzenia oraz widzą przestrzennie (tzw. widzenie stereoskopowe). Poniższy schemat prezentuje budowę oka z zaznaczonymi najważniejszymi elementami budowy i ich krótkimi opisami. 11

12 Twardówka - to matowa, mocna warstwa tkanki łącznej, która chroni oko z większości stron. Rogówka - to przezroczysta, cieńsza warstwa tkanki łącznej, znajdująca się z przodu oka, czyli przed tęczówką i źrenicą. Tęczówka - to warstwa mięśni, które odpowiednio rozszerzają lub zwężają źrenicę w celu doprowadzenia do soczewki odpowiedniej ilości światła. Ich kolor, determinowany genetycznie przez pigment znajdujący się w mięśniach, jest widoczny i nazywany kolorem oka. Źrenica - okrągła przerwa w mięśniu tęczówki, przez którą światło pada na siatkówkę. Jej wielkość jest regulowana przez napięcie mięśni tęczówki. Soczewka - dwuwypukła, przeźroczysta część oka znajdująca się pomiędzy tęczówką i ciałem szklistym. Zmiana jej kształtu i ogniskowej powoduje załamanie światła pod innym kątem i pozwala na widzenie ostrego obrazu na różnych dystansach. Obraz, który wyświetla na siatkówce jest odwrócony,,do góry nogami. Siatkówka - to światłoczuła tkanka wyściełająca wnętrze oka. Składa się z dwóch rodzajów receptorów: czopków umożliwiających widzenie kolorów przy dobrym oświetleniu oraz pręcików wrażliwych na światło i umożliwiających widzenie w słabym oświetleniu. Plamka żółta - miejsce na siatkówce oka niektórych kręgowców z bardzo dużą ilością czopków skupionych na małej powierzchni, co pozwala na bardzo ostre widzenie. 12

13 Plamka ślepa - miejsce, w którym nerw wzrokowy łączy się z siatkówką oka. Nie ma na nim fotoreceptorów, więc gdy pada na nie światło, obraz nie jest rejestrowany. Nerw wzrokowy - to nerw przesyłający informacje o obrazie do ośrodka wzrokowego, osobno z każdego oka. Naczyniówka - to warstwa naczyń krwionośnych tuż za siatkówką, odżywiająca oko. Ciało szkliste - wypełnia gałkę oczną i nadaje jej sztywny kształt Działanie oka Światło wpadające do oka biegnie przez rogówkę, komorę przednią oka, soczewkę i ciało szkliste, by zakończyć swą podróż na siatkówce wywołując wrażenie wzrokowe przekazywane do mózgu za pośrednictwem nerwów łączących się w nerw wzrokowy. Rogówka, wraz z cieczą wodnistą, soczewką i ciałem szklistym, stanowią układ skupiający promienie świetlne tak, by na siatkówce pojawiał się ostry obraz obserwowanego przedmiotu i dawał jak najostrzejsze wrażenie wzrokowe. Dlatego też soczewka ma możliwość zmiany swojego kształtu, a co za tym idzie mocy optycznej. Pozwala to na ogniskowanie na siatkówce przedmiotów znajdujących się w różnych odległościach od oka. Zdolność tę nazywamy akomodacją. Ostre widzenie uzyskiwane jest wtedy, gdy ognisko obrazowe pokrywa się z siatkówką. W przypadku, gdy oko nie jest 13

14 w stanie zogniskować światła dokładnie na siatkówce mówimy o wadach wzroku. Do soczewki ocznej przylega tęczówka spełniająca rolę przysłony kurczącej się pod wpływem bodźców świetlnych, co powoduje zmianę średnicy źrenicy wejściowej oka. Tęczówka ma zdolność do zmiany apertury wejściowej (szerokości źrenicy wejściowej) oka w zakresie od 8 mm w ciemności do 2 mm przy intensywnym oświetleniu. Siatkówka jako odbiornik promieniowania elektromagnetycznego zbudowane jest z dwóch rodzajów komórek światłoczułych: czopków i pręcików połączonych za pomocą nerwów z mózgiem. Czopki o względnie niskiej czułości przeznaczone są do obserwacji przy świetle dziennym. Ich maksymalne zagęszczenie występuje w dołku środkowym. Jeśli zatem obraz obserwowanego przedmiotu znajdzie się dokładnie w tym obszarze uzyskujemy wtedy najlepsza zdolność rozdzielczą. Wraz ze spadkiem natężenia światła wpadającego do oka rośnie średnica źrenicy. W momencie, gdy czułość czopków jest niewystarczająca do prowadzenia obserwacji, mimo dużych wymiarów źrenicy, funkcję receptorów przejmują pręciki. Przy dużym natężeniu światła pręciki chronione są przed nadmiarem światła przy użyciu specjalnego barwnika. Jego działanie możemy zaobserwować przechodząc z ciemnego pomieszczenia do jasnego lub odwrotnie. Proces przystosowania wzroku do warunków oświetlenia nazywamy adaptacją. W miejscu gdzie połączenia nerwowe elementów światłoczułych z mózgiem tworzą wspólny nerw wzrokowy powstaje plamka ślepa pozbawiona zupełnie czopków i pręcików. Jeśli obraz przedmiotu obserwowanego znajdzie się w tym miejscu wrażenie wzrokowe nie zostanie odebrane i obserwator nie zauważy tego przedmiotu. Jeżeli oczy działają prawidłowo, to przesyłają dwa obrazy poprzez nerwy wzrokowe do mózgu, gdzie po przetworzeniu powstaje jeden obraz. Dzięki takiemu, obuocznemu widzeniu zyskujemy większe pole widzenia oraz odczucie trzeciego wymiaru (poczucie głębi), czego nie mamy patrząc tylko jednym okiem w_light_travels_from_the_object_to_the_retina_of_the_eye.jpg 14

15 2.3. Choroby oczu Choroby oczu mogą być wywoływane przez różne czynniki, takie jak urazy, zakażenia i nowotwory. Chorobowe objawy w oku mogą także być miejscowym objawem ogólnego schorzenia ustrojowego, jak np. zaćma w przebiegu cukrzycy czy podczas choroby krwi, nerek lub też w czasie ciąży. Możemy je podzielić na choroby : Powiek (np. jęczmień, czyli ropień powodowany przez zakażenie gronkowcowe), Narządu łzowego (np. łzawienie, czyli nadmierne wydzielanie łez przez gruczoły łzowe), Spojówek (np. zapalenie spojówek, czyli silne napełnianie się krwią naczyń krwionośnych powodujące zaczerwienienie i obrzęk oka), Gałki ocznej (np. bielmo, czyli zmętnienie rogówki spowodowane chorobą lub urazem, którego konsekwencją jest duże upośledzenie zapalenie spojówek widzenia), Nerwu wzrokowego (np. tarcza zastoinowa, czyli obrzęk tarczy nerwu wzrokowego w wyniku wzmożonego ciśnienia śródczaszkowego), Oczodołu (np. ropowica oczodołu, czyli ostra choroba zapalna oczodołu o pochodzeniu bakteryjnym.). Wada wzroku niezdolność oka do tworzenia prawidłowo zogniskowanego obrazu na plamce żółtej lub centralnej części siatkówki. Głównie spotykane wady to: Krótkowzroczność (w przypadku powstawania ogniskowanego obrazu przed siatkówką), Nadwzroczność (zwana również dalekowzrocznością - w przypadku ogniskowania obrazu za siatkówką), Astygmatyzm (wynika z występowania nieprawidłowego ogniskowania obrazu wskutek zmian krzywizn rogówki), Daltonizm (nie rozpoznawanie barwy czerwonej lub mylenie 15

16 jej z barwą zieloną, objawiające się obniżeniem percepcji jaskrawości barwy czerwonej, pomarańczowej i żółtej), Monochromatyzm (całkowita niezdolność do rozpoznawania barw występująca w trzech formach: monochromacja czopków, achromatopsja stożków i agnozja). Kolor oczu poligeniczna (czyli warunkowana przez wiele genów) cecha, zależna przede wszystkim od ilości i typu melaniny obecnej w tęczówce oka. Im więcej melaniny tym oczy są ciemniejsze. Albinizm to choroba polegająca na braku melaniny w organizmie powodująca bladoniebieskie, rzadziej czerwone oczy, bardzo jasne włosy i skórę, wrażliwą na poparzenia słoneczne. Brak melaniny w siatkówce i źrenicy powoduje problemy podczas powstawania nerwów wzrokowych, przedostawanie się zbyt dużej ilości i rozpraszanie się światła w gałce ocznej, a w konsekwencji np. trudności w skupianiu wzroku na dalszych obiektach oraz fotofobię nieprzyjemne lub bolesne uczucie podczas przebywania w jasnym świetle

17 CIEKAWOSTKA Możesz sprawdzić, jaki kolor oczu będą miały twoje dzieci na stronie: Soczewki rozpraszające i skupiające Soczewki dzielimy na: - soczewki skupiajace (dodatnie) - soczewki rozpraszajace (ujemne) Rodzaj obrazu w soczewkach zależy od położenia przedmiotu względem soczewki oraz parametrów soczewki, a dokładniej jej ogniskowej. 17

