Fizika va astronomiya

KAMERADA OPTIK TASVIRNI OLISH

1. 
   Rasmga tushirish vaqtida kamerada suratga olingan ob'ektning optik tasviri linzaga o‘xshash tarzda olinadi. Suratga olinadigan har qanday ob'ekt yorug‘lik yoki yoritilgan nuqtalar to‘plamidir, shuning uchun ob'ektning ikkita o‘ta nuqtasi tasvirlarini qurish butun tasvirning o‘rnini belgilaydi. Har bir kamerada yorug‘lik o‘tkazmaydigan kamera va ob'ektiv mavjud bo‘lib, u ma'lum miqdordagi linzalarning aberatsiyasidan tuzatilgan kollektiv optik tizimdir. Ob'ektiv ob'ektning optik tasvirini kameraning orqa devoriga joylashtirilgan yorug‘likka sezgir materialda quradi. Ob'ektivni ob'ektivdan turli masofalarga joylashtirish orqali uning teng bo‘lmagan o‘lchamdagi optik tasvirini olish mumkin. Ko‘pincha ob'ektlar ob'ektivdan uzoqda va tasvirlar haqiqiy,
   

qisqartirilgan va teskari bo‘ladi. Ob'ekt fokusdan (oldingi) bir oz uzoqroqda joylashganida, tasvir haqiqiy, kattalashtirilgan va teskari bo‘ladi. Agar ob'ektni fokusdan yaqinroq joylashtirsangiz, u holda haqiqiy tasvir ishlamaydi. Bunday holda, tasvir virtual, kattalashtirilgan va tik.

Geometrik optikaning asosiy qonunlari. to‘liq aks ettirish

yorug‘lik nuri yorug‘lik energiyasi tarqaladigan yo‘naltirilgan chiziqdir. Bunday holda, yorug‘lik nurining yo‘nalishi yorug‘lik nurining ko‘ndalang o‘lchamlariga bog‘liq emas. Aytishlaricha, u bir yo‘nalishda tarqaladi: yorug‘lik nuri bo‘ylab.Geometrik optika bir necha oddiy empirik qonunlarga asoslanadi:1)Yorug‘likning to‘g‘ri chiziqli tarqalish qonuni: Shaffof bir hil muhitda yorug‘lik to‘g‘ri chiziqlar bo‘ylab tarqaladi.Demak, yorug‘lik nuri tarqaladigan chiziq sifatida geometrik ma'noga ega bo‘lgan yorug‘lik nuri tushunchasi. Cheklangan kenglikdagi yorug‘lik nurlari haqiqiy jismoniy ma'noga ega. Yorug‘lik nurini yorug‘lik nurining o‘qi deb hisoblash mumkin. Yorug‘lik, har qanday nurlanish kabi, energiya olib yurganligi sababli, yorug‘lik nuri yorug‘lik nuri bilan energiya uzatish yo‘nalishini ko‘rsatadi, deb aytishimiz mumkin.Yorug‘likning tarqalishini kuzatish ko‘p hollarda yorug‘likning to‘g‘ri chiziqda tarqalishini ko‘rsatadi. Bu ko‘cha chirog‘i bilan yoritilgan ob'ektning soyasi va quyosh tutilishi paytida Oy soyasining Yer bo‘ylab harakatlanishi, asboblarning lazer bilan tekislanishi va boshqa ko‘plab faktlar. Barcha holatlarda yorug‘lik to‘g‘ri chiziq bo‘ylab tarqaladi deb faraz qilamiz.Geometrik optikada shaffof muhitda yorug‘likning tarqalish qonunlari yorug‘lik nurlari to‘plami sifatida yorug‘lik tushunchasi asosida ko‘rib chiqiladi - tekis yoki egri chiziqlar, ular yorug‘lik manbasidan boshlanadi va cheksiz davom etadi. Agar muhit bir hil bo‘lsa, nurlar chiziqlar bo‘ylab tarqaladi. Ushbu naqsh sifatida tanilgan yorug‘likning to‘g‘ri chiziqli tarqalishi qonuni. Yorug‘lik tarqalishining to‘g‘riligi, agar yorug‘likning nuqta manbai bilan yoritilgan bo‘lsa, shaffof bo‘lmagan jismdan soya hosil bo‘lishida namoyon bo‘ladi. Agar bir xil ob'ekt ikkita nuqta yorug‘lik manbalari bilan yoritilgan bo‘lsa S 1 va S 2 (1-rasm) yoki bitta kengaytirilgan manba, keyin ekranda qisman yoritilgan va penumbra deb ataladigan joylar paydo bo‘ladi. Tabiatda soya va yarim soyaning paydo bo‘lishiga misol quyosh tutilishidir. Ushbu qonunning amal qilish doirasi cheklangan. Kichik teshik o‘lchamlari bilan yorug‘lik ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ (taxminan 10 -5 m) orqali o‘tadi, yuqorida ta'kidlanganidek, yorug‘likning to‘g‘ri yo‘ldan og‘ish fenomeni kuzatiladi,Soya va yarim soyaning shakllanishi.Bir jinsli bo‘lmagan muhitda nurlar egri chiziqli traektoriyalar bo‘ylab tarqaladi. Geterogen muhitga misol qilib cho‘lda isitiladigan qumni keltirish mumkin. Uning yonida havo yuqori haroratga ega, u balandlik bilan kamayadi. Shunga ko‘ra, cho‘l yuzasiga yaqinroq havo zichligi pasayadi. Shu sababli, haqiqiy ob'ektdan kelayotgan nurlar har xil haroratga ega bo‘lgan va egilgan havo qatlamlarida sinadi. Natijada, ob'ektning joylashuvi haqida noto‘g‘ri tasavvur hosil bo‘ladi. Sarob sodir bo‘ladi, ya'ni sirt yaqinidagi tasvir osmonda balandda joylashgandek ko‘rinishi mumkin. Aslida, bu hodisa yorug‘likning suvda sinishiga o‘xshaydi. Masalan, suvga tushirilgan qutbning uchi biz uchun uning yuzasiga haqiqatdan ham yaqinroq ko‘rinadi.2)Nurlarning mustaqil tarqalish qonuni : yorug‘lik nurlari bir-biridan mustaqil ravishda tarqaladi.Shunday qilib, masalan, yorug‘lik nurlari dastasi yo‘liga shaffof bo‘lmagan ekran o‘rnatilganda, uning bir qismi nurning tarkibidan ekranlanadi (tashqariga chiqariladi). Biroq, mustaqillik xususiyatiga ko‘ra, himoyalanmagan nurlarning ta'siri bundan o‘zgarmasligini hisobga olish kerak. Ya'ni, nurlar bir-biriga ta'sir qilmaydi va ko‘rib chiqilayotgan nurlardan tashqari boshqa nurlar yo‘qdek tarqaladi, deb taxmin qilinadi.Yorug‘lik nurlarining mustaqillik qonuni bitta nurning ta'siri boshqa nurlarning bir vaqtning o‘zida harakat qilishiga bog‘liq emasligini anglatadi. Dᴀᴋᴎᴍ ᴏsᴩᴀᴈᴏᴍ, yorug‘lik nurlari birlashtirilishi va bo‘linishi mumkin. Katlanmış nurlar yorqinroq bo‘ladi. Quyosh nurlarining qo‘shilishi tarixidan mashhur misol, shaharni dengizdan dushman kemalarining hujumidan himoya qilganda, quyosh nurlari ko‘plab nometalllar tomonidan bir nuqtada kemaga yo‘naltirilgan. issiq yozda yog‘och kemada yong‘in chiqqani. Ko‘pchiligimiz bolaligimizda yorug‘likni to‘playdigan kattalashtiruvchi harflarni yoqishga harakat qildik.3) Yorug‘likning aks etish qonuniReflektsiya- to‘lqinlar yoki zarrachalarning sirt bilan o‘zaro ta'sirining fizik jarayoni, turli xil xususiyatlarga ega bo‘lgan ikkita muhit chegarasida to‘lqin jabhasi yo‘nalishining o‘zgarishi, bunda to‘lqin fronti o‘zi kelgan muhitga qaytadi. To‘lqinlarning ommaviy axborot vositalari orasidagi interfeysda aks etishi bilan bir vaqtda, qoida tariqasida, to‘lqinlarning sinishi sodir bo‘ladi (to‘liq ichki aks ettirish hollari bundan mustasno).Akustikada aks sadoning sababi bo‘lib, sonarda qo‘llaniladi. Geologiyada seysmik toʻlqinlarni oʻrganishda muhim rol oʻynaydi. Suv havzalarida sirt to‘lqinlarida aks etish kuzatiladi. Ko‘zgu nafaqat ko‘rinadigan yorug‘lik uchun emas, balki ko‘plab elektromagnit to‘lqinlar bilan kuzatiladi. VHF va yuqori chastotali radioto‘lqinlarning aks etishi radio uzatish va radar uchun juda muhimdir. Hatto qattiq rentgen va gamma nurlari ham maxsus tayyorlangan ko‘zgular orqali sirtga kichik burchak ostida aks ettirilishi mumkin. Tibbiyotda ultratovushni to‘qimalar va organlar orasidagi interfeyslarda aks ettirish ultratovush diagnostikasida qo‘llaniladi.Yorug‘likni aks ettirish qonuni:tushayotgan va aks ettirilgan nurlar tushish nuqtasida aks etuvchi yuzaning normali bilan bir tekislikda yotadi, "tushish burchagi a ning aks etish burchagi g ga teng".

Yorug‘likning aks etishi aniq (ya'ni ko‘zgulardan foydalanganda kuzatiladi) yoki diffuz (bu holda, aks ettirish ob'ektdan keladigan nurlarning yo‘linisaqlamaydi, faqat yorug‘lik oqimining energiya komponentini) bo‘lishi mumkin. sirtning tabiati.Agar tushayotgan parallel yorug‘lik nurlari aks etgandan keyin o‘z parallelligini saqlab qolsa, yorug‘likning aks etishi aynali deb ataladi. Agar sirt nosimmetrikliklarining o‘lchamlari tushayotgan yorug‘likning to‘lqin uzunligidan katta bo‘lsa, u barcha mumkin bo‘lgan yo‘nalishlarda tarqaladi, yorug‘likning bunday aks etishi tarqalgan yoki diffuziya deb ataladi.Ko‘zga ko‘rinadigan yorug‘lik aksi:1) aks ettirilgan nur tushayotgan nurdan o‘tadigan tekislikda yotadi va aks etuvchi sirtning normali tushish nuqtasida tiklanadi;2) aks etish burchagi tushish burchagiga teng. Yoritilgan yorug‘likning intensivligi (aks ettirish koeffitsienti bilan tavsiflanadi) nurlarning tushish burchagi va qutblanish burchagiga, shuningdek, 2 va 1 muhitning n2 va n1 sinishi ko‘rsatkichlarining nisbatiga bog‘liq. Miqdoriy jihatdan bu bog‘liqlik (aks ettiruvchi muhit uchun - dielektrik) Fresnel formulalari bilan ifodalanadi. Ulardan, xususan, yorug‘lik sirtga normal bo‘ylab tushganda, aks ettirish koeffitsienti tushayotgan nurning qutblanishiga bog‘liq emasligi va teng Misol. Havo yoki shishadan ularning interfeysiga normal tushishning alohida holatida (havoning sinishi indeksi = 1,0; shisha = 1,5), u 4% ni tashkil qiladi.4)Yorug‘likning sinishi qonuni Ikki muhit chegarasida yorug‘lik tarqalish yo‘nalishini o‘zgartiradi. Yorug‘lik energiyasining bir qismi birinchi vositaga qaytadi, ya'ni. yorug‘lik aks etadi.Agar ikkinchi muhit shaffof bo‘lsa, u holda ma'lum sharoitlarda yorug‘likning bir qismi ommaviy axborot vositalarining chegarasidan o‘tishi mumkin, shuningdek, qoida tariqasida, uning tarqalish yo‘nalishini o‘zgartiradi. Bu hodisa yorug‘likning sinishi deyiladi.Yorug‘likning sinishi qonuni: Nurning tushish nuqtasida
tiklangan ikkita vosita orasidagi interfeysga tushgan nur, singan nur va perpendikulyar bir xil tekislikda yotadi; tushish burchagi sinusining sinish burchagi sinusiga nisbati b - berilgan ikkita muhit uchun doimiy qiymat Sinishi indeksi- yorug‘likning sinish qonuniga kiritilgan konstanta nisbiy sindirish ko‘rsatkichi yoki birinchisiga nisbatan bitta muhitning sinishi ko‘rsatkichi deyiladi.Muhitning vakuumga nisbatan sinishi ko‘rsatkichi deyiladi mutlaq ko‘rsatkich bu muhitning sinishi. U yorug‘lik nurining vakuumdan ma'lum muhitga o‘tishida tushish burchagi sinusining sinish burchagi sinusiga nisbatiga teng. Nisbiy sindirish ko‘rsatkichi n birinchi muhitning absolyut ko‘rsatkichlari n2 va n1 bilan bog‘liq:

Demak, sinish qonunini quyidagicha yozish mumkin:

