أحد فروع الفيزياء القديمة والضخمة هو البصريات. وتستخدم إنجازاتها في العديد من العلوم ومجالات النشاط: الهندسة الكهربائية والصناعة والطب وغيرها. من المقال يمكنك معرفة ما يدرسه هذا العلم وتاريخ تطور الأفكار حوله وأهم الإنجازات وما هي الأنظمة والأدوات البصرية الموجودة.

ماذا تدرس البصريات؟

اسم هذا التخصص من أصل يوناني ويُترجم بـ “علم الإدراك البصري”. البصريات هي فرع من فروع الفيزياء يدرس طبيعة الضوء وخصائصه والقوانين المرتبطة بانتشاره. يدرس هذا العلم طبيعة الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية. لأنه بفضل الضوء يستطيع الناس الرؤية العالمهذا الفرع من الفيزياء هو أيضًا فرع يتعلق بالإدراك البصري للإشعاع. ولا عجب: أن العين نظام بصري معقد.

تاريخ تشكيل العلم

البصريات نشأت في العصور القديمةعندما حاول الناس فهم طبيعة الضوء ومعرفة كيف يمكنهم رؤية الأشياء في العالم المحيط بهم.

اعتبر الفلاسفة القدماء الضوء المرئي إما شعاعًا صادرًا من عين الإنسان أو نهرًا جزيئات صغيرة جدا، الطيران بعيدًا عن الأشياء ودخول العين.

وبعد ذلك، تمت دراسة طبيعة الضوء من قبل العديد من العلماء البارزين. صاغ إسحاق نيوتن نظرية حول الجسيمات - وهي جزيئات صغيرة من الضوء. وطرح عالم آخر، هويجنز، هذه الفكرة نظرية جديدة.

استمر استكشاف طبيعة الضوء من قبل فيزيائيي القرن العشرين: ماكسويل، بلانك، أينشتاين.

حاليًا، تتحد فرضيات نيوتن وهيجنز في مفهوم ازدواجية الموجة والجسيم، والتي بموجبها يمتلك الضوء خصائص كل من الجسيمات والأمواج.

الأقسام

إن موضوع بحث البصريات ليس الضوء وطبيعته فحسب، بل يشمل أيضًا أدوات هذا البحث وقوانين وخصائص هذه الظاهرة وغير ذلك الكثير. لذلك، يحتوي العلم على عدة أقسام مخصصة للجوانب الفردية للبحث.

• البصريات الهندسية.
• موجة؛
• الكم.

وسيتم مناقشة كل قسم بالتفصيل أدناه.

البصريات الهندسية

يوجد في هذا القسم قوانين البصريات التالية:

قانون استقامة انتشار الضوء عبر وسط متجانس. يعتبر شعاع الضوء بمثابة خط مستقيم تمر عبره جزيئات الضوء.

قانون الانعكاس:

تقع الأشعة الساقطة والمنعكسة، وكذلك العمودي على السطح البيني بين الوسطين، المعاد بناؤها عند نقطة سقوط الشعاع، في نفس المستوى ( مستوى الإصابة).زاوية الانعكاس γ تساوي زاوية السقوط α.

قانون الانكسار:

تقع الأشعة الساقطة والمنكسرة، وكذلك العمودي على السطح البيني بين الوسطين، المعاد بناؤها عند نقطة سقوط الشعاع، في نفس المستوى. نسبة جيب زاوية السقوط α إلى جيب زاوية الانكسار β هي قيمة ثابتة لاثنين من الوسائط المعطاة.

العدسات هي وسيلة لدراسة خصائص الضوء في البصريات الهندسية.

العدسة جسم شفاف قادر على الإرسال والتعديل، وينقسم إلى محدبة ومقعرة، كما أنه قابل للجمع والتشتت. العدسة هي المكون الرئيسي لجميع الأجهزة البصرية. وعندما يكون سمكها صغيرا مقارنة بأنصاف أقطار الأسطح تسمى رقيقة. في علم البصريات، تبدو صيغة العدسة الرقيقة كما يلي:

1/د + 1/و = د، حيث

د هي المسافة من الجسم إلى العدسة؛ f هي المسافة من الصورة إلى العدسة؛ D هي القوة البصرية للعدسة (تقاس بالديوبتر).

البصريات الموجية ومفاهيمها

وبما أنه من المعروف أن الضوء له كل خصائص الموجة الكهرومغناطيسية، فإن فرعًا منفصلاً من الفيزياء يدرس مظاهر هذه الخصائص. يطلق عليه البصريات الموجية.

المفاهيم الأساسية لهذا الفرع من البصريات هي التشتت والتداخل والحيود والاستقطاب.

ظاهرة التشتت اكتشفها نيوتن بفضل تجاربه مع المنشور. ويعد هذا الاكتشاف خطوة مهمة نحو فهم طبيعة الضوء. واكتشف أن انكسار أشعة الضوء يعتمد على لونها. هذه الظاهرة كانت تسمى تشتت أو تشتت الضوء. ومن المعروف الآن أن اللون يعتمد على الطول الموجي. بالإضافة إلى ذلك، كان نيوتن هو من اقترح مفهوم الطيف للإشارة إلى شريط قوس قزح الناتج عن التشتت عبر المنشور.

تأكيد الطبيعة الموجية للضوء هو تداخل أمواجها الذي اكتشفه يونغ. هذا هو الاسم الذي يطلق على تراكب موجتين أو أكثر فوق بعضها البعض. ونتيجة لذلك يمكن رؤية ظاهرة تقوية وإضعاف اهتزازات الضوء في نقاط مختلفة في الفضاء. مظاهر التدخل جميلة ومألوفة لدى الجميع فقاعةوفيلم ملون بألوان قوس قزح من البنزين المسكوب.

الجميع يواجه ظاهرة الحيود. يُترجم هذا المصطلح من اللاتينية على أنه "مكسور". الحيود في علم البصريات هو انحناء موجات الضوء حول حواف العوائق. على سبيل المثال، إذا وضعت كرة في مسار شعاع الضوء، فستظهر حلقات متناوبة على الشاشة خلفها - فاتحة ومظلمة. تسمى نمط الحيود. درس يونج وفريسنل هذه الظاهرة.

المفهوم الرئيسي الأخير في البصريات الموجية هو الاستقطاب. ويسمى الضوء مستقطباً إذا كان اتجاه اهتزازات موجته منتظماً. وبما أن الضوء عبارة عن موجة طولية وليست عرضية، فإن الاهتزازات تحدث حصراً في الاتجاه العرضي.

البصريات الكمومية

الضوء ليس موجة فحسب، بل هو أيضًا تيار من الجسيمات. وعلى أساس هذا المكون منه، نشأ فرع من العلوم مثل البصريات الكمومية. ويرتبط مظهره باسم ماكس بلانك.

الكم هو أي جزء من شيء ما. وفي هذه الحالة نحن نتحدث عن الكميات الإشعاعية، أي أجزاء من الضوء المنبعثة خلالها. تُستخدم كلمة فوتونات للإشارة إلى الجسيمات (من الكلمة اليونانية φωτός - "الضوء"). تم اقتراح هذا المفهوم من قبل ألبرت أينشتاين. في هذا القسم من علم البصريات، تُستخدم أيضًا صيغة أينشتاين E=mc2 لدراسة خصائص الضوء.

الهدف الرئيسي لهذا القسم هو دراسة وتوصيف تفاعل الضوء مع المادة ودراسة انتشاره في الظروف غير النمطية.

تظهر خصائص الضوء كتيار من الجسيمات في الظروف التالية:

• الإشعاع الحراري؛
• التأثير الكهروضوئي؛
• العمليات الكيميائية الضوئية.
• الانبعاث المحفز ، إلخ.

في البصريات الكمومية هناك مفهوم الضوء غير الكلاسيكي. والحقيقة هي أن الخصائص الكمومية للإشعاع الضوئي لا يمكن وصفها في إطار البصريات الكلاسيكية. يتم استخدام الضوء غير الكلاسيكي، على سبيل المثال، ثنائي الفوتون، المضغوط، في مجالات مختلفة: لمعايرة أجهزة الكشف الضوئية، لإجراء قياسات دقيقة، وما إلى ذلك. تطبيق آخر هو التشفير الكمي - وهي طريقة سرية لنقل المعلومات باستخدام الرموز الثنائية، حيث يتم توجيه عموديًا يتم تعيين الفوتون 0، والفوتون الموجه أفقيًا - 1.

أهمية البصريات والأدوات البصرية

في أي المجالات وجدت تكنولوجيا البصريات تطبيقها الرئيسي؟

أولاً: لولا هذا العلم لم تكن هناك أدوات بصرية معروفة لكل إنسان: التلسكوب، والميكروسكوب، والكاميرا، وجهاز العرض وغيرها. وبمساعدة العدسات المختارة خصيصًا، تمكن الناس من استكشاف العالم المصغر، والكون، الأجسام السماويةوكذلك التقاط المعلومات وبثها على شكل صور.

بالإضافة إلى ذلك، وبفضل البصريات تم اكتشاف عدد من الاكتشافات المهمة في مجال طبيعة الضوء وخصائصه وظواهر التداخل والاستقطاب وغيرها.

وأخيرا، تم استخدام البصريات على نطاق واسع في الطب، على سبيل المثال، في دراسة الأشعة السينية، على أساسها تم إنشاء جهاز أنقذ العديد من الأرواح. وبفضل هذا العلم، تم اختراع الليزر أيضًا، والذي يستخدم على نطاق واسع في التدخلات الجراحية.

البصريات والرؤية

العين هي نظام بصري. بفضل خصائص الضوء وقدرات أجهزة الرؤية، يمكنك رؤية العالم من حولك. لسوء الحظ، قليل من الناس يمكنهم التباهي بالرؤية المثالية. وبمساعدة هذا التخصص، أصبح من الممكن استعادة قدرة الأشخاص على الرؤية بشكل أفضل بمساعدة النظارات والعدسات اللاصقة. لذلك، حصلت المؤسسات الطبية المشاركة في اختيار منتجات تصحيح الرؤية أيضًا على الاسم المقابل - البصريات.

يمكننا تلخيص ذلك. لذا، فإن البصريات هي علم خصائص الضوء، الذي يؤثر على العديد من مجالات الحياة وله تطبيق واسع في العلوم وفي الحياة اليومية.

ضوء- هذه موجات كهرومغناطيسية، تتراوح أطوالها الموجية بالنسبة للعين البشرية المتوسطة من 400 إلى 760 نانومتر. وفي هذه الحدود يسمى الضوء مرئي. الضوء ذو الطول الموجي الأطول يظهر لنا باللون الأحمر، والضوء ذو الطول الموجي الأقصر يظهر باللون البنفسجي. من السهل أن نتذكر تناوب الألوان في الطيف باستخدام القول المأثور " لكل عنصياد ويريد زناه، زدي معيذهب Fالأذان." تتوافق الأحرف الأولى من كلمات القول مع الأحرف الأولى من الألوان الأساسية للطيف بترتيب تنازلي لطول الموجة (وبالتالي زيادة التردد): " لأحمر - عنيتراوح - وأصفر - زأخضر - زأزرق - معأزرق - Fأرجواني." يسمى الضوء ذو الأطوال الموجية الأطول من اللون الأحمر الأشعة تحت الحمراء. أعيننا لا تلاحظ ذلك، لكن بشرتنا تسجل مثل هذه الموجات على شكل إشعاع حراري. يسمى الضوء الذي طوله الموجي أقصر من اللون البنفسجي فوق بنفسجي.

موجات كهرومغناطيسية(وعلى وجه الخصوص، موجات الضوء، أو ببساطة ضوء) هو مجال كهرومغناطيسي ينتشر في المكان والزمان. الموجات الكهرومغناطيسية مستعرضة - متجهات الكثافة الكهربائية والحث المغناطيسي متعامدة مع بعضها البعض وتقع في مستوى عمودي على اتجاه انتشار الموجة. تنتشر موجات الضوء، مثل أي موجات كهرومغناطيسية أخرى، في المادة بسرعة محدودة، والتي يمكن حسابها بالصيغة:

أين: ε و μ - النفاذية العازلة والمغناطيسية للمادة، ε 0 و μ 0 – الثوابت الكهربائية والمغناطيسية : ε 0 = 8.85419 10 –12 فهرنهايت/م، μ 0 = 1.25664·10 –6 ح/م. سرعة الضوء في الفراغ(أين ε = μ = 1) ثابت ومتساوي مع= 3∙10 8 م/ث، ويمكن حسابها أيضًا باستخدام الصيغة:

تعتبر سرعة الضوء في الفراغ إحدى الثوابت الفيزيائية الأساسية. إذا انتشر الضوء في أي وسط، فإن سرعة انتشاره يتم التعبير عنها أيضًا بالعلاقة التالية:

أين: ن- معامل انكسار المادة هو كمية فيزيائية توضح عدد المرات التي تكون فيها سرعة الضوء في الوسط أقل منها في الفراغ. يمكن حساب معامل الانكسار، كما يتبين من الصيغ السابقة، على النحو التالي:

• الضوء يحمل الطاقة.عندما تنتشر موجات الضوء، ينشأ تدفق للطاقة الكهرومغناطيسية.
• تنبعث موجات الضوء على شكل كميات فردية من الإشعاع الكهرومغناطيسي (الفوتونات) بواسطة الذرات أو الجزيئات.