18 Soczewki są stosowane w przyrządach optycznych i urządzeniach, które używamy codziennie. Są to m.in.: _ mikroskopy, _ lornetki, _ okulary korekcyjne, _ lupy, _ aparaty fotograficzne, _ reflektory. 3. Camera obscura czyli historia fotografii 3.1. Co to jest camera obscura? Camera obscura (z łac. ciemna komnata) prosty przyrząd optyczny pozwalający uzyskać rzeczywisty obraz. Była pierwowzorem aparatu fotograficznego. Jest to najprostsze wytłumaczenie tego pojęcia, ponieważ jego znaczenie zmieniało się wraz z ewolucją techniki. Początkowo był to pokój lub konstrukcja większych rozmiarów, do których widzowie wchodzili, aby obserwować wytworzone zjawisko. Z czasem camera obscura ewoluowała w kierunku coraz mniejszych rozmiarów i obecnie tą nazwą można określić przestrzeń między obiektywem a migawką w aparacie 18

19 fotograficznym. Nie jest łatwo dać prostą i trafną odpowiedź na pytanie, co to jest camera obscura, ponieważ w ciągu wieków zmieniał się nie tylko jej wygląd, ale także przeznaczenie, oraz jej socjologiczna funkcja. Aby objąć te wszystkie przemiany można odpowiedzieć, iż jest to zaciemniona przestrzeń, do której światło wpada poprzez bardzo mały otwór lub obiektyw, tworząc obrócony obraz rzeczywistości zewnętrznej na przeciwległej do otworu (lub obiektywu) powierzchni. Lub inaczej: jest to zasadniczo bardzo proste urządzenie demonstrujące pewne istniejące od zawsze prawa fizyczne dotyczące natury i zachowania promieni świetlnych. Główną funkcją camera obscura jest pośredniczenie w przedstawianiu rzeczywistości. To pośredniczenie w różnych czasach przybierało różny charakter, od poznawczego do czysto rozrywkowego. Historia tej ewolucji jest historią samego urządzenia. W starożytności używano jej do obserwacji astronomicznych: głównie Słońca, którego ze względu na siłę światła nie da się wyraźnie oglądać gołym okiem. W pomieszczeniu z otworem umieszczonym w suficie, promienie słoneczne tworzyły powiększony (względem obserwowanego przy pomocy samych narządów wzroku) obraz Słońca na powierzchni umieszczonej w środku pomieszczenia. Wraz ze zmianą rozmiarów zmieniało się także przeznaczenie urządzenia. W Renesansie camera obscura służyła jako urządzenie pomocnicze w tworzeniu obrazów lub szkiców do obrazów. Łatwiej uchwycić malarzowi perspektywę gdy patrzy na obraz, który przeszedł przez obiektyw i odbity w lustrze pojawia się na kalce, niż gdy obserwuje samą rzeczywistość. Przeważnie była drewnianym pudełkiem o długości kilkudziesięciu centymetrów, miała też przeważnie zamiast otworka nowy wynalazek: obiektyw, dzięki czemu obraz był znacznie jaśniejszy. Niektóre z budowanych w tym czasie kamer były jednak bardzo rozbudowane, posiadając coś w rodzaju współczesnego obiektywu ze zmienną ogniskową. W ubiegłym stuleciu camera obscura była przede wszystkim czymś w rodzaju ciekawostki i przynależała bardziej do rozrywkowego niż naukowego repertuaru. XIX wiek jest wiekiem renesansu wielkich kamer-pokoi, których sieć powstała zarówno w Europie jak i Stanach Zjednoczonych. Kamery te miały kształt małych pałacyków, czy latarni, 19

20 obiektyw zamocowany był na obrotowym lustrze tak, aby widzowie zebrani w środku mogli oglądać na stole ruchomy, kolorowy obraz tego, co działo się na zewnątrz. Były to miejsca o typowo rozrywkowym charakterze, sprzedawano do nich bilety, reklamowano niezwykłe doświadczenia, wybierano się tam w grupie znajomych. Były czymś w rodzaju kina, w którym obraz nigdy się nie zaczyna i nigdy nie kończy. Poza tym był to film kolorowy, posiadający naturalną płynność ruchu. Współcześnie zainteresowanie dla tego rodzaju kamer powoli rośnie. W 1997 Charles Schwarz zamienił swój pokój mieszczący się na najwyższym piętrze 17 piętrowego budynku w Nowym Jorku na nowoczesną camera obscura, która projektuje do wewnątrz obraz panoramy Central Parku. Obiektyw, do którego specjalne szkła wykonał dla właściciela kamery znajomy fizyk, umieszczony jest na dachu budynku CIEKAWOSTKA Cliché-verre to technika graficzna, w której rysunek wykonuje się igłą i skrobaczkami na pokrytej emulsją fotograficzną szklanej płycie. Z tak powstałego negatywu wykonuje się na światłoczułym papierze metodą kontaktową odbitki, przypominające rysunki piórkiem. Technikę wynalazł w poł. XIX w. we Francji Camille Corot. Stosował ją Bruno Schulz. 20

