Точная механика и классическая оптика

Материал из свободной русской энциклопедии «Традиция»
Перейти к: навигация, поиск
Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Физика
Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Механика
Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Прикладная оптика
Флюоресцентный наномикроскоп

Точная механика и классическая оптика (ТМКО)— научная и инженерная дисциплина на стыке исторически связанных и взаимопроникающих дисциплин — Точной механики и Классической оптики. Областью (ТМКО) является — получение информации о пространственных и временных соотношениях между сущностями (объектами материального мира, их свойствами и взаимодействиями между ними), обработка этой информации с последующей возможностью её использования и применения на практике.

Как правило полученные фундаментальные и теоретические данные обработанной информации являются в последующем источником для создания новых или совершенствования имеющихся научных достижений, средств производства (например, оптикомеханических производств), которые в свою очередь продвигают научнотехнический прогресс. (Во всех случаях материальная база (бытиё, пркактическая деятельность) определяет — (сознание) науку).

Не случайно развитие машиостроения начинается с создания научнотехнической базы и оптикомеханических произволсв — создания научнопроизводственных объединений как ЛОМО. Из истории ЛОМО (Ленинградское Оптико Механическое Объединение) видна вся история развития машиностроения, в первую очередь точного машинострения — оптико-механического производства России с 1914 года.

В настоящее время вместе с ведущими странами мира, Россия мощная научно-индустриальная страна в области оптико-приборостроения и точной механики. Например, не случайно:

Микроскопы петербургской фирмы в 1997 году победили в тендере ООН в Ираке, а эндоскопы в 1998 году - в тендере МБРР в России.[1]

История[править]

Возникнув в эпоху Возрождения, точная механика во взаимодействии с прикладной оптикой образовали фундаментальную теоретическую и экспериментально-конструкторску основу для создания и развития оптико-механической дисциплины. Последующие переходы на более совершенные методы (ТМКО) — средства познания и управления окружающим нас миром, зависят от использованием более прогрессивных оптико-механических направлений (ТМПО). Следующие одна за другой научно-технические революции в областях наук и технологий (Физики, математики, механики, нанотехнологии и т. д.) не мыслимы без постоянно совершенствующейся основной базы — (ТМКО).

Разработка, изготовление и применение изделий точной механики и классической оптики находятся на переднем плане научно-технических проблем машино- и приборостроения. (ТМКО) является постоянно опережающей научной и инженерной дисциплиной развития всех отраслей машиностроения, являясь его составлящим компонентом.

На примере развития микроскопии можно увидеть, что процесс познания микромира начинается с возможности глубже рассмотреть сам микромир. В настоящее время развитие нового напрвления в мире новых технологий как нанотехнологии, используя новые микроскопы нового поколения, позволяют получить совершенно новые материалы, применение которых выводит на новый уровень познания материального мира и соответственно даёт возможность создавать , например, новые инструменты познания —оптикомеханические, электронные системы и т.д. В данном случае новые средства (микроскопы) рождают новые методы иследований и в том числе и саму микроскопию.

Эрнст Аббе[править]

Единство точной механики и прикладной оптики нашло своё отражение в деятельности немецкого ученого Эрнста Аббе[2].

Преподавание точной механики и оптики[править]

Первое здание Ленинградского института точной механики и оптики. Демидов пер.10

Подготовка специалистов началась в 1900 году[3], когда в Ремесленном училище цесаревича Николая было создано механико-оптическое и часовое отделение[4]. На базе этого отделения был создан Техникум точной механики и оптики в 1920 году. В 1930 году техникум был преобразован в Ленинградский институт точной механики и оптики (ЛИТМО) Завадским, Норбертом Болеславовичем и Муратовым, Сергеем Владимировичем [5][6][7][8].

В рамках РАН существует Институт точной механики и вычислительной техники РАН.

Начальные сведения по (ТМКО) даются в средней школе-лицее № 95 (Санкт-Петербург).

Оптико-механическая промышленность[править]

Рис.1,Инструментальный микроскоп

Оптико-механическая промышленность, ЛОМО,БелОМО, Прецизионнное контрольно-обрабвтывающее оборудование (Вертикальный координатно-расточной станок SIP (Швейцария)), гидравлика, ювелирное производство и др. — отрасль промышленности, занятая производством высокототочного оптикомеханического оборудования, устройств и принадлежностей точной механики и классической оптики.