بالإضافة إلى الضوء، هناك أنواع أخرى من الموجات الكهرومغناطيسية. تم إدراجها أدناه بترتيب انخفاض الطول الموجي (وبالتالي زيادة التردد):

• موجات الراديو؛
• الأشعة تحت الحمراء؛
• ضوء مرئي؛
• الأشعة فوق البنفسجية.
• الأشعة السينية.
• أشعة غاما.

التشوش

التشوش– أحد ألمع مظاهر الطبيعة الموجية للضوء. يرتبط بإعادة توزيع الطاقة الضوئية في الفضاء عند تطبيق ما يسمى ب متماسكالموجات، أي موجات لها نفس الترددات وفرق طور ثابت. تتميز شدة الضوء في منطقة تداخل الشعاع بطابع تناوب الخطوط الفاتحة والداكنة، حيث تكون الشدة عند الحد الأقصى أكبر وعند الحد الأدنى أقل من مجموع شدة الشعاع. عند استخدام الضوء الأبيض، تظهر أهداب التداخل بألوان مختلفة من الطيف.

لحساب التداخل، يتم استخدام هذا المفهوم طول المسار البصري. دع الضوء يسافر المسافة لفي وسط ذو معامل انكسار ن. ثم يتم حساب طول المسار البصري بالصيغة:

لكي يحدث التداخل، يجب أن تتداخل حزمتان على الأقل. بالنسبة لهم يتم حسابه اختلاف المسار البصري(فرق ​​الطول البصري) حسب الصيغة التالية:

هذه القيمة هي التي تحدد ما يحدث أثناء التداخل: الحد الأدنى أو الحد الأقصى. تذكر ما يلي: الحد الأقصى للتداخل (الشريط الضوئي) يتم ملاحظته في تلك النقاط في الفضاء التي يتم فيها استيفاء الشرط التالي:

في م= 0، يتم ملاحظة الحد الأقصى من الترتيب الصفري، عند م= ±1 الحد الأقصى من الدرجة الأولى وهكذا. الحد الأدنى من التدخل(الشريط الداكن) يتم ملاحظته عند استيفاء الشرط التالي:

فرق طور التذبذب هو:

بالنسبة للرقم الفردي الأول (واحد) سيكون هناك حد أدنى من الترتيب الأول، وبالنسبة للرقم الثاني (ثلاثة) سيكون هناك حد أدنى من الترتيب الثاني، وما إلى ذلك. لا يوجد حد أدنى للطلب.

الانحراف. صريف الحيود

الانحرافالضوء هو ظاهرة انحراف الضوء عن الاتجاه المستقيم لانتشاره عند المرور بالقرب من عوائق تكون أبعادها قابلة للمقارنة مع الطول الموجي للضوء (انحناء الضوء حول العوائق). تظهر التجربة أن الضوء، في ظل ظروف معينة، يمكن أن يدخل منطقة الظل الهندسي (أي أن يكون حيث لا ينبغي أن يكون). إذا كان هناك عائق دائري في مسار شعاع ضوء متوازي (قرص مستدير أو كرة أو ثقب دائري في شاشة معتمة)، فيجب على الشاشة الموجودة على مسافة كبيرة بما فيه الكفاية من العائق، نمط الحيود- نظام من الحلقات الفاتحة والداكنة بالتناوب. إذا كان العائق خطيًا (شق، خيط، حافة الشاشة)، فسيظهر على الشاشة نظام من حواف الحيود المتوازية.

شبكات الحيودهي هياكل دورية محفورة بواسطة آلة تقسيم خاصة على سطح لوح زجاجي أو معدني. في الشبكات الجيدة، يبلغ طول الخطوط الموازية لبعضها البعض حوالي 10 سم، ويوجد ما يصل إلى 2000 خط في المليمتر الواحد. في هذه الحالة يصل الطول الإجمالي للشبكة إلى 10-15 سم، ويتطلب إنتاج هذه الشبكات استخدام أعلى التقنيات. ومن الناحية العملية، تُستخدم أيضًا الشبكات الخشنة التي تحتوي على 50-100 خط لكل ملليمتر المطبقة على سطح الفيلم الشفاف.

عندما يسقط الضوء عادة على محزوز الحيود، يتم ملاحظة الحد الأقصى في بعض الاتجاهات (إلى جانب الاتجاه الذي سقط فيه الضوء في البداية). من أجل أن يتم ملاحظتها الحد الأقصى للتداخل، يجب استيفاء الشرط التالي:

أين: د- الفترة (أو الثابت) للشبكة (المسافة بين الخطوط المجاورة)، مهو عدد صحيح يسمى ترتيب الحد الأقصى للحيود. في تلك النقاط من الشاشة التي يتم استيفاء هذا الشرط فيها، يوجد ما يسمى بالحد الأقصى الرئيسي لنمط الحيود.

قوانين البصريات الهندسية

البصريات الهندسيةهو فرع من فروع الفيزياء لا يأخذ بعين الاعتبار الخصائص الموجية للضوء. كانت القوانين الأساسية للبصريات الهندسية معروفة قبل وقت طويل من تحديد الطبيعة الفيزيائية للضوء.

وسط متجانس بصريا- هذه وسيلة في الحجم الكامل يظل معامل الانكسار فيها دون تغيير.

قانون الانتشار المستقيم للضوء:في الوسط المتجانس بصريا، ينتشر الضوء بشكل مستقيم. يؤدي هذا القانون إلى فكرة أن شعاع الضوء هو خط هندسي ينتشر عبره الضوء. تجدر الإشارة إلى أن قانون الانتشار المستقيم للضوء ينتهك ويفقد مفهوم شعاع الضوء معناه إذا مر الضوء عبر ثقوب صغيرة أبعادها قابلة للمقارنة مع الطول الموجي (في هذه الحالة، يتم ملاحظة الحيود).

عند السطح البيني بين وسطين شفافين، يمكن أن ينعكس الضوء جزئيًا بحيث ينتشر جزء من الطاقة الضوئية في اتجاه جديد بعد الانعكاس، ويمر جزئيًا عبر الحدود وينتشر في الوسط الثاني.

قانون انعكاس الضوء:تقع الأشعة الساقطة والمنعكسة، وكذلك العمودي على السطح البيني بين الوسطين، المعاد بناؤها عند نقطة سقوط الشعاع، في نفس المستوى (مستوى الورود). زاوية الانعكاس γ مساوية لزاوية السقوط α . لاحظ أن جميع الزوايا في البصريات يتم قياسها من الخط المتعامد على السطح البيني بين الوسيطين.

قانون انكسار الضوء (قانون سنيل):تقع الأشعة الساقطة والمنكسرة، وكذلك العمودي على السطح البيني بين الوسطين، المعاد بناؤها عند نقطة سقوط الشعاع، في نفس المستوى. زاوية الإصابة نسبة جيبية α إلى جيب زاوية الانكسار β هي قيمة ثابتة لوسائطين محددتين ويتم تحديدها بواسطة التعبير:

تم إنشاء قانون الانكسار بشكل تجريبي من قبل العالم الهولندي دبليو سنيليوس في عام 1621. قيمة ثابتة نيتم استدعاء 21 معامل الانكسار النسبيالبيئة الثانية مقارنة بالأولى. يسمى معامل انكسار الوسط نسبة إلى الفراغ معامل الانكسار المطلق.

يسمى الوسط ذو القيمة المطلقة الأكبر بالكثافة البصرية، والوسط ذو القيمة المطلقة الأصغر يسمى الأقل كثافة. عند الانتقال من وسط أقل كثافة إلى وسط أكثر كثافة، فإن الحزمة "تضغط" على العمودي، وعند الانتقال من وسط أكثر كثافة إلى وسط أقل كثافة، فإنها "تبتعد" عن العمودي. الحالة الوحيدة التي لا ينكسر فيها الشعاع هي أن تكون زاوية السقوط 0 (أي أن الأشعة تكون متعامدة مع السطح البيني).

عندما ينتقل الضوء من وسط أكثر كثافة بصريا إلى وسط أقل كثافة بصريا ن 2 < ن 1 (على سبيل المثال، من الزجاج إلى الهواء) يمكن ملاحظتها ظاهرة الانعكاس الداخلي الكليأي اختفاء الشعاع المنكسر. يتم ملاحظة هذه الظاهرة عند زوايا الإصابة التي تتجاوز زاوية حرجة معينة α العلاقات العامة، وهو ما يسمى الزاوية الحدية للانعكاس الداخلي الكلي. لزاوية السقوط α = α العلاقات العامة، الخطيئة β = 1 منذ ذلك الحين β = 90°، وهذا يعني أن الشعاع المنكسر يمر على طول الواجهة نفسها، ووفقًا لقانون سنيل، يتم استيفاء الشرط التالي:

وبمجرد أن تصبح زاوية السقوط أكبر من الزاوية المحددة، فإن الشعاع المنكسر لم يعد يمتد ببساطة على طول الحدود، لكنه لا يظهر على الإطلاق، حيث يجب أن يكون جيبه الآن أكبر من واحد، لكن هذا لا يمكن أن يحدث.

العدسات

عدسةهو جسم شفاف يحده سطحان كرويان. إذا كان سمك العدسة نفسها صغيرا مقارنة بنصف قطر انحناء الأسطح الكروية فتسمى العدسة رفيع.

هناك عدسات جمعو نثر. إذا كان معامل انكسار العدسة أكبر من بيئة، فالعدسة المتقاربة في المنتصف تكون أكثر سمكًا منها عند الحواف، والعدسة المتباعدة، على العكس، أرق في الجزء الأوسط. إذا كان معامل انكسار العدسة أقل من معامل انكسار الوسط المحيط، فإن العكس هو الصحيح.

يسمى الخط المستقيم الذي يمر بمراكز انحناء الأسطح الكروية المحور البصري الرئيسي للعدسة. وفي حالة العدسات الرقيقة يمكننا أن نفترض تقريباً أن المحور البصري الرئيسي يتقاطع مع العدسة عند نقطة واحدة، وهو ما يسمى عادة المركز البصري للعدسة. يمر شعاع الضوء عبر المركز البصري للعدسة دون أن ينحرف عن اتجاهه الأصلي. تسمى جميع الخطوط المستقيمة التي تمر عبر المركز البصري المحاور الضوئية الثانوية.

إذا تم توجيه شعاع من الأشعة الموازي للمحور البصري الرئيسي نحو عدسة، فبعد مرورها عبر العدسة، ستتقارب الأشعة (أو استمرارها) عند نقطة واحدة F، من اتصل التركيز الرئيسي للعدسة. تحتوي العدسة الرقيقة على بؤرتين رئيسيتين، تقعان بشكل متناظر بالنسبة للعدسة على المحور البصري الرئيسي. العدسات المجمعة لها بؤر حقيقية، بينما العدسات المتباعدة لها بؤر وهمية. المسافة بين المركز البصري للعدسة ياوالتركيز الرئيسي Fمُسَمًّى البعد البؤري. ويشار إليه بنفس الحرف F.

صيغة العدسة

الخاصية الرئيسية للعدسات هي القدرة على إنتاج صور للأشياء. صورة- هذه هي النقطة في الفضاء التي تتقاطع فيها الأشعة (أو امتداداتها) المنبعثة من المصدر بعد انكسارها في العدسة. الصور تأتي مستقيمو رأسا على عقب, صالح(الأشعة نفسها تتقاطع) و خيالي(استمرارية الأشعة تتقاطع) ، الموسعو مخفض.

يمكن تحديد موضع الصورة وشخصيتها باستخدام الإنشاءات الهندسية. للقيام بذلك، استخدم خصائص بعض الأشعة القياسية، والتي يعرف مسارها. وهي الأشعة التي تمر عبر المركز البصري أو أحد بؤر العدسة، وكذلك الأشعة الموازية للمحور البصري الرئيسي أو أحد المحاور البصرية الثانوية.

للتبسيط، يمكنك أن تتذكر أن صورة النقطة ستكون نقطة. صورة النقطة الواقعة على المحور البصري الرئيسي تقع على المحور البصري الرئيسي. صورة القطعة هي قطعة. إذا كان الجزء عموديًا على المحور البصري الرئيسي، فإن صورته تكون عمودية على المحور البصري الرئيسي. لكن إذا كانت القطعة مائلة على المحور البصري الرئيسي بزاوية معينة، فإن صورتها ستميل بزاوية أخرى.

يمكن أيضًا حساب الصور باستخدام صيغ عدسة رقيقة. لو أقصر مسافةمن الكائن إلى العدسة التي تشير إليها د، وأقصر مسافة من العدسة إلى الصورة هي من خلالها F، فيمكن كتابة صيغة العدسة الرقيقة على النحو التالي:

مقاس د، معكوس البعد البؤري. مُسَمًّى القوة البصرية للعدسة. وحدة الطاقة الضوئية هي 1 ديوبتر (دوبتر). الديوبتر هو القوة البصرية للعدسة ذات البعد البؤري 1 متر.

