Geometrinen optiikka. Tasopeili. P = esinepiste P = kuvapiste

Samankaltaiset tiedostot
Kuvan etäisyys tässä tapauksessa on ns. polttoväli (focal length): ja kuvausyhtälö (6.3.2) voidaan kirjoittaa mukavaan muotoon + =. (6.3.

eli HUOM! - VALEASIAT OVAT AINA NEGATIIVISIA ; a, b, f, r < 0 - KOVERALLE PEILILLE AINA f > 0 - KUPERALLE PEILILLE AINA f < 0

Ratkaisu: Taittuminen ensimmäisessä pinnassa on tietysti sama kuin edellisessä esimerkissä. Säteet taittuvat ja muodostaisivat kuva 40 cm:n

6 GEOMETRISTA OPTIIKKAA

34 GEOMETRINEN OPTIIKKA (Geometric Optics)

ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

FYSI1040 Fysiikan perusteet III / Harjoitus 1 1 / 6

6 GEOMETRISTA OPTIIKKAA

RATKAISUT: 16. Peilit ja linssit

7.4 PERUSPISTEIDEN SIJAINTI

8.3 KAMERAT Neulanreikäkamera

34. Geometrista optiikkaa

Teoreettisia perusteita I

Valo, valonsäde, väri

5.3 FERMAT'N PERIAATE

Valon havaitseminen. Näkövirheet ja silmän sairaudet. Silmä Näkö ja optiikka. Taittuminen. Valo. Heijastuminen

ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

3. Optiikka. 1. Geometrinen optiikka. 2. Aalto-optiikka. 3. Stokesin parametrit. 4. Perussuureita. 5. Kuvausvirheet. 6. Optiikan suunnittelu

ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

Työ 2324B 4h. VALON KULKU AINEESSA

5. Optiikka. Havaitsevan tähtitieteen pk I, luento 5, Kalvot: Jyri Näränen ja Thomas Hackman. HTTPK I, kevät 2012, luento 5

a ' ExW:n halkaisija/2 5/ 2 3

Ratkaisu: Maksimivalovoiman lauseke koostuu heijastimen maksimivalovoimasta ja valonlähteestä suoraan (ilman heijastumista) tulevasta valovoimasta:

y=-3x+2 y=2x-3 y=3x+2 x = = 6

Tekijä Pitkä matematiikka Pisteen (x, y) etäisyys pisteestä (0, 2) on ( x 0) Pisteen (x, y) etäisyys x-akselista, eli suorasta y = 0 on y.

Vanhoja koetehtäviä. Analyyttinen geometria 2016

2 Pistejoukko koordinaatistossa

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

VALAISTUSTA VALOSTA. Fysiikan ja kemian pedagogiikan perusteet. Kari Sormunen Syksy 2014

Esimerkki: Tarkastellaan puolipallon muotoista paksua linssiä, jonka taitekerroin on 1,50:

Tekijä Pitkä matematiikka

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I. Optiikka. Jyri Lehtinen. kevät Helsingin yliopisto, Fysiikan laitos

766349A AALTOLIIKE JA OPTIIKKA kl 2017, viikko 3 Harjoitus 1 Viimeinen näyttöpäivä ke 1.2.

Fysiikan perusteet 3 Optiikka

. Lasketaan muutamia pisteitä ja piirretään kuvaajat:

ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

x 5 15 x 25 10x 40 11x x y 36 y sijoitus jompaankumpaan yhtälöön : b)

FY3: Aallot. Kurssin arviointi. Ryhmätyöt ja Vertaisarviointi. Itsearviointi. Laskennalliset ja käsitteelliset tehtävät

yleisessä muodossa x y ax by c 0. 6p

VALAISTUSTA VALOSTA. Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka. Kari Sormunen Kevät 2014

Faktaa ja fiktiota Suomi-asteroideista

1/6 TEKNIIKKA JA LIIKENNE FYSIIKAN LABORATORIO V

Kuten aaltoliikkeen heijastuminen, niin myös taittuminen voidaan selittää Huygensin periaatteen avulla.

Valon luonne ja eteneminen. Valo on sähkömagneettista aaltoliikettä, ei tarvitse väliainetta edetäkseen

Mitataan yleismittarilla langan resistanssi, metrimitalla pituus, mikrometrillä langan halkaisija. 1p

Lisätehtäviä. Rationaalifunktio. x 2. a b ab. 6u x x x. kx x

3 TOISEN ASTEEN POLYNOMIFUNKTIO

YHDEN RAON DIFFRAKTIO. Laskuharjoitustehtävä harjoituksessa 11.

