рефераты

1
Таллиннский Линнамяэский Русcкий Лицей
8с класс
Владислав Подъячев, Марк Цветиков, Никита Булахов, Артем Кисляков
Оптические приборы
Исследовательская работа
Руководитель: Елена Чумак
Таллинн 2012
2
ОГЛАВЛЕНИЕ
Оглавление ........................................................................................................................... 2
Введение ............................................................................................................................... 3
1.
Оптические приборы ................................................................................................... 4
1.1
Очки .......................................................................................................................... 5
1.2
Бинокль ..................................................................................................................... 6
1.3
Телескоп ................................................................................................................... 8
1.4
Микроскоп.............................................................................................................. 10
Заключение......................................................................................................................... 12
Спасибо сайтам: ................................................................................................................. 13
Спасибо книгам: ................................................................................................................ 14
Приложение 1.1.1............................................................................................................... 15
Приложение 1.1.2............................................................................................................... 16
Приложение 1.1.3............................................................................................................... 17
Приложение 1.1.4............................................................................................................... 18
Приложение 1.2.1............................................................................................................... 19
Приложение 1.2.2............................................................................................................... 20
Приложение 1.2.3............................................................................................................... 21
Приложение 1.2.4............................................................................................................... 22
Приложение 1.2.5............................................................................................................... 23
Приложение 1.3.1............................................................................................................... 24
Приложение 1.3.2............................................................................................................... 25
Приложение 1.3.3............................................................................................................... 26
Приложение 1.4.1............................................................................................................... 27
Приложение 1.4.2............................................................................................................... 28
Приложение 1.4.3............................................................................................................... 29
Приложение 1.4.4............................................................................................................... 30
Приложение 1.4.5............................................................................................................... 31
Приложение 1.4.6............................................................................................................... 32
3
ВВЕДЕНИЕ
Мы выбрали эту тему потому, что мы хотели рассказать о чём-то таком о чём все
знают, но от нас узнают что-то абсолютно неведомое и неизвестное ранее. Так же
нам самим захотелось узнать секреты простых, казалось бы на первый взгляд,
приборов.
Мы выбрали предмет «Физику» так как она тесно связана с нашей темой.Наша тема
так- же связана и с предметом «История», но выбрав этот предмет мы бы не смогли
рассказать о строении приборов, выбранных нами.
Мы выбрали четыре оптических прибора, что бы показать их важность. Мы
расскажем вам об очках, бинокле, телескопе и микроскопе. Выбрали мы именно эти
оптические приборы, так как они самые популярные, распростронённые и в тоже
время нам о них практически ничего не известно. Каждый взял себе оптический
прибор о котором хотел узнать, что- то новое.
Мы войдём в мир оптики и попытаемся понять: как они изменили мир, и что бы
было, если бы оптических приборов не существовало.
4
1. ОПТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ
Мы выбрали тему «Оптические приборы» и хотели бы начать с разъяснения самого
понятия «оптические приборы».
Оптические приборы - это устройства, через которые проходят световые лучи,
помогающие увидеть предмет косвенно. Оптические приборы помогают приблизить
отдалённые предметы или разглядеть совсем маленькие.
Говоря об оптических приборах, напрашивается вопрос: «Зачем - же они нужны и
где они используются?». Мы ответим на этот вопрос при помощи примеров.
К примеру очки можно назвать полноценным лекарством, ведь они по сути
исправляют деффекты человеческого зрения, так же как и линзы. Или специальная
медицинская миниатюрная видеокамера, помогающая хирургам и врачам при
операциях. И из этого всего напрашивается вывод, что оптические приборы могут
использоваться в медицине.
Но помимо медицины оптические приборы могут использоваться и в науках. На
пример микроскоп . используемый в такой науке, как биология, или телескоп
используется в такой науке как астрономия.
Оптические приборы нашли себе место даже в военной аппаратуре. К примеру
оптический прицел. Само название говорит за себя. Или бинокль, используемый, как
и просто в жизни простых людей так и в жизни военных разведчиков.
Мы выбрали четыре оптических прибора, что бы рассказать о них больше.
5
1.1
ОЧКИ
Я выбрал очки потому, что это один из самых популярных оптических приборов и
мне захотелось узнать побольше об очках. Очки- предназначены для исправления
человеческого зрения, либо для защиты глаз от различных вредных воздействий (
См. приложение 1.1.1). История очков началась уже в Древнем Риме богатые
патриции использовали особым образом ограненные драгоценные камни для того,
чтобы смотреть через них на солнце. Практически до середины XIII века роль очков
играли тонкие полированные кусочки прозрачных кристаллов или стекла, причем их
изготавливали только для одного глаза. Позднее очки стали обрамлять в
металлическую оправу. Китайцы придумали затемненные стекла. За несколько
последующих столетий это изобретение стало популярным практически
повсеместно, поскольку дымчатые стекла хорошо защищали глаза от яркого
солнечного света. Очки могут исправлять такие дефекты зрения, как близорукость,
дальнозоркость и астигматизм. Близорукость- это дефект глаза когда он хорошо
видит близко но далеко плохо. ( См. приложение 1.1.2) Этот дефект исправляется
вогнутыми линзами тоесть рассеивашими. Дальнозоркость- это дефект глаза когда
он хорошо видит далеко, но близко плохо. ( См. приложение 1.1.3) Он исправляется
выпуклыми линзами т.е. соберающие. Астигматизм– это когда хрусталик в глазу
искривлён и человек видит искажённое изображение. ( См. приложение 1.1.4) Этот
дефект зрения сложнее всего исправляеться, так как для него нужны особые линзы
которые в разных местах с разным коэффициентом преломления. Главной
составляющей очков это линза. Коэффициент преломления линзы - самый главный
показатель класса очковой линзы. Общее правило - чем выше индекс, тем меньше
толщина и искривленность линзы. На практике это значит, что линзы с высоким
индексом будут легче, они будут меньше искажать ваши глаза и лицо. Линзы могут
быть стеклянные или пластиковые у которых свои плюсы и минусы. Рассмотрим
преимущества пластиковых линз- это легкость. Менее травмоопасны, чем
стеклянные, так как пластик устойчивее к раскалыванию. Пластик дает большие
возможности для обработки, в частности для окрашивания линз.Преимущества
стеклянных линз: прочность кроме ударной у стекла выше, чем у пластика. Это
значит, что качественные стеклянные линзы, при равных диоптриях, могут быть
более тонкими и плоскими, чем пластиковые.
6
1.2
БИНОКЛЬ
Я выбрал из множества оптических приборов именно бинокль, потому- что я
довольно часто им пользуюсь и меня всегда интересовала, как, смотря в бинокль,
можно видеть на многие километры дальше, чем обычно. Но перед этим хотелось бы
узнать , что такое бинокль с точки зрения физики.
Бинокль (См. приложение 2.1)– это оптический прибор, состоящий из двух
параллельно
расположенных
зрительных
труб,
соединённых
вместе,
предназначенный для наблюдения удалённых предметов двумя глазами. За счёт
этого, в отличие от зрительной трубы, наблюдатель видит стереоскопическое
изображение.
Узнав, что бинокль как-то связан со зрительной трубой захотелось узнать всю
историю возникновения бинокля и конечно-же создателей этого, доступного всем,
«чуда». «Покопавшись» в интернете и прочитав множество литературы , я узнал, что
первые бинокли изобрели в конце XVII века. К изобретению бинокля людей сподвиг
дискомфорт в использовании зрительной трубы, в которую можно было смотреть
только одним глазом. Бинокль изобрёл Галилео Галилей, из-за чего бинокли стали
называть галилеевскими. Галилеевский биноколь состоял из двух линз: собирающей
и рассеивающей. Но на этом развитие бинокля не остановилось. Биноколь
подвергался многочисленным доработкам, важнейшей из которых была доработка
профессора Доллонду, придумавшего архоматический обьектив. Еще позднее,
примерно в XIX веке, начали создавать бинокли с использованием призм. Обзор
значительно увеличился благодаря такому изобретению Кеплера. Бинокли на основе
призмы дали возможность изучать разные предметы на достаточно большом
расстоянии, кроме того расстояние между предметом и биноклем теперь можно
было измерять. Одним из минусов таких приборов было то, что изображение было
перевернуто. Поэтому оптики из Германии, России, Франции совершенно
независимо друг от друга вскоре начали использовать в бинокле сложную
призменную систему, что дало им возможность получать четкое изображение в
нормальном виде.
Таких систем с каждым годом становится всё больше, но самые популярные, часто
используемые и на мой взгляд самые качественные из них это: призменная система
линз Игнасио Порро и система линз Руфа. В бинокле, где используется классическая
система призм Малофеева, приводящая к смещению окуляра относительно входного
отверстия. Систему Малофеева позже доработал Игнасио Порро, за что эта система
и получила название «Порро», а не «Малофеевская система». Система состоит из
двух линз, (См. приложение 2.2) по форме напоминающих равнобедренные
трапеции, а в бинокле с системой Руфа (крышеобразной системой линз), окуляр не
смещается, поэтому, обьектив и система линз стоят на одной линии. Эта система
состоит из двух линз, напоминающих две разные призмы.(См. придожение 2.3).
7
Говоря о биноклях нельза и поговорить о главном на мой взгляд параметре,
отличающем каждый бинокль друг от друга.Этот параметр может ответить на один
из часто задоваемых вопросов при покупке бинокля. Я абсолютно уверен, что любой
человек при виде бинокля хотя бы задумывался «А как далеко он видит?». И одна
характеристика бинокля- «Кратность» может ответить на этот вопрос.Кратность –
это параметр ,указывающий на дальность обзора и чёткость обзора, в бинокле. (См.
приложение 2.4)Обычно эти параметры указываются на корпусе бинокля, например
«10х40».Первая цифра (10) — это кратность, она сообщает нам о том, что с
помощью этого бинокля мы сможем увидеть изображение объекта в 10 раз больше (в
угловой мере), чем при наблюдении невооруженным глазом.Вторая цифра (40)
показывает диаметр внешней линзы объектива в миллиметрах. Чем больше линза,
тем большей светосилой она обладает, тем больше света она собирает и даёт более
яркое изображение. Так же от этого параметра зависят и некоторые относительные
величины. Такие, как например: Фактор сумерек.
Фактор сумерек- это относительная величина, указываемая в инструкции
прилагаемой к биноклю, которая зависит от кратности бинокля и диаметра входной
линзы объектива. При этом качество оптики не учитывается. Фактор сумерек
рассчитывается путем умножения кратности на диаметр передней линзы и
извлечения квадратного корня из результата. При наблюдении в условиях
пониженного и сумеречного освещения рекомендуют бинокли с бо́льшим
коэффициентом фактора сумерек.
Ещё в ходе работы над своим оптическим прибором я узнал, что механизм
фокусировки- это не просто покрутил барабан и стало лучше, а это целая система и
таких систем много, большинство призменных биноклей имеет центральную
фокусировку. В этом случае резкость сначала настраивается для левого окуляра
(левого глаза) путём поворота центрального барабана (колесика) фокусировки:
затем, при необходимости (если у наблюдателя разная острота зрения на левый и
правый глаз)- проводится подстройка правого окуляра. (См. приложение 2.5)
8
1.3
ТЕЛЕСКОП
Я выбрал телескоп, потому что меня всегда интересовали звезды и когда мне
предоставилась такая возможность сделать работу про телескоп я обязательно
выбрал его. И так, Телескоп - прибор, предназначенный для наблюдения небесных
тел, которые расположены далеко и не видны не вооруженным глазом.Телескопов
очень много, но я бы хотел перечислить, самые часто используюмые, это:
радиотелескопы (См. Приложение 3.1), рентгеновские (См.Приложение 3.2),
гаммателескопы (См.приложение 3.3).Телескопы могут использоваться в качестве
зрительной трубы для решение задач по удаленным предметам.Самые первые
чертежи простейшего однолинзового, так и двухлинзового телескопа были
обнаружены еще в записях Леонардо Да Винчи датируемых 1509-м годом. Годом
изобретения телескопа, а вернее, зрительной трубы, считают 1608 год, когда
голландский очковый мастер Ханс Липперсхей продемонстрировал своё
изобретение в Гааге. Также создание телескопа приписываетс его современнику
Захарию Янсену. Тем не менее в выдаче патента ему было отказано, в силу того что
и другие мастера, как Захарий Янсен из Мидделбурга и Якоб, Метиус из Алкмара,
уже обладали экземплярами подзорных труб, а последний вскоре после Липперсгея
подал в Генеральные штаты (голландский парламент) запрос на патент. Позднейшее
исследование показало, что, вероятно, подзорные трубы были известны ранее, ещё в
1605 году.Первым, кто направил зрительную трубу в небо, превратив её в телескоп,
и получил новые научные данные, стал Галилео Галилей. В 1609 году он создал
свою первую зрительную трубу с трёхкратным увеличением. В том же году он
построил телескоп с восьмикратным увеличением длиной около полуметра. Позже
им был создан телескоп, дававший 32-кратное увеличение: длина телескопа была
около метра, а диаметр объектива 4,5 см. Это был очень несовершенный инструмент,
обладавший всеми возможными аберрациями, тем не менее, с его помощью Галилей
сделал ряд открытий.Название «телескоп» предложил в 1611 году греческий
математик Джованни Демизиани для одного из инструментов Галилея, показанном
на банкете в Академии Линчеи. Академия Линчеи – это академия посвященна
зоркости зрения. А также мне захотелось узнать, есть ли телескоп в космосе? И вот
что я нашел в ходе работы по поводу этого. Да есть телескоп в космосе и он
называется телескоп Хаббла. Космический телескоп Хаббла – это телескоп
расположенный в космосе. Благодаря отсутствию атмосферы, разрешающая
способность телескопа в 7-10 больше, чем у аналагичного телескопа на земле.
В ходе работы мне захотелось узнать, ход лучей в телескопе и разновидности линз в
телескопе. И так, современные телескопы в основном делятся на три вида:
рефракторы, рефлекторы, катадиоптрические телескопы. Менее простой телескоп
это рефракторный. Рефракторный-телескоп использует линзы, чтобы собирать свет.
И также есть по сложнее телескопы это рефлекторы. Телескопы-рефлекторы
9
которые используют вогнутое зеркало как основной оптический предмет. И также
есть и посложнее это катадиоптрический. Катадиоптрические телескопы используют
сочетание линз и зеркал для формирование изображение. Каждый тип имеет свои
преемущества: рефракторы легки в обслужевании, и дают четкое изображение и
относительно дешевые. Рефлекторы обычно имеют хорошое соотношение цены и
потходят острономам среднего уровня. А катодиоптрические они более
качественные и черезвучайно попелярны среди опытных астрономов.
10
1.4
МИКРОСКОП
Я выбрал микроскоп потому, что меня с детства интересовали оптичесские приборы
и в частности микроскоп.
Когда мы начали свою работу, меня заинтересовал микроскоп - прибор,
предназначенный для получения увеличенных изображений, а также измерения
объектов или деталей структуры, невидимых или плохо видимых невооружённым
глазом, представляющей собой совокупность линз. Первые из которых, были
оптическими, и первого их изобретателя не так легко выделить и назвать. Самые
ранние сведения о микроскопе относят к 1590 году и городу Мидделбург, что в
Голландии, и связывают с именами Иоанна Липперсгея и Захария Янсена. Чуть
позже, в 1624-ом году Галилео Галилей представляет свой составной микроскоп,
который он первоначально назвал «оккиолино». Годом спустя его друг по Академии
Джованни Фабер предложил для нового изобретения термин микроскоп. Каждый
микроскоп имеет разрешающую способность микроскопа — это способность
микроскопа выдавать чёткое раздельное изображение двух близко расположенных
точек объекта.
Степень проникновения в микромир, возможности его изучения зависят от
разрешающей способности прибора. Эта характеристика определяется, прежде
всего, длиной волны используемого в микроскопии излучения (видимое,
ультрафиолетовое, рентгеновское излучение). Все микроскопы можно разделить на
классы в зависимости от требуемой величины разрешения рассматриваемых
микрочастиц материи, микроскопии, микроскопы разделяются на:
Оптичесские микроскопы (См. Приложение 1.4.1), которые до середины XX века
работали только с видимым оптическим излучением, в диапазоне ~600-700
нанометров. Таким образом, максимальное увеличение, которого можно было
добиться, составляло ~2000 крат. Так же можно разделить оптичесские микроскопы
по их назначению например: биологические микроскопы (См. Приложение 1.4.2)
микроскопы проходящего света, предназначены для изучения прозрачных и
полупрозрачных объектов. Стереоскопические микроскопы (См. Приложение1.4.3)
микроскопы отраженного света, с объемным изображением, предназначены для
изучения непрозрачных объектов. Металлографические микроскопы (См.
Приложение 1.4.4) микроскопы отраженного света, освещение происходит от
встроенного осветителя, предназначены для изучения непрозрачных объектов.
Люминесцентные микроскопы (См. Приложение 1.4.5) основаны на явлении
люминесценции объектов, предназначены для изучения непрозрачных объектов с
различной степенью отражающей способности и полупрозрачных объектов. Еще
сущевствует поляризационные микроскопы (См. Приложение 1.4.6) которые
выявляют неоднородности структуры объекта в поляризованном свете. Ну и наконец
инвертированные микроскопы с перевернутой компоновкой, объектив которой
11
изучает объект снизу, толщина объекта не имеет большого значения. Ещё хочется
рассказать про электронное изображение которое может быть легко переведено в
видимую картинку. Кратность составляет 40х1600 крат, электронные микроскопы в
свою очередь можно разделить на: санирующие микроскопы - сканируется
сфокусированным электронным пучком в условиях промышленного вакуума.