من المعتاد تخصيص علامات معينة للأطوال البؤرية للعدسات: للعدسة المجمعة F> 0، للتشتت F < 0. Оптическая сила рассеивающей линзы также отрицательна.

كميات دو Fاتبع أيضًا قاعدة علامة معينة: F> 0 - للصور الحقيقية؛ F < 0 – для мнимых изображений. Перед ديتم وضع علامة "-" فقط عندما يسقط شعاع متجمع من الأشعة على العدسة. ثم يتم تمديدهم ذهنياً إلى التقاطع الموجود خلف العدسة، ويتم وضع مصدر ضوئي وهمي هناك، ويتم تحديد المسافة إليه د.

اعتمادًا على موضع الجسم بالنسبة للعدسة، تتغير الأبعاد الخطية للصورة. زيادة خطيةالعدسات Γ تسمى نسبة الأبعاد الخطية للصورة والجسم. هناك صيغة للتكبير الخطي للعدسة:

في العديد من الأجهزة البصرية، يمر الضوء عبر عدستين أو أكثر على التوالي. إن صورة الجسم التي تقدمها العدسة الأولى هي بمثابة كائن (حقيقي أو خيالي) بالنسبة للعدسة الثانية، التي تقوم ببناء صورة ثانية للكائن، وهكذا.

تعلم جميع الصيغ والقوانين في الفيزياء، والصيغ والأساليب في الرياضيات. في الواقع، يعد هذا أيضًا أمرًا بسيطًا جدًا، حيث لا يوجد سوى حوالي 200 صيغة ضرورية في الفيزياء، وحتى أقل قليلاً في الرياضيات. يوجد في كل موضوع من هذه المواضيع حوالي اثنتي عشرة طريقة قياسية لحل المشكلات ذات المستوى الأساسي من التعقيد، والتي يمكن تعلمها أيضًا، وبالتالي، بشكل تلقائي تمامًا ودون صعوبة في حل معظم أسئلة التصوير المقطعي في الوقت المناسب. بعد ذلك، سيكون عليك فقط التفكير في أصعب المهام.

حضور جميع المراحل الثلاث لاختبار البروفة في الفيزياء والرياضيات. يمكن زيارة كل RT مرتين لاتخاذ قرار بشأن كلا الخيارين. مرة أخرى، في CT، بالإضافة إلى القدرة على حل المشكلات بسرعة وكفاءة ومعرفة الصيغ والأساليب، يجب أيضًا أن تكون قادرًا على تخطيط الوقت بشكل صحيح، وتوزيع القوى، والأهم من ذلك، ملء نموذج الإجابة بشكل صحيح، دون الخلط بين أرقام الإجابات والمشكلات، أو اسم العائلة الخاص بك. أيضًا، أثناء RT، من المهم التعود على أسلوب طرح الأسئلة في المشكلات، والذي قد يبدو غير معتاد جدًا لشخص غير مستعد في DT.

إن التنفيذ الناجح والدؤوب والمسؤول لهذه النقاط الثلاث، بالإضافة إلى الدراسة المسؤولة لاختبارات التدريب النهائية، سيسمح لك بإظهار نتيجة ممتازة في التصوير المقطعي، وهو الحد الأقصى الذي يمكنك تحقيقه.

وجدت خطأ؟

إذا كنت تعتقد أنك وجدت خطأ في المواد التعليمية، ثم يرجى الكتابة عن ذلك عن طريق البريد الإلكتروني (). في الرسالة، أشر إلى الموضوع (الفيزياء أو الرياضيات)، أو اسم أو رقم الموضوع أو الاختبار، أو رقم المشكلة، أو المكان في النص (الصفحة) الذي يوجد فيه خطأ في رأيك. قم أيضًا بوصف الخطأ المشتبه به. لن تمر رسالتك دون أن يلاحظها أحد، وسيتم تصحيح الخطأ، أو سيتم توضيح سبب عدم اعتباره خطأ.

الجسم الأسود تمامًا- نموذج ذهني لجسم يمتص بالكامل، عند أي درجة حرارة، جميع الإشعاعات الكهرومغناطيسية الساقطة عليه، بغض النظر عن التركيب الطيفي. الإشعاع A.H.T. يتم تحديده فقط من خلال درجة حرارته المطلقة ولا يعتمد على طبيعة المادة.

الضوء الابيض- معقد الكهرومغناطيسيإشعاع , التسبب في إحساس محايد اللون في عيون الشخص.

الإشعاع المرئي- إشعاع بصري بأطوال موجية 380 - 770 نانومتر قادر على إحداث إحساس بصري في عيون الإنسان.

الانبعاث المستحث، الإشعاع المستحث - انبعاث الموجات الكهرومغناطيسية بواسطة جزيئات المادة (الذرات والجزيئات وما إلى ذلك) الموجودة في حالة مثارة، أي. حالة عدم التوازن تحت تأثير الإشعاع الدافع الخارجي. في و. بشكل متماسك (انظر منطق) مع إجبار الإشعاع وفي ظل ظروف معينة يمكن أن يؤدي إلى تضخيم وتوليد الموجات الكهرومغناطيسية. أنظر أيضا مولد الكم.

الهولوغرام- نمط تداخل مسجل على لوحة فوتوغرافية يتكون من موجتين متماسكتين (انظر. منطق): موجة مرجعية وموجة تنعكس من جسم مضاء بنفس مصدر الضوء. عند إعادة بناء G.، ندرك صورة ثلاثية الأبعاد لكائن ما.

التصوير المجسم- طريقة للحصول على صور ثلاثية الأبعاد للأجسام، بناءً على التسجيل وإعادة البناء اللاحق للموجة الأمامية المنعكسة عن هذه الأجسام. يعتمد الحصول على صورة ثلاثية الأبعاد على.

مبدأ هويغن- طريقة تسمح لك بتحديد موضع مقدمة الموجة في أي وقت. وفقًا لـ g.p. جميع النقاط التي تمر بها مقدمة الموجة في الوقت t هي مصادر ثانوية موجات كروية، والموضع المطلوب لمقدمة الموجة في الوقت t + Dt يتزامن مع السطح الذي يغلف جميع الموجات الثانوية. يسمح لك بشرح قوانين انعكاس وانكسار الضوء.

هويجنز - فريسنل - المبدأ- طريقة تقريبية لحل مشاكل انتشار الموجات. ز.-ف. ص تنص على: عند أي نقطة تقع خارج سطح مغلق اعتباطي يغطي مصدرًا نقطيًا للضوء، يمكن تمثيل موجة الضوء المثارة بواسطة هذا المصدر كنتيجة لتداخل الموجات الثانوية المنبعثة من جميع نقاط السطح المغلق المحدد. يسمح لك بحل المشاكل البسيطة.

ضغط خفيف - ضغط،الناتجة عن الضوء على سطح مضاء. يلعب دورا هاما في العمليات الكونية (تشكيل ذيول المذنبات، وتوازن النجوم الكبيرة، وما إلى ذلك).

الصورة الفعلية- سم. .

الحجاب الحاجز- جهاز للحد من أو تغيير شعاع الضوء في النظام البصري (على سبيل المثال، حدقة العين، إطار العدسة، عدسة الكاميرا).

تشتت الضوء- التبعية المطلقة معامل الانكسارالمواد من تردد الضوء. هناك فرق بين الإشعاع العادي، الذي تتناقص فيه سرعة الموجة الضوئية مع زيادة التردد، والإشعاع الشاذ، الذي تزيد فيه سرعة الموجة. بسبب د. يتحلل شعاع ضيق من الضوء الأبيض، الذي يمر عبر منشور مصنوع من الزجاج أو أي مادة شفافة أخرى، إلى طيف مشتت، مكونًا شريط قوس قزح على الشاشة.

محزوز الحيود- جهاز مادي عبارة عن مجموعة من عدد كبير من الخطوط المتوازية بنفس العرض، مطبقة على سطح شفاف أو عاكس على نفس المسافة من بعضها البعض. ونتيجة لذلك، على د. يتم تشكيل طيف الحيود - بالتناوب بين الحد الأقصى والحد الأدنى لشدة الضوء.

حيود الضوء- مجموعة من الظواهر الناجمة عن الطبيعة الموجية للضوء والتي يتم ملاحظتها عندما ينتشر في وسط به عدم تجانس واضح (على سبيل المثال، عند المرور عبر الثقوب، بالقرب من حدود الأجسام المعتمة، وما إلى ذلك). بالمعنى الضيق، تحت د. فهم انحناء الضوء حول العوائق الصغيرة، على سبيل المثال. الانحراف عن قوانين البصريات الهندسية. يلعب دورًا مهمًا في تشغيل الأجهزة البصرية، مما يحد منها دقة.

تأثير دوبلر– ظاهرة التغيير ترددات الاهتزازموجات صوتية أو كهرومغناطيسية يدركها الراصد نتيجة للحركة المتبادلة بين الراصد ومصدر الموجات. عند الاقتراب يتم اكتشاف زيادة في التردد، وعند الابتعاد يتم اكتشاف انخفاض.

ضوء طبيعي- مجموعة من الموجات الضوئية غير المتماسكة تحتوي على جميع مستويات الاهتزاز الممكنة وبنفس شدة الاهتزاز في كل مستوى من هذه المستويات. إ.س. تنبعث جميع مصادر الضوء الطبيعية تقريبًا، لأن وهي تتألف من عدد كبير من مراكز الإشعاع ذات التوجهات المختلفة (الذرات والجزيئات) التي تنبعث منها موجات ضوئية، والتي يمكن أن يأخذ طور ومستوى اهتزازاتها جميع القيم الممكنة. أنظر أيضا استقطاب الضوء والتماسك.

مرآة بصرية- جسم ذو سطح مصقول أو مطلي بطبقة عاكسة (الفضة والذهب والألومنيوم وما إلى ذلك) يحدث عليه انعكاس مرآوي قريب (انظر. انعكاس).

الصورة البصرية– صورة لجسم تم الحصول عليها نتيجة لعمل نظام بصري (العدسات والمرايا) على أشعة الضوء المنبعثة أو المنعكسة من الجسم. هناك فرق بين المعلومات الحقيقية (التي يتم الحصول عليها على الشاشة أو شبكية العين عندما تتقاطع الأشعة التي تمر عبر النظام البصري) والمعلومات الخيالية. . (تم الحصول عليها عند تقاطع استمرارية الأشعة).

تدخل الضوء- ظاهرة تراكب اثنين أو أكثر متماسكموجات ضوئية مستقطبة خطيًا في مستوى واحد، حيث يتم إعادة توزيع طاقة الموجة الضوئية الناتجة في الفضاء اعتمادًا على العلاقة بين أطوار هذه الموجات. وتسمى نتيجة I.S، التي يتم ملاحظتها على شاشة أو لوحة فوتوغرافية، بنمط التداخل. 1. يؤدي الضوء الأبيض إلى تكوين نمط قوس قزح (ألوان الأغشية الرقيقة، وما إلى ذلك). يجد التطبيق في التصوير المجسم، لمسح البصريات، وما إلى ذلك.

الأشعة تحت الحمراء - الاشعاع الكهرومغناطيسيبأطوال موجية من 0.74 ميكرون إلى 1-2 ملم. تنبعث من جميع الأجسام التي تكون درجة حرارتها أعلى الصفر المطلق(الإشعاع الحراري).

كم الضوء- كمثل الفوتون.

الموازاة- نظام بصري مصمم لإنتاج حزمة من الأشعة المتوازية.

تأثير كومبتون– ظاهرة تشتت الإشعاع الكهرومغناطيسي ذو الأطوال الموجية القصيرة (الأشعة السينية وأشعة جاما) على الإلكترونات الحرة يصاحبها زيادة الطول الموجي.

الليزرمولد الكم البصري - مولد الكمالإشعاع الكهرومغناطيسي في النطاق البصري. يولد إشعاع كهرومغناطيسي متماسك أحادي اللون، ذو اتجاهية ضيقة وكثافة طاقة كبيرة. يتم استخدامه في المدى البصري، لمعالجة المواد الصلبة والحرارية، في الجراحة، والتحليل الطيفي والتصوير المجسم، لتسخين البلازما. تزوج. مازر.

أطياف الخط- أطياف تتكون من خطوط طيفية ضيقة فردية. المنبعثة من المواد في الحالة الذرية.

عدسةبصري - جسم شفاف يحده سطحان منحنيان (عادة كرويان) أو منحنيان ومسطحان. تسمى العدسة رقيقة إذا كان سمكها صغيرًا مقارنة بنصف قطر انحناء أسطحها. يتم التمييز بين العدسات المتقاربة (تحويل حزمة متوازية من الأشعة إلى حزمة متقاربة) والمتباعدة (تحويل حزمة متوازية من الأشعة إلى حزمة متباعدة). يتم استخدامها في الأجهزة البصرية والميكانيكية البصرية والتصوير الفوتوغرافي.

