Фотоаппарат физика: Фотоаппарат | Физика

Фотоаппарат | Физика

Фотоаппаратом называется устройство для получения оптических изображений различных объектов на светочувствительном слое фотопленки или какого-либо другого фотоматериала.

Первым аппаратом, с помощью которого удалось получить изображения различных объектов, была камера-обскура (от лат. obscurus — темный). Она представляла собой темный ящик с небольшим отверстием в одной из стенок и позволяла получать действительные и перевернутые изображения предметов, помещенных перед ним, без использования каких-либо линз (рис. 92). Для наблюдения этого изображения заднюю стенку камеры (экран) изготавливали из матового стекла или промасленной бумаги.

Камера-обскура была изобретена арабским ученым Ибн-аль-Хайсамом (965—1039), известным в Европе под именем Альхазена. Более или менее широкое распространение она получила в XVI—XVII вв. Проецируя изображение, даваемое камерой, на бумагу или холст и обводя его контуры, можно было получить рисунок, изображающий человека или какой-либо предмет. Немецкий астроном И. Кеплер использовал камеру-обскуру для наблюдения солнечного затмения 1600 г.

В 30-х гг. XIX в. французский художник и изобретатель Луи Дагер поместил в отверстие камеры линзу, а туда, где ранее находился экран, светочувствительную пластинку, покрытую иодистым серебром. Под воздействием света в светочувствительном слое пластинки создалось скрытое изображение. Проявив пластинку путем специальной химической обработки, Дагер получил первую в мире фотографию. Сообщение об этом открытии было опубликовано в 1839 г.

С тех пор этот год считается годом изобретения фотографии (или дагеротипии, как назвал ее в честь себя сам Дагер, постаравшись затемнить тем самым роль своего компаньона Ж. Н. Ньепса в ее изобретении).

В том же году во Франции началось серийное производство фотографических камер. Эти первые (деревянные) камеры были громоздкими и неудобными в обращении. Однако уже через три года был сконструирован первый металлический фотоаппарат небольшого размера. В результате последующего совершенствования аппарата, его механизмов и объектива, а также используемого в нем светочувствительного материала фотоаппарат принял современный вид.

Одной из основных частей фотоаппарата является объектив, состоящий из нескольких линз и помещаемый в передней части светонепроницаемой камеры. Внутри камеры находится фотопленка. Объектив можно плавно перемещать относительно пленки для получения на ней четких изображений предметов, расположенных на разных расстояниях от фотоаппарата.

При фотографировании объектив открывается при помощи специального затвора, и лучи света от фотографируемого предмета попадают на фотопленку (рис. 93). Под действием света в светочувствительном слое пленки происходит разложение микроскопических кристалликов бромистого серебра. На тех участках, где это произошло, получается скрытое изображение. Оно остается невидимым до тех пор, пока пленку не опустят в специальный раствор — проявитель. Под действием проявителя пленка начинает чернеть, причем раньше всего на тех участках, которые были освещены сильнее. Вынув пленку из проявителя, ее следует ополоснуть и перенести в раствор закрепителя (фиксаж). Закрепитель растворяет и удаляет из пленки оставшееся бромистое серебро и тем самым прекращает процесс ее почернения. На пленке остается негатив — изображение, в котором светлые места сфотографированного предмета выглядят темными, а темные, наоборот, светлыми (более прозрачными). Затем пленку промывают и сушат.

С негатива получают позитив, т. е. изображение, на котором темные места расположены так же, как и на фотографируемом предмете. Для этого негатив помещают между источником света и фотобумагой. Темные участки пленки пропустят меньше света, чем более светлые (т. е. более прозрачные), и поэтому после проявления и закрепления мы увидим на фотобумаге реальную картину распределения темных и светлых областей фотографируемого объекта.

Современная жизнь уже немыслима без фотографии. Она находит широкое применение в науке, технике, искусстве. Фотографии стали цветными, а многие фотоаппараты — автоматическими. Использование фотографии в астрономии позволило открыть Плутон и другие небесные тела. А фотографии, переданные с космических станций посредством радиоволн, дали возможность увидеть обратную (невидимую с Земли) сторону Луны, а также пейзажи Марса и Венеры.

??? 1. Что представляет собой камера-обскура? Почему она так называется? 2. Кто и когда получил первую фотографию? 3. Опишите принцип действия фотоаппарата. 4. Охарактеризуйте изображение, даваемое объективом фотоаппарата, изображенного на рисунке 93. Где должен располагаться предмет, чтобы это изображение было именно таким? 5. Можно ли сфотографировать предмет, расположенный между объективом и его фокусом? Почему?

Экспериментальное задание. Изготовьте камеру-обскуру. Для этого воспользуйтесь банкой от чипсов или картонной коробкой, обклеенной изнутри черной бумагой. Получите с помощью сделанной вами камеры изображение хорошо освещенного предмета (например, нити лампы накаливания). Охарактеризуйте полученное изображение. Имейте в виду, что наиболее резкое изображение в камере-обскуре возникает тогда, когда диаметр d отверстия в ней (в миллиметрах) составляет примерно 0,04√l, где l — расстояние от отверстия до экрана, также выраженное в миллиметрах.

Устройство фотоаппарата, строение и принцип действия.

Человека всегда тянуло к прекрасному, увиденной красоте человек пытался придать форму. В поэзии это была форма слова, в музыке красота имела гармоническую звуковую основу, в живописи формы прекрасного передавались красками и цветом. Единственное, что не мог человек, это запечатлеть мгновение. Например, поймать разбивающуюся каплю воды или рассекающую грозовое небо молнию. С появлением в истории фотоаппарата и развитием фотографии это стало возможным. История фотографии знает множественные попытки изобретения фотографического процесса до создания первой фотографии и берет начало в далеком прошлом, когда математики изучая оптику преломления света обнаруживали, что изображение переворачивается, если пропустить его в темную комнату через небольшой отверстие.

В 1604 г. немецкий астроном Иоганн Кеплер установил математические законы отражения света в зеркалах, которые в последствии залегли в основу теории линз по которым другой итальянский физик Галилео Галилей создал первый телескоп для наблюдения за небесными телами. Принцип преломления лучей был установлен, оставалось только научиться каким-то образом сохранять полученные изображения на отпечатках еще не раскрытым химическим путем.

В 1820-е гг.. Жозеф Нисефор Ньепс открыл способ сохранения полученного изображения путем обработки попадающего света асфальтовым лаком (аналог битума) на поверхность из стекла в, так называемой камере-обскуре. С помощью асфальтового лака изображение принимало форму и становилось видимым. В первые в истории человечества картину рисовал не художник, а падающие лучи света в преломлении.

В 1835 г. английский физик Уильям Тальбот, изучая возможности камеры-обскура Ньепса смог добиться улучшения качества фотоизображений с помощью изобретенного им отпечатка фотографии — негатива. Благодаря этой новой возможности снимки теперь можно было копировать. На своей первой фотографии Тальбот запечатлел собственное окно на котором четко просматривается оконная решетка. В будущем он написал доклад, где называл художественное фото миром прекрасного, таким образом заложив в историю фотографии будущий принцип печати фотографий.В 1861 г. фотограф из Англии Т. Сэттон изобрел первый фотоаппарат с единым зеркальным объективом. Схема работы первого фотоаппарата была следующей, на штатив закреплялся крупный ящик с крышкой сверху, через которую не проникал свет, но через которую можно было вести наблюдение. Объектив ловил фокус на стекле, где с помощью зеркал формировалось изображение.

  В 1889 г. в истории фотографии закрепляется имя Джорджа Истмана Кодак, который    запатентовал первую фотопленку в виде рулона, а потом и фотокамеру «Кодак»,  сконструированную специально для фотопленки. В последствии, название «Kodak» стало  брэндом будущей крупной компании. Что интересно, название не имеет сильной смысловой  нагрузки, в данном случае Истман решил придумать слово, начинающееся и заканчивающиеся на одну и ту же букву.

 В 1904 г. братья Люмьер под торговой маркой «Lumiere» начали выпускаться пластины для цветного фото, которые стали основоположниками будущего цветной фотографии.

 В 1923 г. появляется первый фотоаппарат в котором используется пленка 35 мм, взятая из кинематографа. Теперь можно было получать небольшие негативы, просматривая затем их выбирать наиболее подходящие для печатания крупных фотографий. Спустя 2 года фотоаппараты фирмы «Leica» запускаются в массовое производство.

В 1935 г. фотоаппараты Leica 2 комплектуются отдельным видеоискателем, мощной фокусировочной системой, совмещающие две картинки в одну. Чуть позже в новых фотоаппаратах Leica 3 появляется возможность использования регулировки длительности выдержки. Долгие годы фотоаппараты Leica оставались неотъемлимыми инструментами в области искусства фотографии в мире.

В 1935 г. компания «Kodak» выпускает в массовое производство цветные фотопленки «Кодакхром». Но еще долгое время при печати их надо было отдавать на доработку после проявки где уже накладывались цветные компоненты во время проявки.

В 1942 г. «Kodak» запускают выпуск цветных фотопленок «Kodakcolor», которые последующие полвека становятся одними из популярными фотопленками для профессиональных и любительских камер.

В 1963 г. представление о быстрой печати фотографий переворачивают фотокамеры «Polaroid», где фотография печатается мгновенно после полученного снимка одним нажатием. Достаточно было просто подождать несколько минут, чтобы на пустом отпечатке начали прорисовываться контуры изображений, а затем проступала полностью цветная фотография хорошего качества. Еще 30 лет универсальные фотоаппараты Polaroid будут занимать ведущие по популярности места в истории фото, чтобы уступить эпохе цифровой фотографии.

В 1970-х гг. фотоаппараты снабжались встроенным экспонометром, автофокусировку, автоматические режимы съемки, любительские 35 мм камеры имели встроенную фотовспышку. Чуть позже к 80-м годам фотоаппараты начали снабжаться ж/к панелями, которые показывали пользователю программные установки и режими фотокамеры. Эра цифровой техники только начиналась.

В 1974 г. с помощью электронного астрономического телескопа была получена первая цифровая фотография звездного неба.

В 1980 г. компания «Sony» готовит к выпуску на рынок цифровую видеокамеру Mavica. Снятое идео сохранялось на гибком флоппи-диске, который можно было бесконечно стирать для новой записи.

В 1988 г. компания «Fujifilm» официально выпустила в продажу первый цифровой фотоаппарат Fuji DS1P, где фотографии сохранялись на электронном носителе в цифровом виде. Фотокамера обладала 16Mb внутренней памяти.

В 1991 г. компания «Kodak» выпускает цифровую зеркальную фотокамеру Kodak DCS10, имеющую 1,3 mp разрешения и набор готовых функций для профессиональной съемки цифрой.

В 1994 г. компания «Canon» снабжает некоторые модели своих фотокамер системой оптической стабилизации изображений.

В 1995 г. компания «Kodak», следом за Canon прекращает выпуск популярных последние полвека пленочных своих фирменных фотокамер.

2000-х гг. Стремительно развивающиеся на базе цифровых технологий корпорации Sony, Samsung поглощают большую часть рынка цифровых фотоаппаратов. Новые любительские цифровые фотоаппараты быстро преодолели технологическую границу в 3Мп и по размеру матрицы легко соперничают с профессиональной фототехникой имея размер от 7 до 12 Мп. Несмотря на быстрое развитие технологий в цифровой технике, таких как: распознавание лица в кадре, исправление оттенков кожи, устранение эффекта «красных» глаз, 28-кратное «зумирование», автоматические сцены съемки и даже срабатывание камеры на момент улыбки в кадре, средняя цена на рынке цифровых фотокамер продолжает падать, тем более что в любительском сегменте фотоаппаратам начали противостоять мобильные телефоны, снабженные встроенными камерами с цифровым зумом. Спрос на пленочные фотоаппараты стремительно упал и теперь наблюдается другая тенденция повышения цены аналоговой фотографии, которая переходит в разряд раритета.

Принцип работы аналогового фотоаппарата: свет проходит через диафрагму объектива и, вступая в реакцию с химическими элементами пленки сохраняется на пленке. В зависимости от настройки оптики объектива, применения особых линз, освещенности и угла направленного света, времени раскрытия диафрагмы можно получить различный вид изображения на фотографии. От этого и многих других факторов формируется художественный стиль фотографии. Конечно, главным критерием оценки фотографии остается взгляд и художественный вкус фотографа.

Корпус.
Корпус фотоаппарата не пропускает свет, имеет крепления для объектива и фотоспышки, удобную форму ручки для захвата и место для крепления к штативу. Внутрь корпуса помещается фотопленка, которая надежно закрыта светонепропускающей крышкой.

Фильмовой канал.
В нем пленка перематывается, останавливась на нужном для съемке кадре. Счетчик механически связан с фильмовым каналом, при прокрутке которого указывает на количество отснятых кадров. Существуют камеры с моторным приводом, которые позволяют делать съемку через последовательно заданный промежуток времени, а также вести скоростную съемку до нескольких кадров в секунду.

Видоискатель.
Оптический объектив через которое фотограф видит в рамке будущий кадр. Зачастую имеет дополнительные метки для определения положения объекта и некоторые шкалы настройки светка и контрастности.

Объектив.
Объектив — мощный оптический прибор, состоящий из нескольких линз, позволяющий делать изображения на различном расстоянии со сменой фокусировки. Объективы для профессиональной фотосъемки помимо линз состоят еще из зеркал. Стандартный объектив имеет расстояние фокусаокругленно равное диагонали кадра, угол 45 градусов. Фокусное расстояние широкоугольного объектива меньшее диагонали кадра служит для съемки в небольшом пространстве, угол до 100 градусов. для удаленных и панорамных объектов применяется телескопический объектив у которого фокусное расстояние гораздо больше диагонали кадра.

Диафрагма.

Устройство регулирующее яркость оптической картинки объекта фотографирования по отношению к его яркости. Наибольшее распространение получила ирисовая диафрагма, у которой световое отверстие образуется несколькими серповидными лепестками в виде дуг, при съемке лепестки сходятся или расходятся, уменьшая или увеличивая диаметр светового отверстия.

Затвор

Затвор фотоаппарата приоткрывает шторки для попадания света на пленку, затем свет начинает действовать на пленку, вступая в химическую реакцию. От продолжительности приоткрытия затвора зависит экспозиция кадра. Так для ночной съемки ставится более длительная выдержка, для съемке на солнце или скоростной съемке максимально короткая.

Дальнометр.

Устройство с помощью которого фотограф определяет расстояние до объекта съемки. нередко дальномер бывает совмещен для удобства с видоискателем.

Кнопка спуска .

Запускает процесс фотосъемки длящийся не более секунды. В одно мгновение срабатывает затвор, раскрываются лепестки диафрагмы, свет попадает на химический состав фотопленки и кадр запечатлен. В старых пленочных фотоаппаратах кнопка спуска основана на механическом приводе, в более современных фотоаппаратах кнопка спуска, как и остальные движущиеся элементы камеры на электроприводе

Катушка фотплёнки
Катушка на которую крепится фотопленка внутри корпуса фотоаппарата.По окончании кадров на пленке в механических моделях пользователь перематывал фотопленку в обратном направлении в ручную, в более современных фотоаппаратах пленка перематывалась по окончании с помощью электромоторного привода, работающего от пальчиковых батареек.Фотовспышка.
Плохая освещенность объектов фотосъемки приводит к использованию фотоспышки. В профессиональной съемке к этому приходится прибегать только в неотлагательных случаях когда нет других приборов освещения экранов, ламп. Фотоспышка состоит из газорязрядной лампы в виде стеклянной трубки содержащей газ ксенон. При накапливании энергии вспышка заряжается, газ в стеклянной трубке ионизируется, затем мгновенно разряжается, создавая яркую вспышку при силе света свыше сотни тысяч свечей. При работе вспышки нередко отмечается эффект «красных глаз» у людей и животных. Это происходит потому, что при недостаточной освещенности помещения где проводится фотосъемка, глаза человека расширяются и при срабатывании вспышки зрачки не успевают сузиться, отражая слишком много света от глазного яблока. Для усранения эффекта «красных глаз» используется один из методов предварительного направления светового потока на глаза человека перед срабатыванием вспышки, что вызывает сужение зрачка и меньшим отражением от него света вспышки.

Принцип работы цифрового фотоаппарата на стадии прохождения света через линзу объектива тот же, что и у пленочного. Изображение преломляется через систему оптики, но сохраняется не на химическом элементе фотопленки аналоговым путем, а преобразуется в цифровую информацию на матрице от разрешающей способности которой и будет зависеть качество снимка. Затем перекодированное изображение в цифровом виде сохраняется на сменном носителе информации. Информацию в виде изображения можно редактировать, перезаписывать и отправлять на другие носители данных.

Корпус.

Корпус цифрового фотоаппарата имеет вид по аналогии с пленочным фотоаппаратом, но за счет отсутствия необходимости фильмового канала и места для катушки с пленкой, корпус современного цифрового фотоаппарата значительно тоньше обычного пленочного и имеет место для ЖК экрана, встроенного в корпус, либо выдвижного, и слоты для карт памяти.

Видоискатель. Меню. Настройки (ЖК экран) .

Жидкокристалический экран неотъемлимая часть цифрового фотоаппарата. Он имеет совмещенную функцию видоискателя, в котором можно приближать объект, видеть результат автофокусировки, выстраивать экспозицию по границам, а также использовать его в качестве экрана меню с настройками и опциями набора функций съемки.

Объектив.

В профессиональных цифровых фотоаппаратах объектив практически ничем не отличается от аналоговых фотокамер. Он также состоит из линз и набора зеркал и имеет те же механические функции. В любительских камерах объектив стал гораздо меньших форм и помимо оптического зума (приближение объекта) имеет встроенный цифровой зум, который способен многократно приблизить отдаленный объект.

Матрица сенсор.

Главный элемент цифровой фотокамеры небольшая пластина с проводниками которая формирует качество изображения, четкость которого и зависит от разрешающей способности матрицы.

Микропроцессор.

Отвечает за все функции работы цифровой камеры. Все рычаги управления камеры ведут к процессору в котором зашита программная оболочка (прошивка), которая отвечает за действия фотокамеры: работа видоискателя, автофокус, программные сцены съемки, настройки и функции, электрический привод выдвижного объектива, работа фотовспышки.

Стабилизатор изображений.

При покачивании камеры во время нажатия на спусковой завтор или при съемке с движущейся поверхности, например, с качающегося на волнах катера, изображение может получится размытое. Оптический стабилизатор практически не ухудшает качество полученной картинки за счет дополнительной оптики, которая компенсирует отклонения изображения при покачивании, оставляя изображение неподвижным перед матрицей. Схема работы цифрового стабилизатора изображения фотоаппарата при дрожании картинки заключается в условных поправках, вносимых при расчете картинки процессором, задействовав дополнительную треть пикселей на матрице, учавствующих только в коррекции изображения.

Носители информации .

Полученное изображение сохраняется в памяти фотоаппарата в виде информации на внутренней, либо внешней памяти. Фотоаппараты имеют разъемы для карт памяти SD, MMC, CF, XD-Picture и др., а также разъемы для подключения к другим источникам храненияинформации компьютеру, HDD сменным носителям и т.п.

Цифровая фототехника сильно поменяла представления в истории фотографии о том какое должно быть художественное фото. Если в прежние времена фотографу приходилось идти на различные ухищрения, чтобы получить интересный цвет или необычный фокус для определения жанра фотографии, то теперь есть целый набор примочек, включенных в программное обеспечение цифровой фотокамеры, коррекция размеров изображения, изменение цвета, создание рамки вокруг фото. Также любую отснятую цифровую фотографию можно подвергнуть редактированию в известных фоторедакторах на компьютере и легко установить в цифровую фоторамку, которые следом за пошаговым наступлением цифровых технологий становятся все более популярными для украшения интерьера чем-то новым и необычным.

Статьи‎ > ‎История Фотографии‎

3.6.9 Фотоаппарат как оптический прибор. Глаз как оптическая система

Видеоурок 1: Фотоаппарат — Физика в опытах и экспериментах

Видеоурок 2: Модель оптической системы глаза

Лекция: Фотоаппарат как оптический прибор. Глаз как оптическая система

Вам не показалось, это не урок биологии, но мы действительно принялись за рассмотрение строения и работы глаза. С точки зрения физики, глаз — это совершенный и удивительный оптический прибор.

Строение глаза

Мы не будем сильно углубляться в строение глаза, рассмотрим основные его части.

Итак, представим, что глаз смотрит на некоторого человека. Лучи от него попадают на защитную часть глаза, называемую роговицей. 

Роговица — это сферическое прозрачное тело, а, значит, она преломляет лучи, попавшие на нее.

Далее лучи попадают на хрусталик. Он выступает в роли двояковыпуклой линзы. После хрусталика лучи собираются в одну точку. Как известно двояковыпуклая линза — это собирающая линза.

В зависимости от того, на каком расстоянии находится предмет, хрусталик меняет радиусы кривизны, что улучшает фокусировку. Процесс, при котором хрусталик непроизвольно подстраивается к расстоянию предмета, называется аккомодация. Данный процесс происходит, когда мы смотри на приближающийся или отдаляющийся предмет.

Перевернутое и уменьшенное изображение попадает на сетчатку, где нервные окончания сканируют его, переворачивают и отправляют в мозг.

Проблемы со зрением

Как известно, существует две основных проблемы со зрением: дальнозоркость и близорукость. Обе болезни описываются исключительно с точки зрения физики, а объясняются свойствами и толщиной линзы (хрусталика).

Если лучи от предмета соединяются перед сетчаткой, то человек страдает на близорукость.

Исправить данную проблему можно с помощью рассеивающей линзы, то есть именно поэтому больным выписывают очки.

Дальнозоркость — при такой болезни лучи соединяются после сетчатки, то есть фокус находится за пределами глаза.

Для исправления такого зрения используют очки с собирающими линзами.

Кроме природного оптического прибора существуют и искусственные: микроскопы, телескопы, очки, камеры и прочие предметы. Все они имеют аналогичное строение. Для улучшения или увеличения изображения используется система из линз (в микроскопе, телескопе).

Фотоаппарат

Искусственным оптическим прибором можно назвать фотоаппарат. Рассматривать строение современных фотоаппаратов — достаточно сложно. Поэтому в школьном курсе физики рассмотрим самую простую модель, один из первых фотоаппаратов.

Основным оптическим преобразователем, который способен зафиксировать большой объект на пленке, является объектив. Объектив состоит из одной или более линз, которые позволяют фиксировать изображение. Объектив имеет возможность изменять положение линз относительно друг друга, чтобы фокусировать изображение, то есть делать его четким. Все мы знаем, как выглядит сфокусированное изображение — оно четкое, полностью описывает все детали предмета. Если же линзы в объективе не сфокусированы, то изображение получается нечетким и размытым. Аналогичным образом видит человек, обладающим плохим зрением, поскольку изображение не попадает в фокус.

Чтобы получить изображение от отражения света для начала необходимо открыть затвор — только в данном случае пленка будет освещаться в момент фотографирования. Чтобы обеспечить необходимый поток света, его регулируют с помощью диафрагмы.

В результате преломления лучей на линзах объектива, на пленке можно получить перевернутое, действительное и уменьшенное изображение.

На пленке невозможно получить изображение до тех пор, пока её не опустят в проявитель. После этого все места, куда попадал свет, становятся темными, а где света было меньше — светлыми. Такое изображение называется негативом.

После того, как негатив просветили, его опускают в закрепитель. Чтобы получить изображение на бумаге, негатив прикладывают к светочувствительной бумаге.

Фотоаппарат реферат по физике — Docsity

Рижская вечерняя гимназия ученица 12 $ класса Снежана Бехена ФОТОАППАРАГ (реферат по физике) 2002 год, Соержание 1 Фотоаппарат. 2 1.1 Фотокамера 2 1.2 Объектив 2 1.2.1 Фокусное расстояние. 3 1.2.2 Относительное отверстие объектива. 4 1.2.3 Разрешающая сила. 4 1.2.4 Диафрагма. 4 1.2.5 Фокусировка объектива. 5 1.2.6 Видоискатель. 9 1.3 Затвор 10 1.4 Экспонометры и экспонометрические устронства 11 1.5 Механизм протяжки фотопленки 12 1.6 Синхроконтакт 12 1.6.1 Автоспуск. 12 1.7 Фотоматериалы. 13 2 Используемая литература 14 0 0 1 Fуменьшаю щих коэффициент отражения света, т. е. 0 0 1 Fувели чивающих прозрачность объектива (бывают однослойные покрытия, но чаще многослойна). Такие объективы называются просветлёнными. Основными параметрами (характеристиками) объектива являются: фокусное расстояние, угловое поле 0 0 1 Fизображения, относительное отверстие и раз решающая сила. 1.2.1..Фокусное расстояние. Фокусное расстояние (f’) определяет размер даваемого объективом изображения, т. е. его масштаб или линейное увеличение. Чем больше фокусное расстояние, тем 0 4 3 1 0 4 3 E 0 4 3 B 0 4 4 C 0 4 4 8 0 4 3 5 0 4 3 C 0 4 3 0 0 4 4 1 0 4 4 8 0 4 4 2 0 4 3 0 0 4 3 1 0 4 3 F 0 4 3 E 0 4 3 B 0 4 4 3 чаемого 0 0 1 Fизображения при одном и том же расстоя нии до фотографируемого предмета. Большинствo фотообъективов 0 0 1 Fимеет постоянное фокусное рас стояние, величина которого указывается па их оправе. Некоторые фотоаппараты имеют объективы с переменным фокусным расстоянием, которое можно плавно изменять в определённых пределах. Фотообъективы, у которых фокусное расстояние примерно равно диагонали кадровой 0 0 1 Fрамки фото аппарата (1k), принято называть нормальными. Если f превышает 1k, то такие объективы 0 0 1 Fназы ваются длиннофокусными; некоторые 0 0 1 Fдлиннофо кусные объективы называют телеобъективами. Объективы, фокусное расстояние которых меньше lk, называются короткофокусными. 0 0 1 FУгловое поле объектива в прост ранстве 0 0 1 Fизображений. Любой объек тив образует оптическое изображение в пределах некоторого круглого по форме 0 0 1 Fучастка, называе мого полем изображения. Качество изображения ухудшается по мере удаления от центра поля, 0 0 1 Fт.е. от точки пересечения оптической оси объек тива с плоскостью изображения. Поэтому при 0 0 1 Fфото графировании используется не всё поле 0 0 1 Fизображе ния, а только его центральная зона, в пределах которой качество изображения является 0 0 1 Fудовле творительным. Угол, образованный лучами, 0 0 1 Fиду щими из центра выходного зрачка объектива к крайним точкам полезного поля изображения, называется угловым полем объектива. Кадровая рамка фотоаппарата должна располагаться внутри полезного поля изображения. 0 0 1 FОбъективы, угло вое поле которых находится в пределах от 45° до 60°, называются нормальными, с углом, 0 0 1 Fпревы шающим 60°,— широкоугольными. 1.2.2.. 0 01 FОтносительное отверстие объек тива. 0 0 1 FОтносительное отверстие объек тива — отношение 0 0 1 Fдиаметра его входного зрач ка к фокусному расстоянию, записывается в виде 1:К, где К — диафрагменное число, 0 0 1 Fпоказываю щее, во сколько раз фокусное расстояние 0 0 1 Fобъекти ва больше диаметра его входного зрачка. Это 0 0 1 Fчис ло, называемое диафрагменным числом, наносится на шкалу диафрагм объектива. Чем 0 01 Fбольше вели чина относительного отверстия, тем выше 0 01 Fосвещён ность оптического изображения, даваемого 0 01 Fобъек тивом, т. е. тем больше светосила объектива. 1.2.3.. Разрешающая сила. Разрешающая сила (способность) Л’ выражается 0 0 1 Fмаксимальным числом ли ний (штрихов), приходящихся на 1 мм в оптическом изображении специальной 0 0 1 Fиспытательной таб лицы (миры). Чем выше разрешающая способность объектива, тем большее число мелких деталей 0 0 1 Fизоб ражается объективом раздельно. 1.2.4.. 0 01 FДиафраг ма. 0 0 1 FВсе съёмочные объективы имеют диафраг му — механическое устройство, служащее для изменения их 0 0 1 Fотносительного отверстия. Диафраг ма помещается обычно между линзами объектива и содержит 0 0 1 Fнесколько серповидных лепестков, ко торые образуют, перекрывая друг друга, примерно круглое отверстие. Диаметр отверстия изменяется в соответствии с 0 0 1 Fустановленным по шкале значе нием диафрагмы К. 0 0 1 FЛепестки соединены с поворот ным кольцом, 0 0 1 Fсмонтированным на оправе объек тива. На кольце имеется индекс, смещающийся при повороте кольца 0 0 1 Fотносительно шкалы, деле ния которой рассчитаны так, что при повороте кольца на одно деление освещённость оптического изображения, образуемого 0 0 1 Fобъективом, изменяет ся в два раза. Процесс изменения относительного отверстия объектива 0 0 1 Fназывается диафрагмиро ванном. При уменьшении 0 0 1 Fотносительного отверс тия (увеличении К) наряду с 0 0 1 Fпонижением освещён ности оптического изображения увеличивается глубина резко изображаемого пространства. Объективы, предназначенные для зеркальных фотоаппаратов, стали делать с так называемой «прыгающей» диафрагмой. У таких объективов значение диафрагмы устанавливается заранее, но световое отверстие объектива остаётся при этом полностью открытым. Это 0 0 1 Fпозволяет фо кусировать объектив и устанавливать границы изображения снимаемых предметов при полностью открытой диафрагме, т. е. при наибольшей его освещённости. При нажатии на спусковую кнопку затвора фотоаппарата непосредственно перед его срабатыванием механизм прыгающей диафрагмы изменяет световое 0 0 1 Fотверстие (обычно скачкообраз но под действием ранее взведённой пружины), после чего срабатывает фотозатвор 0 0 1 Fи затем диаф рагма снова полностью открывается (немедленно или в процессе перемотки фотоплёнки и взвода затвора). 1.2.5..Фокусировка объектива. 0 0 1 FФокусировка объектива — переме щение 0 0 1 Fоптического блока (или его части) объекти ва вдоль 0 0 1 Fоптической оси с целью совмещения опти ческого 0 0 1 Fизображения снимаемого предмета с плос костью 0 0 1 Fсветочувствительного слоя фотоматериа ла — может 0 0 1 Fвыполняться несколькими способа ми. Наиболее проста 0 0 1 Fфокусировка по шкале рас стояний, наносимой на доискатель. В, состоящий н.ч объектива 3 0 01 F и оку ляра 4, непосредственно через отперстие в зеркало 3 и с помощью 0 0 1 Fвспомогательной системы, включаю щей зеркало 7 и объектив 2. Зеркало 7 смещено относительно оптической оси видоискателя на некоторое расстояние, называемой базой монокулярного дальномера. Так как световые лучи, идущие от предмета 1 через основную и вспомогательную ветви дальномера, составляют между собой некоторый угол 8, то через окуляр дальномера наблюдаются два 0 0 1 Fсмещённых изобра жения (как это показано на рисунке внизу справа). В процессе фокусировки съёмочного объектива 6, то есть при его перемещении вдоль оптической оси, при помощи устройства, называемого 0 0 1 Fопти ческим компенсатором (на рисунке он не показан), фотограф добивается такого положения, когда два. изображения, видимые в поле 0 01 Fзрения, совмес тятся в одно. 1.2.6..Видоискатель. Видоискатель предназначен для наблюдения фотографируемых объектов с целью выбора точки съёмки, обеспечивающей желаемое расположение изображений объектов в пределах ноля кадра (желаемое композиционное построение кадра). Часто видоискатель совмещён с устройством для фокусировки объектива. 0 0 1 FЕсли оптическая ось видоискателя (линия ви зирования) смещена относительно оптической оси съёмочного объектива, то такие видоискатели называются 0 0 1 Fпараллаксными. Через такой видо искатель видна лишь часть того пространства, которое изображается объективом в пределах кадровой рамки. Этот недостаток наиболее сильно проявляется при съёмке близко расположенных 0 0 1 Fобъектов. К параллаксным видоискателям отно сятся все приставные визирные устрой В шторном затворе две 0 0 1 Fме таллические или матерчатые шторки, расположенные непосредственно перед кадровым окном аппарата, 0 0 1 Fперемеща ются вдоль плоскости кадра. При 0 0 1 F 0 0 1 Fсра батывании затвора шторки перемеща ются вдоль или поперёк кадрового окна одна за другой; ширина 0 0 1 Fобразовавшей ся между шторками щели может 0 0 1 F 0 0 1 Fрегу лироваться. Чем больше скорость дви жения шторок и чем меньше ширина ства и видошжатели дальномерных 0 0 1 Fфотоаппаратов. Указанного выше недо статка лишены так 0 0 1 Fназываемые зеркаль ные видоискатели однообъекгивных 0 0 1 Fфо тоаппаратов (см. рис. 1). C помощью зеркала 2 оптическая ось видоискателя совмещается с оптической 0 0 1 Fосью съёмоч ного объектива 1, что обеспечивает беспараллаксное наблюдение оптического изображения 0 0 1 Fфотографируемого объек та. Линза 5 имеет 0 0 1 Fпрямоугольную фор му, размеры её сторон близки или равны размерам кадровой рамки 3. Для того чтобы 0 0 1 Fнаблюдаемое изображе ние объекта было прямым (то есть 0 0 1 Fв та ком положении, в каком находится сам объект съёмки), верхняя грань пента-призмы 6 делается в виде крыши, что показано на рисунке сплошной линией (такая пентапризма называется крыше-образной). В процессе 0 0 1 Fсборки фотоап парата добиваются того, чтобы 0 0 1 Fрасстоя ния /I и It были равны между собой (разница не должна превышать 0,02— 0,03 мм). 1.3. Затвор 0 0 1 FСлужит для того, чтобы про пускать световые лучи, идущие от объекта съёмки к светочувствительному слою в 0 0 1 Fтечение определённого, зара нее выбранного промежутка 0 0 1 Fвремени, называемого выдержкой. Различают за творы центральные и шторные. 0 0 1 FЦентральный затвор с по мощью тонких лепестков 0 0 1 Fоткрывает све товое отверстие объектива от его центра к краям, а закрывает его наоборот — от краёв к центру. 0 0 1 FМонтируется он обыч но между линзами объектива, рядом с диафрагмой. 0 0 1 FВ шторном затворе две ме таллические или матерчатые шторки, расположенные непосредственно 0 0 1 Fперед кадровым окном аппарата, перемеща ются вдоль 0 0 1 Fплоскости кадра. При сра батывании затвора шторки 0 0 1 Fперемеща ются вдоль или поперёк кадрового окна одна за 0 0 1 Fдругой; ширина образовавшей ся между шторками щели 0 0 1 F 0 0 1 Fможет регу лироваться. Чем больше скорость дви жения шторок и чем меньше ширина щели. тем меньше выдержка. Таким образом, если в центральном затворе 0 0 1 Fсветовые лучи одновре менно поступают ко всем точкам 0 0 1 Fкадра, то в штор ном затворе светочувствительный слой 0 0 1 Fэкспони руется последовательно, участок за участком, то есть различные участки светочувствительного слоя 0 0 1 Fэкспонируются в разное время. Если скорос ти обеих шторок неодинаковы, то это приводит к неравномерности 0 0 1 Fвыдержки, с которой экспо нируются различные участки кадра, что снижает качество получаемого фотоснимка. В некоторых фотоаппаратах используется веерный затвор. который является разновидностью шторного запора. Для автоматизации процесса обработки различных по 0 0 1 Fпродолжительности вы держек затворы фотоаппаратов оснащают либо механическими peryляторами выдержки

Фотоаппарат. Глаз и зрение. Очки

На прошлых уроках мы с вами познакомились с линзами и узнали, что это прозрачные тела, ограниченные криволинейными поверхностями, которые служат для управления световыми пучками. А также мы с вами научились строить изображения предметов в тонких линзах.

Давайте вернёмся к обсуждению уменьшенного действительного изображения, которое даёт собирающая линза, когда предмет находится далеко за двойным фокусом.

Как мы выяснили на прошлом уроке, изображение предмета в этом случае находится между фокусом и двойным фокусом собирающей линзы. Также ясно, что, чем дальше от линзы находится предмет, тем меньше его изображение и тем ближе оно будет находится к фокусу.

Именно вариант получения уменьшенного изображения предмета почти в фокальной плоскости линзы и находит своё практическое использование в фотоаппарате.

Фотография была изобретена в 30-ых г. г. XIX в. и прошла долгий путь своего развития. Современная фотография, ставшая малоформатной, моментальной, цветной и стереоскопической, нашла широчайшее применение во всех областях жизни. Велика её роль в исследовании природы: фотография позволяет регистрировать различные объекты (от микроскопических до космических), невидимые излучения и т. д.

Впервые фотографический метод получения и регистрации изображения с использованием линзы был открыт венгерским оптиком Йозефом Пецвалем в т1840 г.

Внешний вид одного из фотоаппаратов представлен на рисунке.

Он представляет собой непрозрачную камеру, в которую встроена система линз, называемая объективом. Он создаёт вблизи задней стенки камеры действительное перевёрнутое изображение фотографируемого предмета. В том месте, где получается изображение, помещают фотопластинку или фотоплёнку, покрытую слоем светочувствительного вещества, — фотоэмульсией.

Так как фотографируемый предмет может находиться на разных расстояниях от фотоаппарата, то расстояние между объективом и плёнкой также нужно изменять. Это изменение осуществляют обычно перемещением объектива с помощью винтовой резьбы.

Световая энергия, попадающая на светочувствительный слой, дозируется фотографическим затвором, который открывает доступ свету лишь на определённое время — время экспозиции. Освещённость плёнки можно изменять. Для этого объектив имеет диафрагму, которая позволяет изменять размеры входного отверстия объектива.

Конечно, в настоящее время плёночные фотоаппараты увидеть гораздо сложнее, чем раньше, так как на их смену пришли цифровые фотоаппараты.

В них светочувствительным слоем являются матрицы, состоящие из пикселей. Сигнал с пикселей обрабатывается и хранится на флэш-накопителе в цифровом виде.

Иногда живым фотоаппаратом называют глаз человека. Разберёмся почему уместно такое сравнение, т. е. выясним, что такое глаз человека.

Глаз — это орган зрительной системы животных, обладающий способностью воспринимать свет и обеспечивающий функцию зрения.

Глаз человека имеет почти шарообразную форму. Его диаметр около 2,5 см. Снаружи он покрыт защитной оболочкой белого цвета — склерой, которая сформирована из плотных соединительных волокон. Склера защищает глаз и обеспечивает его жёсткость.

В передней части глаза склера переходит в прозрачную роговицу. Роговица — это оптически наиболее плотная среда глаза, она пропускает свет в глаз.

С внутренней стороны к склере прилегает сосудистая оболочка, состоящая из сложного сплетения кровеносных сосудов, питающих глаз. Эта вторая оболочка в передней части глаза переходит в радужную оболочку, окрашенную у разных людей в различный цвет.

В центре радужной оболочки находится зрачок. Зрачок, сужаясь или расширяясь, дозирует количество световой энергии, попадающей в глаз. На свету зрачок сужается, защищая глаз от сильного светового воздействия, в темноте — расширяется, позволяя улавливать очень слабые световые пучки. Этот процесс подобен изменению диафрагмы фотоаппарата.

За радужной оболочкой находится прозрачное эластичное тело — хрусталик, напоминающий по форме двояковыпуклую линзу. Усилиями специальных мышц хрусталик может увеличивать или уменьшать свою кривизну. Это увеличивает или уменьшает оптическую силу глаза.

Полость между роговицей и хрусталиком заполнена прозрачной жидкостью. А за хрусталиком почти вся область глаза заполнена стекловидным телом — это такая студенистая и бесцветная масса.

Роговица, прозрачная жидкость, хрусталик и стекловидное тело — все вместе составляют оптическую систему глаза.

Внутренняя оболочка глаза — это сетчатка. Она содержит слой зрительных клеток — палочек и колбочек. Именно здесь и идёт преобразование световой энергии, попавшей в глаз от предмета, в нервный импульс, который передаётся в головной мозг, где и формируется зрительный образ.

Чтобы чётко видеть предмет, необходимо, чтобы оптическая система глаза (как линза) сфокусировала лучи, идущие от предмета, на сетчатке.

Изображение предмета на сетчатке получается перевёрнутым. Мы же его воспринимаем прямым. Это происходит потому, что предметы воспринимаются не только глазом, но и другими органами чувств. Процесс зрения корректируется мозгом, и мы видим предметы в тех положениях, в каких они находятся в действительности.

А как «работает» оптическая система глаза? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно помнить, что отчётливое изображение предмета получается только тогда, когда преломлённые лучи сходятся на сетчатке глаза.

Опыт показывает, что глаз не может одновременно чётко видеть предметы, находящиеся от глаза на разных расстояниях. Если смотреть, например, на дерево, стоящее на некотором расстоянии от глаза, так, чтобы видеть его резко, то все удалённые предметы расплываются. И наоборот, если резко видны удалённые предметы, то становится нечётким изображение дерева. Это можно понять, если вспомнить, что когда изменяется расстояние от предмета до линзы, то изменяется и расстояние от линзы до изображения.

Но расстояние от оптического центра глаза до сетчатки в глазу человека меняться не может. Поэтому механизм «наводки на резкость» у него иной. Хрусталик весьма эластичен; под действием специальных мышц хрусталик меняет свою кривизну, а, следовательно, и фокусное расстояние так, чтобы резкое изображение рассматриваемого предмета всегда оказывалось на сетчатке. Этот процесс происходит совершенно бессознательно и настолько быстро, что при переводе взгляда с предмета на предмет мы не замечаем времени изменения кривизны хрусталика.

Приспособление глаза к изменению расстояния до предмета называют аккомодацией глаза.

Однако увеличение кривизны хрусталика имеет предел. Нормальный глаз взрослого человека может длительно без особого напряжения рассматривать предметы, расположенные от него не ближе 25 см. У детей оно около 10 см. Если предмет располагается ближе, то для его резкого видения нужно чрезмерно увеличивать кривизну хрусталика, глаз утомляется, и появляются болезненные ощущения. Расстояние от глаза до предмета, равное 25 см, называется расстоянием наилучшего зрения.

Обычно люди рождаются с нормальным зрением. Однако со временем зрение у многих из них ухудшается. Известны два основных недостатка зрения: близорукость и дальнозоркость.

Близорукий человек достаточно хорошо видит близко расположенные предметы и неотчётливо — удалённые. Дальнозоркий человек наоборот хорошо видит удалённые предметы и плохо — близко расположенные.

Близорукость обусловлена тем, что сетчатка удалена от хрусталика на расстояние большее, чем при нормальном зрении.

У близоруких людей отчётливое изображение удалённого предмета получается перед сетчаткой. Для того чтобы это изображение получилось на сетчатке, необходимо изменить ход лучей света с помощью линзы. Для устранения близорукости используют очки с рассеивающими линзами.

Пучок параллельных лучей, пройдя сквозь такую линзу, становится расходящимся. А хрусталик соберёт этот расходящийся пучок на сетчатке.

Причина дальнозоркости заключается в том, что ослабевают глазные мышцы и уменьшается способность глаза к аккомодации. В этом случае отчётливое изображение близких предметов получается за сетчаткой.

Чтобы исправить дальнозоркость, нужно сильнее преломить лучи. С этой целью используют очки с собирающими линзами.

На хрусталик падает пучок сходящихся лучей, который он преломляет так, что изображение получается на сетчатке. Таким образом, близорукость и дальнозоркость устраняют с помощью очков.

Помните, чтобы глаз как самое открытое окно в мир прослужил долго, необходимо его беречь, то есть создавать условия для его ненапряженной работы. Поэтому каждый должен знать, что нужно делать для того, чтобы как можно дольше сохранить нормальное зрение. Правила гигиены зрения следующие:

— читайте и пишите только при хорошем освещении;

— сидите так, чтобы свет падал на книгу или тетрадь слева от вас;

— держите книгу или тетрадь от себя на расстоянии наилучшего зрения;

— не читайте лёжа;

— не читайте в транспорте;

— избегайте чтения при ярком свете, особенно при прямом солнечном свете.

Помните об этом, и берегите зрение смолоду.

Физика стенопа: удивительные факты о фотоаппарате из мусора

Если раз в год и палка стреляет, то и пустая коробка может превратиться в фотоаппарат. И это вовсе не метафора. Причем, не важен размер: подойдет все от пустого спичечного коробка до коробки из-под холодильника. Перед вами очередное доказательство того, насколько физика может быть простой, изящной и выразительной. «Популярная механика» отобрала самое интересное о необычном аппарате, созданном из мусора и науки.

Стеноп сегодня все чаще называют пинхолом, но есть и другое название — лох-камера. Нет, это не то, о чем вы подумали, в переводе с немецкого Loch означает «отверстие». В его основе принцип камеры-обскуры. Все чертовски просто: это светонепроницаемый ящик с небольшим отверстием в одной из стенок и экраном (матовым стеклом, тонкой белой бумагой или фотопленкой) на противоположной стене. Лучи света, отраженные от объектов, проходя сквозь отверстие, создают перевернутое изображение на экране. Обскурой может быть что угодно — от спичечного коробка до целого здания. С латинского camera obscura так и переводится — «темная комната».

Да-да, это тоже камера-обскура. Размещена в помещении водонапорной башни в городе Мюльхайм-на-Руре, Германия, сооруженной в 1904 году на территории железнодорожного ремонтного предприятия. Все оборудование было поставлено немецкой компанией Carl Zeiss AG. Стоимость проекта 250 000 евро

При своей простоте стеноп имеет ряд нюансов. Прежде всего, само отверстие — для карманных устройств оно может варьироваться в пределах от 0,2 до 1 миллиметра. Все дело в том, что если отверстие будет меньше, то эффект дифракции (переотражение световых лучей от стенок отверстия) приведет к потере резкости изображения. Слишком большое отверстие пересветит фотоэлемент. Оптимальный диаметр отверстия вычисляется по формуле Джона Уильяма Стретта, больше известного как лорд Рэйли:

D = K * √F * λ

Где D — диаметр отверстия, K — коэффициент = 1,9, F — расстояние от фотоматериала до отверстия, λ — длина волны света (0,00055).

Классический пинхол: картон, пара резинок, немного клея, фольги и черной изоленты

Как такового фокусного расстояния у стенопа нет: как не приближай (отдаляй) фотоматериал, на нем все равно будет формироваться резкое изображение. Меняется только угол зрения: чем ближе отверстие к светочувствительному элементу, тем шире угол. Причем, если диаметр отверстия и расстояние до него подобраны правильно, то глубина резкости будет безграничной. При этом важное отличие стенопа от классического фотоаппарата в ортоскопичности изображения: даже на максимально возможных широких углах изображение начисто лишено искажений. То есть, прямые линии остаются прямыми, форма и пропорции сохраняются в точности. Дисторсия также стремится к нулю — коэффициент линейного увеличения не изменяется по мере удаления отображаемых предметов от оптической оси.

Схематичный принцип построения изображения в камере-обскуре

Стеноп можно сделать самому. Малое отверстие, выполняющее роль объектива, обычно совершенно антинаучно прокалывается швейной иглой в фольге или тонкой алюминиевой (латунной) пластине, чтобы избежать эффекта дифракции. Затем пластина закрепляется изнутри коробки, перекрывая отверстие большего диаметра. В качестве затвора может использоваться обычный кусок картона. На противоположной стороне фиксируется фотопленка. Стеноп можно сделать из любого фотоаппарата со сменной оптикой, хоть цифрового, хоть пленочного. Сверлим в заглушке для «тушки» сначала большое отверстие, закрываем его фольгой, которую затем все также антинаучно и предельно аккуратно протыкаем иголкой. Вуаля!

Фабричный пленочный стеноп. Обратите внимание на значение диафрагмы

Стеноп не терпит спешки. При столь малом отверстии освещенность фотоматериала крайне низкая, а в переводе на привычные параметры диафрагменное число исчисляется не единицами и даже не десятками, а сотнями. При столь зажатой «дырке» выдержка даже в солнечный день и при значении светочувствительности 100 ISO равна нескольким секундам, чего уж говорить про более темные условия, когда выдержка равна уже нескольким часам.

Пинхол-фото отличает особая атмосфера

Стеноп также может использоваться для съемки двойных изображений, если в передней стенке сделать несколько отверстий, или для получения фотографий с цилиндрическими или сферическими перспективными искажениями, если изогнуть плоскость с фотоматериалом. Словом, у незатейливого на вид устройства безграничные художественные возможности. А ведь по сути банальный мусор: картонная коробка с дыркой.

Программа вступительных испытаний по физике

Настоящая программа составлена на основе ныне действующих учебных программ для школ и классов с углубленным изучением физики.

При подготовке к экзамену основное внимание следует уделить выявлению сущности физических законов и явлений, умению истолковывать физический смысл величин и понятий, а также умению применять теоретический материал к решению задач. Необходимо уметь пользоваться при вычислениях системой СИ и знать внесистемные единицы, указанные в программе.

Глубина ответов на пункты программы определяется содержанием опубликованных учебников для школ и классов с углубленным изучением физики, указанных в конце настоящей программы.

I. Механика

I.1. Кинематика

Механическое движение. Относительность механического движения. Материальная точка. Система отсчета. Траектория. Вектор перемещения и его проекции. Путь.

Скорость. Сложение скоростей.

Ускорение. Сложение ускорений.

Прямолинейное равномерное и равнопеременное движение. Зависимости скорости, координат и пути от времени.

Криволинейное движение. Движение по окружности. Угловая скорость. Период и частота обращения. Ускорение тела при движении по окружности. Тангенциальное и нормальное ускорения.

Свободное падение тел. Ускорение свободно падающего тела. Движение тела, брошенного под углом к горизонту. Дальность и высота полета.

Поступательное и вращательное движение твердого тела.

I.2. Динамика

Взаимодействие тел. Первый закон Ньютона. Понятие об инерциальных и неинерциальных системах отсчета. Принцип относительности Галилея.

Сила. Силы в механике. Сложение сил, действующих на материальную точку.

Инертность тел. Масса. Плотность.

Второй закон Ньютона. Единицы измерения силы и~массы.

Третий закон Ньютона.

Закон всемирного тяготения. Гравитационная постоянная. Сила тяжести. Зависимость силы тяжести от высоты.

Силы упругости. Понятие о деформациях. Закон Гука. Модуль Юнга.

Силы трения. Сухое трение: трение покоя и трение скольжения. Коэффициент трения. Вязкое трение.

Применение законов Ньютона к поступательному движению тел. Вес тела. Невесомость. Перегрузки.

Применение законов Ньютона к движению материальной точки по окружности. Движение искусственных спутников. Первая космическая скорость.

I.3. Законы сохранения в механике

Импульс (количество движения) материальной точки. Импульс силы. Связь между приращением импульса материальной точки и импульсом силы. Импульс системы материальных точек. Центр масс. Закон сохранения импульса. Реактивное движение.

Механическая работа. Мощность. Энергия. Единицы измерения работы и мощности.

Кинетическая энергия материальной точки и системы материальных точек. Связь между приращением кинетической энергии тела и работой приложенных к телу сил.

Потенциальная энергия. Потенциальная энергия тел вблизи поверхности Земли. Потенциальная энергия упруго деформированного тела.

Закон сохранения механической энергии.

I.4. Статика твердого тела

Сложение сил, приложенных к твердому телу. Момент силы относительно оси вращения. Правило моментов.

Условия равновесия тела. Центр тяжести тела. Устойчивое, неустойчивое и безразличное равновесия тел.

I.5. Механика жидкостей и газов

Давление. Единицы измерения давления: паскаль, мм рт. ст.

Закон Паскаля. Гидравлический пресс. Давление жидкости на дно и стенки сосуда. Сообщающиеся сосуды.

Атмосферное давление. Опыт Торричелли. Изменение атмосферного давления с высотой.

Закон Архимеда. Плавание тел.

Движение жидкостей. Уравнение Бернулли.

I.6. Механические колебания и волны. Звук

Понятие о колебательном движении. Период и частота колебаний.

Гармонические колебания. Смещение, амплитуда и фаза при гармонических колебаниях.

Свободные колебания. Колебания груза на пружине. Математический маятник. Периоды их колебаний. Превращения энергии при гармонических колебаниях. Затухающие колебания.

Вынужденные колебания. Резонанс.

Понятие о волновых процессах. Поперечные и продольные волны. Длина волны. Скорость распространения волн. Фронт волны.Уравнение бегущей волны. Стоячие волны.

Интерференция волн. Принцип Гюйгенса. Дифракция волн.

Звуковые волны. Скорость звука. Громкость и высота звука.

II. Молекулярная физика и термодинамика

II.1. Основы молекулярно-кинетической теории

Основные положения молекулярно—кинетической теории и их опытное обоснование. Броуновское движение. Масса и размер молекул. Моль вещества. Постоянная Авогадро. Характер движения молекул в газах, жидкостях и твердых телах.

Тепловое равновесие. Температура и ее физический смысл. Шкала температур Цельсия.

Идеальный газ. Основное уравнение молекулярно—кинетической теории идеального газа. Средняя кинетическая энергия молекул и температура. Постоянная Больцмана. Абсолютная температурная шкала.

Уравнение Клапейрона—Менделеева (уравнение состояния идеального газа). Универсальная газовая постоянная. Изотермический, изохорный и изобарный процессы.

II.2. Элементы термодинамики

Термодинамическая система. Внутренняя энергия системы. Количества теплоты и работа как меры изменения внутренней энергии. Теплоемкость тела. Понятие об адиабатическом процессе. Первый закон термодинамики. Применение первого закона термодинамики к изотермическому, изохорному и изобарному процессам. Расчет работы газа с помощью pV-диаграмм. Теплоемкость одноатомного идеального газа при изохорном и изобарном процессах.

Необратимость процессов в природе. Второй закон термодинамики. Физические основы работы тепловых двигателей. КПД теплового двигателя и его максимальное значение.

II.3. Изменение агрегатного состояния вещества

Парообразование. Испарение, кипение. Удельная теплота парообразования. Насыщенный пар. Зависимость давления и плотности насыщенного пара от температуры. Зависимость температуры кипения от давления. Критическая температура.

Влажность. Относительная влажность.

Кристаллическое и аморфное состояние вещества. Удельная теплота плавления.

Уравнение теплового баланса.

II.4. Поверхностоное натяжение в жидкостях

Сила поверхностного натяжения. Явления смачивания и несмачивания. Давление под искривленной поверхностью жидкости. Капиллярные явления.

II.5. Тепловое расширение твердых тел и жидкостей

Тепловое линейное расширение. Тепловое объемное расширение. Особенности теплового расширения воды.

III. Электродинамика

III.1. Электростатика

Электрические заряды. Элементарный электрический заряд. Закон сохранения электрического заряда. Взаимодействие электрически заряженных тел. Электроскоп. Точечный заряд. Закон Кулона.

Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Линии напряженности электрического поля (силовые линии). Однородное электрическое поле. Напряженность электростатического поля точечного заряда. Принцип суперпозиции полей. Теорема Гаусса. Электростатическое поле равномерно заряженных плоскости, сферы и шара.

Работа сил электростатического поля. Потенциал и разность потенциалов. Связь разности потенциалов с напряженностью электростатического поля. Потенциал поля точечного заряда. Эквипотенциальные поверхности.

Проводники и диэлектрики в электростатическом поле. Диэлектрическая проницаемость вещества. Электроемкость. Конденсаторы. Поле плоского конденсатора. Электроемкость плоского конденсатора. Последовательное и параллельное соединение конденсаторов. Энергия заряженного конденсатора.

Энергия электрического поля

III.2. Постоянный ток

Электрический ток. Сила тока. Условия существования постоянного тока в цепи. Электродвижущая сила (ЭДС). Напряжение. Измерение силы тока и напряжения.

Закон Ома для участка цепи. Омическое сопротивление проводника. Удельное сопротивление. Зависимость удельного сопротивления от температуры. Сверхпроводимость. Последовательное и параллельное соединение проводников. Измерение сопротивления.

Закон Ома для полной цепи. Источники тока, их соединение. Правила Кирхгофа.

Работа и мощность тока. Закон Джоуля-Ленца.

Электрический ток в металлах.

Электрический ток в электролитах. Законы электролиза.

Электрический ток в вакууме. Термоэлектронная эмиссия. Электронная лампа — диод. Электронно-лучевая трубка.

Полупроводники. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Зависимость проводимости полупроводников от температуры. p-n-переход и его свойства. Полупроводниковый диод. Транзистор. Термистор и фоторезистор.

Электрический ток в газах. Самостоятельный и несамостоятельный разряды. Понятие о плазме.

III.3. Магнетизм

Магнитное поле. Действие магнитного поля на рамку с током. Индукция магнитного поля (магнитная индукция). Линии магнитной индукции. Картины линий индукции магнитного поля прямого тока и соленоида. Понятие о магнитном поле Земли.

Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле. Закон Ампера.

Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца.

Магнитные свойства вещества. Гипотеза Ампера. Ферромагнетики.

III.4. Электромагнитная индукция

Магнитный поток. Опыты Фарадея. Явление электромагнитной индукции. Вихревое электрическое поле. Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца.

Самоиндукция. Индуктивность. ЭДС самоиндукции.

Энергия магнитного поля.

III.5. Электромагнитные колебания и волны

Переменный электрический ток. Амплитудное и действующее (эффективное) значение периодически изменяющегося напряжения и тока.

Получение переменного тока с помощью индукционных генераторов. Трансформатор. Передача электрической энергии.

Колебательный контур. Свободные электромагнитные колебания в контуре. Превращения энергии в колебательном контуре. Уравнение, описывающее процессы в колебательном контуре, и его решение. Формула Томсона для периода колебаний. Затухающие электромагнитные колебания.

Вынужденные колебания в электрических цепях. Активное, емкостное и индуктивное сопротивления в цепи гармонического тока. Резонанс в электрических цепях.

Открытый колебательный контур. Опыты Герца. Электромагнитные волны. Их свойства. Шкала электромагнитных волн. Излучение и прием электромагнитных волн. Принципы радиосвязи.

IV. Оптика

IV.1. Геометрическая оптика

Развитие взглядов на природу света. Закон прямолинейного распространения света. Понятие луча.

Интенсивность (плотность потока) излучения. Световой поток. Освещенность.

Законы отражения света. Плоское зеркало. Сферическое зеркало. Построение изображений в плоском и сферическом зеркалах.

Законы преломления света. Абсолютный и относительный показатели преломления. Ход лучей в призме. Явление полного (внутреннего) отражения.

Тонкие линзы. Фокусное расстояние и оптическая сила линзы.

Построение изображения в собирающих и рассеивающих линзах. Формула линзы. Увеличение, даваемое линзами.

