Optyka

Optyka

Optyka to dział fizyki, zajmujący się badaniem natury światła, prawami opisującymi jego emisję, rozchodzenie się, oddziaływanie z materią oraz pochłanianie przez materię. Optyka wypracowała specyficzne metody pierwotnie przeznaczone do badania światła, stosowane obecnie także do badania rozchodzenia się innych zakresów promieniowania elektromagnetycznego podczerwień, ultrafiolet zwane światłem niewidzialnym.

Optyka to także dział techniki badający światło i jego zastosowania w technice.

Działy optyki:
Optyka geometryczna, najstarsza i podstawowa do dziś część optyki. Wprowadza pojęcie ` promień świetlny jako cienką strużkę światła (odpowiednik prostej w geometrii). Opisuje rozchodzenie się światła jako bieg promieni, bez wnikania w naturę światła. Według optyki geometrycznej, światło rozchodzi się w ośrodkach jednorodnych po liniach prostych, na granicy ośrodków ulega odbiciu (odbicie światła) a przechodząc do drugiego ośrodka ulega załamaniu (załamanie światła).

Optyka falowa bada zjawiska optyczne, w których światło przejawia swoją falową naturę (interferencja, dyfrakcja, polaryzacja optyka cienkich warstw itp.). Z falowego punktu widzenia, światło jest falą elektromagnetyczną, zatem oczywiste jest, że fundamentem optyki falowej są równania Maxwella opisujące zjawiska elektromagnetyczne.

Optyka falowa stanowi podstawę teoretyczną dla optyki geometrycznej, wyjaśnia prawa optyki geometrycznej, wskazuje ograniczenia jej stosowania. Prawa optyki geometrycznej są prawdziwe dla odległości znacznie większych od długości fali. Jednocześnie optyka geometryczna wraz ze swymi prostymi prawami i pojęciami stanowi silne narzędzie umożliwiające proste opisanie przebiegu wielu zjawisk i działania przyrządów optycznych.

Ważnym działem optyki falowej jest spektroskopia badająca widma fal świetlnych. Spektroskopia badając widma emisyjne i absorpcyjne gazów dała, na początku XX wieku bodziec do powstania nowych teorii światła i materii. Światło objawiło się jako cząsteczka foton, a materia zaczęła być postrzegana jako fala. Powstały dział fizyki to mechanika kwantowa.

Optyka kwantowa zajmuje się z kolei zjawiskami, w których światło opisywane jako cząsteczka foton ma cechy ciał fizycznych (energia, pęd, ciśnienie światła) oddziałowuje z materią tak jak maleńka kulka. Wspomniana wcześniej spektroskopia wraz z fizyką atomową i mechaniką kwantową jest silnym narzędziem badawczym wykorzystywanym do badania zjawisk zachodzących w najdalszych obiektach wszechświata, wykrywania nawet pojedynczych atomów, badania struktury krkryształów, itp. Optyka zakłada, że światło przechodząc przez materię nie wpływa na przechodzenie innego światła przez tę samą materię. Przy dużych natężeniach światła nie jest to prawdą, przechodzące światło wpływa na przejście innych wiązek światła (także siebie) opisuje to dział optyki optyka nieliniowa.

Fale

Falę stanowi rozchodzące się w ośrodku zaburzenie, zmiany (najczęściej powtarzające się wielokrotnie) jakiejś wielkości.
Fala pojawia się w ośrodkach, których punkty są ze sobą powiązane. Dzięki temu powiązaniu zmiany w jednym miejscu przechodzą na kolejne punkty (obszary) ośrodka.
Fala rozchodząca się na duże odległości nie przesuwa w istotny sposób punktów ośrodka - tym, co się przemieszcza w fali jest nie materia, ale energia - różne obszary ośrodka cyklicznie "zamieniają się rolami" - stając się raz podlegającymi większemu zaburzeniu, raz mniejszemu.

Rodzaje fal:
- ze względu na kierunek drgań
- fale poprzeczne - cząsteczki fali drgają prostopadle do kierunku rozchodzenia się fali
- fale podłużne - cząsteczki fali drgają równolegle do kierunku rozchodzenia się fali
- ze względu na kierunki rozchodzenia się fali
- płaska - zaburzenie rozchodzi się w jednym kierunku
- kolista - zaburzenie rozchodzi się po płaszczyźnie
- kulista - zaburzenie rozchodzi się w przestrzeni

Fale elektromagnetyczne

W XIX wieku okazało się, że pole elektrycznie i magnetyczne są od siebie zależnie i takie powiązane ze sobą pole elektryczne i magnetyczne nazywamy polem elektromagnetycznym. Dziś wiemy, że oddziaływanie elektromagnetyczne jest jednym z czterech podstawowych oddziaływań w przyrodzie. James Maxwell oddziaływanie elektromagnetyczne opisał zestawem czterech równań zwanych dzisiaj równaniami Maxwella (niestety nie da się ich podać bez znajomości pochodnych i całek). Z pierwszego równania wynika wniosek, że zmienne pole elektryczne wytwarza wirowe pole magnetyczne, a z drugiego, że . zmienne pole magnetyczne wytwarza wirowe pole elektryczne (pole wirowe charakteryzuje się tym, że linie tego pola są krzywymi zamkniętymi). Maxwell wykazał, że pole elektromagnetyczne może się rozchodzić w przestrzeni z prędkością światła i nazywamy je falą elektromagnetyczną. Fala elektromagnetyczna jest, więc rozchodzącym się w przestrzeni sprzężonym polem elektrycznym (opisuje je wektor natężenia elektrycznego E) i magnetycznym (opisuje je wektor indukcji magnetycznej B), prostopadłych do siebie i do kierunku rozchodzenia się, o natężeniach zmieniających się sinusoidalnie. Fala elektromagnetyczna niesie ze sobą energię.

I prawo Maxwella
Wokół zmiennego pola elektrycznego powstaje wirowe (również zmienne) pole magnetyczne, którego linie leżą w płaszczyznach prostopadłych do linii sił pola elektrycznego,

II prawo Maxwella
Zmienne pole magnetyczne powoduje wytwarzanie wirowego pola elektrycznego,

Wielkością charakteryzującą fale jest częstotliwość, czyli liczba pełnych zmian pola magnetycznego i elektrycznego w ciągu jednej sekundy wyrażona w hercach. Drugą wielkością jest długość fali, czyli odległość między sąsiednimi punktami, w których pole magnetyczne i elektryczne jest takie samo (patrz rysunek obok). Wielkości te zależą od siebie. Czym większa jest częstotliwość to długość fali jest mniejsza (oto wzór l=c/n, gdzie l długość fali, c prędkość fali, a n częstotliwość). Częstotliwość dla danej fali jest stała i niezależna od ośrodka. Natomiast długość zmienia się, bowiem co niżej jest omówione Rys2 prędkość fali zależy od rodzaju ośrodka. Należy pamiętać, że wszystkie długości tutaj podane odnoszą się do próżni.

