OPTYKA GEOMETRYCZNA I INSTRUMENTALNA

Podobne dokumenty
POMIARY OPTYCZNE 1. Wykład 1. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

OPTYKA GEOMETRYCZNA I INSTRUMENTALNA

Optyka. Wykład X Krzysztof Golec-Biernat. Zwierciadła i soczewki. Uniwersytet Rzeszowski, 20 grudnia 2017

34 OPTYKA GEOMETRYCZNA. CZĘŚĆ 1

Optyka. Wykład XI Krzysztof Golec-Biernat. Równania zwierciadeł i soczewek. Uniwersytet Rzeszowski, 3 stycznia 2018

Wykład XI. Optyka geometryczna

Materiały pomocnicze 14 do zajęć wyrównawczych z Fizyki dla Inżynierii i Gospodarki Wodnej

35 OPTYKA GEOMETRYCZNA. CZĘŚĆ 2

Opis matematyczny odbicia światła od zwierciadła kulistego i przejścia światła przez soczewki.

Optyka geometryczna MICHAŁ MARZANTOWICZ

Badanie przy użyciu stolika optycznego lub ławy optycznej praw odbicia i załamania światła. Wyznaczanie ogniskowej soczewki metodą Bessela.

- pozorny, czyli został utworzony przez przedłużenia promieni świetlnych.

+OPTYKA 3.stacjapogody.waw.pl K.M.

Wykład FIZYKA II. 7. Optyka geometryczna. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Najprostszą soczewkę stanowi powierzchnia sferyczna stanowiąca granicę dwóch ośr.: powietrza, o wsp. załamania n 1. sin θ 1. sin θ 2.

Zwierciadło kuliste stanowi część gładkiej, wypolerowanej powierzchni kuli. Wyróżniamy zwierciadła kuliste:

Prawa optyki geometrycznej

LABORATORIUM FIZYKI PAŃSTWOWEJ WYŻSZEJ SZKOŁY ZAWODOWEJ W NYSIE

OPTYKA GEOMETRYCZNA I INSTRUMENTALNA

Soczewkami nazywamy ciała przeźroczyste ograniczone dwoma powierzchniami o promieniach krzywizn R 1 i R 2.

Załamanie na granicy ośrodków

Podstawy fizyki wykład 8

STOLIK OPTYCZNY 1 V Przyrząd jest przeznaczony do wykonywania ćwiczeń uczniowskich z optyki geometrycznej.

Ćwiczenie: "Zagadnienia optyki"

ŚWIATŁO I JEGO ROLA W PRZYRODZIE

Zasady konstrukcji obrazu z zastosowaniem płaszczyzn głównych

Przyrząd słuŝy do wykonywania zasadniczych ćwiczeń uczniowskich z optyki geometrycznej.

Optyka 2012/13 powtórzenie

POMIAR ODLEGŁOŚCI OGNISKOWYCH SOCZEWEK

LABORATORIUM OPTYKI GEOMETRYCZNEJ

SCENARIUSZ LEKCJI Z WYKORZYSTANIEM TIK

Optyka. Wykład IX Krzysztof Golec-Biernat. Optyka geometryczna. Uniwersytet Rzeszowski, 13 grudnia 2017

Promienie

Rodzaje obrazów. Obraz rzeczywisty a obraz pozorny. Zwierciadło. Zwierciadło. obraz rzeczywisty. obraz pozorny

Dr Piotr Sitarek. Instytut Fizyki, Politechnika Wrocławska

OPTYKA W INSTRUMENTACH GEODEZYJNYCH

Ćwiczenie 2. Wyznaczanie ogniskowych soczewek cienkich oraz płaszczyzn głównych obiektywów lub układów soczewek. Aberracje. Wprowadzenie teoretyczne

17. Który z rysunków błędnie przedstawia bieg jednobarwnego promienia światła przez pryzmat? A. rysunek A, B. rysunek B, C. rysunek C, D. rysunek D.

LABORATORIUM FIZYKI PAŃSTWOWEJ WYŻSZEJ SZKOŁY ZAWODOWEJ W NYSIE. Ćwiczenie nr 3 Temat: Wyznaczenie ogniskowej soczewek za pomocą ławy optycznej.

Optyka stanowi dział fizyki, który zajmuje się światłem (także promieniowaniem niewidzialnym dla ludzkiego oka).