Sinishi ko‘rsatkichining fizik ma'nosi birinchi muhitdagi to‘lqinlarning tarqalish tezligi y1 ning ikkinchi muhitdagi tarqalish tezligi y2 ga nisbati:Mutlaq sindirish ko‘rsatkichi yorug‘lik vakuumdagi c tezligining muhitdagi yorug‘lik tezligi y ga nisbatiga teng:Mutlaq sindirish ko‘rsatkichi past bo‘lgan muhit odatda optik jihatdan kamroq zichroq muhit deb ataladi.Muhitning mutlaq sinishi ko‘rsatkichi ma'lum muhitda yorug‘lik tarqalish tezligi bilan bog‘liq va yorug‘lik tarqaladigan muhitning fizik holatiga bog‘liq, ya'ni. harorat, moddaning zichligi, undagi elastik tarangliklarning mavjudligi bo‘yicha. Sinishi ko‘rsatkichi yorug‘likning o‘ziga xos xususiyatlariga ham bog‘liq. Qizil chiroq uchun yashil rangdan kamroq, yashil rangda esa binafsha rangdan kamroq.5) Yorug‘lik nurining teskariligi qonuni . Unga ko‘ra, ma'lum bir traektoriya bo‘ylab bir yo‘nalishda tarqaladigan yorug‘lik dastasi qarama-qarshi yo‘nalishda tarqalayotganda o‘z yo‘nalishini aynan takrorlaydi.Geometrik optika yorug‘likning to‘lqinli tabiatini hisobga olmaganligi sababli, unda postulat ishlaydi, unga ko‘ra agar ikkita (yoki undan ko‘p) nurlar tizimi bir nuqtada yaqinlashsa, ular tomonidan yaratilgan yorug‘lik qo‘shiladi.Ikki muhit orasidagi interfeysdagi elektromagnit yoki tovush to‘lqinlari uchun, to‘lqin tarqalish tezligi pastroq bo‘lgan muhitdan tushganda kuzatiladi (yorug‘lik nurlari holatida bu yuqori sinishi indeksiga to‘g‘ri keladi).Tushish burchagi ortishi bilan sinish burchagi ham ortadi, aks ettirilgan nurning intensivligi ortadi va singan nurniki kamayadi (ularning yig‘indisi tushayotgan nurning intensivligiga teng). Muayyan kritik qiymatda singan nurning intensivligi nolga aylanadi va yorug‘likning to‘liq aks etishi sodir bo‘ladi. Kritik tushish burchagining qiymatini sinish qonunida sinish burchagi b ni 90 ° ga teng belgilash orqali topish mumkin:Agar n shishaning havoga nisbatan sindirish ko‘rsatkichi (n>1) bo‘lsa, u holda havoning shishaga nisbatan sinishi ko‘rsatkichi 1/n bo‘ladi. Bunday holda, shisha birinchi vosita, havo esa ikkinchi. Sinishi qonuni quyidagicha yoziladi:Bunday holda, sinish burchagi tushish burchagidan kattaroqdir, ya'ni optik jihatdan kamroq zich muhitga o‘tib, nur ikki muhit chegarasiga perpendikulyar tomondan chetga chiqadi. Mumkin bo‘lgan eng katta sinishi burchagi b = 90 ° tushish burchagi a0 ga to‘g‘ri keladi.a > a0 tushish burchagida singan nur yo‘qoladi va barcha yorug‘lik interfeysdan aks etadi, ya'ni. yorug‘likning to‘liq aks etishi sodir bo‘ladi. Keyin, agar yorug‘lik nuri optik jihatdan zichroq muhitdan optik kamroq zichroq muhitga yo‘naltirilsa, u holda tushish burchagi oshgani sayin, singan nur ikki muhit orasidagi interfeysga yaqinlashadi, keyin u interfeys bo‘ylab boradi va tushish burchagining yanada ortishi bilan singan nur yo‘qoladi, t .e. hodisa nuri butunlay ikki ommaviy axborot vositalari o‘rtasidagi interfeys tomonidan aks ettiriladi.Cheklovchi burchak (alfa nol) - bu 90 