Pyramidi 4 Analyyttinen geometria tehtävien ratkaisut sivu 352 Päivitetty Pyramidi 4 Luku Ensimmäinen julkaistu versio

θ 1 θ 2 γ γ = β ( n 2 α + n 2 β = l R α l s γ l s 22 LINSSIT JA LINSSIJÄRJESTELMÄT 22.1 Linssien kuvausyhtälö

Pinta-alojen ja tilavuuksien laskeminen 1/6 Sisältö ESITIEDOT: määrätty integraali

VALONTAITTOMITTARIN KÄYTTÖ

Ympyrän yhtälö

4. Kertausosa. 1. a) 12

Juuri 6 Tehtävien ratkaisut Kustannusosakeyhtiö Otava päivitetty Vastaus: Määrittelyehto on x 1 ja nollakohta x = 1.

YOUNGIN KOE. varmistaa, että tuottaa vaihe-eron

Paraabeli suuntaisia suoria.

5. Kaukoputket ja observatoriot. Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, luento Thomas Hackman

Kestomagneetit. Sähköä ja magneetteja. Lasten fysiikan viikko Erilaiset navat vetävät toisiaan puoleensa, samanlaiset navat hylkivät toisiaan.

Interferenssi. Luku 35. PowerPoint Lectures for University Physics, Twelfth Edition Hugh D. Young and Roger A. Freedman. Lectures by James Pazun

2 paq / l = p, josta suuntakulma q voidaan ratkaista

TEHTÄVIEN RATKAISUT. Luku a) Merkintä f (5) tarkoittaa lukua, jonka funktio tuottaa, kun siihen syötetään luku 5.

Suomalaisten löytämät asteroidit

Toisessa fysiikan jaksossa käsitellään Aalto-oppia. Oppikirja s

Derivaatan sovellukset (ääriarvotehtävät ym.)

Refraktorit Ensimmäisenä käytetty teleskooppi-tyyppi

Demo 1: Simplex-menetelmä

TKK, TTY, LTY, OY, ÅA, TY ja VY insinööriosastojen valintakuulustelujen fysiikan koe , malliratkaisut ja arvostelu.

KERTAUSHARJOITUKSIA. 1. Rationaalifunktio a) ( ) 2 ( ) Vastaus: a) = = 267. a) a b) a. Vastaus: a) a a a a 268.

Optiikkaa. () 10. syyskuuta / 66

SIMULAATIOIDEN KÄYTÖSTÄ LUKION FYSIKAALISESSA JA GEOMETRISESSA OPTIIKASSA

Sädeoptiikka Taittuminen ja kuvanmuodostus

Tehtävien ratkaisut

MAA7 Kurssikoe Jussi Tyni Tee B-osion konseptiin pisteytysruudukko! Kaikkiin tehtäviin välivaiheet näkyviin! Laske huolellisesti!

Yhtälön oikealla puolella on säteen neliö, joten r. = 5 eli r = ± 5. Koska säde on positiivinen, niin r = 5.

5. Kaukoputket ja observatoriot

ReLEx smile Minimaalisesti kajoava näönkorjaus - Tietoa potilaalle

MATEMATIIKAN KOE, LYHYT OPPIMÄÄRÄ HYVÄN VASTAUKSEN PIIRTEITÄ

Jakso 1: Pyörimisliikkeen kinematiikkaa, hitausmomentti

Laudatur 4 MAA4 ratkaisut kertausharjoituksiin

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

Suorakulmainen kolmio

SATE1120 Staattinen kenttäteoria kevät / 5 Laskuharjoitus 14: Indusoitunut sähkömotorinen voima ja kertausta magneettikentistä

Suorien ja tasojen geometriaa Suorien ja tasojen yhtälöt

Kenttäteoria. Viikko 10: Tasoaallon heijastuminen ja taittuminen

Voiman momentti M. Liikemäärä, momentti, painopiste. Momentin määritelmä. Laajennettu tasapainon käsite. Osa 4

2.1 Yhdenmuotoiset suorakulmaiset kolmiot

FY9 Fysiikan kokonaiskuva

Kuva 1. Ohmin lain kytkentäkaavio. DC; 0 6 V.