Оптические приборы: лупа, фотоаппарат, проекционный аппарат, микроскоп. Ход лучей в этих приборах. Глаз.

IV.2. Элементы физической оптики

Волновые свойства света. Поляризация света. Электромагнитная природа света.

Скорость света в однородной среде. Дисперсия света. Спектроскоп. Инфракрасное и ультрафиолетовое излучения.

Интерференция света. Когерентные источники. Условия образования максимумов и минимумов в интерференционной картине.

Дифракция света. Опыт Юнга. Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракционная решетка.

Корпускулярные свойства света. Постоянная Планка. Фотоэффект. Законы фотоэффекта. Фотон. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта.

Давление света. Опыты Лебедева по измерению давления света.

Постулаты теории относительности (постулаты Эйнштейна). Связь между массой и энергией.

V. Атом и атомное ядро

Опыты Резерфорда по рассеянию α-частиц. Планетарная модель атома. Квантовые постулаты Бора. Испускание и поглощение энергии атомом. Непрерывный и линейчатый спектры. Спектральный анализ.

Экспериментальные методы регистрации заряженных частиц: камера Вильсона, счетчик Гейгера, пузырьковая камера, фотоэмульсионный метод.

Состав ядра атома. Изотопы. Энергия связи атомных ядер. Понятие о ядерных реакциях. Радиоактивность. Виды радиоактивных излучений и их свойства. Цепные ядерные реакции. Термоядерная реакция.

Биологическое действие радиоактивных излучений. Защита от радиации.

Основная литература

1. Физика: Механика. 10 кл.: Учебник для углубленного изучения физики /Под ред. Г.Я.Мякишева. — М.: Дрофа, 2001.
2. Мякишев Г.Я., Синяков А.З. Физика: Молекулярная физика. Термодинамика. 10 кл.: Учебник для углубленного изучения физики. — М.: Дрофа, 2001.
3. Мякишев Г.Я., Синяков А.З., Слободсков Б.А. Физика: Электродинамика. 10-11 кл.: Учебник для углубленного изучения физики. — М.: Дрофа, 2001.
4. Мякишев Г.Я., Синяков А.З. Физика: Колебания и волны. 11 кл.: Учебник для углубленного изучения физики. — М.: Дрофа, 2001.
5. Мякишев Г.Я., Синяков А.З. Физика: Оптика. Квантовая физика. 11 кл.: Учебник для углубленного изучения физики. — М.: Дрофа, 2001.
6. Буховцев Б.Б., Кривченков В.Д., Мякишев Г.Я., Сараева И.М. Задачи по элементарной физике. — М.: Физматлит, 2000 и предшествующие издания.
7. Бендриков Г.А., Буховцев Б.Б., Керженцев В.Г., Мякишев Г.Я. Физика. Для поступающих в вузы: Учебн. пособие. Для подготов. отделений вузов. — М.: Физматлит, 2000 и предшествующие издания.

Дополнительная литература

1. Элементарный учебник физики / под ред. Г.С.Ландсберга. В 3-х кн. — М.: Физматлит, 2000 и предшествующие издания.
2. Яворский Б.М., Селезнев Ю.Д. Физика. Справочное пособие. Для поступающих в вузы. — М.: Физматлит, 2000 и предшествующие издания.
3. Физика. Учебники для 10 и 11 классов школ и классов с углубленным изучением физики /под ред. А.А.Пинского. — М.: Просвещение, 2000 и предшествующие издания.
4. Бутиков Е.И., Кондратьев А.С. Физика. В 3-х кн. М.: Физматлит, 2001.
5. Павленко Ю.Г. Физика 10-11. Учебное пособие для школьников, абитуриентов и студентов. Издание третье. — М.: Физматлит, 2006.
6. Сборник задач по физике / под ред. С.М.Козела — М.: Просвещение, 2000 и предшествующие издания.
7. Гольдфарб Н.И. Физика. Задачник. 9-11 кл.: Пособие для общеобразоват. учеб. заведений. — М.: Дрофа, 2000 и предшествующие издания.
8. Задачи по физике / под ред. О.Я.Савченко — М.: Наука, 1988.
9. Задачи вступительных экзаменов и олимпиад по физике в МГУ — 1992-2002. М.: Физический факультет МГУ, 1992 и последующие издания.

Электричество — подробное содержание

Introduction — однообъективная зеркальная камера (SLR)

линза — линзы сложны по своей природе и имеют сложную конструкцию, большинство из которых предлагает возможность увеличения изображения.

шторка — управляет перекидным зеркалом, которое вращается вокруг своего верхнего края в корпусе камеры.

видоискатель — изображение можно просматривать непосредственно через систему линз через перекидное зеркало и пента-призму.

диафрагма / диафрагма — переменная диафрагма. При вращении свет, попадающий в линзу, увеличивается / уменьшается. Следовательно, можно изменить диафрагменное число объектива.

ccd (устройство с зарядовой связью) — кремниевый чип, состоящий из массива конденсаторных элементов, которые накапливают заряд, когда на них падает свет. Количество электрического заряда, накопленного в каждом элементе, пропорционально интенсивности света в этой точке.

к началу

ф-номер

Как и следовало ожидать, общее количество света ( L ), падающего на датчик / пленку, пропорционально площади апертуры ( A ), которая, в свою очередь, пропорциональна квадрату диаметра ( д ² ).

Площадь A круглого отверстия радиусом r определяется как:

следовательно,

Можно показать, что площадь изображения ( A _i ) пропорциональна квадрату фокусного расстояния ( f ).

Свет на единицу площади изображения определяется общим количеством света в изображении ( L ), деленным на площадь изображения ( A _i ).

Следовательно,

Таким образом, количество света в изображении зависит как от диаметра апертуры, так и от фокусного расстояния. Для яркого изображения диафрагма должна быть большой, а фокусное расстояние — маленьким. Обратите внимание на телеобъективы, которые фотографы используют на спортивных мероприятиях. Объективные линзы широкие с коротким сужающимся корпусом.

Кроме того, можно показать, что время экспозиции E _T обратно пропорционально свету на единицу площади изображения ( L / A _i ).

следовательно,

f — число (относительное отверстие) определяется как фокусное расстояние объектива ( f ), деленное на диафрагму ( d ).

следовательно,

настройки числа f (синий) на камере имеют дискретные значения.

Квадрат каждого числа (красного) в серии составляет прибл.вдвое больше квадрата предшествующего числа.

Поскольку время экспозиции ( E _T ) прямо пропорционально квадрату числа f, при уменьшении числа f на единицу время экспозиции уменьшается вдвое.

к началу

глубина резкости (DOF)

Это расстояние между объектами на переднем и заднем плане, которые находятся в фокусе.

Глубина резкости зависит от:

расстояние от камеры до объекта : чем дальше объект находится, тем резче изображение.

фокусное расстояние объектива : объектив с коротким фокусным расстоянием дает неглубокую глубину резкости и наоборот.

f -число : большее число f дает более глубокую глубину резкости.

круг нерезкости CoC : точка отображается как пятно, а не как точка в результате фокусировки света спереди и сзади основного изображения.

DOF можно определить в терминах CoC как: область, где CoC меньше разрешения человеческого глаза (или используемой среды).

На трех верхних диаграммах вы можете увидеть, как область (выделенная красным), находящаяся дальше от объектива, находится не в фокусе. Это потому, что световые лучи действительно встречаются в одной точке на экране.

При остановке объектива (уменьшении диафрагмы) размытая область становится все меньше и меньше.В результате ограничений глаза / среды достигается точка, когда размытое пятно неотличимо от сфокусированной точки. Затем в сцене есть области спереди и сзади, которые оказываются в фокусе. Воспринимается глубина резкости.

к началу

Камера

Информацию о камере с отверстиями под штырьки (для которой не нужен объектив!) См. Здесь.

A Зеркальная камера с одним объективом

Чтобы записать изображение на пленку или карту памяти цифровой камеры, нам необходимо иметь реальное изображение. Поэтому нам нужна выпуклая линза в нашей камере и чтобы объект располагался дальше фокусного расстояния линзы.

Чем дальше объект, тем меньше будет изображение на пленке или матрице датчиков. Приведенная выше диаграмма представляет собой простую камеру (того типа, который вы получите на экзамене на экзамене GCSE).Сегодняшние камеры намного сложнее. Вы должны понимать основную функцию объектива и сходство между камерой и человеческим глазом.

Видоискатель в зеркальных камерах — Зеркальные камеры с одним объективом

В зеркальной камере вы видите реальное изображение, которое пленка или цифровой датчик будет записывать через видоискатель. Вы когда-нибудь задумывались, как это возможно? В камере есть наклонное зеркало, расположенное между затвором и объективом, с частью полупрозрачного стекла и призмой, расположенной над ним. Эта конструкция работает как перископ, и изображение отражается от нижнего зеркала на полупрозрачном стекле, которое работает как проекционный экран. Задача призмы — повернуть изображение на экране так, чтобы оно снова появилось правильно, и перенаправить его в окно видоискателя, позволяя вам видеть то, что вы фотографируете.

Когда вы нажимаете кнопку спуска затвора, камера быстро перемещает зеркало в сторону, так что изображение направляется на экспонированную пленку или массив цифровых датчиков.Зеркало подключено к системе таймера затвора, поэтому оно остается открытым, пока открыт затвор. Вот почему видоискатель внезапно затемняется, когда вы делаете снимок.

Фотоаппарат и человеческий глаз

Камера похожа на наши глаза. Он имеет множество функций, которые соответствуют тому, как работают наши глаза.

Человеческий глаз	Камера
веко	Затвор	Непрозрачное покрытие, предотвращающее попадание света в смотровую систему.
Ирис	Ирис	Регулируемое круглое отверстие.Глаз автоматически прилипает к отверстию в центре, чтобы пропустить нужное количество света в систему. При ярком свете он закрывается, образуя точечное отверстие (зрачок), в тусклом свете он позволяет зрачку расширяться, пропуская больше световой энергии. В камере это можно сделать вручную (или в некоторых камерах используется автоматический электронный ответ)
Ученик	Диафрагма	Отверстие в радужной оболочке, через которое свет проникает в систему.
Retina	Пленка или матрица фотодатчиков	Задняя часть глаза покрыта светочувствительными клетками — подробнее см. Ниже — они позволяют нам записывать изображение, преобразовывая световую энергию в электрическую, так что сообщение может быть отправлено в мозг. Фотопленка записывает изображение с использованием светочувствительных химикатов, а массив фотосайтов цифровой камеры записывает изображение с помощью светочувствительных электронных компонентов, которые преобразуют световую энергию в электрическую, очень похожим образом на нашу глазную систему.
конусные ячейки	отфильтрованные датчики фотосайта	см. Ниже
стержневые элементы	фотодатчики	см. Ниже
роговица	линза	Роговица — главный рефрактор человеческого глаза.Он преломляет свет при входе в систему обработки изображений
линза	дополнительные линзы и / или система для перемещения линз к носителю записи или от него	Хрусталик человеческого глаза позволяет разместить систему визуализации, выполняя точную настройку, чтобы получить резкое изображение на сетчатке. Мышцы сжимают хрусталик глаза, чтобы изменить степень искривления.Если сделать его более изогнутым, увеличивается его мощность. В камере этот эффект достигается перемещением объектива в оптимальное положение путем выдвижения корпуса объектива или путем выбора объектива с другой мощностью из нескольких, встроенных в камеру.
зрительный нерв	подключения к карте памяти
зрительная кора головного мозга (где обрабатывается зрительная информация) и область хранения зрительной памяти	карта памяти цифровой ЭВМ	Визуальные воспоминания могут оставаться с нами надолго или теряться за несколько секунд.«Воспоминания» камеры могут храниться очень долго, если они помещены на фотографию или сохранены в цифровом виде.

