Реферат: Глаз. Оптическая система глаза

Государственное образовательное учреждение школы №183 с углубленным изучением

английского языка Центрального административного района г. Санкт-Петербурга


Реферат по физике


Тема: Глаз. Оптическая система глаза.


Работу выполнил:

ученик 10 класса Коваленко Константин Игоревич,

учитель: Ломакина Елена Сергеевна.


Санкт-Петербург

2008

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

3

Глава 1. Строение глаза

5

1.1. Вспомогательный аппарат

6

1.2. Глазное яблоко

7

1.2.1. Фиброзная оболочка

7

1.2.2. Сосудистая оболочка

7

1.2.3. Сетчатая оболочка

8

1.2.4. Зрительный нерв

8

1.2.5. Содержимое глазного яблока

8

1.3. Оптическая система глаза

9

^ Глава 2. Виды аметропий глаза

9

2.1. Близорукость

9

2.2. Дальнозоркость

9

2.3. Астигматизм

10

^ Глава 3. Физическая оптика Природа света

11

3.1. Оптические излучения

12

3.2. Оптическая среда

13

3.3. Дисперсия

14

3.4. Спектр

15

3.5. Интерференция света

15

3.6. Дифракция света

17

3.7. Поляризация света

18

^ Глава 4. Геометрическая оптика

21

Глава 5. Способы коррекции аметропий

26

5.1. Контактная коррекция

26

5.2. Очковая коррекция зрения

26

5.3. Хирургическая коррекция

27

Заключение

28

Список использованной литературы

29

Приложение

30

Словарь терминов

33

ВВЕДЕНИЕ


Основную часть первоначальной информации об окружающем мире люди получают путем зрительных восприятий, которые возникают при поступлении в глаз света. Отраженный от предметов свет позволяет нам видеть их и ориентироваться в пространстве. Еще в далекой древности, сталкиваясь с такими явлениями природы, как радуга, «бриллиантовый» блеск росы, возникновение тени от предметов, миражи и т.д., люди стремились объяснить их, познать закономерности световых явлений. Слово «оптика» произошло от греческого optike - наука о зрительных восприятиях.

В современном понятии оптика - это раздел физики, в котором исследуются процессы излучения света, его распространения в различных средах и взаимодействия света с веществом.

Оптика состоит из трех разделов: 1) физическая оптика; 2) геометрическая оптика; 3) физиологическая оптика.

Физическая оптика занимается выяснением природы света и закономерностей его испускания, распространения, рассеяния и поглощения в веществе.

Геометрическая оптика рассматривает законы распространения световых лучей, построение изображений в различных оптических системах, способы расчета и проектирования оптических приборов.

Физиологическая оптика изучает восприятие света человеческим глазом и оптические свойства глаза.

На мой выбор именно данной темы повлияла профессия родителей (врач). А именно профессия матери - офтальмолог. От них я часто слышал о возможностях современной медицины, в частности о современных диагностических, терапевтических и оперативных возможностях современной медицинской науки позволяющих не только сохранить, но и вернуть утраченные зрительные функции.

Удивительно, что пациент, который не мог ориентироваться в окружающей обстановке, нуждался в постоянной опеке и сопровождении, после операции смог самостоятельно покинуть глазную клинику.

Целью моей работы явилось: подробное изучение строения глаза, его оптической системы, а также современные способы коррекции рефракционных нарушений.

В своей работе я использовал научно-популярную, учебную и специализированную медицинскую литературу. Среди них хочется отметить книгу Даниличева В.Ф. «Современная офтальмология». В написании этой книги приняли участие сотрудники кафедры офтальмологии Военно-медицинской академии (первая кафедра офтальмологии в России, вторая в мире). Большинство авторов составителей этой книги я знаю, так как моя мать является так же сотрудником кафедры Военно-Медицинской академии. В этой книги подробно освещены вопросы анатомии органа зрения, а так же вопросы контактологии и лазерной хирургии. Книга содержит много иллюстраций, помогающих лучше разобраться в вопросе. Несомненный интерес представляет собой книга Розенблюма «Оптометрия». В основу глав Геометрическая оптика, Физическая оптика входят сведения из этой книги. Автор подробно описывает средства коррекции зрения.

