Z tego filmu dowiesz się:

  • co nazywamy zwierciadłem,
  • jakie są rodzaje zwierciadeł,
  • jakie są rodzaje soczewek oraz ich cechy,
  • w jaki sposób promienie światła przechodzą przez soczewki.

Podstawa programowa

Pobieranie materiałów

wideo ekran podsumowujący napisy

Licencja: cc-by-nc-sa.svg

Poniższe materiały są udostępnione na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa-Użycie niekomercyjne-Na tych samych warunkach 4.0 Międzynarodowej (https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.pl). Możesz je wykorzystywać wyłącznie jako całość, bez rozdzielania ich na indywidualne elementy składowe. Zabronione jest wycinanie, pobieranie, modyfikowanie, edytowanie i zmienianie elementów składowych (np. grafik, tekstów, dźwięków, logotypów). Licencja CC BY-NC-SA 4.0 nie obejmuje wykorzystywania elementów składowych w utworach pochodnych. Jeśli chcesz wykorzystać ten materiał w swoim niekomercyjnym projekcie, nie zapomnij wymienić jego autorów: Pi-stacja / Katalyst Education.

Transkrypcja

Kliknij na zdanie, aby przewinąć wideo do tego miejsca.

Niezależnie od tego czy celem było trafienie nocą do domu czy przewidywanie przyszłości człowiek od zawsze patrzył w gwiazdy. Nigdy nie miał jednak ku temu tak dobrych warunków jak od czasu, gdy na orbicie umieszczono Teleskop Hubble'a zbierający obrazy wszechświata przez największe zwierciadło w kosmosie. Średnica tego zwierciadła to 2,4 metra, a jest ono tak dokładnie wypolerowane, że gdyby miało średnicę równą Ziemi, największe wzniesienie miałoby niecałe 15 centymetrów wysokości. Dzięki temu, że docierające do niego światło nie musi przebijać się przez ziemską atmosferę Habble dostrzega to czego nie dostrzegłoby żadne zwierciadło na powierzchni. Potrafi odróżnić obiekty odległe od siebie zaledwie o 0,05 sekundy kątowej. To jakby patrząc z Ameryki do Japonii odróżnić dwie ważki fruwające w odległości 3 metrów od siebie. Jest jak super snajper, który wyceluje w dwudziestogroszówkę z 320 kilometrów. Imponujące? W najbliższym czasie NASA chce go zastąpić teleskopem Jamesa Webba o średnicy zwierciadła ponad 6 metrów. Czym jest zwierciadło czyli lustro pewnie wiesz bo codziennie się w nim przeglądasz gdy się czeszesz albo myjesz zęby. Wiesz, że musi to być gładka powierzchnia. Przez swoją gładkość dobrze odbija światło i tworzy Twoje odbicie. Ale czy wiesz, że powierzchnia zwierciadła nie musi być płaska? Każdy kto był kiedyś w lunaparku w gabinecie luster wie, że są tam krzywe zwierciadła o nieregularnej pofalowanej powierzchni. W takim lustrze obraz świata i Twój też jest porządnie wykrzywiony. Ale krzywe to znaczy niepłaskie zwierciadła to nie tylko zabawa. Fizycy często używają zwierciadeł sferycznych czyli takich, których powierzchnia jest wycinkiem sfery czyli powierzchni kuli. Gdy odbicie powstaje na wewnętrznej powierzchni takiego zwierciadła mówimy, że jest to zwierciadło wklęsłe. Gdy na zewnątrz, wypukłe. Takie wklęsło-wypukłe lustra też oglądasz na co dzień na przykładprzy obiedzie. Domyślasz się co to? Tak. To łyżki. Ich powierzchnia co prawda zwykle nie jest fragmentem sfery tylko jej nieco rozciągniętej wersji jednak wewnętrzna strona przypomina zwierciadło sferyczne wklęsłe a zewnętrzna wypukłe. Skoro powierzchnia zwierciadła sferycznego stanowi fragment sfery, czyli powierzchni kuli, to dla każdego takiego zwierciadła możemy wyznaczyć środek sfery której to zwierciadło jest częścią a także jej promień. Promień ten nazywamy promieniem krzywizny. Jeśli narysujemy prostą przechodzącą przez środek zwierciadła i środek sfery, której zwierciadło jest częścią, otrzymamy oś optyczną zwierciadła. Jeśli na takie zwierciadło skierujemy wiązkę promieni to po odbiciu wiązka ta zostanie skupiona. Promienie przetną się w przybliżeniu w jednym punkcie. Jeśli wiązka ta będzie równoległa do osi optycznej to punkt przecięcia promieni będzie się znajdował na osi optycznej zwierciadła. Punkt ten nazywamy ogniskiem i oznaczamy wielką literą F. Odległość tego punktu od powierzchni zwierciadła nazywamy ogniskową i oznaczamy małą literą f. Ogniskowa jest w przybliżeniu równa połowie promienia krzywizny. Możemy ją więc obliczyć ze wzoru f równa się 1/2r. Czy ma tu zastosowanie prawo odbicia o