Зеркало с лучами в виде солнца: выбираем зеркало с лучами на стену

Особенности конструкции

Изделие состоит из небольшого по диаметру центрального круга с отражающей поверхностью, из которого исходит множество лучей. Они различаются по длине и ширине. Возможны конструкции выходящих лучей, утолщающиеся или утончающиеся к концу.

Форма зеркала может напоминать цветок, снежинку и даже звезду. Если для придания формы солнца используются золотистые оттенки, то серебристые тона придают схожесть со звездой. Иногда лучи также выполнены из зеркального материала, что создает оригинальный визуальный эффект.

Наиболее часто данный элемент декора используется в стиле арт-деко, хотя его присутствие будет естественным и в интерьерах, оформленных с нотками современной классики. Зеркало в виде солнца способно добавить гламура и блеска в обстановку дома.

Кроме того, оно прекрасно подчеркивает небольшие по размеру элементы декора, прекрасно подходит для расстановки акцентов. А вот винтажные модели придают особую индивидуальность интерьеру.

Где лучше размещать

Многие люди стремятся привнести нотки оригинальности во внешний вид своей квартиры. И часто это делают уже после того, как стены и потолок полностью отделаны. Помочь в этом могут разнообразные аксессуары.

Зеркало солнце в интерьере служит средством точечной расстановки акцентов на отдельных стенах. Поэтому его размещают над диванами или кроватями, поверх комодов или тумб.

Если в гостиной оборудован камин, то зеркало естественно впишется в пространство над ним. Способно оно украсить и обеденную зону. А вот женщины могут воспользоваться этим приемом, чтобы отделить себе рабочую зону в спальне. Достаточно повесить зеркальную поверхность над рабочим столиком с компьютером.

Оригинально будет смотреться «санберст» и над межкомнатными дверями или возле них. Некоторые предпочитают размещать его над ванной или возле душевой кабинки. Неплохо подойдет зеркало для центрирования композиции в интерьере, например, гостиной.

Поскольку оно в большинстве случаев играет декоративную роль, то подойдет установка поверх стандартных аксессуаров или на зеркальных поверхностях. Иногда, несмотря на небольшую отражающую поверхность, его можно использовать и по прямому назначению, разместив возле умывальника или над туалетным столиком.

Если вы приобрели не очень большую по конструкции модель, то целесообразно создавать композиции из нескольких маленьких изделий, как это видно на фото зеркала солнца. Их вывешивают в паре или по трое. Размещать можно параллельно, последовательно друг над другом или в хаотическом порядке.

Многие увлекаются коллекционированием и собирают целые наборы солнечных зеркал, украшающие гостиную, спальню или столовую. Можно их установить и в прихожей или вдоль лестницы на второй этаж частного дома.

Прекрасно смотрится комбинирование со стандартными моделями, например округлой или овальной формы. В спальне образцы санберст впишутся в интерьер стен по обе стороны от изголовья кровати над прикроватными тумбами. А в столовой или гостиной их можно повесить с двух сторон от оконного проема.

Как изготовить самому

Чтобы украсить интерьер квартиры, целесообразно приобрести качественное и оригинальное зеркало от ИКЕА. Но если такой возможности у вас нет, то конструкцию можно изготовить и самостоятельно. Подобрав небольшое по диаметру зеркало, лучи можно изготовить из разных материалов – подойдут бамбуковые палочки, прутья, пластмассовые ложки и т.д.

Сначала необходимо подготовить трафарет. Для этого вырезают круг из бумаги по форме зеркала. Из его центра надо вывести прямые линии так, чтобы образовалось 24 равные секции. Прямые лини служат для оформления лучей. Отступив 3-4 см от окружности, внутри круга проводится еще одна окружность. Затем по трафарету рисунок переносится на картон.

Далее необходимо подобрать 4 группы бамбуковых палочек в количестве 24 шт. в каждой. Первую группу прутиков длиной 30 см каждый укладывают по направлению от окружности. Остальные группы укорачивают на 7 см, 10 см и 13 см соответственно, и также размещают на конструкцию. Острые края должны быть сточены, а сама поверхность отшлифована. Лучи нужно будет окрасить в выбранный цвет.

Когда вы делаете зеркало солнце своими руками, первые прутики укладываются от центра, а вот вторая группа – от края внутреннего круга. Аналогично укладываются и остальные заготовки. Крепить их целесообразно при помощи клеевого пистолета.

Поверх установленных лучей крепится зеркало, а сверху – специальное латунное кольцо, купленное в магазине товаров для рукоделия. Кольцо следует подбирать несколько большего размера по сравнению с диаметром зеркала. На обороте устанавливается крепление.

Зеркало в виде солнца прекрасно подойдет для украшения интерьера любой комнаты. Изделия можно размещать поодиночке или в группе из нескольких конструкций. Также прекрасно будут смотреться модели «санберст» с обычными зеркальными поверхностями. А изготовить наиболее подходящую модель легко можно своими руками.

Фото зеркала-солнце

Также рекомендуем просмотреть:

Зеркало солнце — IVOREE

  Зеркало  — важная часть любого интерьера, оно придает пространству завершенность и нотку таинственности. Зеркало может просто украшать собой стену, а может нести некую пользу: визуально расширять тесное пространство, отражать свет, освещать темные углы, быть произведением искусства.

   На сегодняшний день зеркало в виде солнца — одно из самых популярных, широко используется в дизайне интерьеров и является трендом уже на протяжении очень долгого времени. Декораторы утверждают, что каким бы ни было зеркало солнце:  антикварным или современным, дорогим или дешевым, неважно какой формы и цвета, какого материала и качества, оно всегда будет популярным!

     Если вы хотите добавить в своё жилье блеск, ощущение счастья и частичку лета, обратите пристальное внимание на солнечные зеркала. Как по мне — это невероятная красота, способная органично смотреться как в классическом стиле интерьера, так и в  модном хай-теке. Вдохновляйтесь и пусть в вашей квартире круглый год светит солнце 😉

  Зеркало солнце будет гармонично смотреться над диваном или в изголовье кровати.

  Солнечный мотив в золотом цвете обеспечит контраст,отражение и интерес над камином.

 Зеркало в виде солнца добавит света и отражения небольшим элементам декора, отлично их подчеркнет.

  Винтажные золотые зеркала с выпуклостью добавят необходимое количество индивидуальности жилому пространству.

  Современные версии солнечных зеркал бывают самых разных форм и размеров.

  Очень эффектно и необычно зеркало-солнце будет смотреться поверх другого зеркала или зеркальной стены.

Необычное украшение для интерьера – зеркало-солнце. Пошаговая инструкция, как сделать своими руками

Солнце издревле являлось предметом поклонения многих племен и народов. О солнце писали сказки, песни. Солнце старались принести в каждый дом, чтобы взять себе частичку тепла. Зеркала в форме солнца появились еще в средних веках, их вешали в богатых дворцах, в них любовались своим отражением великие короли. Такие зеркала в виде солнышка прошли сквозь историю и покорили дома современных людей.

Что это такое?

Зеркало солнце или “санбёрст”. Фигурное зеркало состоящее из круглой пластины и лучей разных размеров и ширины, исходящих из нее. Чаще всего центральный диск делается маленьким, а лучи длинными. Они могут украшаться маленькими зеркальцами, небольшими светодиодными фонариками, стеклом, стразами, выглядеть как снежинка, цветок или звезда.

Золотое зеркало символизирует солнце, серебряное – звезду.

Дизайн зеркал в форме солнца очень разнообразен, поэтому такой предмет может вписаться почти в любой интерьер.

Немного истории

Когда именно появились первые зеркала в форме солнца – неизвестно, однако их можно увидеть на картинах древних художников, начиная с 15 века. Например, картина художника Яна Ван Эйка «Портрет четы Арнольфини». На заднем плане можно увидеть зеркало, отдаленно напоминающее “санбёрст”. Тогда такие зеркала делали выпуклыми, поэтому они очень сильно искажали изображение.

В средних веках, такие зеркала вешали в церквях, они символизировали божество. Они всегда “смотрели” на прихожан.

Самую высокую популярность зеркала приобрели при “короле – солнце” Людовике XIV. Бытует мнение, что именно он придумал данный дизайн, но это не так, он лишь сделал его очень популярным. Такое зеркало весело в королевских покоях. Каждое утро король смотрелся в него. Диск зеркала был не большим, поэтому это выглядело так, будто от самого лица короля отходят лучи. Будто он сам и есть солнце.

После Людовика зеркала с мотивом “санбёрст” вошли в моду лишь через 200 лет. Тогда зеркала перестали быть роскошью, поэтому дизайнеры стали активно экспериментировать с формой и размерами, вдохновляясь так же небесными светилами.

В начале 20 века стал популярен стиль арт-деко, одной из его главных черт было обращение к солнечным лучам. Поэтому не обошлось и без солнечных зеркал. А уже в середине 20 века зеркала – солнца стали зеркалами – звездами, в связи с тем, что весь мир стал активно увлекаться космосом.

И даже в 21 веке интерес к зеркалам в форме солнца не угасает. Люди активно используют зеркала “санбёрст”, чтобы украсить свои дома. Уже более двух столетий зеркальное солнце находит своих ценителей.

Особенности декоративной дизайнерской конструкции на стену

В таких зеркалах чаще всего зеркальной поверхности отдается самая малая часть, однако сами лучи всегда превышают объем самого зеркала в два, а то и в три раза. Лучи имеют длину и ширину отличающуюся друг от друга. Они могут расширяться или наоборот сужаться концу. Они могут быть декорированы различными стеклами, зеркальцами, стразами, а могут остаться минималистичный и не содержать в себе ничего лишнего.

«Санбёрст» и «Старбёрст» в интерьере

Солнечное зеркало отлично впишется в интерьер, если подобрать для него правильное место:

• Например, над диваном, кроватью, тумбой. Такое решение сделает акцент на стену, где расположено зеркало.
• В Америке такие зеркала часто вешают на одну из стен в обеденной зоне.
• Так же такое “солнце” будет отлично смотреться над рабочим столом в женском домашнем кабинете.
• Если в доме имеется камин, то отличным решением станет повесить зеркало именно над ним.
• Помимо этого, такими зеркалами декорируют стены над дверными проемами в ванной комнате. А так же около входной двери.
• Чаще всего “санбёрст” используются в качестве предметов интерьера, однако в некоторых случаях такое зеркало способно исполнять и свою изначальную функцию, например в ванной, над умывальником.
  

  Хотя в зеркале в форме солнца нет возможности разглядеть мелкие детали, но оно неплохо подходит для того, чтобы взглянуть на себя и быстро поправить какие-либо недочеты в макияже или прическе.

Большое зеркало солнце отлично украсит стену в любой комнате, а вот маленькие зеркальца используют в дуэте, либо трио.

• Такие зеркала вешают на стену в ряд или хаотично, что придает комнате дизайнерскую изюминку.
• Так же подобные изделия комбинируют с другими типами зеркал, например с круглыми или овальными.
• Парные зеркала можно расположить над симметрично расставленной мебелью, например прикроватной тумбочкой или креслами.

Для какого стиля подходит форма зеркального солнышка с лучами?

Такие зеркала наиболее уместны в интерьерах арт-деко или современная классика. Так же такое зеркало не плохо подойдет для комнаты выполненной в стиле гламур. Оно добавит блеска, что характерно для данного стиля. Однако такое зеркало может украсить любой интерьер, стоит лишь правильно подобрать раму.

Материал изготовления

При изготовлении зеркал используется разный материал(дерево, пластик, металл и т.д) все зависит от интерьера в который должно вписаться зеркало, а так же от желаемой стоимости изделия.

Зеркальная панель бывает серебряная и алюминиевая.

Лучше всего в качестве материала выбирать дерево или МДФ:

• Дерево – дорогой и практичный материал, который можно подогнать под любой дизайн.
• МДФ – отличный материал, ничем не уступающий дереву, однако его цена ниже, что абсолютно не влияет на качество.
• Металл – такое зеркало отлично впишется в холодный интерьер, однако металлическое зеркало будет тяжелым, громоздким и дорогим. Отличной заменой для него может стать зеркало изготовленное из МДФ и окрашенное “под металл”.
• Пластик – самый дешевый и не очень практичный материал. Выбор изделий из пластика мал, т.к смотрится он очень дешево и дизайнеры редко берутся за работу с этим материалом.

Как сделать своими руками: пошаговая инструкция

Для изготовления зеркала “санбёрст” нам понадобится:

• Плотный картон.
• Ножницы.
• Бамбуковые палочки в количестве 100 шт и длинной не менее 30 см.
• Баллончик с краской.
• Клей для клеевого пистолета.
• Латунное кольцо (можно приобрести в специализированном магазине для рукоделия).
• Крепление для готового изделия.
• Клеевой пистолет.
• Небольшая ножовка.
• Наждачная бумага.
• Циркуль.
• Линейка.
• Карандаш.

1. Вырезаем круг из картона, полностью совпадающий по размерам с зеркалом.
2. От центра круга выводим прямые линии к краю так, чтобы получилось 24 одинаковых по размеру секций.
3. Внутри большого круга, чертим меньший, отступив от края 3см.
4. Набор бамбуковых палочек делим на четыре части.
5. В каждой по 24 шт.5. Первую стопку палочек оставляем в исходном размере, вторую укорачиваем на 6 см, третью на 10, четвертую на 12.6. Отпиливаем острые края палочек и шлифуем наждачной бумагой.
6. Самые длинные палочки приклеиваем от центра круга по рисунку. Короткие клеем от края внутреннего круга.
7. Красим лучи с помощью баллончика. Цвет можно выбрать любой, главное, чтобы он подходил к интерьеру.
8. Ждем когда краска полностью высохнет.
9. Приклеиваем поверх лучей зеркало так, чтобы его края совпадали с краями картонного круга.
10. Поверх зеркала приклеиваем кольцо, если оно будет немного больше по размеру, чем само зеркало – работа получится более аккуратной.
11. На обратной стороне изделия приклеиваются крепления.
12. Декорирование. Тут можно дать волю своей фантазии. Различные зеркальца, стеклышки и стразы смогут придать изюминку готовому изделию.

Как сделать своими руками зеркало в виде солнца для каминной зоны

Разделы статьи подскажут:

• кому подойдет бюджетный декор над камином;
• из чего и как сделать зеркало-солнце на стену;
• как повесить его над очагом с живым пламенем.

Декоративное зеркало-солнце в интерьере

Рукотворное солнце крупнее, легче и дешевле классического. Сделано оно не из металла или дерева, а из полиуретана.

Декор над камином своими руками – бюджетная находка для современной зоны отдыха

Яркий талисман подойдет молодежному лофту или скандинавскому стилю.

Вешают обновку в 50 см над очагом. Украшение над открытой топкой сдвигают на полметра в сторону: материал не горит, но плавится.

Зеркало в виде солнца из полиуретана

Воплотить идею помогут легкие и гибкие потолочные галтели. Не путаем их с молдингами. Жесткий декор стоит дороже и тяжело режется.

Для домашнего солнца понадобится круглое зеркало и потолочный багет из полиуретана

Выбираем самый простой вариант без резьбы. На фото справа он в центре.

На зеркало диаметром 40 см ушло 9 двухметровых плинтусов шириной 7 см и столько же – шириной 5 см.

Мастер-класс: вырезаем лучи солнца

Широкий багет кладем на лист фанеры: он защитит пол. Канцелярским ножом делим деталь на 4 части по 50 см каждая.

Крупным отрезкам плинтуса придаем симметричную форму лучей с концами в виде стрел

Лезвие плавно ведем вдоль галтели, сужая прямоугольник в трапецию.

Больших симметричных лучей нарежем 20 штук: 10 – по 50 см и 10 – по 45 см. Детали первого слоя готовы, переходим ко второму.

Лучи солнца в зеркальном отражении

Из остатков широкого плинтуса и части узкого сделаем 19 лучей по 35 см. Дальше нужно выкроить 41 фрагмент по 25 см.

Трапеции для лучей средней длины закончим асимметричным скосом: правым или левым

Равное число деталей удобно получить, нарезая заготовки парами.

Для третьего слоя кроим 12 прямоугольников по 15 см. Их не сужаем, а надрезаем торец углом, чтобы форма напоминала ленту или флажок.

Опора на стену для зеркала над камином

Из 18 плинтусов и 40-сантиметрового круга получится солнце диаметром 140 см. Размер основы для него составит 50х50 см.

На квадрате из фанеры обведем контур зеркала и наметим границы для крепления лучей

Чтобы повесить декор на стену, просверлим отверстие для креплений.

Для маленькой каминной зоны размеры сократим вдвое. Но заменять фанеру картоном не стоит: полиуретан легкий, а стекло тяжелое и хрупкое.

Зеркало в форме солнца: раскладка лучей

По контуру на опоре распределим детали в виде стрел. Промежутки выровняем, отверстие для крепежа оставим открытым.

Раскладку начнем с крупных заостренных лучей, а между ними добавим скошенные детали

Идеальной симметрии не нужно: достаточно сохранить форму круга.

Скосы по 45 см кладем между стрелами. Пустоты заполняем лучами по 35 см. Щелей шире 5 мм на внешнем круге остаться не должно.

Как клеить полиуретан своими руками

«Суперклей» или «Момент» для потолочных плинтусов не годятся: они разъедают материал. Подойдет термоклей или «Титан».

Соединить полиуретан и фанеру поможет клеевой пистолет или клей для потолочной плитки

Поднимаем лучи по очереди и наносим состав на деревянную основу.

Краску для галтелей берем водную или акриловую с расчетом на покрытие в 2 слоя. Ацетоновая или алкидная смесь повредит детали.

«Золотое» зеркало-солнце: клеим и красим

После высыхания клея красим лучи узкой флейцевой кистью. Помним про торцы и бока: декор на стену будет виден со всех сторон.

Тонировать «лучи» нужно послойно: так они лучше прокрасятся и займут меньше места

Соблюдаем порядок действий: клеим, сушим, красим и снова сушим.

Вторым слоем симметрично кладем скосы по 25 см: получатся углы, как на фото слева. Сверху клеим 15-сантиметровые флажки.

Как сделать опору для зеркала в центре

Пока сохнет третий слой, выпилим из фанеры квадрат со стороной 28 см. Остатки материала нарежем на одинаковые дощечки.

Чтобы закрепить в центре круглое зеркало, сделаем для него подиум из обрезков фанеры

Кладем их вниз, пока высота не сравняется с верхним слоем галтелей.

Помним, что отверстие для крепежа подиум закрывать не должен. Фиксируем опоры шурупами-саморезами и крепим на них квадрат.

Собираем декоративное зеркало-солнце

Закрепить стекло на фанере поможет клей «Момент» или жидкие гвозди. Выдавливаем щедро и размазываем по всей площади.

На деревянный подиум наносим универсальный клей, сверху кладем зеркало и ставим груз

Оставляем сооружение на сутки, чтобы состав схватился надежно.

Груз подбираем без острых краев, чтобы не повредить полированную поверхность. Через 24 часа трендовый декор на стену готов!

Зеркало-солнце из пластиковых ложек

Остроумным хозяевам классических биокаминов в порталах подойдет более компактный и простой вариант, как на фото ниже.

Зеркало над камином для дачи можно сделать своими руками из пластиковых ложек

Забавный декор клеим в 1 слой и дополняем рамой из полиуретана.

Если не нашлось готовой круглой розетки, раму вырежем из потолочной плитки. Красим и сушим ее отдельно. При сборке клеим последней: на стык между лучами и зеркалом.

Как сделать зеркало-солнце из дерева

Недорого украсить биокамин в стиле кантри поможет деревянное панно. Лучи для него выпилим лобзиком и покроем морилкой.

Более серьезный декор над камином получится из остатков фанеры, ламината или шпона

Подиум между слоями сэкономит материал и придаст лучам объем.

Солнце из дерева получится легким, если закрепить лучи в 2 ряда. На первый слой прикручиваем подиум. Сверху кладем второй слой, зеркало и раму. Красить шпон и ламинат не нужно – их украшает рисунок древесины.

         Другие статьи расскажут:

Удачного вам творчества и счастья в доме!

Темный город, построивший гигантское зеркало для отражения Солнца

Темный город, построивший гигантское зеркало для отражения Солнца

(Изображение предоставлено Getty Images)

Найден норвежский город, окутанный тенью на полгода. оригинальный способ получить немного солнечного света. Но зачем идти на такие крайности? Как обнаружила Линда Геддес, Солнце оказывает мощное воздействие на наш разум и тело — и меняет нас, когда его нет.

T

У жителей Рьюкана на юге Норвегии сложные отношения с Солнцем.«Больше, чем в других местах, где я жил, они любят говорить о Солнце: когда оно возвращается, если они давно не видели Солнце», — говорит художник Мартин Андерсен. «Они немного одержимы этим». Возможно, предполагает он, это потому, что примерно полгода вы можете видеть солнечный свет, сияющий высоко на северной стене долины: «Это очень близко, но к нему нельзя прикоснуться», — говорит он. С наступлением осени свет поднимается по стене каждый день, как календарь, отмечающий даты зимнего солнцестояния.А затем, по мере того, как прогрессируют январь, февраль и март, солнечный свет снова медленно начинает медленно спускаться вниз.