^ Глава 1. Строение глаза

Человеческий глаз представляет из себя сложную систему, главной целью которой является наиболее точное восприятие, первоначальная обработка и передача информации, содержащейся в электромагнитном излучении видимого света. Все отдельные части глаза, а также клетки, их составляющие, служат максимально полному выполнению этой цели.

Глаз - это сложная оптическая система. Световые лучи попадают от окружающих предметов в глаз через роговицу. Роговица в оптическом смысле - это сильная собирающая линза, которая фокусирует расходящиеся в разные стороны световые лучи. Причем оптическая сила роговицы в норме не меняется и дает всегда постоянную степень преломления. Склера является непрозрачной наружной оболочкой глаза, соответственно, она не принимает участия в проведении света внутрь глаза.

Преломившись на передней и задней поверхности роговицы, световые лучи проходят беспрепятственно через прозрачную жидкость, заполняющую переднюю камеру, вплоть до радужки. Зрачок, круглое отверстие в радужке, позволяет центрально расположенным лучам продолжить свое путешествие внутрь глаза. Более периферийно оказавшиеся лучи задерживаются пигментным слоем радужной оболочки. Таким образом, зрачок не только регулирует величину светового потока на сетчатку, что важно для приспособления к разным уровням освещенности, но и отсеивает боковые, случайные, вызывающие искажения лучи. Далее свет преломляется хрусталиком. Хрусталик тоже линза, как и роговица. Его принципиальное отличие в том, что у людей до 40 лет хрусталик способен менять свою оптическую силу - феномен, называемый аккомодацией. Таким образом, хрусталик производит более точную дофокусировку. За хрусталиком расположено стекловидное тело, которое распространяется вплоть до сетчатки и заполняет собой большой объем глазного яблока.

Лучи света, сфокусированные оптической системой глаза, попадают в конечном итоге на сетчатку. Сетчатка служит своего рода шарообразным экраном, на который проецируется окружающий мир. Из школьного курса физики мы знаем, что собирательная линза дает перевернутое изображение предмета. Роговица и хрусталик - это две собирательные линзы, и изображение, проецируемое на сетчатку, также перевернутое. Другими словами, небо проецируется на нижнюю половину сетчатки, море - на верхнюю, а корабль, на который мы смотрим, отображается на макуле. Макула, центральная часть сетчатки, отвечает за высокую остроту зрения. Другие части сетчатки не позволят нам ни читать, ни наслаждаться работой на компьютере. Только в макуле созданы все условия для восприятия мелких деталей предметов.

В сетчатке оптическая информация воспринимается светочувствительными нервными клетками, кодируется в последовательность электрических импульсов и передается по зрительному нерву в головной мозг для окончательной обработки и сознательного восприятия.

^ Глава 1.1. Вспомогательный аппарат

Вспомогательный аппарат включает: веки, коньюнктиву, слезные железы и слезоотводящие пути.

Веки. Основная функция век - защита глазного яблока. При мигательных движениях век слезная жидкость равномерно распределяется по поверхности глаза. (12, с.16.)

Конъюнктива - это тонкая прозрачная ткань, которая покрывает глаз снаружи. Она начинается с лимба, наружного края роговицы, покрывает видимую часть склеры, а также внутреннюю поверхность век. В толще конъюнктивы проходят сосуды, которую ее питают. Эти сосуды могут быть рассмотрены невооруженным глазом. При воспалении конъюнктивы, конъюнктивите, сосуды расширяются и дают картину красного раздраженного глаза, которую большинство имело возможность лицезреть у себя в зеркале. Основная функция конъюнктивы заключается в секреции слизистой и жидкой части слезной жидкости, которая смачивает и смазывает глаз. (12, с.22.)

Глава 1.2. Глазное яблоко

Фиброзная оболочка

В фиброзной оболочке глаза выделяют два отдела: роговицу и склеру. Роговица - занимает 1/5 часть фиброзной оболочки, склера соответственно занимает остальную часть. (12, с.37.) Место перехода роговицы в склеру называется лимбом и имеет вид полукольца шириной до 1 мм.

Роговица - прозрачное выпуклое окно в передней части глаза - это и есть роговица. Роговица является сильной преломляющей поверхностью, обеспечивая две трети оптической силы глаза. (12, с.37.) Напоминая по форме дверной глазок, она позволяет хорошо видеть окружающий нас мир.

Поскольку в роговице нет кровеносных сосудов, она идеально прозрачная. Отсутствие сосудов в роговице определяет особенности ее кровоснабжения. Большую роль в обеспечении роговицы питательными веществами играет сосудистая сеть лимба.

Роговица в норме имеет блестящую и зеркальную поверхность. Что во многом объясняется работой слезной пленки, постоянно смачивающей роговичную поверхность. Постоянное смачивание поверхности достигается моргательными движениями век, которые осуществляются бессознательно. Существует так называемый моргательный рефлекс, который включается при появлении микроскопических зон сухой поверхности роговицы при продолжительном отсутствии моргательных движений.

Лимб - разделительная полоса между роговицей и склерой шириной в 1,0-1,5 мм. В лимбе располагается много сосудов, которые принимают участие в питании роговицы.

Склера - это прочный наружный остов глазного яблока. Ее передняя часть видна через прозрачную конъюнктиву как "белок глаза". К склере прикрепляются шесть мышц, которые управляют направлением взора и синхронно поворачивают оба глаза в любую сторону. (12, с.42.)

Прочность склеры зависит от возраста. Наиболее тонка склера у детей. Визуально это проявляется голубоватым оттенком склеры детских глаз, что объясняется просвечиванием темного пигмента глазного дна через тонкую склеру. С возрастом склера становится толще и прочнее. Истончение склеры наиболее часто встречается при близорукости.


Сосудистая оболочка

Можно выделить 3 основных отдела: радужная оболочка, цилиарное тело и собственно сосудистая оболочка. (12, с.45.)

Радужка представляет собой переднюю часть сосудистой оболочки глаза. Имеет форму диска с отверстием в центре (зрачок) Основная функция - регулировка поступления света в глаз.

Цилиарное тело начинается в 2 мм от лимба имеет ширину 5-6 мм и заканчивается у зубчатой линии. Функции: вырабатывает внутриглазную жидкость (цилиарные отростки и эпителий) и участвует в аккомодации (мышечная часть со связкой и хрусталиком).

Собственно сосудистая оболочка начинается у зубчатой линии и выстилает весь задний отдел склеры. Образуется цилиарными артериями и служат для питания нейроэпителия сетчатки.


Внутренняя сетчатая оболочка

Сетчатка - тончайшая внутренняя оболочка глаза, которая обладает чувствительностью к свету. Эту светочувствительность обеспечивают так называемые фоторецепторы - миллионы нервных клеток, которые переводят световой сигнал в электрический. Далее другие нервные клетки сетчатки первоначально обрабатывают полученную информацию и передают ее в виде электрических импульсов по своим волокнам в головной мозг, где происходит окончательный анализ и синтез зрительной информации и восприятие последней на уровне сознания. Пучок нервных волокон, идущих от глаза к мозгу, называется зрительным нервом. (12, с.57.)

Зрительный нерв передает информацию, поступившую в световых лучах и воспринятую сетчаткой, в виде электрических импульсов в головной мозг. Зрительный нерв служит связующим звеном между глазом и центральной нервной системой.


Содержимое глазного яблока

Полость глаза содержит светопроводящие и светопреломляющие среды: хрусталик, стекловидное тело и водянистую влагу, заполняющую его камеры - переднюю, заднюю и стекловидную. (12, с.66.)

Зрачок - это отверстие в центре радужки, которое позволяет лучам света проникать внутрь глаза для их восприятия сетчаткой. Меняя размер зрачка путем сокращения специальных мышечных волокон в радужке, глаз контролирует степень освещенности сетчатки. Это является важным приспособительным механизмом, потому что разброс освещенности в физических величинах между облачной осенней ночью в лесу и ярким солнечным полуднем в заснеженном поле измеряется миллионами раз.

Хрусталик находится непосредственно за радужкой и в силу своей прозрачности невооруженным глазом уже не виден. Основная функция хрусталика - это динамичная фокусировка изображения на сетчатку. Хрусталик представляет из себя вторую (после роговицы) по оптической силе линзу глаза, меняющую свою преломляющую способность в зависимости от степени удаленности рассматриваемого предмета от глаза. (12, с.76.) При близком расстоянии до предмета хрусталик усиливает свою силу, при дальнем - ослабляет.

