Vederea

Prin ochi primim cele mai multe informatii despre lumea exterioara. Dupa calculele unui cercetator 80% din amintirile pe care le primim sunt inregistrate prin vedere.

Ochiul are rolul de a ne furniza informatii - sub forma unor imagini colorate - despre adancimea, distanta si miscarea obiectelor. Miscandu-l in sus, in jos si lateral, vedem cea mai mare parte a mediului care ne inconjoara .

Daca ne uitam la un aparat de fotografiat, se poate intelege mai bine cum functioneaza ochiul nostru . Portiunea anterioara a ochiului functioneaza ca o lentila optica, la fel ca lentila de sticla a aparatului foto . Lumina patrunsa printr-un asemenea corp se refracta.

Portiunea intunecata din centrul ochiului, pupila, regleaza cantitatea de lumina primita . Cand lumina este slaba, pupila va fi mai mare, daca se micsoreaza, va lasa o cantitate redusa de lumina la fel ca in cazul diafragmei din spatele lentilei aparatului de foto grafiat. Stratul din profunzimea globului ocular, retina, corespunde filmului fotografic.                           

Un fascicul subtire de laser heliu-neon patrunde in ochi, perforand pupila opacifiata, pentru ca lmina sa ajunga din nou la retina.

Cum functioneaza ochiul ?

Ochiul nostru este mult mai complex decat aparatul foto. Cu ajutorul aparatelor foto nu putem decat sa fixam imaginile din lumea exterioara pe un film fotografic,in timp ce animalele si oamenii pot interpreta informatia aparuta pe retina si pot actiona potrivit informatilor primite.

Acest lucru este posibil datorita faptului ca prin intermediul nervului optic ochiul are legatura cu creierul. Nervul optic se

ataseaza pe globul ocular la portiunea posterioara a acestuia printr-un mic pedicul. Informatia optica interceptata de retina este transmisa prin nervul optic la creier. Informatiile se transmit sub forma unor impulsuri electrice in creier, care le si decodeaza.

Cei doi ochi privesc din unghiuri putin diferite obiectele din lumea exterioara, de aceea si informatiile trimise la creier sunt oarecum diferite. Creierul nostru insa ''invata'' inca din primele zile sa asambleze cele doua imagini, de aceea nu vedem obiectele in dublu exemplar . Punand cap la cap cele doua imagini,creierul deduce situarea obiectelor in spatiu si distanta la care se afla-aceasta face posibila vederea tridimensionala (vederea in spatiu)

Creierul transforma imaginea din pozitie intoarsa in pozitie dreapta. Lumina este reflectata in cristalin si va proiecta pe retina o imagine inversata. Deoarece nu putem privi lumea toata viata stand in cap, creierul ''citeste''imaginea si o reintoarce imediat in pozitie dreapta. Pentru a invata acest lucru e nevoie de ceva timp, de aceea bebelusii vad la inceput lumea intorsa cu capul in jos.

De ce se modifica marimea pupilei ?

Pupila este deschiderea aflata la centrul stratului care da culoarea ochiului :irisul . Cantitatea de lumina care patrunde prin pupila este reglata de iris . La lumina puternica, irisul se contracta . Pupila se va micsora, lasand doar o cantitate redusa de lumina pe suprafata retinei . La lumina crepusculara, irisul se relaxeaza, pupila se dilata, si lasa sa patrunda mai multa lumina in ochi . Pupila se poate dilata si sub influenta unor emotii puternice(iubire, teama).

Componentele ochiului

Ochiul uman este asemanator cu o bila . In fata in mijloc exista un strat transparent, putin proeminent, corneea. Aceasta este legata de stratul care formeaza albul ochiului si acopera de jur imprejur globul ocular-sclerotica . Marginile scleroticii sunt prevazute cu o retea bogata de vase sangvine.

Corneea este primul mediu de refractie a luminii-lentila optica -prin care trece lumina . Pozitia si forma ei nu poate fi modificata, si ca urmare, nici distanta focala .

Sub cornee se afla irisul . Acesta da culoarea ochiului - de cele mai multe ori caprui, albastru sau verde . Irisul este de fapt un disc musculos, cu o gaura in centru, ce se numeste pupila . Lumina patrunde in interiorul ochiului prin pupila .

Umoarea apoasa dintre cornee si iris ajuta la mentinerea curteniei si indepartarea germenilor.

Structura ochiului.

- Globul ocular isi capata forma de la corpul vitros care ocupa camera interioara (posterioara) a ochiului. Nervul optic patrunde prin pachetul vasculo-nervos, transmitand impulsurile de la ochi la creier.

Adaptarea cristalinului

Imediat dupa iris urmeaza cristalinul, cel de-al doilea mediu de refractie , care este mobil si elastic. El este fixat de procesele ciliare. Forma cristalinului poate fi modificata cu ajutorul muschilor din corpii ciliari. Cand privim un obiect indepartat, acesti muschi se relaxeaza, cristalinul se relaxeaza si se aplatizeaza. Daca privim un obiect apropiat, cristalinul devine convex.

Spatiul de dupa cristalin, camera posterioara este umplut de o substanta gelatinoasa-umoarea vartoasa. Lumina care se refracta de cornee si cristalin trebuie sa strabata si corpul virtos, dupa care atinge retina, care tapeaza fundul ochiului.

-Lumina proiecteaza pe retina o imagine inversata a obiectului, imagine pe care creierul o reintoarce automat in pozitie deapta.

Conuri si bastonase

Retina contine aproximativ 130 milioane de celule fotosensibile-conuri si bastonase. Bastonasele sunt foarte sensibile la lumina, dar nu pot diferentia culorile. Conurile pot deosebi culorile si maresc claritatea imaginii, dar sunt nefunctionale in conditii de lumina slaba. Aceasta este explicatia faptului ca in conditii de lumina crepusculara nu vedem clar si culorile ''dispar'', totul apare in nuante de albastru sau verde. In asemenea situatii nu functioneaza decat bastonasele. Francezii numesc acea perioada a zilei ''I' heure bleu'', adica ora albastra.

Orbit de lumina

In lumina foarte pternica functioneaza doar conurile. Cand lumina scade in intensitate, bastonasele se reactiveaza,dar procesul necesita un oarecare timp. Cand intri din strada intr-o incapere mai slab iluminata, ochiul tau trebuie sa se adapteze la lumina slaba, iar cand iesi din nou la soare, esti ''orbit'' cateva secunde .

Orbirea determinata de anumite afectiuni ale retinei provine din deteriorarea bastonaselor si conurilor, care cedeaza dupa un anumit timp. Cercetatorii incearca sa stimuleze si reactiveze conurile si bastonasele afectate,cu ajutorul unor electrozi. O alta posibilitate este implantul de conuri si bastonase prelevate din tesuturi embrionare, restabilind astfel functia retiniana.

Conurile sunt aglomerate in portiunea posterioara a retinei, in locul numit pata galbena. Majoritatea bastonaselor sunt situate in afara petei galbene, alaturi de cateva conuri, mai putin numeroase .

Aproape de pata galbena, tot pe retina, se afla locul de insectie a nervului optic. In acest loc nu exista celule fotosensibile,fasciculele luminoase care ajung aici nefiind interceptate. Punctul respectiv se numeste pata oarba, si exista la ambii ochi .

-Chirurgii efectueaza o operatie la un ochi cu cataracta. Cu ajutorul microscopului chirurgical indeparteaza cristalinul. Microscopul este indispensabil in microchirurgie.

Mobilitatea ochilor

Imaginea care se proiecteaza in portiunea centrala a retinei apare cea mai clara ,de aceea este important ca globii oculari sa fie mobili, putand orienta privirea spre obiectul urmarit. Datorita celor sase muschi care se insera pe sclera, globul ocular are o mobilitate foarte mare .

Ochiul este protejat din toate partile. Este adapostit in orbita formata din oase, tapetata cu tesut adipos. In timpul loviturilor, a diferitelor accidente, orbita este mai frecvent afectata decat ochiul in sine. Fata anterioara a ochiului si portiunea interna a pleoapelor este acoperita de un strat transparent-conjunctiva-aceasta protejeaza si curata, practic ''scalda in lacrimi'' toata suprafata anterioara a ochiului . Lacrima este produsa de glandele lacrimale (Harder) situate in coltul extern al orbitei oculare, si este condusa prin canalul lacrimal din coltul intern al ochiului, in cavitatea nazala. Daca intra praf, sau mizerie in ochii, glandele lacrimale incep sa produca mai multa lacrima.

Conjunctivitatea palpebrala (cea care tapeteaza fata interna a pleoapelor), curata ochiul cu ocazia fiecarei clipiri. Pleoapele protejeaza ochiul de lumina prea puternica, sau de diferite particule purtate de vant, care ar putea intra in ochi. Genele au si ele un rol protector impotriva particulelor straine. Nici macar sprancenele nu sunt doar simple podoabe :ele protejeaza ochiul de picaturile de transpiratie care se scurg de pe frunte .

Vedere in spatiu

- In filme se pot obtine efecte deosebite tridimensionale, daca imaginile sunt facute in doua variante, putin diferite-una in verde, cealalta in rosu-dupa cele doua imagini se suprapun. Spectatorii pot viziona filmul cu ochelari speciali:una din "lentilele" acestora este rosie iar cealalta verde, ca urmare fiecare ochi va avea parte doar de imaginea destinata acestuia.

