Peegelpilt: Valguse Peegeldus Ja Refraktsioon

{h1}

Peegelpilt on peegeldava pinnaga piirnevate valguskiirte tulemus. Peegeldus ja murdumine on geomeetrilise optika kaks peamist aspekti.

Kui inimesed otsivad peeglit, näevad nad end klaasi taga. See pilt tuleneb valguskiirtest, mis puutuvad kokku läikiva pinnaga ja peideldavad või peegeldavad peegelpildis. Inimesed leiavad üldiselt, et peegeldus on tagurpidi vasakult paremale; Kuid see on eksiarvamus. Kui te seisate silmitsi põhja poole ja otse peegli otse, jääb teie nägu idaosa ikkagi pildi ida pool, ja see kehtib ka lääne poole kohta. Peegel ei muuda kujutist vasakult paremale; see tagurpidi pöördub ümber. Näiteks kui te seisate silmitsi põhja poole, on teie peegeldus suunatud lõuna poole.

Valguskiirte peegeldus on üks geomeetrilise optika peamistest aspektidest; teine ​​on murdumine või valguskiirte painutamine. Geomeetriline optika on üks kahe optilise laia klassi - väli, mis tegeleb valguse levimisega läbipaistva meedia kaudu - Austini Texase Ülikooli füüsika professor Richard Fitzpatricki sõnul kursuse loengute kohta Elektromagnetism ja optika. (Teine klass on füüsiline optika.)

Geomeetriline optika

Geomeetriline optika kohtleb valgust pideva kiirgusega (erinevalt lainetest või osakestest), mis liiguvad läbipaistva meediumi järgi kolme seaduse järgi. Esimeses seaduses sätestatakse, et valguskiired liiguvad sirgjoonte kaudu sarnase läbipaistva meediumiga. Teine väidab, et kui valguskiir satub sujuva, läikiva (või juhtivusega) pinnaga, nagu näiteks peegel, siis lööb see ray selle pinna. Kolmas seadus reguleerib valguskiirte käitumist, kui nad läbivad kahe eri meediumi, nagu õhk ja vesi. Näiteks kui vaatate lusikat klaasi vees, tundub, et lusikat sisaldav osa on ootuses teistsuguses kohas. See juhtub, sest valguskiired muudavad suunda, kui nad lähevad ühest läbipaistvast materjalist (õhk) teise (vesi).

Sir Isaac Newton kehtestas geomeetrilise optika aluse oma klassikalise 1704 töö "Opticks." Tema kirjeldatud põhimõtteid kasutatakse tänapäeval prillide, teleskoopide, mikroskoopide, prillide ja kaamera objektiivide kujundamiseks.

Peegeldava teleskoobi valguses lööb peamine peegel ja põrkub tagasi sekundaarpeeglisse, mis suunab valguse okulaari objektiivile.

Peegeldava teleskoobi valguses lööb peamine peegel ja põrkub tagasi sekundaarpeeglisse, mis suunab valguse okulaari objektiivile.

Krediit: Virginia Commonwealth University

Peegeldus

Lameda pinnaga peegeldused on üsna kergesti arusaadavad. Peegli peegeldumine tundub olevat sama kaugel peegli "teisest küljest", kui vaataja silmad on peeglist. Samuti, kui peegel peegeldub, kostab see sama nurga all vastupidises suunas, millest see tabab. Näiteks kui valgus vastab vasakule 30-kraadise nurga all tasasele või "tasapinnale peegelile", hüppab see paremale 30-kraadise nurga all.

Kui aga peegli pind on kõverad, on peegelduse nurgad erinevad pinna erinevates kohtades. Optilistel seadmetel on kõige sagedasem kumer pind kerakujuline peegel. Kui peegel on kumer või väljapoole kumer, peegeldub see laiema ala, kus pildid paistavad väiksemad ja kaugemad kui lamedad peeglid. Neid peegleid kasutatakse sageli autode välimistele tahavaatepeeglitele ja kaupluste järelevalve all olevatele suurtele aladele.

Kui pind on nõgus või kaardus sissepoole, kajastub kaugel asuvast allikast pärinev valguskiirte rida ühte asukohta, mis on tuntud kui fookuspunkt. See tekitab üldjuhul suurendusmõju, näiteks meikpeeglis. Peegli kõveruse raadius määrab selle suurendusteguri ja selle fookuskauguse.

Newton kasutas oma peegeldavat teleskoopi, mis on endiselt populaarne amatöör astronoomide jaoks tänu oma lihtsusele, odavale ja kõrge pildikvaliteedi tasemele, nõgusasse sfäärilisse peeglisse.

Newtoni peegeldavale teleskoopile löövad tahedad peeglid samast nurga all kaugel asuvatest objektidest, mis on sisuliselt paralleelsed (kuna need on pärit nii kaugel). Seejärel kajastuvad kiirid teleskoobi toru kaudu fookuspunkti suunas. Siiski jõuavad nad enne keskpunkti jõudmist sekundaarset, lamepeeglit, mis on kallutatud 45-kraadise nurga all. Sekundaarne peegel suunab valgus läbi toru külje ava. Seejärel fokuseerib okulaari objektiiv valgust. See annab suurendatud kujutise. Samuti näib pilt palju selgemaks kui palja silmaga, sest peegel kogub ja kontsentreerib valgust.