^ Стекловидное тело - гелеподобное студнеобразное прозрачное вещество, которое заполняет обширное, по глазным меркам, пространство между хрусталиком и сетчаткой. Оно занимает около 2/3 объема глазного яблока и дает ему форму, тургор (эластичность) и несжимаемость. На 99 процентов стекловидное тело состоит из воды, особо связанной со специальными молекулами, представляющими собой длинные цепочки повторяющихся звеньев - молекул сахара. (4, с.71.)

Стекловидное тело несет массу полезных функций, важнейшей из которых является поддержание сетчатки в своем нормальном положении.


Глава 1.3. Оптическая система глаза

С позиций физической оптики, глаз человека следует относить к так называемым центрированным оптическим системам. Для них характерно наличие двух и более линз, имеющих общую главную оптическую ось.

Оптическая система глаза включает в себе живые линзы (роговица и хрусталик с диафрагмой между ними), водянистую влагу и стекловидное тело. Строго говоря, к ней следует отнести и слезную жидкость, которая обеспечивает прозрачность роговицы. (4, с.76.) Основными преломляющими поверхностями в этой системе являются: передняя поверхность роговицы и обе поверхности хрусталика. Роль остальных сред, в основном, заключается в проведении света.


Глава 2.Виды аметропий глаза

К аметропиям можно отнести следующие виды клинической рефракции: близорукость, дальнозоркость, астигматизм.


Глава 2.1. Близорукость (миопия)

Близорукостью, или миопией, страдает каждый третий человек на Земле. Близоруким людям тяжело дается видеть номера маршрутов общественного транспорта, прочитать дорожные знаки, а также различать другие предметы на расстоянии. Но близорукие могут хорошо видеть во время занятий, связанных со зрением на близком расстоянии, таких как письмо и чтение.

Близорукость в подавляющем числе случаев связана с небольшим удлинением глазного яблока в переднезадней оси. Это приводит к тому, что параллельные лучи света, попадающие в глаз, собираются в одну точку (фокусируются) перед сетчаткой, а не прямо на ее поверхности.


^ Глава 2.2. Дальнозоркость (гиперметропия)

Дальнозоркость, или гиперметропия, характеризуется недостаточной оптической силой глаза. Лучи света, эти проводники зрительной информации из окружающего нас мира, редко бывают сходящимися, когда подходят к поверхности глаза. Как правило, они расходятся от своего источника в разные стороны, а в лучшем случае идут как пучок параллельных лучей. И чтобы получить четкое изображение предмета на сетчатке, что является основой основ нормального зрения, оптике глаза - роговице и хрусталику - требуется сильно преломить лучи света, чтобы все они стали сходящимися. Причем сходящимися настолько, что через 23 миллиметра своего путешествия внутри глаза они сошлись в одной точке на сетчатке. Дальнозоркость чаще возникает, когда длина глаза меньше 23 миллиметров, и лучи света просто "не успевают" сфокусироваться на сетчатке. Вместо одной четкой точки на сетчатку проецируется размытое световое пятно. Часто бывает сочетание недостаточной оптической силы роговицы и хрусталика с короткой длиной глаза. Гораздо реже дальнозоркость бывает по причине только слабости оптики при нормальной длине глазного яблока.

Дальнозоркие обычно плохо видят вблизи, но зрение может быть нечетким и при взгляде на отдаленные объекты.

^ Аккомодация глаза - приспособление глаза к ясному видению путем изменения преломляющей силы его оптических сред, в первую очередь хрусталика.


Глава 2.3. Астигматизм

Астигматизм получил свое название от латинского слова стигма, или точка. Различают роговичный и хрусталиковый астигматизм, но влияние роговицы на преломление глаза сказывается сильнее, т.к. она обладает большей преломляющей способностью. Разница в силе преломления самого сильного и самого слабого меридианов характеризует величину астигматизма в диоптриях. Направление меридианов будет характеризовать ось астигматизма, выражаемую в градусах. Как правило, астигматизм - состояние врожденное или полученное после травм или операций на роговице, но при некоторых заболеваниях, например, при кератоконусе, то есть носит приобретенный характер.

Корригируется астигматизм при помощи специальных цилиндрических линз (плюсовые линзы представляют собой продольный срез цилиндра, минусовые - слепок наружной поверхности цилиндра). Эти линзы позволяют изменить преломление только в одном меридиане, исправляя недостатки оптической системы глаза. Коррекция астигматизма возможна жесткими контактными и мягкими торическими линзами.

Пресбиопия

Пресбиопия (или возрастная дальнозоркость) - это физиологический возрастной процесс, связанный с уплотнением хрусталика и потерей им эластичности, а также ослаблением аккомодации.

^ Глава 3. Физическая оптика. Природа света

Впервые объяснить природу света пытались философы древнего мира Пифагор, Демокрит, Платон, Евклид, Аристотель. Их учение строилось на предположениях, догадках, умозаключениях и не имело подлинно научной базы. Однако они способствовали формированию научных взглядов и положили начало дальнейшему развитию теории света.

В конце XVII столетия английский ученый Исаак Ньютон выдвинул так называемую корпускулярную теорию, согласно которой считалось, что свет - это поток быстронесущихся частиц - корпускул, распространяющихся от источника во все стороны. От формы и размеров частиц зависит различное цветовое зрительное восприятие света.

Современник Ньютона нидерландский ученый Христиан Гюйгенс создал волновую теорию света. Согласно этой теории, свет является результатом механического колебания светящегося тела и поперечные световые волны распространяются от него в особой упругой среде - эфире, заполняющем все пространство.

В 1865 г. английский физик Джеймс Клерк Максвелл разработал теорию, согласно которой свет представляет собой электромагнитные волны определенной длины, возникающие в результате колебаний электрических зарядов. От длины этих волн зависят свойства светового излучения. Но и электромагнитная теория света не смогла полностью объяснить всех оптических явлений.

Данные исследований световых явлений указывали, что в некоторых случаях свет проявляет свойства материальной частицы, а в других - свойства волны.

Ни одна из теорий, объясняющих природу света, не давала исчерпывающего ответа. Это означало, что для объяснения природы света необходима такая теория, которая бы объединила его корпускулярные и волновые свойства. Новая теория света была названа квантовой. Она возникла и получила свое дальнейшее развитие благодаря трудам М. Планка, А. Эйнштейна, Н. Бора, Э. Ферма, Л. Д. Ландау и других ученых и была окончательно сформулирована в начале XX в. Максом Планком и Альбертом Эйнштейном. Согласно квантовой теории, природа света является корпускулярно-волновой. Излучение, поглощение и распространение света осуществляется не непрерывно, а в виде определенных и неделимых порций энергии - квантов.

Впоследствии кванты света были названы фотонами. Обладая свойствами частицы, фотон имеет массу, энергию и импульс движения. Чем больше частота колебаний излучения, тем больше энергия и импульс движения фотона, тем отчетливее проявляются его корпускулярные свойства.

Фотон существует только в движении и не имеет массы покоя. При встрече с веществом он может быть поглощен частицей вещества, и тогда сам фотон исчезает, а его энергия и импульс передаются поглотившей его частице. Эйнштейн определил свет как поток фотонов. (11, с.22.)
^ Глава 3.1. Оптическое излучение
Оптическим излучением называется электромагнитное излучение, которое эффективно исследуется оптическими методами.

В электра и радиотехнике электромагнитные колебания характеризуются частотой  и реже длиной волны  , в оптике - длиной волны. Зависимость между длиной волны и частотой колебаний определяется выражением  = v/n

где v — скорость света в данной оптической среде; n — длина волны излучения в данной оптической среде.

Частота колебаний излучения остается постоянной в любой оптической среде, тогда как скорость света и длина волны изменяют свою величину. Длина волны оптического излучения измеряется в микрометрах (мкм), нанометрах (нм) и ангстремах (А), имеющих соотношение

1 м = 106 мкм=109 нм=1010 А.

Диапазон оптического излучения на шкале электромагнитных волн занимает незначительный участок и находится в пределах от 103 нм до 750 мкм

Шкала длин волн.

