Periscopul - Legea reflexiei

Periscopul

Introducere

Optica se bazeaza pe un numar cat mai mare de instrumente si aparate care sa satisfaca necesitatile practice date. Aceste instrumente si aparate sunt alcatuite din componente optice, care, in raport cu tipul respectiv, indeplinesc anumite functii bine determinate.

Una dintre aceste componente optice o reprezinta oglinzile.

In raport cu forma suprafetelor reflectate, oglinzile pot fi oglinzi plane sau oglinzi sferice, acestea din urma fiind concave sau convexe.

Ori de cate ori o suprafata plana se caracterizeaza printr-un coeficient de reflexie mare, aceasta poate fi considerata, din punct de vedere optic, o oglinda plana.

Oglinzile plane pot fi obtinute astfel:

prin depunerea unui strat reflectant pe una dintre cele doua fete ale unui suport transparent, cu suprafetele plan-paralele si de grosime convenabila;

prin slefuirea cat mai fina a suprafetei plane a unui suport netransparent cu fetele plan-paralele;

prin folosirea suprafetei plane de separare dintre doua medii transparente cu indici de refractie diferiti, care poate reflecta o mare parte din lumina incidenta.

Cand suprafata plana reflecta numai o parte din lumina incidenta, cealalta parte fiind transmisa, oglinda obtinuta se numeste oglinda semitransparenta sau divizor de fascicul.

Legea reflexiei

Numim reflexie fenomenul care apare la suprafata de separatie a doua medii optice care consta in intoarcerea luminii in mediul optic din care provine.

Legile reflexiei:

Raza incidenta, normala la suprafata de separatie in punctul de incidenta si raza reflectata se gasesc in acelasi plan de incidenta.

Unghiul de incidenta este egal cu unghiul de reflexie

Imaginile obiectelor luminoase, formate de oglinzile plane, sunt imagini virtuale, asemanatoare cu obiectul si situate la distanta egala, in spatele oglinzii. De retinut este faptul ca imaginea unui obiect orientat dreapta va fi orientat stanga.

Materiale folosite pentru crearea stratului reflectant

Pentru marirea coeficientului de reflexie a unei oglinzi, suprafata reflectanta a acesteia se acopera cu un strat metalic subtire. Exista diferite metode folosite pentru depunerea stratului metalic, coeficientii de reflexie corespunzatori depinzand de lungimea de unda si de natura materialului folosit.

De regula depunerile se fac in vid, fie prin evaporare, fie prin pulverizare catodica. Caracteristicile stratului metalic subtire, depus pe suprafata oglinzii depind puternic de calitatea vidului la care se face depunerea si de rata de evaporare a materialului depus. Prin imbunatatirea tehnologiei vidului si calitatea oglinzilor a crescut foarte mult. Factorii care afecteaza reflectanta straturilor depuse sunt:

presiunea din camera de evaporare;

rata de evaporare;

grosimea stratului depus;

temperatura suportului;

unghiul de incidenta sub care cad vaporii pe suprafata care se acopera;

puritatea materialului depus;

imbatranirea in contact cu aerul atmosferic.

Daca depunerile se fac intr-un vid mai bun de 10^-6 torri, factorul cel mai important pentru obtinerea unor straturi subtiri cu reflectanta mare si in domeniul ultraviolet al spectrului este evaporarea rapida. Straturile opace cu grosimea de 600-700 trebuie obtinute in una sau doua secunde. Temperatura materialului pe care se fac depunerile nu trebuie sa fie mai mare de 50sC, grosimea stratului depus trebuie sa nu fie mai mare de 1500 , iar unghiul de incidenta al depunerii sa nu fie mai mare de 30s. Efectul unor depuneri incorecte se manifesta prin micsorarea coeficientului de reflexie, cand lungimea de unda scade, domeniul ultraviolet fiind mult mai afectat decat domeniul infrarosu.

In ultimul timp, peste stratul reflectant metalic se depune un strat protector, care, pe langa rolul de a proteja stratul metalic, conduce si la cresterea proprietatilor reflectante ale oglinzilor. Stratul protector este un strat dielectric. Folosindu-se perechi de astfel de straturi dielectrice protectoare, convenabil alese, se obtin cele mai bune performante.

Ca material cu indice de refractie mare folosit pentru depunerea straturilor dielectrice se foloseste dioxidul de ceriu cu indicele de refractie cuprins in domeniul 2.3 - 2.4.

Ca materiale cu indicii de refractie mici se folosesc MgF₂ ( n=1.38 ), Al₂O₃ ( n=1.46 ) si SiO₃ ( n=1.55 ).

O protectie foarte buna si o crestere a reflectantei se obtin folosind perechile de straturi Al₂O₃ + TiO₂. In domeniul ultraviolet sunt recomandate perechile de materiale MgF₂ + ThO₂ si SiO₂ + ThO₂.

Periscopul

Periscopul este un instrument optic care serveste la observarea campului de operatii dintr-o transee, dintr-un submarin etc.
Pentru a realiza un periscop materiale necesare sunt:

doua oglinzi plane

raportor

un tub opac.

Cutit

Pentru a construi un periscop se folosesc urmatoarele etape:

Se marcheaza pe tubul opac zonele unde vor fi introduse cele doua oglinzi plane asezate ca in figura de mai sus;

Cu ajutorul raportorului se masoara unghiul de 45s de pozitionare a oglinzilor

Se urmareste alinierea celor doua oglinzi pentru a nu reduce zona care poate fi vizualizata

Concluzii

Imaginile obiectelor luminoase pe care le formeaza oglinzile plane sunt imagini virtuale situate in spatele oglinzii la distanta egala cu cea de la obiect la oglinda. Imaginea unui obiect apare ca una inversata, imaginea in oglinda.

De exemplu cuvantul RAR va aparea in oglinda plana sub forma A

Prin folosirea a doua oglinzi la periscop efectul de imagina in oglinda este anulat rezultand o imagine identica cu imagina originala.

Daca cele doua oglinzi nu sunt aliniate atunci zona disponibila pentru vizualizare se reduce direct proportional cu dezalinierea oglinzilor.

Periscoapele sunt folosite in industria de armament la submarine si la tancuri unde intre cele doua oglinzi se interpune un sistem de lentile care mareste imagina vizualizata.