Фотографические камеры f ilm снимают изображения на ацетате, покрытом светочувствительным химическим веществом . Когда световая энергия попадает на химическое вещество, происходит реакция, и химическое вещество изменяется. Затем пленка «фиксируется», когда она обрабатывается другим химическим процессом, создавая «негативы» изображения. Подобно тому, как химическое покрытие на пленке поглощает падающий на нее свет, светочувствительные клетки (палочки и колбочки) на сетчатке поглощают фотоны света внутри глаза.

Цифровые камеры снимают изображения с помощью кремниевого полупроводникового устройства, называемого цифровым датчиком .Этот датчик состоит из набора светочувствительных диодов, называемых фотосайтов , которые улавливают световую энергию и преобразуют ее в электрическую	Это похоже на то, как светочувствительные клетки на сетчатке , поглощают световые фотоны в глазу , .
К сожалению, каждый фотосайт является дальтоником. Он только определяет интенсивность света, падающего на его поверхность.Чтобы получить полноцветное изображение, большинство датчиков используют фильтрацию , чтобы смотреть на свет в трех основных цветах — красном, зеленом и синем. Соседние фотосайты отслеживают одну и ту же точку на объекте и фильтруются, чтобы улавливать только свет в одном диапазоне частот. Это сделано для имитации поведения человеческого глаза.	В человеческом глазу есть специальные светочувствительные клетки, называемые колбочками , , которые чувствительны только к одному из трех диапазонов частот видимого спектра света.Стержни — это ячейки, которые работают только как нефильтрованные фотосайты.
Размер нарастания напряжения на каждом фотоэлементе преобразуется в цифровые данные в виде элемента изображения или «пикселя». Эти пиксели затем ретранслируются в последовательном порядке и сохраняются как изображение в памяти камеры в виде файла.	Это похоже на то, как зрительный нерв передает визуальную информацию в мозг.
Эти файлы затем можно просмотреть на камере на ЖК-экране или загрузить на компьютер, где они также могут быть просмотрены или обработаны с помощью программного обеспечения для обработки изображений.	Это соответствует тому, как мы наблюдаем изображения без глаз … или запоминаем то, что мы видели мысленным взором.

См. Разделы «Камера» в статьях «Как работает материал» и «Цифровая камера» — это даст вам более подробную информацию.

Сравнение человеческого глаза и камеры

Человеческий глаз — замечательный инструмент, основанный на преломлении и линзах для формирования изображений. Между человеческим глазом и фотоаппаратом есть много общего, в том числе:

• диафрагма для управления количеством света, проходящего через линзу. Это затвор фотоаппарата и зрачок в центре радужной оболочки человеческого глаза.
  
• линза для фокусировки света и создания изображения.Изображение реальное и перевернутое.
  
• способ распознавания изображения. В фотоаппарате для записи изображения используется пленка; в глазу изображение фокусируется на сетчатке, а система палочек и колбочек является передним концом системы обработки изображений, которая преобразует изображение в электрические импульсы и отправляет информацию по зрительному нерву в мозг.

Способ фокусировки света глазом интересен, потому что большая часть рефракции, которая имеет место, создается не самой линзой, а водянистой влагой, жидкостью на поверхности линзы.Свет преломляется этой жидкостью, когда попадает в глаз, немного больше преломляется хрусталиком, а затем еще немного стекловидным телом, желеобразным веществом, заполняющим пространство между хрусталиком и сетчаткой.

Однако объектив имеет решающее значение для формирования резкого изображения; Это одна из самых удивительных особенностей человеческого глаза, которая может так быстро настраиваться при фокусировке объектов на разных расстояниях. Этот процесс приспособления известен как приспособление.

Рассмотрим уравнение линзы:

1 / f = 1 / d _i + 1 / d _o

Объектив с камерой имеет фиксированное фокусное расстояние.Если расстояние до объекта изменяется, расстояние до изображения (расстояние между объективом и пленкой) регулируется перемещением объектива. Человеческий глаз не может этого сделать: расстояние изображения, расстояние между линзой и сетчаткой глаза фиксировано. Если расстояние до объекта изменяется (т. Е. Глаз пытается сфокусировать объекты, находящиеся на разном расстоянии), то фокусное расстояние глаза регулируется для создания четкого изображения. Это достигается изменением формы линзы; Эту работу выполняет мышца, известная как цилиарная мышца.

Коррекция близорукости

Близорукий человек может создавать резкие изображения только близких предметов. Объекты, расположенные дальше, выглядят нечеткими, потому что глаз фокусирует их на точке перед сетчаткой.

Чтобы исправить это, линзу можно поместить перед глазом. Какой объектив нужен?

1. А собирающая линза
2. Рассеивающаяся линза

Нам нужна расходящаяся линза, чтобы рассеивать световые лучи ровно настолько, чтобы, когда лучи сходятся глазом, они сходились на сетчатке, создавая сфокусированное изображение.

Коррекция дальнозоркости

Дальновидный человек может создавать четкие изображения только далеких объектов. Близкие объекты фокусируются за сетчаткой, поэтому выглядят нечеткими.

Какой объектив нужен, чтобы это исправить?

1. А собирающая линза
2. Рассеивающаяся линза

Используется собирающая линза, позволяющая резкость изображения на сетчатке.

Как работает камера?

Камера представляет собой темную комнату с выпуклой линзой на стенах с фиксированным фокусным расстоянием. На стене напротив этой пленки, между пленкой и линзой, есть линза. Кроме того, камера оснащена устройством контроля расстояния (оптический дальномер), затвором, экспонометром (оптическим спектрометром) и видоискателем. Во время съемки перемещайте объектив камеры вперед и назад, пока в видоискателе не появится четкое изображение объекта.В этом случае на пленке создается реальное и перевернутое изображение, которое открывается нажатием кнопки спуска затвора и в определенное время вводит свет на пленку и создает на ней изображение объекта. В современные камеры встроена светочувствительная ПЗС- и КМОП-матрица.

Типы фотоаппаратов Камеры

обычно делятся на две группы, цифровые и аналоговые, и все они имеют одну общую черту, а именно; Пропускание света через объектив, отображение изображения в видоискателе и его правильная фокусировка на чувствительном экране пленки.

• Структура аналоговых камер основана на: Свет проходит через линзу и после столкновения с зеркалом направляется в глаз наблюдателя. Когда фотограф настраивает соответствующий кадр и другие параметры, он нажимает кнопку спуска затвора, которая удаляет части, препятствующие попаданию света на чувствительный экран.
• Работа цифровых фотоаппаратов очень похожа на старые пленочные фотоаппараты. Свет падает на светочувствительный экран после прохождения через линзу.В цифровых камерах этот чувствительный экран представляет собой электрический «датчик», который, как экран монитора (но наоборот), передает на устройство количество излучаемых фотонов в виде калиброванного электрического тока. Аналого-цифровой преобразователь, в свою очередь, отправляет эту информацию численно в диапазоне 0-225 (яркость на пиксель) на карту памяти для каждого пикселя.

Как работает цифровая камера?

В этих камерах изображение захватывается датчиком CCD или CMOS.ПЗС-матрицы представляют собой ряды и столбцы светочувствительных датчиков. Чем компактнее будет количество этих точек, тем выше точность изображения. АЦП отправляет сигнал, в котором колебания, полученные от ПЗС-матрицы, преобразуются в отдельные двоичные коды (два основных числа, равные нулю и единице). Цифровой выходной сигнал АЦП отправляется на цифровой сигнальный процессор DSP, который регулирует контрастность и детализацию изображения, и перед отправкой изображения в память для сохранения изображения он преобразует данные в сжатый файл. Чем ярче свет, тем выше генерируемое напряжение, в результате чего пиксели компьютера становятся ярче.Чем больше количество точечных датчиков, тем выше разрешение изображения и тем больше деталей фиксируется.

ПЗС- и КМОП-сенсоры

Цифровые камеры

используют специальные датчики для получения света от цифрового изображения, обычно называемые ПЗС (CMOS) или CMOS (дополнительные металлооксидные полупроводники). Оба этих датчика используются в большинстве цифровых камер и являются хорошим инструментом для захвата цифровых изображений. Датчики CCD и CMOS обычно размером с ноготь, полностью изготовлены из силикона.Поверхность этих датчиков содержит миллионы очень маленьких диодов, каждый из которых записывает пиксель изображения, полученного объективом камеры. В общем, чем больше диодов на поверхности цифровой камеры, тем лучше качество снимков, снятых этой камерой! Интересно знать, что слово мегапиксель в характеристиках камеры указывает количество датчиков на поверхности ПЗС или КМОП.

Как работает аналоговая камера?

В аналоговых камерах изображения захватываются путем экспонирования фотопленки на свету, при этом сцена перед объективом воспроизводится на материале.Пленка проявляется в темной комнате и превращается в настоящую фотопечать.

Аналоговый и цифровой фотоаппарат

В аналоговой технологии волны или сигналы в основном записываются или используются. Например, в аналоговом записывающем устройстве принятый сигнал принимается прямо с микрофона и передается на кассету. Ваш звук из микрофона будет естественным или аналоговым, а волны, записанные на кассете, будут такими же (аналоговыми).Эти волны можно прочитать или усилить с ленты и направить на динамики для воспроизведения звука. Слово аналог происходит от греческого слова ΑΝΑΛΟΓΟΣ, что означает «относительный».

В цифровых технологиях волны являются примером аналоговых волн на ряде расстояний. Затем они становятся серией чисел (нулей и единиц), которые можно сохранить на цифровых устройствах.

Цветных изображений на цифровых фотоаппаратах:

Для получения цветных изображений на каждый датчик установлен фильтр, позволяющий отображать определенные светлые цвета.Фактически, все доступные сегодня цифровые камеры предлагают только один из трех основных цветов в каждом датчике, и, как результат, если два из трех основных цветов отбрасываются. Чтобы компенсировать это, камера должна оценить два других основных цвета, чтобы получить полный цвет на пиксель.

Лучшие настройки камеры

Для настройки параметров камеры вам понадобится цифровая зеркальная фотокамера, например Nikon D3400 или Canon 800D, или любая другая камера, которую вы можете использовать, если у вас есть эти возможности.Название этой настройки может отличаться на фотоаппарате;

• Качество изображения: выберите режим RAW (необязательно и в зависимости от цели фотографии)
• для сжатия необработанного файла: по возможности установите несжатый
• Баланс белого: автоматический режим
• Предварительно заданные настройки цвета и освещения камеры (управление изображением / стиль изображения / творческий стиль / имитация видео): стандартная опция
• Цветовое пространство: sRGB
• Возможность уменьшения шума при длительной выдержке или уменьшения шума при длительной выдержке: на
• Опция шумоподавления для высокой чувствительности или большого объема ISO: выкл.
• Параметры редактирования цвета и света, такие как включение D-Lighting / DRO, HDR, коррекция объектива: лучше отключить

RAW противФормат JPG

В формате RAW вы можете иметь максимальные возможности для настройки ваших фотографий в процессе редактирования, но использование формата JPG в вашей камере позволяет сэкономить больше места для хранения и упростить обмен и печать ваших изображений.

Камеры Balor, Marana, Zyla и Neo для физики и астрономии

Серия камер sCMOS от Andor Technology (Balor, Marana, Neo, Zyla)

КМОП-камеры

Andor для научных исследований (sCMOS) представляют собой революционную технологию, основанную на технологиях проектирования и изготовления КМОП-датчиков изображения (CIS) нового поколения.Благодаря своим особым характеристикам — чрезвычайно низкому уровню шума при чтении и высокой частоте кадров — они являются идеальными камерами для различных приложений в физике и астрономии.

Камеры sCMOS Balor, Marana, Neo и Zyla специально разработаны для обеспечения высочайшего уровня чувствительности (например, датчики с передней и задней подсветкой). В отличие от предыдущих технологий CMOS или CCD, эти камеры предлагают одновременно максимальную чувствительность, разрешение, скорость и поле обзора. Кроме того, датчики Balor, Marana и Neo могут охлаждаться до -30 ° C, -45 ° C или -40 ° C благодаря технологии корпуса вакуумного датчика.