Рьюкан был построен между 1905 и 1916 годами после того, как предприниматель по имени Сэм Эйд купил местный водопад (известный как дымящийся водопад) и построил там гидроэлектростанцию. Затем последовали заводы по производству искусственных удобрений. Но менеджеры этих заводов беспокоились, что их персонал не получает достаточно солнца, и в конце концов они построили канатную дорогу, чтобы дать им доступ к ней.

Когда Мартин переехал в Рьюкан в августе 2002 года, он просто искал временное место для проживания со своей молодой семьей рядом с домом его родителей, где он мог бы заработать немного денег. Его привлекла трехмерность этого места: город с населением 3000 человек, расположенный в расселине между двумя высокими горами — первая серьезная возвышенность, которую вы достигнете, путешествуя к западу от Осло.

Рьюкан находится у подножия долины на юге Норвегии (Источник: Olav Gjerstad / Flickr / CC BY 2.0)

Но уходящее Солнце оставило Мартина мрачным и вялым. Оно все еще поднималось и заходило каждый день и давало немного дневного света — в отличие от крайнего севера Норвегии, где темно в течение нескольких месяцев, — но Солнце никогда не поднималось достаточно высоко, чтобы жители Рьюкана могли его увидеть или почувствовать. согревающие лучи прямо на их коже.

Когда лето сменилось осенью, Мартин обнаружил, что каждый день толкает коляску своей двухлетней дочери все дальше и дальше по долине в погоне за исчезающим солнечным светом.«Я чувствовал это очень физически; Я не хотел оставаться в тени », — говорит Мартин, владелец винтажного магазина в центре города Рьюкан. «Если бы только кто-то мог найти способ отразить солнечный свет в городе», — подумал он. Большинство людей, живущих в умеренных широтах, знакомы с чувством тревоги Мартина из-за тускнеющего осеннего света. Мало кто мог бы построить гигантские зеркала над своим городом, чтобы починить его.

Темное место

Что такого в плоской мрачной серости зимы, которая, кажется, проникает в нашу кожу и омрачает наше настроение, по крайней мере, в более высоких широтах? Идея о том, что наше физическое и психическое здоровье меняется в зависимости от времени года и солнечного света, возникла давно.В «Классике медицины желтого императора», трактате о здоровье и болезнях, который, по оценкам, был написан около 300 г. до н.э., описывается, как времена года влияют на все живые существа. Он предполагает, что зимой — время консервации и хранения — следует «рано ложиться спать и вставать с восходом солнца … Желания и умственная деятельность должны быть тихими и сдержанными, как если бы хранить счастливый секрет». А в своем «Трактате о безумии», опубликованном в 1806 году, французский врач Филипп Пинель отметил ухудшение психического состояния некоторых из своих психиатрических пациентов, «когда наступили холода в декабре и январе».

Сегодня эту легкую форму недомогания часто называют зимней хандрой. А для меньшинства людей, страдающих сезонным аффективным расстройством (САР), зима буквально угнетает. Синдром, впервые описанный в 1980-х годах, характеризуется повторяющимися депрессиями, которые возникают ежегодно в одно и то же время каждый год.

Даже здоровые люди, у которых нет сезонных проблем, похоже, испытывают это изменение с низкой амплитудой в течение года, с ухудшением настроения и энергии осенью и зимой и улучшением весной и летом.

Свет сияет на городской площади, но не на остальной части Рьюкана (Источник: Getty Images)

Почему темные месяцы должны вызывать такую ​​усталость и плохое настроение у стольких людей? Существует несколько теорий, ни одна из которых не является окончательной, но большинство относится к циркадным часам. Одна из идей заключается в том, что глаза некоторых людей менее чувствительны к свету, поэтому, когда уровень освещенности падает ниже определенного порога, они с трудом синхронизируют свои циркадные часы с внешним миром. Другая причина заключается в том, что некоторые люди зимой производят больше гормона мелатонина, чем летом.

Однако ведущей теорией является «гипотеза фазового сдвига»: идея о том, что укороченные дни вызывают рассинхронизацию наших циркадных ритмов с фактическим временем суток из-за задержки высвобождения мелатонина. Уровень этого гормона обычно повышается ночью в ответ на темноту, помогая нам чувствовать сонливость, и подавляется ярким утренним светом. «Если чьи-то биологические часы идут медленно и ритм мелатонина не упал, то их часы говорят им, чтобы они продолжали спать, даже если их будильник может сработать, а жизнь требует, чтобы они проснулись», — говорит Келли Рохан, профессор психологии Университета Вермонта.Почему именно это должно вызывать чувство депрессии, до сих пор неясно. Одна из идей состоит в том, что эта усталость может иметь побочные эффекты для здоровья. Если у вас есть негативные мысли о том, насколько вы устали, это может вызвать печальное настроение, потерю интереса к еде и другие симптомы, которые могут усиливаться.

Однако недавние исследования того, как птицы и мелкие млекопитающие реагируют на изменения продолжительности дня, подсказали альтернативное объяснение. По словам Дэниела Крипке, заслуженного профессора психиатрии Калифорнийского университета в Сан-Диего, когда мелатонин поражает область мозга, называемую гипоталамусом, это изменяет синтез другого гормона — активного гормона щитовидной железы, который регулирует все виды поведения и телесные процессы.

Примерно полгода вы можете видеть солнечный свет, сияющий высоко на северной стене долины над Рьюканом (Источник: Bilfinger SE / Flickr / CC BY 2.0)

Когда рассвет наступает позже зимой, конец секреция мелатонина дрейфует позже, говорит Крипке. Исследования на животных показывают, что высокий уровень мелатонина сразу после пробуждения животного сильно подавляет выработку активного гормона щитовидной железы, а снижение уровня щитовидной железы в мозге может вызвать изменения настроения, аппетита и энергии.Например, известно, что гормон щитовидной железы влияет на серотонин, нейромедиатор, регулирующий настроение. Несколько исследований показали, что уровень серотонина в головном мозге у людей самый низкий зимой и самый высокий летом.

Возможно, что многие из этих механизмов работают, даже если точные взаимоотношения еще не полностью определены. Но независимо от того, что вызывает зимнюю депрессию, яркий свет, особенно если он доставляется ранним утром, похоже, обращает симптомы вспять.

Зеркало, зеркало

Бухгалтер по имени Оскар Киттилсен первым придумал установить большие вращающиеся зеркала на северной стороне долины над Рьюканом, где они могли бы «сначала собирать солнечный свет и потом, как луч налобного фонаря, разнесла город и его веселых жителей ».

Месяц спустя, 28 ноября 1913 года, в газете рассказывалось, что Сэм Эйд продвигал ту же идею, хотя прошло еще сто лет, прежде чем она была реализована.Вместо этого в 1928 году компания Norsk Hydro построила канатную дорогу в подарок горожанам, чтобы они могли подняться достаточно высоко, чтобы впитывать немного солнечного света зимой. Вместо того, чтобы приносить людям Солнце, люди будут приведены к солнечному свету.

Зеркала установлены таким образом, что они поворачиваются, чтобы следить за Солнцем (Источник: Getty Images)

Мартин Андерсен всего этого не знал. Но после получения небольшого гранта от местного совета на развитие идеи он узнал об этой истории и начал разрабатывать конкретные планы.В них использовался гелиостат: зеркало, установленное таким образом, что оно поворачивается, чтобы следить за Солнцем, постоянно отражая его свет в направлении установленной цели — в данном случае, городской площади Рьюкана.

Три зеркала, каждое размером 17 кв.м, гордо возвышаются на склоне горы над городом. В январе Солнце достаточно высоко, чтобы освещать площадь только два часа в день, с полудня до 14:00, но луч, создаваемый зеркалами, золотистый и гостеприимный. Выйдя на солнечный свет после нескольких часов в постоянной тени, я осознаю, насколько он формирует наше восприятие мира.Внезапно вещи кажутся более трехмерными; Я чувствую себя превращенным в одного из тех «веселых обитателей», которых представлял Киттилсен. Когда я покидаю солнечный свет, Рьюкан чувствует себя более плоским и серым местом.

Не все в Рьюкане приветствовали зеркала Солнца с распростертыми объятиями. Многие из местных жителей, с которыми я разговаривал, отвергали их как туристическую уловку, хотя все признавали, что они годятся для бизнеса. В тот день, когда я приехал, город был благословлен чистым голубым небом и золотым лучом света, падающим из зеркал, но на городской площади оставалось мало людей.Фактически, из людей, с которыми я разговаривал, зеркала больше всего ценили недавние иммигранты в Рьюкан.

Люди радуются открытию солнечных зеркал (Источник: Krister Soerboe / AFP / Getty Images)

Андерсен признается, что со временем привык к недостатку солнечного света. «Я больше не считаю это таким плохим», — говорит он. Как будто люди, выросшие в этом уникальном тенистом месте или решившие остаться, стали невосприимчивыми к обычной жажде солнечного света.

То же самое и в другом норвежском поселении: Тромсё. Один из самых северных городов мира, он находится примерно в 400 км к северу от Полярного круга. Зима в Тромсё темная — с 21 ноября по 21 января солнце даже не встает над горизонтом. Тем не менее, как ни странно, несмотря на его высокую широту, исследования не обнаружили разницы между уровнем психического расстройства зимой и летом.

Одно из предположений состоит в том, что эта очевидная устойчивость к зимней депрессии является генетической. Исландия, похоже, также опровергла тенденцию развития САР: по имеющимся данным, распространенность этого заболевания составляет 3.8%, что ниже, чем во многих странах южнее. А среди канадцев исландского происхождения, проживающих в канадской провинции Манитоба, распространенность САР примерно вдвое меньше, чем среди неисландских канадцев, проживающих в том же месте.

Однако альтернативным объяснением этой очевидной устойчивости перед лицом тьмы является культура. «Говоря грубо и кратко: похоже, что сюда приходят два типа людей», — говорит Джоар Виттерсо, исследователь счастья из Университета Тромсё.«Одна группа пытается как можно скорее вернуть на юг другую работу; другая группа остается ».

Анэ-Мари Хектон выросла в Лиллехаммере на юге Норвегии, но 33 года назад переехала в Тромсё со своим мужем, который вырос на севере. «Сначала я находил темноту очень удручающей; Я была к этому не готова, и через несколько лет мне понадобился световой короб, чтобы преодолеть некоторые трудности », — говорит она. «Но со временем я изменил свое отношение к темному периоду.Люди, живущие здесь, видят в этом уютное время. На юге зима — это то, что вам нужно пережить, но здесь люди ценят совсем другой свет, который вы получаете в это время года ».