Instrumente optice

Instrumentele optice au ajutat la intelegerea universului . Telescopul ne-a dezvaluit detalii ale corpurilor indepartate din spatiu, iar microscopul a dezlegat multe din misterele naturii, cum ar fi structura celulelor vii .

Ochii nostri sunt extrem de bine formati ca instrumente optice.

Lumina care cade pe retina impulsioneaza celulele pentru a trimite semnale electrice nervoase spre creier, iar acesta ne da impresia vizualizarii obiectului. Ochii nostri au de asemenea un sistem de control automat pentru intensitatea luminii .

Daca stam in soare, iar dupa aceea intram intr-o incapere intunecoasa, la inceput nu vedem prea bine, deoarece pupila este inca mica . Dupa un minut sau doua, incep sa devina vizibile multe obiecte pe masura ce pupila se largeste .

-Lentilele binoclului prismatic produc o imagine rasturnata. Prismele din fiecare sectiune intorc imaginea astfel incat ea este verticala si corespunzatoare cu realitatea.

Functionarea lentilelor

Sistemul de lentile este alcatuita din lentile convexe cristaline, iar in fata acestora se afla o membrana transparenta numita cornee . Corneea are un rol important in focalizare . Ajustarea finala este facuta de lentile .

Problema de vedere cea mai des intalnita este incapacitatea ochiului de a focaliza asupra unor obiecte . Daca sistemul de lentile al ochiului este prea puternic-adica se umfla prea mult, obiectele de la distanta vor parea difuze, doar cele din apropiere vor fi clare .Aceasta este miopia .

Daca lentila nu poate fi facuta sa se umfle suficient, obiectele din apropiere vor fi neclare, iar cele de la distanta vor fi clar vizualizate. Aceasta e hipermetropia.

Ambele defecte pot fi prevenite sau ameliorate purtand ochelari sau lentile de contact . Miopii poarta ochelari cu lentile concave (subtiri la mijloc), iar hipermetropii poarta lentile convexe(groase in mijloc).

-Miopia si hipermetropia pot fi prevenite folosind ochelari sau lentile de contact pentru a focaliza imaginea pe retina.

Lupa

Relativ puternice, lentilele convexe sunt adesea folosite ca lupe .

Prima intentie de marire a unui obiect a aparut acum aproape 2000 de ani in urma . Vechile documente grecesti si romane descriu cum un vas de sticla umplut cu apa poate fi folosit pentru a mari obiecte .

Lentilele de sticla au aparut mult mai tarziu si au fost folosite probabil prima data in anii 1000 de calugarii care scriau manuscrise . Dupa anii 1000, ochelarii cu lentile slabe au inceput sa fie folositi pentru a corecta hipermetropia . Dar numai prin anii 1400 s-a descoperit tehnica fabricarii ochelarilor cu lentile concave pentru a corecta miopia .

Telescopul

Telescopul este un instrument optic care permite observarea obiectelor indepartate si neclare ca si cum ar fi mult mai luminoase si mai apropiate de observator. Telescoapele sunt folosite in astronomie pentru observarea corpurilor ceresti indepartate.

Pentru sute de ani , telescoapele au fost singurele instrumente

folosite pentru observarea planetelor si a galaxiilor. Chiar si azi navetele cosmice pot ajunge doar vecinii nostri apropiati din sistemul nostru solar , oamenii de stiinta continuand sa se bazeze pe telescop in studierea stelelor , nebuloaselor si galaxiilor aflate la mare distanta .

Majoritatea telescoapelor functioneaza colectand lumina emisa de stele sau reflectata de suprafata planetelor . Acestea se numesc telescoape optice . Ele folosesc o lentila curba sau o oglinda sferica sau parabolica pentru a colecta razele de lumina si a le trimite spre o lentila mica plasata in focar care face posibila observarea obiectului . In cercetarile astronomice se aseaza langa focar camere de luat vederi pentru a inregistra imaginile adunate de telescop . Lumina vizibila adunata de telescop e descompusa in radiatiile componente cu ajutorul unui spectroscop , in acest fel obtinandu-se informatii despre temperatura obiectului , miscare , compozitie chimica sau prezenta unor campuri magnetice .

Multe telescoape sunt construite in observatoare astronomice in jurul Pamantului dar numai undele radio , lumina vizibila si radiatia infrarosie pot penetra atmosfera Pamantului si pot ajunge la suprafata planetei . Pentru a depasi aceasta problema au fost lansate in spatiu telescoape care pot colecta unde din alte regiuni ale spectrului electromagnetic.

- Un telescop terestru(A) are lentile obiective si lentile in ochean. Lentilele adaugate intre ele intorc imaginea vertical cu realitatea. Telescopul astronomic(B) nu are lentile pentru ca "in sus" sau "in jos" nu are prea multa importanta in cercetarea corpurilor ceresti de la distanta. Cele mai multe telescoape astronomice sunt cele de tipul reflectoarelor.    

I. Telescoape Optice

Sunt doua feluri principale de telescoape optice : reflectatoare si refractoare .

A. Telescoape refractoare .

Acestea folosesc o lentila de sticla pentru a forma imaginea

in focar . Lentila este convexa iar puterea de a aduna razele de lumina a unui astfel de telescop este proportionala cu marimea obiectivului . Aceste telescoape sunt impiedicate de aberatii cromatice care cauzeaza venirea fiecarei culori intr-un focar diferit pentru ca fiecare culoare are propriul sau unghi de refractie . Aberatia cromatica face ca imaginea unei stele sau planete sa fie inconjurata de cercuri de diferite culori.

O alta limitare fundamentala a acestor telescoape este faptul ca lentilele cu diametre mai mari de 1 metru sunt impractice deoarece cantaresc mai mult de jumatate de tona si se prabusesc sub propria lor greutate . Acestea nu pot fi sprijinite de dedesubt ca oglinzile .

A. Telescoape reflectatoare.

Acestea folosesc o oglinda concava pentru a aduna razele de lumina si formeaza imaginea intr-un focar aflat deasupra oglinzii.

Telescoapele reflectatoare sunt in special folositoare pentru a aduna lumina de la obiecte intunecate. Sensibilitatea luminii unui astfel de telescop creste cu patratul diametrului oglinzii telescopului . Deci daca se dubleaza diametrul oglinzii puterea de a aduna razele de lumina creste de 4 ori . Telescoapele mari pot detecta obiecte a caror stralucire este de un miliard de ori mai mica decat cea mai slab vizibila stea cu ochiul liber . Oglinda telescopului este facuta dintr-o sticla speciala care nu se contracta si mareste la diferite temperaturi . Oglinda e polizata cu ajutorul calculatorului pentru ca diferentele de grosime de pe suprafata trebuie sa fie mai mici decat o fractiune din grosimea unui fir de par . Pentru a crea un strat reflectator se acopera suprafata oglinzii cu un strat subtire de aluminiu . Principalul dezavantaj al acestor oglinzi este greutatea . Telescopul Hale de pe muntele Palomar din California cantareste 14 tone .

In 1990 un plan indraznet si inovativ a depasit bariera marimii oglinzilor. Fiecare din telescoapele identice de la observatorul Manua Kea din Hawaii combina 36 de oglinzi hexagonale de 183 cm ca placutele de gresie asezate pe jos comportandu-se ca o oglinda imensa de 1016 cm cu puterea de a aduna razele de lumina de 4 ori mai mare decat cea de la Palomar.

B.   Interferenta optica

O noua tehnica in astronomie combina semnale de la diferite telescoape astfel ca imaginea rezultata sa fie identica cu cea obtinuta de la un telescop gigant . Aceasta tehnica se numeste interferenta optica . Observatorul sudic european a inceput constructia a celui mai mare interferometru in 1996. Cel mai mare telescop este situat in desertul Atacama din nordul statului Chile . Acesta combina lumina de la 4 telescoape de 800 cm producand o imagine egala cu cea a unui telescop de 1600 cm . Primul telescop a fost instalat in 1998 si intregul proiect va fi terminat in 2002 .

Interferometrele optice sunt folositoare pentru a vedea obiecte stralucitoare dar foarte apropiate cum ar fi stelele duble . Astronomii spera ca aceasta tehnica va face posibila observarea planetelor de marimea Pamantului care orbiteaza in jurul stelelor indepartate.

E. Inregistrarea imaginilor

Imediat dupa inventarea fotografiei in 1800 astronomii au atasat un aparat fotografic la un telescop pentru a fotografia luna .

Acest lucru le-a permis sa inregistreze ceea ce vad . Astazi filmul fotografic din telescoape a fost inlocuit cu cipuri de silicon de marimea unghiei de la deget care sunt divizati in milioane de elemente de imagine numite pixeli care convertesc razele de lumina in sarcini electrice preluate de un calculator . Mozaicul rezultat format din pixeli intunecati si colorati formeaza imaginea .

Aceste imagini sunt mult mai clare decat cele facute cu aparatul de fotografiat si imaginea este imediat salvata pe HDD - ul calculatorului .

II. Telescoape radio .

Radio astronomia a fost inventata in 1931 cand inginerul Karl Jansky de la laboratoarele " Bell Telephones " a descoperit cu ajutorul unei antene ca din centrul galaxiei noastre sunt emise unde radio . Aceasta a fost prima data cand cercetatorii au realizat ca undele radio pot veni de la surse neaflate pe Pamant . In anii care au urmat multe descoperiri majore in radio astronomie s-au produs similar prin coincidenta sau din intamplare de exemplu descoperirea galaxiilor active si a pulsarilor. Designul unui telescop radio e similar cu cel al unui telescop optic dar telescoapele radio trebuie sa fie mai mari pentru ca functioneaza cu lungimi de unda mai lungi a radiatiei electromagnetice. Undele radio sunt de fapt intre 1 m si 1 km in lungime in timp ce undele de lumina vizibile sunt de numai 1 micrometru . Undele radio pot fi adunate intr-un punct mai usor decat cele vizibile datorita lungimii lor . Ca un rezultat suprafata telescoapelor radio nu trebuie sa fie asa de fina ca a celor optice . Telescoapele radio au un avantaj fata de cele optice : semnalele radio pot fi detectate pe tot parcursul unei zile in timp ce radiatia electromagnetica a soarelui face imposibila observarea altor lungimi de unda in timpul zilei . Energia pe care o primesc telescoapele radio de la surse indepartate este mai mica decat energia eliberata cand un fulg de zapada loveste pamantul , de aceea aceste telescoape trebuie sa fie construite in vai unde nu pot ajunge undele radio artificiale .

Cel mai mare telescop radio construit intr-o vale din Arecibo , Puerto Rico are un vas parabolic cu un diametru de 305 m .

Radio - interferometria

Pentru a vedea obiecte la fel de detaliat ca vizionarea acestora cu telescopul optic un telescop radio ar trebui sa fie de 50 de ori mai mare mare decat cel de la Arecibo . Coordonand simultan semnale de la doua telescoape radio din diferite locatii astronomii creeaza un telescop gigantic a carui putere este egala cu cea a unui telescop a carui diametru este distanta dintre cele doua telescoape . Daca se adauga mai multe telescoape puterea va creste si mai mult .

Unul dintre cei mai mari interferometrii radio se afla langa Socorro , New Mexico . Este format dintr-un sir in forma de Y din 27 antene parabolice de 25 m diametru , formand 3 siruri a cate 21 km fiecare in lungime . Acest interferometru poate detecta obiecte de 1000 de ori mai clar decat un telescop optic care vede doar sursele care emit lumina . Un alt interferometru sunt si cele 10 antene parabolice diametrul de 25 m din Hawaii . Puterea acestuia este echivalenta cu un singur telescop de aproape 8000 km in diametru .

III.Telescoapele cu infrarosu

Telescoapele cu infrarosu permit explorarea regiunii intunecate si pline cu praf a spatiului atat in interiorul galaxii noastre cat si in afara acesteia . Ele permit dezlegarea misterelor despre nasterea stelelor , formarea sistemelor planetare , observarea cometelor si a atmosferelor a altor planete , observarea centrului galaxiei noastre si nasterea unor galaxii foarte indepartate. In ciuda faptului ca vaporii atmosferici terestri absorb o parte din lumina rosie , cercetarile pot fi efectuate din locuri uscate aflate la altitudini mari sau din avioane . Cel mai bun loc pentru amplasarea unui astfel de telescop e in spatiu unde nu exista atmosfera .

Telescoapele cu infrarosu folosesc designul de baza a unui telescop optic reflectator dar au un detector in focar care vede doar lumina infrarosie . Pentru ca radiatia infra-rosie e produsa de caldura , semnalul unui telescop cu infrarosu poate fi contaminat de caldura atmosferei daca acesta e aflat pe pamant sau chiar de caldura produsa de el . Pentru a corecta aceste defecte telescoapele cu infrarosu au sisteme de racire sau iau date din locuri indepartate de obiectul studiat pentru a inregistra radiatia din fundal pe care apoi sa o scoata din imaginea finala .

IV. Telescopul cu ultraviolete

Telescoapele cu ultraviolete sunt similare cu telescoapele optice reflectatoare dar oglinzile lor au invelisuri speciale care reflecta lumina ultravioleta foarte bine . Aceste telescoape dau informatii despre gazul interstelar , stele tinere si regiunile gazoase ale galaxiilor active .

Unele dintre cele mai fierbinti stele din univers sunt vizibile in regiunea ultravioleta a spectrului . Totusi aceasta lumina e blocata de atmosfera terestra si poate fi studiata numai din spatiu . Intre 1980 si 1990 o serie de observatoare care orbita Pamantul au explorat universul ultraviolet . Printre acestea a fost si telescopul Hubble .

V. Telescopul cu raze x

Astronomia cu raze x a fost infiintata in 1960 cand au fost montati pe rachete de mare altitudine detectori cu raze x . Astronomii au fost surprinsi sa afle ca multe obiecte astronomice energetice emit raze x . Astronomia cu raze x a fost mult imbunatatita in 1970 de catre satelitul " U. S. Explorer 42 " care a facut o harta a razelor x a cerului .

Unele telescoape cu raze x sunt construite ca niste telescoape optice reflectatoare . Oglinda principala a acestora trebuie sa fie cilindrica . Razele x de la obiect ating oglinda la un unghi foarte mic incat abia il ating pt a fi reflectate in detector . Pentru a bloca raze x care nu vin de la sursa observata majoritatea detectorilor sunt inconjurati de un cilindru din lumb care le absoarbe.

VI. Telescopul cu raze gama

Razele gama sunt radiatii electromagnetice cu lungimi de unda chiar mai scurte decat razele x . Unele dintre cele mai catastrofice evenimente din univers cum ar fi coliziunile intre stele neutronice sau gaurile negre emit in spatiu raze gama de mare energie. Acestea nu pot penetra atmosfera terestra trebuie sa fie observate din spatiu . La inceputul anilor 90 observatorul cu raze gama Compton a descoperit ca razele gama sunt distribuite simetric in spatiu . De aceea se crede ca acestea provin de la evenimente astronomice foarte puternice care au loc in interiorul galaxiilor.

Telescoapele cu raze gama sunt construite din 2 sau mai multi detectori cu raze gama in linie . Un detector e activat oricand o raza gama trece prin el indiferent de directia in care trece raza .

Pentru a observa razele gama de la o anumita sursa se pun cel putin 2 detectori in linie indreptati spre sursa si numai o raza gama de la acea sursa va trece prin amandoi .

Istoria telescopului .

Principiul optic fundamental al telescopului a fost descris pentru intaia oara de cercetatorul britanic Roger Bacon in secolul 13 . Magicianul olandez Hans Lippershey e creditat pentru inventia telescopului in anul 1608 cand a descoperit ca un obiect distant aparea mult mai apropiat cand era vizionat printr-o lentila concava si o lentila convexa tinuta in fata ei .El a montat lentilele intr-un tub pentru a construi primul telescop .

Primele telescoape nu erau folosite pentru observarea cerului ci erau folosite in scopuri militare , pentru a detecta armatele care avansau sau vapoarele . Stirea despre descoperirea telescopului a fost s-a raspandit rapid in Europa . Tehnicile de lustruire a sticlei cunoscute inca din secolul 13 au facut usoara construirea si dezvoltarea telescopului . Istoricii il crediteaza pe omul de stiinta italian Galileo Galilei cu prima folosire a telescopului pentru observarea obiectelor ceresti. Acesta a folosit in 1609 un telescop facut de el insusi cu care putea mari obiectele de 20 de ori . El a descoperit 4 luni care orbita in jurul planetei Jupiter. In anul urmator el a descoperit ca Calea Lactee are milioane de stele , a vazut petele negre de pe suprafata Soarelui si a facut o harta a Lunii .

Telescopul a facut un important pas in secolul 17 cand astronomul scotian James Gregory a inventat telescopul reflectator. Matematicianul englez Isac Newton a fost primul care a construit un astfel de telescop in 1688 . Astronomii au descoperit ca telescoapele reflectatoare produc imagini mai clare pentru ca oglinzile folosite de acestea puteau fi mult mai mari decat lentilele telescoapelor refractoare . Primele oglinzi de telescop erau acoperite cu un aliaj de cupru si cositor. In curand au inceput sa fie construite oglinzi din ce in ce mai mari . La mijlocul secolului 18 astronomul irlandez William Parson a construit un telescop de 180 cm in Irlanda cu care putea vedea nebuloasele ca niste pete neclare de lumina care contineau indicii despre un univers mult mai complex decat se credea in vremea lui. Telescopul lui Parson a ramas cel mai mare telescop din lume pana la construirea telescopului Hooker de 254 cm de pe muntele Wilson in S.U.A. in 1917. Acesta era destul de puternic pentru a observa stele in galaxii invecinate aducand dovada ca galaxia noastra este doar una din galaxiile care umplu universul . In 1950 telescopul Hale a fost deschis si a ramas cel mai bun telescop al lumii pentru aproape jumatate de secol . A fost folosit pentru a face masurari ale expansiunii universului si a descoperit noi fenomene cum ar fi quasarii.

Lansarea de catre Japonia a programului de observare a spatiului a creat un telescop radio mai mare ca Pamantul . Satelitul lansat si cele 40 telescoape aflate pe Pamant combina semnale pentru a forma imagini de 3 ori mai clare decat era posibil pana acum .