Оптическое излучение, подразделяется на четыре области:

- рентгеновскую - =103- 10 нм;

ультрафиолетовую -  =10 - 380 нм;

видимую - =380 - 770 нм;

инфракрасную -  = 770 нм -750 мкм.

Указанные границы областей и диапазоны длин волн условны и даны для вакуума.

Видимая область оптического излучения воспринимается человеческим глазом и вызывает зрительные ощущения. Рентгеновская, ультрафиолетовая и инфракрасная области человеческим глазом не воспринимаются и являются невидимыми.

Таблица 1

Цветовое восприятие

Длина волны, нм

Фиолетовый

380-450

Синий

450-480

Голубой

480-510

Зеленый

510-550

Желто-зеленый

550-575

Желтый

575-585

Оранжевый

585-620

Красный

620-770


Оптическое излучение бывает монохроматическим и немонохроматическим

Монохроматическое - это излучение одной определенной длины волны или в очень узком диапазоне длин волн. От длины волны монохроматического излучения видимой области зависит его цветовое восприятие глазом.

В табл. 1 приведено цветовое восприятие человеческим глазом видимого излучения в зависимости от длины волны.

Приведенное цветовое восприятие света различных длин волн является примерным и зависит от индивидуальных особенностей глаза.

Для получения монохроматического излучения используются, отдельные типы оптических квантовых генераторов и газоразрядных ламп.

Большинство источников света испускает сложное по своему составу излучение, состоящее из ряда монохроматических излучений. Такое излучение называется не монохром этическим или сложным. Совместное действие монохроматических излучений во всем видимом диапазоне называется полным или интегральным излучением. Полное излучение воспринимается как «белый» дневной свет. Основным источником полного излучения является солнце, дающее излучение в диапазоне длин волн  от 200 до 800 нм.

^ Глава 3.2. Оптическая среда
Оптической средой называется такая среда, которая прозрачна для оптического излучения или хотя бы для какого-либо участка его диапазона. Характер распространения излучения зависит от свойств среды, в которой оно распространяется. К основным оптическим свойствам среды относятся изотропность, однородность, прозрачность, скорость распространения оптического излучения (скорость света). (7, с.317.)

В изотропных средах оптические свойства во всех направлениях одинаковы. Среды, у которых проявляется различие оптических свойств в зависимости от направления распространения в ней оптического излучения, называются анизотропными.

В однородных средах во всем объеме обеспечивается постоянство оптических свойств и свет распространяется прямолинейно. В неоднородных средах прямолинейность искажается на участках с отличающимися оптическими свойствами.

Прозрачность среды влияет на величину потери световой энергии при прохождении излучения через данную среду. Чем ниже прозрачность среды, тем больше потери световой энергии. Оптическое стекло является основным материалом для изготовления оптических деталей, поэтому к нему предъявляются повышенные требования с точки зрения его однородности, изотропности и прозрачности.

Скорость распространения оптического излучения в различных средах не одинакова. Наибольшего значения она достигает в вакууме и составляет 300 000 км/с.

При переходе из одной оптической среды в другую скорость света изменяется. Она либо уменьшается, либо увеличивается. По этой причине на границе оптических сред световые лучи изменяют направление, отклоняясь от первоначального, т.е. преломляются.

Отношение скорости оптического излучения в вакууме с к скорости его в данной оптической среде v называется абсолютным показателем преломления или просто показателем преломления п

n = c / v

Показатель преломления для оптического стекла является одной из основных характеристик, так как от его значений зависит преломляющее действие оптических деталей. Значения п для каждой марки стекла должны быть строго определенными, поскольку они учитываются при конструировании и расчетах оптических систем. Показатель преломления оптического стекла измеряется на приборе, называемом рефрактометром.

Ниже приведены показатели преломления отдельных сред:


Таблица 2. Показатели преломления отдельных сред

Стекло оптическое

1.45 – 2.00

Кварц кристаллический

1.55

Бальзам (клей оптический)

1.54

Алмаз

2.42

Лед

1.31

Вода

1.33

Воздух

1.0003

На практике показатель преломления воздуха при p=700 мм рт. ст. и t° = 20°С принимается равным единице. Показатели преломления сред определяются относительно воздуха и называются относительными.