عدسة مكبرة- جمع عدسةأو نظام عدسة ذو طول بؤري قصير (10 - 100 مم)، يعطي تكبيرًا بمقدار 2 - 50x.

شعاع- خط وهمي تنتشر عبره الطاقة الإشعاعية بالتقريب البصريات الهندسية، أي. إذا لم يتم ملاحظة أي ظاهرة الحيود.

ماسر - مولد الكمالإشعاع الكهرومغناطيسي في نطاق السنتيمتر. ويتميز بأحادية اللون العالية والتماسك واتجاه الإشعاع الضيق. يتم استخدامه في الاتصالات الراديوية وعلم الفلك الراديوي والرادار وأيضًا كمولد لتذبذبات التردد المستقرة. تزوج. .

تجربة مايكلسون- تجربة تهدف إلى قياس تأثير حركة الأرض على القيمة سرعة الضوء. نتيجة سلبية م.و. أصبحت واحدة من الأسباب التجريبية النظرية النسبية.

مجهر- جهاز بصري لرصد الأجسام الصغيرة التي لا ترى بالعين المجردة. تكبير المجهر محدود ولا يتجاوز 1500. راجع. ميكروسكوب الكتروني.

صورة فيماري- سم. .

الإشعاع أحادي اللون- نموذج عقلي الاشعاع الكهرومغناطيسيتردد واحد محدد ستروجوجو إم. غير موجود، لأن أي إشعاع حقيقي محدود في الوقت المناسب ويغطي نطاق تردد معين. مصادر الإشعاع القريبة من م - مولدات الكم.

بصريات- فرع من فروع الفيزياء يدرس أنماط الظواهر الضوئية (البصرية) وطبيعة الضوء وتفاعله مع المادة.

المحور البصري- 1) رئيسي - خط مستقيم توجد عليه مراكز الأسطح الانكسارية أو العاكسة التي تشكل النظام البصري؛ 2) الجانب - أي خط مستقيم يمر عبر المركز البصري لعدسة رفيعة.

القوة البصريةالعدسات - كمية تستخدم لوصف التأثير الانكساري للعدسة والعكس البعد البؤري. د=1/و. يتم قياسه بالديوبتر (Dopters).

الإشعاع البصري- الإشعاع الكهرومغناطيسي الذي تتراوح أطواله الموجية من 10 نانومتر إلى 1 ملم. ك أوي. يتصل الأشعة تحت الحمراء, , .

انعكاس الضوء– عملية عودة الموجة الضوئية عند سقوطها على السطح البيني بين وسطين مختلفين مؤشرات الانكسار.العودة إلى البيئة الأصلية. شكرا س.س. نرى الأجسام التي لا ينبعث منها الضوء. يتم التمييز بين الانعكاس المرآوي (يظل شعاع الأشعة المتوازي متوازيًا بعد الانعكاس) والانعكاس المنتشر (يتم تحويل الشعاع الموازي إلى شعاع متباعد).

- ظاهرة يتم ملاحظتها أثناء انتقال الضوء من وسط أكثر كثافة بصريًا إلى وسط أقل كثافة بصريًا، إذا كانت زاوية السقوط أكبر من زاوية السقوط الحدية، حيث ن - معامل انكسار الوسط الثاني بالنسبة للوسط الأول. في هذه الحالة، ينعكس الضوء تمامًا من السطح البيني بين الوسائط.

قانون انعكاسات الموجة- الشعاع الساقط والشعاع المنعكس والمتعامد المرفوع على نقطة ورود الشعاع يقعون في نفس المستوى، وزاوية الورود تساوي زاوية الانكسار. القانون صالح لانعكاس المرآة.

امتصاص الضوء- انخفاض في طاقة الموجة الضوئية أثناء انتشارها في المادة، يحدث نتيجة تحويل طاقة الموجة إلى الطاقة الداخليةمواد أو طاقة إشعاع ثانوي لها تركيبة طيفية مختلفة واتجاه انتشار مختلف.

1) المطلق - قيمة تساوي نسبة سرعة الضوء في الفراغ إلى سرعة طور الضوء في وسط معين: . يعتمد على التركيب الكيميائي للوسط وحالته (درجة الحرارة والضغط وما إلى ذلك) وتردد الضوء (انظر. تشتت الضوء).2) نسبي - (ص من الوسط الثاني بالنسبة إلى الأول) قيمة تساوي نسبة سرعة الطور في الوسط الأول إلى سرعة الطور في الوسط الثاني: . مقابل. تساوي نسبة معامل الانكسار المطلق للوسط الثاني إلى p.p المطلق. بيئة الريشة.

استقطاب الضوء- ظاهرة تؤدي إلى ترتيب نواقل التوتر الحقل الكهربائيوالحث المغناطيسي لموجة ضوئية في مستوى متعامد مع شعاع الضوء. يحدث هذا غالبًا أثناء انعكاس وانكسار الضوء، وكذلك أثناء انتشار الضوء في وسط متباين الخواص.

انكسار الضوء- ظاهرة تتمثل في تغير اتجاه انتشار الضوء (الموجة الكهرومغناطيسية) عند انتقاله من وسط إلى آخر يختلف عن الأول معامل الانكسار. بالنسبة للانكسار، يتم استيفاء القانون: الشعاع الساقط، والشعاع المنكسر، والعمودي المرفوع إلى نقطة سقوط الشعاع يقع في نفس المستوى، وبالنسبة لهذين الوسيطين فإن نسبة جيب زاوية الورود إلى جيب زاوية الانكسار هو قيمة ثابتة تسمى معامل الانكسار النسبيالبيئة الثانية مقارنة بالأولى. سبب الانكسار هو الاختلاف في سرعات الطور في الوسائط المختلفة.

المنشور البصري- جسم مصنوع من مادة شفافة، ويحده مستويان غير متوازيين ينكسر عليهما الضوء. تستخدم في الأجهزة البصرية والطيفية.

فرق السكتة الدماغية- كمية فيزيائية تساوي الفرق في أطوال المسار البصري لشعاعين ضوئيين.

تشتت الضوء- ظاهرة تتمثل في انحراف شعاع ضوئي ينتشر في وسط ما في جميع الاتجاهات الممكنة. وينتج عن عدم تجانس الوسط وتفاعل الضوء مع جزيئات المادة، حيث يتغير اتجاه الانتشار والتردد ومستوى تذبذبات موجة الضوء.

ضوءالإشعاع الضوئي - الذي يمكن أن يسبب إحساسًا بصريًا.

موجة خفيفة - موجه كهرومغناطيسيةفي نطاق الطول الموجي للإشعاع المرئي. التردد (مجموعة الترددات) r.v. يحدد اللون والطاقة r.v. يتناسب مع مربع سعته.

الدليل المضيء- قناة لنقل الضوء ذات أبعاد أكبر بعدة مرات من الطول الموجي للضوء. نور في القرية ينتشر بسبب الانعكاس الداخلي الكلي.

سرعة الضوءفي الفراغ (ج) - أحد الثوابت الفيزيائية الأساسية، يساوي سرعة انتشار الموجات الكهرومغناطيسية في الفراغ. ق=(299792458 ± 1.2) م/ث. س.س. - السرعة القصوى لانتشار أي تفاعلات جسدية.

الطيف البصري- التوزيع حسب التردد (أو الطول الموجي) لشدة الإشعاع البصري لجسم معين (طيف الانبعاث) أو شدة امتصاص الضوء أثناء مروره عبر مادة (طيف الامتصاص). هناك S.O.: مبطنة، وتتكون من خطوط طيفية فردية؛ مخطط، يتكون من مجموعات (خطوط) ذات صلة وثيقة الخطوط الطيفية; مادة صلبة تتوافق مع الإشعاع (الانبعاث) أو امتصاص الضوء في نطاق ترددي واسع.

الخطوط الطيفية- مقاطع ضيقة في الأطياف الضوئية تتوافق تقريبًا مع نفس التردد (الطول الموجي). كل س.ل. يلتقي معين التحول الكمي.

التحليل الطيفي- طريقة فيزيائية للتحليل النوعي والكمي للتركيب الكيميائي للمواد، على أساس دراسة تركيبتها الأطياف البصرية.إنه حساس للغاية ويستخدم في الكيمياء والفيزياء الفلكية والمعادن والاستكشاف الجيولوجي وما إلى ذلك. الأساس النظري لـ S. a. يكون .

الرسم الطيفي- جهاز بصري للحصول على طيف الإشعاع وتسجيله في نفس الوقت. الجزء الرئيسي من S.- المنشور البصريأو .

مطياف- جهاز بصري للمراقبة البصرية لطيف الإشعاع. الجزء الرئيسي من العدسة هو المنشور البصري.

التحليل الطيفي- فرع الفيزياء الذي يدرس الأطياف البصريةمن أجل توضيح بنية الذرات والجزيئات وكذلك المادة في حالات تجميعها المختلفة.

يزيدالنظام البصري - نسبة حجم الصورة التي ينتجها النظام البصري إلى الحجم الحقيقي للكائن.

الأشعة فوق البنفسجية- الإشعاع الكهرومغناطيسي بطول موجي في الفراغ من 10 نانومتر إلى 400 نانومتر. كما أنها تسبب التلألؤ في العديد من المواد. نشطة بيولوجيا.

طائرة الوصل- مستوى متعامد مع المحور البصري للنظام ويمر عبر بؤرته الرئيسية.

ركز- النقطة التي يتم عندها تجميع حزمة متوازية من أشعة الضوء التي تمر عبر النظام البصري. إذا كانت الحزمة موازية للمحور البصري الرئيسي للنظام، فإن الحزمة تقع على هذا المحور وتسمى المحور الرئيسي.

البعد البؤري- المسافة بين المركز البصري للعدسة الرقيقة والبؤرة تأثير الصورة، التأثير الكهروضوئي هو ظاهرة انبعاث الإلكترونات من مادة ما تحت تأثير الإشعاع الكهرومغناطيسي (f. الخارجي). لوحظ في الغازات والسوائل و المواد الصلبةأوه. اكتشفه ج.هيرتز ودرسه أ.ج.ستوليتوف. الأنماط الأساسية و. تم شرحه على أساس المفاهيم الكمومية بواسطة أ. أينشتاين.

لون- الإحساس البصري الناتج عن الضوء وفقاً لتركيبته الطيفية وشدة الإشعاع المنعكس أو المنبعث.

مقدمة................................................. .......................................................... ............. ........................... 2

الفصل 1. القوانين الأساسية للظواهر البصرية ........................................... .......... 4

1.1 قانون الانتشار المستقيم للضوء ........................................... ......... .......... 4

1.2 قانون استقلال الأشعة الضوئية ........................................... ....... ........................... 5

1.3 قانون انعكاس الضوء .......................................................... ............. 5

1.4 قانون انكسار الضوء .......................................................... ..... 5

الفصل الثاني. الأنظمة البصرية المثالية ........................................... ............ ......... 7

الفصل 3. مكونات الأنظمة البصرية ........................................... ......... .. 9

3.1 الأغشية ودورها في الأنظمة البصرية .......... .................. 9

3.2 دخول وخروج التلاميذ ................................ ................................ . .......................................................... .10

الفصل الرابع. الأنظمة البصرية الحديثة ........................................... ........... 12

4.1 النظام البصري .............................................. .... .............................................. .......... ..... 12

4.2 جهاز التصوير .............................................. .... ................................................ 13

4.3 العين كنظام بصري ........................................... ......................................................... 13

الفصل الخامس: الأنظمة البصرية المساعدة للعين................................................. 16

5.1 العدسة المكبرة ........................................... .... .............................................. .......... .................................... 17

5.2 المجهر................................................ ... .............................................................. ......... .......................... 18

5.3 نطاقات الإكتشاف ........................................................... .................... .............................. ........................... ........... 20

5.4 أجهزة العرض ........................................................... .................... .............................. ................. 21

5.5 الأجهزة الطيفية .............................................. ..... ................................................ ........... 22

5.6 جهاز القياس البصري ........................................... ...... ........................... 23

خاتمة................................................. .................................................. ...... ........................... 28

الببليوغرافيا .............................................. . .................................................. ..... ..... 29

مقدمة.

البصريات هو فرع من فروع الفيزياء يدرس طبيعة الإشعاع البصري (الضوء) وانتشاره والظواهر التي يتم ملاحظتها أثناء تفاعل الضوء والمادة. الإشعاع البصري عبارة عن موجات كهرومغناطيسية، وبالتالي فإن البصريات جزء منها التدريس العامحول المجال الكهرومغناطيسي.

البصريات هي دراسة الظواهر الفيزيائيةالمرتبطة بانتشار الموجات الكهرومغناطيسية القصيرة التي يبلغ طولها حوالي 10 -5 -10 -7 م، وترجع أهمية هذه المنطقة بالذات من طيف الموجات الكهرومغناطيسية إلى كونها تقع ضمن نطاق ضيق من الأطوال الموجية من 400-760 نانومتر، تقع في منطقة من الضوء المرئي، تراها العين البشرية مباشرة. وهي محدودة من ناحية بالأشعة السينية، ومن ناحية أخرى بمدى الموجات الميكروية للانبعاثات الراديوية. من وجهة نظر فيزياء العمليات الجارية، فإن عزل مثل هذا الطيف الضيق من الموجات الكهرومغناطيسية (الضوء المرئي) ليس له معنى كبير، وبالتالي فإن مفهوم "النطاق البصري" يشمل عادةً الأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية.

