Embed Size (px)
Citation preview
SVĚTELNAacute
A ELEKTRONOVAacute
M I K R O S K O P I E
Rozvoj a internacionalizace chemickyacutech
a biologickyacutech studijniacutech programů na Univerzitě
Palackeacuteho v Olomouci
CZ1072200280066
Inovace předmětu KBBMIK
bull studijniacute kombinace MBB I roč
bull přednaacutešejiacuteciacute RNDr Pavla VAacuteLOVAacute
bull typ - semestr - rozsah A - L - 10
142 ndash 283 2018 ndash po 2 hod
bull ukončeniacute kolokvium (zaacutepočtovyacute test)
bull kredity 2
Soukromyacute mail valovapavlacentrumcz
evajiskrovaupolcz
Sylabus
1 Historie mikroskopovaacuteniacute Optickeacute principy světelneacute
mikroskopie Konstrukce obrazu složenyacutem mikroskopem
rozlišovaciacute schopnost mikroskopu
2 Zaacutekladniacute součaacutesti světelneacuteho mikroskopu - objektivy
okulaacutery a osvětleniacute
3 Exkurze Elektronovaacute a atomaacuterniacute mikroskopie ndash
pracoviště RCPTM (Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech
technologiiacute a materiaacutelů areaacutel Přiacuterodovědeckeacute fakulty Univerzity
Palackeacuteho Olomouc ndash Holice) (Mgr Klaacutera Čeacutepe PhD a spol)
Středa 282 2018 helliphelliphelliphellip 1315 - 1430
4 Speciaacutelniacute mikroskopickeacute metody (temneacute pole faacutezovyacute
kontrast polarizace interference) Principy fluorescenčniacute
mikroskopie zaacutekladniacute fluorescenčniacute metody
Sylabus 5 Princip konfokaacutelniacuteho mikroskopu Různeacute typy mikroskopů
(lupa stereolupa inverzniacute mikroskop digitaacutelniacute mikroskop
mikroskopy atomaacuterniacutech sil - STM ASM) Mikroskop jako
mikromanipulačniacute naacutestroj Systeacutemy pro zkvalitněniacute
mikroskopickeacuteho obrazu Zaacuteklady superrozlišovaciacute
mikroskopie
6 Prezentace Noveacute směry ve světelneacute mikroskopii
mikroskopie s vysokyacutem rozlišeniacutem
Ing Pavel Krist PhD Carl Zeiss sro Praha
Středa 213 2018 helliphelliphelliphellip 1315 ndash 1445
7 Kolokvium ndash zaacutepočtovyacute test
Středa 283 2018 helliphelliphelliphellip 1315 ndash MIK
1400 - CVMIK
Doporučenaacute literatura
Hejtmaacutenek M (2001) Uacutevod do světelneacute mikroskopie Skripta UP Olomouc
Knoz J Opravilovaacute V (1992) Zaacuteklady mikroskopickeacute techniky Skripta MU Brno
Přednaacutešky ndash PřF UP Olomouc Katedra experimentaacutelniacute fyziky
Kubiacutenek Roman Moderniacute světelnaacute a elektronovaacute mikroskopie
httpfyzikaupolczcssystemfilesdownloadvujtekprezentacekubinekSMaEMpdf
Kubiacutenek R Vůjtek M Mašlaacuteň M Mikroskopie skenujiacuteciacute sondou httpfyzikaupolczcssystemfilesdownloadvujtekprezentacekubinekSPMpdf
Kuacuteš P a kol (2008) Modernaacute mikroskopia a digitaacutelne zpracovanie obrazu Skripta
Bratislava ISBN 978-80-89186-37-2
httpwwwmikroskopiaskmaterialsskripta_mikroskopiapdf
Matis D a kol (2001) Mikroskopickaacute technika Faunima Bratislava
Paleček J (1996) Biologie buňky I Zaacuteklady mikroskopickeacute cytologie Skripta UK
Praha
Ruzin SE (1999) Plant microtechnique and microscopy Oxford University
bull wwwolympusmicrocom
bull httpwwwparucasczlembookPodkap30html (Elektronovaacute mikroskopie)
bull httpbiologieupolczmikroskopie
Nejnovějšiacute literatura (k dispozici v miacutestniacute knihovně)
Murphy DB Davidson MW (2013)
Fundamentals of Light Microscopy and Electronic Imaging
Willey-Blackwell Published 2013 by John Wiley amp Sons Inc
Hoboken New Jersey
vč rozsaacutehleacuteho slovniacuteku pojmů z mikroskopie na konci knihy
Randy O Wayne (2014) Light and Video Microscopy
Second Edition Hardcover
Doplňujiacuteciacute literatura
Habrovaacute V (1990) Mikroskopickaacute technika SPN Praha
Jurčaacutek J (1998) Zaacutekladniacute praktikum z botanickeacute mikrotechniky a rostlinneacute anatomie Skripta UP Olomouc
Němec B a kol (1962) Botanickaacute mikrotechnika Nakladatelstviacute ČSAV Praha
Lepil O (2013) Fyzika pro gymnaacutezia Optika Prometheus Praha
4 přepracovaneacute vydaacuteniacute
Pazourek J (1975) Pracujeme s mikroskopem SNTL Praha
Pazourkovaacute Z (1986) Botanickaacute mikrotechnika Praha 1986 skripta UK Praha
Pazourkovaacute Z Pazourek J (1960) Rychleacute metody botanickeacute mikrotechniky ČAZV SZN Praha
Špaček J (2008) Svět pod mikroskopem Grada Praha
Kremer Bruno P (2013) Mikroskop zcela jednoduše Aventium nakladatelstviacute sro
Člaacutenky z časopisu Vesmiacuter
Internet Učebniacute texty Katedry Optiky UP Olomouc Světelnaacute mikroskopie (doc Roman Kubiacutenek)
httpapfyzupolczucebniceoptmikrohtml
httpapfyzupolczucebnicedownoptmikropdf
Leacutekařskaacute fakulta UP Olomouc httpbiologieupolczmikroskopie
Nebesaacuteřovaacute J Elektronovaacute mikroskopie pro biology
httpwwwparucasczlembookindexhtml
skripta httpwwwmikroskopiaskpage8html (slovensky)
httpwwwhistory-of-the-microscopeorg
Kurzy mikroskopie na httpmicroscopydukeedu httpmicroscopydukeeduconceptshtml
Internetoveacute adresy o mikroskopech různyacutech firem Olympus httpwwwolympuscz httpwwwolympusmicrocom
Olympus_2011 - httpwwwmujolympusczdata20110209095419bodyhtm
Kniha o světelneacute mikroskopii na www
Davidson and Abramowitz Optical Microscopy Review Article
httpolympusmagnetfsueduprimeropticalmicroscopyhtml
Přiacuteručka firmy Zeiss httpwwwusaskcabiologyscopesMicroscopyBasicspdf
Nikon httpwwwmicroscopyucom
Přiacuteručka firmy Nikon httpwwwareczdatafilezakladni_metody_svetelne_mikroskopiepdf
Odkazy na literaturu
httplommicroscopyweeblycombasics-of-light-microscopy-and-opticshtml
Virtuaacutelniacute obraacutezky
httpwwwolympusmicrocomprimerjava
httpzeiss-campusmagnetfsuedututorialsindexhtml
Historie mikroskopovaacuteniacute
Optickeacute principy
světelneacute mikroskopie
Přednaacuteška 1
Pavla Vaacutelovaacute 2018
naacutezev z řec mikroacutes = malyacute skopoacutes = pozorovatel
vynaacutelez mikroskopu ndash konec 16 stol (technickyacute rozmach lidstva)
1625 - naacutezev mikroskop odvozenyacute od naacutezvu teleskop
(Giovanni Faber z Bambergu ndash papežskyacute leacutekař )
H i s t o r i e o b j e v u m i k r o s k o p u
Dřiacutevějšiacute pozorovaacuteniacute
Řecko - Aristofanes Atheacutenskyacute (424-380 př n l) - ve hře bdquoOblakaldquo
popis zraněniacute paprskem slunce prochaacutezejiacuteciacuteho skleněnou
kouliacute naplněnou vodou
Řiacutemskaacute doba
- filosof Seneca (asi 4 přnl-65 nl) - zvětšeniacute piacutesmen
pomociacute skleněneacute koule naplněneacute vodou
- Klaudius Ptolemaios (asi 100-170 nl) ndash diacutelo bdquoOptikaldquo -
poznatky o odraze paprsků a lomu paprsků skrz sklo
11 stol - Ibn al Haitham (bdquoAlhazenldquo) (965-1039) - arabskyacute fyzik a
matematik diacutelo bdquoPojednaacuteniacute o opticeldquo ndash zkoumaacute vlastnosti
světla (lom a odraz) čočky a zrcadla
viz Anna Černaacute Mikroskop pod drobnohledem Živa 52017 str CXXVIII
14 stol ndash zvlaacutednutiacute techniky broušeniacute čoček do bryacuteliacute (italštiacute mniši)
konec 16 stol ndash vynaacutelez mikroskopu
kolem roku 1590 - Hans a Zacharias Janssenovi (Holandsko otec a syn)
H i s t o r i e o b j e v u m i k r o s k o p u
- konstrukce prvniacuteho použitelneacuteho mikroskopu (ze dvou čoček)
- čočky vypoukleacute i vyduteacute
- zvětšeniacute mikroskopu 60x
viz kniha a film bdquoJmeacuteno růželdquo od Umberta Eca
Systeacutem dvou čoček
16 stol
deacutelka 12 m
(tzv kompaudniacute mikroskop)
httpwwwmicroscopyfsueduprimermuseum
httpmicromagnetfsueduprimermuseumjanssenhtml
httpwwwapsorgpublicationsapsnews200403historycfm
Janssenův mikroskop
17 stol Galileo Galilei (1564-1642)
ndash italskyacute astronom a matematik
1604-1609 ndash konstrukce dalekohledu
- použitiacute složeneacuteho mikroskopu
nazvaneacuteho occhiolino
k vědeckyacutem uacutečelům (pozorovaacuteniacute
oka mouchy)
Nejasnosti kolem vynaacutelezu mikroskopu
ndash z dobovyacutech zpraacutev neniacute jasneacute zda se jednaacute o mikroskop
jehož okulaacuterem je spojka nebo o dalekohled s rozptylkou
(kteryacute použiacuteval Galileo)
Anthony van Leeuwenhoek (1632-1723)
ndash obchodniacutek s laacutetkami v holandskeacutem Delftu
ndash sestrojil jednočočkovyacute mikroskop silnyacute zvětšovaciacute
efekt čočky
(až 270x)
ndash nejprve zkoumaacuteniacute struktury laacutetek
později zkoumal listy květiny drobneacute organismy lidskou krev kůži vlasy hellip
- prvniacute viděl a popsal krevniacute buňky chovaacuteniacute lidskyacutech spermiiacute
- vyacuteroba asi 250 mikroskopů
17 stol
Jednočočkovyacute Leeuwenhoekův
mikroskop
httpbiologimediacentrecomwp-contentuploads201101image2png
Anglickyacute původ Italskyacute původ
17 stol
Prvniacute světelneacute mikroskopy
Jednočočkovyacute
mikroskop Dvoučočkoveacute
mikroskopy
Robert Hook (1635-1703) [huacutek]
ndash anglickyacute fyzik chemik geolog astronom hellip
ndash použiacuteval zakoupenyacute složenyacute mikroskop s viacutece
čočkami (tzv kompaudniacute) vylepšenyacute o kvalitniacute osvětleniacute
17 stol
Hookův mikroskop
- vylepšeniacute osvětleniacute použitiacute irisoveacute clony
irisovaacute clona
- zkoumaacuteniacute slabyacutech plaacutetků korku z korkovniacuteku
živeacute laacutetky jsou tvořeny buňkami
- 1665 - kniha bdquoMicrographialdquo
mikroskopickeacute pozorovaacuteniacute rostlinnyacutech
pletiv živočišnyacutech objektů a struktur
mineraacutelů
Rok vydaacuteniacute 1665 Micrographia or some Physiological Descriptions of Minute Bodies
made by Magnifying Glasses with Observations and Inquiries thereupon
London 1665
17 stol Leeuwenhoek Hook
Angličan Henry Power (1626ndash1668) ndash jako
prvniacute (1663) publikoval pozorovaacuteniacute mikroskopem
Marcello Malphighi (1628ndash1694)
italskyacute leacutekař
zakladatel mikroskopickeacute anatomie
- objev krevniacutech kapilaacuter savců (1661)
- malphigickeacute trubice hmyzu
18 stol
ndash mikroskopy přežily jako hračka pro zaacutebavu anglickyacutech gentlemanů zajiacutemajiacuteciacutech se o tajemstviacute přiacuterody
19 stol
zač 19 stol ndash Dollond Lister Amici - vynaacutelez
achromatickeacuteho objektivu
ndash do teacute doby použiacutevaacuteniacute jednočočkoveacuteho mikroskopu (dvoučočkovyacute
mikroskop podaacuteval značně zkreslenyacute obraz)
Vyacuteznačniacute vědci 19 stol použiacutevajiacuteciacute k svyacutem pozorovaacuteniacutem mikroskop
Robert Brown (1773-1858) - objev jaacutedra (1831)
Luis Pasteur (1822-1895) (francouzskyacute mikrobiolog)
- objev kvasinek
Robert Koch (1843-1910) (německyacute leacutekař a mikrobiolog)
- objev původců tuberkuloacutezy a cholery
Jan Evangelista Purkyně (1787-1869) (českyacute fyziolog)
- 1825 popsal jaacutedro u živočišneacute buňky (lupa)
od r 1832 použiacutevaacute kvalitniacute mikroskop
Microscope
stand VII
19 stol ndash dalšiacute vyacutevoj mikroskopů
Carl Zeiss ndash průmyslovaacute vyacuteroba mikroskopů (firma Zeiss)
Ernst Karl Abbe ndash teoretickaacute studia optickyacutech principů
Otto Schott ndash vyacutezkum optickeacuteho skla
August Koumlhler ndash kvalitniacute osvětleniacute
Otto Schott (1851-1935)
Ernst Abbe (1840-1905)
Carl Zeiss (1816-1888)
August Koumlhler (1866-1948)
Mikroskopy 19 stoletiacute
19 stol
20 stol
Konfokaacutelniacute mikroskop
A1R (Nikon)
BX60 (Olympus)
Laserovyacute fluorescenčniacute mikroskop bdquoLight Sheetldquo Centrum regionu Hanaacute pro biotechnologickyacute a zemědělskyacute vyacutezkum Odděleniacute buněčneacute biologie
21 stol
21 stol
Digitaacutelniacute holografickyacute mikroskop firmy Lynceacutee Tec
Důležitaacute data při rozvoji moderniacute světelneacute mikroskopie
1847 - Zahaacutejeniacute vyacuteroby mikroskopů firmou Carl Zeiss v Jeně
1903 - Ultramikroskop (Richard Zsigmondy NC 1925)
1911 - Fluorescenčniacute mikroskop (Carl Reichert)
1935 - Faacutezovyacute kontrast (Fritz Zernike NC 1953)
1955 - Diferenciaacutelniacute interferenčniacute kontrast (DIC ndash Nomarski)
1968 - Rastrovaciacute tandemovyacute konfokaacutelniacute mikroskop (TSCM)
1978 - Laserovyacute konfokaacutelniacute rastrovaciacute mikroskop
1994 - Princip STED mikroskopie (S W Hell NC 2014)
(Stimulated Emission Depletion ndash redukce fluorescence stimulovanou emisiacute)
po roce 2000 - rozvoj tzv superrozlišovaciacute mikroskopie
2006 - Super-resolučniacute fluorescenčniacute mikroskop (Eric Betzig
Stefan W Hell a William E Moerner NC za chemii 2014)
NC = Nobelova cena
30 leacuteta 20 stoletiacute
ndash hranice vyacutevoje optickeacuteho (paprskoveacuteho) mikroskopu
(hranice rozlišeniacute světelneacuteho mikroskopu je diacuteky velikosti deacutelky světla 02 microm)
- dalšiacute zvětšovaacuteniacute pozorovanyacutech objektů na jineacutem principu
- miacutesto světelneacuteho paprsku elektronovyacute paprsek
(= tok rychlyacutech elektronů)
- miacutesto skleněneacute čočky magnetickaacute čočka
1931 - Ernst Ruska Max Knoll
prvniacute elektronovyacute mikroskop
tzv prozařovaciacute transmisniacute EM
(TEM ndash Transmission Electron Microscope)
- originaacutelniacute zvětšeniacute 1 000 - 250 000x
Ernst Ruska (1906-1988)
1942 - rastrovaciacute EM
(SEM ndash Scanning Electron Microscope) - postupneacute bombardovaacuteniacute vzorku elektrony
- zvětšeniacute až 30 000x
EM UacuteMG AV ČR Praha-Krč
FEI ndash TECHNAIG2TEM + kryozařiacutezeniacute
200 kV (λ el = 00025 nm)
RS 01 nm
prvkovaacute analyacuteza vzorků
zařiacutezeniacute pro
prvkovou analyacutezu
vzorků
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
Brněnštiacute vědci z Uacutestavu přiacutestrojoveacute techniky AV ČR (UacutePT) a Mendelovy
univerzity představili novou metodu pozorovaacuteniacute rostlinnyacutech vzorků v jejich
přirozeneacutem stavu (za využitiacute kryoprotektiv)
Viacutece na httpe-svete15cztechnikacesti-vedci-posunuli-hranice-elektronove-mikroskopie-1174818
Enviromentaacutelniacute rastrovaciacute elektronovyacute mikroskop Aquasem II
TEM TITAN FEI Company Mgr Klaacutera Čeacutepe PhD
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute elektronovyacute mikroskop
schopnyacute nahleacutednout do struktury materiaacutelů až na uacuterovni atomů
a současně přesně zmapovat jejich chemickeacute složeniacute
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech
materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury
PřF UP OL
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute
elektronovyacute mikroskop TITAN (FEI)
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2015
Transmisniacute elektronovyacute
mikroskop Jeol
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury PřF UP OL
Neoptickeacute mikroskopy
1981
Řaacutedkovaciacute tunelovyacute mikroskop (STM ndash Scanning Tunnelling Microscope)
- mapovaacuteniacute povrchu pomociacute pohybu vodiveacuteho hrotu nad vodivyacutem povrchem sledovaneacuteho materiaacutelu
1986
Mikroskop atomaacuterniacutech sil (AMF ndash Atomic Force Miroscope)