Refractorul lui Galileo

Un telescop construit in 1608 de opticianul olandez Hans Lippershey a atras atentia omului de stiinta italian Galileo, care a realizat cat de util ar fi acesta in astronomie . Galileo a imbunatatit rapid modelul lui Lippershey si a inceput sa construiasca o serie din ce in ce mai buna de telescoape . Cu ele, el a facut o serie de descoperiri, incluzand muntii si vaile de pe Luna si patru din lunile lui Jupiter .

Dupa ce descoperirea lui Galileo a aratat cat de important este telescopul, modelul folosit de el a devenit cunoscut ca fiind telescopul lui Galileo si sta la baza binoclului modern .

Telescopul lui Galileo functioneaza prin refractia luminii si este de asemenea cunoscut ca telescop refractar . Un alt tip de telescop refractar in care ambele lentile sunt convexe, este cel care formeaza o imagine marita dar rasturnata , si este cunoscut ca fiind un telescop astronomic .

Reflectorul lui Newton

Una din problemele telescopului refractar, era ca din cauza unui defect de lentila numit aberatie cromatica, se producea o margine colorata nedorita in jurul imaginii . Ca sa elimine aceasta problema omul de stiinta englez Isaac Newton a proiectat un telescop reflectiv, in 1660 . O oglinda plata reflecta lumina intr-o lentila convexa aflata in ochean si montata pe latura tubului principal . Acest tip de telescop este cunoscut ca telescopul lui Newton si este folosit de astronomii amatori .

Microscopul

Lupa este adeseori numita microscop simplu, pentru ca este utila in observarea obiectelor mici . Pentru o marire accentuata cu un minimum de deformare a imaginii este folosit un sistem de doua sau mai multe lentile . Un astfel de dispozitiv este numit microscop compus.

Cel mai simplu microscop compus contine doua lentile convexe. Imaginea marita de lentilele obiective este marita mai departe de lentilele ocheanului. Ca si la telescopul astronomic, imaginea este rasturnata, dar acest lucru nu este important la vizualizarea unor mostre minuscule. Multe microscoape compuse au o gama de lentile de diferite puteri.

Aberatiile lentilelor

Pentru a determina cu precizie performantele unui complex de lentile, vom urmari directia luminii prin el, folosind legea lui Snell pentru fiecare segment optic. La sfarsitul procesului de urmarire, se observa ca nu toate razele de lumina ce au strabatut complexul de lentile se supun legii paraxialitatii. Aceste devieri de la imaginea reala se traduc prin aberatiile lentilelor.

Directia unei raze de lumina dupa refractie la interfata a doua medii omogene si izotrope, cu indici de refractie diferiti este data de legea lui Snell:

unde este unghiul de incidenta, unghiul de refractie, masurate fata de normala ca in figura de mai jos.

Desi aparatele de analizat sistemele optice sunt tot mai performante si mai usor de folosit, este deosebit de folositor a avea metode sintetice de estimare rapida a performantelor lentilelor. Aceasta nu numai pentru ca salveaza timp pretios in fazele initiale ale proiectarii, dar asigura si o implementare pentru sisteme automatizate de calcul in vederea optimizarii ulterioare.

Primul pas in sensul dezvoltarii acestor metode este descompunerea in serie Taylor a functiei sinus din ecuatia lui Snell:

Prima aproximare pe care o putem face este inlocuirea sinusurilor cu argumentele lor. Aceasta se numeste teoria de ordinul intai sau teoria paraxiala deoarece doar primii termeni ai descompunerii sunt folositi, restul fiind neglijati.

Orice proiectare a unui sistem de lentile incepe cu aceasta aproximatie.

Conventia este valabila pentru unghiuri apropiate de zero. Pentru suprafete puternic curbate (si raze marginale) aceasta teorie paraxiala greseste masiv si apar deviatii de la realitate, deviatii cunoscute ca aberatii.

Asa cum am mai spus, urmarirea exacta a razelor este singura cale riguroasa de a analiza suprafetele lentilelor. Insa, cu cat analiza este mai precisa, cu atat este mai costisitoare din toate punctele de vedere.

Seidel a elaborat o metoda de a calcula aberatii rezultate de la termenul al dezvoltarii. Astfel, aberatiile ce rezulta din acest calcul sunt numite aberatii de ordinul 3.

Pentru simplificarea calculelor, Seidel a clasificat aceste aberatii ale sistemelor optice. Pentru lumina monocromatica avem:

aberatia sferica

astigmatismul

curbarea imaginii la margini

coma

distorsiunea

Pentru lumina policromatica mai avem

aberatia cromatica

culoarea laterala

In practica actuala aberatiile apar mai mult in combinatii decat separat. Acest sistem de clasificare face analiza mult mai simpla si ofera o buna descriere a performantelor unui sistem optic.

Aberatia sferica

Figura de mai jos reprezinta deviatia unui front de radiatie laser prin o forma sferica. Daca frontul de unda al unui laser are aberatie sferica, atunci un punct focalizat al acestui front de unda va fi stralucitor si inconjurat de un halou vag. In sistemele optice, aberatia sferica tinde sa defocalizeze imaginea si sa reduca contrastul.

Cu cat raza intra in lentila mai departe de axa optica, cu atat mai aproape de lentila se focalizeaza (intersecteaza axa optica). Distanta de-a lungul axei optice intre punctul de intersectie al razelor care sunt aproape pe axa optica (axa paraxiala) si planul focal (unde se afla F") se numeste aberatie sferica longitudinala (ALS). Inaltimea la care aceste raze intercepteaza planul focal paraxial se numeste aberatie sferica transversala (ATS). Aceste marimi sunt dependente prin formula:

Aberatia sferica este dependenta de forma lentilelor, orientare si raportul conjugarii, ca si de indicele de refractie al materialelor.

Teoretic, cea mai simpla metoda de a diminua aberatia sferica este de a face suprafetele lentilelor cu un gradient de curbura variabil (de exemplu suprafete sferice) proiectat exact pentru a compensa faptul ca

pentru unghiuri mai mari, ceea ce invalideaza teoria paraxialitatii (valabila doar pentru unghiuri suficient de mici ale razei fata de axa optica).

In practica insa, datorita proceselor tehnologice, suprafetele sferice cu acuratete sporita sunt mai greu de obtinut.

Din fericire, aceasta aberatie poate fi neglijata pentru anumite conditii de utilizare, prin combinarea efectelor a doua sau mai multe lentile cu suprafete sferice sau cilindrice.

Combinand lentile pozitive cu indici de refractie mici cu lentile negative cu indici de refractie mari este posibila obtinerea unei combinatii care reduce aberatia sferica.

Astigmatismul

Astigmatismul apare, asa cum se vede in figura de mai jos, cand aparent avem doua distante focale.

Front de radiatie astigmatic

Cand un obiect care nu se afla pe axa este focalizat de lentile sferice, asimetria naturala conduce la astigmatism.

In figura de mai jos, planul ce contine atat axa optica cat si punctul in care se afla obiectul se numeste plan tangential. Razele ce se afla in acest plan sunt raze tangentiale, celelalte considerandu-le oblice. Raza principala de la obiect trece prin centrul deschiderii lentilei sau complexului de lentile. Raza principala se mai gaseste si in un plan perpendicular pe cel tangential, numit plan radial.

Figura ilustreaza ca razele de la obiect tangentiale se focalizeaza mai aproape de lentila decat se focalizeaza razele din planul radial. Cand se evalueaza imaginea din razele tangentiale, vedem o linie in directia planului radial. Asemanator, cand evaluam imaginea din razele radiale observam o linie in directia planului tangential. Intre aceste doua puncte de intersectie imaginea este ori eliptica, ori circular incetosata (defocalizata). Astigmatismul se defineste ca separatia acestor doua puncte de intersectie.

Astigmatism reprezentat de sectiuni perpendiculare de fronturi de radiatie electromagnetica

Marimea astigmatismului unui complex de lentile depinde de forma lentilelor numai atunci cand deschiderea sistemului optic nu e in contact cu insasi lentila. (Marea majoritate a sistemelor optice au o fanta (deschizatura) sau perete opritor (planul imaginii) dar totusi, in multe cazuri nu avem decat simpla deschidere a lentilei). Astigmatismul depinde puternic de raportul distantelor conjugate. (Distantele conjugate sunt distanta de la obiect la punctul principal primar (H) si distanta de la punctul secundar primar (H₂) la imagine. Punctul principal primar este punctul ce se gaseste la intersectia axei optice cu suprafata principala primara care este suprafata imaginara din masa lentilei unde putem considera ca raza de lumina se difracta putin. Este ca un fel de transpunere a fenomenului de dubla refractie care se intampla in realitate la ambele suprafete reale ale lentilei. Asemanator se defineste si punctul secundar primar. Cele relatate mai sus sunt desenate in figura:

Coma

Reprezentata in figura de mai jos, coma repreizinta variatia maririi cu deschiderea; distorsiunea imaginii creste odata cu distanta de la razele marginale la axa optica.

In lentilele sferice, diferite parti ale suprafetei lentilei prezinta diferite grade de marire. Aceasta da nastere aberatiei numite coma.