Fala elektromagnetyczna rozchodzi się najlepiej i najszybciej w próżni (prędkość w próżni wynosi 299792km/s). W ośrodkach materialnych prędkość fali elektromagnetycznej jest zawsze mniejsza i zależna od rodzaju ośrodka oraz od częstotliwości fali. W ośrodkach materialnych część energii fali jest tracona i ulega zamianie na energię wewnętrzną ciała. Zjawisko to nosi nazwę absorpcji lub pochłaniania światła. Na skutek absorpcji fala ulega stopniowemu osłabianiu, a stopień osłabienia zależy od własności ośrodka, grubości warstwy, przez którą przechodzi fala oraz od częstotliwości fali. Fala może w niektórych ośrodkach doznać osłabienia wskutek innego osłabienia. Niewielkie niejednorodności ośrodka zakłócają prostoliniowy bieg światłą i część fali ulega rozproszeniu praktycznie we wszystkich kierunkach (dotyczy to zwłaszcza fal długich).
Dla fal zachodzą zjawiska dyfrakcji, czyli ugięcia fali i interferencji, czyli nakładania się fal. Zjawiska te tym lepiej jest obserwować im dłuższa jest długość fali, (czyli mniejsza częstotliwość). Z drugiej strony falę elektromagnetyczną można traktować jako strumień cząstek (korpuskuł) zwanych fotonami. Każdy foton ma określoną energię (foton możemy, więc traktować jako paczkę fali) zależną od częstotliwości. Im większa częstotliwość (mniejsza długość) to energia fotonu jest większa. Fala elektromagnetyczna ma, więc naturę podwójną, mówimy dualną, stąd teoria dualizmu korpuskularno - falowego. W niektórych zjawiskach ujawniają się właściwości falowe, a w niektórych właściwości korpuskularne, czyli cząsteczkowe. Połączenie opisu własności falowych i korpuskularnych fali podaje mechanika kwantowa (mechanika falowa). Fale długie ujawniają bardziej właściwości falowe, natomiast im krótsze fale to bardziej ujawniają się właściwości kwantów, czyli korpuskularne (wtedy energia fotonu jest większa).


Klasyfikację fal elektromagnetycznych według ich długości w próżni (częstotliwości) nazywamy widmem fal elektromagnetycznych. Omówimy obecnie poszczególne rodzaje fali elektromagnetycznej od fal najkrótszych (o największej częstotliwości) do najdłuższych. Nazwa poszczególnych fal jest tradycyjna i wynika na ogół ze sposobów otrzymywania poszczególnych fal. Dlatego zakresy np. promieniowania gamma i rentgenowskiego lub podczerwonego i mikrofal pokrywają się.

Promieniowanie gamma


 Są to fale elektromagnetyczne o długości krótszej od 10-10 m. Źródłem promieniowania gamma inaczej zwanego promieniowaniem przenikliwym są procesy zachodzące w jądrze atomowym (np. rozpad pierwiastków promieniotwórczych zawartych w skorupie ziemskiej lub reakcje jądrowe) oraz promieniowanie kosmiczne powstające podczas procesów jądrowych zachodzących w gwiazdach i galaktykach. Najsilniejszym źródłem kosmicznego promieniowania są tak zwane błyski gamma. Widmo promieniowania gamma pierwiastków promieniotwórczych ma charakter dyskretny, tj. obserwuje się oddzielne linie widmowe, energia odpowiadająca tym liniom pozwala identyfikować promieniującą substancję. Promieniowanie to najlepiej przechodzi przez materię stąd druga nazwa promieniowanie przenikliwe. Podobnie jak promienie rentgenowskie najlepiej pochłaniane jest przez substancje o dużej liczbie masowe. Dlatego najlepszym materiałem zabezpieczającym przed promieniowaniem gamma jest ołów. Aby obniżyć koszty schrony przeciwatomowe buduje się z na przemian kładzionych warstw ołowiu i betonu, który również dość dobrze pochłania promieniowanie gamma.
Promieniowane gamma niszczy wszystkie żywe komórki, także nowotworowe. Znalazło to szerokie zastosowanie w medycynie (głównie onkologii) do naświetlania chorych tkanek, a także do konserwowania żywności. Ponieważ na ogół wykorzystuje się izotop kobaltu 60, to takie urządzenie nosi nazwę bomby kobaltowej. Oprócz tego stosuje się je do wykrywania wad materiałów (defektoskopia).

Promieniowanie rentgenowskie


 Promieniowanie rentgenowskie odkrył w 1895 roku W.C. Roentgen (pierwszy laureat Nagrody Nobla z fizyki) i nazwał promieniowaniem X. Długości fali zawarta jest w przedziale od 10-13m do około 5x10-8m, przy czym zakres promieniowania rentgenowskiego pokrywa się częściowo z niskoenergetycznym (tzw. miękkim) promieniowaniem gamma. Rozróżnienie wynika z mechanizmu wytwarzania promieniowania. Promieniowaniem gamma powstaje w przemianach energetycznych zachodzących w jądrze atomowym natomiast promieniowanie rentgenowskie wytwarzane jest w lampach rentgenowskich i są dwa mechanizmy powstawania tego promieniowania. Przede wszystkim przyspieszone w polu elektrycznym elektrony hamowane są przez materiał anody tracąc swoją energię, która zostaje wypromieniowana jako promieniowanie hamowania. Jest to widmo ciągłe i ograniczone od strony fal krótkich, przy czym położenie jest granicy zależy od napięcia doprowadzonego do lampy. Dodatkowo na skutek wybicia (jonizacji) przez przyspieszone elektrony wewnętrznych elektronów w materiale anody, następuje przeskok elektronu z powłoki zewnętrznej na puste miejsce, czemu towarzyszy emisja promieniowania o ściśle określonej długości fali (promieniowanie-charakterystyczne). Promieniowanie rentgenowskie wykorzystuje się w badaniach strukturalnych (rentgenowska analiza strukturalna), w defektoskopii oraz do badania pierwiastkowego składu chemicznego (rentgenowska analiza widmowa). Ponadto promieniowanie rentgenowskie szeroko stosuje się w diagnostyce medycznej wykorzystując fakt, że mięśnie przepuszczają promienie rentgenowskie, kości pochłaniają.