- skenovaacuteniacute povrchu materiaacutelu pomociacute hrotu zavěšeneacutem na pružneacutem vyacutekyvneacutem rameacutenku kteryacute je přitahovaacuten elektrostatickyacutemi a Van der Walsovyacutemi silami
Rozlišeniacute v řaacutedech pikometrů (10-12 m) ndash rozeznaacuteniacute struktur
jednotlivyacutech atomů
O p t i c k eacute p r i n c i p y
světelneacute mikroskopie
Reichl J Všetička M Encyklopedie fyziky [online] copy2006-2014
[vid 2014] Dostupneacute z httpfyzikajreichlcommainarticleview431-optika Lepil O (2013) Fyzika pro gymnaacutezia Optika Prometheus Praha 4 přepracovaneacute vydaacuteniacute
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light
Microscopy and Electronic Imaging Willey-Blackwell Published
2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
Rozhlasoveacute a raacutedioveacute vlny 250 km - 1 mm
Infračerveneacute zaacuteřeniacute 05 mm - 08 μm
Světlo (viditelneacute zaacuteřeniacute) 08 μm - 04 μm
Ultrafialoveacute zaacuteřeniacute 04 microm - 01 microm
Roumlntgenovo zaacuteřeniacute (X-paprsky) 15 nm - 0005 nm
γ-zaacuteřeniacute pod 00001 nm
Přibližneacute hodnoty ndash individuaacutelniacute vlastnosti zraku různyacutech lidiacute
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
rarr se zkracujiacuteciacute se vlnovou deacutelkou se zvyšuje frekvence (energie)
Viditelneacute
Vlnoveacute deacutelky světla a relativniacute citlivost oka
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and Electronic
Imaging Willey-Blackwell Published 2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
= zrakovyacute pigment citlivyacute na
světlo nachaacutezejiacuteciacute se v tyčinkaacutech Jodopsin = zrakovyacute pigment citlivyacute na
barvu nachaacutezejiacuteciacute se v čiacutepciacutech
S v ě t l o
Duaacutelniacute charakter světla ndash vlněniacute i proud čaacutestic (fotonů)
Vlnovyacute model světla
vlna elektrickaacute a magnetickaacute (elektromagnetickaacute vlna je tvořena oscilujiacuteciacutem elektrickyacutem a
magnetickyacutem polem na sebe kolmyacutech a nesouciacutech vpřed energii)
Pro uacutečinky světla v mikroskopu je důležitaacute vlna elektrickaacute
= přiacutečneacute vlněniacute
postupneacute kmitaacuteniacute
jednotlivyacutech vedle sebe
ležiacuteciacutech bodů
Scheacutema světla jako elektromagnetickeacute vlny
Obr httpwwwprosoundwebcomarticleprintinvaders_from_
outer_space_electromagnetic_radiation_interference
λ - vlnovaacute deacutelka
(v oblasti svět zaacuteřeniacute
v rozmeziacute od 380 do 780 nm)
určuje barvu světla
a - amplituda
nejvyššiacute hodnota
určuje intenzitu světla
Z hlediska vlnoveacute deacutelky rozlišujeme
polychromatickeacute x monochromatickeacute světlo (selekce pomociacute barevnyacutech filtrů rarr jednotnaacute vlnovaacute deacutelka světlo zeleneacute červeneacute hellip)
Elektrickaacute vlna - sinusoida
Charakterizovaacutena dvěma veličinami
Pazourek 1975
Vlastnosti světla
Rovnoměrneacute šiacuteřeniacute světla ze zaacuteřiacuteciacuteho bodu na všechny strany rarr vlnovaacute plocha tvaru koule
Paprsek ndash směr kteryacutem se vlněniacute šiacuteřiacute a kteryacute je kolmyacute
na vlnoplochu
Pazourek 1975
- paprsek nepolarizovanyacute (A C) ndash kmitaacute v každeacutem
miacutestě a v průběhu času ve všech možnyacutech směrech
kolmyacutech na směr šiacuteřeniacute paprsku
- paprsek polarizovanyacute (B D1 D2) - kmitaacute v jedneacute
rovině přičemž rovina kmitů (vlněniacute) jednoho z nich je
kolmaacute k rovině kmitů druheacuteho
Pazourek 1975
Polarizovaneacute světlo viz
httpswwwyoutubecomwatchv=gP751qpm4n4
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and
Electronic Imaging Jonh Wkiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
Osm různyacutech vlnovyacutech forem světla (znaacutezorňujiacuteciacutech různou kvalitu světla)
Odraz a lom světelnyacutech paprsků
v prostřediacutech různeacute hustoty
Důležitaacute charakteristika prostřediacute
index lomu ( n ) (= optickaacute hustota prostřediacute)
c = rychlost světla ve vakuu (stejnaacute pro všechny λ )
v = rychlost světla určiteacute vlnoveacute deacutelky ve zkoumaneacute laacutetce
c
n =
v
zde absolutniacute index lomu
(bezrozměrnaacute fyzikaacutelniacute veličina jeho jednotka je 1)
Rychlost světla (c) určiteacute vlnoveacute
deacutelky v různyacutech prostřediacutech
c ve vakuu
= 300 000 kms
Index lomu (n) některyacutech laacutetek
vzduch (vakuum) helliphellip 100 (vzduch 10002718)
voda helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 133
plexisklo helliphelliphelliphelliphelliphellip 140 ndash 152
křemenneacute sklo helliphellip hellip 145 (čočka z křemene z Ninive ndash 7 stol přnl)
běžneacute sklo helliphelliphelliphelliphellip 151
cedrovyacute olej helliphelliphelliphelliphellip 151
imerzniacute olej Olympus hellip 1516 pro fluorescenci 1404
kanadskyacute balzaacutem helliphellip 150
krystal NaCl helliphelliphelliphellip 154
korunoveacute sklo helliphelliphelliphellip 145 ndash 156 (sodno-draselneacute bezolovnateacute)
flintoveacute sklo helliphelliphelliphellip 162 ndash 180 (olovnateacute)
diamant helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 242
Index lomu je vždy většiacute než 100
očniacute čočka hellip 1406
sklivec helliphelliphellip 1336
Odraz světla rovnyacutem zrcadlem (reflexe)
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice dopadu a paprsek odraženyacute
ležiacute v jedneacute rovině
2 Uacutehel odrazu se rovnaacute uacutehlu dopadu
Odraz a lom paprsku
k
Důležiteacute pro mikroskopii (astronomii)
- neniacute zaacutevislost na vlnoveacute deacutelce světla (λ)
- na rozdiacutel od lomu paprsků se světelneacute
paprsky se odraacutežejiacute stejně
Pazourek 1975
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice lomu a paprsek lomenyacute ležiacute v teacuteže rovině
Lom světla (refrakce)
2 Při přechodu z prostřediacute opticky řidšiacuteho do prostřediacute opticky hustšiacuteho se paprsek laacuteme ke kolmici (A)
a z prostřediacute opticky hustšiacuteho
do prostřediacute opticky řidšiacuteho
se laacuteme od kolmice (B)
(C a D) ndash uacuteplnyacute odraz při tzv
mezniacutem uacutehlu dopadu paprsku
v přiacutepadě lomu od kolmice (B)
(viz Nikol odrazneacute hranoly světlovodneacute vlaacutekno nebo fluorescenčniacute metoda TIRFM ndash totaacutelniacute odraz exitačniacuteho zaacuteřeniacute)
Pazourek 1975
Svatyacute Kryštof od
švyacutecarskeacuteho maliacuteře
Konrada Witze (kolem 1400ndash1446)
Witz byl jedniacutem z prvniacutech
maliacuteřů kteryacute namaloval
přesnyacute způsob odrazu
světla na vodě
Disperze (rozklad) světla
= důsledek zaacutevislosti rychlosti světla v laacutetkaacutech na frekvenci světla
(λ = c f)
světlo různyacutech barev (λ)
se laacuteme různě
(červeneacute se lomiacute meacuteně než modreacute)
Přiacuteklad disperze (rozkladu) světla
Primaacuterniacute a sekundaacuterniacute duha Severniacute Čechy Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
D u h a
Jeden z mnoha
optickyacutech
jevů (fotometeorů)
v atmosfeacuteře
Rok 312 nl - před bitvou byzantskeacuteho ciacutesaře Konstantina I (272-337) s
konkurenčniacutem ciacutesařem Maxentiem u bran Řiacutema (tzv bitva u Milvijskeacuteho mostu) se
na obloze objevily tři zaacuteřiacuteciacute křiacuteže (halovyacute sloup parheacutelia a parhelickyacute oblouk)
Konstantin bitvu proti přesile vyhraacutel sjednotil řiacuteši a povolil v niacute vyznaacutevat křesťanstviacute
Maleacute halo (22deg) (viz 1) vedlejšiacute slunce (2) a horniacute a dolniacute halovyacute sloup (3)
vznikajiacuteciacute odrazem a lomem světelnyacutech paprsků na krystalciacutech ledu
Lom světla a dějiny
httptmagazineblogsnytimescom20121126halo-effect_r=0
1
3
2 2
3
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
bull studijniacute kombinace MBB I roč
bull přednaacutešejiacuteciacute RNDr Pavla VAacuteLOVAacute
bull typ - semestr - rozsah A - L - 10
142 ndash 283 2018 ndash po 2 hod
bull ukončeniacute kolokvium (zaacutepočtovyacute test)
bull kredity 2
Soukromyacute mail valovapavlacentrumcz
evajiskrovaupolcz
Sylabus
1 Historie mikroskopovaacuteniacute Optickeacute principy světelneacute
mikroskopie Konstrukce obrazu složenyacutem mikroskopem
rozlišovaciacute schopnost mikroskopu
2 Zaacutekladniacute součaacutesti světelneacuteho mikroskopu - objektivy
okulaacutery a osvětleniacute
3 Exkurze Elektronovaacute a atomaacuterniacute mikroskopie ndash
pracoviště RCPTM (Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech
technologiiacute a materiaacutelů areaacutel Přiacuterodovědeckeacute fakulty Univerzity
Palackeacuteho Olomouc ndash Holice) (Mgr Klaacutera Čeacutepe PhD a spol)
Středa 282 2018 helliphelliphelliphellip 1315 - 1430
4 Speciaacutelniacute mikroskopickeacute metody (temneacute pole faacutezovyacute
kontrast polarizace interference) Principy fluorescenčniacute
mikroskopie zaacutekladniacute fluorescenčniacute metody
Sylabus 5 Princip konfokaacutelniacuteho mikroskopu Různeacute typy mikroskopů
(lupa stereolupa inverzniacute mikroskop digitaacutelniacute mikroskop
mikroskopy atomaacuterniacutech sil - STM ASM) Mikroskop jako
mikromanipulačniacute naacutestroj Systeacutemy pro zkvalitněniacute
mikroskopickeacuteho obrazu Zaacuteklady superrozlišovaciacute
mikroskopie
6 Prezentace Noveacute směry ve světelneacute mikroskopii
mikroskopie s vysokyacutem rozlišeniacutem
Ing Pavel Krist PhD Carl Zeiss sro Praha
Středa 213 2018 helliphelliphelliphellip 1315 ndash 1445
7 Kolokvium ndash zaacutepočtovyacute test
Středa 283 2018 helliphelliphelliphellip 1315 ndash MIK
1400 - CVMIK
Doporučenaacute literatura
Hejtmaacutenek M (2001) Uacutevod do světelneacute mikroskopie Skripta UP Olomouc
Knoz J Opravilovaacute V (1992) Zaacuteklady mikroskopickeacute techniky Skripta MU Brno
Přednaacutešky ndash PřF UP Olomouc Katedra experimentaacutelniacute fyziky
Kubiacutenek Roman Moderniacute světelnaacute a elektronovaacute mikroskopie
httpfyzikaupolczcssystemfilesdownloadvujtekprezentacekubinekSMaEMpdf
Kubiacutenek R Vůjtek M Mašlaacuteň M Mikroskopie skenujiacuteciacute sondou httpfyzikaupolczcssystemfilesdownloadvujtekprezentacekubinekSPMpdf
Kuacuteš P a kol (2008) Modernaacute mikroskopia a digitaacutelne zpracovanie obrazu Skripta
Bratislava ISBN 978-80-89186-37-2
httpwwwmikroskopiaskmaterialsskripta_mikroskopiapdf
Matis D a kol (2001) Mikroskopickaacute technika Faunima Bratislava
Paleček J (1996) Biologie buňky I Zaacuteklady mikroskopickeacute cytologie Skripta UK
Praha
Ruzin SE (1999) Plant microtechnique and microscopy Oxford University
bull wwwolympusmicrocom
bull httpwwwparucasczlembookPodkap30html (Elektronovaacute mikroskopie)
bull httpbiologieupolczmikroskopie
Nejnovějšiacute literatura (k dispozici v miacutestniacute knihovně)
Murphy DB Davidson MW (2013)
Fundamentals of Light Microscopy and Electronic Imaging
Willey-Blackwell Published 2013 by John Wiley amp Sons Inc
Hoboken New Jersey
vč rozsaacutehleacuteho slovniacuteku pojmů z mikroskopie na konci knihy
Randy O Wayne (2014) Light and Video Microscopy
Second Edition Hardcover
Doplňujiacuteciacute literatura
Habrovaacute V (1990) Mikroskopickaacute technika SPN Praha
Jurčaacutek J (1998) Zaacutekladniacute praktikum z botanickeacute mikrotechniky a rostlinneacute anatomie Skripta UP Olomouc
Němec B a kol (1962) Botanickaacute mikrotechnika Nakladatelstviacute ČSAV Praha
Lepil O (2013) Fyzika pro gymnaacutezia Optika Prometheus Praha
4 přepracovaneacute vydaacuteniacute
Pazourek J (1975) Pracujeme s mikroskopem SNTL Praha
Pazourkovaacute Z (1986) Botanickaacute mikrotechnika Praha 1986 skripta UK Praha
Pazourkovaacute Z Pazourek J (1960) Rychleacute metody botanickeacute mikrotechniky ČAZV SZN Praha
Špaček J (2008) Svět pod mikroskopem Grada Praha
Kremer Bruno P (2013) Mikroskop zcela jednoduše Aventium nakladatelstviacute sro
Člaacutenky z časopisu Vesmiacuter
Internet Učebniacute texty Katedry Optiky UP Olomouc Světelnaacute mikroskopie (doc Roman Kubiacutenek)
httpapfyzupolczucebniceoptmikrohtml
httpapfyzupolczucebnicedownoptmikropdf
Leacutekařskaacute fakulta UP Olomouc httpbiologieupolczmikroskopie
Nebesaacuteřovaacute J Elektronovaacute mikroskopie pro biology
httpwwwparucasczlembookindexhtml
skripta httpwwwmikroskopiaskpage8html (slovensky)
httpwwwhistory-of-the-microscopeorg
Kurzy mikroskopie na httpmicroscopydukeedu httpmicroscopydukeeduconceptshtml
Internetoveacute adresy o mikroskopech různyacutech firem Olympus httpwwwolympuscz httpwwwolympusmicrocom
Olympus_2011 - httpwwwmujolympusczdata20110209095419bodyhtm
Kniha o světelneacute mikroskopii na www
Davidson and Abramowitz Optical Microscopy Review Article
httpolympusmagnetfsueduprimeropticalmicroscopyhtml
Přiacuteručka firmy Zeiss httpwwwusaskcabiologyscopesMicroscopyBasicspdf
Nikon httpwwwmicroscopyucom
Přiacuteručka firmy Nikon httpwwwareczdatafilezakladni_metody_svetelne_mikroskopiepdf
Odkazy na literaturu
httplommicroscopyweeblycombasics-of-light-microscopy-and-opticshtml
Virtuaacutelniacute obraacutezky
httpwwwolympusmicrocomprimerjava
httpzeiss-campusmagnetfsuedututorialsindexhtml
Historie mikroskopovaacuteniacute
Optickeacute principy
světelneacute mikroskopie
Přednaacuteška 1
Pavla Vaacutelovaacute 2018
naacutezev z řec mikroacutes = malyacute skopoacutes = pozorovatel
vynaacutelez mikroskopu ndash konec 16 stol (technickyacute rozmach lidstva)
1625 - naacutezev mikroskop odvozenyacute od naacutezvu teleskop
(Giovanni Faber z Bambergu ndash papežskyacute leacutekař )
H i s t o r i e o b j e v u m i k r o s k o p u
Dřiacutevějšiacute pozorovaacuteniacute
Řecko - Aristofanes Atheacutenskyacute (424-380 př n l) - ve hře bdquoOblakaldquo
popis zraněniacute paprskem slunce prochaacutezejiacuteciacuteho skleněnou
kouliacute naplněnou vodou
Řiacutemskaacute doba
- filosof Seneca (asi 4 přnl-65 nl) - zvětšeniacute piacutesmen
pomociacute skleněneacute koule naplněneacute vodou
- Klaudius Ptolemaios (asi 100-170 nl) ndash diacutelo bdquoOptikaldquo -
poznatky o odraze paprsků a lomu paprsků skrz sklo
11 stol - Ibn al Haitham (bdquoAlhazenldquo) (965-1039) - arabskyacute fyzik a
matematik diacutelo bdquoPojednaacuteniacute o opticeldquo ndash zkoumaacute vlastnosti
světla (lom a odraz) čočky a zrcadla
viz Anna Černaacute Mikroskop pod drobnohledem Živa 52017 str CXXVIII
14 stol ndash zvlaacutednutiacute techniky broušeniacute čoček do bryacuteliacute (italštiacute mniši)
konec 16 stol ndash vynaacutelez mikroskopu
kolem roku 1590 - Hans a Zacharias Janssenovi (Holandsko otec a syn)
H i s t o r i e o b j e v u m i k r o s k o p u
- konstrukce prvniacuteho použitelneacuteho mikroskopu (ze dvou čoček)
- čočky vypoukleacute i vyduteacute
- zvětšeniacute mikroskopu 60x
viz kniha a film bdquoJmeacuteno růželdquo od Umberta Eca
Systeacutem dvou čoček
16 stol
deacutelka 12 m
(tzv kompaudniacute mikroskop)
httpwwwmicroscopyfsueduprimermuseum
httpmicromagnetfsueduprimermuseumjanssenhtml