Глядя на Рьюкан, путь отраженного солнечного света (Источник: Krister Soerboe / AFP / Getty Images)

Попасть в дом Хектоена — все равно что попасть в сказочную версию зимы. Верхних фонарей немного, а те, что существуют, усыпаны кристаллами, которые отражают свет.Стол для завтрака украшен свечами, а интерьер оформлен в пастельных розовых, голубых и белых тонах, перекликающихся с мягкими цветами снега и зимнего неба за окном. Это воплощение kos или koselig — норвежской версии hygge , датского чувства тепла и уюта.

Период с 21 ноября по 21 января в Тромсё известен как полярная ночь или темный период, но по крайней мере несколько часов в день это не строго говоря темнота, а скорее мягкие сумерки.Даже когда сходит настоящая тьма, люди остаются активными. Однажды днем ​​я арендовал пару беговых лыж и двинулся по одной из освещенных улиц трасс, пересекающих окраину города. Несмотря на темноту, я встречаю людей, выгуливающих собак на лыжах, бегущего человека с фонариком и бесчисленное количество детей, веселящихся на санях. Я останавливаюсь в парке и восхищаюсь детской игровой площадкой, освещенной прожекторами. «А зимой сюда лазят дети?» Я спрашиваю девушку, которая изо всех сил пытается натянуть коньки.«Конечно», — отвечает она. «Вот почему у нас есть прожекторы. Если бы мы этого не сделали, мы бы никогда ничего не добились ».

Жители собираются, чтобы насладиться светом (Источник: Getty Images)

В 2014–2015 годах психолог из Стэнфордского университета по имени Кари Лейбовиц провела 10 месяцев в Тромсё, пытаясь выяснить, как люди переживают холодные и темные зимы. Вместе с Виттерсо она разработала «опросник зимнего мышления», чтобы оценить отношение людей к зиме в Тромсё, архипелаге Шпицберген и в районе Осло.По ее словам, чем дальше на север они шли, тем более позитивным было отношение людей к зиме. «На юге люди почти не любили зиму. Но во всех отношениях любовь к зиме ассоциировалась с большим удовлетворением жизнью и готовностью брать на себя вызовы, ведущие к большему личному росту ».

Это звучит пренебрежительно просто, но более позитивный настрой действительно может помочь предотвратить зимнюю хандру. Келли Рохан недавно опубликовала клиническое исследование, сравнивающее когнитивно-поведенческую терапию (КПТ) и светотерапию при лечении САР, и обнаружила, что они сопоставимы в течение первого года лечения.КПТ включает в себя обучение выявлению закономерностей и ошибок в своем образе мышления и их преодолению. В случае SAD это может быть перефразирование мыслей, таких как «Я ненавижу зиму» на «Я предпочитаю лето зиме» или «Я ничего не могу сделать зимой» на «Мне труднее что-то делать зимой, но если я планирую и приложу усилия, я могу ».

Это также включает в себя поиск занятий, которыми человек готов заниматься зимой, чтобы вывести его из режима гибернации. «Я не спорю, что у сезонной депрессии нет сильного физиологического компонента, связанного с циклом свет-темнота», — говорит Рохан.«Но я действительно утверждаю, что у человека есть некоторый контроль над тем, как он реагирует на это и справляется с этим. Вы можете изменить свое мышление и поведение, чтобы чувствовать себя немного лучше в это время года ».

Это отредактированная версия статьи , впервые опубликованной Wellcome на Mosaic и переизданной здесь по лицензии Creative Commons. Посетите Mosaic , чтобы прочитать более длинную версию, в которой также описывается, как искусственный свет может регулировать настроение.

Присоединяйтесь к 800 000+ будущих поклонников, поставив нам лайк на Facebook или подписавшись на нас в Twitter .

Канал 01

_____________________________________________________________________________________________

1. ОБОСНОВАНИЕ И РЕШЕНИЕ Знак, нарисованный на витрине магазина, перевернут, если смотреть изнутри магазина. Человек в магазине рассматривает вывеску в плоское зеркало.Как обсуждалось в тексте, изображение объекта, сформированное в плоском зеркале, является вертикальным, имеет тот же размер, что и объект, расположено за зеркалом настолько далеко за зеркалом, насколько объект находится перед ним, и перевернуто слева направо. Следовательно, поскольку изображение перевернуто слева направо, изображение знака, нарисованного на витрине магазина, при просмотре в плоском зеркале в магазине будет таким же, как и при просмотре снаружи магазина.

_____________________________________________________________________________________________

2 .ОБОСНОВАНИЕ И РЕШЕНИЕ Как обсуждалось в тексте, изображение объекта, сформированное в плоском зеркале, переворачивается слева направо. Если часы держать перед зеркалом, их изображение переворачивается слева направо, но не вверх и вниз. Чтобы понять, как выглядит изображение секундной стрелки с точки зрения человека, смотрящего в зеркало, представьте, что вы заменяете секундную стрелку вращающимся вектором, который всегда направлен в сторону от оси вращения. В любой момент этот вектор можно разделить на горизонтальную и вертикальную составляющие.Поскольку изображение перевернуто слева направо, изображение горизонтальной составляющей будет перевернуто по направлению. Напротив, поскольку изображение не перевернуто вверх и вниз, изображение вертикального компонента будет указывать в том же направлении, что и объект. Следовательно, когда горизонтальные и вертикальные компоненты изображения объединяются, результат поворачивается на против часовой стрелки на . Таким образом, с точки зрения человека, смотрящего в зеркало, изображение секундной стрелки часов вращается против часовой стрелки.

____________________________________________________________________________________________

3 . ОБОСНОВАНИЕ И РЕШЕНИЕ Когда параллельные лучи света падают на вогнутое зеркало, они отражаются; эти отраженные лучи сходятся в фокусе зеркала. Когда параллельные лучи света падают на выпуклое зеркало, они также отражаются; эти отраженные лучи расходятся от поверхности зеркала и, кажется, исходят из фокальной точки, расположенной за зеркалом.

а. Расстояние между Землей и Солнцем очень велико; поэтому, когда солнечные лучи достигают Земли, они по существу параллельны. Если желательно зажечь огонь солнечным светом, необходимо сфокусировать параллельные солнечные лучи на очень небольшом участке, предпочтительно в точке, на листе бумаги. Поскольку вогнутое зеркало отражает параллельные лучи, так что они сходятся перед зеркалом, следует использовать вогнутое зеркало, а не выпуклое зеркало.

г. Для достижения наилучших результатов лист бумаги должен быть помещен в фокусную точку зеркала, поскольку это место, где лучи сходятся в точку, и нагрев будет максимальным.

_____________________________________________________________________________________________

4 . ОБОСНОВАНИЕ И РЕШЕНИЕ На фотографии в тексте показано экспериментальное устройство в лабораториях Sandia National в Нью-Мексико. Устройство представляет собой зеркало, которое фокусирует солнечный свет, чтобы нагреть натрий до кипения.

а. Расстояние между Землей и Солнцем очень велико; поэтому, когда солнечные лучи достигают Земли, они по существу параллельны. Вогнутое зеркало отражает параллельные лучи света, так что отраженные лучи сходятся в фокусе зеркала.Таким образом, можно сделать вывод, что зеркало на фотографии — вогнутое.

г. Поскольку лучи света сходятся в фокусе зеркала, разумно сделать вывод, что натриевая единица расположена в фокусной точке зеркала. Следовательно, расстояние между зеркалом и натриевым блоком равно фокусному расстоянию зеркала.

_____________________________________________________________________________________________

5 .РАССМОТРЕНИЕ И РЕШЕНИЕ Когда параллельные лучи света падают на вогнутое зеркало, они отражаются. Для лучей, которые лежат близко к главной оси зеркала, эти лучи будут сходиться в одной точке, а именно в фокусе зеркала. Лучи, далекие от главной оси, после отражения не сходятся в одной точке. Каждый отраженный луч подчиняется закону отражения; а именно, угол отражения, измеренный относительно нормали к поверхности, равен углу падения.Поскольку отражающая поверхность имеет сферическую форму, направление линий, нормальных к поверхности, меняется от точки к точке; однако они направлены радиально по отношению к центру «сферы». Лучи, которые находятся дальше от главной оси, имеют большие углы падения и большие углы отражения. Следовательно, когда такие лучи отражаются, они пересекают главную ось справа от фокальной точки F на рисунке 25.14. Верхний луч на этом чертеже можно было бы направить через точку фокусировки, если бы угол отражения и, следовательно, угол падения были уменьшены.Этого можно добиться, изменив форму зеркала так, чтобы линия, нормальная к поверхности в точке падения, была повернута вверх, как показано на рисунке ниже.

Следовательно, чтобы приблизить верхний луч к точке фокуса, зеркало необходимо «раскрыть», чтобы получить более плавно изогнутую поверхность.

_____________________________________________________________________________________________

6 . ОБОСНОВАНИЕ И РЕШЕНИЕ

а.Для реального изображения световые лучи фактически проходят через точки на изображении. Такое изображение можно напрямую проецировать на экран. Этого можно добиться, поместив экран в то место, где находится изображение.

Если объект находится между точкой фокусировки и центром кривизны вогнутого зеркала, реальное изображение формируется за пределами центра кривизны. Реальное изображение увеличивается и инвертируется (см. Рисунок 25.19 a ). Если объект расположен за центром кривизны, реальное изображение формируется между центром кривизны и точкой фокусировки.Это реальное изображение уменьшено в размере и перевернуто по отношению к объекту (см. Рис. 25.19 b ). В этих случаях изображение реальное; следовательно, его можно проецировать прямо на экран (помещать в место изображения) без помощи других зеркал или линз.

Если, однако, объект находится между точкой фокусировки и вогнутым зеркалом, создается увеличенное вертикальное изображение virtual (см. Рисунок 25.20 a ). Изображение находится за зеркалом и не может быть спроецировано прямо на экран без помощи других оптических компонентов.

г. Выпуклое зеркало всегда создает виртуальное изображение, которое находится за зеркалом; поэтому изображение нельзя проецировать прямо на экран без помощи других оптических компонентов.

_____________________________________________________________________________________________

7 . ОБОСНОВАНИЕ И РЕШЕНИЕ

а. Тыльная сторона блестящей чайной ложки действует как выпуклое зеркало. Когда объект помещается перед выпуклым зеркалом, создается виртуальное изображение, уменьшенное в размере и расположенное вертикально, как показано на рисунке 25.22. Таким образом, если вы посмотрите на обратную сторону блестящей чайной ложки, выставленной на расстоянии вытянутой руки, вы увидите себя прямо.