którym mówimy w innym filmie mówiące, że kąt padania zawsze jest równy kątowi odbicia? Tak, zwierciadło sferyczne nie jest wyjątkiem. Promienie padają na takie zwierciadło pod różnymi kątami ale dla każdego pojedynczego promienia kąt padania jest równy kątowi odbicia. Kiedy taką samą wiązkę skierujemy na zwierciadło wypukłe efekt będzie zgoła inny. Choć i tu promienie odbiją się zgodnie z prawem odbicia a więc kąt odbicia będzie równy kątowi padania. Po odbiciu promienie utworzą wiązkę rozbieżną i nigdy się nie przetną. A więc takie zwierciadło nie ma ogniska. Jeśli jednak przedłużymy promienie odbite to przedłużenia te przetną się po drugiej stronie zwierciadła. Taki punkt nazywamy ogniskiem pozornym. Ognisko i ognisko pozorne to punkty przydatne do wyznaczania miejsca powstawania obrazu odbitego w zwierciadłach sferycznych. Ale o tym opowiemy sobie w innym filmie. Wiesz już, że promienie padające na zwierciadło wklęsłe zbiegają się w jednym punkcie. Podobnie jest w przypadku szkła powiększającego. Kiedy skierujemy na nie wiązkę światła zostanie ona skupiona z drugiej strony. Jak to się dzieje? Promienie padając na szkło powiększające przechodzą z powietrza do szkła. Na granicy ośrodków załamują się o czym opowiadamy w innym filmie tej playlisty. To samo robią przechodząc ze szkła do powietrza po drugiej stronie. Otrzymujemy wiązkę zbieżną przecinającą się w przybliżeniu w jednym punkcie. Punkt ten nazywamy ogniskiem soczewki a jego odległość od środka soczewki ogniskową. Soczewkę, która skupia promienie nazywamy soczewką skupiającą. Nazwa ognisko nie jest przypadkowa. W przypadku soczewki skupiającej i zwierciadła wklęsłego skupiona wiązka promieni może nawet rozpalić prawdziwe ognisko. Taką soczewką może być denko od szklanej butelki czy jej zakrzywiona ścianka. Nigdy nie zostawiaj w lesie szklanych opakowań bo mogą być one przyczyną pożaru. Szkło powiększające to zazwyczaj soczewka dwuwypukła czyli wypukła z obu stron. Jej powierzchnie są wycinkami sfery. Są jednak i takie soczewki dwuwypukłe których ścianki są fragmentami walca. W ich przypadku także dojdzie do skupienia promieni ale tylko takich, które padają w jednej płaszczyźnie. Czy skupiać mogą tylko soczewki dwuwypukłe? Nie, warunkiem właściwości skupiających soczewki jest to, że jej środek musi być grubszy niż brzegi. Taki warunek może spełnić nawet soczewka wklęsła z jednej strony. Są też soczewki, których brzegi są grubsze niż ich środek. Ich główne powierzchnie często są wklęsłe. Wtedy możemy być pewni że rozpraszają promienie światła. Kiedy skierujemy na taką soczewkę wiązkę promieni równoległych tak jak w przypadku soczewki skupiającej zaobserwujemy dwukrotne załamanie promieni światła. Jednak ułożenie płaszczyzn a przez to i kątów padania promieni sprawia, że promienie po wyjściu z takiej soczewki nie przecinają się w ognisku. Podobnie jak w przypadku zwierciadła wypukłego. Taka soczewka ma jednak ognisko pozorne. Możemy je znaleźć przedłużając promienie załamane i obserwując zbieganie się tych przedłużeń w ognisku pozornym. Wiesz już jak zachowują się promienie światła po odbiciu od zwierciadeł i po przejściu przez soczewki. Załamania i odbicia światła tworzą obrazy przedmiotów. Dzięki lustrom i soczewkom możemy oglądać zarówno to co jest bardzo, bardzo daleko jak i to, co jest tak maleńkie że ledwo dostrzegalne gołym okiem. Soczewki pozwalają nam też wyraźnie widzieć świat nawet jeśli mamy wadę wzroku. O tym, jak powstają obrazy w zwierciadle i soczewce i dlaczego raz są tak duże jak oryginalny przedmiot a innym razem większe albo mniejsze od oryginału, powiemy sobie w innym filmie tej playlisty. Istnieje wiele typów zwierciadeł ale z punktu widzenia optyki najważniejsze są zwierciadła płaskie i sferyczne. Zwierciadła sferyczne dzielimy na wklęsłe i wypukłe. Powierzchnia takiego zwierciadła jest fragmentem powierzchni kuli czy sfery. Soczewki to przyrządy skupiające lub rozpraszające światło. Sposób w jaki równoległa wiązka promieni przechodzi przez soczewki lub odbija się od zwierciadeł widzisz na schemacie. Poznaliśmy różne wklęsłe, wypukłe i wklęsło-wypukłe przyrządy optyczne. Jak te wszystkie krzywizny wpływają na to, co widzimy dowiesz się winnych filmach tej playlisty.