httpwwwapsorgpublicationsapsnews200403historycfm
Janssenův mikroskop
17 stol Galileo Galilei (1564-1642)
ndash italskyacute astronom a matematik
1604-1609 ndash konstrukce dalekohledu
- použitiacute složeneacuteho mikroskopu
nazvaneacuteho occhiolino
k vědeckyacutem uacutečelům (pozorovaacuteniacute
oka mouchy)
Nejasnosti kolem vynaacutelezu mikroskopu
ndash z dobovyacutech zpraacutev neniacute jasneacute zda se jednaacute o mikroskop
jehož okulaacuterem je spojka nebo o dalekohled s rozptylkou
(kteryacute použiacuteval Galileo)
Anthony van Leeuwenhoek (1632-1723)
ndash obchodniacutek s laacutetkami v holandskeacutem Delftu
ndash sestrojil jednočočkovyacute mikroskop silnyacute zvětšovaciacute
efekt čočky
(až 270x)
ndash nejprve zkoumaacuteniacute struktury laacutetek
později zkoumal listy květiny drobneacute organismy lidskou krev kůži vlasy hellip
- prvniacute viděl a popsal krevniacute buňky chovaacuteniacute lidskyacutech spermiiacute
- vyacuteroba asi 250 mikroskopů
17 stol
Jednočočkovyacute Leeuwenhoekův
mikroskop
httpbiologimediacentrecomwp-contentuploads201101image2png
Anglickyacute původ Italskyacute původ
17 stol
Prvniacute světelneacute mikroskopy
Jednočočkovyacute
mikroskop Dvoučočkoveacute
mikroskopy
Robert Hook (1635-1703) [huacutek]
ndash anglickyacute fyzik chemik geolog astronom hellip
ndash použiacuteval zakoupenyacute složenyacute mikroskop s viacutece
čočkami (tzv kompaudniacute) vylepšenyacute o kvalitniacute osvětleniacute
17 stol
Hookův mikroskop
- vylepšeniacute osvětleniacute použitiacute irisoveacute clony
irisovaacute clona
- zkoumaacuteniacute slabyacutech plaacutetků korku z korkovniacuteku
živeacute laacutetky jsou tvořeny buňkami
- 1665 - kniha bdquoMicrographialdquo
mikroskopickeacute pozorovaacuteniacute rostlinnyacutech
pletiv živočišnyacutech objektů a struktur
mineraacutelů
Rok vydaacuteniacute 1665 Micrographia or some Physiological Descriptions of Minute Bodies
made by Magnifying Glasses with Observations and Inquiries thereupon
London 1665
17 stol Leeuwenhoek Hook
Angličan Henry Power (1626ndash1668) ndash jako
prvniacute (1663) publikoval pozorovaacuteniacute mikroskopem
Marcello Malphighi (1628ndash1694)
italskyacute leacutekař
zakladatel mikroskopickeacute anatomie
- objev krevniacutech kapilaacuter savců (1661)
- malphigickeacute trubice hmyzu
18 stol
ndash mikroskopy přežily jako hračka pro zaacutebavu anglickyacutech gentlemanů zajiacutemajiacuteciacutech se o tajemstviacute přiacuterody
19 stol
zač 19 stol ndash Dollond Lister Amici - vynaacutelez
achromatickeacuteho objektivu
ndash do teacute doby použiacutevaacuteniacute jednočočkoveacuteho mikroskopu (dvoučočkovyacute
mikroskop podaacuteval značně zkreslenyacute obraz)
Vyacuteznačniacute vědci 19 stol použiacutevajiacuteciacute k svyacutem pozorovaacuteniacutem mikroskop
Robert Brown (1773-1858) - objev jaacutedra (1831)
Luis Pasteur (1822-1895) (francouzskyacute mikrobiolog)
- objev kvasinek
Robert Koch (1843-1910) (německyacute leacutekař a mikrobiolog)
- objev původců tuberkuloacutezy a cholery
Jan Evangelista Purkyně (1787-1869) (českyacute fyziolog)
- 1825 popsal jaacutedro u živočišneacute buňky (lupa)
od r 1832 použiacutevaacute kvalitniacute mikroskop
Microscope
stand VII
19 stol ndash dalšiacute vyacutevoj mikroskopů
Carl Zeiss ndash průmyslovaacute vyacuteroba mikroskopů (firma Zeiss)
Ernst Karl Abbe ndash teoretickaacute studia optickyacutech principů
Otto Schott ndash vyacutezkum optickeacuteho skla
August Koumlhler ndash kvalitniacute osvětleniacute
Otto Schott (1851-1935)
Ernst Abbe (1840-1905)
Carl Zeiss (1816-1888)
August Koumlhler (1866-1948)
Mikroskopy 19 stoletiacute
19 stol
20 stol
Konfokaacutelniacute mikroskop
A1R (Nikon)
BX60 (Olympus)
Laserovyacute fluorescenčniacute mikroskop bdquoLight Sheetldquo Centrum regionu Hanaacute pro biotechnologickyacute a zemědělskyacute vyacutezkum Odděleniacute buněčneacute biologie
21 stol
21 stol
Digitaacutelniacute holografickyacute mikroskop firmy Lynceacutee Tec
Důležitaacute data při rozvoji moderniacute světelneacute mikroskopie
1847 - Zahaacutejeniacute vyacuteroby mikroskopů firmou Carl Zeiss v Jeně
1903 - Ultramikroskop (Richard Zsigmondy NC 1925)
1911 - Fluorescenčniacute mikroskop (Carl Reichert)
1935 - Faacutezovyacute kontrast (Fritz Zernike NC 1953)
1955 - Diferenciaacutelniacute interferenčniacute kontrast (DIC ndash Nomarski)
1968 - Rastrovaciacute tandemovyacute konfokaacutelniacute mikroskop (TSCM)
1978 - Laserovyacute konfokaacutelniacute rastrovaciacute mikroskop
1994 - Princip STED mikroskopie (S W Hell NC 2014)
(Stimulated Emission Depletion ndash redukce fluorescence stimulovanou emisiacute)
po roce 2000 - rozvoj tzv superrozlišovaciacute mikroskopie
2006 - Super-resolučniacute fluorescenčniacute mikroskop (Eric Betzig
Stefan W Hell a William E Moerner NC za chemii 2014)
NC = Nobelova cena
30 leacuteta 20 stoletiacute
ndash hranice vyacutevoje optickeacuteho (paprskoveacuteho) mikroskopu
(hranice rozlišeniacute světelneacuteho mikroskopu je diacuteky velikosti deacutelky světla 02 microm)
- dalšiacute zvětšovaacuteniacute pozorovanyacutech objektů na jineacutem principu
- miacutesto světelneacuteho paprsku elektronovyacute paprsek
(= tok rychlyacutech elektronů)
- miacutesto skleněneacute čočky magnetickaacute čočka
1931 - Ernst Ruska Max Knoll
prvniacute elektronovyacute mikroskop
tzv prozařovaciacute transmisniacute EM
(TEM ndash Transmission Electron Microscope)
- originaacutelniacute zvětšeniacute 1 000 - 250 000x
Ernst Ruska (1906-1988)
1942 - rastrovaciacute EM
(SEM ndash Scanning Electron Microscope) - postupneacute bombardovaacuteniacute vzorku elektrony
- zvětšeniacute až 30 000x
EM UacuteMG AV ČR Praha-Krč
FEI ndash TECHNAIG2TEM + kryozařiacutezeniacute
200 kV (λ el = 00025 nm)
RS 01 nm
prvkovaacute analyacuteza vzorků
zařiacutezeniacute pro
prvkovou analyacutezu
vzorků
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
Brněnštiacute vědci z Uacutestavu přiacutestrojoveacute techniky AV ČR (UacutePT) a Mendelovy
univerzity představili novou metodu pozorovaacuteniacute rostlinnyacutech vzorků v jejich
přirozeneacutem stavu (za využitiacute kryoprotektiv)
Viacutece na httpe-svete15cztechnikacesti-vedci-posunuli-hranice-elektronove-mikroskopie-1174818
Enviromentaacutelniacute rastrovaciacute elektronovyacute mikroskop Aquasem II
TEM TITAN FEI Company Mgr Klaacutera Čeacutepe PhD
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute elektronovyacute mikroskop
schopnyacute nahleacutednout do struktury materiaacutelů až na uacuterovni atomů
a současně přesně zmapovat jejich chemickeacute složeniacute
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech
materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury
PřF UP OL
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute
elektronovyacute mikroskop TITAN (FEI)
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2015
Transmisniacute elektronovyacute
mikroskop Jeol
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury PřF UP OL
Neoptickeacute mikroskopy
1981
Řaacutedkovaciacute tunelovyacute mikroskop (STM ndash Scanning Tunnelling Microscope)
- mapovaacuteniacute povrchu pomociacute pohybu vodiveacuteho hrotu nad vodivyacutem povrchem sledovaneacuteho materiaacutelu
1986
Mikroskop atomaacuterniacutech sil (AMF ndash Atomic Force Miroscope)