ZAJĘCIA WYRÓWNAWCZE, CZĘSTOCHOWA, 2010/2011 Ewa Mandowska, Instytut Fizyki AJD, Częstochowa

- 1 - OPTYKA - ĆWICZENIA

autor: Włodzimierz Wolczyński rozwiązywał (a)... ARKUSIK 34 OPTYKA GEOMETRYCZNA. CZĘŚĆ 2. ZAŁAMANIE ŚWIATŁA. SOCZEWKI

Ćwiczenie 42 WYZNACZANIE OGNISKOWEJ SOCZEWKI CIENKIEJ. Wprowadzenie teoretyczne.

Wyznaczanie ogniskowych soczewek cienkich oraz płaszczyzn głównych obiektywów lub układów soczewek. Aberracje.


Zasada Fermata mówi o tym, że promień światła porusza się po drodze najmniejszego czasu.

Optyka geometryczna - 2 Tadeusz M.Molenda Instytut Fizyki, Uniwersytet Szczeciński. Zwierciadła niepłaskie

Ćwiczenie 2. Wyznaczanie ogniskowych soczewek cienkich oraz płaszczyzn głównych obiektywów lub układów soczewek. Aberracje. Wprowadzenie teoretyczne

SPRAWDZIAN NR Na zwierciadło sferyczne padają dwa promienie światła równoległe do osi optycznej (rysunek).

f = -50 cm ma zdolność skupiającą

Piotr Targowski i Bernard Ziętek WYZNACZANIE MACIERZY [ABCD] UKŁADU OPTYCZNEGO

Wyznaczanie ogniskowej soczewki za pomocą ławy optycznej

Wykłady z Fizyki. Optyka

12.Opowiedz o doświadczeniach, które sam(sama) wykonywałeś(aś) w domu. Takie pytanie jak powyższe powinno się znaleźć w każdym zestawie.

TARCZA KOLBEGO V 7-22

Wstęp do astrofizyki I

LABORATORIUM Z FIZYKI

Szczegółowe kryteria oceniania z fizyki w gimnazjum. kl. III

Ćwiczenie 53. Soczewki

36P5 POWTÓRKA FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNYZ FIZYKI I ASTRONOMII - V POZIOM PODSTAWOWY

Optyka instrumentalna

SCENARIUSZ LEKCJI Temat lekcji: Soczewki i obrazy otrzymywane w soczewkach

POMIAR ODLEGŁOŚCI OGNISKOWYCH SOCZEWEK CIENKICH

OPTYKA GEOMETRYCZNA I INSTRUMENTALNA

Wstęp do astrofizyki I

Soczewki. Ćwiczenie 53. Cel ćwiczenia

Ć W I C Z E N I E N R O-3

20. Na poniŝszym rysunku zaznaczono bieg promienia świetlnego 1. Podaj konstrukcję wyznaczającą kierunek padania promienia 2 na soczewkę.

Ćwiczenie 361 Badanie układu dwóch soczewek

autor: Włodzimierz Wolczyński rozwiązywał (a)... ARKUSIK 33 OPTYKA GEOMETRYCZNA. CZĘŚĆ 1. ZWIERCIADŁA

WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA ZAŁAMANIA ŚWIATŁA METODĄ SZPILEK I ZA POMOCĄ MIKROSKOPU

Optyka instrumentalna

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z FIZYKI

POMIAR ODLEGŁOŚCI OGNISKOWYCH SOCZEWEK. Instrukcja wykonawcza

Optyka geometryczna. Podręcznik zeszyt ćwiczeń dla uczniów

LXVII OLIMPIADA FIZYCZNA ZAWODY II STOPNIA

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 9, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

pobrano z serwisu Fizyka Dla Każdego zadania z fizyki, wzory fizyczne, fizyka matura

Falowa natura światła

Rozdział 9. Optyka geometryczna

Doświadczalne wyznaczanie ogniskowej cienkiej soczewki skupiającej

Wykład 11 Elementy optyki geometrycznej Widmo i natura światła

FIZYKA KLASA III GIMNAZJUM

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 8, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

Sposób wykonania ćwiczenia. Płytka płasko-równoległa. Rys. 1. Wyznaczanie współczynnika załamania materiału płytki : A,B,C,D punkty wbicia szpilek ; s

TEST nr 1 z działu: Optyka

ZAGADNIENIA na egzamin klasyfikacyjny z fizyki klasa III (IIIA) rok szkolny 2013/2014 semestr II

C29. Na rysunku zaznaczono cztery łódki. Jeśli któraś z nich znajduje się pod mostem, to jest to łódka numer:

OPTYKA GEOMETRYCZNA I INSTRUMENTALNA

WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA

Zestaw do prezentacji zjawisk optyki geometrycznej laserowym źródłem światła LX-2901 INSTRUKCJA OBSŁUGI

Optyka geometryczna. Podręcznik metodyczny dla nauczycieli

Przedmiotowy system oceniania dla uczniów z obowiązkiem dostosowania wymagań edukacyjnych z fizyki kl. III

Ć W I C Z E N I E N R O-1

Ćwiczenie z fizyki Doświadczalne wyznaczanie ogniskowej soczewki oraz współczynnika załamania światła

WYZNACZANIE OGNISKOWYCH SOCZEWEK

Szczegółowy rozkład materiału z fizyki dla klasy III gimnazjum zgodny z nową podstawą programową.

