Optics ya kijiometri ni tawi maalum la optics halisi, ambalo halishughulikii asili ya mwanga, lakini huchunguza sheria za mwendo wa miale ya mwanga katika maudhui ya uwazi. Hebu tuangalie kwa karibu sheria hizi katika makala, na pia tutoe mifano ya matumizi yao katika vitendo.
Uenezi wa Ray katika nafasi moja: sifa muhimu
Kila mtu anajua kuwa mwanga ni wimbi la sumakuumeme, ambalo kwa matukio fulani ya asili linaweza kuwa kama mtiririko wa kiasi cha nishati (matukio ya athari ya picha na shinikizo la mwanga). Optics ya kijiometri, kama ilivyoonyeshwa katika utangulizi, inahusika tu na sheria za uenezi wa mwanga, bila kuzama katika asili yake.
Iwapo boriti itasogea kwa njia ya uwazi ya homogeneous au katika utupu na haikabiliani na vizuizi vyovyote kwenye njia yake, basi mwangaza utasonga kwa mstari ulionyooka. Kipengele hiki kilipelekea kuundwa kwa kanuni ya muda mdogo zaidi (kanuni ya Fermat) na Mfaransa Pierre Fermat katikati ya karne ya 17.
Sifa nyingine muhimu ya miale ya mwanga ni uhuru wake. Hii inamaanisha kuwa kila miale hueneza angani bila "hisia"boriti nyingine bila kuingiliana nayo.
Mwishowe, sifa ya tatu ya mwanga ni mabadiliko ya kasi ya uenezi wake wakati wa kusonga kutoka nyenzo moja ya uwazi hadi nyingine.
Sifa 3 zilizowekwa alama za miale ya mwanga hutumika katika kupata sheria za kuakisi na kuakisi.
Tukio la kuakisi
Hali hii ya kimaumbile hutokea wakati mwali wa mwanga unapogonga kizuizi kisicho na giza kikubwa zaidi ya urefu wa mawimbi ya mwanga. Ukweli wa kutafakari ni mabadiliko makali katika trajectory ya boriti katika kati sawa.
Chukulia kuwa mwanga mwembamba unaangukia kwenye ndege isiyo na mwanga kwa pembeni θ1 hadi N ya kawaida inayovutwa kwenye ndege hii kupitia mahali ambapo miale huigonga. Kisha boriti inaakisiwa kwa pembe fulani θ2 hadi ile ile ya kawaida N. Hali ya kutafakari inatii sheria kuu mbili:
- Tukio liliakisi mwangaza na N kawaida iko kwenye ndege moja.
- Embe ya uakisi na pembe ya matukio ya mwangaza huwa sawa kila wakati (θ1=θ2).
Matumizi ya hali ya kuakisi katika optics ya kijiometri
Sheria za uakisi wa mwangaza hutumiwa wakati wa kuunda picha za vitu (halisi au vya kufikirika) katika vioo vya jiometri mbalimbali. Jiometri ya kioo ya kawaida ni:
- kioo gorofa;
- concave;
- convex.
Ni rahisi sana kuunda picha katika mojawapo. Katika kioo cha gorofa, daima hugeuka kuwa ya kufikiria, ina ukubwa sawa na kitu yenyewe, ni moja kwa moja, ndani yake.pande za kushoto na kulia zimepinduliwa.
Picha katika vioo vya concave na convex hujengwa kwa kutumia miale kadhaa (sambamba na mhimili wa macho, kupita kwenye mwelekeo na katikati). Aina yao inategemea umbali wa kitu kutoka kioo. Kielelezo kilicho hapa chini kinaonyesha jinsi ya kuunda picha katika vioo vya mbonyeo na vilivyopinda.
Hali ya kutofautisha
Inajumuisha mgawanyiko (kinzani) wa boriti inapovuka mpaka wa vyombo viwili tofauti vya uwazi (kwa mfano, maji na hewa) kwenye pembe ya uso ambayo si sawa na 90 o.
Maelezo ya kisasa ya hisabati ya jambo hili yalitolewa na Mholanzi Snell na Mfaransa Descartes mwanzoni mwa karne ya 17. Tukiashiria pembe θ1 na θ3 kwa tukio na miale iliyorudishwa inayohusiana na N ya kawaida kwenye ndege, tunaandika usemi wa kihisabati kwa ajili ya hali ya kinzani:
1dhambi(θ1)=n2dhambi(θ 3).
idadi n2na n1ndizo fahirisi za refriactive za media 2 na 1. Zinaonyesha ni kiasi gani cha kasi ya mwanga kwa kati hutofautiana na ile katika nafasi isiyo na hewa. Kwa mfano, kwa maji n=1.33, na kwa hewa - 1.00029. Unapaswa kujua kwamba thamani ya n ni kazi ya mzunguko wa mwanga (n ni kubwa zaidi kwa masafa ya juu kuliko ya chini).
Matumizi ya hali ya kinzani katika optics ya kijiometri
Hali iliyofafanuliwa hutumika kuunda picha ndani yakelenses nyembamba. Lenzi ni kitu kilichotengenezwa kwa nyenzo ya uwazi (kioo, plastiki, nk) ambayo imefungwa na nyuso mbili, angalau moja ambayo ina curvature isiyo ya sifuri. Kuna aina mbili za lenzi:
- mkusanyiko;
- kutawanyika.
Lenzi zinazobadilika huundwa na uso wa duara uliobonyea (wa duara). Kinyume cha mionzi ya mwanga ndani yao hutokea kwa namna ambayo hukusanya mionzi yote inayofanana kwa wakati mmoja - kuzingatia. Nyuso zinazotawanyika huundwa na nyuso zenye uwazi zilizopinda, kwa hivyo baada ya kupitisha miale sambamba kupitia hiyo, nuru hutawanywa.
Ujenzi wa picha katika lenzi katika mbinu yake ni sawa na uundaji wa picha katika vioo vya duara. Pia ni muhimu kutumia mihimili kadhaa (sambamba na mhimili wa macho, kupita kwa kuzingatia na kupitia kituo cha macho cha lens). Asili ya picha zilizopatikana imedhamiriwa na aina ya lensi na umbali wa kitu kwake. Kielelezo kilicho hapa chini kinaonyesha mbinu ya kupata picha za kitu katika lenzi nyembamba kwa matukio mbalimbali.
Vifaa vinavyofanya kazi kwa mujibu wa sheria za macho ya kijiometri
Rahisi zaidi kati yao ni kioo cha kukuza. Ni lenzi mbonyeo moja inayokuza vitu halisi hadi mara 5.
Kifaa cha kisasa zaidi, ambacho hutumika pia kukuza vitu, ni darubini. Tayari ina mfumo wa lenzi (angalau lenzi 2 zinazobadilika) na hukuruhusu kupata ongezeko lamara mia kadhaa.
Mwishowe, ala ya tatu muhimu ya macho ni darubini inayotumiwa kuchunguza miili ya anga. Inaweza kuwa na mfumo wa lens zote mbili, basi inaitwa darubini ya refractive, na mfumo wa kioo - darubini ya kutafakari. Majina haya yanaonyesha kanuni ya kazi yake (refraction au reflection).