- skenovaacuteniacute povrchu materiaacutelu pomociacute hrotu zavěšeneacutem na pružneacutem vyacutekyvneacutem rameacutenku kteryacute je přitahovaacuten elektrostatickyacutemi a Van der Walsovyacutemi silami
Rozlišeniacute v řaacutedech pikometrů (10-12 m) ndash rozeznaacuteniacute struktur
jednotlivyacutech atomů
O p t i c k eacute p r i n c i p y
světelneacute mikroskopie
Reichl J Všetička M Encyklopedie fyziky [online] copy2006-2014
[vid 2014] Dostupneacute z httpfyzikajreichlcommainarticleview431-optika Lepil O (2013) Fyzika pro gymnaacutezia Optika Prometheus Praha 4 přepracovaneacute vydaacuteniacute
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light
Microscopy and Electronic Imaging Willey-Blackwell Published
2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
Rozhlasoveacute a raacutedioveacute vlny 250 km - 1 mm
Infračerveneacute zaacuteřeniacute 05 mm - 08 μm
Světlo (viditelneacute zaacuteřeniacute) 08 μm - 04 μm
Ultrafialoveacute zaacuteřeniacute 04 microm - 01 microm
Roumlntgenovo zaacuteřeniacute (X-paprsky) 15 nm - 0005 nm
γ-zaacuteřeniacute pod 00001 nm
Přibližneacute hodnoty ndash individuaacutelniacute vlastnosti zraku různyacutech lidiacute
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
rarr se zkracujiacuteciacute se vlnovou deacutelkou se zvyšuje frekvence (energie)
Viditelneacute
Vlnoveacute deacutelky světla a relativniacute citlivost oka
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and Electronic
Imaging Willey-Blackwell Published 2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
= zrakovyacute pigment citlivyacute na
světlo nachaacutezejiacuteciacute se v tyčinkaacutech Jodopsin = zrakovyacute pigment citlivyacute na
barvu nachaacutezejiacuteciacute se v čiacutepciacutech
S v ě t l o
Duaacutelniacute charakter světla ndash vlněniacute i proud čaacutestic (fotonů)
Vlnovyacute model světla
vlna elektrickaacute a magnetickaacute (elektromagnetickaacute vlna je tvořena oscilujiacuteciacutem elektrickyacutem a
magnetickyacutem polem na sebe kolmyacutech a nesouciacutech vpřed energii)
Pro uacutečinky světla v mikroskopu je důležitaacute vlna elektrickaacute
= přiacutečneacute vlněniacute
postupneacute kmitaacuteniacute
jednotlivyacutech vedle sebe
ležiacuteciacutech bodů
Scheacutema světla jako elektromagnetickeacute vlny
Obr httpwwwprosoundwebcomarticleprintinvaders_from_
outer_space_electromagnetic_radiation_interference
λ - vlnovaacute deacutelka
(v oblasti svět zaacuteřeniacute
v rozmeziacute od 380 do 780 nm)
určuje barvu světla
a - amplituda
nejvyššiacute hodnota
určuje intenzitu světla
Z hlediska vlnoveacute deacutelky rozlišujeme
polychromatickeacute x monochromatickeacute světlo (selekce pomociacute barevnyacutech filtrů rarr jednotnaacute vlnovaacute deacutelka světlo zeleneacute červeneacute hellip)
Elektrickaacute vlna - sinusoida
Charakterizovaacutena dvěma veličinami
Pazourek 1975
Vlastnosti světla
Rovnoměrneacute šiacuteřeniacute světla ze zaacuteřiacuteciacuteho bodu na všechny strany rarr vlnovaacute plocha tvaru koule
Paprsek ndash směr kteryacutem se vlněniacute šiacuteřiacute a kteryacute je kolmyacute
na vlnoplochu
Pazourek 1975
- paprsek nepolarizovanyacute (A C) ndash kmitaacute v každeacutem
miacutestě a v průběhu času ve všech možnyacutech směrech
kolmyacutech na směr šiacuteřeniacute paprsku
- paprsek polarizovanyacute (B D1 D2) - kmitaacute v jedneacute
rovině přičemž rovina kmitů (vlněniacute) jednoho z nich je
kolmaacute k rovině kmitů druheacuteho
Pazourek 1975
Polarizovaneacute světlo viz
httpswwwyoutubecomwatchv=gP751qpm4n4
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and
Electronic Imaging Jonh Wkiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
Osm různyacutech vlnovyacutech forem světla (znaacutezorňujiacuteciacutech různou kvalitu světla)
Odraz a lom světelnyacutech paprsků
v prostřediacutech různeacute hustoty
Důležitaacute charakteristika prostřediacute
index lomu ( n ) (= optickaacute hustota prostřediacute)
c = rychlost světla ve vakuu (stejnaacute pro všechny λ )
v = rychlost světla určiteacute vlnoveacute deacutelky ve zkoumaneacute laacutetce
c
n =
v
zde absolutniacute index lomu
(bezrozměrnaacute fyzikaacutelniacute veličina jeho jednotka je 1)
Rychlost světla (c) určiteacute vlnoveacute
deacutelky v různyacutech prostřediacutech
c ve vakuu
= 300 000 kms
Index lomu (n) některyacutech laacutetek
vzduch (vakuum) helliphellip 100 (vzduch 10002718)
voda helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 133
plexisklo helliphelliphelliphelliphelliphellip 140 ndash 152
křemenneacute sklo helliphellip hellip 145 (čočka z křemene z Ninive ndash 7 stol přnl)
běžneacute sklo helliphelliphelliphelliphellip 151
cedrovyacute olej helliphelliphelliphelliphellip 151
imerzniacute olej Olympus hellip 1516 pro fluorescenci 1404
kanadskyacute balzaacutem helliphellip 150
krystal NaCl helliphelliphelliphellip 154
korunoveacute sklo helliphelliphelliphellip 145 ndash 156 (sodno-draselneacute bezolovnateacute)
flintoveacute sklo helliphelliphelliphellip 162 ndash 180 (olovnateacute)
diamant helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 242
Index lomu je vždy většiacute než 100
očniacute čočka hellip 1406
sklivec helliphelliphellip 1336
Odraz světla rovnyacutem zrcadlem (reflexe)
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice dopadu a paprsek odraženyacute
ležiacute v jedneacute rovině
2 Uacutehel odrazu se rovnaacute uacutehlu dopadu
Odraz a lom paprsku
k
Důležiteacute pro mikroskopii (astronomii)
- neniacute zaacutevislost na vlnoveacute deacutelce světla (λ)
- na rozdiacutel od lomu paprsků se světelneacute
paprsky se odraacutežejiacute stejně
Pazourek 1975
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice lomu a paprsek lomenyacute ležiacute v teacuteže rovině
Lom světla (refrakce)
2 Při přechodu z prostřediacute opticky řidšiacuteho do prostřediacute opticky hustšiacuteho se paprsek laacuteme ke kolmici (A)
a z prostřediacute opticky hustšiacuteho
do prostřediacute opticky řidšiacuteho
se laacuteme od kolmice (B)
(C a D) ndash uacuteplnyacute odraz při tzv
mezniacutem uacutehlu dopadu paprsku
v přiacutepadě lomu od kolmice (B)
(viz Nikol odrazneacute hranoly světlovodneacute vlaacutekno nebo fluorescenčniacute metoda TIRFM ndash totaacutelniacute odraz exitačniacuteho zaacuteřeniacute)
Pazourek 1975
Svatyacute Kryštof od
švyacutecarskeacuteho maliacuteře
Konrada Witze (kolem 1400ndash1446)
Witz byl jedniacutem z prvniacutech
maliacuteřů kteryacute namaloval
přesnyacute způsob odrazu
světla na vodě
Disperze (rozklad) světla
= důsledek zaacutevislosti rychlosti světla v laacutetkaacutech na frekvenci světla
(λ = c f)
světlo různyacutech barev (λ)
se laacuteme různě
(červeneacute se lomiacute meacuteně než modreacute)
Přiacuteklad disperze (rozkladu) světla
Primaacuterniacute a sekundaacuterniacute duha Severniacute Čechy Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
D u h a
Jeden z mnoha
optickyacutech
jevů (fotometeorů)
v atmosfeacuteře
Rok 312 nl - před bitvou byzantskeacuteho ciacutesaře Konstantina I (272-337) s
konkurenčniacutem ciacutesařem Maxentiem u bran Řiacutema (tzv bitva u Milvijskeacuteho mostu) se
na obloze objevily tři zaacuteřiacuteciacute křiacuteže (halovyacute sloup parheacutelia a parhelickyacute oblouk)
Konstantin bitvu proti přesile vyhraacutel sjednotil řiacuteši a povolil v niacute vyznaacutevat křesťanstviacute