graduslik sinishi burchagiga mos keladigan tushish burchagi.Yoritilgan va singan nurlarning intensivliklari yig‘indisi tushayotgan nurning intensivligiga teng. Tushish burchagi oshgani sayin, aks ettirilgan nurning intensivligi oshadi, singan nurning intensivligi pasayadi va chegaraviy tushish burchagi uchun nolga teng bo‘ladi.Umumiy ichki aks ettirish hodisasi ko‘plab optik qurilmalarda qo‘llaniladi. Eng qiziqarli va amaliy jihatdan muhim dastur optik shaffof materialdan (shisha, kvarts) nozik (bir necha mikrometrdan millimetrgacha) o‘zboshimchalik bilan egilgan filamentlar bo‘lgan tolali yorug‘lik qo‘llanmalarini yaratishdir. Tolaning uchiga tushgan yorug‘lik yon yuzalardan to‘liq ichki aks etishi tufayli u bo‘ylab uzoq masofalarga tarqalishi mumkin. Optik yorug‘lik yo‘riqnomalarini ishlab chiqish va qo‘llash bilan bog‘liq ilmiy-texnik yo‘nalish optik tolalar deb ataladi.Elyaflar to‘plamlarda yig‘iladi. Bunday holda, tasvirning ba'zi elementi tolalarning har biri orqali uzatiladi.Tibbiyotda ichki organlarni tekshirish uchun tolali jgutlar qo‘llaniladi. Ikkita yorug‘lik qo‘llanmasini tananing har qanday kirishib bo‘lmaydigan joyiga tashlash mumkin. Bir yorug‘lik qo‘llanmasi yordamida kerakli ob'ekt yoritiladi, ikkinchisi orqali uning tasviri kameraga yoki ko‘zga uzatiladi. Misol uchun, yorug‘lik o‘tkazgichlarini oshqozonga tushirish orqali shifokorlar, yorug‘lik yo‘riqnomalarini eng g‘alati tarzda burish va egish kerakligiga qaramay, ular uchun qiziqarli joyning ajoyib tasvirini olishga muvaffaq bo‘lishadi.Optik tolalar kompyuter tarmoqlarida katta hajmdagi ma'lumotlarni uzatishda, borish qiyin bo‘lgan joylarni yoritishda, reklama va maishiy yoritish uskunalarida qo‘llaniladi.Harbiy ishlarda periskoplar suv osti kemalarida keng qo‘llaniladi. Periskop (yunoncha peri - "atrofda" va scopo - "qarayapman") - boshpanadan kuzatish uchun qurilma. Periskopning eng oddiy shakli - bu naycha bo‘lib, uning ikkala uchida ham yorug‘lik nurlari oqimini o‘zgartirish uchun trubaning o‘qiga nisbatan 45 ° ga egilgan nometall mahkamlangan. Murakkab versiyalarda nurlarni chalg‘itish uchun nometall o‘rniga prizmalardan foydalaniladi va kuzatuvchi tomonidan olingan tasvir linzalar tizimi yordamida kattalashtiriladi. Yorug‘lik nuri to‘liq aks etadi va kuzatuvchining ko‘ziga kiradi.Rasmda shisha prizmaning yon qirralariga perpendikulyar tekislik bilan kesilgan qismi ko‘rsatilgan. Prizmadagi nur OA va 0B yuzlarida sinib, asosga og‘adi. Bu yuzlar orasidagi A burchak prizmaning sinishi burchagi deyiladi. In'ektsiya φ nurning egilishi A prizmaning sindirish burchagiga, prizma materialining sindirish ko‘rsatkichi n va tushish burchagi a1 ga bog‘liq. Uni sinishi qonuni yordamida hisoblash mumkin.Shuning uchun prizma tomonidan nurlarning burilish burchagi qanchalik katta bo‘lsa, prizmaning sinishi burchagi shunchalik katta bo‘ladi.