Sfäärilise peegli kuju mõjutab kujutist, mis kajastub. Peegli serva lähedal lööv valgustus ei keskendu täpselt samas kohas kui kesklinnale lähemal asuv valgus. Selle tulemuseks on nn sfääriline aberratsioon. Seda nähtust korrigeeritakse sageli, kasutades läätsede kombinatsiooni või suurte teleskoopide puhul paraboolpeeglite abil, mis on kujundatud ümarate koonuste kujul, mis suunavad kogu valguse allikast ühele punktile.

A.

Murdumisnäitajana on klaasjas vees "painutatud" lusikas.

Krediit: Crok Fotograafia Shutterstock

Refraktsioon

Refraktsioon on valguse kiirte painutamine. Tavaliselt liigub valgus sirgjoonel ja muudab suunda ja kiirust, kui see läbib ühest läbipaistvast keskkonnast teise, näiteks õhust klaasini.

Vaakumis on valguse kiirus, mida tähistatakse kui "c", konstantne.Kuid kui valgus leiab läbipaistvat materjali, aeglustub see. Materjali murdumisnäitaja, mida tähistatakse n-ga, nimetatakse materjali murdumisnäitajaks, millega aine aeglustab valguse aeglustumist. Physics.info sõnul on tavaliste materjalide ligikaudsed väärtused n:

  • Vaakum = 1 (määratluse järgi)
  • Õhk = 1.0003 (standardtemperatuur ja rõhk)
  • Vesi = 1,33 (68 kraadi Fahrenheiti või 20 kraadi Celsiuse järgi)
  • Soda-laimi krooni klaas = 1,51
  • Sapphire = 1,77
  • 71-protsendiline plii kraanaklaas = 1,89
  • Tsirkooniumoksiid = 2,17
  • Diamond = 2.42

Need numbrid tähendavad, et valguse kiirus on 1,33 korda aeglasem vees ja 2,42 korda aeglasem teemandist kui vaakumis.

Kui valgus läheb alumist n-piirkonnast, näiteks õhust läbi pinna kõrgema n-piirkonda, näiteks klaasi, muutub valgus suund. See tähendab, et selle tee on pinnale lähemal risti või "normaalne". Kui valgus läheb kõrgema n piirkonnast madalama n piirkonda, siis kõverub see "normaalsest" suunas eemale. See põhjustab lusikaga vee alla jäävat osa klaasist veest, mis paneb selle vees painduma.

Fookus

Kumerpindalaga objektiivil on paralleelsed kiirgud painutatavad erineva nurga all sõltuvalt pinna nurkast, kuhu kiirgusid sisenevad objektiivi. Kumeradesse läätsesse suunduvad paralleelsed kiirgud lähevad kokku objektiivi teisele küljele. Siiski, kui paralleelsed kiirgud sisenevad nõgusesse läätsesse, siis need erineda või levivad läätse teisel küljel. Neile öeldakse, et neil on "virtuaalne kontaktpunkt" kohas, kus erinevad kiired vastavad, kui nad laieneksid tagasi objektiivi lähima külje poole.

Objektiivid võivad olla ka silindrikujulised, kas kumerad või nõgusad, mis suurendavad või vähendavad vastavalt ainult ühte suunda. Need läätsed kombineeritakse tihti sfäärilise kujuga, et toorik-või spherotsilindri objektiivi. Selline lääts on kujundatud sisemise toru pinnana, st sellel on rohkem kumerust ühes suunas kui teine.

Sellist kuju kasutatakse sageli prillide jaoks astigmatismi korrigeerimiseks, mis põhjustab ähmast nägemust tingituna kas sarvkesta ebaregulaarse kuju, silma selge esikaane või mõnikord silma sees oleva läätse kõveruse järgi American Optometric Association. Kui teil hoiate paari nendest prillidest eemal oma näost ja vaadake läbi ühe objektiivi, kui seda pöörata, siis astigmaatiline objektiiv muudab pildi kuju muutma.

Kuid geomeetriline optika ei hõlma kõiki optika valdkondi. Füüsiline optika hõlmab selliseid teemasid nagu difraktsioon, polarisatsioon, häired ja mitmesugused hajumise viisid. Kvantoptika käsitleb fotone käitumist ja omadusi, sealhulgas spontaanset emissiooni, stimuleeritud emissiooni (laseride põhimõtet) ja laine / osakeste duaalsust.

Jim Lucas on vabakutseline kirjanik ja toimetaja, kes on spetsialiseerunud füüsikale, astronoomiale ja insenerile. Ta on üldjuht Lucas Technologies.

Lisaressursid

Elektromagnetism ja optika: sissejuhatav kursus (Richard Fitzpatrick, Texas Ülikool Austinis)


Video Täiendada: .




ET.WordsSideKick.com
Kõik Õigused Reserveeritud!
Mistahes Materjalide Reprodutseerimine Lubatud Ainult Prostanovkoy Aktiivne Link Saidile ET.WordsSideKick.com

© 2005–2019 ET.WordsSideKick.com