Augustin Fresnel lencse és
Kezdetben a XIX századi európai tengeri Államok úgy döntött, hogy működjenek együtt, hogy javítsa a világítótornyok - a legfontosabb navigációs eszközök az idő. Franciaországban erre a célra egy speciális bizottság, és a munka, mert a gazdag mérnöki tapasztalat és mély ismerete optika meghívott Fresnel jött létre.
irányfény láthatónak kell lennie messze van, így a világítótorony lámpa emelt magas tornyot. És annak érdekében, hogy gyűjtse be a fénysugarak a lámpa kell helyezni a hangsúlyt egy homorú tükröt, egy gyűjtő lencse, és elég nagy. Tükör, természetesen megteheti bármilyen méretű, de ez is csak egyetlen, gerenda, és irányfény láthatónak kell lennie mindenhol. Ezért néha világítótornyok fel fél tucat tükrök külön lámpás a hangsúly az egyes tükröt. Mintegy egy lámpa is felszerelhető néhány lencse, de hogy azok szükségesek - nagy - mérete szinte lehetetlen. A szilárd üveglencse elkerülhetetlenül inhomogenitás, akkor elveszti alakját az intézkedés alapján a gravitáció, és az egyenlőtlen fűtés kigyulladhat.
Gyűjtsük össze a fényt egy keskeny sugár használhatja a homorú tükör (a) vagy lencséket (b) azáltal, hogy egy fényforrás a fókuszpont. A gömb alakú tükör fekszik a parttól fele görbületi sugara a tükör
Gyűjtés lencse is képviselteti magát egy sor prizmák, ami eltereli a fénysugarak egy ponton - a hangsúly. Szorozza meg ilyen prizmák, illetve csökkenti azok méretét, megkapjuk szinte sík lencse - Fresnel lencsék
Szükséges új ötleteket, és a Bizottság felhívta a Fresnel a megfelelő döntést: 1819-ben javasolta az építkezés egy összetett lencse, mentes minden hátránya a hagyományos lencse. Fresnel indokolt, valószínűleg így van. Objektív is képviselteti magát egy sor prizmákat megtörik párhuzamos fénysugarak - utasítsa el őket olyan szögben, hogy közelednek után fénytörés a fókuszpont. Tehát ahelyett, hogy egy nagy lencse kialakítás lehet összeszerelni a vékony gyűrű formájúak az egyes prizmák háromszög keresztmetszetű.
Fresnel számított alakja nemcsak a Gyűrűk profilok, ő is kifejlesztette a technológiát, és ellenőrzik az egész folyamatot létrehozni őket, gyakran így egyszerű munkás feladatai (beosztottak nagyon tapasztalatlan). Ő erőfeszítések kiváló eredményeket produkált. „Az a fényerőt, ami az új eszközt, meglepte a matrózok” - írta Fresnel barátok. És még a brit - régóta versenytársak a francia tengeren - elfogadta, hogy az építési francia világítótornyok voltak a legjobbak. Az optikai rendszer állt nyolc négyzet Fresnel lencse egy oldala 2,5 m volt, fókusztávolsága 920 mm.
Azóta, azt 190 évvel, de a design által javasolt Fresnel marad páratlan technikai eszköz, és nem csak a világítótornyok és bóják folyón. A Fresnel lencse közelmúltig készült különböző üveg jelző lámpa, autó fényszóró, közlekedési lámpák, projektorok alkatrészek előadás. És ez csak a közelmúltban alakult ki, mint egy nagyító uralkodók átlátszó műanyagból készült egy alig észrevehető kör alakú horony. Mindegyik horony - miniatűr körkörös prizma; és együtt alkotják a gyűjtő lencse, amely működhet, mint egy nagyító, növeli a témát, hogy a kamera lencséjét, ami egy fordított képet. Egy ilyen objektív képes összegyűjteni a napfény egy kis folt, és felgyújtották a száraz lemez, nem is beszélve egy darab papírra (különösen a fekete).
Fresnel lencse nem csak egy gyűjtő (pozitív), de a szórás (negatív) -, hogy ezt, a gyűrű alakú hornyok a prizma-darab átlátszó műanyagok, hogy egy másik penész. És negatív Fresnel lencse, nagyon rövid gyújtótávolság széles látómezőt, hogy helyezzenek el egy csökkentett méretű darab díszlet, 2-3-szor nagyobb, mint a szabad szemmel takarót. Az ilyen „mínusz” lencse-lemez helyett használt panoráma visszapillantó tükrök nagy járművek, mint a kisteherautók és a kombi.
Metszettel prizmochek miniatűr tükröt lehet bevonva egy réteg - például katódporlasztásos alumínium. Ezután a Fresnel lencse válik egy tükör, konvex vagy konkáv. Gyártják a nanotechnológia alkalmazását, ilyen tükrök használt távcsövek, dolgozik a X-ray tartományban. És beütötte a hajlékony műanyag tükrök és lencsék látható fény olyan könnyen elkészíthető és olcsó, hogy termékeiket szó kilométeres formájában szalagok kirakatrendezés, vagy vakok fürdőszobákhoz.