г. Вогнутая сторона блестящей чайной ложки действует как вогнутое зеркало. Если чайную ложку держать на расстоянии вытянутой руки, то вы (объект) находитесь дальше от отражающей поверхности, чем центр кривизны поверхности. Ситуация аналогична ситуации с объектом, находящимся за центром кривизны вогнутого зеркала. Формируется реальное изображение уменьшенного размера и , перевернутое на по отношению к объекту, как показано на рисунке 25.19 б . Поэтому, если вы посмотрите на вогнутую сторону блестящей чайной ложки, вы увидите себя перевернутой вверх ногами.

_____________________________________________________________________________________________

8 . ОБОСНОВАНИЕ И РЕШЕНИЕ Если вы стоите между двумя параллельными плоскими зеркалами, вы видите бесконечное количество образов самого себя. Это происходит потому, что изображение в одном зеркале отражается в другом зеркале, создавая другое изображение, которое затем повторно отражается, и так далее.Несколько изображений расположены на одинаковом расстоянии.

Размер изображения, создаваемого выпуклым зеркалом, уменьшается по сравнению с объектом. Подобно плоскому зеркалу, изображение виртуально и находится за зеркалом; однако виртуальное изображение в выпуклом зеркале ближе к зеркалу, чем было бы, если бы зеркало было плоским. Если вы встанете лицом к выпуклому зеркалу с плоским зеркалом позади вас, вы увидите бесконечное количество собственных образов, как в случае с двумя параллельными плоскими зеркалами. Причина в том, что первое изображение в выпуклом зеркале отражается в плоском зеркале, создавая идентичное изображение за ним.Изображение за плоским зеркалом повторно отражается в выпуклом зеркале, чтобы создать другое меньшее изображение ближе к фокусной точке выпуклого зеркала. Это второе изображение в выпуклом зеркале меньше первого, потому что изображение за плоским зеркалом находится дальше от выпуклого зеркала, чем вы. Происходят дальнейшие отражения и переотражения, приводящие к серии изображений в выпуклом зеркале, размер которых уменьшается по мере приближения к фокусной точке. Изображения «накапливаются», так сказать, становясь все ближе и ближе друг к другу по мере приближения к фокусной точке.Размер изображения становится нулевым в фокусной точке. Таким образом, серия изображений исчезает в фокусе выпуклого зеркала.

_____________________________________________________________________________________________

9 . ОБОСНОВАНИЕ И РЕШЕНИЕ Расположение микрофонов, показанное на рисунке, используется для улавливания слабых звуков. Он состоит из «выдолбленной» оболочки позади микрофона. Оболочка действует как зеркало для звуковых волн. Следовательно, когда параллельные звуковые лучи попадают на внутреннюю поверхность оболочки, они отражаются от нее.Поскольку оболочка вогнутая, отраженные лучи сходятся в фокусе оболочки. Предположительно слабые звуки будут исходить далеко от микрофона; поэтому, когда они достигнут микрофонного устройства, эти лучи будут по существу параллельны главной оси корпуса. Поскольку отраженные лучи будут сходиться в точке фокусировки, микрофон должен быть расположен в точке фокусировки, чтобы оптимально их обнаруживать.

_____________________________________________________________________________________________

10 .ОБОСНОВАНИЕ И РЕШЕНИЕ Когда вы видите свое отражение в зеркале, это происходит потому, что (1) световые лучи, исходящие от реального изображения, попадают в ваши глаза или (2) световые лучи, исходящие от виртуального изображения, попадают в ваши глаза. . Если световые лучи от изображения не попадают вам в глаза, вы не видите себя.

а. Если вы стоите перед выпуклым зеркалом на его главной оси, ваше виртуальное изображение находится за зеркалом. Изображение будет уменьшено в размере и вертикально независимо от вашего местоположения.Когда вы находитесь перед выпуклым зеркалом, вы сможете видеть себя в любом месте на главной оси, потому что лучи, которые кажутся исходящими от этого изображения, могут попадать в ваши глаза.

г. Если вы встанете перед вогнутым зеркалом на его главной оси и находитесь за пределами центра кривизны зеркала, вы увидите реальное изображение себя, которое перевернуто и уменьшено в размере относительно вашего размера и ориентации (рис. 25.19). б ). Если вы встанете между зеркалом и его точкой фокусировки, вы увидите свое виртуальное изображение, которое расположено вертикально и увеличено в размерах (Рисунок 25.20). В первом случае лучи, исходящие от реального изображения, могут достигать ваших глаз. В последнем случае лучи, которые кажутся исходящими от виртуального изображения, могут достигать ваших глаз.

Когда вы стоите на главной оси вогнутого зеркала так, чтобы находиться между центром кривизны и фокусной точкой зеркала, изображение формируется за пределами центра кривизны (рис. 25.19 a ). Вы не можете увидеть это изображение, потому что оно позади вас.

_____________________________________________________________________________________________

11 .ОБОСНОВАНИЕ И РЕШЕНИЕ Плоские зеркала и выпуклые зеркала образуют виртуальные образы. С плоским зеркалом изображение может быть бесконечно далеко позади зеркала, в зависимости от того, где находится объект перед зеркалом.

Для объекта перед единственным выпуклым зеркалом наибольшее расстояние за зеркалом, на котором можно найти изображение, равно величине фокусного расстояния зеркала. Это можно подтвердить с помощью уравнения зеркала (Уравнение 25.3):, где f принимается как отрицательное число, потому что зеркало является выпуклым зеркалом.Наибольшее расстояние изображения происходит, когда объект находится на бесконечности. Тогда и уравнение зеркала дает d

_____________________________________________________________________________________________

12 . ОБОСНОВАНИЕ И РЕШЕНИЕ Как показано на рисунке 25.22, объект, помещенный перед выпуклым зеркалом, создает виртуальное изображение за зеркалом, которое уменьшается в размере и имеет вертикальную ориентацию для всех расстояний до объекта. Следовательно, невозможно использовать выпуклое зеркало для создания изображения, которое больше, чем объект.

_____________________________________________________________________________________________

13 . РАССМОТРЕНИЕ И РЕШЕНИЕ Предположим, вы стоите перед сферическим зеркалом (вогнутым или выпуклым).Как показано на рисунках 25.19 и 25.20, вогнутое зеркало может формировать реальное перевернутое изображение (рисунки 25.19 a и 25.19 b ) или виртуальное прямое изображение (рисунок 25.20). Как показано на рис. 25.22, выпуклое зеркало может формировать только виртуальное прямое изображение.

а. Следовательно, ваше изображение не может быть реальным и прямым.

г. Точно так же ваше изображение не может быть виртуальным и инвертированным.

_____________________________________________________________________________________________

Как Архимед использовал зеркала, чтобы сжигать корабли захватчиков?

Категория: Физика Опубликовано: 11 декабря 2012 г.

Архимед не использовал зеркала для сжигания кораблей римских захватчиков.Этот миф утверждает, что, фокусируя солнечные лучи, зеркала Архимеда подняли температуру кораблей настолько, что они загорелись. В то время как вогнутое зеркало, удерживаемое в одной руке , может осветить бумагу в другой руке, фокусируя солнечный свет, для сжигания далекого деревянного корабля потребуется непрактично большое зеркало. Как опубликовано в European Journal of Physics под заголовком «Размышления о« горящих зеркалах Архимеда »», ученые А.А. Миллс и Р. Клифт подсчитали, что для тления древесины на расстоянии 50 метров потребуется 440 плоских зеркала площадью 440 квадратных метров. .Даже в этом случае тлеющее дерево можно легко потушить с помощью брызг соленой воды. Для греков было бы непрактично производить, идеально выравнивать и эффективно использовать 440 зеркал в 214 г. до н.э.

Проблема состоит из трех частей. Во-первых, корабли, которые находятся достаточно далеко, чтобы безопасно атаковать с помощью солнечного света, будут слишком далеко, чтобы надежно сфокусировать солнечный свет. Во-вторых, корабли сделаны из дерева, пригодного для использования в море, которое намного труднее зажечь, чем бумагу. В-третьих, солнечный свет несет очень много энергии, даже если он идеально сфокусирован.Требуется очень большое эффективное зеркало, чтобы сфокусировать солнечный свет до нужной интенсивности. Например, солнечная электростанция Sierra SunTower использует 24 000 плоских зеркал, разбросанных на 20 акрах, для фокусирования солнечного света на двух котлах. Сфокусированный солнечный свет в SunTower используется для кипячения воды, а затем образующийся пар используется для включения электрических генераторов. Несмотря на то, что солдаты Архимеда не могли использовать зеркала для сжигания римских кораблей, этот миф может иметь некоторое основание на самом деле. Возможно, зеркала использовались, чтобы ослепить, сбить с толку или даже сжечь бортовых римлян.

Темы: Архимед, горящий луч, свет, световой луч, зеркало, отражение

Зеркальное отображение: отражение и преломление света

Когда люди смотрят в зеркало, они видят себя за стеклом. Это изображение является результатом того, что световые лучи сталкиваются с блестящей поверхностью и отражаются назад, создавая «зеркальное отображение». Люди обычно думают, что отражение перевернуто слева направо; однако это заблуждение.Если вы смотрите на север и смотрите прямо в зеркало, восточная сторона вашего лица все еще находится на восточной стороне изображения, и то же самое верно и для западной стороны. Зеркало не переворачивает изображение слева направо; он переворачивает его спереди назад. Например, если вы смотрите на север, ваше отражение смотрит на юг.

Отражение световых лучей — один из важнейших аспектов геометрической оптики; другой — преломление или искривление световых лучей. Геометрическая оптика — один из двух широких классов оптики, области, которая «занимается распространением света через прозрачные среды», как сказал Ричард Фицпатрик, профессор физики Техасского университета в Остине, в конспектах лекций к курсу Электромагнетизм и оптика.(Другой класс — физическая оптика.)

Геометрическая оптика

Геометрическая оптика рассматривает свет как непрерывные лучи (в отличие от волн или частиц), которые движутся через прозрачные среды в соответствии с тремя законами. Первый закон гласит, что лучи света движутся через подобные прозрачные среды по прямым линиям. Второй гласит, что когда луч света встречает гладкую, блестящую (или проводящую) поверхность, такую ​​как зеркало, луч отражается от этой поверхности. Третий закон определяет, как ведут себя световые лучи, когда они проходят между двумя разными средами, такими как воздух и вода.Например, когда вы смотрите на ложку в стакане с водой, кажется, что погруженная часть ложки находится в другом месте, чем ожидалось. Это происходит потому, что лучи света меняют направление, когда переходят из одного прозрачного материала (воздуха) в другой (воду).