WYMAGANIA ZGODNIE Z PROGRAMEM NAUCZANIA G-11/09/10 Osiągnięcia konieczne Osiągnięcia podstawowe Osiągnięcia rozszerzone Osiągnięcia dopełniające

Transkrypt:

1100-1BO15, rok akademicki 2018/19 OPTYKA GEOMETRYCZNA I INSTRUMENTALNA dr hab. Rafał Kasztelanic Wykład 3

Pryzmat Pryzmaty w aparatach fotograficznych en.wikipedia.org/wiki/pentaprism luminous-landscape.com/understanding-viewfinders 2

Pryzmat Pryzmaty w lornetkach procular.com.au 3 www.all4shooters.com

Pryzmat Pryzmaty dwójłomne: Wollastona Nicola 4 pl.wikipedia.org

Pryzmat Pryzmaty Dovego: pl.wikipedia.org www.thorlabs.com Stosowany m.in. do kompensacji obrotu w ruchomych urządzeniach optycznych 5

Pryzmat Pryzmaty w rzutnikach multimedialnych, kamerach RGB (pryzmat RGB, pryzmat philipsa, pryzmat dichroiczny) spectracore.com 6

Pryzmat Pryzmat achromatyczny Rozszczepienie światła przez pryzmat jest często zjawiskiem niepożądanym. Można zbudować układ dwóch pryzmatów, które rozszczepiają wiązkę światła bez odchylenia. Dla małego kąta padania i małego kąta łamiącego φ odchylenie δ dla dwóch kolejnych pryzmatów (1, 2) oraz dwóch długości fali (C i F) wynosi (dla małego kąta łamiącego): δ C1 = (n C1 1)φ 1 odchylenie promienia C na pierwszym pryzmacie δ F1 = (n F1 1)φ 1 odchylenie promienia F na pierwszym pryzmacie δ C2 = (n C2 1)φ 2 odchylenie promienia C na drugim pryzmacie δ F2 = (n F2 1)φ 2 odchylenie promienia F na drugim pryzmacie Łączne odchylenie dla obu barw (C i F): δ C = δ C1 δ C2 odchylenie promienia C δ F = δ F1 δ F2 odchylenie promienia F www.pasco.com 7

Pryzmat Pryzmat achromatyczny Żądamy, aby oba odchylenia były takie same: δ C = δ F δ C1 δ C2 = δ F1 δ F2 (n C1 1)φ 1 (n C2 1)φ 2 = (n F1 1)φ 1 (n F2 1)φ 2 Dzieląc obie strony przez φ 1 i przenosząc dostajemy [φ 2 /φ 1 ] (n F2 1 n C2 + 1) = (n F1 1 n C1 + 1) [φ 2 /φ 1 ] (n F2 n C2 ) = (n F1 n C1 ) W wyniku otrzymujemy warunek achromatyzacji pryzmatu [φ 2 / φ 1 ] = (n F1 n C1 )/(n F2 n C2 ) 8 www.slideshare.net/schizophrenicsabbir/ophthalmic-prism

Pryzmat Pryzmat podwójny Fresnela (wykorzystywany w keratometrze) www.maths.tcd.ie 9 carletonltd.com

Pryzmat Spektrometr pryzmatyczny 10

Pryzmat Dioptria pryzmatyczna L d D p d [cm] 100tg L[m] np.: D np.: D p p 1cm 1m 3cm 2 m 1dprism 1,5 dprism 1 1,5 11

Pryzmat Odbicie i załamanie światła 12

Układ optyczny Układ optyczny fragment (obszar) przestrzeni o zadanym rozkładzie współczynnika załamania n(x, y, z). Układ optyczny przekształca przestrzeń przedmiotową (traktowaną jak zbiór źródeł światła) w przestrzeń obrazową zbiór obrazów źródeł. Zakłada się, że promienie świetlne wychodzące z punktowych źródeł światła, po przejściu przez układ optyczny zostaną z powrotem skupione w punkty obrazy. Układ optyczny dokonuje przekształcenia energetyczno-geometrycznego, bowiem rozkład energii i układ obrazów jest inny niż w przestrzeni przedmiotowej. 13