^ Глава 3.1. Дисперсия света

Скорость распространения света в одной и той же среде зависит от длины волны излучения, следовательно, и величина показателя преломления n зависит от длины волны. Показатель преломления среды является функцией длины волны: n=f(). Зависимость показателя преломления оптической среды от длины волны светового излучения называется дисперсией света. (7, с.388.)

Если показатель преломления среды с увеличением длины волны уменьшается, то такая дисперсия называется нормальной. Прозрачные вещества, в том числе и оптическое стекло, имеют нормальную дисперсию.

В видимой области оптического диапазона излучения для. фиолетового света среда имеет самый большой показатель преломления, а при красном свете - наименьший.

В области полос поглощения вещества и вблизи них происходит нарушение нормальной дисперсии: показатель преломления уменьшается с уменьшением длины волны. В таком случае дисперсия называется аномальной.

Дисперсия света является причиной разложения естественного белого света на монохроматические составляющие - спектр - при прохождении его через преломляющую дисперсионную призму (рис. 3).


Естественный свет, состоящий из монохроматических излучений с длинами волн 1, 2, …, 7 пройдя призму 1, оказывается разложенным на его составляющие, которые наблюдаются на экране в виде цветных полос.

Спектр белого света в порядке убывания длин волн состоит из семи цветов, плавно переходящих друг в друга: красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего и фиолетового.

^ Глава 3.4. Спектр
Спектром называется совокупность монохроматических излучений, входящих в состав сложного излучения. Шкала электромагнитных волн представляет собой их спектр, где излучения распределены последовательно в зависимости от длины волны. (7, с.406.)

Таблица 3. Основные спектральные линии

шкалы электромагнитных волн

Обозначение линии Фраунгофера

Цвет

Длина волны,

нм

Химический элемент

А’

темно-красный

766,5

К – калий

С

красный

656,6

Н – водород

C’

красный

643,8

Cd – кадмий

D

желтый

589,3

Na – натрий

d

желтый

587,6

He – гелий

e

зеленый

546,1

Hg – ртуть

F

голубой

486,1

Н – водород

F’

голубой

480,0

Cd – кадмий

h

фиолетовый

404,7

Hg – ртуть

H

темно-фиолетовый

396,8

Са - кальций

Спектр Солнца относится к спектрам поглощения, так как происходит поглощение части излучения средами солнечной фотосферы и атмосферы земли. Линии поглощения в спектре солнца называются фраунгоферовыми линиями, в честь ученого Фраунгофера, занимавшегося их исследованием. Фраунгоферовы линии в спектре Солнца находятся в строго определенных местах и обозначаются прописными и строчными буквами латинского алфавита. В табл. 3 приведены основные спектральные линии.

^ Глава 3.5. Интерференция света
Интерференция света - явление, возникающее при взаимодействии когерентных световых волн и заключающееся в том, что появляется новая результирующая волна. При этом образуется пространственное распределение интенсивности света в виде чередующихся максимумов и минимумов освещенности, называемое интерференционной картиной: При монохроматическом свете интерференционная картина в общем случае наблюдается в виде темных и светлых полос или колец, а при сложном белом свете - в виде цветных полос или колец.

Когерентными называются такие световые волны, которые имеют одинаковую частоту и постоянную разность фаз на протяжении времени, достаточного для наблюдения.


При взаимодействии когерентных волн амплитуды результирующей световой волны зависят от разности хода  этих волн (рис. 4). Разность хода двух волн — это разность оптических путей этих волн от когерентного источника света до точки их взаимодействия.

Амплитуда будет максимальной, если  равна четному числу полуволн (рис. 4, а),

т.е. = ± 2k0/2 (k = 0, 1, 2, ...),

тогда амплитуда А результирующей волны III равна сумме амплитуд первой (^ I) и второй (II) интерферирующих волн A1+A2, что соответствует максимальной интенсивности света.

Если же  равна нечетному числу полуволн,

т.е. = ±( 2k + 1)0/2 (k = 0, 1, 2, ...),

то амплитуда результирующей волны будет минимальной A=A1-A2 (рис. 4).

Различают два вида интерференционных картин: 1) полосы равного наклона; 2) полосы равной толщины.