Prizmalardan ko‘plab optik asboblar, masalan, teleskop, durbin, periskop, spektrometrlar qurilishida foydalaniladi. Prizmadan foydalanib, I. Nyuton birinchi marta yorug‘likni uning tarkibiy qismlariga ajratdi va prizmadan chiqishda ko‘p rangli spektr paydo bo‘lishini va ranglar kamalakdagi kabi tartibda joylashishini ko‘rdi. Ma'lum bo‘lishicha, tabiiy "oq" yorug‘lik juda ko‘p rangli nurlardan iborat Fotometriya (foto... va metriya) — fizik optikaning manbalardan chiqib, turli muhitlarda tarqaladigan va jismlar bilan oʻzaro taʼsirlashadigan optik nurlanishning energetik koʻrsatkichlarini oʻrganadigan boʻlimi. F. fotometrik kattaliklarni oʻlchashning eksperimental usullari va vositalarini xamda shu kattaliklarga tegi shli nazariy qoidalar va x.isoblarni oʻz ichiga oladi. F.ning asosiy energetik tushunchasi nurlanish oqimi F(, boʻlib, uning fizik maʼnosi elektromagnit nurlanish tashiydigan oʻrtacha quvvatdir. Tor maʼnoda F. deb, yoruglik kattaliklari tizimiga tegishli (yoritilganlik, yoruglik kuchi, ravshanlik va h.k.) kattaliklarni oʻlchash va hisoblash tushuniladi. Fotometrik kattaliklarning nurlanish toʻlqin uzunligiga bogʻliqligini va energetik kattaliklarning spektral zichliklarini oʻrganish spektrofotometriya hamda spektroradiometriya mazmunini tashkil etadi. F.ning asosiy qonunini I.Kepler 1604-yil taʼriflagan: Ye=1/R (bunda Ye — yoruglik kuchi / boʻlgan yorugʻlik manbaidan / masofadagi yoritilganlik). F.ni P. Buger eksperimental asoslab bergan. Modsalar va jismlarning fotometrik xususiyatlari oʻtkazish koeffitsiyenti t, qaytarish koeffitsiyenti r va yutish koeffitsiyenti a bilan tavsiflanadi. Bir jiyemning oʻzi uchun t+r+a=1 munosabat oʻrinli. Nurlanishning ingichka dastasi modda orqali oʻtishida nurlanish oqimining susayishi Buger — Lambert — Ber qonuni orqali aniqlanadi. F. usullari astronomiyada spektrning turli diapazonlarida nurlanuvchi kosmik manbalarni tadqiq qilishda, yorugʻlik texnikasida, signalizatsiya texnikasida, astronomiya, astrofizika va h.k.da qoʻllanadi. Optik diapazonga to’g’ri keladigan elektr magnit to’lqinlarining  energetik parametrlarini o’lchash bilan shug’ullanadigan optikaning bo’limiga fotometriya deyiladi. Soddaroq qilib aytganda, ko’zga ko’rinadigan yorug’lik ta’sirlarini o’lchash bilan shug’ullanadigan optikaning bo’limi fotometriya deyiladi. Fotometriya (foto... va metriya) — fizik optikaning manbalardan chiqib, turli muhitlarda tarqaladigan va jismlar bilan oʻzaro taʼsirlashadigan optik nurlanishning energetik koʻrsatkichlarini oʻrganadigan boʻlimi. Fotometriya fotometrik kattaliklarni oʻlchashning eksperimental usullari va vositalarini xamda shu kattaliklarga tegi shli nazariy qoidalar va xisoblarni oʻz ichiga oladi. Fotometriya ning asosiy energetik tushunchasi nurlanish oqimi E, boʻlib, uning fizik maʼnosi elektromagnit nurlanish tashiydigan oʻrtacha quvvatdir. Tor maʼnoda Fotometriya deb, yoruglik kattaliklari tizimiga tegishli (yoritilganlik, yoruglik kuchi, ravshanlik va h.k.) kattaliklarni oʻlchash va hisoblash tushuniladi. Fotometrik kattaliklarning nurlanish toʻlqin uzunligiga bogʻliqligini va energetik kattaliklarning spektral zichliklarini oʻrganish spektrofotometriya hamda spektroradiometriya mazmunini tashkil etadi.