Optičke leće, prizme i ploče

neće biti vidljive, ali će prebrisati kraj prethodne poruke ako je ona bila dulja od nove. Drugo rješenje Arduina (program Shield-A_8b. ino) Na žalost, monitor Arduino IDE serijske komunikacije u potpunosti ignorira kontrolni znak CR i uvijek ispisuje novi redak. Zbog toga ćemo koristiti drugi program s funkcijom terminal emulatora. Program se zove putty i dostupan je za operacijske sustave Windows i Linux. Na operacijskom sustavu Linux, program putty pokrećemo u naredbenom retku kada je serijski komunikacijski port ttyUSB0: putty -serial /dev/ttyUSB0 -sercfg 9600 Na operacijskom sustavu Windows, program putty pokrećemo u naredbenom retku kada je serijski komunikacijski port COM1: putty.exe -serial com1 -sercfg 9600 Kako bismo se mogli spojiti s programom putty na serijski komunikacijski port, nakon što smo preveli program i učitali ga u mikroupravljač moramo isključiti program Arduino IDE. Operacijski sustav provjerava koristi li neki program serijski komunikacijski port i u slučaju da ga koristi, onemogućava ostalim programima njegovo korištenje. U programskom jeziku C++ možemo kontrolni znak CR (ASCII kod 13) prikazati specijalnim nizom znakova \r te ih dodati na kraj željenog ispisa. Primijetite da se ispred znakova \r nalazi nekoliko znakova razmaka iz razloga koji je opisan u primjeru rješenja Bascom-AVR-a. Također nećemo koristiti naredbu Serial.println() kako bismo izbjegli dodavanje znakova za prelazak u novi redak. void loop() { int vrijednostPotenciometra = analogRead(A0); int napon = map(vrijednostPotenciometra, 0, 1023, 0 , 5000);

Slika 26. Prikaz poruka o izmjerenom naponu u prozoru programa putty Serial.print(„U = „); Serial.print(napon); Serial.print(„ mV \r“); delay(1000); } Napomena: Programi Shield-A_8a.bas, ShieldA_8b.bas, Shield-A_8a.ino i Shield-A_8b.ino mogu se besplatno dobiti od uredništva časopisa ABC tehnike. Vladimir Mitrović i Robert Sedak 28

OPTIČKE NAPRAVE

Optičke naprave razna su pomagala, instrumenti i uređaji koji primjenjujući optičke pojave imaju vrlo široku primjenu. Sastavljene su od optičkih sastavnica (zrcala, leća, prizmi, svjetlovoda i dr.). Obično se razvrstavaju na optička pomagala kao jednostavnije naprave, optičke instrumente za promatranje predmeta, optičke mjerne instrumente za mjerenje svjetlosnih pojava i posredno optičkih svojstva tvari, optičke uređaje ili aparate za obrađivanje optičkih slika (prikazivanje, prenošenje, oblikovanje, pohranjivanje) te svjetlila kao izvore svjetlosti za osvjetljavanje i rasvjetu. Važni dijelovi mnogih suvremenih optičkih naprava su optoelektroničke sastavnice i uređaji (fotodiode, fototranzistori, svjetleće diode, pokaznici, kamere, laseri i dr.).

Osnovne optičke sastavnice u kojima se primjenjuje lom svjetlosti na granici prozirnih sredstava su optičke leće, optičke prizme i planparalelne prozirne ploče.

Optičke leće Optičke leće1 su prozirne optičke sastavnice koje su osno simetrična tijela ograničena dvjema, većinom kružnim plohama (jedna može biti i ravna). Svjetlosni mlaz mijenja smjer (osim pri okomitom upadu) na granici dvaju optičkih sredstava, tzv. dioptru (prema grč. dioptron: zrcalo), iz čega je izveden i naziv naprave za promatranje ili viziranje; prema lat. visus: viđenje, opažanje). Na toj granici svjetlost mijenja smjer, nastaje lom ili refrakcija svjetlosti (prema lat. refractere: lomiti). Prema obliku tijela razlikuju se izbočene ili konveksne leće, udubljene ili konkavne leće te mješovite konkavno-konveksne, plan-konveksne i plan-konkavne leće (prema lat. planus: ravan).

1 Naziv potječe od sličnosti sa sjemenkom vrste mahunarki (lat. lens culinaris: jestiva leća), a prema latinskom nazivu su i nazivi u mnogim jezicima (npr. engl. lens, njem. Linse, franc. lentille, tal. lente itd.).

Priručno povećalo Obične korektivne naočale

Prolaskom kroz konveksnu leću paralelni se svjetlosni mlaz skuplja u jednoj točki, tzv. žarištu ili fokusu na drugoj strani leće, pa se takve leće nazivaju sabirnim ili konvergentnim lećama (prema lat. converro: skupljati, zgrtati). Prolaskom kroz konkavnu leću paralelni se svjetlosni mlaz na drugoj strani raspršuje, pa se takve leće nazivaju raspršnim ili divergentnim lećama (prema lat. diverbero: raspršiti, rastavljati). Složeno ponašanje svjetlosti pri prolasku kroz leće opisano je zakonima geometrijske optike. Svjetlosne pojave loma svjetlosti prvo su opažene na staklenim posudama napunjenim vodom, a potom na brušenim kristalima, pa su to bile i prve primijenjene leće. Prve su se leće rabile još u drevnom Egiptu prije gotovo tri tisuće godina. Brušenu staklenu leću čini se da je prvi načinio arapski znanstvenik Alhazen (~ 965.–1040.) te ju je opisao u knjizi Blago optike. Roger Bacon (1214.–1294.), engleski teolog, filozof i rani prirodoslovac, 1267. godine ustanovio je kako dijelovi staklenih kugli povećavaju sliku kroz njih promatranoga predmeta te su tako pomagalo osobama slabijeg vida. Glavne su karakteristike leća udaljenost između središta leće i žarišta, tzv. žarišna ili fokalna daljina f i jakost leće j. Žarišna daljina izražava se u nekim jedinicama duljine, pri čemu je žarišna daljina konvergentnih leća pozitivna, a divergentnih negativna. Jakost leća recipročna je vrijednost žarišne daljine, tj. j = 1/f, pa se izražava u recipročnim metrima, koje se u ovom posebnom području iznimno može nazivati dioptrijom (nenormirani znak dpt = m–1). Jakost leće je također za konvergentne leće pozitivna, a divergentne negativna. Optičke leće imaju neke nedostatke pri stvaranju slike, jednako kao i zakrivljena sferna zrcala: sfernu aberaciju, astigmatizam i komu. Također, svjetlost različitih valnih duljina zbog različitog indeksa loma imaju nešto različita žarišta. Taj se nedostatak leća naziva kromatskom aberacijom.

Cvikeri sa štipaljkom Monokl sa sigurnosnom uzicom

Leće se rabe kao povećala, sastavnice naočala te u mnogim optičkim instrumentima i uređajima, kao što su dalekozori, mikroskopi, teleskopi, fotografski aparati, projektori i dr. Prirodna optička leća osnovna je sastavnica ljudskog i životinjskog oka.

Naprave s lećama Povećalo, razgovorno i lupa (prema franc. loupe) optička je naprava s lećom, iznimno s više njih. To je konvergentna leća koja stvara povećanu prividnu (virtualnu) sliku predmeta koji se kroz nju promatra. Povećanje slike predmeta gledanog kroz neke brušene prozirne kristale ili kroz staklenu posudu napunjenu vodom primijećeno je još u antici, pa ga je 424. godine pr. Kr. opisao Aristofan, atenski komediograf, a potom i rimski filozof Lucije Anej Seneka (~ 1.–65.). Predmet kojega se sliku želi povećati mora se nalaziti unutar prostora između žarišta i leće, s druge strane od promatrača. Glavno svojstvo povećala je povećanje koje je omjer istih izmjera slike y i predmeta x, odnosno udaljenosti slike b i predmeta a od središta leće, tj. m = y/x = b/a. Povećanje je ovisno o žarišnoj daljini f povećala prema izrazu m = 1 + (b/f). Kao povećala rabe se pojedinačne leće žarišnih daljina 1…10 cm, iznimno slogovi od više leća. Povećalo se od srednjega vijeka rabilo za promatranje sitnih predmeta u raznim strukama, posebno za čitanje malih slova, gledanje minijaturnih slika, ozljeda na koži, malih biljaka ili životinja i sl. Povećalo je odavno slikovit zaštitni znak istraživača i detektiva.

Naočale, razgovorno i očale (prema tal. occhiali) optička su naprava za gledanje pomoću leća, osobito za popravak nedostatka oka, većinom kratkovidnosti, dalekovidnosti i prilagodbe (akomodacije) oka. Takve se naočale nazivaju korektivnim ili dioptrijskim naočalama.

Lornjet Lornjon Zaštitne sportske naočale

Sunčane naočale

Nakon što je s arapskog na latinski prevedena Alhazenova knjiga Blago optike u XIII. stoljeću, načinjene su prve naočale u Italiji. Postoji nekoliko legendi o izumu naočala, ali su se one pokazale neosnovanima. Prvi pouzdan prikaz naočala nalazi se na portretu jednog kardinala, naslikanom 1352. godine. Korektivne ili dioptrijske naočale većinom su izrađene za oba oka. Sastoje se od optičkih leća i okvira vrlo različitih izvedbi. Stavljaju se ispred očiju, oslanjanjem na nos i vješanjem na ušne školjke. Danas mnogi ljudi trajno ili povremeno nose korektivne naočale. Proteklih se desetljeća izrađuju kao pomagala i leće za izravno stavljanje na oko, a danas se nedostaci oka otklanjaju razmjerno jednostavnim kirurškim zahvatom. Ipak, većina se ljudi radije koristi klasičnim korektivnim naočalama. Za korigiranje dalekovidnosti rabe se konvergentne leće (s pozitivnom jakošću; s pozitivnim dioptrijama), a za korigiranje kratkovidnosti divergentne leće (s negativnom jakošću; s negativnim dioptrijama). Danas se vrlo često rabe korektivne naočale sa složenim, tzv. progresivnim lećama, koje na različitim mjestima postupno mijenjaju žarišne daljine. Većinom u središtu leće imaju jakost prilagođenu gledanju na daljinu, a pri dnu gledanju na blizinu (npr. za čitanje), pa ne treba imati dvoje naočale (za gledanje i za čitanje), što je prilično nespretno jer traži čestu promjenu naočala. Posebni, danas već povijesni oblici korektivnih naočala, su cvikeri, monokl, lornjet i lornjon, koji su se rabili, često i kao modni detalj, u XIX. i početkom XX. stoljeća. Mogu se još jedino vidjeti na starim fotografijama ili u filmovima.

Cvikeri (prema austr.-njem. Zwicker: štipaljka) su vrsta korektivnih naočala koje se sastoje od dviju leća za oba oka, s držačima, a nose se učvršćene štipaljkom na nosu. U nas je to i podrugljiv naziv za korektivne naočale.

Monokl (grč. monos: jedan i lat. oculus: oko) je jedna korektivna leća koja se nosi umetnuta između nabora obraza i nadočnog luka (tzv. arkade). Cvikeri i monokl su, jer se nesigurno nose, obično osigurani uzicom koja je pričvršćena za odjeću, pa pri ispadanju ostaju visjeti na toj uzici.

Lornjet (franc. lorgnette: dalekozor) su korektivne naočale samo s okvirom i držalom za držanje ispred očiju, a lornjon (franc. lorgnon od lorgneur: promatrač) je monokl s držalom. Za oba se rabio i podrugljiv naziv šteher (~ podupirač; prema njem. Stecher: kopljanik, trozub). Zaštitne naočale služe za mehaničku zaštitu očiju pri nekim radovima (na primjer strojnom brušenju, piljenju, bojenju mlaznicom) ili za optičku zaštitu prekomjernog osvjetljena pri radu (na primjer pri zavarivanju, lijevanju užarenog metala i sl.). Zaštitne naočale rabe se u medicini za zaštitu očiju od možebitnog oštećenja ili zaraze. Posebne polarizirajuće naočale

Zaštitne naočale za zavarivanje Disperzijska prizma rastavlja bijelu svjetlost na spektar obojene svjetlosti

Nastajanje dviju slika pri promatranju kroz dvolomni kristal

s polarizirajućim filtrima rabe se za otklanjanje odraza na staklenim ili vodenim površinama. Sunčane naočale posebna su vrsta zaštitnih naočala koje služe za zaštitu od prekomjernog osvjetljena izravnom ili odbijenom sunčevom svjetlosti. Obične sunčane naočale imaju planparalelne zatamnjene ploče, danas većinom od plastike. Korektivne naočale mogu imati kao dodatak sunčane naočale koje se stavljaju na njih ili stalno zatamnjene leće ili leće koje se automatski zatamnjuju pri jakom osvjetljenju. Korektivne, kao i sunčane naočale su i modni detalj, pa se često nose pretežito kao ures.

Optičke prizme Optička prizma (grč./lat. prisma; od grč. priein: piliti) je prozirno tijelo omeđeno dvjema ravninama pod tzv. kutom prizme. Optička prizma bila je poznata još u drevnom Rimu u obliku brušenog prozirnog trokutnog stakla, pod nazivom vitrum trigonum (lat., trokutno staklo). Najčešće se rabe jednakostrane trokutne prizme. Od takvih prizmi najčešće se rabe disperzijske prizme i reflektirajuće prizme, a samo u posebne svrhe složenije polarizirajuće prizme. Disperzijske prizme. Pri ulasku na bočnu stranicu trokutne prizme pod nekim kutom svjetlost se lomi na granici sredstava prvi put, a pri izlasku iz prizme na granici sredstava drugi put. Ukupni otklon izlazne zrake od smjera ulazne zrake je kut otklona ili kut devijacije (prema lat. devitatio: uklanjanje). Otklon je najmanji za simetričan prolazak kroz prizmu. Otklon ovisi o indeksu loma sredstva prizme prema zraku, a ovaj o valnoj duljini svjetlosti. Stoga se bijela svjetlost pri bočnom prolasku kroz trokutnu prizmu razlaže ili dispergira (prema lat. dispergare: raspršiti, razložiti) po valnim duljinama, pa se na izlasku javlja obojeni spektar svjetlosti (lat. spektrum: predstava, privid) u tzv. duginim bojama. Razlaganje je bijele svjetlosti pri prolasku kroz prizmu na dugine boje proučavao još Isaac Newton (1643.–1727.), znameniti engleski matematičar, fizičar i astronom, te opisao u djelu Nova teorija svjetlosti i boja iz 1672. godine. U svojim je pokusima dokazao kako se obojena svjetlost ne može dalje razlagati. Ruđer Bošković (1711.–1787.), isusovac, znameniti hrvatski matematičar, fizičar i astronom, konstruirao je vitrometar (lat., mjerilo stakla), prizmu s promjenljivim kutom, prvu inačicu 1763., a drugu 1773. godine. Njime je mjerio indeks loma različitih stakala. Disperzijske prizme primjenjuju se u napravama i instrumentima za rastavljanje bijele svjetlosti, tzv. spektroskopima i spektrometrima. Reflektirajuće prizme. Svjetlost koja ulazi okomito u osnovu trokutne prizme s pravim kutom prizme, u prizmi se dvostruko reflektira na stijenkama, pa se vraća iz osnove usporedna s ulaznom svjetlosti. Svjetlost koja ulazi okomito na stranice trokutne prizme s pravim kutom prizme reflektira se unutar prizme na osnovici prizme pod pravim kutom. Stoga se takve prizme nazivaju prizmama za potpuno odbijanje ili totalnu refleksiju. Nekad se takve prizme nazivaju preokretnim ili Porrovim prizmama, koje je 1851. godine konstruirao i 1854. godine patentirao kao dvostruke reflektirajuće prizme Ignacije Porro (1801.–1875.), talijanski izumitelj. Polarizirajuće prizme. Složene višestruke prizme uz određene uvjete razlažu svjetlost na dvije polarizirane sastavnice. Izrađene su od posebnog prozirnog minerala kalcita, tzv. islandskog dvolomca. Takvu je prizmu prvi izradio 1828. godine William Nicol (1766.–1851.), škotski fizičar i geolog, pa se naziva Nicolovom prizmom. Sličnu je prizmu izradio William Hydeu Wollaston (1766.–1828.), engleski kemičar, pa se naziva Wollastonovom prizmom. Nicolova, Wollastonova i druge polarizirajuće prizme primjenjuju se u napravama i instrumentima za polariziranje prirodne svjetlosti i promatranje pojava polariziranja svjetlosti u tvarima, u tzv. polariskopima i polarimetrima.

Planparalelne prozirne ploče Planparalelne prozirne ploče prozirna su tijela ograničena dvjema paralelnim ravninama. Većinom su od stakla ili drugih prozirnih tvari, u kojima se svjetlost, lomeći se usporedno na dvjema graničnim plohama, pri izlasku iz ploče paralelno otklanja za neku udaljenost, ovisnu o kutu loma (što ovisi o odnosima indeksa loma) i debljini ploče. Do loma ne dolazi jedino pri okomitom upadu svjetlosti na graničnu površinu. Nema veću primjenu u optičkim napravama, nego se pojava mora uzeti u obzir pri prolasku svjetlosti kroz staklene ploče, na primjer na staklenim zrcalima, staklenim stijenama i sl. Dr. sc. Zvonimir Jakobović