Полосы равного наклона возникают при прохождении излучения через плоскопараллельную пластину при переменном значении угла падения в и постоянной толщине пластины d. Разность хода  интерферирующих лучей в этом случае будет зависеть от угла падения . Полосы равного наклона локализованы в бесконечности и поэтому могут наблюдаться через зрительную трубу или на экране в фокальной плоскости объектива. На рис. 5 два параллельных когерентных луча, образованных от первичного луча за счет отражения от первой и второй поверхностей пластины, обладают разностью хода, зависящей от угла падения .. Эти лучи собираются объективом ОБ на экране в фокальной точке М, где интерферируют. Так как от протяженного источника света лучи, падающие на пластину под одинаковым углом , образуют конус, то на экране будет видна интерференционная картина в виде колец.

Если интерференционная картина наблюдается в монохроматическом свете, на экране видны чередующиеся светлые и темные кольца; если в белом свете, то видна система цветных колец.

Полосы равной толщины создаются при прохождении оптического излучения через плоскопараллельную пластину при одинаковом угле падения световых лучей и переменной толщине d этой пластины. Разность хода лучей в этом случае будет зависеть от толщины пластины. На поверхности пластины возникает интерференционная картина в виде чередующихся полос, расположенных параллельно ребру клина. Полосы равной толщины локализованы на поверхности пластины, и их можно рассматривать невооруженным глазом, через лупу, микроскоп или на экране с помощью проекционного устройства.

Интерференция света в виде, полос равной толщины наблюдается в пленках и тонких стеклянных пластинках. Световые лучи, отражаясь от верхней и нижней поверхностей пленки, интерферируют. Там, где разность хода интерферирующих лучей равна четному числу полуволн, возникают максимумы, а где разность хода равна нечетному числу полуволн - минимумы.


При освещении белым светом интерференционная картина представляет собой разноцветные полосы. Этим объясняются радужная окраска пятен масла и нефти на воде, цвета побежалости при закалке металлов и др.

Явление интерференции в тонких пленках называется цветами тонких пленок.


^ Глава 3.6. Дифракция света


При прохождении света через отверстия и препятствия незначительных размеров, узкие щели, а также мимо краев каких-либо тел происходит нарушение прямолинейности его распространения. (7, с.329.)

Явление отклонения света от прямолинейности его распространения, проявляющееся в огибании краев препятствий, называется дифракцией света. При этом происходит искажение фронта световой волны. Световые лучи, изменившие прямолинейное направление, называются дифрагированными.

Первоначальным теоретическим обоснованием дифракции света явился принцип Гюйгенса. Согласно этому принципу, каждая точка пространства, которой достигла в данный момент распространяющаяся волна, становится источником элементарных сферических волн. Огибающая элементарных волн образует волновую поверхность в следующий момент времени. Это приводит к неизбежности отклонения световой волны от прямолинейного распространения при встрече с препятствием.

Гюйгенс рассматривал дифракцию только с позиций геометрической оптики. Френель дополнил принцип Гюйгенса понятиями когерентности элементарных воли и их интерференции. Принцип Гюйгенса с дополнениями Френеля получил название принципа Гюйгенса - Френеля. На этом принципе базируется элементарная теория дифракции света.

Принцип Гюйгенса - Френеля раскрывает законы распространения волнового фронта и распределение интенсивности в дифракционной картине. Максимумы интенсивности (свет) наблюдаются в тех местах, где взаимодействующие элементарные волны усиливают друг друга, минимумы интенсивности (темнота или ослабление света) - там, где взаимодействующие элементарные волны гасят друг друга.

В результате интерференции диафрагмированных лучей возникает характерная дифракционная картина: дифракционное изображение точки при наблюдении в белом свете окружено цветными полосами или кольцами. В зависимости от формы волнового фронта различают дифракцию, наблюдаемую в сходящихся пучках световых лучей со сферическим волновым фронтом, - дифракцию Френеля и дифракцию, наблюдаемую в параллельных пучках световых лучей с плоским волновым фронтом, - дифракцию Фраунгофера.


При прохождении монохроматического света от точечного источника через небольшое круглое отверстие (рис. 6) в результате интерференции дифрагирова