Układ optyczny Przedmiot lub obraz jest rzeczywisty jeśli jest określony w miejscu położenia przez rozkład natężenia światła. Można ustawić w tym miejscu detektor lub dowolny inny światłoczuły element (np. klisza światłoczuła) i zarejestrować ten przedmiot lub obraz. Przedmiot lub obraz jest pozorny, jeśli w jego płaszczyźnie położenia nie można zarejestrować żadnego rozkładu natężenia światła. Przedmiot lub obraz sprawia tylko wrażenie, że znajduje się w określonym miejscu. 14

Układ optyczny Przedmiot lub obraz jest rzeczywisty jeśli jest określony w miejscu położenia przez rozkład natężenia światła. Można ustawić w tym miejscu detektor lub dowolny inny światłoczuły element (np. klisza światłoczuła) i zarejestrować ten przedmiot lub obraz. Przedmiot lub obraz jest pozorny, jeśli w jego płaszczyźnie położenia nie można zarejestrować żadnego rozkładu natężenia światła. Przedmiot lub obraz sprawia tylko wrażenie, że znajduje się w określonym miejscu. 15

Optyka promieni w zwierciadłach i soczewkach Reguła znaków (zgodna z normą europejską) Kąty przyjmują wartości ujemne według następujących reguł: 1. Kąt jaki promień tworzy z osią optyczną mierzymy od promienia do osi. Kąt jest ujemny, gdy ruch od promienia do osi optycznej (po krótszej drodze) jest zgodny z ruchem wskazówek zegara (np. kąt s na rysunku). 2. Kąt jaki promień padający, odbity lub załamany tworzy z normalną do granicy ośrodków w punkcie padania, mierzymy od promienia do normalnej. Kąt jest ujemny gdy ruch od promienia do normalnej (po krótszej drodze) jest przeciwny do ruchu wskazówek zegara (np. kąt e ). 3. Gdy normalna i oś optyczna pokrywają się, kąt traktujemy jak kąt między promieniem i normalną ( kąty w, w ) i stosujemy regułę znaków z punktu 2. Światło biegnie z lewej do prawej. Odległości poziome mierzymy od powierzchni łamiących lub płaszczyzn głównych do charakterystycznych punktów układu (punkt przedmiotu/obrazu, ognisko, środek krzywizny, punkt dali itp.). Gdy przechodząc od powierzchni łamiącej/płaszczyzny głównej do charakterystycznego punktu poruszamy sie z lewej do prawej, odległości są dodatnie; gdy przeciwnie odległości są ujemne. Odległości pionowe mierzymy od osi do punktów pozaosiowych. Gdy punkt leży powyżej osi optycznej odległość jest dodatnia, gdy przeciwnie odległość jest ujemna. 16 opr: MK-H

Optyka promieni w zwierciadłach i soczewkach Zdolność zbierająca powierzchni sin nsin i n i promienie przy osiowe ni n i 17

Optyka promieni w zwierciadłach i soczewkach Zdolność zbierająca powierzchni sin nsin i n i promienie przy osiowe ni i u i u n i ( PMC) ( CMP ) u u h h PO s h h OP s h h OC r 18

Optyka promieni w zwierciadłach i soczewkach Zdolność zbierająca powierzchni sin nsin i n i promienie przy osiowe ni i u i u n i ( PMC) ( CMP ) u u h h PO s h h OP s h h OC r Niezmiennik Abbego Zdolność zbierająca powierzchni 1 1 1 n n r s r n s n s 1 s n n r 19

Optyka promieni w zwierciadłach i soczewkach Zdolność zbierająca powierzchni n n s s n n r Przedmiot w nieskończoności (- ): n n s n s f n r s r n n Ognisko obrazowe punkt w przestrzeni obrazowej, w którym przecinają się promienie równoległe do osi optycznej w przestrzeni przedmiotowej. 20

Optyka promieni w zwierciadłach i soczewkach Zdolność zbierająca powierzchni n n s s n n r Przedmiot w nieskończoności (- ): n n s n s f n r s r n n Ognisko obrazowe punkt w przestrzeni obrazowej, w którym przecinają się promienie równoległe do osi optycznej w przestrzeni przedmiotowej. Obraz w nieskończoności (+ ): n n n s s f n r s r n n Ognisko przedmiotowe punkt w przestrzeni przedmiotowej, którego obraz leży w nieskończoności w przestrzeni obrazowej (promienie z niego wychodzące stają się równoległe do osi optycznej). 21

Optyka promieni w zwierciadłach i soczewkach Zdolność zbierająca powierzchni n n s s n n r Przedmiot w nieskończoności (- ): n n s n s f n r s r n n Ognisko obrazowe punkt w przestrzeni obrazowej, w którym przecinają się promienie równoległe do osi optycznej w przestrzeni przedmiotowej. Obraz w nieskończoności (+ ): n n n s s f n r s r n n Ognisko przedmiotowe punkt w przestrzeni przedmiotowej, którego obraz leży w nieskończoności w przestrzeni obrazowej (promienie z niego wychodzące stają się równoległe do osi optycznej). n f n f W powietrzu: 1 1 f f 22 WERGENCJA

Optyka promieni w zwierciadłach Zwierciadło płaskie pozorny obraz rzeczywistego przedmiotu www.vorc.fcu.edu dla zwierciadła płaskiego: r = n s n s n n r 23 Wizualizacja: http://physics.bu.edu/~duffy/html5/mirrors.html

Optyka promieni w zwierciadłach Zwierciadła sferyczne sferyczne zwierciadło wklęsłego r < 0 24

Optyka promieni w zwierciadłach Zwierciadła sferyczne sferyczne zwierciadło wklęsłego r < 0 sferyczne zwierciadło wypukłego r > 0 L.S. Pedrotti, Fundamentals of Photonics 25

Optyka promieni w zwierciadłach Zwierciadła sferyczne sferyczne zwierciadło wklęsłego r < 0 sferyczne zwierciadło wypukłego r > 0 26 współczynniki załamania przed odbiciem i po są sobie równe z przeciwnym znakiem n = n ogniskowe f = f n n n n s s r n n n n n n 2n /: n s s r s s r 1 1 2 s s r Równanie zwierciadła L.S. Pedrotti, Fundamentals of Photonics

Optyka promieni w zwierciadłach Zwierciadło wklęsłe 27

Optyka promieni w zwierciadłach Zwierciadło wypukłe 28 Wizualizacja: http://physics.bu.edu/~duffy/html5/mirrors.html

Optyka promieni w soczewkach Cienka soczewka sferyczna 29

Optyka promieni w soczewkach Cienka soczewka sferyczna Powierzchnia 1: s 1 n 1 n1 s s r 1 1 1 n s nr s 1 1 1 f n 1 1 1 n1 r 30

Optyka promieni w soczewkach 31 Cienka soczewka sferyczna Powierzchnia 1: Powierzchnia 2: 1 n 1 n s s r dla d=0 1 n 1 n 2 2 2 s2 s2 r2 s 1 n 1 n1 s s r 1 1 1 n s nr s 1 1 1 f n 1 1 1 1 n 1 n 1n 1 1n n s 2 s 1 s 2 f 1 r2 s 2 r2 f 1 1 1n n1 1 1 1 1 n 1 s 2 r2 r1 s 2 f 2 r1 r2 n1 r

Optyka promieni w soczewkach 32 Cienka soczewka sferyczna Powierzchnia 1: Powierzchnia 2: 1 n 1 n s s r dla d=0 s s s 1 n 1 n1 s s r 1 1 1 n s nr s 1 2 2 2 2 2 2 2 1 1 1 f n 1 1 1 1 n 1 n s s r 1 n 1 n 1n 1 1n n s 2 s 1 s 2 f 1 r2 s 2 r2 f 1 1 1n n1 1 1 1 1 n 1 s 2 r2 r1 s 2 f 2 r1 r2 n1 r

Optyka promieni w soczewkach Cienka soczewka sferyczna n 1 n 1 1 n 1n s s r s s r 1 1 1 2 2 2 dla d=0 s 1 s2 1 n1 1 1n s 2 r1 s1 r2 1 n1 1 1n s r s r 2 1 1 2 1 1 1 n 1 f r r 1 2 1 s 1 s 1 r 1 r 1 f n 1 1 2 Wzór soczewkowy 33

Optyka promieni w soczewkach Cienka soczewka sferyczna Dla soczewki zanurzonej w ośrodku o współczynniku załamania n 0 > 1 wzór soczewkowy oraz zdolność zbierająca soczewki przyjmują postać n f 1 n n 0 1 0 ' r1 r2 soczewki skupiające: f > 0 soczewki rozpraszające: f < 0 n0 f ' 34

Optyka promieni w soczewkach Skupiająca cienka soczewka sferyczna 35

Optyka promieni w soczewkach Rozpraszająca cienka soczewka sferyczna 36 Wizualizacja: http://physics.bu.edu/~duffy/html5/lenses.html