إن حدود النطاق البصري مشروطة ويتم تحديدها إلى حد كبير من خلال العمومية الوسائل التقنيةوطرق دراسة الظواهر في النطاق المحدد. وتتميز هذه الوسائل والطرق بتكوين صور للأجسام البصرية استنادا إلى الخواص الموجية للإشعاع باستخدام أجهزة تكون أبعادها الخطية أكبر بكثير من طول الإشعاع، وكذلك استخدام أجهزة استقبال الضوء التي يكون عملها على أساس خصائصه الكمومية.

وفقا للتقاليد، تنقسم البصريات عادة إلى هندسية وفيزيائية وفسيولوجية. تترك البصريات الهندسية مسألة طبيعة الضوء، وتنطلق من القوانين التجريبية لانتشاره وتستخدم فكرة أشعة الضوء المنكسرة والمنعكسة عند حدود الوسائط ذات الخصائص البصرية المختلفة والخصائص المستقيمة في وسط متجانس بصريًا. وتتمثل مهمتها في إجراء دراسة رياضية لمسار أشعة الضوء في وسط له اعتماد معروف لمعامل الانكسار n على الإحداثيات، أو على العكس من ذلك، العثور على الخصائص البصرية وشكل الوسائط الشفافة والعاكسة التي تحدث فيها الأشعة على طول خط. المسار المحدد. تعتبر البصريات الهندسية ذات أهمية قصوى لحساب وتصميم الأجهزة البصرية - من عدسات النظارات إلى العدسات المعقدة والأدوات الفلكية الضخمة.

تدرس البصريات الفيزيائية المشكلات المتعلقة بطبيعة الضوء والظواهر الضوئية. إن القول بأن الضوء عبارة عن موجات كهرومغناطيسية مستعرضة يعتمد على نتائج عدد كبير من البحوث التجريبيةحيود الضوء والتداخل واستقطاب الضوء وانتشاره في الوسائط متباينة الخواص.

إحدى أهم المهام التقليدية للبصريات هي الحصول على صور تتوافق مع النسخ الأصلية في كليهما شكل هندسي، ويتم حل توزيع السطوع بشكل أساسي عن طريق البصريات الهندسية بمشاركة البصريات الفيزيائية. تجيب البصريات الهندسية على سؤال حول كيفية بناء النظام البصري بحيث يتم تصوير كل نقطة من الجسم أيضًا كنقطة مع الحفاظ على التشابه الهندسي للصورة مع الكائن. ويبين مصادر تشويه الصورة ومستواها في الأنظمة البصرية الحقيقية. لبناء الأنظمة البصرية، تعد تكنولوجيا تصنيع المواد البصرية بالخصائص المطلوبة، وكذلك تكنولوجيا معالجة العناصر البصرية، أمرًا ضروريًا. لأسباب تكنولوجية، غالبا ما تستخدم العدسات والمرايا ذات الأسطح الكروية، ولكن لتبسيط الأنظمة البصرية وتحسين جودة الصورة بنسب فتحة عالية، يتم استخدام العناصر البصرية.

الفصل 1. القوانين الأساسية للظواهر البصرية.

بالفعل في الفترات الأولى من البحث البصري، تم وضع القوانين الأساسية الأربعة التالية للظواهر البصرية بشكل تجريبي:

1. قانون الانتشار المستقيم للضوء.

2. قانون استقلال أشعة الضوء.

3. قانون الانعكاس من سطح المرآة.

4. قانون انكسار الضوء عند حدود وسطين شفافين.

أظهرت دراسة إضافية لهذه القوانين، أولا، أن لها معنى أعمق بكثير مما قد يبدو للوهلة الأولى، وثانيا، أن تطبيقها محدود، وهي مجرد قوانين تقريبية. إن تحديد شروط وحدود تطبيق القوانين البصرية الأساسية يعني تقدمًا مهمًا في دراسة طبيعة الضوء.

يتلخص جوهر هذه القوانين في ما يلي.

في الوسط المتجانس، ينتقل الضوء في خطوط مستقيمة.

تم العثور على هذا القانون في الأعمال المتعلقة بالبصريات المنسوبة إلى إقليدس وربما كان معروفًا ومطبقًا قبل ذلك بكثير.

يمكن الحصول على دليل تجريبي لهذا القانون من خلال مراقبة الظلال الحادة الناتجة عن مصادر الضوء النقطية، أو الحصول على صور باستخدام فتحات صغيرة. أرز. 1 يوضح الحصول على الصورة باستخدام فتحة صغيرة، ويبين شكل الصورة وحجمها أن الإسقاط يحدث باستخدام الأشعة المستقيمة.

الشكل 1: الانتشار المستقيم للضوء: الحصول على الصور باستخدام فتحة صغيرة.

يمكن اعتبار قانون الانتشار المستقيم راسخًا بالتجربة. لها معنى عميق جدًا، لأن مفهوم الخط المستقيم ذاته نشأ على ما يبدو من الملاحظات البصرية. المفهوم الهندسي للخط المستقيم، باعتباره الخط الذي يمثل أقصر مسافة بين نقطتين، هو مفهوم الخط الذي ينتشر عبره الضوء في وسط متجانس.

تظهر دراسة أكثر تفصيلاً للظواهر الموصوفة أن قانون الانتشار المستقيم للضوء يفقد قوته إذا انتقلنا إلى ثقوب صغيرة جدًا.

لذلك، في التجربة الموضحة في الشكل. 1، سنحصل على صورة جيدة بحجم ثقب يبلغ حوالي 0.5 ملم. مع تقليل الثقب لاحقًا، ستكون الصورة غير كاملة، ومع وجود ثقب يبلغ حوالي 0.5-0.1 ميكرون، لن تعمل الصورة على الإطلاق وسيتم إضاءة الشاشة بشكل متساوٍ تقريبًا.

يمكن تقسيم تدفق الضوء إلى أشعة ضوئية منفصلة، ​​وتسليط الضوء عليها، على سبيل المثال، باستخدام الحجاب الحاجز. تبين أن عمل هذه الحزم الضوئية المختارة مستقل، أي. لا يعتمد التأثير الناتج عن شعاع واحد على ما إذا كانت الحزم الأخرى تعمل في وقت واحد أو يتم التخلص منها.

يقع الشعاع الساقط، العمودي على السطح العاكس والشعاع المنعكس في نفس المستوى (الشكل 2)، وتكون الزوايا بين الأشعة والعمودية متساوية: زاوية السقوط i تساوي الزاوية الانعكاس ط." هذا القانون مذكور أيضًا في أعمال إقليدس. ويرتبط تأسيسه باستخدام الأسطح المعدنية المصقولة (المرايا)، المعروفة بالفعل في عصر بعيد جدًا.

أرز. 2 قانون الانعكاس.

أرز. 3 قانون الانكسار.

الحجاب الحاجز هو حاجز معتم يحد من المقطع العرضي لحزم الضوء في الأنظمة البصرية (في التلسكوبات، وأجهزة تحديد المدى، والمجاهر، وكاميرات الأفلام والتصوير الفوتوغرافي، وما إلى ذلك). غالبًا ما يتم لعب دور الأغشية بواسطة إطارات العدسات، والمنشورات، والمرايا، والأجزاء البصرية الأخرى، وبؤبؤ العين، وحدود الجسم المضيء، وفي المناظير الطيفية - الشقوق.

أي نظام بصري - العين المسلحة وغير المدعومة، وأجهزة التصوير الفوتوغرافي، وأجهزة العرض - يرسم في النهاية صورة على مستوى (الشاشة، لوحة التصوير الفوتوغرافي، شبكية العين)؛ تكون الأشياء في معظم الحالات ثلاثية الأبعاد. ومع ذلك، حتى النظام البصري المثالي، دون أن يكون محدودًا، لن يوفر صورًا لجسم ثلاثي الأبعاد على المستوى. في الواقع، توجد نقاط فردية لجسم ثلاثي الأبعاد مسافات مختلفةمن النظام البصري، وهي تتوافق مع مستويات مترافقة مختلفة.

تعطي النقطة المضيئة O (الشكل 5) صورة واضحة لـ O` في المستوى MM 1 المترافق مع EE. لكن النقطتين A وB تعطيان صورًا حادة في A` وB`، وفي المستوى MM يتم عرضها كدوائر ضوئية، يعتمد حجمها على محدودية عرض الحزم. إذا لم يكن النظام غير محدود، فإن الحزم من A وB ستضيء المستوى MM بالتساوي، مما يعني أنه لن يتم الحصول على أي صورة للكائن، ولكن فقط صورة لنقاطه الفردية الموجودة في المستوى EE.

كلما كانت الحزم أضيق، كانت صورة مساحة الجسم على المستوى أوضح. بتعبير أدق، ليس الكائن المكاني نفسه هو الذي تم تصويره على المستوى، ولكن تلك الصورة المسطحة، وهي إسقاط للكائن على مستوى معين EE (مستوى التثبيت)، مترافقة بالنسبة للنظام مع مستوى الصورة MM. مركز الإسقاط هو أحد نقاط النظام (مركز حدقة مدخل الجهاز البصري).

يحدد حجم الفتحة وموضعها الإضاءة وجودة الصورة وعمق المجال ودقة النظام البصري ومجال الرؤية.

ويسمى الحجاب الحاجز الذي يحد بشدة من شعاع الضوء بالفتحة أو الفعال. يمكن أن يلعب دوره إطار العدسة أو الحجاب الحاجز المتفجر الخاص، إذا كان هذا الحجاب الحاجز يحد من أشعة الضوء بقوة أكبر من إطارات العدسة.

أرز. 6. BB – فتحة الحجاب الحاجز. ب 1 ب 1 – مدخل التلميذ؛ ب2 ب2 – خروج التلميذ .

غالبًا ما يقع حاجز الفتحة المتفجرة بين المكونات الفردية (العدسات) لنظام بصري معقد (الشكل 6)، ولكن يمكن وضعه أمام النظام أو بعده.

إذا كان BB عبارة عن حاجز فتحة حقيقي (الشكل 6)، وكانت B 1 B 1 وB 2 B 2 هي صوره في الأجزاء الأمامية والخلفية للنظام، فإن جميع الأشعة التي تمر عبر BB سوف تمر عبر B 1 B 1 و ب2 ب2 والعكس أي. جميع الأغشية ВВ، В 1 В 1، В 2 В 2 تحد من الحزم النشطة.

حدقة المدخل هي تلك الخاصة بالثقوب الفعلية أو صورها التي تحد بقوة من الشعاع الوارد، أي. تكون مرئية عند أصغر زاوية من نقطة تقاطع المحور البصري مع مستوى الجسم.

حدقة الخروج هي الثقب أو صورته التي تحد من الشعاع الخارج من النظام. يكون تلاميذ الدخول والخروج مترافقين فيما يتعلق بالنظام بأكمله.

يمكن أن يلعب دور تلميذ المدخل ثقبًا أو آخر أو صورته (حقيقية أو خيالية). في بعض الحالات المهمة، يكون الجسم المصور عبارة عن ثقب مضاء (على سبيل المثال، شق جهاز قياس الطيف)، ويتم توفير الإضاءة مباشرة بواسطة مصدر ضوء يقع بالقرب من الثقب، أو عن طريق مكثف مساعد. في هذه الحالة، اعتمادًا على الموقع، يمكن لعب دور حدقة المدخل عن طريق حدود المصدر أو صورته، أو حدود المكثف، وما إلى ذلك.

إذا كان حاجز الفتحة يقع أمام النظام، فإنه يتزامن مع حدقة الدخول، وتكون حدقة الخروج هي صورته في هذا النظام. إذا كانت تقع خلف النظام، فإنها تتزامن مع حدقة الخروج، وتكون حدقة الدخول هي صورتها في النظام. إذا كان غشاء فتحة المادة المتفجرة موجودًا داخل النظام (الشكل 6)، فإن صورته B 1 B 1 في الجزء الأمامي من النظام تكون بمثابة حدقة المدخل، والصورة B 2 B 2 في الجزء الخلفي من النظام بمثابة تلميذ الخروج. الزاوية التي يكون فيها نصف قطر حدقة الدخول مرئية من نقطة تقاطع المحور مع مستوى الجسم تسمى "زاوية الفتحة"، والزاوية التي يكون فيها نصف قطر حدقة الدخول مرئية من النقطة نقطة تقاطع المحور مع مستوى الصورة هي زاوية الإسقاط أو زاوية فتحة الخروج. [3]

الفصل 4. الأنظمة البصرية الحديثة.

تمثل العدسة الرفيعة أبسط نظام بصري. تستخدم العدسات الرقيقة البسيطة بشكل رئيسي على شكل نظارات للنظارات. بالإضافة إلى ذلك، فإن استخدام العدسة كعدسة مكبرة معروف جيدًا.

يمكن مقارنة عمل العديد من الأجهزة البصرية - مصباح العرض والكاميرا والأجهزة الأخرى - بشكل تخطيطي بعمل العدسات الرقيقة. ومع ذلك، فإن العدسة الرفيعة تعطي صورة جيدة فقط في حالة نادرة نسبيًا عندما يمكن للمرء أن يقتصر على شعاع ضيق أحادي اللون قادم من المصدر على طول المحور البصري الرئيسي أو بزاوية كبيرة عليه. في معظم المشاكل العملية، حيث لا يتم استيفاء هذه الشروط، تكون الصورة التي تنتجها عدسة رقيقة غير كاملة إلى حد ما. لذلك، يلجأون في معظم الحالات إلى بناء أنظمة بصرية أكثر تعقيدًا تحتوي على عدد كبير من الأسطح الانكسارية ولا تقتصر على شرط القرب من هذه الأسطح (وهو شرط تلبيه عدسة رقيقة). [ 4 ]

بشكل عام، العين البشرية هي جسم كروي يبلغ قطره حوالي 2.5 سم، وهو ما يسمى مقلة العين (الشكل 10). تسمى الطبقة الخارجية المعتمة والمتينة للعين بالصلبة، ويسمى الجزء الأمامي الشفاف والأكثر محدبًا بالقرنية. مع داخلالصلبة مغطاة بمشيمية تتكون من أوعية دموية تغذي العين. مقابل القرنية، تمر المشيمية إلى القزحية، ذات الألوان المختلفة لدى الأشخاص المختلفين، والتي يتم فصلها عن القرنية بواسطة حجرة تحتوي على كتلة مائية شفافة.

هناك ثقب دائري في القزحية،

يسمى التلميذ، ويمكن أن يختلف قطره. وهكذا تلعب القزحية دور الحجاب الحاجز الذي ينظم وصول الضوء إلى العين. في الضوء الساطع يصبح الحدقة أصغر، وفي الضوء الخافت تتوسع. داخل مقلة العين خلف القزحية توجد العدسة، وهي عدسة ثنائية التحدب مصنوعة من مادة شفافة ذات معامل انكسار يبلغ حوالي 1.4. العدسة محاطة بعضلة حلقية يمكنها تغيير انحناء أسطحها وبالتالي قدرتها البصرية.

المشيمية الموجودة في داخل العين مغطاة بفروع من العصب الحساس للضوء، خاصة الكثيفة أمام التلميذ. تشكل هذه الفروع شبكية العين، حيث يتم الحصول على الصورة الفعلية للأشياء التي تم إنشاؤها بواسطة النظام البصري للعين. يمتلئ الفراغ بين الشبكية والعدسة بجسم زجاجي شفاف له بنية هلامية. صورة الأشياء الموجودة على شبكية العين مقلوبة. ومع ذلك، فإن نشاط الدماغ، الذي يتلقى إشارات من العصب الحساس للضوء، يسمح لنا برؤية جميع الأشياء في مواقعها الطبيعية.

عندما تسترخي العضلة الحلقية للعين، يتم الحصول على صورة الأجسام البعيدة على شبكية العين. بشكل عام، هيكل العين هو أن الشخص يمكنه رؤية الأشياء التي لا تبعد أكثر من 6 أمتار عن العين دون إجهاد. في هذه الحالة، يتم الحصول على صورة الأجسام الأقرب خلف الشبكية. وللحصول على صورة واضحة لمثل هذا الجسم، تقوم العضلة الحلقية بضغط العدسة أكثر فأكثر حتى تظهر صورة الجسم على الشبكية، ومن ثم تبقي العدسة في حالة مضغوطة.

وبالتالي، يتم "تركيز" العين البشرية عن طريق تغيير القوة البصرية للعدسة باستخدام العضلة الحلقية. إن قدرة النظام البصري للعين على إنشاء صور مميزة للأشياء الموجودة على مسافات مختلفة منه تسمى الإقامة (من "الإقامة" اللاتينية - التكيف). عند عرض الأشياء البعيدة جدًا، تدخل الأشعة المتوازية إلى العين. وفي هذه الحالة يقال أن العين متسعه إلى ما لا نهاية.

سكن العين ليس بلا حدود. بمساعدة العضلة الحلقية، يمكن أن تزيد القوة البصرية للعين بما لا يزيد عن 12 ديوبتر. عند النظر إلى الأشياء القريبة لفترة طويلة، تتعب العين، وتبدأ العضلة الحلقية في الاسترخاء وتتشوش صورة الجسم.

تسمح لنا عيون الإنسان برؤية الأشياء بوضوح ليس فقط في وضح النهار. قدرة العين على التكيف مع درجات متفاوتة من تهيج نهايات العصب الحساس للضوء الموجود في شبكية العين، أي. إلى درجات متفاوتة من سطوع الأجسام المرصودة يسمى التكيف.

يسمى تقارب محاور الرؤية للعين عند نقطة معينة بالتقارب. عندما تكون الكائنات على مسافة كبيرة من شخص ما، عند تحريك العينين من كائن إلى آخر، لا تتغير محاور العين عمليا، ويفقد الشخص القدرة على تحديد موضع الكائن بشكل صحيح. عندما تكون الأشياء بعيدة جدًا، يكون محورا العينين متوازيين، ولا يستطيع الشخص حتى تحديد ما إذا كان الجسم الذي ينظر إليه يتحرك أم لا. تلعب أيضًا قوة العضلة الحلقية، التي تضغط العدسة عند عرض الأشياء القريبة من الشخص، دورًا معينًا في تحديد موضع الأجسام. [2]

الفصل الخامس. الأنظمة البصرية التي تسلح العين.

على الرغم من أن العين ليست عدسة رقيقة، إلا أنه لا يزال بإمكانك العثور على نقطة تمر من خلالها الأشعة دون انكسار عمليًا، أي. وهي النقطة التي تلعب دور المركز البصري. يقع المركز البصري للعين داخل العدسة بالقرب من سطحها الخلفي. المسافة h من المركز البصري إلى شبكية العين، والتي تسمى عمق العين، هي 15 ملم للعين العادية.

بمعرفة موضع المركز البصري، يمكنك بسهولة إنشاء صورة لجسم ما على شبكية العين. تكون الصورة دائمًا حقيقية ومصغرة ومعكوسة (الشكل 11، أ). الزاوية φ التي يكون فيها الجسم S 1 S 2 مرئيًا من المركز البصري O تسمى الزاوية البصرية.

تتمتع شبكية العين ببنية معقدة وتتكون من عناصر فردية حساسة للضوء. لذلك، فإن نقطتين من كائن يقعان بالقرب من بعضهما البعض بحيث تقع صورتهما على شبكية العين في نفس العنصر، تعتبرهما العين نقطة واحدة. الحد الأدنى لزاوية الرؤية التي لا تزال العين ترى عندها نقطتين مضيئتين أو نقطتين أسودتين على خلفية بيضاء بشكل منفصل هي دقيقة واحدة تقريبًا. ولا تتعرف العين بشكل جيد على تفاصيل الشيء الذي تراه بزاوية أقل من 1". وهي الزاوية التي يمكن رؤية القطعة التي يبلغ طولها 1 سم على مسافة 34 سم من العين. الإضاءة السيئة (عند الغسق)، تزداد زاوية الدقة الدنيا ويمكن أن تصل إلى 1 درجة.

من خلال تقريب الجسم من العين، فإننا نزيد زاوية الرؤية، وبالتالي نحصل عليه

القدرة على التمييز بشكل أفضل بين التفاصيل الصغيرة. ومع ذلك، لا يمكننا تقريبه كثيرًا من العين، لأن قدرة العين على استيعابه محدودة. بالنسبة للعين العادية، فإن المسافة الأكثر ملاءمة لمشاهدة شيء ما هي حوالي 25 سم، حيث يمكن للعين تمييز التفاصيل بشكل جيد بما فيه الكفاية دون تعب مفرط. وتسمى هذه المسافة مسافة الرؤية الأفضل. بالنسبة للعين قصيرة النظر، تكون هذه المسافة أقل إلى حد ما. لذلك، فإن الأشخاص الذين يعانون من قصر النظر، الذين يضعون الجسم المعني أقرب إلى العين من الأشخاص ذوي الرؤية الطبيعية أو الأشخاص ذوي طول النظر، يرونه من زاوية رؤية أكبر ويمكنهم تمييز التفاصيل الصغيرة بشكل أفضل.

يتم تحقيق زيادة كبيرة في زاوية الرؤية باستخدام الأجهزة البصرية. وفقا للغرض منها، يمكن تقسيم الأجهزة البصرية التي تسلح العين إلى المجموعات الكبيرة التالية.

1. الأجهزة المستخدمة لفحص الأجسام الصغيرة جداً (عدسة مكبرة، مجهر). يبدو أن هذه الأجهزة تعمل على "تكبير" الأشياء المعنية.

2. الأجهزة المصممة لرؤية الأجسام البعيدة (منظار، مناظير، تلسكوب، إلخ). يبدو أن هذه الأجهزة "تقرب" الأشياء المعنية.

من خلال زيادة زاوية الرؤية عند استخدام جهاز بصري، يزداد حجم صورة الجسم الموجود على شبكية العين مقارنة بالصورة الموجودة بالعين المجردة، وبالتالي تزداد القدرة على التعرف على التفاصيل. وتسمى نسبة الطول ب على الشبكية في حالة العين المسلحة ب" إلى طول الصورة بالعين المجردة ب (الشكل 11، ب) بتكبير الجهاز البصري.

باستخدام الشكل. في الشكل 11 ب، من السهل أن نرى أن الزيادة في N تساوي أيضًا نسبة الزاوية البصرية φ" عند عرض كائن من خلال أداة إلى الزاوية البصرية φ للعين المجردة، لأن φ" و φ صغيران. [2،3] إذن،

N = ب" / ب = φ" / φ،

حيث N هو تكبير الكائن؛

ب" هو طول الصورة على شبكية العين بالنسبة للعين المسلحة؛

ب هو طول الصورة على الشبكية بالنسبة للعين المجردة؛

φ" - زاوية الرؤية عند عرض كائن من خلال أداة بصرية؛

φ – زاوية الرؤية عند مشاهدة جسم ما بالعين المجردة.

إحدى أبسط الأدوات البصرية هي العدسة المكبرة - وهي عدسة متقاربة مصممة لعرض الصور المكبرة للأشياء الصغيرة. يتم تقريب العدسة من العين نفسها، ويتم وضع الجسم بين العدسة والبؤرة الرئيسية. سترى العين صورة افتراضية ومكبرة للكائن. من الأكثر ملاءمة فحص الجسم من خلال عدسة مكبرة بعين مريحة تمامًا وضبطها إلى ما لا نهاية. وللقيام بذلك، يتم وضع الجسم في المستوى البؤري الرئيسي للعدسة بحيث تشكل الأشعة الخارجة من كل نقطة من الجسم أشعة متوازية خلف العدسة. في التين. ويبين الشكل 12 شعاعين قادمين من حواف الجسم. عند دخولها إلى العين اللانهائية، تتركز حزم من الأشعة المتوازية على الشبكية وتعطي صورة واضحة للجسم هنا.

التكبير الزاوي.العين قريبة جدًا من العدسة، لذلك يمكن اعتبار زاوية الرؤية هي الزاوية 2γ التي تتكون من الأشعة القادمة من حواف الجسم عبر المركز البصري للعدسة. إذا لم يكن هناك عدسة مكبرة، فسيتعين علينا وضع الجسم على مسافة أفضل رؤية (25 سم) من العين وستكون زاوية الرؤية 2β. بالنظر إلى المثلثات القائمة التي أضلاعها 25 سم وF سم وتمثل نصف الجسم Z، يمكننا أن نكتب:

,

حيث 2γ هي الزاوية البصرية عند ملاحظتها من خلال عدسة مكبرة؛

2β - الزاوية البصرية، عند ملاحظتها بالعين المجردة؛

F - المسافة من الجسم إلى العدسة المكبرة؛

Z هو نصف طول الكائن المعني.

مع الأخذ في الاعتبار أن التفاصيل الصغيرة عادة ما يتم فحصها من خلال عدسة مكبرة وبالتالي فإن الزوايا γ و β صغيرة، يمكن استبدال الظلال بزوايا. وهذا يعطي التعبير التالي لتكبير العدسة المكبرة = = .

ولذلك فإن تكبير العدسة المكبرة يتناسب مع 1/F، أي قوتها البصرية.

يسمى الجهاز الذي يسمح لك بالحصول على تكبير عالي عند عرض الأشياء الصغيرة بالمجهر.

أبسط مجهر يتكون من عدستين جامعتين. تعطي العدسة ذات التركيز القصير جدًا L 1 صورة حقيقية مكبرة للغاية للجسم P"Q" (الشكل 13)، والتي يتم رؤيتها بواسطة العدسة العينية مثل العدسة المكبرة.

دعونا نشير إلى التكبير الخطي الذي تعطيه العدسة بـ n 1، وبالعدسة العينية بـ n 2، وهذا يعني أن = n 1 و = n 2،

حيث P"Q" هي صورة حقيقية مكبرة لكائن ما؛

PQ – حجم الكائن؛

بضرب هذه التعابير نحصل على = n 1 n 2،

حيث PQ هو حجم الكائن؛

P""Q"" - صورة افتراضية مكبرة لكائن ما؛

ن 1 - التكبير الخطي للعدسة؛

ن 2 – التكبير الخطي للعدسة.

يوضح هذا أن تكبير المجهر يساوي ناتج التكبير الناتج عن الهدف والعدسة بشكل منفصل. لذلك من الممكن بناء أدوات تعطي تكبيرًا عاليًا جدًا - يصل إلى 1000 وأكثر. في المجاهر الجيدة، تكون العدسة والعدسة معقدة.

تتكون العدسة عادة من عدستين، لكن العدسة أكثر تعقيدًا. إن الرغبة في الحصول على تكبير عالي تجبرنا على استخدام عدسات قصيرة التركيز ذات قوة بصرية عالية جدًا. يتم وضع الجسم المعني قريبًا جدًا من العدسة وينتج شعاعًا واسعًا من الأشعة يملأ سطح العدسة الأولى بالكامل. وهذا يخلق ظروفًا غير مواتية للغاية للحصول على صورة حادة: العدسات السميكة والعوارض البعيدة عن المركز. لذلك، لتصحيح جميع أنواع العيوب، عليك اللجوء إلى مجموعات من العديد من العدسات من أنواع مختلفة من الزجاج.

في المجاهر الحديثة تم الوصول إلى الحد النظري تقريبًا. يمكنك رؤية الأجسام الصغيرة جدًا من خلال المجهر، لكن صورها تظهر على شكل بقع صغيرة لا تشبه الجسم.

عند فحص مثل هذه الجزيئات الصغيرة، يستخدمون ما يسمى بالمجهر الفائق، وهو مجهر عادي مزود بمكثف يسمح بإضاءة الجسم المعني بشكل مكثف من الجانب، بشكل عمودي على محور المجهر.

باستخدام المجهر الفائق، من الممكن اكتشاف الجسيمات التي لا يتجاوز حجمها المليمكرونات.

يتكون أبسط نطاق اكتشاف من عدستين متقاربتين. تسمى إحدى العدسات التي تواجه الجسم الذي يتم مشاهدته بالهدف، بينما تسمى العدسة الأخرى التي تواجه عين الراصد بالعدسة العينية.

تعطي العدسة L 1 صورة معكوسة حقيقية ومصغرة بشكل كبير للجسم P 1 Q 1 الواقع بالقرب من التركيز الرئيسي للعدسة. يتم وضع العدسة بحيث تكون صورة الكائن في بؤرة التركيز الرئيسية. في هذا الموضع، تلعب العدسة دور العدسة المكبرة، التي يتم من خلالها عرض الصورة الفعلية للكائن.

تأثير الأنبوب، مثل العدسة المكبرة، هو زيادة زاوية الرؤية. باستخدام الأنبوب، يتم عادةً فحص الأشياء على مسافات أكبر بعدة مرات من طولها. ولذلك، فإن زاوية الرؤية التي يكون فيها الجسم مرئيًا بدون أنبوب يمكن اعتبارها الزاوية 2β التي تشكلها الأشعة القادمة من حواف الجسم عبر المركز البصري للعدسة.

تكون الصورة مرئية بزاوية 2γ وتقع تقريبًا عند التركيز البؤري F للعدسة وعند التركيز F 1 للعدسة العينية.

النظر في اثنين مثلث قائممع الجانب المشترك Z" يمكننا أن نكتب:

,

و - تركيز العدسة؛

F 1 - تركيز العدسة؛

Z" هو نصف طول الكائن المعني.

الزوايا β و γ ليست كبيرة لذا من الممكن بالتقريب الكافي استبدال tanβ و tgγ بزوايا ومن ثم الزيادة في الأنبوب = ,

حيث 2γ هي الزاوية التي تظهر بها صورة الكائن؛

2β - زاوية الرؤية التي يكون فيها الجسم مرئيًا بالعين المجردة؛

و - تركيز العدسة؛

F1 - تركيز العدسة.

يتم تحديد التكبير الزاوي للأنبوب من خلال نسبة البعد البؤري للعدسة إلى البعد البؤري للعدسة. للحصول على تكبير عالي، عليك أن تأخذ عدسة طويلة التركيز وعدسة عينية قصيرة التركيز. [ 1 ]

يستخدم جهاز العرض ليُظهر للمشاهدين صورًا مكبرة للرسومات أو الصور الفوتوغرافية أو الرسومات على الشاشة. يسمى الرسم على الزجاج أو على فيلم شفاف بالشريحة، والجهاز نفسه المصمم لعرض مثل هذه الرسومات هو diascope. إذا كان الجهاز مصممًا لعرض اللوحات والرسومات غير الشفافة، فإنه يُسمى بالمنظار. ويسمى الجهاز المصمم لكلتا الحالتين بالمنظار.

تسمى العدسة التي تخلق صورة لجسم أمامها عدسة. عادةً ما تكون العدسة نظامًا بصريًا تخلص من أهم العيوب الكامنة في العدسات الفردية. لكي تكون صورة الكائن مرئية بوضوح للمشاهدين، يجب أن يكون الكائن نفسه مضاءً بشكل ساطع.

يظهر الرسم التخطيطي لتصميم جهاز الإسقاط في الشكل 16.

يوضع مصدر الضوء S في وسط مرآة مقعرة (العاكس) R. الضوء القادم مباشرة من المصدر S وينعكس من العاكس ص،يقع على المكثف K، الذي يتكون من عدستين مستويتين محدبتين. يقوم المكثف بتجميع أشعة الضوء هذه في

يوجد في الأنبوب A، الذي يسمى الموازاة، شق ضيق، يمكن ضبط عرضه عن طريق تدوير المسمار. ويوضع أمام الشق مصدر ضوئي، ويجب فحص طيفه. يقع الشق في المستوى البؤري للميزاء، وبالتالي تخرج أشعة الضوء من الميزاء على شكل شعاع متوازي. بعد المرور عبر المنشور، يتم توجيه أشعة الضوء إلى الأنبوب B، الذي يتم من خلاله ملاحظة الطيف. إذا كان المنظار الطيفي مخصصًا للقياسات، فسيتم تثبيت صورة المقياس مع الأقسام على صورة الطيف باستخدام جهاز خاص، مما يسمح لك بتحديد موضع خطوط الألوان في الطيف بدقة.

عند فحص الطيف، غالبًا ما يكون من الأفضل تصويره ثم دراسته باستخدام المجهر.

يسمى الجهاز الذي يستخدم لتصوير الأطياف بالمطياف.

يظهر الرسم البياني الطيفي في الشكل. 18.

يتم تركيز طيف الإشعاع باستخدام العدسة L 2 على الزجاج المصنفر AB، والذي يتم استبداله بلوحة فوتوغرافية عند التصوير الفوتوغرافي. [2]

جهاز القياس البصري هو أداة قياس يتم من خلالها تنفيذ الرؤية (محاذاة حدود الجسم المتحكم فيه مع خط شعري أو علامة تقاطع وما إلى ذلك) أو تحديد الحجم باستخدام جهاز مزود بمبدأ التشغيل البصري. هناك ثلاث مجموعات من البصرية أدوات القياس: أجهزة ذات مبدأ رؤية بصرية وطريقة ميكانيكية للإبلاغ عن الحركة؛ أجهزة ذات رؤية بصرية وتقارير الحركة؛ الأجهزة التي لها اتصال ميكانيكي مع جهاز القياس، مع طريقة بصرية لتحديد حركة نقاط الاتصال.

كانت الأجهزة الأولى التي انتشرت على نطاق واسع هي أجهزة العرض لقياس ومراقبة الأجزاء ذات الخطوط المعقدة والأحجام الصغيرة.

الجهاز الثاني الأكثر شيوعًا هو مجهر القياس العالمي، حيث يتحرك الجزء الذي يتم قياسه على عربة طولية، ويتحرك مجهر الرأس على عربة عرضية.

تستخدم أجهزة المجموعة الثالثة لمقارنة الكميات الخطية المقاسة بالمقاييس أو المقاييس. وعادة ما يتم دمجها تحت الاسم العام للمقارنة. تشتمل هذه المجموعة من الأجهزة على مقياس بصري (جهاز بصري، وآلة قياس، ومقياس تداخل الاتصال، ومكتشف المدى البصري، وما إلى ذلك).

كما أن أدوات القياس البصرية منتشرة على نطاق واسع في الجيوديسيا (المستوى، المزواة، وما إلى ذلك).

الثيودوليت هو أداة جيوديسية لتحديد الاتجاهات وقياس الزوايا الأفقية والرأسية أثناء الأعمال الجيوديسية والطبوغرافية والمساحية وفي البناء وغيرها.

المستوى - أداة جيوديسية لقياس ارتفاعات النقاط على سطح الأرض - التسوية وكذلك تحديد الاتجاهات الأفقية أثناء التثبيت وما إلى ذلك. يعمل.

يستخدم السدس على نطاق واسع في الملاحة - أداة عاكسة للمرآة لقياس الارتفاعات. الأجرام السماويةفوق الأفق أو الزوايا بين الأجسام المرئية من أجل تحديد إحداثيات مكان الراصد. الميزة الأكثر أهمية في آلة السدس هي القدرة على الجمع بين جسمين في مجال رؤية الراصد في وقت واحد، حيث يتم قياس الزاوية بينهما، مما يسمح باستخدام آلة السدس على متن طائرة أو على متن سفينة دون انخفاض ملحوظ في الدقة، حتى أثناء الرمي.

الاتجاه الواعد في تطوير أنواع جديدة من أدوات القياس البصرية هو تزويدها بأجهزة قراءة إلكترونية تجعل من الممكن تبسيط القراءة والرؤية، وما إلى ذلك. [ 5 ]

الفصل 6. تطبيق الأنظمة البصرية في العلوم والتكنولوجيا.

إن تطبيق ودور الأنظمة البصرية في العلوم والتكنولوجيا عظيم جدًا. وبدون دراسة الظواهر البصرية وتطوير الأدوات البصرية، لن تكون البشرية كذلك مستوى عالتطوير التكنولوجيا.

تم تصميم جميع الأجهزة البصرية الحديثة تقريبًا للمراقبة البصرية المباشرة للظواهر البصرية.

تعمل قوانين بناء الصورة كأساس لبناء الأجهزة البصرية المختلفة. الجزء الرئيسي من أي جهاز بصري هو نوع من النظام البصري. وفي بعض الأجهزة البصرية يتم الحصول على الصورة على الشاشة، بينما تكون أجهزة أخرى مصممة للعمل مع العين. وفي الحالة الأخيرة، يمثل الجهاز والعين نظامًا بصريًا واحدًا، ويتم الحصول على الصورة على شبكية العين.

أثناء دراسة بعض الخواص الكيميائية للمواد، ابتكر العلماء طريقة لتثبيت الصور على الأسطح الصلبة، ولإسقاط الصور على هذا السطح بدأوا في استخدام الأنظمة البصرية المكونة من العدسات. وهكذا حصل العالم على كاميرات الصور والأفلام، ومع التطور اللاحق للإلكترونيات، ظهرت كاميرات الفيديو والكاميرات الرقمية.

لدراسة الأجسام الصغيرة التي تكون غير مرئية تقريبًا بالعين، يتم استخدام عدسة مكبرة، وإذا لم يكن تكبيرها كافيًا، يتم استخدام المجاهر. تتيح لك المجاهر الضوئية الحديثة تكبير الصور حتى 1000 مرة، والمجاهر الإلكترونية عشرات الآلاف من المرات. وهذا يجعل من الممكن دراسة الأشياء على المستوى الجزيئي.

لم تكن الأبحاث الفلكية الحديثة ممكنة لولا "بوق غاليليو" و"بوق كبلر". ويعطي الأنبوب الجليلي، الذي غالبا ما يستخدم في مناظير المسرح العادية، صورة مباشرة للجسم، بينما يعطي أنبوب كيبلر صورة مقلوبة. ونتيجة لذلك، إذا تم استخدام أنبوب كيبلر للملاحظات الأرضية، فهو مزود بنظام تغليف (عدسة إضافية أو نظام مناشير)، ونتيجة لذلك تصبح الصورة مباشرة. مثال على هذا الجهاز هو مناظير المنشور.

تتمثل ميزة أنبوب كيبلر في أنه يحتوي على صورة وسيطة إضافية، حيث يمكن وضع مقياس قياس ولوحة فوتوغرافية لالتقاط الصور وما إلى ذلك. ونتيجة لذلك، في علم الفلك وفي جميع الحالات المتعلقة بالقياسات، يتم استخدام أنبوب كيبلر.

إلى جانب التلسكوبات المبنية مثل التلسكوب - تعتبر المنكسرات أو التلسكوبات المرآة (العاكسة) أو العاكسات مهمة جدًا في علم الفلك.