Сэр Исаак Ньютон заложил основы геометрической оптики в своей классической работе 1704 года «Оптика». Описанные им принципы до сих пор используются при разработке очков, телескопов, микроскопов, очков и линз для фотоаппаратов.

Отражение

Отражения от плоских поверхностей довольно легко понять. Отражение кажется на таком же расстоянии от «другой стороны» зеркала, как и глаза зрителя от зеркала. Кроме того, когда свет отражается от зеркала, он отражается под тем же углом в противоположном направлении, от которого он падает.Например, если свет падает на плоское или «плоское зеркало» под углом 30 градусов слева, он будет отражаться под углом 30 градусов вправо.

Однако, если поверхность зеркала изогнута, углы отражения будут разными в разных точках на поверхности. Наиболее распространенная изогнутая поверхность, используемая в оптических устройствах, — это сферическое зеркало. Если зеркало выпуклое или изогнутое наружу, оно будет отражать более широкую область, в которой изображения будут казаться меньше и дальше, чем изображения от плоского зеркала.Эти зеркала часто используются в качестве наружных зеркал заднего вида на автомобилях и для наблюдения за большими площадями в магазинах.

Если поверхность вогнута или изогнута внутрь, группа световых лучей от удаленного источника отражается обратно в одну точку, известную как фокус. Как правило, это дает увеличивающий эффект, подобный тому, который можно увидеть в зеркале для макияжа. Радиус кривизны зеркала определяет его коэффициент увеличения и фокусное расстояние.

Ньютон использовал вогнутое сферическое зеркало для создания своего телескопа-рефлектора, конструкция которого до сих пор популярна среди астрономов-любителей из-за своей простоты, низкой стоимости и высокого качества изображения.

В телескопе-рефлекторе Ньютона световые лучи от далеких объектов, которые по существу параллельны (потому что они идут издалека), падают на вогнутое главное зеркало под тем же углом. Затем лучи отражаются обратно вверх через трубу телескопа к фокусной точке. Однако, прежде чем они достигают точки фокусировки, они попадают во вторичное плоское зеркало, наклоненное под углом 45 градусов. Вторичное зеркало отводит свет через отверстие в боковой части трубки. Затем линза окуляра фокусирует свет.Это дает увеличенное изображение. Кроме того, изображение кажется намного ярче, чем невооруженным глазом, потому что зеркало собирает и концентрирует свет.

Форма сферического зеркала влияет на отражаемое изображение. Свет, падающий у края зеркала, не фокусируется в том же самом месте, как свет, падающий ближе к центру. Это приводит к так называемой сферической аберрации. Это явление часто корректируется с помощью комбинации линз или, в случае больших телескопов, с помощью параболических зеркал, которые имеют форму закругленных конусов, которые фокусируют весь свет от источника в одну точку.

Refraction

Refraction — это изгиб световых лучей. Обычно свет движется по прямой линии и меняет направление и скорость при переходе из одной прозрачной среды в другую, например из воздуха в стекло.

В вакууме скорость света, обозначаемая как «с», постоянна. Однако, когда свет встречает прозрачный материал, он замедляется.Степень, в которой материал замедляет свет, называется показателем преломления этого материала и обозначается как «n». Согласно Physics.info, приблизительные значения n для обычных материалов:

• Вакуум = 1 (по определению)
• Воздух = 1.0003 (при стандартной температуре и давлении)
• Вода = 1,33 (при 68 градусах Фаренгейта или 20 градусах). Цельсия)
• Натриево-известковое коронное стекло = 1,51
• Сапфир = 1,77
• Флинтовое стекло с 71-процентным содержанием свинца = 1,89
• Фианит = 2.17
• Алмаз = 2,42

Эти числа означают, что скорость света в воде в 1,33 раза меньше, а в алмазе в 2,42 раза меньше, чем в вакууме.

Когда свет проходит из области с более низким n, например воздуха, через поверхность в область с более высоким n, например стекло, свет меняет направление. Это означает, что его путь ближе к перпендикулярному или «нормальному» к поверхности. Когда свет проходит из области с более высоким n в область с более низким n, он отклоняется от «нормального» направления.Вот почему кажется, что погруженная часть ложки в стакан с водой сгибается, когда вы опускаете ее в воду.

Focus

В линзах с изогнутой поверхностью параллельные лучи изгибаются под разными углами в зависимости от угла поверхности, на которой лучи входят в линзу. Параллельные лучи, входящие в выпуклую линзу, сходятся в точке с другой стороны линзы. Однако, когда параллельные лучи попадают в вогнутую линзу, они расходятся или расходятся на другой стороне линзы. Говорят, что у них есть «виртуальная фокусная точка» в месте, где расходящиеся лучи встретятся, если их направить назад к ближней стороне линзы.

Линзы также могут иметь цилиндрическую поверхность, выпуклую или вогнутую, которая соответственно увеличивает или уменьшает изображение только в одном направлении. Эти линзы часто комбинируют со сферической формой, чтобы получить торическую линзу или линзу сфероцилиндра. Такая линза имеет форму поверхности внутренней трубки, то есть имеет большую кривизну в одном направлении, чем в другом.

Эта форма обычно используется в очках для коррекции астигматизма, состояния, которое вызывает нечеткое зрение из-за неправильной формы роговицы, прозрачного переднего покрова глаза или иногда из-за кривизны линзы внутри глаза, в соответствии с в Американскую оптометрическую ассоциацию.Если вы держите пару этих очков подальше от лица и смотрите через одну линзу, когда вы ее поворачиваете, астигматическая линза заставит изображение изменить форму.

Однако геометрическая оптика не охватывает все области оптики. Физическая оптика охватывает такие темы, как дифракция, поляризация, интерференция и различные типы рассеяния. Квантовая оптика обращается к поведению и свойствам фотонов, включая спонтанное излучение, вынужденное излучение (принцип, лежащий в основе лазеров) и дуальность волны / частицы.

Джим Лукас — внештатный писатель и редактор, специализирующийся в области физики, астрономии и инженерии. Он является генеральным менеджером Lucas Technologies .

Дополнительные ресурсы

Электромагнетизм и оптика: вводный курс (Ричард Фицпатрик, Техасский университет в Остине)

Как зеркала, линзы и призмы формируют световые системы

Закон преломления Снеллиуса, закон отражения и закон дисперсии — основные оптические принципы, которые мы, возможно, изучали в школьной физике, но давно забыли — играйте критически роли в манипулировании светом.Даже самые сложные оптические конструкции должны подчиняться этим законам и включать по отдельности или вместе основные элементы оптики — зеркала, линзы и призмы.

Эти законы были открыты эмпирическим путем — путем наблюдения преломления солнечных лучей при его восходе и заходе в небе или при наблюдении за формированием теней или фазами затмения. На основании своих наблюдений ранние китайские, греческие и арабские философы разработали науку геометрическую оптику — метод изучения света как лучей, а не волн или частиц.Лучи называются параксиальными, потому что они падают вдоль или около оси оптической системы; параксиальные формулы были разработаны для объяснения поведения световых лучей.

Формулы с их теоретическими объяснениями можно найти в большинстве учебников по оптике и в каталогах производителей оптики. В этой статье кратко рассматриваются эти формулы и описывается их взаимодействие с основными строительными блоками оптических систем — зеркалами, линзами и призмами. *

Зеркала: исторические отражения

Зеркало, возможно, является самым старым оптическим элементом.Зеркала были обнаружены в египетских пирамидах, построенных в 1900 году до нашей эры. Плоские зеркала сегодня можно найти практически в каждом доме. Сферические или параболические зеркала часто используются в оптических системах вместо линз.

Когда луч света падает на поверхность, компоненты света либо поглощаются, либо отражаются. Мы видим только отраженную часть видимого спектра. Яблоко кажется красным, потому что все цвета (длины волн) спектра поглощаются его поверхностью, кроме красного.Растение погибло бы, если бы подвергалось воздействию только зеленого света, потому что для образования хлорофилла требуется поглощение всех других длин волн.

Этим свойством, присущим зеркалам, а также линзам и призмам, является коэффициент отражения — отношение света, отраженного от поверхности, к общему количеству света, достигающего ее. Говоря более научным языком, это отношение отражающей способности или потока к падающей мощности (Ir / Ii). Отражательная способность может варьироваться в широком диапазоне — от почти 100% для металлов, отражающих видимые и инфракрасные волны, до почти нуля для материалов с высокой поглощающей способностью.

Угол отражения луча света равен углу его падения. Это первый закон отражения, первоначально определенный Евклидом в 300 г. до н.э. Второй закон отражения, приписываемый арабскому оптику Альхазену, гласит, что падающий луч, отраженный луч и нормаль должны лежать в одной плоскости. Оба этих закона отражения имеют решающее значение при определении места появления изображения (см. Рис. 1).

Изображения, сформированные зеркалами, являются реальными или виртуальными, имеют предсказуемый размер и местоположение.Реальное изображение формируется, когда точка пересечения падающего и отраженного лучей находится перед зеркалом. Плоское зеркало создает виртуальное изображение, потому что точка фокусировки, где сходятся все падающие параллельные лучи, находится за отражающей поверхностью — каждая точка объекта на заданном перпендикулярном расстоянии от зеркала отображается на том же расстоянии позади зеркала. Изменение — это поворот на 180 ° вокруг оптической оси, известный как реверс.

Помимо плоских, наиболее распространенными формами зеркал являются выпуклые и вогнутые.Эти термины относятся к форме поверхности при взгляде в направлении падающего света. Выпуклое зеркало, независимо от положения объекта, всегда будет формировать виртуальное прямое уменьшенное изображение (см. Рис. 2). Изображение, создаваемое вогнутым сферическим зеркалом, зависит от положения объекта по отношению к его фокусной точке.% {[Data-embed-type = «image» data-embed-id = «5cdaffa9f6d5f267ee2a52bc» data-embed-element = «span» data-embed-size = «640w» data-embed-alt = «РИСУНОК 2. Для падающего луча из точки O в точку P угол падения q, угол между падающим лучом и нормалью ( проведенный из центра кривизны, C), равен углу между нормалью и отраженным лучом, углу отражения.Точка фокусировки F может быть вычислена по уравнению зеркала: 1 / f = 1 / s + 1 / s`, где f — фокусное расстояние, s — расстояние до объекта, а s` — расстояние до сформированного изображения. . «data-embed-src =» https://img.laserfocusworld.com/files/base/ebm/lfw/image/2016/01/th_lfw29880_40.png?auto=format&fit=max&w=1440 «data-embed-caption = «РИСУНОК 2. Для луча, падающего из точки O в точку P, угол падения q, угол между падающим лучом и нормалью (проведенный из центра кривизны, C), равен углу между нормалью и нормалью. отраженный луч, угол отражения.Точка фокусировки F может быть вычислена по уравнению зеркала: 1 / f = 1 / s + 1 / s`, где f — фокусное расстояние, s — расстояние до объекта, а s` — расстояние до сформированного изображения. . «]}%

Вогнутое сферическое зеркало имеет ось симметрии — оптическую ось — через его центр. Точка на этой оси, равноудаленная от каждой точки на поверхности зеркала, является центром кривизны. Объект за пределами центр кривизны формирует реальное изображение между точкой фокусировки и центром кривизны.

