Najdôležitejší zmysel spojujúci človeka s okolitým svetom je zrak, ktorému napomáha v pozorovaní svetlo. Už v dávnej minulosti sa ľudia snažili prísť na podstatu svetla a javov s ním spojených. Týmito poznatkami sa zaoberá optika, ktorá patrí k najstarším oborom fyziky. Technika zrkadiel bola známa už v stredoveku. V 19. st. anglický fyzik James Clerk Maxwell dospel k záveru, že svetlo je elektromagnetické vlnenie. Vo vákuu má vlnové dĺžky od 390 nm do 790 nm. K najnovším objavom patrí laser, ktorý sa využíva v meracej a laboratórnej technike, v lekárstve, v elektronike a v celej kope ďalších odborov. Svetlo rôznych vlnových dĺžok vyvoláva u človeka zrakový vnem, ktorý charakterizujeme ako farbu svetla. Fialová farba odpovedá najkratšej vlnovej dĺžke a najdlhšej odpovedá červená farba. Na jednotlivé farby je oko rôzne citlivé. Najcitlivejšie je na svetlo žltozelenej farby (asi 550 nm).

Bežne používané zdroje svetla ako sú žiarovky, žiarivky ale i Slnko nevnímame ako označujeme ho ako biele svetlo (je zložené z farebných svetiel).

Rýchlosť svetla má tiež dlhú históriu, prvé záznamy sú známe už zo 17. st. Najvyššiu rýchlosť svetle je možné dosiahnuť vo vákuu ( 299 792 458 m.s-1), približne rovnaká rýchlosť je i vo vzduchu. Vo vode sa rýchlosť svetle pohybuje okolo 225 000 km.s-1.

Zobrazenie optickými sústavami Svetlo je pre človeka zdrojom informácií. Aby sme ich mohli lepšie vnímať potrebujeme optické prístroje. Jedným z nich je i ľudské oko, v kt. prebieha dej, kt. označujeme ako zobrazovanie. Ďalej je to ďalekohľad, mikroskop, videokamera a ďalšie vytvárajú obrazy predmetov na základe zákonov optiky. Funkcia týchto prístrojov je založená na jednoduchých obecných princípoch lúčovej optiky.

Optické prístroje

  • zväčšujú zorný uhol, pod kt. vidíme predmety vzdialené alebo predmety malých rozmerov

a) oko – dopadajúce svetlo je na sietnici lámané šošovkou

  • šošovka má akomodačnú schopnosť = zmena ohniskovej vzdialenosti
  • sietnica – tyčinky (čiernobiele videnie)
  • čapíky (farebné videnie) – 3druhy (pre zelenú, modrú, červenú)
  • konvenčná vzdialenosť – ideálna na čítanie (d= 25cm)
  • oko rozoznáva zorný uhol viac ako 1
  • choroby oka – šedý zákal – nepriehľadnosť šošovky
  • zelený zákal – pretlak v oku
  • korekcia rozptylkou – krátkozrakosť – obraz pred sietnicou
  • korekcia spojkou – ďalekozrakosť – obraz za sietnicou
  • šeroslepota – malé rozlíšenie v tme

b) lupa – spojka s malou f (f je menej veľká d)

  • umožňuje pozorovať predmety, ktoré nemôžeme pre akomodačnú schopnosť dať blízko k oku
  • predmet je umiestnený medzi ohniskom a lupou
  • umiestnením lupy tesne pred oko vznikne opticky mohutnejšia sústava ako samotné oko
  • nezväčšuje predmety, zorný uhol

c) mikroskop – opticky centrovaná sústava – objektív malá f1

  • okulár – veľká f2
  • obrazová rovina objektívu splýva s predmetovou rovinou okuláru
  • okulár má funkciu lupy – zväčšuje zorný uhol

  • optický interval mikroskopu
  • kondenzor – sústava šošoviek usmerňujúca smer lúčov v osvetlení
  • tubus – trubica, v kt. sa nachádza sústava šošoviek

d) ďalekohľad – zväčšuje zorný uhol, pod ktorým vidíme predmet

  • teleskopická (afokálna) sústava – rovnobežné lúče vystupujú ako rovnobežné
  • Kemlerov ďalekohľad – sústava spojok objektív (f1), okulár (f2) (f1 oveľa viac ako f2)
  • obraz prevrátený výškovo i stranovo
  • prevrátenosť sa rieši sústavou dvoch hranolov

  • priamy obraz – Holandský ďalekohľad – spojka + rozptylka
  • Newtonov ďalekohľad – zrkadlový (reflektor)

e) objektívne optické prístroje – vytvárajú skutočný obraz a zachycujú jeho:

  • fotografický, premietací prístroj

Optické ďalekohľady

Optický ďalekohľad vynašiel holandský optik Hans Lippershey (zomrel asi v r. 1619), ale ako prvý ho zostrojil Galileo Galilei. V zásade existujú dva druhy ďalekohľadov: šošovkové (refraktory) so šošovkou optikou a zrkadlové (reflektory), kt. používajú zrkadlá. Dva najväčšie ďalekohľady sú na Kryme pri dedinke Zelenčukskaja, kt. zrkadlo má priemer 6,0 m, a v Kalifornii – Haleov teleskop na Mount Palomare, kt. zrkadlo má priemer 5,0 m. Predpokladá sa, že ďalší vývoj pôjde cestou konštruovania ďalekohľadov s viacerými zrkadlami alebo s mnohostrannými zrkadlami riadenými počítačom. Tie budú schopné pozorovať omnoho slabšie objekty, ako je teraz možné klasickými optickými ďalekohľadmi.