Производственные научно-технические объединения и предприятия Оптико-механической промышленности, заняты научно-технической и опытно-производственной деятельностью. Они занимаются разработкой новых технологий , организацией производства, выпуском опыно-промышленных образов, испытаниями , внедрением и т.д., а также выпуском и созданием элементной базы.[9]

Развитая Оптико-механическая промышленность является показателем развитой экономики страны. В Германии, например, оптико-механическая промышленность является одной из наиболее конкурентноспособных отраслей производства.

Точная механика[править]

Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Точная механика

Точная механика — научная и инженерная дисциплина, занимающаяся разработкой теории, проектированием, технологий производства устройств точной механики, изготовлением точных оптикомеханических систем (приборов точной механики, контрольно измерительной оснастки, прецизионного оборудования) отличающаяся от прочих механизмов, предназначенных для совершения полезной работы тем, что целью их применения является получение и обработка точностной или технологической информации изготавливаемых изделий, а не силовое воздействие при получении или изменении размеров и прочих характеристик изготавлиавемых изделий.

Точная механика является разделом более общей дисциплины — Механики.

Точная механика отличается от прочих механизмов, предназначенных, например, для совершения технологических процессов обработки или сборки изделий тем, что она применяется для технического контроля и управления работой основных средсв производства, механизмов и системв, например, в режиме автоматического контроля с подналадкой настройки инструмента для получения годных деталей при работе оборудования и инструментов автоматических линий или при обработке или сборке готовой продукции и т.д.

Точная механика является разделом более общей дисциплины —Механики.

Классическая оптика[править]

Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Оптика

Прежде как квантовая оптика выделилась в физике, оптика состояла главным образом из классического электромагнетизма и высокочастотного приближения, освещающих в то время стоящие проблемы. Классическая оптика делится на две главные ветви: геометрическая оптика и физическая оптика.

Геометрическая оптика[править]

Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Геометрическая оптика

Геометрической оптикой или лучевой называется предельный случай волновой оптики, когда λ → 0, (где λ — длина волны). Геометрическая оптика описывает распространение света в виде луча. Работы Гюйгенса «Волновая теория света», которые были написаны под влиянием фундаментальных работ Ньютона, и вошли потом в «Оптику» оказали большое влияние на современников. Действительно, будучи приверженцем теории цветов Гука, он после работ Ньютона, восхищаясь их экспериментальной стороной, но не разделяя его теоретической интерпретации, пришел к выводу, что «явление окрашивания остается еще весьма таинственным из-за трудности объяснения этого разнообразия цветов с помощью какого-либо физического механизма». Поэтому он счёл наиболее целесообразным вообще не рассматривать вопроса о цветах в своем трактате. В своем небольшом трактате он первым рассмотрел прямолинейное распространение света, во второй части — отражение, в третьей — преломление, в четвертой — атмосферную рефракцию, в пятой — двойное лучепреломление и в шестой — формы линз.

Неудовлетворительное объяснение прямолинейного распространения света Гюйгенс возместил блестящим объяснением с помощью своего механизма частичного отражения, преломления и полного внутреннего отражения — явлений, интерпретация которых вынудила Ньютона осложнять свою теорию, нагромождая одну теорию на другую. По существу эти объяснения Гюйгенса и сейчас приводятся во всех учебниках. Новая теория обладала также тем преимуществом, что для объяснения преломления она согласно здравому смыслу требовала меньшей скорости в более плотной среде.

Время, за которое свет, пущенный с Земли, достигает Луны.

Световой луч в геометрической оптике — абстрактный объект (цель), который является перпендикулярным фронтом импульса фактических оптических волн. Геометрическая оптика принимает правила, которые обеспечивают возможность получить и размножить эти лучи через оптическую систему, дающая размножение фактического фронта импульса. Приняв это мы существенно упрощаем задачу оптики, но не в состоянии объяснить много важных оптических эффектов, типа дифракция и поляризация.

Геометрическая оптика часто упрощается, приняв параксиальное приближение, или «маленькое угловое приближение». Математическое поведение тогда становится линейным, позволяя оптические компоненты и системы излагаться простыми матрицами. Это приводит к методам Гауссовской оптики и параксиальному приближению, которые используются для нахождения свойства первого порядка оптических систем, типа приблизительного изображения (образа) и положений(позиций) объекта (цели) или его акцентирования.

Гауссовское распространение луча — расширение параксиальной оптики обеспечивает более точную модель последовательной(связаной) радиации как лазер лучей. Используя параксиальное приближение, это частично составляет(объясняет) дифракцию, позволяя произвести точные вычисления нормы(разряда), по которой лазерный луч расширяется с расстоянием, и определения минимального размера, который может принять сосредоточенный луч. Гауссовское распространение луча таким образом соединяет промежуток между геометрической и физической оптикой.