Promieniowanie nadfioletowe


 Promieniowanie nadfioletowe zwane inaczej ultrafioletowym ( w skrócie UV) ma długość od 4x10-7m do 10-8m (od 400 do 10 nm.) i dzieli się na ultrafiolet tzw. bliski (400-190 nam) i daleki (190-10 nam). Naturalnymi źródłami są ciała o dostatecznie wysokiej temperaturze. Znikome, ale zauważalne ilości tego promieniowania wysyłają już ciała o temperaturze 3000K i ze wzrostem temperatury natężenie wzrasta. Silnym źródłem jest Słońce, którego temperatura powierzchni wynosi 6000K. Technicznymi źródłami są lampy wyładowcze, przede wszystkim rtęciowe zwane kwarcówkami (lampy te osłania szkło kwarcowe, które przepuszcza promieniowanie nadfioletowe, zwykłe szkło nadfiolet pochłania) wytwarzane np. w lampach kwarcowych. Promieniowanie nadfioletowe ma silne działanie fotochemiczne. Przy długości fali poniżej 300 nam wywołuje już jonizację i jest zabójcze dla organizmów żywych, wywołuje lub przyspiesza szereg reakcji chemicznych. Przed promieniowaniem nadfioletowym chroni nas warstwa ozonowa, pochłaniająca promieniowanie ultrafioletowe o długości fali poniżej 290 nam, a także powietrze, które pochłania całkowicie promieniowanie nadfioletowe w zakresie ultrafioletu dalekiego.
Ze względu na działanie na skórę docierające z kosmosu promieniowanie dzieli się na trzy zakresy: UV-A (320-400nm), UV-B (290-320nm), UV-A (230-290nm). Promieniowanie z zakresu o największej długości fali UV-A nie jest w normalnych dawkach szkodliwe i stosuje się je klinicznie w leczeniu niektórych dolegliwości skóry, jak np. łuszczycy. Jest także wykorzystywane do stymulowania wytwarzania witaminy D u pacjentów, którzy są uczuleni na preparaty z ta witaminą. Promieniowanie UV-B powoduje zaczerwienienie skóry, po którym następuje pigmentacja, czyli opalanie się. Nadmierne naświetlenie może spowodować powstanie groźnych pęcherzy. Promieniowanie UV-C o najmniejszych długościach fali jest szczególnie szkodliwe powoduje ono raka skóry. Normalnie zatrzymywane jest przez warstwę ozonową, ale pojawia się przy jej zubożeniu.
Promieniowanie nadfioletowe ma wiele zastosowań w medycynie, (o czym wspomnieliśmy wcześniej), biologii (badania mikroskopowe tkanek i komórek), mineralogii (analiza minerałów), farmacji (sterylizacja), przemyśle spożywczym (konserwowanie żywności), przemyśle chemicznym (przyspieszanie reakcji) i wielu innych. Promieniowanie o długości raczej nie jest szkodliwe i powoduje tak pożądane przez nas opalanie.

Światło widzialne

Jest promieniowanie elektromagnetyczne o długości od około 4x10-7 m do około 7x10-7 m. Taki zakres odbiera nasze oko, ale zwierzęta mogą rejestrować promieniowanie o innych długościach, np. pszczoły "widzą" promieniowanie nadfioletowe. Najlepiej widzimy w środku zakresu dla barwy żółtozielonej (długość około 550nm) a najgorzej na końcach. Światło w naszym oku odbierają receptory znajdujące się na siatkówce: 125 milionów pręcików i 6,5 miliona czopków. Dzięki czopkom człowiek rozróżnia barwy w jasnym pomieszczeniu oraz ostro widzi szczegóły. Czopki zawierają trzy typy barwników o maksimach czułości w obszarach błękitu, oranżu i czerwieni. W zależności od stopnia podrażnienia każdego z barwików mózg otrzymuje różne serie impulsów nerwowych i interpretuje je jako różne kolory. Czopki potrafią również rozróżniać natężenie światła, czyli jego intensywność.

Gdy oświetlenie jest słabe, czopki przestają pracować i nie rozpoznajemy wtedy barw. Zaczynają wtedy odpierać pręciki, które pozwalają widzieć jednobarwne przedmioty przy słabym oświetleniu, rejestrując ich natężenie. Pręciki zawierają barwnik zwany radopsyną. Radopsyna jest bardziej czułą na kolor niebieski i zielony, natomiast wykazuje małą czułość na kolor czerwony, który w nocy odbieramy prawie tak jak czarny. Czułość odbieranego światła przez pręciki jest, więc przesunięta bardziej w stronę fal krótszych (nadfioletu), co pokazuje wykres zamieszczony obok.
Naturalnymi źródłami są ciała ogrzane do temperatury ponad 700°C. Na skutek ruchów cieplnych następuje wtedy wzbudzenie elektronów wewnątrz substancji i przy powrocie do niższych stanów energetycznych następuje emisja światła. Taki proces zachodzi w zwykłych żarówkach. Innym sposobem jest pobudzanie do świecenia atomów substancji (najczęściej rtęci) przepływającym prądem w gazach. Są to lampy wyładowcze np. świetlówki lub . Osobliwym źródłem jest laser a jeszcze innym zjawisko luminescencji. Więcej o tym zakresie pisać nie będziemy, ponieważ na światło się jeszcze dosyć napatrzysz.

Promieniowanie podczerwone

Podczerwone promieniowanie zwane inaczej promieniowaniem cieplnym lub krótko podczerwienią ma długości fali od 7x10-7 m do 2x10-3m. Emitowane jest przez rozgrzane ciała w wyniku wzbudzeń cieplnych elektronów wewnątrz substancji. Im niższa temperatura im mniejsze natężenie i dłuższe fale. Ciała w temperaturze pokojowej wysyłają długość 19 mm. Ciała o temperaturze do około 400°C wysyłają praktycznie tylko podczerwień. Promieniowanie podczerwone jest silnie pochłaniane przez niektóre składniki atmosfery np. parę wodną i dwutlenek węgla. Długości od 14 mm do 1500 mm atmosfera ogóle nie przepuszcza i dzięki temu stanowi swojego rodzaju płaszcz ochronny Ziemi, zabezpieczający planetę przed zbytnim ochłodzeniem.
Wykorzystuje się je w badaniach strukturalnych (spektroskopia widma cząsteczek organicznych), w lecznictwie (diatermia), biologii (badania mikroskopowe w podczerwieni) także do obserwacji w ciemności (noktowizor, czujniki alarmowe). Duże znaczenie naukowe i praktyczne ma fotografika w bliskiej podczerwieni: diagnostyka stanów patologicznych układu krążenia w medycynie, wykrywanie fałszerstw dokumentów w kryminalistyce, ekspertyza dzieł sztuki. Znacznie słabsze rozpraszanie promieniowania podczerwonego w porównaniu ze światłem widzialnym ułatwia dokładne fotografowanie obiektów przez mgłę i dym. Zdjęcia satelitarne również są na ogół wykonywane w podczerwieni.

Mikrofale


 Są to fale o długości od 10-4 m do 0,3 m(0,1mm do 30 cm). Mikrofale z górnego zakresu mogą powstawać w elektronicznych układach drgających podobnie jak fale radiowe i dlatego dość często zalicza się je do fal radiowych nie wyszczególniając osobno. Obecnie opracowano wiele innych sposobów generacji mikrofal. Mogą to być lampy mikrofalowe: klistrony, karcinotrony, i magnetrony (jest to dwuelektrodowa lampa elektronowa umieszczona w polu magnetycznym gdzie opóźniane elektrony krążąc w polu magnetycznym po spiralach emitują mikrofale). Rozwój elektroniki pozwolił na stworzenie źródeł mikrofal z wykorzystaniem półprzewodników: generator Gunna, diody lawinowe, a także tranzystory bipolarne i polowe.
Mikrofale wykorzystuje się w radiolokacji (radar), także w pojazdach, dlatego czasami nazywane są inaczej falami radarowymi, a także do podgrzewania potraw w mikrofalówkach. Zastosowanie mikrofal jest coraz większe. Ostatnio wymyślono sposób monitorowania stanu zapór wodnych czy mostów w rejonach zagrożonych trzęsieniem ziemi. W krytycznych miejscach budowli umieszcza się puste metalowe pudełka wielkości paczki papierosów, do których dochodzą rurki. Przez rurki doprowadzane są mikrofale, a pudełka działają jak wnęki rezonansowe. Gdy pudełko wygina się pod wpływem naprężeń, częstotliwość rezonansowa ulega zmianie, co stanowi wczesne ostrzeżenie o możliwych problemach.