يتم تحديد قدرات المراقبة التي يوفرها كل تلسكوب حسب قطر فتحته. لذلك، منذ العصور القديمة، كان الفكر العلمي والتقني يهدف إلى إيجاد

طرق صنع المرايا والعدسات الكبيرة.

مع بناء كل تلسكوب جديد، يتوسع نصف قطر الكون الذي نلاحظه.

الإدراك البصري للفضاء الخارجي هو عمل معقد يكون فيه الظرف الأساسي هو أننا في الظروف العادية نستخدم عينين. بفضل الحركة الكبيرة للعيون، نقوم بسرعة بإصلاح نقطة واحدة من الجسم تلو الآخر؛ وفي الوقت نفسه، يمكننا تقدير المسافة إلى الأشياء المعنية، وكذلك مقارنة هذه المسافات مع بعضها البعض. ويعطي هذا التقييم فكرة عن عمق الفضاء، والتوزيع الحجمي لتفاصيل الجسم، ويجعل الرؤية المجسمة ممكنة.

يتم عرض الصور المجسمة 1 و2 باستخدام العدسات L 1 وL 2، الموضوعة أمام عين واحدة. تقع الصور في المستويات البؤرية للعدسات، وبالتالي فإن صورها تقع في اللانهاية. يتم استيعاب كلتا العينين إلى ما لا نهاية. يُنظر إلى صور كلتا الصورتين على أنهما كائن إغاثة يقع في المستوى S.

يُستخدم المجسم حاليًا على نطاق واسع لدراسة صور التضاريس. من خلال تصوير المنطقة من نقطتين، يتم الحصول على صورتين، من خلال المنظار المجسم يمكنك رؤية التضاريس بوضوح. إن زيادة حدة الرؤية المجسمة تجعل من الممكن استخدام المجسم للكشف عن المستندات والأموال المزورة وما إلى ذلك.

في الأجهزة البصرية العسكرية المخصصة للمراقبة (المنظار، المناظير المجسمة)، تكون المسافات بين مراكز العدسات دائمًا أكبر بكثير من المسافة بين العينين، وتظهر الأجسام البعيدة أكثر بروزًا مما كانت عليه عند ملاحظتها بدون الجهاز.

أدت دراسة خصائص الضوء المنتقل في الأجسام ذات معامل الانكسار العالي إلى اكتشاف الانعكاس الداخلي الكلي. تستخدم هذه الخاصية على نطاق واسع في تصنيع واستخدام الألياف الضوئية. تسمح الألياف الضوئية بنقل أي إشعاع ضوئي دون خسارة. أتاح استخدام الألياف الضوئية في أنظمة الاتصالات إمكانية الحصول على قنوات عالية السرعة لاستقبال المعلومات وإرسالها.

مكتمل انعكاس داخلييسمح باستخدام المنشور بدلا من المرايا. تم بناء المناظير والمناظير المنشورية على هذا المبدأ.

إن استخدام الليزر وأنظمة التركيز يجعل من الممكن تركيز إشعاع الليزر عند نقطة واحدة، والذي يستخدم في قطع المواد المختلفة، وفي أجهزة القراءة والكتابة على الأقراص المضغوطة، وفي أجهزة تحديد المدى بالليزر.

تستخدم الأنظمة البصرية على نطاق واسع في الجيوديسيا لقياس الزوايا والارتفاعات (المستويات، المزواة، السدسات، وما إلى ذلك).

أدى استخدام المنشور لتقسيم الضوء الأبيض إلى أطياف إلى إنشاء أجهزة قياس الطيف والمطياف. أنها تجعل من الممكن مراقبة أطياف الامتصاص والانبعاث للمواد الصلبة والغازات. التحليل الطيفي يسمح لك بمعرفة ذلك التركيب الكيميائيمواد.

إن استخدام أبسط الأنظمة البصرية - العدسات الرقيقة - سمح للعديد من الأشخاص الذين يعانون من عيوب في الجهاز البصري بالرؤية بشكل طبيعي (النظارات، عدسات العين، إلخ).

بفضل الأنظمة البصرية، تم تحقيق العديد من الاكتشافات والإنجازات العلمية.

تستخدم الأنظمة البصرية في جميع المجالات النشاط العلمي، من الأحياء إلى الفيزياء. ولذلك، يمكننا القول أن نطاق تطبيق الأنظمة البصرية في العلوم والتكنولوجيا لا حدود له. [4.6]

خاتمة.

إن الأهمية العملية للبصريات وتأثيرها على فروع المعرفة الأخرى كبيرة للغاية. لقد فتح اختراع التلسكوب والمطياف أمام الإنسان عالمًا مدهشًا وغنيًا بالظواهر التي تحدث في الكون الواسع. أحدث اختراع المجهر ثورة في علم الأحياء. لقد ساعد التصوير الفوتوغرافي وما زال يساعد جميع فروع العلوم تقريبًا. تعتبر العدسة من أهم عناصر المعدات العلمية. وبدونها لن يكون هناك مجهر، تلسكوب، مطياف، كاميرا، سينما، تلفزيون، الخ. ولن تكون هناك نظارات، ولن يتمكن العديد من الأشخاص الذين تزيد أعمارهم عن 50 عامًا من القراءة والقيام بالعديد من الوظائف التي تتطلب الرؤية.

نطاق الظواهر التي تدرسها البصريات الفيزيائية واسع للغاية. الظواهر البصريةترتبط ارتباطًا وثيقًا بالظواهر التي تمت دراستها في فروع الفيزياء الأخرى، وتعد طرق البحث البصري من بين أكثر الطرق دقة ودقة. لذلك، ليس من المستغرب أن تلعب البصريات دورًا رائدًا في الكثيرين لفترة طويلة بحث أساسيوتطوير وجهات النظر المادية الأساسية. يكفي أن نقول إن النظريتين الفيزيائيتين الرئيسيتين في القرن الماضي - النظرية النسبية ونظرية الكم - نشأتا وتطورتا إلى حد كبير على أساس البحث البصري. لقد فتح اختراع الليزر إمكانيات جديدة واسعة ليس فقط في مجال البصريات، ولكن أيضًا في تطبيقاته في مختلف فروع العلوم والتكنولوجيا.

فهرس.

1. ارتسيبيشيف اس.ا. الفيزياء - م: مدجيز، 1950. - 511 ص.

2. جدانوف إل إس. جدانوف ج. الفيزياء للمتوسطين المؤسسات التعليمية- م: نوكا، 1981. - 560 ص.

3. لاندسبيرج جي.إس. البصريات - م: ناوكا، 1976. - 928 ص.

4. لاندسبيرج جي.إس. كتاب الفيزياء الابتدائي. - م: نوكا، 1986. - ت.3. - 656 ثانية.

5. بروخوروف أ.م. الموسوعة السوفيتية الكبرى. - م.: الموسوعة السوفيتية، 1974. - ت.18. - 632 ثانية.

6. سيفوخين د. دورة عامة في الفيزياء: البصريات - م: ناوكا، 1980. - 751 ص.

فيما يلي ملاحظات فيزياء حول موضوع "البصريات" للصفوف 10-11.
!!! تختلف الملاحظات التي تحمل نفس الأسماء في درجة الصعوبة.

3. حيود الضوء- البصريات الموجية

4. المرايا والعدسات- البصريات الهندسية

5. تدخل الضوء- البصريات الموجية

6. استقطاب الضوء- البصريات الموجية

البصريات، البصريات الهندسية، البصريات الموجية، الصف الحادي عشر، مذكرات، مذكرات الفيزياء.

حول اللون. هل كنت تعلم؟

هل تعلم أن قطعة من الزجاج الأحمر تظهر باللون الأحمر في كل من الضوء المنعكس والمرسل؟ لكن بالنسبة للمعادن غير الحديدية، تختلف هذه الألوان - على سبيل المثال، يعكس الذهب بشكل رئيسي الأشعة الحمراء والصفراء، ولكن لوحة ذهبية رقيقة وشفافة تنقل الضوء الأخضر.

لم يعتبر علماء القرن السابع عشر أن اللون خاصية موضوعية للضوء. على سبيل المثال، اعتقد كيبلر أن اللون هو صفة ينبغي دراستها من قبل الفلاسفة، وليس الفيزيائيين. وديكارت فقط، على الرغم من عدم قدرته على شرح أصل الألوان، كان مقتنعا بوجود علاقة بينها وبين الخصائص الموضوعية للضوء.

كانت النظرية الموجية للضوء التي أنشأها هويجنز خطوة كبيرة إلى الأمام - على سبيل المثال، قدمت تفسيرات لقوانين البصريات الهندسية التي لا تزال تستخدم حتى اليوم. ومع ذلك، كان فشلها الرئيسي هو عدم وجود فئة اللون، أي. لقد كانت نظرية الضوء عديم اللون، على الرغم من الاكتشاف الذي حققه نيوتن بالفعل بحلول ذلك الوقت - اكتشاف تشتت الضوء.

اشترى منشورًا - الأداة الرئيسية في تجارب نيوتن - من صيدلية: في تلك الأيام، كانت مراقبة الأطياف المنشورية هواية شائعة.

اعتقد العديد من أسلاف نيوتن أن الألوان نشأت في المنشور نفسه. وهكذا، فإن خصم نيوتن الدائم روبرت هوك يعتقد ذلك شعاع الشمسلا يمكن أن تحتوي على كافة الألوان؛ ورأى أن هذا أمر غريب مثل التأكيد على أن "هواء الأرغن المنفاخ يحتوي على جميع النغمات".

قادته تجارب نيوتن أيضًا إلى نتيجة حزينة: في الأجهزة المعقدة التي تحتوي على عدد كبير من العدسات والمنشورات، يكون تحلل الضوء الأبيض مصحوبًا بظهور حدود ملونة ملونة في الصورة. وتم التغلب لاحقًا على هذه الظاهرة، التي تسمى "الانحراف اللوني"، من خلال الجمع بين عدة طبقات من الزجاج مع مؤشرات انكسار "توازن" بعضها البعض، مما أدى إلى إنشاء عدسات لونية ومناظير تحديد بصور واضحة بدون انعكاسات أو خطوط ملونة.

فكرة أن اللون يتحدد من خلال تردد الاهتزازات في موجة الضوء تم اقتراحها لأول مرة من قبل عالم الرياضيات والميكانيكا والفيزيائي الشهير ليونارد أويلر في عام 1752، حيث يتوافق الطول الموجي الأقصى للأشعة الحمراء والحد الأدنى للأشعة البنفسجية.

في البداية، ميز نيوتن خمسة ألوان فقط في الطيف الشمسي، ولكن لاحقًا، سعى جاهداً لتحقيق المراسلات بين عدد الألوان وعدد النغمات الأساسية للمقياس الموسيقي، أضاف لونين آخرين. وربما تأثر ذلك بإدمان السحر القديم للرقم "سبعة"، والذي بموجبه يوجد سبعة كواكب في السماء، وبالتالي هناك سبعة أيام في الأسبوع، وفي الكيمياء هناك سبعة معادن أساسية، وهكذا .

أشار جوته، الذي اعتبر نفسه عالما طبيعيا رائعا وشاعرا متواضعا، وانتقد نيوتن بشدة، إلى أن خصائص الضوء التي تم الكشف عنها في تجاربه لم تكن صحيحة، لأن الضوء الموجود فيها "تم تعذيبه بأنواع مختلفة من أدوات التعذيب - الشقوق، المنشورات والعدسات." صحيح أن الفيزيائيين الجادين في هذا النقد رأوا فيما بعد توقعًا ساذجًا لوجهة النظر الحديثة حول دور معدات القياس.

نظرية رؤية الألوان - حول الحصول على جميع الألوان عن طريق مزج الألوان الثلاثة الرئيسية - تنبع من خطاب لومونوسوف عام 1756 بعنوان "كلمة عن أصل الضوء، تقديم نظرية جديدة للألوان..."، والذي، مع ذلك، لم يلاحظه أحد العالم العلمي. وبعد نصف قرن، أيد يونج هذه النظرية، وتم تطوير افتراضاته بالتفصيل إلى نظرية الألوان ثلاثية المكونات التي وضعها هيلمهولتز في ستينيات القرن التاسع عشر.

إذا كانت هناك أي أصباغ غائبة في مستقبلات شبكية العين الضوئية، فإن الشخص لا يرى النغمات المقابلة، أي. يصبح مصابًا بعمى الألوان جزئيًا. وكان هذا هو الفيزيائي الإنجليزي دالتون، والذي سُمي هذا القصور البصري باسمه. وقد اكتشفه دالتون بواسطة يونغ فقط.

وتظهر الظاهرة التي تسمى تأثير بوركين - تكريما لعالم الأحياء التشيكي الشهير الذي درسها، أن بيئات العين المختلفة لها انكسار غير متساو، وهذا ما يفسر حدوث بعض الأوهام البصرية.

لا تعد الأطياف الضوئية للذرات أو الأيونات مصدرًا غنيًا للمعلومات حول بنية الذرة فحسب، بل تحتوي أيضًا على معلومات حول خصائصها النواة الذرية، تتعلق في المقام الأول بشحنتها الكهربائية.