Az első Fresnel lencse négyzet
Gyűjtés lencse is képviselteti magát egy sor prizmák, ami eltereli a fénysugarak egy ponton - a hangsúly. Szorozza meg ilyen prizmák, illetve csökkenti azok méretét, megkapjuk szinte sík lencse - Fresnel lencsék
A design a világítási rendszer a világítótorony (Fresnel rajz). Fény égő hangsúly F az L lencse és az L”, a visszavert tükrök M. égő Fény szaporító le, tükröződik a kívánt irányba tükör rendszer (szaggatott vonallal ábrázolt). Teljes rendszer forog vokr
Voltak kísérletek használni Fresnel lencsék, hogy megteremtse a lapos lencse kamerák. De a dizájnerek technikai nehézségek merültek fel. A fehér fény a prizma egy spektrum; ugyanez történik, apró prizmák a Fresnel lencse. Ezért van egy jelentős hátránya - az úgynevezett kromatikus aberrációt. Mert az ő objektumokat a kép szélei tűnik rózsás felni. Jó lencsék kiküszöbölése fringe, ami további lencséket. Ugyanezt lehetett volna egy Fresnel lencse, de a lencse lapos, akkor már nem működnek.
Fresnel lencse vonal középpontjában a nap sugarai nem rosszabbak, és még jobb (mert több) a hagyományos lencséket. A nap sugarai, összegyűjtöttük azt, azonnal éget száraz fenyő deszka.
Augustin Fresnel lépett a történelem tudomány és a technológia nem csak és nem annyira azért, mert az ő találmánya a lencsét. Kutatásai és fejleszteni őket, mint az elmélet meggyőzően igazolta a hullám fény természete és megoldani a legfontosabb probléma a fizika az idő - talált az oka az egyenes vonalú terjedését a fény. Fresnel munka képezte az alapját a modern optika. Az út mentén, azt jósolta, és kifejtette, számos paradox optikai jelenségek, amelyek ennek ellenére könnyen ellenőrizhető és most.
Régóta húzódó vita a kutatók a fény természetéről - hullám vagy korpuszkuláris rá - általában megoldották végén a XVII században, amikor Christian Huygens tette közzé: „Értekezés a világot” (1690). Huygens véljük, hogy minden pontján a tér (a leírásában - észter), amelyen keresztül a fény hullám lesz forrása a másodlagos hullámok. A felület a borítékot, - egy terjedő hullámfront. Huygens elv megoldotta a problémát az elmélkedés és a fénytörés, de nem tudta megmagyarázni a jól ismert jelenség - egyenes vonalú terjedését. Paradox módon, az ok az volt, hogy Huygens nem vette figyelembe a eltérések egyenesség - fénytörést (kerekítése akadályok) és az interferencia (hozzáadásával hullámok).
Ezt a hátrányt alkotja az évek 1818-1819, Augustin Fresnel, mérnök képzés és a fizikus az azonos érdekek. Hozzátette a folyamat Huygens elv zavaró másodlagos hullámok (Huygens lépett hivatalosan, hogy van, a kényelem számítás fizikai anyag nélküli). Miatt a kívül, és van egy kapott hullámfront, a tényleges felület, amelyen a hullám van egy észrevehető intenzitással.
Mivel az összes másodlagos által keltett egyetlen forrásból, hogy ugyanaz a fázis, hogy koherens. Fresnel javasolt mentálisan osztva felülete egy gömb alakú hullám érkező O pont ebben a méretben zónában a különbség távolság a széleit a szomszédos sávok néhány kiválasztott pont egyenlő F # 955/2. Rays származó szomszédos zónák, F pont jön szemközt és kívül gyengíthetik egymást, amíg a teljes kihalás.
Jelöli az amplitúdó a fény hullám, amely jött a területe, mint az m-Sm, a teljes értéke oszcillációs amplitúdóját a ponton F
S = S0-S1 + S2-S3 + S4 +. + Sm = S0- (S1-S2) - (S3-S4) -. - (Sm-1-Sm)
Mivel S0> S1> S2> S3> S4. kifejezések zárójelben vannak pozitív és S kisebb, mint S0. De mennyivel kevesebb? Számítások az összeg váltakozó sorozata, amelyek birtokában a Robert Wood amerikai fizikus, azt mutatják, hogy az S = S0 / 2 ± Sm / 2. És mivel a hozzájárulást a távoli zónában rendkívül kicsi, a fény intenzitása a távoli zóna ható ellentétes fázisban, csökkenti a központi sávja kétszer.
Fresnel zóna lemezek. Balra - a páratlan zónák vannak nyitva a jogot - a páros
Ezért, ha a központi zóna közel egy kis lemez, a megvilágítás a központban az árnyék nem változik: a diffrakció miatt a fény jut el ezekben a zónákban. Méretének növelése a lemez és következetesen az alábbi területeken, azt látjuk, hogy a fényes folt közepén marad az árnyékban. Elméletileg bizonyított 1818 Simeon Denis Poisson és bizonyítékokat talált a tévedés az elmélet Fresnel. A kísérletek azonban kész Dominique Arago és Fresnel, találtam egy helyet. Azóta ez az úgynevezett Poisson helyszínen.
A siker a tapasztalat szükséges vezetni a szélét pontosan egybeesnek a zóna határait. Ezért a gyakorlatban, egy miniatűr golyóscsapágy, ragasztott az üvegre.
Újabb paradoxon hullám tulajdonságait a fény. Azt hogy az útvonal képernyőn egy kis lyuk. Ha a mérete megegyezik az átmérője a központi Fresnel zóna megvilágítási lesz nagyobb képernyőn, mint nélküle. De ha a nyílás mérete fedél és a második réteg, a fény akkor jön szemközt és amellett, hogy a fény egy központi hullámhosszú zóna pontosan megszünteti. Növelésével az átmérője a lyuk, akkor lehet csökkenteni a megvilágítási neki, hogy semmiből!
Így a teljes amplitúdója az egész egy gömb alakú hullám kisebb, mint az amplitúdó által termelt egy központi területen. És mivel a terület a központi zóna kisebb, mint 1 mm2, kiderül, hogy a fényáram formájában érkezik egy nagyon keskeny, azaz egyenes vonalú. Tehát az elmélet a Fresnel hullám szempontból, hogy ismertesse a jogszabályok egyenes fény terjedését.
Jó példa szemlélteti Fresnel módszer, ez a tapasztalat egy zóna lemez, amely működik, mint egy gyűjtő lencse.
Egy nagy papírlapot felhívni egy sor koncentrikus köröket sugarak négyzetével arányos gyökerei a természetes számok (1, 2, 3, 4). Ezen a területen a keletkező gyűrűk megegyezik a terület a központi kört. Töltsük fel a tintát egy gyűrű, nem számít, hogy hagyja a központi terület világos vagy hogy ez a fekete. A kapott fekete-fehér gyűrűs szerkezetű képeket egy nagy csökkenés. A negatív fordul Fresnel zóna lemez. A átmérője a központi zóna által meghatározott általános képletű D = 0,95√ # 955; F, ahol # 955; - a fény hullámhossza, F - fókusztávolságát a lemez-lencsét. a # 955 = 0,64 m (piros) és F = 1 m D≈0,8 mm. Ha a központi zónájában ez a lemez, amely helyreállítja a fényes villanykörte, az egész világít, mint egy gyűjtőlencse. Ha ez párosul egy szemlencse egy gyenge lencse, akkor kap egy távcső, képesek olyan éles képet az izzószál izzók. A két zóna lemezek lehet építeni egy távcső Galileo áramkör (lencse - lemez egy nagy fókusztávolságú, a szemlencse - alacsony). Ő ad közvetlen képet, mint az opera szemüveg.
Valamennyi fent világossá válik, hogy egy kis nyílás működhet lencse, a továbbiakban falfestmények vagy lyukra. Ez megfelel a középső terület a Fresnel fázisú lemezen. Éppen ezért a lyukra kamera nincs aberráció, kromatikus kivéve -, mert rajta keresztül a sugárzás áthalad torzítás nélkül.
A fény hullám, amely áthaladt a zóna lemez, ad egy kapott S amplitúdójú = S0 + S2 + S4 +. - Két-szor nagyobb, mint a szabad hullám: zóna lemez viselkedik, mint egy gyűjtőlencse. Több nagyobb hatást kapunk, ha nem blokkolják fényében még zónák, és módosítsa a fázis megfordult. A fény intenzitása így növeli négyszer.
Egy ilyen rekord 1898-ban készült a Robert Wood borított üveg lakkréteget, és eltávolítjuk azt a páratlan zónákat, így a pálya különbség bennük volt # 955/2. Az üveglemezt bevont lakk, ez kerül a forgótányérra. Cutter - szolgáltak lemezjátszó tűhöz - vágott a réteg lakkot a külső zónák csak egy tűt áthaladását, és a belső tű mentén mozgó egy keskeny spirális egymás utáni eltávolítására több konfluens hornyok. A zónák átmérőjét, és a szélességük követtük a mikroszkóp alatt.
Érdekes lenne kipróbálni, hogy a rekord a tálra.
Végül még egy paradoxon hullám optika. Mint már említettük, ez nem számít, átlátható központi zónában, vagy sem. Ez azt jelenti, hogy a szerepe a lyukra kamera lencséje (vagy lyukra) játszhat nem csak a kis lyuk, hanem apró labda átmérője megegyezik a közepén a Fresnel zóna.