21 3.2. Jak powstawały pierwsze fotografie? Fotografia jest rezultatem łączenia różnych wynalazków w jedną całość. Na długo przed pierwszą trwałą fotografią Ibn al-hajsam ( ) wynalazł camera obscura, Albert Wielki ( ) odkrył azotan srebra, natomiast Georges Fabricius ( ) wynalazł chlorek srebra. Daniel Barbaro opisał przysłonę w 1568 roku. Wilhelm Homberg w roku 1694 opisał jak światło przyciemnia niektóre chemikalia (efekt fotochemiczny). W roku 1826 Francuz Joseph Nicephore Niepce odtworzył obraz ukazujący widok z okna jego pracowni, który przedstawiał spadzisty dach stodoły i rozłożystą gruszę z gołębnikiem. Ten niedoskonały, zamazany wizerunek został uznany za pierwszą na świecie fotografię wykonaną za pomocą urządzenia, które dzisiaj określamy mianem aparatu fotograficznego. Joseph Niepce ochrzcił swe dzieło i technikę, którą zastosował, mianem heliografii, czyli "obrazu namalowanego światłem społecznym Od tego momentu rozwój fotografii ruszył z pełnym rozmachem. Dalsza ewolucja fotografii doprowadziła do uzyskania pierwszego kolorowego zdjęcia przez Jamesa Maxwella w roku Warto w tym miejscu zaznaczyć, że bardzo ciekawe podejście w dziedzinie fotografii kolorowej zaprezentował Siergiej Prokudin-Gorski. Zauważył on, że obraz kolorowy można uzyskać jako 21

22 zestaw obrazów monochromatycznych, z których każdy rejestruje inną barwę składową światła. Prokudin-Gorski wykonywał kolejno 3 fotografie w kolorach: zielonym, czerwonym i niebieskim, a następnie przy wywoływaniu zdjęć oświetlał każdą z tych fotografii lampą o odpowiednim kolorze i otrzymywał w efekcie w pełni kolorowy obraz. Technika ta miała pewne ograniczenia fotografie musiały być wykonywane jak najszybciej po sobie. Każdy ruch obiektu fotografowanego powodował widoczne rozmazania na zdjęciu. Współczesna fotografia opiera się zarówno na metodach fotochemicznych (fotografia analogowa), jak i na zjawiskach fotoelektrycznych (fotografia cyfrowa). Widać jednak zdecydowany trend w kierunku fotografii cyfrowej. Podstawową rolę w tym typie fotografii odgrywa matryca światłoczuła. Jest to element elektroniczny, reagujący na docierające doń fotony i na tej podstawie tworzący fotografię. Pierwsza matryca została skonstruowana w 1969 roku w laboratoriach firmy Bell przez Willarda Boyla oraz George'a Smitha. Pierwsza matryca światłoczuła o rozdzielczości 1 megapiksela stworzona została przez firmę Kodak w roku Doświadczenie: Działanie camera obscura Przebieg: Budujemy camera obscura jak opisano powyżej i kierujemy ją na obiekt, który chcemy obserwować. 22

23 Obserwacje: Na powierzchni tylnej ściany pudełka widzimy pomniejszony i odwrócony obraz obiektu. Wnioski: Camera obscura służyła do obserwacji obiektów, a wraz z rozwojem techniki zmodyfikowana stała się prototypem aparatu fotograficznego Budowa aparatu fotograficznego w przeszłości i dziś Camera obscura jest uznawana za jeden z wynalazków, które umożliwiły stworzenie nowoczesnego aparatu. Zbudowana jest z pudełka z ciemnymi wewnętrznymi ścianami, małym otworem na jednej ze ścian bocznych i zaklejony kalką większy otwór na przeciwległej ścianie. Strona z małym otworem kierowana jest na dany obiekt, który - odwrócony - możemy obserwować przez kalkę. W celu wykonania trwałej fotografii, zamiast kalki należy umieścić materiał światłoczuły. Analogowy aparat fotograficzny jest urządzeniem przystosowanym do naświetlania materiału światłoczułego. Umieszcza się ją we wnętrzu aparatu, 23

24 w postaci zwiniętej błony, która jest przewijana wewnątrz aparatu za pomocą odpowiedniego mechanizmu. 4. Dodatek specjalny - pomiar obiektów niedostępnych Tales, żyjący prawdopodobnie od 624 do 547 p.n.e., jest pół legendą. Miał wiele przydatnych umiejętności, które wykorzystywał jako polityk, technik, inżynier, kupiec i podróżnik. Przede wszystkim był filozofem, matematyką zajmował się w celach praktycznych. Umiał mierzyć obiekty niedostępne (np. wysokość piramid i drzew oraz odległości okrętów na morzu od brzegu) i przepowiadać zjawiska, nie umiejąc ich uzasadnić i wyjaśnić ich przyczyn. Pomimo, że interesował się głównie powstaniem świata i materii, uważany jest za pierwszego matematyka. W pewnym momencie swojego życia Tales opuścił rodzinny Milet i udał się do Egiptu. Gdy ujrzał piramidę Cheopsa, której podobno nie dało się zmierzyć żadną ludzką miarą, postanowił tego dokonać. Widząc, iż promienie słoneczne padają tak samo na każdy przedmiot, uznał, że stosunek pomiędzy jego wysokością a długością jego cienia jest taki sam, jak stosunek wysokości piramidy i długości jej cienia. Gdy jego wysokość i długość jego cienia są takie same, wysokość piramidy i długość jej cienia również są takie same. Tales dokonał więc pomiaru wysokości cienia w południe, gdy promienie słoneczne padają prostopadle do podstawy piramidy. Mając do dyspozycji kawał sznura i przyjmując swój wzrost za jednostkę wymierzył wysokość piramidy Cheopsa na 85 Talesów. Dziś wiemy, że piramida ta miała wysokość 146,59 m, więc możemy obliczyć, że wzrost Talesa wynosił ok. 1,72 m. 24

25 A wysokość Talesa B długość cienia Talesa C długość cienia piramidy D wysokość piramidy Wysokość drzewa możemy znać swój wzrost, dokonać pomiaru długości odpowiednich cieni i przeprowadzić prosty rachunek: x : a = w : b => x = (aw) : b 25

26 Zastanówmy się, czy bylibyśmy zupełnie bezradni, gdyby w dniu zaplanowanej wycieczki pogoda nie dopisała i zza chmur nie wyjrzał ani jeden promyk słońca. Nic podobnego! Wystarczy, że jeden uczeń położy się w pewnej odległości od drzewa a drugi, naprowadzany przez leżącego kolegę, ustawi się w taki sposób, by z punktu widzenia tego pierwszego, czubek drzewa i czubek głowy kolegi pokrywały się. Potem wystarczy już tylko zmierzyć odpowiednie odległości, jak na rysunku obok: x : (a + b + w1) = w 2 : (b + w1) => x = w2 + (aw2) : (b + w1) We wszystkich opisanych wcześniej przypadkach zmierzenie odległości a wymagało podejścia bezpośrednio do drzewa. Wyobraźmy sobie jednak, że dostęp taki jest niemożliwy. Co wtedy zrobić? Jeśli jest to ogrodzenie regularnego kształtu, to na ogół łatwo sobie poradzić. Na przykład dla okręgu jego promień możemy znaleźć opasując ogrodzenie sznurkiem, mierząc go, a następnie otrzymany wynik dzieląc przez 2. Zadanie staje się trudniejsze, jeśli ogrodzenie ma kształt nieregularny, a wydaje się całkiem beznadziejne, gdy dostępu do drzewa strzeże (uwiązana co prawda na łańcuchu) czworonożna bestia. Wówczas dwa kije równej długości mocujemy tak, by utworzyły kąt prosty, a następnie przykładając do oka koniec poziomego ramienia ustawiamy się w takim miejscu, by czubek drzewa i koniec pionowego ramienia pokryły się. Zaznaczamy to miejsce, po czym łamiemy pionowe ramię dokładnie w połowie jego długości i powtarzamy poprzednie postępowanie. Mierząc teraz odległość pomiędzy pozycjami, z których dokonywaliśmy pomiarów i powiększając ją o wzrost "mierniczego" w, otrzymujemy szukaną wysokość drzewa. 26

27 5. Redakcja Od lewej stoją: Agnieszka Paul, Łukasz Pollak, Wiktoria Nowak, Grzegorz Kotysz, Katarzyna Wrona, Adam Mikuła, Natalia Wysocka, Alicja Długosz, Kinga Pertkiewicz. Opiekunowie: Joanna Olesińska Anna Bul 27