Prvý mikroskop

  • 1590. Holandský výrobca okuliarov Hans Janssen a jeho syn Zacharias vynašli mikroskop ( z gréckeho mikro = malý, skopein = vidieť), kt. zostrojili z jednej konvexnej, spojenej šošovky a jednej konkávnej šošovky ako rozptylky. Prvá slúžila ako objektív a druhá ako okulár.
Predtým ako otec a syn objavili takýto mikroskop, sa pri skúmaní drobných predmetov používali obyčajné spojné šošovky. Možnosť skombinovať dve šošovky tak, aby sa dosiahlo silnejšie zväčšenie, spomenul po prvý raz v r. 1538 taliansky lekár Girolamo Fracastoro. Jeho myšlienku však prakticky realizovali až spomínaní holandskí výrobcovia okuliarov. Prvé mikroskopy namontované do obyčajných kartónových trubíc mali výrazné nedostatky, lebo Janssenovci ešte nevedeli vypočítať parametre šošoviek podľa optických zákonov odrazu. Potrebnú úroveň nedosahovala ani kvalita skla, kt. obsahovalo nečistoty a šmuhy. Systematicky začal s mikroskopom pracovať v r. 1592 flámsky ilustrátor Joris (Georg) Hoefnagel pôsobiaci istý čas na pražskom dvore Rudolfa II. a známy o.i. svojimi vedutami slovenských miest. Vytvoril 50 medirytín, na kt. bolo množstvo obrázkov hmyzu.

Špeciálne optické sklá z Jeny

  • 1882. Výrobca skla Otto Schott a majitelia optických dielní v Jene (1872) Ernst Abbe, Carl Zeiss a Rudolph Zeiss začali s výrobou optických skiel. Fyzikálne požiadavky formuloval a kontroloval fyzik Abbe, chemické a technické problémy skla riešil Otto Schott. Carl Zeiss pracoval ako jemný mechanik a konštruktér optických prístrojov.
Vo dvoch vedeckých štúdiách z rokoch 1874 a 1878 Abbe vytýčil smer, kt. sa musí uberať spracovanie sklenej taveniny, aby spĺňala požiadavky praktickej optiky. Okrem iného tu napísal: „Výrobcovia optických skiel pripravujú svoje sklá tak, akoby mali byť určené na lodnú záťaž ..... Nesleduje sa pritom potreba získať sklá, kt. rozhodujúce optické vlastnosti dosahujú širší rozsah hodnôt, a preto nejestvuje ani nevyhnutné dorozumenie sa medzi praktickým optikom a výrobcom skla. Ani výrobca nemá možnosť spoľahlivej kontroly kvality a vyrovnanosti svojich výrobkov... Ako jednoznačne dokazuje teória, ďalšie zdokonalenie väčšiny optických prístrojov vôbec nezávisí od výroby čoraz ťažších flintových skiel, ale zato podstatne od výroby takých tavenín, kde sú stredný index lomu a disperzia v iných pomeroch, než pri bežných druhoch crownových a flintových skiel. Môže existovať pokrok v tomto smere, ak nie sú schopní podrobne sledovať optické parametre?“ Práve takouto schopnosťou sa však vyznačoval vo svojej dlhoročnej práci vytrvalý Otto Schott, kt. do apríla 1882 vytavil systematicky nemenej ako 225 chemicky rôznych skiel. Abbe v istom liste poznamenal: „Vaše skúšobné tavby umožňujú takú netušenú rozmanitosť v odstupňovaní optických charakteristík, akú nemožno dosiahnuť pri doterajšej jednotvárnosti ...“ Vo vzorkových taveninách LXXVIII a XCIII našiel Abbe dve sklá, kt. sa dali po prvý raz zložiť na dokonale achromatický optický systém. Obidve sklá boli vytavené kyselinou boritou a vytvorili dôležitú skupinu borosilikátových optických skiel. Výroba optických skiel je mimoriadne náročná a zdĺhavá. Kvalitné sklá sa vyrábajú osobitnou technológiou z mimoriadne čistých a presne dávkovaných surovín. Zmes sa musí miešať dovtedy, kým nie je celkom rovnorodá. Nádoba s ňou sa potom vloží do chladiacej pece, kde za niekoľko dní vychladne a popraská. Kronika techniky, Guinessova encyklopédia.

Zuzana Križalkovičová, oktava