Kertaus. Integraalifunktio ja integrointi. 2( x 1) 1 2x. 3( x 1) 1 (3x 1) KERTAUSTEHTÄVIÄ. K1. a)

Tekijä Pitkä matematiikka Suoran pisteitä ovat esimerkiksi ( 5, 2), ( 2,1), (1, 0), (4, 1) ja ( 11, 4).

Transkriptio:

Geometrinen optiikka Tasopeili P = esinepiste P = kuvapiste Valekuva eli virtuaalinen kuva koska säteiden jatkeet leikkaavat (vs. todellinen kuva, joka muodostuu itse säteiden leikkauspisteeseen) Tasomainen taittava pinta 1

Tasopeilin kuvausyhtälö s=-s 2

Äärellisen esineen kuvautuminen Tasopeilille y=y eli suurennus m = y y = 1 3

Usean peilin systeemissä myös kuva voi kuvautua (piste P 3 on kuvapisteen P 1 kuva) 4

Heijastuminen pallopinnasta kovera peili 5

Palloaberraatio Palloaberraatio voidaan välttää tekemällä peili poikkileikkaukseltaan paraabelin muotoiseksi. 6

Optisen akselin suuntaiset säteet heijastuvat polttopisteen kautta. Polttopisteessä olevasta esineestä syntyy kuva äärettömän kauas. Koska polttoväli f=r/2 1 s + 1 s = 1 f 7

Äärellisen esineen kuvautuminen 8

Esimerkki: Kovera peili muodostaa lampun hehkulangasta kuvan peilistä 3,00 m:n päässä olevalle seinälle. Hehkulanka, jonka korkeus on 5,00 mm on 10,0 cm:n etäisyydellä peilistä. (a) Laske peilin polttoväli ja kaarevuussäde. (b) Laske kuvan koko. Millainen kuva on kysymyksessä? 9

Heijastuminen pallopinnasta kupera peili R<0 10

Optisen akselin suuntaisten säteiden jatkeet kulkevat virtuaalisen polttopisteen kautta. 11

Esimerkki: Kuperan peilin kaarevuussäde on 3,60 cm. Esine, jonka korkeus on 1.60 m, on 0,750 m:n päässä peilin edessä. Minne kuva muodostuu? Laske myös suurennus. Millaisesta kuvasta on kysymys? 12

13

Peilikuvauksen graafinen analyysi 1. Optisen akselin suuntainen säde (tai sen jatke) kulkee heijastuksen jälkeen polttopisteen (tai virtuaalisen polttopisteen) kautta. 2. Polttopistettä (tai virtuaalista polttopistettä) kohti kulkeva säde kulkee heijastuksen jälkeen optisen akselin suuntaisena. 3. Kaarevuuskeskipistettä kohti kulkeva säde palaa heijastuksen jälkeen samaa reittiä takaisin. 4. Peilin huippupisteestä V heijastuvan säteen tulokulma ja heijastuskulma optisen akselin suhteen ovat samoja. 14

Taittuminen pallopinnassa 15

16

Esimerkki: Ilmassa olevan sylinterinmuotoisen lasisauvan taitekerroin on 1.52. Sauvan toinen pää on hiottu puolipallon muotoiseksi niin, että kaarevuussäde on 2,00 cm. Esine on 8,00 cm:n päässä sauvan edessä. Laske kuvan paikka ja suurennus. Lasisauva upotetaan veteen (taitekerroin 1.33). Miten tilanne muuttuu? 17

Esimerkki: Uima-altaan syvyys on 2,00 m. Kuinka syvältä se näyttää? 18

Ohuet linssit F 1 = ensimmäinen polttopiste F 2 = toinen polttopiste f = polttoväli Kokoavan linssi polttoväli on positiivinen positiivinen linssi 19

20

Hajottava linssi Polttoväli negatiivinen Kokoavat eli positiiviset linssit: Meniscuslinssi Tasokupera Kaksoiskupera Negatiiviset eli hajottavat linssit: Meniscuslinssi Tasokovera Kaksoiskovera 21

Linssintekijän yhtälö 22

Merkkisäännöt R 1 > 0, koska C 1 on samalla puolella kuin linssistä lähtevät säteet. R 2 < 0, koska C 2 on eri puolella kuin linssistä lähtevät säteet. 23

Esimerkki: Ohuen linssin molemmat kaarevuussäteet ovat 10 cm ja sen taitekerroin on 1,52. Laske polttoväli, kun linssi on (a) kaksoiskupera ja (b) kaksoiskovera. (c) Laske polttoväli, jos linssi on tasokupera, ts. toinen (ensimmäinen) kaarevuussäteistä on ääretön. 24

1. Optisen akselin suuntainen säde (tai sen jatke) kulkee polttopisteen F 2 kautta. 2. Linssin keskeltä kulkeva säde etenee suoraan. 3. Polttopisteen F 1 kautta kulkeva säde kääntyy linssin jälkeen optisen akselin suuntaan. Koveralla linssillä F 1 kautta kulkee säteen jatke. 25

26

Esimerkki: Käytettävissäsi on hajottava linssi, jonka polttoväli on 20,0 cm. Haluat muodostaa linssillä oikeinpäin olevan valekuvan, jonka korkeus on kolmasosa esineen korkeudesta. Mihin sijoitat esineen? Piirrä kuva. Esimerkki: Esine, jonka korkeus on 8,0 cm, sijoitetaan 12,0 cm:n päähän vasemmalle kokoavasta linssistä, jonka polttoväli on 8,0 cm. Toinen kokoava linssi (polttoväli 6,0 cm) sijoitetaan ensimmäisestä linssistä 36,0 cm oikealle samalle optiselle akselille. Laske systeemin muodostaman kuvan paikka, koko ja orientaatio. 27

Kamera 28

Valotus valotusaika ja aukon koko Intensiteetti (kun sulkija on auki): Linssin näkemä pinta-ala 1/f 2 Aukon efektiivinen koko D 2 (himmennin) I D 2 /f 2 Valonkeräyskyky f-luku=f/d Kameran aukon halkaisija f-luvun muuttuessa Halkaisijan kasvattaminen 2 lisää intensiteettiä tekijällä 2. 29

Esimerkki: Kameran kauko-objektiivin polttoväli on 200 mm ja sen f luku on säädettävissä f /5.6:sta f / 45:een. (a) Laske vastaavat efektiiviset halkaisijat. (b) Laske ääritapausten intensiteettien suhde. 30

Silmä 31

Tyypilliset näkövirheet: Likinäköisyys kuva muodostuu verkkokalvon eteen. Korjataan hajottavalla linssillä (- linssit). Kaukonäköisyys kuva muodostuu verkkokalvon taakse. Korjataan kokoavalla linssillä (+ linssit). Silmälasien taittovoimakkuus: Diopteri on polttovälin käänteisarvo. 32

Kaukonäköisyyden korjaaminen: 33

Esimerkki: Kaukonäköisen silmän lähipiste on 100 cm:n päässä silmän edessä. Millaiset piilolinssit tarvitaan, jotta 25 cm:n etäisyydellä oleva esine näkyisi tarkasti? 34

Likinäköisyyden korjaaminen: 35

Esimerkki: Likinäköisen silmän kaukopiste on 50 cm:n päässä silmän edessä. Millaiset silmälasit tarvitaan, jotta äärettömyydessä oleva esine näkyisi tarkasti? Oletetaan, että silmälaseja pidetään 2 cm:n etäisyydellä silmästä. 36

Hajataittoisuuden korjaaminen: Sarveiskalvon muoto epäsymmetrinen pysty- ja vaakasuuntaisten kohteiden kuvautuminen eri tasoon. Korjataan sylinterimäisellä linssillä. 37

Suurennuslasi Kulmasuurennos: M = θ θ = y f y 25 cm = 25 cm f Mieti: Käytettävissäsi on kaksi linssiä, kaksoiskupera ja kaksoiskovera, joiden molempien polttoväli on 10.0 cm. Kumpaa linssiä voit käyttää suurennuslasina ja mikä on kulmasuurennus. 38

Esimerkki: Suurennuslasin polttoväli on 8.00 cm. Käsitellään suurennuslasia ohuena linssinä, joka on hyvin lähellä silmää. Kuinka kauas linssin taakse esine tulee sijoittaa, että kuva muodostuu silmän lähipisteeseen (25 cm silmästä)? Kuinka korkea kuva on, jos esine on 1 mm? 39

Mikroskooppi Kulmasuurennos M = m 1 xm 2 = s 1 25 cm = 25 cm s 1 f 1 f 2 f 1 f 2 40

Esimerkki: Erään mikroskoopin okulaarin polttoväli on 18.00 mm ja objektiivin 8.00 mm. Linssien välimatka on 19.7 cm. Okulaari muodostaa lopullisen kuvan äärettömän kauaksi. a) Mikä on esineen etäisyys objektiivista? b) Mikä on objektiivin tuottama lineaarinen suurennos? 41

Kaukoputket 42