Номер 66.14, страница 226 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

Глава 9. Оптические явления. Параграф 66. Отражение и рассеяние света - номер 66.14, страница 226.

Условие.

66.14 [н] В высокоточных оптических приборах используют не стеклянные, а металлические, тщательно отполированные зеркала.

С какой целью это делается?

Решение.

Решение 4.

Решение 7.

Решение

Использование в высокоточных оптических приборах металлических, тщательно отполированных зеркал вместо традиционных стеклянных с напылением на задней поверхности обусловлено несколькими ключевыми причинами, направленными на повышение качества и точности изображения.

1. Устранение паразитных отражений и двоения изображения.
В обычном бытовом или лабораторном зеркале отражающий слой нанесен на заднюю поверхность стеклянной подложки. Когда свет падает на такое зеркало, он сначала частично отражается от передней, внешней поверхности стекла (около 4% интенсивности) и лишь затем, пройдя сквозь стекло, отражается от основного металлического слоя. В результате образуются два изображения: одно слабое, от передней поверхности, и одно яркое, основное. Для высокоточных приборов, таких как телескопы или спектрометры, это "двоение" (или "ghosting") недопустимо, так как оно снижает контрастность и четкость. Металлические зеркала, у которых отражающей является сама передняя поверхность (так называемые зеркала первого отражения), создают только одно отражение, обеспечивая максимально резкое и чистое изображение.

2. Отсутствие хроматической аберрации.
При прохождении света через любую прозрачную среду, в том числе стекло, возникает явление дисперсии: показатель преломления среды зависит от длины волны света. Это приводит к тому, что лучи разных цветов (например, синий и красный) преломляются под немного разными углами. В стеклянном зеркале этот эффект, известный как хроматическая аберрация, искажает изображение, так как фокусное расстояние для разных цветов оказывается разным. Это проявляется в виде цветных контуров у объектов. Металлические зеркала полностью лишены этого недостатка, поскольку свет отражается от их поверхности, не проходя через преломляющую среду. Угол отражения не зависит от длины волны, что гарантирует одинаковое качество изображения во всем спектре.

3. Снижение потерь света и работа в широком спектральном диапазоне.
Проходя через толщу стекла дважды (к отражающему слою и обратно), свет частично поглощается. Это уменьшает яркость финального изображения, что критично при работе со слабыми источниками света (например, в астрономии). Кроме того, обычное силикатное стекло непрозрачно для ультрафиолетового и значительной части инфракрасного излучения. Металлические же зеркала (с покрытиями из алюминия, серебра, золота и др.) могут иметь очень высокий коэффициент отражения в широчайшем диапазоне длин волн, от далекого УФ до радиоволн, что значительно расширяет их научное применение.

4. Лучшая термическая стабильность.
Металлы обладают значительно более высокой теплопроводностью по сравнению со стеклом. Это позволяет металлическому зеркалу быстрее достигать теплового равновесия с окружающей средой и более равномерно распределять тепло по своему объему. В результате при изменении температуры форма зеркала искажается меньше, чем у стеклянного, которое из-за низкой теплопроводности деформируется неравномерно. Сохранение идеальной оптической формы критически важно для получения неискаженного изображения в высокоточных системах.

Ответ: Металлические зеркала в высокоточных приборах используют с целью получения максимально качественного изображения за счет устранения паразитных отражений и хроматической аберрации, свойственных стеклянным зеркалам. Кроме того, они обеспечивают меньшие потери света, лучшую термическую стабильность и возможность работы в более широком диапазоне длин волн (включая УФ и ИК).