Физическая оптика[править]

Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Волновая оптика
Трёхгранная призма раcщепляет белый свет, лучи с разной длиной волны преломляются по-разному
Единичная параболическая линза преломления Х-лучей

Физическая оптика или оптика волны основывается на принципе Гюйгенса и моделирует распространение сложных фронтов импульса через оптические системы, включая и амплитуду и фазу волны. Эта техника обычно применяется в цифровой форме на компьютере и может объяснять дифракцию, интерференцию, эффекты поляризации, так же как аберрацию, природу преломления Х-лучей и природу других сложных эффектов. Приближения все еще используются, однако, таким образом это не полная электромагнитная модель теории волны распространения света. Для полной модели (в настоящее время) требуется в вычислительном отношении решить много проблем. Хотя некоторые небольшие проблемы с использованием известных полных моделей волны могут решаться.[10]

Фотометрия[править]

Общая для всех разделов прикладной оптики научная дисциплина, на основании которой производятся количественные измерения энергетических характеристик поля излучения. Реализация положений Фотометрии осуществляется инженерной дисциплиной — светотехникой[11],[12].

Оптическая система, оптические устройства[править]

Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Оптическая система
Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Оптические устройства
Микроскоп

Под понятием оптическая система, оптические устройства как в теоретической (физической), так и прикладной оптике понимают совокупность определённым образом размещённых в пространстве базовых оптических элементов. Оптические устройства — частные виды оптических систем, включающие совокупность оптических элементов (линз, групп линз (объективы, окуляры, конденсоры, зеркала, диафрагмы, призмы, световодов и др.), созданные для реализации технических задач, или аналоги систем, реализованных природой — например, Бионический глаз.

Обычно под оптическими системами подразумевают системы, преобразующие электромагнитное излучение в видимом или близких диапазонах (ультрафиолетовый, инфракрасный). В таких системах преобразование пучков света происходит за счёт преломления и отражения света, его дифракции и поглощения.

  • Следует подчеркнуть, что понятие оптическая система в русском языке традиционно состоит из несколько англоязычных понятий optical system и optical instrument.

В самом общем виде оптическое устройсво — оптический прибор представляет собой оптическую систему, соответстующую конкретной зачаче его применения и конструктивным образом оформленную, и состоящую, по крайней мере, из одного из базовых оптичеких элементов и необходимого количества деталей, входящих в обширную номенклатуру изделий — в элементную базу оптической промышленности. В её состав входят источники света и приёмники излучения, нередко объединяемой с оптической системой в единый оптический прибор и др.

Прецизионное контрольно-обрабатывающее оборудование[править]

Область механикиТочная механика и классическая оптика в сфере опытно-промышленного производства решают круг вопрсов, связанных с получением, обработкой и внедрением оптикомеханических устройств на этапах изготовления. На этапе, когда необходимы не только контольно-измерителные операции, но применение силовых операций обработки и доводки размеров в пределах допусков (точности изготовления) приборов c возможностью изготовления (расточки, планировки), исправления или чистого контроля (крупных корпусных деталей с пространственными координатами расположения осей отверстий, привязок их к базам с точностьью 1-5мкм.

Примечания[править]

  1. http://www.lomo.ru/site/about/index.php?stid=147&any=y
  2. http://www.peoples.ru/science/physics/abbe/: Эрнст Аббе
  3. Хронология создания ЛИТМО 1900—1920-е годы — Виртуальный музей
  4. Документ об учреждении механико-оптического и часового отделения — Виртуальный музей
  5. http://museum.ifmo.ru/?out=album&rid=186 Муратов Сергей Владимирович. Виртуальный музей Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики.
  6. ИТМО: Годы и люди: Часть первая./ Сост. М. И. Потеев. СПб., 2 000.-284 с ISBN 5-7577-0054-8, ISBN 5-93793- 001 11.
  7. Первый и единственный оптический ВУЗ России" — OPTICS HERALD -" Rozhdestvensky Optical Society Bulletin" № 3 −4, Mart-April, 1995.
  8. И.Ильин «Рождение института», газета « Кадры приборостроению» № 17 (1002) от 21 мая 1979 г. ЛИТМО, Ленинград
  9. http://www.lomo.ru/site/about/index.php?stid=147&any=y
  10. Б. М. Яворский и А. А. Детлаф Справочник по физике. — М.: Наука, 1971
  11. Мешков. «Основы светотехники», тт 1 и 2
  12. Г. С. Ландсберг. Оптика. Любое из изданий.

См. также[править]