Fiecare zona concentrica a lentilei formeaza o imagine in forma de inel, denumit cerc cromatic. Aceasta cauzeaza defocalizare in planul imaginii punctelor ce nu se afla pe axa optica. Un punct al unui obiect ce nu se afla pe axa nu este un punct foarte bine conturat (in planul imaginii) ci apare ca flama unei cozi de cometa.

Curbura imaginii spre margini

Chiar si in absenta astigmatismului, exista o tendinta a sistemelor optice de a realiza imagini pe suprafete curbate mai bine decat pe suprafete plane. Acest efect se numeste curbarea imaginii spre margini. In prezenta astigmatismului, aceasta aberatie se compenseaza deoarece exista doua suprafete astigmatice de focalizare.

Curbarea imaginii spre margini variaza cu patratul unghiului de camp sau patratul inaltimii imaginii. Deci, daca reducem unghiul de camp la jumatate, se poate reduce defocalizarea din curbarea marginilor la un sfert din dimensiunea originala.

Curbarea imaginii la margini

Lentilele pozitive au de obicei tendinta de curbare a imaginii la margini spre interior, iar cele negative spre exterior. Aceasta aberatie poate deci fi ameliorata prin combinatii de lentile pozitive si negative.

Distorsiunea

Planul imaginii se poate nu numai sa fie curbat, dar poate fi si distorsionat. Imaginea unui punct ce nu se afla pe axa optica se poate forma intr-un loc, altul decat cel prezis de teoria paraxiala. Distorsiunea este diferita de coma (unde razele unui punct din afara axei optice nu reusesc sa se intersecteze cu precizie in planul imaginii). Distorsiune inseamna ca, chiar daca imaginea unui punct din afara axei optice se formeaza cu precizie in planul imaginii, locatia sa pe acest plan nu este corecta. Distorsiunea imaginii creste odata cu inaltimea obiectului. Acest efect se prezinta in doua ipostaze: efectul de butoi si efectul de pernita de ace. Acest fenomen nu reduce definitia (rezolutia) sistemului. Inseamna doar ca forma imaginii obiectului nu corespunde exact cu forma obiectului. Distorsiunea este o deplasare a punctului din imagine fata de locatia prezisa de teoria paraxiala in planul imagine si se poate exprima fie ca valoare absoluta fie ca procent din inaltimea imaginii paraxiale.

Este evident ca o lentila sau un sistem de lentile are distorsiuni opuse in functie de locul unde se face focalizarea: in fata sau in spate. Deci, daca un sistem optic este folosit pentru a forma o imagine si acelasi sistem este folosit pentru a o proiecta, aberatia distorsiune se anuleaza. De asemenea, un sistem optic perfect simetric cu magnitudine (marire) 1:1 nu prezinta distorsiune sau coma.

Aberatia cromatica

Aberatia sferica, distorsiunea, coma si curbarea imaginii la margini sunt pur functii de forma suprafetei lentilei si sunt observabile cu lumina monocromatica. Exista insa alte aberatii care apar cand sistemele optice sunt folosite pentru a lucra cu lumina de mai multe lungimi de unda. Indicele de refractie al unui material este o functie de lungime de unda. In acest sens, numim dispersie fenomenul in care componentele de diferite lungimi de unda ale luminii policromatice urmeaza directii diferite dupa trecerea prin un mediu cu un indice de refractie n.

Deci razele ce compun lumina alba se difracta sub diferite unghiuri, la trecerea prin o lentila de exemplu, deoarece e ca si cum lentila ar pezenta indici de refractie diferiti pentru fiecare raza. In figura de mai jos se ilustreaza un fascicul de lumina policromatica incident pe o lentila pozitiva.

Razele de lungime de unda mai mici se focalizeaza mai aproape de lentila decat cele de lungime de unda mai mare. Aberatia cromatica longitudinala se defineste ca distanta axiala dintre focarul cel mai apropiat si focarul cel mai indepartat.

Ca si in cazul aberatiei sferice, lentilele pozitive si negative prezinta tendinte opuse in cazul aberatiei cromatice. Astfel, combinand astfel de lentile cu tendinte opuse pentru a forma un dublet optic, aberatia cromatica poate fi partial corectata. Este necesar sa folosim doua sticle cu caracteristici de dispersie diferite, astfel incat aberatia mai slaba a lentilei negative sa compenseze pe cea mai puternica a lentilei pozitive.

Culoarea laterala

Aceasta aberatie reprezinta diferenta de inaltime a imaginii intre razele albastre si cele rosii. In figura de mai jos se ilustreaza o raza principala ce trece prin un sistem optic cu deschidere (fanta) separata de lentila. Datorita variatiei indicelui de refractie cu lungimea de unda, lumina albastra e refractata mai puternic decat lumina rosie, intersectia cu planul imaginii se face in locatii diferite.

In concluzie, magnitudinea (marirea) depinde de culoare. Aceasta aberatie este foarte dependenta de cat de departe de lentila se gaseste planul imaginii (planul focal

Pentru multe sisteme optice, termenul de ordinul trei din dezvoltarea Taylor prezentata la inceput poate fi suficient pentru a cuantifica aberatiile. Totusi, pentru sisteme foarte precise sau cand avem deschideri mari sau unghiuri de camp vizual mari, teoria termenului de ordin trei nu mai este adecvata. In aceste cazuri urmarirea exacta a razei este esentiala.

Defecte de vedere

Cele mai frecvente defecte de vedere sunt miopia, respectiv hipermetropia.

Miopii nu pot vedea clar obiectele situate la distanta, in timp ce hipermetropii formeaza o imagine neclara despre obiectele apropiate . Aceste defecte sunt aproape fara exceptie consecinta modificarii formei globului ocular . Pentru o vedere perfecta, globul ocular trebuie sa fie sferic . Globul ocular al miopilor insa este alungit pe plan orizontal, iar cel al hipermetropilor, scurtat . Cu ochelari sau lentile de contact, ambele defecte de vedere pot fi corectate .

Astigmia (sau ochii sasii), este un alt defect al vederii . Cand cei doi ochi privesc in directii diferite .

Un alt defect al ochiului este cataracta . Cand bolnavul are impresia ca priveste lumea printr-un geam, care ingheata treptat . Aceasta boala se dezvolta in timp si nu este insotita de durere .

Iluzii optice

I. INTRODUCERE

Iluzia este perceptia falsa a unui obiect, care, spre deosebire de halucinatie, are loc in prezenta obiectului. Totusi, perceptiile eronate sunt considerate iluzii numai daca sunt valabile pentru un numar foarte mare de indivizi. Iluziile comune tuturor indivizilor cu o stare psihofiziologica normala sunt determinate de insasi legile formarii perceptiilor. In cele ce urmeaza, ne vom apleca asupra iluziilor optice.

Ce numar vezi? Cei care vad bine culorile, pot observa 3 culori de baza: rosu, verde si albastru . In acest fel pot vedea numarul 74 . Cei care sufera de daltonism (confunda rosul cu verde), vad in acest caz numarul 21 .

Poti sa-ti gasesti pata oarba, daca ridici in fata ta, cu bratele intinse, aceasta pagina . Inchide, sau acopera ochiul stang, iar cu ochiul drept uita-te la cercul verde din stanga . Apropie foaia incet spre tine, pana cand cercul rosu dispare . In acel moment ai ajuns in acel loc al retinei, de unde porneste nervul optic - pata oarba .

Pentru a obtine lumina alba, e suficient sa amestecam 3 culori: rosu, verde si albastru . Acestea sunt culorile de baza . Culoarea alba este o combinatie de culori . Culorile galben, mov si purpuriu se obtin din combinatia a cate 2 culori de baza- acestea sunt culori secundare .

II. ILUZII DE LUNGIME Cea mai faimoasa si studiata iluzie de lungime este, probabil, iluzia Muller-Lyer, creata de psihiatrul german Franz Muller-Lyer in 1889. Care dintre segmentele orizontale AB si CD pare mai lung ? Desi sistemul vizual indica segmentul AB ca fiind mai lung, in realitate, segmentele sunt egale ca lungime daca le masuram. La realizarea iluziei contribuie liniile oblice. O explicatie a iluziei Muller-Lyer este ca trecerea de la perceptia tridimensionala la cea bidimensionala se face incorect. Din cauza liniilor oblice indreptate catre exterior, aparatul optic uman interpreteaza segmentul AB ca fiind mai departat de ochi fata de segmentul CD, care, din cauza liniilor spre interior, pare mai apropiat. Ochiul uman nu poate aprecia dimensiunea unui obiect fara a tine cont de distanta ; de aceea, desi doua obiecte au ca rezultat proiectii egale pe retina, tindem sa consideram obiectul care pare mai indepartat mai mare. O alta iluzie cunoscuta este iluzia Ponzo, denumita dupa psihologul italian Mario Ponzo. Ca si in iluzia Muller-Lyer, cele doua linii orizontale apar inegale in lungime, desi in realitate sunt egale. Explicatia acestei iluzii este legata de perceptia adancimii. Pentru ochiul uman, liniile oblice creeaza senzatia de adancime, ceea ce duce la aprecieri diferite a distantelor pana la cele doua segmente (segmentul de sus pare mai indepartat). Cu toate acestea, imaginile formate pe retina de cele doua segmente sunt egale. O alta iluzie interesanta de lungime este iluzia orizontal-vertical, ce consta in faptul ca oamenii percep o linie verticala mai lunga decat una orizontala de aceeasi lungime. Un exemplu elocvent este Gateway Arch din St. Louis, Missouri. Inaltimea ei pare mai mare decat lungimea, desi ambele masoara 192 m. III. ILUZII DE FORMA In figura de mai jos este reprezentata iluzia Zollner : un patrat apare a fi trapezoidal din cauza fundalului pe care este suprapus. Din nou, intervine senzatia de adancime, creata de liniile oblice - latura de sus a patratului pare mai indepartata, si deci mai mare. Un exemplu la scara mare de iluzie de lungime a fost construit de greci acum 2500 de ani. Este vorba despre Parthenon, un templu grec faimos care pare a fi construit cu unghiuri perfect drepte. Dar aceasta este o iluzie, intrucat Parthenonul nu prezinta nici un unghi perfect drept. Pentru a compensa efectele negative ale perspectivei liniare care ar fi dus la imaginea unui templu stramb si incovoiat, arhitectii Parthenonului au construit coloanele usor catre interior. Pe langa aceasta, ei au construit baza si alte elemente orizontale, mai inalte in centru fata de margini, iar coloanele au fost 'umflate' putin in jurul mijlocului.

VI. FIGURI IMPOSIBILE O alta forma de iluzie optica survine la perceperea unui obiect care, desi pare rational, este imposibil de construit. Cele doua figuri de mai jos nu pot exista in realitate. Explicatia acestei iluzii se bazeaza pe faptul ca ochiul uman nu percepe un obiect in intregime, ci numai pe bucati. De aceea, daca priviti un capat al tridentului, obiectul in sine pare rational, ceea ce este valabil si pentru celalalt capat. Imposibilitatea construirii obiectului survine numai atunci cand incercati sa uniti cele doua capete. VII. ILUZII DE MISCARE Filmul este o bine cunoscuta iluzie vizuala. Pe ecran nu se produce nici un fel de miscare, iluzia muscarii fiind produsa de derularea foarte rapida a unor cadre, la o rata de 24 de cadre pe secunda. Fiecare cadru se diferentiaza putin de precedentul. Similar, in cazul televizorului, cadrele se succed cu o rata de 30 pe secunda (sau 25). Din insiruirea aceasta rapida de cadre, ochiul uman percepe o miscare continua si fluida, fenomen cunoscut sub numele de miscare stroboscopica. Explicatia acestei iluzii se gaseste in mecanismul vazului : ochiul uman retine, timp de aproape o zecime de secunda, o imagine, dupa ce aceasta dispare, si leaga aceasta imagine de cea urmatoare. Rata derularii cadrelor trebuie insa sa fie precisa pentru crearea iluziei de miscare fluida - daca rata este prea mica, se percepe o licarire, iar daca rata este prea mare, imaginea devine neclara.      In unele conditii, oamenii percep miscarea de la un punct la altul chiar daca nu observa concret miscarea pe traseul dintre cele doua puncte. De exemplu, cand doua surse stationare si adiacente de lumina se aprind si apoi se sting foarte repede si intr-o succesiune rapida, un observator percepe miscarea luminii de la o sursa la alta. Acest tip de iluzie de miscare se numeste fenomen phi si este des utilizat in teatru. Din nou, intervalul dintre cele doua aprinderi succesive trebuie sa fie adecvat - cam o zecime de secunda intre cele doua flash-uri. Altfel, nu se produce nici un fel de iluzie. O alta iluzie se produce la observarea unei roti in miscare intr-un film. Roata pare ca se misca in sens invers inaintarii vehiculului. Aceasta deoarece rata de miscare a rotii difera de rata de prezentare a filmului. VIII. ILUZII LEGATE DE REPAUS SI MISCARE Este desigur binecunoscuta iluzia care apare cand, prin geamul unui vagon care sta pe loc, priviti cum se pune in miscare un tren vecin. Pentru o clipa vi se pare ca trenul in care va aflati porneste incet din statie. Daca privim un timp oarecare norii care se misca deasupra unui turn inalt, avem impresia ca norii stau pe loc, iar turnul se misca. Tot astfel se poate vedea cum Luna goneste deasupra maselor de nori imobile. La trecerea peste un parau cu un podet ingust, ameteala apare cu siguranta daca privirea este indreptata catre apa care curge; aceasta deoarece conceptiile despre repaus si miscare sunt perturbate din cauza faptului ca o parte neobisnuit de mare a campului vizual se afla in miscare. Cercetarile psihologice mai profunde au aratat ca omul inclina sa considere ca mobile acele obiecte, care, din propria experienta, sunt in mod obisnuit elemente mobile ale peisajului. Pe de alta parte, in aceste cazuri actioneaza si o alta lege, de natura generala : omul leaga in mod automat repausul de spatiul mai intins, de elementele care marginesc campul vizual, in timp ce miscarea este legata in mod automat de elementele care se afla in interiorul acestui cadru. Intr-o serie din cazurile enumerate mai sus, aceasta de-a doua lege se opune primei legi, deci invinge experienta zilnica si da nastere la iluzii. Un tip de iluzie legata de miscare si repaus se produce si la observarea indelungata a miscarii continue intr-un anumit sens. Dupa ce priviti o cascada pentru cateva minute, de exemplu, atunci cand va uitati in alta parte, obiectele nemiscate par ca se misca in sens invers sensului de curgere al cascadei. Aceasta iluzie ia nastere probabil fiindca celulele care percep miscarea intr-un anumit sens obosesc, lasand doar celulele care detecteaza miscarea in celalalt sens sa actioneze. Au fost efectuate experiente care constau in aceea ca observatorul privea un timp oarecare obiecte mici luminoase care se miscau in mod continuu dintr-un anumit punct central in toate directiile. Cand miscarea inceta, se parea ca punctele luminoase se intorc din toate partile inapoi spre centru. Probabil ca muschii ochiului s-au obisnuit sa urmeze inconstient miscarea punctelor, iar creierul, obisnuit de asemenea sa atribuie vitezei o anumita valoare in fiecare portiune a campului vizual, continua sa faca acest lucru si dupa ce miscarea a incetat. De aici, apare o miscare aparenta in sens invers dupa stingerea miscarii reale. Conditiile favorabile aparitiei iluziilor prezentate mai sus sunt : a) miscarea trebuie sa dureze cel putin un minut ; b) ea nu trebuie sa fie prea rapida ; c) ochiul trebuie sa fie indreptat tot timpul asupra unui obiect mobil sau imobil, si anume astfel, incat imaginile care ajung la retina sa prezinte un contrast puternic si amanuntele sa fie clar conturate .

IX. ILUZII LEGATE DE DETERMINAREA POZITIEI SI DIRECTIEI Sa presupunem ca putem deosebi in campul vizual doua grupe de obiecte. In interiorul fiecarei grupe obiectele sunt asezate fie paralel, fie perpendicular unul fata de celalalt; totodata grupele sunt inclinate una fata de cealalta. In acest caz cu siguranta o grupa va parea 'predominanta' si va fi considerata etalon pentru determinarea directiilor orizontale si verticale. Daca se intampla ca un tren sa se opreasca sau sa isi incetineasca mersul la o cotitura si, datorita acestui fapt, vagonul se inclina intr-o parte, toate obiectele din peisaj par inclinate in directia opusa . Omul sesizeaza pozitia inclinata a vagonului in care se afla, dar numai pana la un anumit grad. La coborarea de pe o panta a unui munte, orizontul pare foarte ridicat. Un ciclist simte ceva asemanator cand apreciaza pantele mici ale soselei. Portiunea soselei pe care merge ii apare intotdeauna perfect orizontala; cand coboara de pe un deal, fasiile de apa care se ivesc de-o parte si de alta a soselei, de exemplu, nu i se par orizontale, ci parca se ridica in intampinarea sa. Pe o panta lina ciclistul are impresia ca, in continuare, soseaua urca, desi in realitate ea ramane orizontala ; un urcus pare din departare mai abrupt, iar un coboras lung, mai lin decat este in realitate. Ochiul observa mai ales cum variaza panta soselei si impresia vizuala este adeseori in discordanta cu cea pe care o produce efortul depus la pedalare. Astfel de senzatii vizuale sunt intarite daca la ele contribuie si simtul echilibrului, si incordarea sistemului muscular. In timpul aterizarii unui avion, pasagerii vad peisajul inclinat fata de cabina si totodata simt actiunea combinata a fortei gravitationale si a fortei centrifuge. Impresia vizuala devine din aceasta cauza si mai convingatoare. Daca un tren coteste in plin mers, se observa cum toate obiectele verticale din peisaj incep sa se incline. Aici intervine impresia vizuala si senzatia musculara. Daca trenul se opreste brusc in aceasta pozitie sau isi incetineste mersul, efectul dispare imediat. O iluzie interesanta poate fi observata in tren in momentul franarii. Privind casele, cosurile, ramele ferestrelor sau orice alt obiect vertical, in clipa cand trenul isi incepe sensibil mersul, apare impresia ca toate aceste linii se inclina inainte. In aceste momente, chiar si campia orizontala apare pentru un moment inclinata, ca apoi sa revina la pozitia obisnuita. Explicatia consta in faptul ca la franare, datorita inertiei si corespunzator cu senzatia musculara, obiectele inconjuratoare sunt si ele inclinate in directia in care tinde sa se incline si corpul uman. X. FIGURI AMBIGUE (cu dubla interpretare) Unele desene si forme pot fi percepute in mai multe moduri. Ele se numesc figuri ambigue si nu sunt iluzii propriu-zise deoarece nu se produce nici o perceptie falsa. Figurile ambigue lasa loc la doua sau mai multe interpretari, toate corecte. Explicatia lor consta in dificultatea observarii simultane a celor doua imagini, deoarece sistemul vizual uman prefera sa ia fiecare interpretare in parte. XI. DESPRE MIRAJE Mirajul este un fenomen optic produs prin refractia treptata a razelor de lumina in straturile de aer cu densitati diferite ( de exemplu, in straturile de aer din vecinatatea solului, atunci cand temperatura acestuia este diferita de aceea a atmosferei). Datorita mirajului, obiectele departate, aflate in apropierea orizontului, apar insotite de imaginea lor rasturnata. In general, apar doua tipuri de miraje.       Cand straturile de aer inferioare sunt mai calde (ex. la amiaza, in desert; de-a lungul unei sosele), imaginea rasturnata se afla sub obiect, ceea ce poarta numele de miraj inferior. Aparitia mirajului se explica foarte usor : indata ce privirea este indreptata asupra unui punct de pe suprafata Pamatului dincolo de o anumita limita, raza vizuala patrunde in straturile incalzite ale aerului (unde indicele de refractie se micsoreaza) sub un unghi suficient de inclinat pentru a suferi o deviere brusca. Efectul este identic cu asezarea unei oglinzi in acest punct : obiectul pare ca se imparte in doua - o parte superioara si una inferioara, rasturnata si identica cu prima. Curbura suprafetei Pamatului si curbarea obisnuita a razelor exercita o mare influenta asupra mirajelor indepartate. Din cauza curburii suprafetei Pamatului, baza obiectelor indepartate ramane invizibila mai jos de o anumita 'linie de disparitie'. Intre aceasta 'linie de disparitie' si linia 'limita' situata ceva mai sus, se afla acea parte a obiectului care se vede reflectata. Deasupra liniei 'limita', se vad obiectele care nu sunt reflectate. Cand straturile de aer inferioare sunt mai reci (ex. dimineata, in desert; pe marile de la latitudini mari), imaginea se vede deasupra obiectului - miraj superior. In acest caz, daca obiectul se afla sub linia orizontului, este posibil sa se vada numai imaginea lui. Uneori, curbarea razelor in sus produce reflexii multiple; raza se propaga nestingherita pe drumul ei (spre deosebire de reflexia inferioara, cand raza intalneste in calea ei pamantul) si se observa imagini ciudate, drepte si rasturnate, care variaza din clipa in clipa, in functie de distanta observatorului de obiect si de distributia temperaturii in atmosfera. Acest miraj este bine cunoscutul fata morgana.

LUMINA

Lumina reprezinta o forma importanta de energie . Viata pe Pamant e dependenta de energia eliberata de soare . Pe de alta parte, lumina e radiatia care ne da posibilitatea sa vedem. Lumina de laser are numeroase intrebuintari-de la transmiterea mesajelor pana la taierea otelului.

Vedem obiectele cand lumina lor ajunge la ochiul nostru . Lucrurile pe care le vedem fie produc lumina, fie reflecta lumina produsa de alte obiecte sau permit luminii sa le strabata . De exemplu putem vedea Soarele si stelele pentru ca produc lumina . Majoritatea obiectelor din jurul nostru le vedem datorita luminii pe care o reflecta .

Culoarea

In general lumina stralucitoare a soarelui e considerata ca fiind pura sau alba. Acest lucru e gresit, lumina alba fiind de fapt o combinatie de mai multe culori. Culorile compun lumina alba pot fi vazute atunci cand razele soarelui stralucesc prin picaturile de ploaie dand nastere la curcubeu. Cand lumina e reflectata de marginea unei oglinzi sau atunci cand trece printr-un ornament sau recipient de sticla, poate fi vazuta o banda de culori. Aceasta banda de culori e denumita spectrul luminii, ea trecand treptat de la culoarea rosie pana la violet.

De obicei se neglijeaza nuantele mai fine si se considera ca spectrul este alcatuit doar din sapte culori ale curcubeului, sunt: rosu, oranj, galben, verde, albastru, indigo si violet.

- Culorile primare ale luminii(A) sunt rosu, verde si albastru.

Ele se combina formand lumina alba . Amestecate cate doua formeaza galbenul, cianul si purpuriul. Culorile pigment sau culorile primare din pictura(B) sunt purpuriul, cianul si galbenul. Se combina ca in imaginile de jos.

Prismele

In anii 1660, savantul englez Isaac Newton facea diferite experiente cu lumina . Folosind o prisma triunghiulara de sticla a descompus lumina intr-un spectru . A descoperit ca utilizand inca o prisma putea sa recombine razele colorate, obtinand lumina alba. Experimentul a adus dovada ca lumina alba e formata din radiatii colorate.

La trecerea prin prisma razele de lumina isi modifica directia de propagare . Dar radiatiile de culori diferite isi vor schimba directia in mod diferit, cele rosii cel mai putin, iar cele violete cel mai mult .

Modificarea directiei de propagare a luminii se numeste refractie, iar fenomenul de descompunere a luminii albe in radiatii colorate se numeste dispersie . Curcubeele se formeaza atunci cand picaturile de ploaie disperseaza lumina soarelui .

- Curcubeul se formeaza cand lumina soarelui straluceste pe picaturile de ploaie. Cand lumina trece dintr-un mediu sau material in altul, isi modifica directia de deplasare. Radiatile de culori diferite nu se comporta la fel la aceasta trecere. Lumina alba e formata din radiatii de culori diferite, iar picaturile de ploaie modifica mai mult sau mai putin directia lor. Rezultatul este o banda de culori diferite

Lentilele de contact

Inconvenienta ochelarilor a dus la developarea de lentile de corectie si nu numai din plastic care pot fi purtate sub pleoapa ,direct pe ochiul ocular.Aceste Lentile de contact minimeaza radical riscul de spargere care este oricand present la ochelarii normali, deoarece, lentila de contact este protejata de forma sa precum ochiul de forma craniului.Lentilele din ziua de astazi acopera numai corneea ochiului, un process permite intrarea lentilei pe globul ocular.Asa-zisele lentilele de contact moi sunt folosite destul de frecvent si sunt formate dintr-un plastic destul de moale care se muleaza pe ochi.

Mai sunt folositi si ochelarii de protectie:-ochelarii de soare

-ochelarii care sunt folositi la inot

-ochelarii de protecie in constructii etc.

Istoria:

In 1268 Englezul Roger Bacon a inregistrat o declaratie despre folosirea lentilelor optice. Posibil ca la inceputul secolului al 10-lea desi Chinezii folosisera lupele in rame.

Ochelarii au fost folositi prima data in Europa si Italia si alte portrete care dateaza din Evul Mediu. Cu inventia masinii de tiparit in sec. al 15-lea,cererea pentru ochelari a crescut si pana in 1629 devenise o adevarata afacere.

Prima pereche de ochelari bifocali au fost facuti de Benjamin Franklin la sugestia sa in 1760.

Lentile

Lentilele sunt folosite:

In sisteme optice de sticla sau orice alta substanta transparenta avand o forma care le permite sa refracteze lumina orcarui obiect de forma reala sau virtuala. Lentilele de contact si lentilele din ochelarii sunt folosite in scopuri medicinale.

Lentilele mai sunt folosite si la :microscopuri,telescopuri si alte instrumente optice,ele sunt la fel de importante la ochi cat si designul sau.

Fabricarea Lentilelor:

Majoritatea lentilelor sunt formate dintr-un fel de sticla de calitate superioara .

Aceasta se mai numeste si sticla optica care nu au defecte interne bule de aer sau alte imperfectiuni. Procesul de a face o lentila dintr-un bloc de sticla implica mai multe operatiuni .Primul pas este de a trasa o forma de lentila pe blocul de sticla.

Dupa ce este taiata ea este presata de o bucata subtire de metal a carui margini sunt presarate cu praf de diamant.

Bucata de sticla este adusa la forma sa fiind taiata de o placa din fier acoperita cu o amestecare din apa si adezive.

-pentru a fi obtinuta suprafata lentilei se folocesc unelte concave sau convexe incarcate cu abrasive.

-ultimul process de terminare al lentilei este slefuirea,iar dupa aceasta nu mai trebuie decat taiat din margini incat sa fie egale.

Istoria Lentilelor:

Primele lentile dateaza de pe vremea Grecilor si Romanilor,unde sferele de sticla erau umplute cu apa.Aceste lentile umplute cu apa erau folosite ca pahare cu foc.Adevaratii ochelari nu au aparut in timpurile clasice ;au fost fabricati probabil pentru prima data la sfarsitul sec. al 13-lea in Europa. Procesul de fabricare al lentilelor nu s-a schimbat prea mult din Evul Mediu,inafara de utilizarea gradului in slefuire introdus de Isaac Newton.

Istoria Lentilelor:

Developarea recenta a plasticului si a proceselor speciale pentru a le modula a dus la cresterea productiei de lentile .Lentilele de plastic sunt mai usoare mai ieftine si mai putin fragile decat cele di sticla.

Lentilele gravitationale:

Fenomen atrologic preis de Teoria Relativitatii a lui Albert Einstein.

Teoria explica ca obiectele di spatiu care sunt sufficient de massive ar putea sa actioneze ca lentile pentru lumina venind de la mai multe obiecte care sunt la mai mare departare in acceasi linie incat observatorii de pe Pamant sa poata observa.Daca aceasta teorie este adevarata acel obiect poate forma mai multe imagini identice in departare.Prima lentila gravitationala a fost descoperita in 1979 de astronomul britanic ,Dennis Walsh.

Lentila este o galaxie elliptica,si produce o imagine dubla intr-o departare.

Alte asemenea fenomene au fost observate care include si"Ielul lui Einstein"din 1988 care a fost format din alinierea perfecta unor obiecte mai appropriate sau mai departate.Au mai fost observate si arcuri luminoase,inele imperfecte.

Ochelarii:

Lentile sau prisme purtate in fata ochilor pentru a compensa diferite defecte ale vederii.Cele mai obisnuita forma de ochelari este:o pereche de lentile din sticla,intr-o rama de metal sau plastic si cu suportul pentru nas.

Rama este tinuta prin suruburi ,sau brate ,care prind capul sau carligul dupa urechi.

Ochelarii cu lentile facute din plastic tare sunt folosite de obicei pentru motive care maresc gradul de siguranta si pentru a nu fi asa de grele ca cele de sticla.

Alte forme de ochelari:care sunt tinuti pe loc aplicand presiune nasului si care de obicei sunt numiti pince-nez (Franceza)

-Lentile singure care sunt folosite pentru corectia unui singur ochi care sunt prinse de orbita ochiului si care se numesc monochelari

-Ochelari cu maner decat brate ,de obicei folositi pentru citit ,si care se numesc lorgnetts(folositi foarte rar in zilele de astazi).

Frecvent este nevoie de slefuirea lentilelor pentru ca acestea sa corecteze mai multe defecte deodata.Lentile Bifocale sunt folosite pentru a corecta o anumita cantitate din defect .Acestea sunt folosite si pentru vederea apropiata si pentru cea departata.

-Lentilele Trifocale sunt lentile Bifocale cu un centru unde se afla o alta dioprie

- Curbele desenate cu negru reprezinta energia radiata la diferite temperaturi . La 6000*C cea mai mare parte a radiatiilor sunt produse sub forma de lumina . La 2000*C sunt emise mai multe infrarosii .

Sisteme de stocare optica

Stocarea optica a datelor este larg folosita in prezent, la CD-uri, CD-ROM-uri. Dispozitivele optice au mai multe avantaje fata de dispozitivele de stocare magnetice, precum bard-discurile

calculatoarelor si casetele video, si probabil se vor raspandi in viitor. Ele ofera un acces mai rapid, capacitate de stocare a datelor mai mare si un risc mai mic de corupere a datelor.

- Dispozitivele holografice sunt acum folosite ca dispozitive de securitate pe cartile de credit, notele valutare si alte articole similare ; productia lor este costisitoare si ele pot fi atat de complicate, incat falsificarea lor este imposibila.

Tehnologia de stocare optica cea mai familiara in prezent este discul compact (CD), folosit pentru stocarea muzicii in forma digitala . CD-ROM-urile sunt discuri compacte pe care se stocheaza data de calculator si nu muzica, iar DVD-ul este o forma imbunatatita de disc compact capabila sa stocheze mult mai multe date-de exemplu filme intregi .CD-urile, la fel ca discul de vinil, au o pista in spirala. Aceasta pista este formata dintr-o serie de ridicaturi si adancituri microscopice numite gropi si insule.

- Acesta fotografie arata suprafata unei casete de stocare optica, marita de aproximativ 3000 de ori. Fiecare umflatura de pe suprafata este un bit de date. Informatia este inscriptionata si citita de un laser cu semiconductori care poate fi localizat cu atata precizie incat caseta nu trebuie sa fie derulata pentru citirea datelor.

Drive-uri magnetoopice

Un alt tip de sistem de stocare optica familiar este discul magnetooptic, larg folosit pentru stocarea de rezerva a sistemelor de calculatoare, deoarece pe acesta se poate inregistra mai usor decat pe un CD . Pentru a citi datele de pe disc, laserul scaneaza suprafata acestuia si detectorii masoara lumina reflectata. In principiu, este in esenta la fel ca un CD .

Astazi, DVD-ul are cea mai mare capacitate de stocare a datelor - pana la 8,5 gigabyte (8,5 bilioane de byte) pe un disc .

Stocarea holografica

Hologramele ofera cea mai buna solutie pentru stocarea optica permanenta de mare capacitate in viitor . Ele pot sa stocheze date intr-o varietate imensa de formaturi diferite si nu sunt sterse prin procesul de citire a lor .

Holograma este inregistrarea unui obiect sau a unei imagini inscriptionata pe material fotosensibil ca o serie de modele de interferenta . Hologramele mai sunt cunoscute ca o forma de arta tridimensionala, dar au o gama larga de alte aplicatii .

Pentru a crea o holograma, un fascicul de lumina laser este impartit in doua, intr-un fascicul de referinta, care lumineaza direct pe film, si un fascicul de date, care este reflectat de la obiect, apoi inregistrat si recombinat cu fasciculul de referinta . Deoarece cele doua fascicule au parcurs distante diferite pana la film, undele lor luminoase vor fi defazate una fata de cealalta si vor crea un model de interferenta care este inregistrat pe film . Imaginea initiala poate fi reconstruita cand o sursa de lumina adecvata lumineaza pe holograma .

- Hologramele sunt cunoscute mai ales sub forma de lucrari de arta : imaginea de mai jos este pe sticla, iluminata de lumina de laser cu

argon . Pentru a produce o holograma (dedesubtul primei imagini), fasciculele de lumina laser rosie sunt reflectate pe sticla sau film fotografic .

REFLEXIE SI REFRACTIE

REFLEXIA pe fire de sarma. Firele de telegraf, conductele electrice aeriene stralucesc in soare; mergand in lungul acestor fire, petele de lumina de pe ele se deplaseaza cu aceeasi viteza ca si observatorul. Seara pe o strada luminata, se pot observa pete stralucitoare de lumina asupra firelor de tramvai, pete care se deplaseaza odata cu noi.

REFLEXII neobisnuite. Pe strada , in umbra aruncata de cladiri se pot observa pe neasteptate, ici-colo, pete de lumina. Daca tinem mana in fata unei astfel de pete de lumina din pozitia umbrei se poate determina sursa de lumina. Lumina soarelui este reflectata de geamurile caselor situate pe partea opusa a strazii. Tot asa poate fi vazute pete de lumina care stralucesc pe suprafata unui canal, atunci cand canalul se afla in umbra. Casele de-a lungul malului unui rau pot fi in intuneric si totusi pe ele sa apara tot timpul pete de lumina mobile, datorita reflexiilor pe valurile apei. O priveliste deosebita ne ofera stralucirea luminii soarelui pe suprafata apei unui rau sau canal, incretita de o briza, care ridica mici valuri.

NEUNIFORMITATI pe suprafata apei. A plouat. In sinele de tramvai s-a adunat apa si observam reflectandu-se in directia orizontala o linie transversala.

Este firul care sustine conducta electrica a tramvaiului. Privind de-a lungul sinei vedem ca imaginea este deformata simetric - suprafata apei este curbata si formeaza un menisc concav.

Pete de lumina pe strazi - apar deosebit de stralucitoare dupa ploaie. Aceste

reflexii apar pe sosele asfaltate, strazi pavate sau acoperite cu pietris.

La refractie

- Vasla de care ne servim pentru a impinge o barca, lingurita in paharul de ceai par frante in locul in care intra in apa, datorita refractiei luminii. Aprecierea cu chiul, a adancimii unui obiect sub apa este incorecta, obiectul apare mai sus decat este in realitate datorita refractiei.

Daca suprafata apei nu este perfect plana, acest lucru se observa dupa modificarea directiei razelor de lumina refractate, insotite de o neuniformitate a luminozitatii pe fundul apei, adancitura actioneaza ca o lentila divergenta.

Daca privim prin geamurile vagoanelor mai vechi, putem observa ca anumite parti ale lor deformeaza complet priveliste din afara, dat fiind ca ele nu sunt perfect plane si partile sale mai subtiri sau mai groase actioneaza ca niste lentile asezate dezordonat care imprastie sau concentreaza razele de lumina.

Modificarea densitatii aerului vara, pe timp frumos, explica acele unduiri ale aerului de deasupra suprafetelor metalice sau a terenurilor proaspat arate, avand loc o deviere diferita a razelor refractate

Pe baza fenomenului de reflexie a luminii se pot construi instrumente utilizate in masuratori de unghiuri si distante, sau instalatii pentru spectacole, care impresioneaza placut.

1. Sextantul este un aparat care serveste la masurarea unghiului de directie a doi astri.

2. Fantani luminoase. Intr-un mediu omogen o raza de lumina se propaga in linie dreapta, insa datorita mai multor reflexii se poate realiza un traseu curb.

3. Oglinzile plane, sferice sau parabolice sunt folosite pe baza fenomenului de reflexie.