Оптика двадцать первого века.

Нынешнего развития оптика достигла не сразу, на это ушли столетия. Зарождение оптики связано со стремлением человека исследовать тайны процесса зрения. Свыше 80% информации человек получает через органы зрения.

История оптики насчитывает много интересных страниц. Эмпирические (т.е. открытые опытным путем) законы оптики использовали жрецы в Древнем мире для создания «спецэффектов» во время культовых действ. Легенда приписывает Архимеду сожжение римского флота с помощью вогнутых зеркал. Эту легенду пытались проверить многие ученые. В XVII веке Кирхер получил при помощи зеркал повышение температуры предмета на расстоянии около 30 м., а в XVIII веке Бюффону даже удалось поджечь доску намазанную дегтем с помощью 168 зеркал на расстоянии ста метров. А в конце XX века греческий инженер Сакас создал устройство, подобное тому, которым по преданию пользовался Архимед. Установка из 60 небольших зеркал позволила зажечь модель римской триеры на дистанции 40 м. Поэтому считается, что легенда об Архимеде отражает реальные события.

В XX веке новые идеи и гипотезы совершили революцию в представлении человека о мире, родилась квантовая теория света, настал час расцвета радиоэлектроники. Многие задачи, выполняемые оптическими приборами, оказалось сподручнее выполнять с помощью средств радиоэлектроники. Но это не означает, что интерес к оптике угас. На рубеже XX и XXI веков получили воплощение не только старые идеи, но и зародились принципиально новые направления, в которых геометрическая оптика играет далеко не последнюю роль, в частности, в лазерной технике. Можно утверждать, что оптика обрела в наши дни второе рождение.

Ограниченный объем курса физики, изучаемого в технических вузах, и соответственно ограниченный объем настоящего пособия не позволили осветить многие интересные и важные в практическом отношении темы.

Мы часто смотрим на небо, любуемся размеренным движением белых шапок облаков на голубом фоне или стремительным перемещением черных грозовых туч. Наука позволяет с помощью формул перевести на язык математики поэтические образы и явления природы, волнующие поэтов и художников, музыкантов и писателей (смену красок при восходе и заходе, радуга, миражи, солнечные и лунные гало и т.д.), дать им объяснения, извлечь из них пользу при прогнозировании погоды. Голубой цвет неба вызван рассеянием света на частицах вещества, содержащихся в атмосфере, т.е. на аэрозолях, на молекулах газов, составляющих воздух. Специальные оптические приборы позволяют оценить размеры рассеивающих свет частиц, их дальнейшее «поведение», выявить «след» в атмосфере от пролетевшего самолета, пеленгировать пожары на газо- и нефтепроводах, запуски ракет по их температурному излучению уже на первых десятках метров траектории их полета…

Мы не затронули появившиеся в последнее время зум-объективы, т.е. объективы с изменяющимся фокусным расстоянием, микрообъективы, использующиеся в миниатюрных цифровых фотокамерах, объективы специального назначения, например, для коррекции перспективных искажений, для съемок в инфракрасной или ультрафиолетовой областях спектра, для «ночных» съемок и т.д.

Говоря о фотографии, можно вспомнить о фотограмметрии (изучение геометрических свойств изучаемого объекта), стереофотограмметрии (построение объемной модели объекта по двум снимкам, образующих стереопару), голографии (создание объемного изображения, которое можно рассматривать с различных сторон). Человек способен «объемно» воспринимать предметы на расстоянии не более полутора километров (радиус стереоскопического восприятия). Применяя специальную оптическую аппаратуру можно в десятки, сотни раз раздвинуть горизонты объемного восприятия мира. Уже существуют стереопанорамы лунного пейзажа, поверхностей планет Солнечной системы.

В эпоху компьютерного дизайна не потеряла своего значения комбинированная фото- и киносъемка, применение фотографии в научных исследованиях. Высокоскоростная фотография позволяет изучить все фазы прохождения пули сквозь стекло, процессы разрушения деталей….

Неисчерпаемые возможности для информационного обмена открыли волоконно-оптические линии связи. На их удивительных свойствах возникает новый вид всемирной связи, альтернативный Интернету, обладающей сверхвысокой пропускной способностью и полнейшей конфиденциальностью – в волоконной оптике отсутствуют сопутствующие электрическому сигналу переменные электромагнитные поля, «выдающие» передаваемую информацию.

В украинском еженедельнике «2000» №5 (2005 г) появилось сообщение о создании Пентагоном собственной сети на основе стекловолоконной широкополосной оптики. В единую информационную систему объединены 100 командных пунктов, войсковых соединений и частей США по всему земному шару. Полностью сеть (она имеет название GIG-BE) должна войти в строй в 2005 году, пропускная способность её линий достигнет 160 Гигабит в секунду. Стоимость проекта составила около 800 млн. долларов, а подключение и обслуживание только одного узла обходится примерно в 50 млн. долларов ежегодно. В ближайшие пять лет Пентагон намерен вложить в разработку военного стекловолоконного Интернета 24 млрд. долларов. Стоимость глобального проекта все воспринимающего и быстрореагирующего комплекса войск, боевых машин и систем оружия спутников, роботов и всевозможных сенсоров, в том числе оптических, объединенных стекловолоконным Интернетом в единую машину для «совершении революции в ведении войны» оценивается Пентагоном как минимум в 200 млрд. долларов.

Литература:

Бутиков Е.И., Быков А.А., Кондратьев А.С. Физика в примерах и задачах. М., Наука, 1983

Касаткина И.Л., Ларцева Н.А., Шкиль Т.В. Репетитор по физике. В 2-х т. Т.2, Ростов-на-Дону, 1995

Матиенко Г. Еженедельник «2000», Аспекты, С1, №5(255), 2005.

Оптико-механические приборы. Под ред. С.В.Кулагина. М., Машиностроение, 1984.

Разумовский.И.Т. Оптика в военном деле. М., ДОССАФ СССР, 1988.

Савельев И.В. Курс общей физики т.2, М., Наука, 1978.

Суорц К.Э. Необыкновенная физика обыкновенных явлений. В 2-х т. Т.2, М., Наука, 1986.

Трофимова И.В. Курс физики. М. Наука, 1978.

Элементарный учебник физики. Под ред. акад. Г.С.Ландсберга, т.3, М., 1986.

Фриш С.Э., Тиморева А.В. Курс общей физики. т.3, М., Гостехиздат, 1957.

Содержание

1. Основные определения геометрической (лучевой) оптики.

2. Основные законы геометрической оптики.

3. Построение изображения в плоском зеркале

4. Преломление в плоскопараллельной пластинке

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: