ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ (ЛУЧЕВОЙ) ОПТИКИ. А одну

ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ (ЛУЧЕВОЙ) ОПТИКИ.
ТРЕБОВАНИЕ ГОМОЦЕНТРИЧНОСТИ ПУЧКОВ ЛУЧЕЙ.
Пучок лучей, исходящий из точечного источника А должен
преобразовываться в пучок лучей, сходящихся в одну точку В
(стигматическое изображение).
При этом сферическая волна в пространстве предметов
однозначно преобразуется в сферическую волну в
пространстве изображений.
ПРЕЛОМЛЕНИЕ И ОТРАЖЕНИЕ НА ПЛОСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ.
(защитные стекла, сфетофильтры, зеркала, призмы и др.)
а) Преломление лучей на границе двух сред ( n < n ). s = s (n / n)(cos  / cos ).
Т.к. (cos  / cos )  const , лучи, выходящие из точки, после преломления не сходятся в
точку. Лишь для параксиальных лучей (  0) обеспечивается гомоцентричность: s = s
(n / n) = const .
б) Размытое изображение точки после преломления широкого пучка на плоской
поверхности.
в) Зеркало формирует мнимое точечное изображение точечного источника.
г) sin 1 = n sin 1 ; sin 2 = n sin( + 1) ;  = 2 - 1 -  , т.е. угол отклонения  зависит
от n призмы.
ПРЕЛОМЛЕНИЕ И ОТРАЖЕНИЕ НА СФЕРИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ.
(зеркала, линзы)
При отражении от вогнутого зеркала:
sin  = (1 - s/r) sin 
s = r [1 + sin  / sin( - 2) ]
то есть, величина отрезка s зависит от угла  - нарушено
условие гомоцентричности. Для параксиальных лучей:
( 1/s ) + ( 1/s ) = ( 2/r )
При преломлении на одной сферической
поверхности условие гомоцентричности также
выполняется лишь для параксиальных лучей, когда
( n / s ) - ( n / s ) = ( n - n ) / r .
АБЕРРАЦИИ (ПОГРЕШНОСТИ) ЭЛЕМЕНТОВ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ.
СЛЕВА - сферическая аберрация. При использовании широких (непараксиальных)
пучков лучей изображение точки, находящейся на оси системы - обьемная фигура,
симметричная относительно оси.
В ЦЕНТРЕ - кома. Для широких пучков под углом к оси системы. Обьемное
изображение не обладает осевой симметрией. На плоском экране - фигура, похожая на
комету с хвостом (  - прядь волос, комета - волосатая звезда).
СПРАВА - дисторсия. Для широких пучков увеличение зависит от угла лучей с осью
системы - нарушается подобие между предметом (а) и изображением (б),(в).
Типы дисторсии: (б) бочкообразная (отрицательная); (в) подушкообразная (положительная).
ХРОМАТИЧЕСКАЯ
АБЕРРАЦИЯ
Зависимость показателя преломления от длины
волны (для раствора цианида в области полосы
поглощения)
ОГРАНИЧЕНИЕ (ДИАФРАГМИРОВАНИЕ) ПУЧКОВ ЛУЧЕЙ.
Необходимость ограничения пучков.
На экране М-М формируются точечные изображения О лишь точек О, лежащих в
плоскости Е-Е . Остальные точки предметов ( А , В) проецируются на экран кружками,
размер которых зависит от ограничения ширины пучка диафрагмой L . При отсутствии
ограничения пучки от А и В освещали бы плоскость М-М равномерно и на ней
присутствовали бы изображения лишь отдельных точек предмета (находящихся в
плоскости Е-Е).
Апертурная диафргама Q1 , ограничивающая
телесный угол светового пучка. Изображения Q1
и Q1 диафрагмы - входной и выходной зрачки.;.
А - апертурный угол системы.
Виньетирующая диафрагма,
ограничивающая наклонные пучки лучей (а) и уменьшающая
площадь сечения этих пучков (б).
ТЕНЕВЫЕ МЕТОДЫ (шлирен-методы , тепплеровский методы).
СХЕМА ШЛИРЕН-МЕТОДА.
Свет от яркого источника А с
помощью линзы создает маленькое
изображение непосредственно над
острым краем экрана (ножа) К1 в
фокусе линзы L1, так что на линзу
L2 направляется параллельный пучок света. Линза L2 собирает свет в фокус на краю ножа
К2 , так что прямые (неотклоненные) лучи от источника А не попадают на экран S . При
наличии оптической неоднородности между L1 и L2 параллельность пучка нарушается ,
лучи образуют фокус над ножом К2 и создают изображение на экране.
ПОВОРОТ ФРОНТА ВОЛНЫ (AA  BB) на
оптической неоднородности длиной S . Для
линзы L2 с фокусным расстоянием F смещение
фокального пятна y :
y  (F s / n) dn/dx
У газов (n1) показатель преломления линейно зависит от плотности:
воздуха К=0,227 см2/г). Поэтому:
y  [F K s / (K  + 1)] d/dx
n  K  + 1 (для
ТЕНЕВОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ
ТЕПЛОВЫХ КОНВЕКТИВНЫХ ПОТОКОВ
ВОЗДУХА ВБЛИЗИ РУКИ ЧЕЛОВЕКА.
ТЕНЕВОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ
УДАРНЫХ ВОЛН И СЛЕДОВ
ТУРБУЛЕНТНОСТИ В ПОТОКАХ
ВОЗДУХА ВБЛИЗИ СТАЛЬНЫХ ШАРИКА
И ЦИЛИНДРА, ВЫСТРЕЛЕННЫХ ИЗ 37-мм
ПУШКИ