Lista wszystkich autorów

Scenariusz: Dobrawa Szlachcikowska

Lektor: Dobrawa Szlachcikowska

Konsultacja: Anna Soliwocka, Małgorzata Załoga, Andrzej Pieńkowski

Grafika podsumowania: Patrycja Ostrowska

Materiały: Patrycja Ostrowska, Dobrawa Szlachcikowska

Kontrola jakości: Małgorzata Załoga

Napisy: Ewelina Łasa, Татьяна Кравец

Montaż: Dobrawa Szlachcikowska

Animacja: Dobrawa Szlachcikowska, Patrycja Ostrowska

Opracowanie dźwięku: Aleksander Margasiński

Produkcja:

Katalyst Education

Lista materiałów wykorzystanych w filmie:

Miriam Espacio (Licencja Pexels)
Pixabay (Licencja Pexels)
NASA (Domena Publiczna)
NASA (Domena Publiczna)
NASA; ESA; S. Beckwith / STScI; The Hubble Heritage Team / STScI/AURA (Domena publiczna)
NASA; ESA; R. O'Connell / University of Virginia; F. Paresce / National Institute for Astrophysics, Bologna, Italy; E. Young / Universities Space Research Association/Ames Research Center; WFC3 Science Oversight Committee; Hubble Heritage Team / STScI/AURA (Domena publiczna)
NASA; ESA; G. Bacon, L. Frattare, Z. Levay, F. Summers / Viz3D Team, STScI; J. Anderson / STScI (Domena publiczna)
Thesevenseas (CC BY-SA 3.0)
quimono (Licencja Pixabay)
Freepik (Licencja Flaticon)
Freepik (Licencja Flaticon)
smalllikeart (Licencja Flaticon)
Freepik (Licencja Flaticon)
Clker-Free-Vector-Images (Licencja Pixabay)
Bobarino (CC BY-SA 3.0)
Freepik (Licencja Flaticon)
Freepik (Licencja Flaticon)
monkik (Licencja Flaticon)
Icongeek26 (Licencja Flaticon)

Licencja:

Creative Commons Uznanie autorstwa-Użycie niekomercyjne-Na tych samych warunkach 4.0 Międzynarodowej

cc-by-nc-sa.svg