Maleacute halo (22deg) (viz 1) vedlejšiacute slunce (2) a horniacute a dolniacute halovyacute sloup (3)
vznikajiacuteciacute odrazem a lomem světelnyacutech paprsků na krystalciacutech ledu
Lom světla a dějiny
httptmagazineblogsnytimescom20121126halo-effect_r=0
1
3
2 2
3
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
Sylabus
1 Historie mikroskopovaacuteniacute Optickeacute principy světelneacute
mikroskopie Konstrukce obrazu složenyacutem mikroskopem
rozlišovaciacute schopnost mikroskopu
2 Zaacutekladniacute součaacutesti světelneacuteho mikroskopu - objektivy
okulaacutery a osvětleniacute
3 Exkurze Elektronovaacute a atomaacuterniacute mikroskopie ndash
pracoviště RCPTM (Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech
technologiiacute a materiaacutelů areaacutel Přiacuterodovědeckeacute fakulty Univerzity
Palackeacuteho Olomouc ndash Holice) (Mgr Klaacutera Čeacutepe PhD a spol)
Středa 282 2018 helliphelliphelliphellip 1315 - 1430
4 Speciaacutelniacute mikroskopickeacute metody (temneacute pole faacutezovyacute
kontrast polarizace interference) Principy fluorescenčniacute
mikroskopie zaacutekladniacute fluorescenčniacute metody
Sylabus 5 Princip konfokaacutelniacuteho mikroskopu Různeacute typy mikroskopů
(lupa stereolupa inverzniacute mikroskop digitaacutelniacute mikroskop
mikroskopy atomaacuterniacutech sil - STM ASM) Mikroskop jako
mikromanipulačniacute naacutestroj Systeacutemy pro zkvalitněniacute
mikroskopickeacuteho obrazu Zaacuteklady superrozlišovaciacute
mikroskopie
6 Prezentace Noveacute směry ve světelneacute mikroskopii
mikroskopie s vysokyacutem rozlišeniacutem
Ing Pavel Krist PhD Carl Zeiss sro Praha
Středa 213 2018 helliphelliphelliphellip 1315 ndash 1445
7 Kolokvium ndash zaacutepočtovyacute test
Středa 283 2018 helliphelliphelliphellip 1315 ndash MIK
1400 - CVMIK
Doporučenaacute literatura
Hejtmaacutenek M (2001) Uacutevod do světelneacute mikroskopie Skripta UP Olomouc
Knoz J Opravilovaacute V (1992) Zaacuteklady mikroskopickeacute techniky Skripta MU Brno
Přednaacutešky ndash PřF UP Olomouc Katedra experimentaacutelniacute fyziky
Kubiacutenek Roman Moderniacute světelnaacute a elektronovaacute mikroskopie
httpfyzikaupolczcssystemfilesdownloadvujtekprezentacekubinekSMaEMpdf
Kubiacutenek R Vůjtek M Mašlaacuteň M Mikroskopie skenujiacuteciacute sondou httpfyzikaupolczcssystemfilesdownloadvujtekprezentacekubinekSPMpdf
Kuacuteš P a kol (2008) Modernaacute mikroskopia a digitaacutelne zpracovanie obrazu Skripta
Bratislava ISBN 978-80-89186-37-2
httpwwwmikroskopiaskmaterialsskripta_mikroskopiapdf
Matis D a kol (2001) Mikroskopickaacute technika Faunima Bratislava
Paleček J (1996) Biologie buňky I Zaacuteklady mikroskopickeacute cytologie Skripta UK
Praha
Ruzin SE (1999) Plant microtechnique and microscopy Oxford University
bull wwwolympusmicrocom
bull httpwwwparucasczlembookPodkap30html (Elektronovaacute mikroskopie)
bull httpbiologieupolczmikroskopie
Nejnovějšiacute literatura (k dispozici v miacutestniacute knihovně)
Murphy DB Davidson MW (2013)
Fundamentals of Light Microscopy and Electronic Imaging
Willey-Blackwell Published 2013 by John Wiley amp Sons Inc
Hoboken New Jersey
vč rozsaacutehleacuteho slovniacuteku pojmů z mikroskopie na konci knihy
Randy O Wayne (2014) Light and Video Microscopy
Second Edition Hardcover
Doplňujiacuteciacute literatura
Habrovaacute V (1990) Mikroskopickaacute technika SPN Praha
Jurčaacutek J (1998) Zaacutekladniacute praktikum z botanickeacute mikrotechniky a rostlinneacute anatomie Skripta UP Olomouc
Němec B a kol (1962) Botanickaacute mikrotechnika Nakladatelstviacute ČSAV Praha
Lepil O (2013) Fyzika pro gymnaacutezia Optika Prometheus Praha
4 přepracovaneacute vydaacuteniacute
Pazourek J (1975) Pracujeme s mikroskopem SNTL Praha
Pazourkovaacute Z (1986) Botanickaacute mikrotechnika Praha 1986 skripta UK Praha
Pazourkovaacute Z Pazourek J (1960) Rychleacute metody botanickeacute mikrotechniky ČAZV SZN Praha
Špaček J (2008) Svět pod mikroskopem Grada Praha
Kremer Bruno P (2013) Mikroskop zcela jednoduše Aventium nakladatelstviacute sro
Člaacutenky z časopisu Vesmiacuter
Internet Učebniacute texty Katedry Optiky UP Olomouc Světelnaacute mikroskopie (doc Roman Kubiacutenek)
httpapfyzupolczucebniceoptmikrohtml
httpapfyzupolczucebnicedownoptmikropdf
Leacutekařskaacute fakulta UP Olomouc httpbiologieupolczmikroskopie
Nebesaacuteřovaacute J Elektronovaacute mikroskopie pro biology
httpwwwparucasczlembookindexhtml
skripta httpwwwmikroskopiaskpage8html (slovensky)
httpwwwhistory-of-the-microscopeorg
Kurzy mikroskopie na httpmicroscopydukeedu httpmicroscopydukeeduconceptshtml
Internetoveacute adresy o mikroskopech různyacutech firem Olympus httpwwwolympuscz httpwwwolympusmicrocom
Olympus_2011 - httpwwwmujolympusczdata20110209095419bodyhtm
Kniha o světelneacute mikroskopii na www
Davidson and Abramowitz Optical Microscopy Review Article
httpolympusmagnetfsueduprimeropticalmicroscopyhtml
Přiacuteručka firmy Zeiss httpwwwusaskcabiologyscopesMicroscopyBasicspdf
Nikon httpwwwmicroscopyucom
Přiacuteručka firmy Nikon httpwwwareczdatafilezakladni_metody_svetelne_mikroskopiepdf
Odkazy na literaturu
httplommicroscopyweeblycombasics-of-light-microscopy-and-opticshtml
Virtuaacutelniacute obraacutezky
httpwwwolympusmicrocomprimerjava
httpzeiss-campusmagnetfsuedututorialsindexhtml
Historie mikroskopovaacuteniacute
Optickeacute principy
světelneacute mikroskopie
Přednaacuteška 1
Pavla Vaacutelovaacute 2018
naacutezev z řec mikroacutes = malyacute skopoacutes = pozorovatel
vynaacutelez mikroskopu ndash konec 16 stol (technickyacute rozmach lidstva)
1625 - naacutezev mikroskop odvozenyacute od naacutezvu teleskop
(Giovanni Faber z Bambergu ndash papežskyacute leacutekař )
H i s t o r i e o b j e v u m i k r o s k o p u
Dřiacutevějšiacute pozorovaacuteniacute
Řecko - Aristofanes Atheacutenskyacute (424-380 př n l) - ve hře bdquoOblakaldquo
popis zraněniacute paprskem slunce prochaacutezejiacuteciacuteho skleněnou
kouliacute naplněnou vodou
Řiacutemskaacute doba
- filosof Seneca (asi 4 přnl-65 nl) - zvětšeniacute piacutesmen
pomociacute skleněneacute koule naplněneacute vodou
- Klaudius Ptolemaios (asi 100-170 nl) ndash diacutelo bdquoOptikaldquo -
poznatky o odraze paprsků a lomu paprsků skrz sklo
11 stol - Ibn al Haitham (bdquoAlhazenldquo) (965-1039) - arabskyacute fyzik a
matematik diacutelo bdquoPojednaacuteniacute o opticeldquo ndash zkoumaacute vlastnosti
světla (lom a odraz) čočky a zrcadla
viz Anna Černaacute Mikroskop pod drobnohledem Živa 52017 str CXXVIII
14 stol ndash zvlaacutednutiacute techniky broušeniacute čoček do bryacuteliacute (italštiacute mniši)
konec 16 stol ndash vynaacutelez mikroskopu
kolem roku 1590 - Hans a Zacharias Janssenovi (Holandsko otec a syn)
H i s t o r i e o b j e v u m i k r o s k o p u
- konstrukce prvniacuteho použitelneacuteho mikroskopu (ze dvou čoček)
- čočky vypoukleacute i vyduteacute
- zvětšeniacute mikroskopu 60x
viz kniha a film bdquoJmeacuteno růželdquo od Umberta Eca
Systeacutem dvou čoček
16 stol
deacutelka 12 m
(tzv kompaudniacute mikroskop)
httpwwwmicroscopyfsueduprimermuseum
httpmicromagnetfsueduprimermuseumjanssenhtml
httpwwwapsorgpublicationsapsnews200403historycfm
Janssenův mikroskop
17 stol Galileo Galilei (1564-1642)
ndash italskyacute astronom a matematik
1604-1609 ndash konstrukce dalekohledu
- použitiacute složeneacuteho mikroskopu
nazvaneacuteho occhiolino
