Teleskop orbitalny – prawo odbicia i załamania światła

Dzisiaj opowiemy o prawach odbicia i załamania światła oraz jak działa teleskop orbitalny. Codziennie przeglądamy się w lustrze i świadomie lub nieświadomie wykorzystujemy prawo odbicia światła. Spójrz na poniższy szkic:
prawoodbiciazalamania1 - Teleskop orbitalny - prawo odbicia i załamania światła
Wiązka światła pada na granicę dwóch ośrodków (materiałów), albo mówiąc jaśniej – ktoś świeci na przykład na szkło światłem. Czyli wiązka światła leci przez powietrze i pada na granicę powietrza i szkła.

W zależności od tego jakie są to ośrodki/materiały i pod jakim kątem pada promień światła może dojść do różnych sytuacji:
światło odbije się od granicy ośrodków (pod warunkiem że ta granica jest powierzchnią gładką)
światło załamie się na granicy ośrodków i w drugim materiale będzie leciało pod innym kątem (po prostu nagle skręci przelatując przez granicę ośrodków)
światło odbije się i załamie jednocześnie.

Tu i teraz omówimy sobie oba te zjawiska czyli odbicie i załamanie. Na początek:

PRAWO ODBICIA ŚWIATŁA

Wiązka światła padająca pod kątem α na granicę dwóch ośrodków po odbiciu będzie lecieć pod takim samym katem α do tej granicy (widać to na powyższym szkicu)

lub

kąt padania jest równy kątowi odbicia.

Można to porównać do kuli bilardowej która poruszając się uderza w barierę pod kątem α i po odbiciu porusza się pod takim samym katem α do tej bariery.

Zanim przejdziemy do zjawiska załamanie światło to warto zrobić delikatny wstęp:
Wiesz o tym, że prędkość światła w próżni wynosi około:

c = 300 000km/s

W każdym innym ośrodku ta prędkość będzie mniejsza, ponieważ światło musi przejść przez coś, co mu w tym przeszkadza. W związku z tym prędkości światła będą różne w różnych materiałach. Taką drogą dochodzimy do

PRAWA ZAŁAMANIA ŚWIATŁA

Sinus kąta załamania wiązka światła
jest wprost proporcjonalny
do prędkości rozchodzenia się światła w danym ośrodku:

sinα / sin β = v1 / v2

gdzie:
α i β – katy załamania światła
v1 i v2 – odpowiednie wartości prędkości rozchodzenia się światła w odpowiednich ośrodkach

Można powiedzieć jeszcze prościej że jeżeli światło ulega załamaniu, to kąt tego załamania jest tym większy im większa prędkość światła w danym materiale.

Przyjmując że już znamy prawa odbicia i załamania możemy opowiedzieć jak działają zwierciadła i soczewki. Każdy wie czym jest soczewka – jest to przezroczysta bryła ograniczona dwoma powierzchniami sferycznymi.
prawoodbiciazalamania2 1024x462 - Teleskop orbitalny - prawo odbicia i załamania światła
Zgodnie z powyższym szkicem można spotkać różne rodzaje i kształty soczewek ale generalnie soczewki dzielą się na dwie grupy (w zależności od zachowania wiązki światła padającej na soczewkę równolegle do osi optycznej):
– soczewki rozpraszające
– soczewki skupiające
prawoodbiciazalamania3 - Teleskop orbitalny - prawo odbicia i załamania światła
Na powyższym szkicu widzimy soczewkę skupiającą. Dla każdej z nich należy wyodrębnić 2 kluczowe pojęcia: ognisko oraz ogniskowa. Równoległa do osi optycznej wiązka światła po przejściu przez soczewkę załamuje się w taki sposób, że wszystkie promienie zostają skupione (w końcu to soczewka skupiająca) . Po skupieniu wiązka światła przechodzi przez OGNISKO.
Z drugiej strony jeżeli wiązka rozbieżnych promieni wychodzi z OGNISKA soczewki, to po przejściu przez soczewkę ulegają załamaniu w taki sposób że za soczewką lecą równolegle do osi optycznej.
Odległość od soczewki do ogniska nazywa się OGNISKOWĄ.
prawoodbiciazalamania4 - Teleskop orbitalny - prawo odbicia i załamania światła
Kolejny szkic przedstawia, jak wiązka promieni świetlnych przechodzi przez soczewkę rozpraszającą. Wiązka równoległa do osi optycznej padając na soczewkę rozpraszającą załamuje się w taki sposób, że po przejściu przez nią przedłużenia promieni świetlnych skupiają się w OGNISKU.
Druga sytuacja wystąpi, jeżeli wiązka promieni zbieżnych pada na soczewkę (zbieżnych w taki sposób że ich przedłużenie zbiega się w ognisku), to po przejściu przez nią rozprasza się w taki sposób , że powstaje wiązka równoległa do osi optycznej.

O soczewkach coś już wiemy, to teraz opowiemy jak działają zwierciadła wklęsłe:
prawoodbiciazalamania5 - Teleskop orbitalny - prawo odbicia i załamania światła
Zwierciadło wklęsłe również posiada ogniska i również posiada ogniskową (odległość od zwierciadła do ogniska). Wobec tego wiązka światła równoległa do osi optycznej pada na zwierciadło i po odbiciu skupia się w ognisku.
prawoodbiciazalamania6 - Teleskop orbitalny - prawo odbicia i załamania światła
Zwierciadło wypukłe przedstawia odwrotną sytuację, ponieważ wiązka światła (równoległa do osi optycznej) po odbiciu rozprasza się i w rezultacie przedłużenia promieni skupiają się w ognisku.

Dowiedzieliśmy się tak wiele na temat soczewek i zwierciadeł, oraz znamy prawa odbicia i załamania, to teraz opowiemy o teleskopach orbitalnych (przykładem niech będzie ciągle działający na orbicie okołoziemskiej teleskop Hubble’a).
prawoodbiciazalamania7 1024x411 - Teleskop orbitalny - prawo odbicia i załamania światła
Najpopularniejszą obecnie konstrukcją teleskopu jest odmiana składająca się z dwóch zwierciadeł:
– głównego wklęsłego
– oraz wtórnego wypukłego umieszczonego przed ogniskiem tego głównego
Jest to odmiana teleskopu zwierciadlanego zwana inaczej reflektorem.
Strumień światła wpadając do teleskopu odbija się od głównego zwierciadła i po skupieniu wraca w kierunku zwierciadła wtórnego. Po odbiciu od niego zmierza ponownie w stronę głównego zwierciadła i przebiega przez otwór w nim wykonany. Tam strumień światła trafia na elementy przetwarzające obraz.
Drugim rodzajem teleskopu jest teleskop soczewkowy czyli refraktor.
teleskop1 - Teleskop orbitalny - prawo odbicia i załamania światła
Jednym z nich jest przedstawiony na powyższym zdjęciu teleskop o średnicy obiektywu równej 49cm pochodzący z końca XIX wieku.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *