INSTRUMENTE OPTICE

INSTRUMENTE OPTICE 2007 REALIZATOR ELEVA:GHEORGHESCU ANDREEA PROFESOR INDRUMATOR:DANCIU DANIELA SCOALA DE PROVENIENTA:SCOALA CU CLASELE I-VIII“ANTON PANN”RM.VALCEA

Instrumente Astronomice De secole intregi, astronomii nu au avut nici un fel de ajutor optic in observareacerului. La sfarsitul secolului al XVI-lea telescoape simple au inceput sa apara in Europa. In jurul anului 1609, astronomul italian Galileo Galilei a construit un telescop refractor dupa ce a auzit o descriere a efectului unui astfel de instrument. De atunci telescopul este cea mai folosita unealta a astronomilor. Exista 3 tipuri principale de telescoape: refractoare, reflectoare si catadioptrice. Designul acestora are acelasi scop si anume de a colecta lumina si a o focaliza pentru a putea fi marita si examinata cu un ocular, insa fiecare are un design oarecum diferit. Alegerea unui anumit tip de telescop depinde de nevoile individuale, de pretul acestora, portabilitate, versatilitate, utilitate, etc. De asemenea trebuie sa va ganditi inainte de a cumpara unul la ce anume il veti folosi. Multi amatori cumpara mai multe telescoape pentru satisfacerea unui numar mai mare de interese. Unii astronomi amatori isi construiesc propriile telescoape, insa in ziua de azi datorita abundentei de telescoape de pe piata, acest lucru se intampla

foarte rar deoarece necesita multa munca, materiale si... bani. Un alt instrument optic folosit de catre astronomii amatori este binoclul. Acesta insa este folosit mult mai putin deoarece mareste mai putin decat un telescop si de obicei este tinut in mana si astfel imaginea nu este clara. Multi ar spune ca de fapt binoclul este un instrument optic cu aplicatie terestra, insa poate fi folosit si pentru observatii.

DEFINIREA SI CLASIFICAREA INSTRUMENTELOR OPTICE Instrumentele optice sunt sisteme centrate,formate din lentile,oglinzi si diafragme,care se utilizeaza pentru a se obtine imagini ale diferitelor obiecte si pentru a imbunatati conditiile de observare a acestora.Avand drept criteriu de clasificare natura imaginilor obtinute,instrumentele optice se impart in doua categorii : 1.Instrumente optice care dau imagini virtuale. (denumite si oculare),functionand numai impreuna cu ochiul,deoarece imaginea finala se formeaza pe retina observatorului. Din aceasta categorie fac parte:LUPA,OCHELARII,MICROSCOPUL,LUNETA,TELESCOPUL si TELEMETRUL. 2.Instrumente optice care dau imagini reale (denumite si obiective),functionand prin inregistrarea imaginilor obiectivelor pe un receptor fizic (retina,placa fotografica sau film) sau prin reproducerea pe un ecran a imaginilor inregistrate ;din aceasta categorie fac parte: OCHIUL UMAN,APARATUL FOTOGRAFIC si APARATUL DE PROIECTIE.

Un aparat fotografic este format din urmatoarele elemente: 1.OBIECTIVUL 2.CAMERA OBSCURA 3.SISTEMUL DE VIZARE 4.FILMUL FOTOGRAFIC APARATUL DE FOTOGRAFIAT OBIECTIVUL Obiectivul este un sistem optic format din mai multe lentile.Pe ansamblu,el are o comportare asemanatoare unei lentile covergente si este caracterizat prin doi parametri importanti: *distanta focala.Un obictiv normal pentru aparatele care lucreaza cu filmele forografice cu latimea de 24mm are distanta focala de 50mm; Un teleobiectiv(destinat fotografierii obiectivelor aflate la distanta mare)are distanta focala mai mare(70-300mm).Exista si obiectivecu distanta focala mai mica(de ex 35mm);acestea se

numesc obiective superangulare si se mai folosesc pentru fotografierea in spatii mici,atunci cand aparatul de fotografiat nu poate fi departat suficient de obiectele care trebuie fotografiate(de ex in incaperi).Aparatele fotografice ‘’profesionale’’sunt astfel construite incat li se poate schiba obiectivele foarte usorsau au obiectivel cu distanta focala. * poate schimba obiectivele foarte usor sau au obiective cu distanta focala variabila(numite obiective zoom) *deschiderea maxima.Un obiectiv este mai bun atunci cand deschiderea sa maxima (diametrul fascicului de lumina care poate trece prin el)este mai mare.Deschiderea obiectivului poate fi reglata cu ajutorul unui dispozitiv numit diafragma.Diafragma este formata din mai multe lamele care pot acoperi o zona mai mica sau mai mare din lentile.Deschiderea este indicata cantitativ prontr-o scara gradata,in care valorile mari coespund deschiderilor mici si invers.Valorile standardizate sunt :22(cea mai mica deschidere)11;8;5,6;4;2,8;1,8;1,2(cea mai mica deschidere) Aceste doua caracteristici(distanta focala si deschiderea maxima)sunt notate pe obiectiv.

CAMERA OBSCURA Camera obscura este formata,de obicei,din trei compartimente: *magazia pentru filmul neexpus;aici se introducecaseta cu filmul fotografic; *magazia pentru filmul expus *zona de expunere Camera filmuluicuprinde un sistem de tractiune care deplaseaza filmulintre cele doua magazii,astfel incat sa nu se poata face doua expuneri pe aceeasi zona a filmului,dar sa nu ramana nici zone nefolosite ale filmului.Dupa ce se expune tot filmul,acesta este adus inapoi,in prima caseta,cu ajutorul altui sistem de tractiune. In zona de expunere se afla obturatorul.Rolul sau este de a lasa sa treaca lumina spre film doar in intervalele de timpin care se doreste acest lucru(in timpul expunerii.Este format ,de obicei,dintr-un numar mic de lamele plasate asemanator unui oblon.Acesta se da la o partedin fata filmului la inceperea epunerii,iar la sfarsitul ei,un al doilea ‘’oblon’’vine din partea opusa si inchide camera obscura.Cand se deplaseaza filmul pentru a aduce zona de expunere o portiune neexpusa,se deplaseaza si cele doua grupari de lamele,reluandu-si pozitiile initiale.Datorita acestui mod de functionare,acest tip de obturator este numit obturator cu perdele.

Data expunerii (numita timp de expunere)poate fi reglata.Valorile sunt standardizate si indicate astfel:30;60;125;250;500;1000;3000.Aceste numere reprezinta fractiuni dintr-o secunda,astfel,daca timpul de expunere este reglat la’’250’’,inseamna ca valoarea sa este de 1/250s.Aparatele ‘’profesionale’’au si posibilitatea realizarii unor timpi de expunere mai mari si mai mici decat cei de mai sus. SISTEMUL DE VIZARE Acest sistem permite utilizatorului sa vada in orce moment obiectele a caror imagine se va inregistra pe film,daca ar realiza o expunere in acel moment. Exista doua tipuri de sisteme de vizare: *sistemul de vizare separata.Un astfel de aparat are doua obiective:prin unul dintre ele trece fasciculul de lumina care va ajunge la film,iar prin celalalt trece fasciculul care ajunge la ochiul utilizatorului. *sistemul de vizare prin obiectiv.Astfel de sisteme sunt mai precise in delimitarea zonei care se fotografiaza ,deoarece este folosit acelasi obiectiv si pentru observare,si pentru fotografiere.In timpul foarte scurt al expunerii ,oglinda oblica basculeaza(se ridica),permitand fasciculului de lumina sa ajunga la obturator si,mai departe ,la film.Elementul constructiv deosebit al acestui sistem de vizare il constituie o prisma optica pe fetele careia se produce

reflexie totala.Pe toate fetele prismei sunt montate si alte dispozitive(pentru masurarea luminozitatii obiectivului fotografiat si a distantei pana la el). FILMULFOTOGRAFIC Intr-un aparat fotografic,imaginea se inregistreaza pe un film fotografic.Aceasta este alcatuita dintr-un suport transparent si un strat fotosensibil. Stratul fotosensibil de este format din microcristale,prinse intr-un liant flexibil(de tipul gelatinei).Daca pe un astfel de microcristal(sau pe o zona a acestuia)ajunge un fascicul de lumina,in intregul microcristal se modifica structura chimica prin reactiifotochimice. Rezulta astfel urmatoarele caracteristici ale filmului fotografic: *Pe filmul fotografic nu se pot inregistra detalii mai mici decat dimensiunea unui microcristal sensibil la lumina. *Un fascicul de lumina mai intens produce modificari in mai multe microcristale.

Aceste doua caracteristici ale filmului fotografic determina seisibilitatea filmului,proprietate care trebuie cunoscuta atunci cand se utilizeaza filmul.Exista diferite scari pentru sensibilitate.Cea mai utilizata in prezent este ASA(American Standard Association).Filmele produse pentru scopuri obisnuite au,pe aceasta scara,sensibilitati in gama 100 ASA,200ASA,400ASA.Valorile mai mari indica o sensibilitate mai mare.Acesta sensibilitate mai mare se obtine folosind cristale fotosensibile mai mari in emulsia fotografica.Rezulta astfel ca un film mai sensibil la lumina nu este capabil sa inregistreze detalii mai mici. Utilizarea filmului fotografic implica doua etape : -expunerea(fotografierea propriu-zisa) -developarea Prin developare se urmareste evidentierea pe un film a imaginilor care s-au format in timpul expunerii,adica evidentierea zonelor in care s-au produs reactii fotochimice.In timpul developarii se realizeaza insa si desensibilizarea filmului ,astfel incat la orice expunere ulterioara la lumina sa nu se mai produca alte reactii fotochimice,precum si fixarea filmului ,astfel incat imaginile obtinute sa devina stabile in timp.

Suportul transparental fimului fotografic este prevazut,de obicei ,cu perforatii laterale,care permit deplasarea sa de catre sistemul de tractiune. In functie de sensibilitatea spectrala a stratului fotosensibil,un film poate fi: *alb-negru –AN *color-C In functie de modul de inregistrare a imaginii,un film poate fi: -negativ-N -pozitiv-P Utilizarea filmelor negative impune realizarea unei copieri pe un material fotosensibil negativ(pe un suport de hartie sau carton)numit hartie fotografica.Astfel,imaginea obtinuta va fi cea a obiectului fotografiat.Consideratiile prezenatte in legatura cu filmele fotografice sunt valabile si pentru hartia fotografica.

UTILIZAREA APARATULUI FOTOGRAFIC A.Reglarea distantei In clasa a VII-a ai avut posibilitatea sa afli ca: -o lentila convergenta poate forma o imagine reala pe un ecran; -intre distanta obiect-lentila,distanta lentila-imagine si distanta focala exista o legatura:pentru o lentila data,daca distanta obiect-lentila creste,distanta lentila ecran trebuie sa scada pentru ca pe ecran sa se formeze imaginea clara a obiectului. Rezulta astfel ca obiectivul unui aparat fotografic trebuie sa poata fi pozitionat la distante diferite de film,in functie de distanta la care se gasesc obiectele ce trebuie fotografiate.Aceasta se realizeaza prin rotirea unuia dintre inelele mobile ale obiectivului.Distanta se citeste in dreptul reperului rosu. Zona in care se poate gasi un obiect astfel incat imaginea sa,obtinuta pe film,sa aiba o claritate satisfacatoare este numita profunzimea campului. Ea depinde foarte mult de diafragma:daca diafragma este deschisa mai mult,profunzimea campului este mai mica si invers.

La aparatele fotografice ‘’profesionale’’ este posibila cunoasterea profunzimii campului.Zona de claritate(profunzimea campului)se citeste de o parte si de alta a reperului pentru distanta,in dreptul celor doua valori”8”.Se gasesc astfel doua valori de 2 m si respectiv de 5 m.Deci profunzimea campului este cuprinsa intre 2m si 5 m. B.Reglarea diafragmei si a timpilor de expunere Pentru obtinerea unei imagini utilizabile,este necesar ca pe film sa fie incidenta o anumita energie luminoasa.Rezulta astfel ca: -in cazul fotografierii unor obiecte care difuzeaza slab lumina(sunt intunecate)este necesara utilizarea unui timp de expunere mare si a unei diafragme mari; -pentru acelasi obiect.in aceleasi conditii de iluminare,daca se mareste timpul de expunere,trebuie micsorata diafragma. Exista aparate speciale care indica perechile de valori diafragma-timp de expunere pentru un obiect oarecare,prin masurarea energiei luminoase difuzate de acesta.Astfel de aparate se numesc exponometre.Toateaparatele fotograice moderne au incorporat un exponometru.

La aparatele destinate amatorilor,exponometrul comanda selectarea automata a diafragmei si a timpului de expunere,pe cand la cele ‘’profesionale’’,utilizatorul are posibilitatea sa aleaga intre diferite perechi de valori posibile.Posibilitatea de alegere este deosebit de utila deoarece: -diafragma determina profunzimea campului; -timpul de expunere este conditionat de vitezele pe care le pot avea obiectele fotografiate(de exemplu daca se fotografiaza valurile marii cu un timp de expunere mai mare de 1/250s.acestea vor aparea ca niste pete albe,imaginea fiind ‘’miscata’’)Indicatiile exponometrului,la aparatele ‘’profesionale’’,sunt furnizate in vizor pirn pozitia unui ac plasat in dreptul unei scale gradate.Modificand diafragma si timpul de expunere,acul trebuie adus la ‘’zero’’.

APARATUL DE PROIECTIE Aparatul de proiectie formeaza imagini reale si marite ale obiectelor luminoase sau iluminate(transparente,opace).Aceste imagini se proiecteaza pe un ecran,astfel incat observarea lor este realizata de un numar mare de privitori(cazul epidiascopului,al retroproiectului sau al aparatului de proiectie cinematografica). Aparatul care realizeaza proiectia: -obiectelor transparente(diapozitive,diafilme)se numeste DIASCOP; -obiectelor opace se numeste EPISCOP; -obiectelor transparente si opace poarta denumirea,de EPIDIASCOP sau,intr-o alta maniera constructiva,RETROPROIECTOR.

Partile componente ale aparatului de proiectie: -sursa de lumina interna,S(ex.un bec electric cu putere de 500-1000W sau un arc electric); -oglinda sferica concava O,asezata in spatele sursei S,care reflecta lumina,spre obiectul AB(sursa de lumina este pozitionata in focarul oglinzii sferice); Partile componente ale aparatului de proiectie(continuare): -condensorul C,reprezentand un sistem de lentile plan-convexe cu distanta focala mica,asezate cu fetele curbe spre interior;lentilele sunt corectate de aberatii,sistemul avand rolul de a concentra lumina asupra obiectului; -obiectivul Ob. formeaza imaginea obiectului pe ecran,reprezentand un sistem convergent corectat de aberatii;.Problemele referitoare la aparatele de proiectie se rezolva folosind formulele lentilelor.

MICROSCOPUL OPTIC Pentru a observa detalii foarte apropiate ale unui obiect se poate folosi o lentila convergenta,plasata astfel incat sa redea o imagine mai mare decat obiectul.Imaginea obtinuta astfel poate fi: -reala -virtuala Ambele tipuri de imagini pot fi vazute direct cu ochiul liber,plasat dupa locul lor de formare.Imaginea reala poate fi insa observata si pe un ecran. Daca detaliile care trebuie observate nu se pot distinge totusi,se poate folosi un ansamblu format din doua lentile convergente,plasat astfel incat imaginea furnizata de prima sa joace rol de obiect pentru a doua lentila.Un astfel de sistem optic este numit microscop optic. Lentila aflata langa obiect este numita obiectiv,iar cea aflata langa ochi este numita ocular.

Ideea reunirii a doua lentile pentru a observa detalii foarte apropiate dateaza de la inceputul secolului al XVII-lea.Orice microscop este caracterizat prin marimea liniara-marimea adimensionala-este egala cu raportul dintre dimensiunea imaginii si dimensiunea obiectului. In principal,evolutia microscoapelor a urmarit: -obtinerea unor mariri liniare in domenii cat mai extinse; -obtinerea unor imagini clare (luminozitatea si contrastul imaginii cat mai bune); -inregistrarea imaginilor observate; -observarea comoda a imaginilor. Un microscop este alcatuit din urmatoarele elemente: -obiectiv; -ocular; -sistem de iluminare; -sistem de inregistrare.

A.OBIECTIVUL Acest sistem optic este format din mai multe lentile,dar,pe ansamblu,este un sistem optic convergent.El este plasat in imediata apropiere a obiectului observat,la distanta cu putin mai mare decat distanta sa focala(cativa milimetri). Microscoapele de cercetare sunt prezavute cu mai multe obiective,prinse intr-o montura care se poate roti.Astfel,poate fi adus in dreptul axului optic principal al sistemului acelui obiect care asigura marimea dorita. Pentru imbunatatirea calitatii imaginii (contrast,luminozitate),la microscoapele destinate obtinerii unor marimi mai mari,intre obiect si obiectiv se pune un strat fin de lichid(de exemplu:uleide cedru)Un astfel de microscop se numeste microscop cu imersie. B.OCULARUL Si ocularul este un sistem optic convergent.Atunci cand este folosit pentru a furniza imagini virtuale,are o comportare asemanatoare unei lupe.Rolul de obiect il joaca imaginea furnizata deobiectiv. Unele microscoape sunt prevazute cu oculare de schimb,utilizate pentru a obtine marimi diferita.Majoritatea microscoapelor moderne au o pereche de oculare ,pentru a permite observarea binocluara.Celedoua fascicule de lumina se obtin prin impartirea fasciculului initial cu ajutorul

unei prisme cu reflexie totala.Unele oculare sunt prevazute cu sistemecare permit masurarea distantei intre diferite detalii ale imaginii observate. C.SISTEMUL DE ILUMINARE Sursa de lumina poate fi artificiala(lampa separata sau inclusa in microscop)sau naturala(se poate folosi lumina provenita de la Soare).In acest ultim caz,se foloseste o oglinda pentru directionarea luminii spre proba analizata. Condensorul este un sistem optic convergent care asigura iluminarea uniforma a probei. D.SISTEMUL DE INREGISTRARE Cea mai simpla inregistrare a imaginii se poate face cu ajutorul unui aparat de fotografiat montat pe ocular.Un astfel de sistem prezinta dezavatajul ca ocularul este astfel ocupat.Pentru a evita aceasta situatie,microscoapele moderne au un sistem de divizare a fasciculului de lumina,astfel incat o parte din acesta se propaga spre ocular,pentru observare directa iar o parte este redirectionata spre un aparat de fotografiat. Marimea furnizata de un microscop optic (care furnizeaza lumina)este limitata teoretic la aproximativ 3000(se pot distinge astfel detalii pana la aproximativ 0,25um)Aceste limite sunt determinate nu de posibilitati tehnologice,ci de anumite caracteristici ale luminii.

Pentru a obtine imagini marite mai mult se folosesc microscoape cu fascicule de electroni,in loc de lumina(microscoape electronice).Elementele constructive ale unui microscop electronic indeplinesc aproximativ aceleasi roluri ca si cele ale microscopului optic.De exemplu,in loc de lentile din sticla se folosesc bobine care produc camp magnetic.In aceste bobine,traiectoriile elecronilor sunt curbate.Imaginea finala(reala)se observa pe un ecran acoperit cu luminofor(o substanta care emite lumina cand este bombardata cu electroni),la fel ca in cazul tubului cinescop al unui televizor.Cu un astfel de microscop se pot distinge detalii de pana la 10 la -9m.

INSTRUMENTE OPTICE