Просвечивающие микроскопы - предназначены для изучения тонких объектов с
помощью пучка электронов, проходящих сквозь них.
В жизни можно так же встретить класс микроскопов основанных на сканировании
поверхности зондом. Сканирующие зондовые микроскопы (СЗМ) — относительно
новый класс микроскопов, на кторых изображение получают путем регистрации
взаимодействий между зондом и поверхностью.На данном этапе развития возможно
регистрировать взаимодействие зонда с отдельными атомами и молекулами,
благодаря чему СЗМ по разрешающей способности сопоставимы с электронными
микроскопами, а по некоторым параметрам превосходят их.
12
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В целом работа была интересной, но в тоже время и сложной. В группе возникали
почти постоянные разногласия, споры и конфликты, но нам приходилось их решать
и благодоря этому мы научились работать в группе слажено и лучше понимать друг,
друга. Так же, делая оценочный зачёт, мы очень много узнали об оптических
приборах, об их истории и происхождении и об их значимости. Мы педставили, что
бы было, если бы этих оптических приборов не было, таким образом мы доказали,
что оптические приборы играют немалую роль в жизни человечества. Помимо всего
выше перечисленного мы наловчились писать рефераты, что очень нам пригодится в
будующем, и научились пользоваться. Мы поняли, что если-бы не было очков, то
многие лючи страдающие проблемами со зрением не смогут стать полноправными
членами общества. Если-бы не было бинокля, то люди не смогли бы изобрести
микроскоп, телескоп. Если-бы не было телескопа, то прогресса в астрономии не
было и люди не смогли-бы иследовать космос. Если-бы не было-бы микроскопа, то
люди не смогли-бы изучать мелкую структуру объектов и многие достижения в
медицине, быту, промышленном деле и науке.
13
СПАСИБО САЙТАМ:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
http://www.vita-club.ru/micros1.htm
http://www.ktosdelal.ru/izobreteniya/693.html
http://www.e-bike.com.ua/viewarticle/id/72/
http://www.telescopehistory.ru/
http://protelescope.ru/?cat=13
http://geomoptics.narod.ru/OptPrib1.htm
14
СПАСИБО КНИГАМ:
1. Энн Пяртель «Физика для 8-ого класса»
2. Л. Г. Титов, «оптико-механика», (http://books.kb200.com/book.php?id=24131076)
3. Окатов М.А., «оптика», (http://books.kb200.com/book.php?id=2469275)
4. С.М. Латыев, «Конструировпние точных (оптических) приборов» Уч.
Пособие, (http://www.ph4s.ru/book_ph_opt_geom.html)
5. Талалаев П., Цепелев К., «Физика и астрономия», (http://omcszuo.narod.ru/af/)
6. Ахманов
С.А,,
Никитин
С.Ю.
«Физическая
оптика»
(http://xn----
7sbbfpaqhbupnai5an5dul.xn-p1ai/index.php?option=com_remository&Itemid=8&func=fileinfo&id=214)
7. Бегунов Б.Н, «Геометрическая оптика» (http://fizz.ifolder.ru/14021777)
8. Калитеевский Н.И. «Волновая оптика» (http://www.burnlib.com/x/kaliteevskiiy-n-ivolnovaya-optika/)
15
ПРИЛОЖЕНИЕ 1.1.1
16
ПРИЛОЖЕНИЕ 1.1.2
17
ПРИЛОЖЕНИЕ 1.1.3.
18
ПРИЛОЖЕНИЕ 1.1.4
19
ПРИЛОЖЕНИЕ 1.2.1
20
ПРИЛОЖЕНИЕ 1.2.2
21
ПРИЛОЖЕНИЕ 1.2.3
22
ПРИЛОЖЕНИЕ 1.2.4
23
ПРИЛОЖЕНИЕ 1.2.5
24
ПРИЛОЖЕНИЕ 1.3.1
25
ПРИЛОЖЕНИЕ 1.3.2
26
ПРИЛОЖЕНИЕ 1.3.3
27
ПРИЛОЖЕНИЕ 1.4.1
28
ПРИЛОЖЕНИЕ 1.4.2
29
ПРИЛОЖЕНИЕ 1.4.3
30
ПРИЛОЖЕНИЕ 1.4.4
31
ПРИЛОЖЕНИЕ 1.4.5
32
ПРИЛОЖЕНИЕ 1.4.6