Если объект расположен в центре кривизны, зеркало формирует реальное изображение того же размера, что и объект, но перевернутое.По мере того, как объект приближается к зеркалу, изображение, хотя и реальное и перевернутое, удаляется от зеркала и становится больше оригинала. Когда объект достигает точки на полпути между зеркалом и его центром кривизны — фокусной точкой зеркала — отраженные лучи от каждой точки становятся параллельными, и изображение не формируется. Если объект перемещается ближе к зеркалу, минуя точку фокусировки, отраженные лучи расходятся и образуют вертикальное виртуальное изображение большего размера, чем объект.

Раньше зеркала изготавливались путем покрытия стекла серебром, которое обладает высокой отражающей способностью в УФ- и ИК-диапазонах.Покрытия из алюминия, нанесенного методом вакуумного напыления на полированные поверхности, в настоящее время являются общепринятым стандартом для качественных зеркал.

Линзы: изгиб света

Линзы прошли относительно долгую эволюцию. Роджер Бэкон использовал стакан для чтения в 13 веке, а очки были представлены в Европе в 1287 году. Но микроскоп был изобретен только через 400 лет, а через десять лет или около того за ним последовал телескоп.

Основным законом работы линз является закон преломления или закон Снеллиуса.Этот расчет определяет, насколько свет изгибается или преломляется при переходе из одной среды в другую, например, солнечный свет, переходящий из воздуха в воду или из воздуха в линзу. Свет преломляется при изменении его скорости. Чем больше оптическая плотность среды, в которую входит длина волны, тем ниже скорость света через среду. Длина волны также становится короче, когда она входит в среду, хотя частота остается той же.

Снелл обнаружил два важных момента для определения того, насколько луч будет изогнут: падающий и преломленный лучи лежат в одной плоскости и что угол преломления можно рассчитать по формуле

n1sinQ1 = n2sinQ2

, где n1 = index of преломление первой среды, Q1 = угол падения в первой среде, n2 = показатель преломления второй среды и Q2 = результирующий угол во второй среде.

В своей простейшей форме линза представляет собой единую изогнутую поверхность, которая собирает свет от источника и преломляет этот свет, чтобы сформировать пригодное для использования изображение этого источника. Наши глаза делают это. Обычно линза состоит из двух или более прозрачных преломляющих поверхностей, по крайней мере одна из которых изогнута. В зависимости от своей кривизны линза заставляет свет либо сходиться, либо расходиться. Выпуклая линза, также известная как собирающая или положительная линза, фокусирует световые лучи в точку, как и увеличительное стекло. В центре он всегда будет толще, чем по краям.Вогнутая, расходящаяся или отрицательная линза рассеивает свет и тоньше в середине, чем по краям.

Линза, как зеркало, будет формировать либо реальное изображение, которое можно проецировать на экран или карту, либо виртуальное, которое нельзя проецировать. Также, как и в случае с зеркалом, изображение с линзы может отображаться вверх ногами или правой стороной вверх. Выпуклая линза переворачивает изображение; вогнутая линза — нет. В большинстве астрономических телескопов используются выпуклые линзы. Этот перевернутый взгляд на небо так расстроил Галилея, что он вставил в свой телескоп вогнутую линзу, чтобы видеть звезды правой стороной вверх.

Роговица человеческого глаза представляет собой выпуклую линзу, которая преломляет свет, проходящий через нее, фокусируя его на перевернутых изображениях на сетчатке. Мозг удобно переворачивает перевернутые изображения вправо вверх. Ларри Уайт, директор Научного центра Нидхэма (Нидхэм, Массачусетс), описал эксперимент, в котором группу людей попросили надеть на какое-то время призматические очки. Призма в очках переворачивала изображение, приходящее на роговицу, вверх ногами, а роговица отправляла его правой стороной вверх, на сетчатку.Мозг, естественно, перевернул это, снова перевернув вверх дном. Интересно, что вскоре мозг приспособился к этому новому способу получения информации и перестал переворачивать изображение. Когда люди перестали носить призматические очки, они снова увидели мир вверх ногами, пока мозг не адаптировался.

Поведение выпуклой линзы аналогично поведению вогнутого зеркала в том, что место, где формируется изображение, зависит от того, где находится объект по отношению к фокусной точке. Уравнение, используемое для расчета фокусного расстояния выпуклой линзы, такое же, как и для зеркал (см.рис.3).% {[Data-embed-type = «image» data-embed-id = «5cdaffa9f6d5f267ee2a52be» data-embed-element = «span» data-embed-size = «640w» data-embed-alt = «РИСУНОК 3. Световые лучи, параллельные оптической оси, изгибаются линзой и сходятся в точке фокуса F`. Чем толще линза, тем ближе точка фокуса, потому что угол преломления больше. Вторая точка фокуса на противоположной стороне линзы формируется из-за света, идущего с противоположного направления, F. Фокусное расстояние, f, основано на соотношении между расстоянием до объекта, s, и расстоянием до изображения, s`, от линзы.Уравнение такое же, как и для зеркал. «Data-embed-src =» https://img.laserfocusworld.com/files/base/ebm/lfw/image/2016/01/th_lfw29880_41.png?auto=format&fit = max & w = 1440 «data-embed-caption =» РИСУНОК 3. Световые лучи, параллельные оптической оси, отклоняются линзой и сходятся в фокусной точке F`. Чем толще линза, тем ближе точка фокусировки, потому что угол преломления больше. Вторая точка фокусировки на противоположной стороне линзы образуется от света, идущего с противоположного направления, F.Фокусное расстояние f основано на соотношении между расстоянием до объекта s и расстоянием до изображения s` от объектива. Уравнение такое же, как и для зеркал. «]}%

Вогнутая отрицательная линза сама по себе не может формировать реальное изображение, как положительная линза. Свет, проходящий через отрицательную линзу параллельно оптической оси, отклоняется от Фокальная точка отрицательной линзы расположена путем распространения этих расходящихся лучей назад, пока они не пересекут ось.Изображение, сформированное расходящейся линзой, всегда виртуально, вертикально, меньше и ближе к линзе, чем объект.Отрицательные линзы используются для уменьшения изображений и создания составных линз.

Когда инженер-оптик спрашивает: «Какой объектив мне использовать?» он или она начинает с определения проблемы, отмечая критические величины, такие как увеличение, фокусное расстояние, чистую апертуру (диаметр), а также положение объекта и изображения, применяя параксиальные формулы с известными параметрами и решая оставшиеся значения, такие как f-число , числовая апертура и диаметр элемента системы. Это чисто геометрические значения, определяемые параксиальными уравнениями, которые ничего не говорят о качестве получаемого изображения, но дают представление о том, насколько выполнима задача.Затем инженер-оптик выберет компоненты на основе этих значений, а затем оценит их реальные характеристики, особенно влияние аберраций.

Возможности получения изображений реальной оптической системы ограничены дифракцией и никогда не идеальны. Эта неспособность линзы формировать идеальное изображение называется аберрацией линзы. Зеркала также подвержены этому явлению. Общие аберрации линз — сферические, кома, кривизна поля, астигматизм, искажения и хроматические искажения. Сферическая аберрация возникает, например, когда у вас есть собирающая линза или зеркало, которое не может сфокусировать параллельные лучи.Обычно это происходит потому, что фокусное расстояние для лучей, сфокусированных центральной частью линзы, отличается от фокусного расстояния для лучей, сфокусированных внешними частями, и формируется нечеткое изображение. Для минимизации аберраций часто используются составные линзы.

Призмы: компоненты цвета

В начале 1600-х годов миссионерские отчеты из Азии указывали, что призмы были хорошо известны и высоко ценились в Китае из-за их способности создавать цвет. Но сэру Исааку Ньютону пришлось объяснить, что, несмотря на распространенное мнение, призма не создает цвета, а только делает видимыми компоненты белого света в процессе рассеивания.

Каждый цвет спектра имеет разную частоту и свой показатель преломления. Когда падающий белый свет входит в твердое тело, каждая из составляющих его длин волн изгибается в соответствии с показателем преломления твердого тела. Но этот показатель преломления также зависит от длины волны, в результате чего более короткие волны (с более высоким показателем преломления, например, синие) изгибаются больше, чем волны с более низким показателем преломления (например, красные). Таким образом, цвета, выходящие из призмы, проходят независимые траектории и появляются в порядке увеличения длины волны.

Призмы также используются для перенаправления света путем преломления или внутреннего отражения. Величина изгиба луча зависит от угла при вершине призмы, угла падения света и показателя преломления материала призмы. Когда луч падает на входную грань призмы, он преломляется в направлении нормали. По мере того, как луч проходит через призму, ударяется о внешнюю стену и выходит в воздух, он далее преломляется в соответствии с законом Снеллиуса. Луч отклоняется от нормали, потому что воздух имеет более низкий показатель преломления, что позволяет длине волны вернуться к нормальной скорости.Угловая разница между исходной траекторией луча и его новым направлением называется угловым отклонением. Чем больше показатель преломления, тем больше отклонение. Отклонение меньше всего, когда луч проходит через призму симметрично.

Полное внутреннее отражение — важное свойство некоторых призм. Луч вводится таким образом, чтобы иметь место по крайней мере одно внутреннее отражение с конкретной целью либо изменения направления распространения, либо ориентации изображения, либо того и другого.Лучи, падающие внутрь на границу воздух / стекло под углами, превышающими критический, отражаются со 100% эффективностью независимо от их начального состояния поляризации. Эта эффективность отражения лучше, чем у многих зеркал. Полное внутреннее отражение происходит только тогда, когда свет исходит из среды с большей оптической плотностью, такой как свет, переходящий от воды к воздуху. В отражающей призме рассеивание нежелательно.

Сами по себе призмы не способны формировать реальные изображения (см. Рис.4). Если в системе нет оптики для визуализации, появляющееся изображение будет виртуальным. Оно будет иметь ту же ориентацию, что и реальное изображение, но его можно будет увидеть, только посмотрев назад через призму.% {[Data-embed-type = «image» data-embed-id = «5cdaffa9f6d5f267ee2a52c0» data-embed-element = «span» data-embed-size = «640w» data-embed-alt = «РИСУНОК 4. Ориентация изображения имеет решающее значение при проектировании оптических систем на основе призмы. Прямоугольная призма создает виртуальное изображение, когда не используются другие оптические элементы ( вершина).Призма с отражающим покрытием на стороне гипотенузы под прямым углом к ​​падающему свету дает реальное изображение. Оба изображения имеют одинаковую ориентацию, хотя и находятся в разных местах. «Data-embed-src =» https://img.laserfocusworld.com/files/base/ebm/lfw/image/2016/01/th_lfw29880_42.png? auto = format & fit = max & w = 1440 «data-embed-caption =» РИСУНОК 4. Ориентация изображения имеет решающее значение при проектировании оптических систем на основе призмы. Прямоугольная призма создает виртуальное изображение, когда не используется никакой другой оптический элемент (вверху).Призма с отражающим покрытием на стороне гипотенузы под прямым углом к ​​падающему свету дает реальное изображение. Оба изображения имеют одинаковую ориентацию, хотя и находятся в разных местах. «]}%

Примеры более специализированных призм включают отражатели с угловым кубом, пента-призмы, призмы крыши и призмы Порро. Угловые кубы отражают любой луч, попадающий на грань , независимо от ориентации, что делает их полезными для приложений, в которых точное выравнивание затруднено.Призмы Penta используются в дальномерах и кинокамерах; они отражают свет под углом 90 ° двумя отражениями без инверсии или реверсирования изображения.Крышные призмы создают изображение и изгибают линию взгляда на 90 °. В преломляющих астрономических телескопах они создают изображения. Призмы Порро — это пары узких прямоугольных призм, которые используются в биноклях и телескопах; они возводят и переворачивают изображение, а также сокращают длину инструмента.

* Optical Engineering — это новая серия, рассчитанная на год, которая предоставит практическую информацию об оптических компонентах и ​​подсистемах, необходимых для разработки практических систем. Первые несколько статей описывают основные принципы простых компонентов — зеркал, линз, призм, фильтров и решеток; в следующих статьях будут рассмотрены подсистемы для таких приложений, как спектроскопия, радиометрия и визуализация.- Ред.

Зеркальная система — обзор

Классические двухзеркальные системы, используемые в телескопах, относятся к семнадцатому веку. Они были либо григорианской формы с вогнутым параболическим главным зеркалом и вогнутым эллиптическим вторичным зеркалом, либо формы Кассегрена с тем же параболическим первичным зеркалом, но выпуклой гиперболической вторичной. ²⁶ Григорианская форма была популярна в течение ста лет в качестве небольшого телескопа для наземных наблюдений. Из-за почти невозможности создания точного выпуклого гиперболоида форма Кассегрена стала использоваться только постепенно, поскольку методы шлифования и полировки были улучшены.Сегодня телескопы Кассегрена находятся в большинстве астрономических обсерваторий.

15.5.1 Двухзеркальные системы с асферическими поверхностями

Предположим, мы построили простую систему Кассегрена, как показано на рисунке 15.22. Главное зеркало имеет радиус кривизны 8,0, фокусное расстояние 4,0 и светосилу 2,0 ( f /2). Вторичное зеркало имеет радиус 3,0 с сопряженными расстояниями -1 и +3, формируя окончательное изображение в середине главного зеркала при трехкратном увеличении.Таким образом, вся система имеет фокусное расстояние 12,0 и относительную апертуру f /6.

Рисунок 15.22. Простая система Кассегрена.

Начиная с двух сферических зеркал, мы обнаруживаем большой остаток недокорректированной сферической аберрации. Это было устранено в классической системе Кассегрена путем создания параболического главного зеркала с эксцентриситетом, равным 1,0, и гиперболического вторичного зеркала с эксцентриситетом 2,0 в нашем случае. Это служило для полного удаления сферической аберрации, в результате чего остаточная величина OSC составляла 0.001736. Пути маргинального луча через каждую из этих систем показаны в таблице 15.5. Для расчета OSC предполагалось, что остановка находится на главном зеркале, его изображение находится на расстоянии l ′ _pr = −1 от вторичного зеркала.

Таблица 15.5. Двухзеркальные телескопические системы

. слишком мал, что делает крайнее фокусное расстояние F ′ слишком большим. Поэтому они предложили отойти от традиционных форм двух зеркал и использовать формы, которые несколько уплощены по краям. Несколько испытаний показали, что в нашем примере эксцентриситет главного зеркала должен быть увеличен с 1.От 0 до 1,0368 (слабая гипербола) и вторичного от 2,0 до 2,2389. Эти изменения полностью устраняют как сферическую аберрацию, так и осциллограф OSC , как видно на графике четвертого луча в таблице 15.5.

Изготовитель любительских телескопов считает практически невозможным изготовить зеркала, необходимые для этих хорошо исправленных систем, особенно выпуклый гиперболоид классического кассегрена. Поэтому у него возникает соблазн использовать дизайн Далла-Киркхэма, в котором вторичный элемент представляет собой выпуклую сферу, а первичный — вогнутый эллипс.Несколько испытаний показывают желаемый эксцентриситет этого эллипса в каждом конкретном случае. В нашем примере первичный эллипс должен иметь эксцентриситет 0,839926, как показано на трассе пятого луча в таблице 15.5. Понятно, что настоящая проблема здесь — кома, которая в пять раз больше, чем у классического Кассегрена. Очевидно, неправильно укреплять ободок первичной ободки, как в Далл-Киркхэме, тогда как он должен быть ослаблен, как в форме Ричи-Кретьена. Тем не менее, Dall-Kirkham имеет дополнительное преимущество, заключающееся в том, что эллиптическую первичную обмотку можно протестировать в мастерской перед сборкой с помощью источника точечного отверстия в одном фокусе и острия — в другом.В нашем примере два фокусных расстояния — 4,35 и 50,0 соответственно.

15.5.2 Система Кассегрена Максутова

Многие системы Кассегрена были сконструированы с использованием только сферических зеркал, при этом сферическая аберрация корректируется с помощью линзы корректора мениска, помещенной на входящий пучок. Вторичное зеркало может быть удобно сформировано путем нанесения алюминизированного отражающего диска на заднюю поверхность корректора.

В качестве примера предположим, что перед добавлением линзы корректора у нас есть два зеркала, разделенных расстоянием 4.0, вогнутое первичное зеркало помещает свое изображение на расстоянии 1,0 единицы позади вторичного зеркала, которое, в свою очередь, проецирует окончательное изображение в точку 1,0 за основным зеркалом через отверстие. Фокусное расстояние первичного зеркала составляет 5,0, а вторичное зеркало увеличивает его в пять раз, что дает общее фокусное расстояние 25. След параксиального луча показан в таблице 15.6. Можно видеть, что l ′ после вогнутого зеркала составляет -5,0, и это значение должно поддерживаться после добавления линзы корректора, чтобы окончательное изображение оставалось на расстоянии 1.0 за главным зеркалом. Это достигается путем пересчета кривизны главного зеркала каждый раз, когда в системе вносятся изменения.

Таблица 15.6. Классическая система Кассегрена

Чтобы разработать корректирующую линзу, мы начнем с некоторого предполагаемого значения c ₁ , сохраним радиус вторичного зеркала c ₂ = c ₄ = -0.4 проследите параксиальный луч, чтобы найти c ₃ (главное зеркало), чтобы получить желаемый задний фокус, а затем добавьте крайний луч на f /10. Это дает нам сферическую аберрацию, а также значение ( D — d ) Δ n , возникающее на линзе. Проследив параксиальный главный луч через вершину передней линзы, мы находим l ′ _pr и таким образом определяем OSC . Наши испытания дали следующие результаты:

Взяв этот последний случай для дальнейшего изучения, мы находим, что зональная сферическая аберрация составляет -0,0170, ( D — d ) Δ n значение равно −0.0000009 (несущественно) и l ′ _pr = −1,204, что дает OSC = −0,00226.

Чтобы исследовать серьезность этого остатка OSC , мы затем сделаем меридиональный график луча в угловом поле, скажем, -1,5 ° (рис. 15.23). Это очень маленький угол поля, но он служит для определения размера отверстия в главном зеркале, и если поле слишком велико, для формирования изображения останется очень мало зеркала. Траектории верхнего и нижнего ограничивающих лучей показаны на рисунке 15.24, где видно, что отверстие в главном зеркале является фактором, определяющим, какие лучи проходят, а какие нет. На рисунке 15.25 показан вид системы спереди вверх вдоль луча 1,5 °.

Рисунок 15.23. График меридиональных лучей установки A.

Рисунок 15.24. Лучевая диаграмма установки A.

Рисунок 15.25. Система, вид спереди, под углом 1,5 ° вверх.

На графике меридиональных лучей есть две ветви: левая ветвь содержит те лучи, которые падают на главное зеркало под отверстием, а правая ветвь содержит лучи над отверстием.Очевидно, что в этой системе присутствует большое количество отрицательной комы и имеется некоторая степень искривленного внутрь поля, хотя поля Коддингтона здесь бессмысленны, поскольку главный луч блокируется вторичным зеркалом. Сумма Пецваля, возникающая в основном на вторичном зеркале, очень велика (0,5863).

Самый эффективный способ улучшить эту систему — увеличить центральное воздушное пространство. Поэтому мы увеличим это значение до 5,0 и сохраним фокусное расстояние равным 25.0 повторяем параксиальную схему (таблица 15.7).

Таблица 15.7. Кассегрен с увеличенным разделением

1

После добавления линзы корректора мы должны определить кривизну главного зеркала, при таком значении, что l ′ ₃ = −6.978947, чтобы снова разместить изображение на 1,0 за отверстием в главном зеркале. Используя предыдущую процедуру, мы получаем следующую систему (Настройка B):

с f ′ = 30.325, l ′ = 0,099991, LA ′ = 0,01809, LZA = -0,01401, OSC = 0,00090, Ptz = 0,1329.

График меридионального луча 1,5 ° этой линзы показан на рис. 15.27 рядом с осевым изображением. Зональная аберрация стала намного больше, и положительная кома определенно серьезна. Кома может быть уменьшена путем небольшого уменьшения центрального воздушного пространства, как показано в следующей системе (Установка D):

Рисунок 15.27. Меридиональный график лучей установки C.