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:
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.
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
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.
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:
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.
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).
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.
Jednym z nich jest przedstawiony na powyższym zdjęciu teleskop o średnicy obiektywu równej 49cm pochodzący z końca XIX wieku.