Fale radiowe


 Fale radiowe to fale elektromagnetyczne o długości większej od 10-4 m (0,1 mm). Ze względu na długość fali (czy też częstotliwość) rozróżnia się poszczególne typy fal radiowych. Istnieją dwa podziały: tradycyjny i dekadowy, zalecany przez Regulamin Radiokomunikacyjny. Fale radiowe powstają przez wypromieniowanie energii z anteny nadawczej (układu nadawczego), który jest elektronicznym układem drgającym.
Ze względu na środowisko propagacji wyróżnia się falę przyziemną (powierzchniową i nadziemną), falę troposferyczną, falę jonosferyczną i w przestrzeni kosmicznej. W zależności od długości fali radiowej jej propagacja jest poddana wpływowi różnorodnych zjawisk, np. dyfrakcji, refrakcji, odbicia od jonosfery itp. Ogromną rolę w przesyłaniu i odbiorze fal radiowych odgrywa jonosfera. Jest to górna część atmosfery ziemskiej, zjonizowana przez działanie promieniowania ultrafioletowego i rentgenowskiego wysyłanego przez Słońce. Dolna jej część dzieli się na warstwy: D (60-90 km), E (około 120 km), F1 (180-240 km) i F2 (220-300 km). Fale długie łatwo ulegają ugięciu, czyli dyfrakcji i mogą stanowić fala długą przyziemną (oznaczone 2 na rysunku) oraz odbijają się od warstwy D (3 na rysunku) i w ogóle nie są pochłaniane przez jonosferę. Dlatego mają najdalszy zasięg niezależnie od pory dnia i roku. Fale średnie odbijające się od warstwy E (4 na rysunku), mają o wiele większy zasięg w nocy, gdyż wtedy zanika warstwa D, przez którą są pochłaniane. Fale krótkie natomiast na Ziemi tworzą fala krótką falę przyziemną (na rysunku 1) i odbijają się od warstw F1 i F2 (5 na rysunku) (warstwa F1 występuje jedynie w lecie) oraz od powierzchni Ziemi i dzięki temu są słyszalne na bardzo dużym obszarze, jednak tylko w tych miejscach, do których biegnie fala po odbiciu od jonosfery. Ale ultrakrótkie i mikrofale (6 na rysunku) nie ulegają odbiciu od jonosfery i uciekają w przestrzeń kosmiczną. To właśnie one są nadawane i odbierane przez satelity telekomunikacyjne (UKF) lub służą do łączności satelitarnej (mikrofale).

Fale mechaniczne

Fale mechaniczne-zaburzenia ośrodka polegające na jego deformacji, przesuwaniu się jego elementów, lokalnej zmianie gęstości- zagęszczeniu i rozrzedzeniu.

Przykłady fal mechanicznych:
- fale akustyczne
- fale morskie
- fale sejsmiczne

Fale sejsmiczne

Rozchodzące się w Ziemi. Fale sprężyste, wywołane przez czynniki naturalne (trzęsienia ziemi oraz czynniki atmosferyczne i hydrodynamiczne) lub działalność człowieka (eksplozje, zakłócenia przem.); dzielą się na fale objętościowe, rozchodzące się wewnątrz Ziemi, oraz fale powierzchniowe, rozchodzące się wzdłuż powierzchni rozdzielających ośr. o różnych parametrach mech., powstające zwł. na powierzchni Ziemi. Fale objętościowe podłużne P (łac. primae) przychodzą do stacji sejsmologicznej jako pierwsze, fale poprzeczne S (łac. secundae) przychodzą po fali P. Przy przejściu przez granicę 2 ośr. o różnych właściwościach sprężystych fale objętościowe ulegają odbiciu i załamaniu, przy czym odbiciu i załamaniu fal objętościowych, zarówno P, jak i S, towarzyszy powstanie obu rodzajów fal. Prędkości fal P i S zależą od wielkości parametrów sprężystych ośr. i, w związku ze zmianą tych parametrów wewnątrz Ziemi, prędkości fal P i S zmieniają się w znacznych granicach, szczególnie wraz ze wzrostem głębokości (zmiany w kierunku poziomym są dużo mniejsze); fale S jako poprzeczne nie rozchodzą się w zewn. ciekłym jądrze Ziemi. Fale powierzchniowe (fale Rayleigha i Love'a) mają długie okresy i znaczne amplitudy (w porównaniu z falami objętościowymi), przy czym amplituda drgań maleje wykładniczo wraz ze wzrostem głębokości; podczas silnych trzęsień ziemi fale objętościowe S oraz fale powierzchniowe wywołują największe zniszczenia. Analiza przebiegu fal sejsmicznych, wykorzystująca ich zapisy instrumentalne (sejsmogramy, akcelerogramy), dostarcza informacji o budowie wnętrza Ziemi

Fale sprężyste, fale akustyczne

Rozchodzące się w ośr. materialnym zaburzenia stanu naprężeń (ciśnień); ruch falowy w tym przypadku polega na przenoszeniu energii mech. cząstek drgających wokół swych położeń równowagi; prędkość przenoszenia energii (rozchodzenia się zaburzenia, czyli prędkość rozchodzenia się fal sprężystych) zależy od rodzaju ośr., temperatury, kierunku rozchodzenia się fali (w ośr. anizotropowych) i jest nazywana prędkością dźwięku w danym ośr.; prędkość ta wynosi w gazach — kilkaset m/s (w powietrzu w temp. 20°C — ok. 340 m/s), w wodzie ok. 1500 m/s, w ciałach stałych kilka tys. m/s. Fale sprężyste mogą być podłużne i poprzeczne (fale); zależnie od częstości dzielą się na infradźwięki, dźwięki, ultra- i hiperdźwięki. Fale sprężyste podłużne i poprzeczne we wzajemnym oddziaływaniu mogą tworzyć inne rodzaje fal, np. fale skrętne, fale giętne (obserwowane w blachach, prętach itp.); fale sprężyste rozchodzące się w skorupie Ziemi noszą nazwę fal sejsmicznych.
Odmianą fal sprężystych są fale powierzchniowe, rozchodzące się na powierzchni ograniczającej ośrodek (stały, ciekły). Rozróżnia się: fale Rayleigha (na swobodnej powierzchni cieczy lub ciała stałego graniczącego z próżnią lub gazem), fale Stonleya (na powierzchni rozdzielającej 2 ośr. stałe), fale Lamba (płytowe, rozchodzące się w blachach, płytach itp., których grubość jest porównywalna z długością fali), fale Love'a (fale poprzeczne rozchodzące się w warstwach na stałym podłożu) i in. Fale sprężyste powierzchniowe z zakresu częstości ultra- i hiperdźwiękowych (a więc o długościach rzędu metra i ułamków metra) można wytwarzać na powierzchni małych elementów (np. o właściwościach piezoelektronicznych) i wykorzystywać w wielu układach elektron. (akustoelektronika, akustooptyka).

Fale morskie

Fale tworzące się na powierzchni mórz i oceanów (fale powierzchniowe) lub wewnątrz nich (fale wewn.). Podczas falowania cząsteczki wody na powierzchni wykonują okresowe ruchy wahadłowe wokół swego położenia równowagi po zamkniętych orbitach kołowych lub eliptycznych; wahania cząsteczek wody są przekazywane do pewnej głębokości cząsteczkom położonym w warstwie przypowierzchniowej, przy czym w miarę rozchodzenia się fal w głąb promienie orbit zmniejszają się aż do głębokości równej długości fali, gdzie woda jest już w bezruchu falowym; jeśli falowanie zachodzi na powierzchni wody płytkiej, to spłaszczenie orbit cząsteczek wody zwiększa się wraz z głębokością, wskutek czego cząstki wody przy samym dnie wykonują jedynie płaskie ruchy oscylacyjne.
Fale powierzchniowe, ze względu na siłę, która je wywołuje, dzieli się na: wiatrowe (tzw. wymuszone), powstające w wyniku oddziaływania wiatru na powierzchnię wody; początkowo, po pojawieniu się wiatru, powstają fale pierwotne w postaci b. drobnych zmarszczek, zw. falami kapilarnymi, przy dalszym trwaniu wiatru — fale wyraźniejsze, zw. grawitacyjnymi; przy wietrze umiarkowanym (6–7 m/s) na grzbietach fal pojawia się piana; wraz ze wzrostem prędkości wiatru następuje wzrost wysokości, długości i prędkości fal; podczas silnych sztormów (ponad 20 m/s) występują olbrzymie fale układające się szeregowo, o przewalających się grzbietach (na otwartym oceanie osiągają wys. 7–8 m, maks. 16–17 m); gdy prędkość wiatru zaczyna maleć, falowanie powoli przybiera charakter rozkołysu (martwa fala); pływowe, związane z przyciąganiem Księżyca i Słońca; baryczne, związane z przemieszczaniem się układów barycznych (cyklony, tajfuny), spowodowane zmianami ciśnienia atmosferyczne nad powierzchnią akwenu; sejsmiczne, wywołane trzęsieniami dna mor. oraz wybuchami podwodnych wulkanów; okrętowe, powstające przy ruchu ciał stałych w wodzie. Każda fala, niezależnie od przyczyny ją wywołującej, ulega deformacji przy zbliżeniu się do miejsc płytkich, a szczególnie do wybrzeża; wraz ze zmniejszaniem się głębokości akwenu prędkość i długość fali ulegają zmniejszeniu wskutek tarcia cząsteczek wody o dno, podczas gdy wysokość fali w miarę zbliżania się do brzegu stale wzrasta, co może wywołać zjawisko przyboju (łamania się fali). Fale wewn. powstają wewnątrz masy wodnej mórz i oceanów, na powierzchni rozdzielającej warstwy wody o różnej gęstości, gdy jedna z tych warstw porusza się względem drugiej; najczęściej występują w oceanie fale wewn. pływowe; szczególnym przypadkiem fal wewn. Jest martwa woda.

Prawo odbicia fali

Prawo optyki geometrycznej opisujące stosunki geometryczne przy odbiciu fali.

Kąt odbicia fali (tj. kąt zawarty pomiędzy kierunkiem rozprzestrzeniania się odbitej fali a normalną do odbijającej powierzchni) równy jest kątowi jej padania (zawartego pomiędzy kierunkiem padania a normalną do powierzchni), oba kąty leżą w jednej płaszczyźnie prostopadłej do odbijającej powierzchni.

Szczególnym przypadkiem odbicia fali jest odbicie światła. Prawo odbicia fali można wywieść z zasady Huygensa.

 Zasada Huygensa-Fresnela, zasada głosząca, że każdy element powierzchni, do której dotarła fala, staje się źródłem fali elementarnej. Suma (obwiednia) nowo powstałych fal przedstawia dalszą propagację fali, przy czym nie uwzględnia się obwiedni wstecznej.

Zasadę wprowadził Ch. Huygens pod koniec XVII w., jej aktualną postać, w której fale elementarne są spójne i uwzględnia się ich interferencję, podał A.J. Fresnel w XIX w.

Ścisłe matematyczne uzasadnienie zasady Huygensa-Fresnela podał G. Kirchhoff. Zasadę stosuje się do wyjaśnienia zjawisk dyfrakcyjnych (dyfrakcja).

Odbicie światła, zjawisko zmiany kierunku rozprzestrzeniania się promieni świetlnych zachodzące na granicy dwóch ośrodków, przy czym gdy co najmniej jeden z nich jest przezroczysty.

 Przy odbiciu zachodzącym na powierzchni, której nierówności są małe w odniesieniu do długości padającej fali świetlnej, spełnione jest tzw. prawo odbicia (W. Snellius, 1618): promień odbity pozostaje w tym samym ośrodku, w jakim znajdował się promień padający, oba promienie (padający i odbity) należą do jednej płaszczyzny prostopadłej do powierzchni odbijającej, kąty zawarte w tej płaszczyźnie pomiędzy normalną do powierzchni a kierunkami obu promieni są sobie równe.

 Gdy oba ośrodki są przezroczyste, odbiciu towarzyszy zazwyczaj załamanie światła (z wyjątkiem przypadków odbicia całkowitego wewnętrznego). Promień odbity od powierzchni dielektrycznej jest częściowo lub całkowicie spolaryzowany (kąt Brewstera). W czasie odbicia może ulec zmianie (na przeciwną) faza oraz zmniejszyć się amplituda fali.

 Przy odbiciu od poruszającej się powierzchni zmianie ulega częstotliwość fali (Dopplera zjawisko). Specyficznymi przypadkami odbicia, dla których nie jest spełnione prawo odbicia, są odbicia światła od powierzchni charakteryzującej

Załamanie światła

Zjawisko optyczne polegające na zmianie kierunku ruchu fali na granicy ośrodków o różnych współczynnikach załamania. 


Prawo załamania światła
 Dla danych dwóch ośrodków stosunek sinusów kąta padania i załamania jest wielkością stałą. Promień padający i załamany leżą w jednej płaszczyźnie.

Ze względu na różną prędkość światła w ośrodkach o różnych gęstościach, na granicy ośrodków następuje załamanie (ugięcie) światła. Jego zasadę ilustruje poniższy rysunek (patrz załącznik)

Załamanie światła jest podstawowym zjawiskiem fizycznym, na którym opierają swoje działanie instrumenty optyczne. Szklana soczewka, będąc gęstszą od powietrza (mając inny współczynnik załamania) załamuje światło skupiając je w ognisku. Dzięki temu może zbierać ona więcej światła niż ludzkie oko i powiększać obrazy.

ZWIERCIADŁA I SOCZEWKI

Zwierciadło to element układów optycznych wykorzystujący zjawisko odbicia światła.
Zwierciadła znalazły zastosowanie w:
-teleskopach optycznych
-kondensatorach
-reflektorach
-interferometrach
-rezonatorach optycznych

Własności optyczne zwierciadeł określane są głównie przez kształt i gładkość jego powierzchni.
 Najwyższą gładkość mają powierzchnie zwierciadeł w teleskopach optycznych, wykonane są z dokładnością do 100 nm.
 Zwierciadła możemy spotkać w otaczającej nas przyrodzie. W tafli jeziora odbijają się
elementy krajobrazu znajdujące się nad brzegiem jeziora. Najlepiej jest to widoczne przy 
bezwietrznej pogodzie, kiedy tafla jeziora jest idealnie gładka.
Pierwsze zwierciadła będące przedmiotem służącym do przeglądania się pojawiły się w
III tysiącleciu p. n. e. w Mezopotamii i Egipcie oraz w okresie kultury meksykańskiej w Grecji. Zwierciadła sporządzano z polerowanego brązu lub srebra. Ręczne zwierciadła miały rączki z kości słoniowej, okrągłe umieszczano na rzeźbionym postumencie przedstawiającym często (w kręgu kultury grecko-rzymskiej) Afrodytę.

Zwierciadła płaskie

Choć trudno w to uwierzyć, ale wszystkie ciała odbijają światło, ale te, których powierzchnia nie jest płaska rozpraszają światło i stają się pośrednimi źródłami światła (Rys.14). Nawet twoja ręka rozprasza dużą część światła, dzięki temu ją widzisz. Jej powierzchnia jest szorstka, więc każdy promień światła ma inny kąt padania, a co za tym idzie, także inny kąt załamania. To zjawisko daje nam możliwość oglądania przedmiotów. Typowym przykładem zwierciadła płaskiego jest używane w codziennym życiu lustro.
Światło odbite przez ciało (rozproszone na jego powierzchni) jest odbijane przez lustro i dociera do naszych Rys14 Rozproszenie światła oczu. Nam wydaje się, że światło zostało wysłane przez ciało znajdujące się za lustrem, to "nieprawdziwe" ciało nazywamy obrazem. Ponieważ obraz ciała znajduje się za powierzchnią zwierciadła, nazywamy go obrazem pozornym.

Punkt S (Rys. 2) wysyła promienie świetlne we wszystkich kierunkach. Oznaczmy część z tych, które padają na powierzchnię zwierciadła (O) jako SA1, SA2, SA3, normalne jako p1, p2, p3 i promienie odbite jako A1B1, A2B2, A3B3. Przedłużenia promieni odbitych przecinają się w jednym punkcie (S1). Wszystkie trzy promienie odbite zachowują się tak, jakby zostały wysłane z punktu S1, więc w tym punkcie jest obraz punktu S. Obraz ciała składa się z obrazów wszystkich swoich punktów.

Cechy obrazu uzyskanego przy pomocy zwierciadła płaskiego: .
* odległość obrazu od zwierciadła jest równa odległości przedmiotu od zwierciadła
* obraz i przedmiot mają taki same wymiary
* obraz i przedmiot są symetryczne względem powierzchni lustra ( obraz odwrócony)
. * obraz jest pozorny

Zwierciadła kuliste

Zwierciadło kuliste, jest to zwierciadło, którego powierzchnia odbijająca nie jest płaska, lecz jej kształt jest zbliżony do kulistego. Najczęściej używane są zwierciadła o kształcie zbliżonym do sfery. Linia łącząca środek kuli ze środkiem powierzchni odbijającej zwierciadła jest zwana główną osią optyczną zwierciadła. Jeśli wyślemy na powierzchnię odbijającą wiązkę promieni równoległych do głównej osi optycznej zwierciadła, wszystkie po odbiciu się od zwierciadła przetną się w jednym punkcie. Ten punkt jest zwany ogniskową zwierciadła (F).

Zwierciadło kuliste wklęsłe jest to wewnętrzna, odbijająca część powierzchni kuli. Jeżeli skierujemy na zwierciadło wklęsłe wiązkę promieni równoległych do głównej osi optycznej, promienie odbite skupiają się w jednym punkcie leżącym na głównej osi optycznej. Punkt ten to tzw. ognisko Rys16. F- ogniskowa zw. kulistego zwierciadła, a jego odległość od zwierciadła FO- główna oś optyczna zwana jest ogniskową. Ogniskowa równa jest połowie długości promienia krzywizny zwierciadła. W zwierciadle wklęsłym otrzymujemy kilka rodzajów obrazów w zależności od wartości odległości przedmiotu od zwierciadła.

W zwierciadle kulistym wypukłym powierzchnią odbijającą jest zewnętrzna strona powierzchni kulistej. Jeśli skierujemy na zwierciadło wiązkę promieni równoległych do głównej osi optycznej, wiązka ta, po odbiciu od zwierciadła stanowi wiązkę rozbieżną, a przedłużenia tych promieni skupiają się w jednym miejscu, który jest ogniskiem pozornym zwierciadła. Podobnie jak w zwierciadle skupiającym ogniskowa ma długość równą połowie długości promienia krzywizny zwierciadła. W zwierciadle wypukłym otrzymujemy jeden rodzaj obrazu: obraz pozorny, pomniejszony i prosty. Przykładem zwierciadła wypukłego jest lusterko samochodowe.

Obrazy tworzone przez zwierciadła kuliste 

 Zwierciadła kuliste mogą tworzyć dwa rodzaje obrazów przedmiotów: rzeczywiste lub pozorne. Jeśli ciało umieścimy na głównej osi optycznej zwierciadła, ale dalej od powierzchni zwierciadła niż ogniskowa, utworzony obraz będzie obrazem rzeczywistym. Obrazy rzeczywiste możemy zobaczyć, gdy na głównej osi optycznej zwierciadła umieścimy ekran.

Aby utworzony na ekranie obraz był wyraźny, musimy wolno przesuwać ekran od powierzchni zwierciadła, aż obraz stanie się ostry. Obrazy rzeczywiste są zawsze odwrócone.

Soczewki

Soczewkami nazywamy ciało przezroczyste ograniczone dwiema powierzchniami kulistymi (wypukłymi lub wklęsłymi) lub jedną powierzchnią kulistą, a jedną płaską.

Ze względu na kształt rozróżniamy następujące typy soczewek:
- Soczewka dwuwypukła
- Soczewka płasko - wypukła
- Soczewka wklęsło - wypukła
- Soczewka dwuwklęsła
- Soczewka płasko - wklęsła
- Soczewka wypukło - wklęsła

O typie soczewki informuje drugi człon wyrazu opisującego soczewkę i tak soczewki A, B, C - należą do soczewek wypukłych, a soczewki D, E, F - wklęsłych. Soczewki dzielimy na skupiające, czyli taki dla których monochromatyczna wiązka promieni równoległych do osi optycznej, po przejściu przez soczewkę skupia się w jednym punkcie, zwanym ogniskiem soczewki; oraz rozpraszające - dla których monochromatyczna wiązka promieni równoległych do osi optycznej staje się rozbieżna po przejściu przez soczewkę, zaś przedłużenia promieni wychodzących z soczewki skupiają się w jednym punkcie, który jest pozornym ogniskiem soczewki. To czy soczewka jest skupiająca czy rozpraszająca zależy nie tylko od jej kształtu, ale również od rodzaju materiału z jakiego została wykonana.

Soczewki są stosowane w: 
- mikroskopach 
- lunetach 
- lornetkach 
- lupach 
- okularach leczniczych 
- szkłach kontaktowych 
- spektrofotometrach 
- aparatach fotograficznych 
- kamerach filmowych 

Wady soczewek: 
- aberracja - usuwa obiektyw anastygmat 
- aberracja chromatyczna - usuwa układ soczewek achromat, apochromat 
- aberracja sferyczna - usuwa soczewka asferyczna 
- koma 
- astygmatyzm - usuwa układ soczewek anastygmat 
- dystorsja 
Inne układy soczewek likwidujące aberrację: aplanat. 
Wad grubych soczewek w znacznym stopniu pozbawiona jest soczewka Fresnela.

Zastosowanie soczewek i zwierciadeł

1 LUPA

Lupa to soczewka o stosunkowo krótkiej ogniskowej. Jest ona najprostszym przyrządem optycznym. Zbudowana jest z jednej soczewki skupiającej, zaopatrzonej w uchwyt. Lupa powiększa kąt widzenia przedmiotu, oglądany obiekt powinien znajdować się blisko lupy. Oglądany obraz jest obrazem pozornym, powiększonym (powiększanie lup jest maksymalnie 10-krotne) i nie odwróconym. Obraz oglądanego przedmiotu powstaje w tzw. odległości dobrego widzenia x (przyjmuje się x=250 mm).



2) MIKROSKOP

Mikroskop jest to przyrząd optyczny służący do uzyskiwania silnie powiększonych obrazów małych przedmiotów niedostrzegalnych gołym okiem.
 Pierwszy mikroskop powstał ok. 1600 roku. Zbudował go holenderski optyk van Jansen. Był on bardzo prostym przyrządem a tak właściwie był bardzo silną lupą. Za pomocą tego przyrządu można było oglądać komórki drożdży, bakterii, jajka owadów. W 1665 roku angielski fizyk Robert Hooke zbudował mikroskop , którego konstrukcja przypominała dzisiejsze mikroskopy. Posiadał już dwa odrębne układy optyczne – obiektyw i okular, który działał jak lupa. Przyrząd ten umożliwił badaczowi odkrycie komórek roślinnych i porów w ludzkiej skórze. 
 Za pomocą dzisiejszego mikroskopu możemy oglądać przedmioty powiększone nawet do 1800 razy. Mikroskop optyczny pozwala uzyskać bardzo powiększony obraz przedmiotu lub jego części, niedostrzegalnych dla ludzkiego oka. Lusterko odbija światło na obserwowany preparat, a dwie, znajdujące się blisko badanego obiektu soczewki (zwane soczewkami obiektywu) dają jego powiększony obraz rzeczywisty w pobiżu soczewek okularu. Obserwacja obrazu przez okular pozwala na uzyskanie jeszcze większego powiększenia. Mikroskop optyczny składa się z następujących części:


 a)Okular - są to soczewki lub układ soczewek. Używany jest do obserwacji obrazu tworzonego przez obiektyw. Znajduję się on od strony oka. Okular pełni rolę lupy. Powiększa obraz rzucany przez soczewki obiektywu.( okular znajdujący się w górnej części przedmiotu jest wymienialny)
 b)Obiektyw mikroskopu – zbudowany jest z soczewki o ogniskowej rzędu kilku milimetrów. Wytwarza on bardzo silnie powiększony obraz pośredni we wnętrzu mikroskopu. Często w miejscu powstania tego obrazu wstawia się dodatkową soczewkę zwaną soczewką polową. (mikroskopy maja najczęściej wiele obiektywów)
 c)Soczewka polowa- dodatkowa soczewka której zadaniem jest wyłącznie skupianie promieni biegnących do obiektywu, tak by padały na powierzchnię okularu
d)Tubus – tuleja w którym znajdują się obiektyw i okular. 
 e)Lusterko – odbija światło z lampy lub z okna (w słoneczny dzień ) wprost na badany preparat.
 f)Kondensor – soczewki kondensora skupiają światło rzucane przez lusterko wprost na badany preparat.


Obraz powstający w mikroskopie jest powiększony i odwrócony względem rzeczywistego obiektu. Mikroskop powiększa również kąt widzenia przedmiotu. Powiększenie mikroskopu jest równe iloczynowi powiększenia obiektywu i okularu. Np. jeśli obiektyw powiększa 30-krotnie, a okular 10-krotnie, oznacza to, że za pomocą tego mikroskopu można uzyskać powiększenie 30x10=300-krotne. 

3)APARAT FOTOGRAFICZNY
 Aparat fotograficzny jest to urządzenie służące do rejestrowania barwnych lub czarno-białych obrazów na tzw. błonie fotograficznej. 
 Za moment narodzin fotografii przyjmuje się dzień 7 stycznia 1939 rok kiedy to na posiedzeniu Akademii francuskiej ogłoszono wynalazek dagerotypii(pierwsza technika fotografowania) 
 Aparat fotograficzny składa się z : obiektywu, przysłony, migawki, celownika, urządzenia do wymiany materiału światłoczułego a w nowoczesnych aparatach dalmierza, światłomierza, licznika zdjęć, lampy błyskowej, wizjeru itp.


 a) Obiektyw – zasadnicza część aparatu – jest dołączony do światłoszczelnej obudowy. Obiektyw współczesnego aparatu fotograficznego składa się z kilku soczewek, których łączne działanie jest takie, jak soczewki skupiającej. Za pomocą obiektywu na światłoczułej błonie otrzymujemy zwykle obrazy odwrócone i pomniejszone. 
 b)Migawka - urządzenie w aparacie fotograficznym, mechaniczne lub elektroniczno-mechaniczne, służące do otwierania i zamykania drogi światłu padającemu przez obiektyw na materiał światłoczuły, jak również do odmierzania odpowiedniego czasu, niezbędnego do prawidłowego naświetlenia. 
 c)Przysłonka – służy do regulowania ilości światła przechodzącego przez obiektyw do wnętrza aparatu. Składa się ona z zespołu uchylonych blaszek, którymi można nastawić wielkość apertury , czyli średnicy otworu na środku przesłony. Im większa jest apertura, tym silniejsza jest wiązka światła naświetlająca film. 
 d)Celownik– miejsce w którym można zobaczyć obraz powstający na filmie

 Obraz widoczny w wizjerze aparatu fotograficznego (lustrzanki jednoobiektywowej)jest dokładnie taki sam, jak obraz utrwalony na zdjęciu po wciśnięciu przycisku wyzwalacza. Lusterko, umocowane zawiasowo i pryzmat odbijają światło z soczewki do celownika. W chwili robienia zdjęcia lusterko odchyla się do góry, następuje zwolnienie migawki i naświetlenie filmu.



4)PROJEKTOSKOP 

Działa prawie tak samo jak rzutnik do przezroczy. Posiada bardzo silną lampę dzięki której można z niego korzystać nawet w świetle dziennym. Folie używane w projektoskopie są znacznie większe od przezrocza. Stosuje się tutaj specjalną soczewkę schodkową, z przezroczystego tworzywa sztucznego. Nie jest ona gruba i ciężka. Zadaniem tej soczewki jest oświetlenie folii i skierowanie wiązki światła na obiektyw. Po przejściu przez obiektyw wiązka światła kierowana jest na ekran za pomocą zwierciadła płaskiego umieszczonego nad nim. 



5) LUNETA

Lunety służą głównie do obserwacji odległych przedmiotów. Składają się z dwóch podstawowych części: obiektywu i okulara, osadzonych współosiowo na przeciwległych końcach metalowej rury. Długość rury jest tak dobrana, aby ognisko obrazowe obiektywu pokrywało się z ogniskiem przedmiotowym. Luneta jest zatem układem bezogniskowym, tzn. że równoległa wiązka światła wchodząca do lunety wychodzi z niej również jako równoległa. Rozmiary obrazu otrzymywanego za pomocą lunety nie są większe od rzeczywistych rozmiarów przedmiotu; działanie jej polega jedynie na powiększeniu kąta widzenia pod jakim patrzymy na przedmiot, czyli na pozornym zbliżeniu przedmiotu do obserwatora. 
 Niekiedy wynalazek lunety przypisuje się XII-wiecznemu angielskiemu filozofowi Rogerowi Baconowi. Jednak o wiele bardziej prawdopodobne jest to, że wymyślili ją wcześniej uczeni arabscy. Pierwszą lunetę skonstruował optyk holenderski Z. Jansen w 1604.
Istnieją dwa zasadnicze rodzaje lunet soczewkowych: luneta Keplera i luneta Galileusza. 

a)Luneta Keplera ( astronomiczna )
 W 1611 roku astronom Johannes Kepler jako pierwszy opisał taką dwusoczewkową lunetę. Nakreślił on również bieg promieni w tej lunecie . Nazywamy ją kleperowską lub astronomiczną. Można przez nią oglądać planety i ich księżyce, gwiazdy itp. 

 Lunetę tworzą dwie soczewki. Pierwsza soczewka pełni rolę obiektywu, tworząc pomniejszony i odwrócony obraz. Ten obraz z kolei oglądamy przez drugą soczewkę skupiającą spełniającą rolę lupy. Lunety posiadają lupy o małych średnicach. W miejscu, w którym powstaje obraz, wbudowuje się dodatkową soczewkę polową. Działa ona tak samo jak kondensor w projektorze – kieruje biegnące promienie świetlne na lupę i poszerza pole widzenia obrazu. Lupa i soczewka polowa tworzą wspólnie okular. Im większa jest ogniskowa obiektywu, tym dłuższa jest luneta, a tym samym uzyskujemy w niej większe powiększenie. Lunety astronomiczne są obecnie używane do obserwacji nieba. 



b) Luneta Galileusza
Galileusz był wybitnym włoskim uczonym i astronomem. Aby móc dokładnie obserwować niebo, zbudował swoją pierwszą lunetę. Luneta ta szybko rozpowszechniła się w Europie. 
 W lunecie Galileusza obiektyw jest soczewką skupiającą, a okular rozpraszającą. Otrzymany obraz pozorny jest powiększony, prosty i nieodwrócony. Obserwując niebo dokonał wielu rewolucyjnych, bardzo ważnych odkryć astronomicznych. Między innymi 4 księżyce Jowisza, a przede wszystkim zaobserwował, że Słońce podobnie jak Ziemia obraca się wokół własnej osi. Obecnie zasadę działania lunety Galileusza wykorzystuje się w konstruowaniu lornetek teatralnych. Składają się one z dwóch takich lunet.


6) LORNETKA PRYZMATYCZNA

Lornetka jest to przyrząd ułatwiający oglądanie obojgiem oczu odległych przedmiotów. Składający się z odpowiednio połączonych dwóch lunet.
Lornetka pryzmatyczna posiada zarówno okular, jak i obiektyw o dodatniej ogniskowej, pomiędzy nimi znajduje się układ pryzmatyczny umożliwiający otrzymanie prostego, nie odwróconego obrazu. Najczęściej w lornetkach pryzmatycznych, uzyskuje się powiększenia od 6-do 12-krotnych. Aby powiększyć obraz uzyskany przez obiektyw i skierować go do naszego oka w formie równoległych wiązek światła używa się okularu, który w najprostszej postaci może składać się z jednej soczewki rozpraszającej lub skupiającej. W lornetce znajdują się jeszcze pryzmaty, które służą do odwrócenia obrazu uzyskiwanego przez obiektyw, tak aby po przejściu przez okular był on prosty.


7)TELESKOP

Urządzenie optyczne do obserwacji ciał niebieskich, o konstrukcji lunety.
Teleskop odbiera promienie światła pochodzące z odległych obiektów astronomicznych i skupia je, dając rzeczywisty obraz obserwowanego obiektu. Rozróżniamy dwa rodzaje teleskopów: tzw. reflektory i refraktory. W teleskopach zwierciadłowych (tzw. reflektorów do skupienia światła używa się zwierciadeł wklęsłych. Natomiast w teleskopach soczewkowych (tzw. refraktorach) do ogniskowania odbieranego światła służą soczewki. Teleskop soczewkowy to to samo co luneta Galileusza.

a)Teleskop zwierciadlany
 Pierwszy teleskop zwierciadlany skonstruował Izaak Newton w roku 1668. Za pomocą tego teleskopu mógł on obserwować księżyce Jowisza. W teleskopie zwierciadlanym w obiektywie zamiast soczewek używa się zwierciadła wklęsłego. Promienie świetlne odbite od dużego zwierciadła wklęsłego są kierowane do okularu za pomocą małego zwierciadła wklęsłego teleskopy zwierciadlane mogą posiadać w swych obiektywach zwierciadła o kilkumetrowych średnicach dlatego są one bardzo duże a ich masa sięga kilkaset ton.

Spis treści

1) Fale
a) fale elektromagnetyczne
b) fale mechaniczne
c) prawo odbicia i załamania
2) Zwierciadła i soczewki
a) zastosowanie zwierciadeł i soczewek
b) błędy obrazów utworzonych przez układy optyczne
3) Rozczepienie światła w pryzmacie
4) Interferencja i dyfrakcja
a) siatka dyfrakcyjna
5) Polaryzacja światła

Wszystkie rysunki w załączniku - pobierz załącznik