Кроме того, камеры Balor, Zyla 5.5 и Neo 5.5 от Andor позволяют выбирать режимы скользящего и глобального затвора, тогда как глобальный затвор похож на «режим моментального снимка».

Balor — революционная sCMOS-камера Андора с очень большой площадью для астрономии

Balor имеет улучшенный датчик изображения с разрешением 16,9 мегапикселя, диагональю 70 мм и передней подсветкой, а также высокую скорость и низкий уровень шума при считывании. Balor sCMOS имеет скорость считывания 18,5 мс, обеспечивая 54 кадра в секунду при полном кадре и шум чтения <3 электронов.

Марана

В Marana используются sCMOS-сенсоры с задней подсветкой с разрешением 4,2 мегапикселя и квантовой эффективностью до 95%. Эта модель камеры доступна с сенсорами с размером пикселя 11 мкм и 6,5 мкм. Один из вариантов сенсора также имеет оптимизацию ультрафиолетового излучения с высокой чувствительностью в диапазоне длин волн 250-400 нм.

Neo

Малошумная sCMOS-камера Neo 5.5 основана на сенсоре с передней подсветкой с разрешением 5,5 МП и размером пикселя 6,5 мкм. Neo представляет собой уникальную платформу с вакуумным охлаждением до –40 ° C, которая позволяет достигать чрезвычайно высоких низкий уровень темнового шума ~ 0,007 э- / пикс / с.Кроме того, он предлагает режим прокрутки, а также режим глобального затвора («режим моментального снимка») и частоту кадров до 100 кадров в секунду при полном кадре.

Зила

Камеры Zyla sCMOS с шумом считывания всего 0,9 электронов могут обеспечивать 100 кадров в секунду (через подключение CameraLink) при полном кадре (более высокая частота кадров возможна при использовании ROI). Zyla доступна с двумя форматами сенсоров с передней подсветкой: 5,5 мегапикселей и 4,2 мегапикселей с размером пикселей 6,5 мкм. Zyla 5.5 предлагает функции рулонных и настоящих глобальных шторок, тогда как Zyla 4.2+ имеет только рольставни, но обеспечивает более высокую квантовую эффективность — 82% пикового QE.

Типичные области применения:

• Отслеживание космического мусора, SSA, ОСЗ,
• Solar Astronomy,
• Фотометрия,
• Рентгеновская астрономия,
• Исследования экзопланет,
• Синхротонное оборудование,
• Высокоскоростная спектроскопия (например, Marana и Zyla для многоточечной и гиперспектральной визуализации)

Дополнительную информацию о решениях Andor для камер sCMOS можно найти на веб-сайте Andor Technology.

Если у вас возникнут дополнительные вопросы, свяжитесь с нами через kontakt (at) baader-planetarium.de

Обратите внимание, что дополнительная информация и спецификации доступны в разделе «Загрузки».

Ученые разработали бесфокусную камеру с плоским объективом | Нанотехнологии, физика, технологии

Группа исследователей из Университета Юты, Солт-Лейк-Сити и компании Oblate Optics, Inc. создала камеру, не требующую фокусировки.

Новый плоский объектив может значительно снизить вес, сложность и стоимость камер и других систем обработки изображений, одновременно увеличивая их функциональность.Изображение предоставлено: Раджеш Менон, Университет Юты.

«Наши плоские линзы могут значительно снизить вес, сложность и стоимость камер и других систем обработки изображений, одновременно увеличивая их функциональность», — сказал доктор Раджеш Менон, ученый из Университета Юты.

«Такая оптика может позволить использовать более тонкие камеры для смартфонов, улучшенные камеры меньшего размера для биомедицинской визуализации, такие как эндоскопия, и более компактные камеры для автомобилей».

Плоские линзы команды могут поддерживать фокусировку для объектов, находящихся на расстоянии около 6 м (20 футов) друг от друга.

Они используют наноструктуры с рисунком на плоской поверхности, а не на громоздком стекле или пластике, для достижения важных оптических свойств, которые определяют путь распространения света.

«Этот новый объектив может найти множество интересных применений за пределами фотографии, например, для создания высокоэффективного освещения для LIDAR, что имеет решающее значение для многих автономных систем, включая беспилотные автомобили», — сказал д-р Менон.

«Используемый нами подход к проектированию может быть расширен для создания оптических компонентов с любым количеством свойств, таких как чрезвычайно высокая пропускная способность, простота изготовления или более низкая стоимость.”

Обычные камеры, используемые в смартфонах или для микроскопии, требуют фокусировки, чтобы детали объекта были резкими. Если есть несколько объектов на разном расстоянии от камеры, каждый объект необходимо сфокусировать отдельно.

«Новый объектив устраняет необходимость в фокусировке и позволяет любой камере удерживать все объекты в фокусе одновременно», — сказал д-р Менон.

«В обычных камерах также используется несколько линз, чтобы одновременно держать в фокусе свет разных цветов.Поскольку наш дизайн очень общий, мы также можем использовать его для создания единой плоской линзы, которая фокусирует все цвета света, что еще больше упрощает работу камеры ».

Для фокусировки света традиционные линзы преобразуют параллельные световые волны в сферические волны, которые сходятся в фокусном пятне.

Доктор Менон и его коллеги поняли, что волны другой формы могут производить аналогичный эффект, значительно увеличивая количество возможных конструкций линз.

«В отличие от того, что преподается в учебниках по оптике, наше исследование показало, что идеальная линза влияет на светопропускание несколькими способами — концепция, известная как функция зрачка», — сказал он.

«Это открыло по существу бесконечные возможности для функции зрачка линзы, и мы искали эти возможности для того, чтобы достичь экстремальной глубины резкости».

Выбрав лучший дизайн линзы для глубины резкости, исследователи использовали методы нанопроизводства для изготовления прототипа линзы.

Эксперименты подтвердили, что новый объектив работает так, как ожидалось, и обеспечивает глубину резкости на несколько порядков больше, чем у эквивалентного обычного объектива.

Ученые продемонстрировали новую линзу, используя инфракрасный свет и относительно низкую числовую апертуру — число, которое характеризует диапазон углов, в которых линза может принимать или излучать свет.

Они планируют расширить линзу до большей числовой апертуры и использовать ее с полным спектром видимого света.

Работа по обеспечению массового производства линз также необходима, прежде чем они могут быть коммерциализированы.

«Это исследование является хорошим примером того, как отказ от традиционных представлений может позволить использовать устройства, которые ранее считались невозможными.Это хорошее напоминание о том, что нужно подвергать сомнению диктат прошлого », — сказал д-р Менон.

Работа команды была опубликована в журнале Optica .

_____

Sourangsu Banerji et al . 2020. Получение изображений с очень большой глубиной резкости с помощью плоского объектива. Optica 7 (3): 214-217; DOI: 10.1364 / OPTICA.384164

Контроллер камеры

— Vehicle Physics Pro

Управляет движением камеры в зависимости от целевого объекта. Позволяет несколько режимов камеры.

Чтобы камера была совместима с VR, компонент основной камеры должен находиться в дочернем GameObject VRCameraController.

Режим

Как камера движется и вращается относительно цели.

Цель

Преобразование движения камеры будет использовать / следовать / вращать / и т. Д. Если целевой GameObject содержит компонент VPCameraTargetSetup, то из него могут быть загружены некоторые параметры каждого режима.

Сменить ключ камеры

Ключ для переключения между различными режимами камеры или KeyCode.Нет без ключа.

Прикрепить к #

Камера будет прикреплена к указанному преобразованию без дальнейшего движения.

Горячая клавиша

Горячая клавиша для выбора этого режима или KeyCode.None без клавиши.

Прикрепите цель

Целевое преобразование, к которому будет прикреплена камера. Заполняется VPCameraTargetSetup.attachToPoint , если Target содержит VPCameraTargetSetup составная часть.

Smooth Follow #

Камера плавно отслеживает скорость цели.Это типичный внешний автомобиль камера.

Горячая клавиша

Горячая клавиша для выбора этого режима или KeyCode.None без клавиши.

Расстояние

Горизонтальное расстояние до цели. Заполнено VPCameraTargetSetup.viewDistance , если Target содержит компонент VPCameraTargetSetup.

Высота

Высота по вертикали, с которой нужно смотреть на цель. Залил VPCameraTargetSetup.viewHeigh , если Target содержит компонент VPCameraTargetSetup.

Множитель высоты

Высота умножается на это значение и применяется к позиции. Полезно, когда высота заполнена со значением из Target, и вы хотите, чтобы представление было пропорционально повышено до этого высота.

Демпфирование высоты

Скорость реакции камеры на изменение высоты.

Демпфирование вращения

Скорость реакции камеры на изменение ориентации. Залил VPCameraTargetSetup.viewDamping если Target содержит компонент VPCameraTargetSetup.

Скорость следования

Если отмечено, камера следует за направлением скорости. В противном случае он всегда следует за прямое направление цели.

Демпфирование скорости

Как быстро камера реагирует на изменение направления скорости.

Орбита №

Камера перемещается вокруг цели в мировом пространстве.

Горячая клавиша

Горячая клавиша для выбора этого режима или KeyCode.None без клавиши.

Расстояние

Горизонтальное расстояние до цели. Заполнено VPCameraTargetSetup.viewDistance , если Target содержит компонент VPCameraTargetSetup.

Мин. Вертикальный угол, Макс. Вертикальный угол

Допустимый диапазон углов вертикального перемещения.

Горизонтальная скорость

Горизонтальная скорость движения вокруг цели.

Вертикальная скорость

Скорость вертикального перемещения вокруг цели.

Демпфирование орбиты

Как быстро камера реагирует на движение по орбите.

Мин. Расстояние, Макс. Расстояние

Допустимая дальность до цели. minDistance заполняется значением VPCameraTargetSetup.viewDistance если Target содержит компонент VPCameraTargetSetup.

Расстояние Скорость

Скорость изменения дальности до цели.

Демпфирование расстояния

Скорость реакции камеры на изменение расстояния.

Эти оси должны быть определены в настройках Unity Input (Edit> Project Settings> Input) или слева пусто без назначения.

Горизонтальная ось

Имя оси для горизонтального вращения.

Вертикальная ось

Название оси для вертикального перемещения.

Ось расстояния

Имя оси для изменения расстояния.

Посмотрите на #

Смотрит на цель из фиксированной точки в мировом пространстве. Использует фактическое положение камеры когда выбран режим.

Горячая клавиша

Горячая клавиша для выбора этого режима или KeyCode.Нет без ключа.

Демпфирование

Как быстро ориентация камеры реагирует на движение цели.

Мин. Fov, Макс. Fov

Диапазон поля зрения (в градусах), разрешенный для камеры.

Скорость обзора

Скорость изменения поля зрения.

Fov Демпфирование

Скорость реакции камеры на изменение поля зрения.

Ось Fov

Имя оси для изменения поля обзора. Должен быть определен в настройках Unity Input (Edit> Project Настройки> Ввод) или оставьте поле пустым, чтобы не назначать.

Разрешить движение

Позволяет перемещать положение камеры с использованием альтернативного набора осей.

Скорость передвижения

Максимальная скорость движения камеры.

Демпфирование движения

Скорость реакции камеры на движение.

Эти оси должны быть определены в настройках Unity Input (Edit> Project Settings> Input) или слева пусто без назначения:

Передняя ось

Название оси для движения вперед.

Боковая ось

Имя оси для бокового движения.

Вертикальная ось

Название оси для вертикального перемещения.

Добавьте этот компонент к транспортному средству для настройки камеры, когда транспортное средство выбрано как Target в контроллере камеры VPCameraController.

Посмотрите на точку

Transform камера будет указывать, когда это транспортное средство выбрано как Target. Используйте Центр Масса (CoM) автомобиля для достижения наилучших результатов.

Присоединить к точке

Transform, чтобы прикрепить камеру к в режиме Attach To . Обычно это используется для вид водителя от первого лица.

Расстояние обзора

Расстояние от камеры до этого транспортного средства при выборе в качестве цели.

Фотоаппарат физика: Фотоаппарат | Физика