k vědeckyacutem uacutečelům (pozorovaacuteniacute
oka mouchy)
Nejasnosti kolem vynaacutelezu mikroskopu
ndash z dobovyacutech zpraacutev neniacute jasneacute zda se jednaacute o mikroskop
jehož okulaacuterem je spojka nebo o dalekohled s rozptylkou
(kteryacute použiacuteval Galileo)
Anthony van Leeuwenhoek (1632-1723)
ndash obchodniacutek s laacutetkami v holandskeacutem Delftu
ndash sestrojil jednočočkovyacute mikroskop silnyacute zvětšovaciacute
efekt čočky
(až 270x)
ndash nejprve zkoumaacuteniacute struktury laacutetek
později zkoumal listy květiny drobneacute organismy lidskou krev kůži vlasy hellip
- prvniacute viděl a popsal krevniacute buňky chovaacuteniacute lidskyacutech spermiiacute
- vyacuteroba asi 250 mikroskopů
17 stol
Jednočočkovyacute Leeuwenhoekův
mikroskop
httpbiologimediacentrecomwp-contentuploads201101image2png
Anglickyacute původ Italskyacute původ
17 stol
Prvniacute světelneacute mikroskopy
Jednočočkovyacute
mikroskop Dvoučočkoveacute
mikroskopy
Robert Hook (1635-1703) [huacutek]
ndash anglickyacute fyzik chemik geolog astronom hellip
ndash použiacuteval zakoupenyacute složenyacute mikroskop s viacutece
čočkami (tzv kompaudniacute) vylepšenyacute o kvalitniacute osvětleniacute
17 stol
Hookův mikroskop
- vylepšeniacute osvětleniacute použitiacute irisoveacute clony
irisovaacute clona
- zkoumaacuteniacute slabyacutech plaacutetků korku z korkovniacuteku
živeacute laacutetky jsou tvořeny buňkami
- 1665 - kniha bdquoMicrographialdquo
mikroskopickeacute pozorovaacuteniacute rostlinnyacutech
pletiv živočišnyacutech objektů a struktur
mineraacutelů
Rok vydaacuteniacute 1665 Micrographia or some Physiological Descriptions of Minute Bodies
made by Magnifying Glasses with Observations and Inquiries thereupon
London 1665
17 stol Leeuwenhoek Hook
Angličan Henry Power (1626ndash1668) ndash jako
prvniacute (1663) publikoval pozorovaacuteniacute mikroskopem
Marcello Malphighi (1628ndash1694)
italskyacute leacutekař
zakladatel mikroskopickeacute anatomie
- objev krevniacutech kapilaacuter savců (1661)
- malphigickeacute trubice hmyzu
18 stol
ndash mikroskopy přežily jako hračka pro zaacutebavu anglickyacutech gentlemanů zajiacutemajiacuteciacutech se o tajemstviacute přiacuterody
19 stol
zač 19 stol ndash Dollond Lister Amici - vynaacutelez
achromatickeacuteho objektivu
ndash do teacute doby použiacutevaacuteniacute jednočočkoveacuteho mikroskopu (dvoučočkovyacute
mikroskop podaacuteval značně zkreslenyacute obraz)
Vyacuteznačniacute vědci 19 stol použiacutevajiacuteciacute k svyacutem pozorovaacuteniacutem mikroskop
Robert Brown (1773-1858) - objev jaacutedra (1831)
Luis Pasteur (1822-1895) (francouzskyacute mikrobiolog)
- objev kvasinek
Robert Koch (1843-1910) (německyacute leacutekař a mikrobiolog)
- objev původců tuberkuloacutezy a cholery
Jan Evangelista Purkyně (1787-1869) (českyacute fyziolog)
- 1825 popsal jaacutedro u živočišneacute buňky (lupa)
od r 1832 použiacutevaacute kvalitniacute mikroskop
Microscope
stand VII
19 stol ndash dalšiacute vyacutevoj mikroskopů
Carl Zeiss ndash průmyslovaacute vyacuteroba mikroskopů (firma Zeiss)
Ernst Karl Abbe ndash teoretickaacute studia optickyacutech principů
Otto Schott ndash vyacutezkum optickeacuteho skla
August Koumlhler ndash kvalitniacute osvětleniacute
Otto Schott (1851-1935)
Ernst Abbe (1840-1905)
Carl Zeiss (1816-1888)
August Koumlhler (1866-1948)
Mikroskopy 19 stoletiacute
19 stol
20 stol
Konfokaacutelniacute mikroskop
A1R (Nikon)
BX60 (Olympus)
Laserovyacute fluorescenčniacute mikroskop bdquoLight Sheetldquo Centrum regionu Hanaacute pro biotechnologickyacute a zemědělskyacute vyacutezkum Odděleniacute buněčneacute biologie
21 stol
21 stol
Digitaacutelniacute holografickyacute mikroskop firmy Lynceacutee Tec
Důležitaacute data při rozvoji moderniacute světelneacute mikroskopie
1847 - Zahaacutejeniacute vyacuteroby mikroskopů firmou Carl Zeiss v Jeně
1903 - Ultramikroskop (Richard Zsigmondy NC 1925)
1911 - Fluorescenčniacute mikroskop (Carl Reichert)
1935 - Faacutezovyacute kontrast (Fritz Zernike NC 1953)
1955 - Diferenciaacutelniacute interferenčniacute kontrast (DIC ndash Nomarski)
1968 - Rastrovaciacute tandemovyacute konfokaacutelniacute mikroskop (TSCM)
1978 - Laserovyacute konfokaacutelniacute rastrovaciacute mikroskop
1994 - Princip STED mikroskopie (S W Hell NC 2014)
(Stimulated Emission Depletion ndash redukce fluorescence stimulovanou emisiacute)
po roce 2000 - rozvoj tzv superrozlišovaciacute mikroskopie
2006 - Super-resolučniacute fluorescenčniacute mikroskop (Eric Betzig
Stefan W Hell a William E Moerner NC za chemii 2014)
NC = Nobelova cena
30 leacuteta 20 stoletiacute
ndash hranice vyacutevoje optickeacuteho (paprskoveacuteho) mikroskopu
(hranice rozlišeniacute světelneacuteho mikroskopu je diacuteky velikosti deacutelky světla 02 microm)
- dalšiacute zvětšovaacuteniacute pozorovanyacutech objektů na jineacutem principu
- miacutesto světelneacuteho paprsku elektronovyacute paprsek
(= tok rychlyacutech elektronů)
- miacutesto skleněneacute čočky magnetickaacute čočka
1931 - Ernst Ruska Max Knoll
prvniacute elektronovyacute mikroskop
tzv prozařovaciacute transmisniacute EM
(TEM ndash Transmission Electron Microscope)
- originaacutelniacute zvětšeniacute 1 000 - 250 000x
Ernst Ruska (1906-1988)
1942 - rastrovaciacute EM
(SEM ndash Scanning Electron Microscope) - postupneacute bombardovaacuteniacute vzorku elektrony
- zvětšeniacute až 30 000x
EM UacuteMG AV ČR Praha-Krč
FEI ndash TECHNAIG2TEM + kryozařiacutezeniacute
200 kV (λ el = 00025 nm)
RS 01 nm
prvkovaacute analyacuteza vzorků
zařiacutezeniacute pro
prvkovou analyacutezu
vzorků
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
Brněnštiacute vědci z Uacutestavu přiacutestrojoveacute techniky AV ČR (UacutePT) a Mendelovy
univerzity představili novou metodu pozorovaacuteniacute rostlinnyacutech vzorků v jejich
přirozeneacutem stavu (za využitiacute kryoprotektiv)
Viacutece na httpe-svete15cztechnikacesti-vedci-posunuli-hranice-elektronove-mikroskopie-1174818
Enviromentaacutelniacute rastrovaciacute elektronovyacute mikroskop Aquasem II
TEM TITAN FEI Company Mgr Klaacutera Čeacutepe PhD
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute elektronovyacute mikroskop
schopnyacute nahleacutednout do struktury materiaacutelů až na uacuterovni atomů
a současně přesně zmapovat jejich chemickeacute složeniacute
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech
materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury
PřF UP OL
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute
elektronovyacute mikroskop TITAN (FEI)
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2015
Transmisniacute elektronovyacute
mikroskop Jeol
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury PřF UP OL
Neoptickeacute mikroskopy
1981
Řaacutedkovaciacute tunelovyacute mikroskop (STM ndash Scanning Tunnelling Microscope)
- mapovaacuteniacute povrchu pomociacute pohybu vodiveacuteho hrotu nad vodivyacutem povrchem sledovaneacuteho materiaacutelu
1986
Mikroskop atomaacuterniacutech sil (AMF ndash Atomic Force Miroscope)
- skenovaacuteniacute povrchu materiaacutelu pomociacute hrotu zavěšeneacutem na pružneacutem vyacutekyvneacutem rameacutenku kteryacute je přitahovaacuten elektrostatickyacutemi a Van der Walsovyacutemi silami
Rozlišeniacute v řaacutedech pikometrů (10-12 m) ndash rozeznaacuteniacute struktur
jednotlivyacutech atomů
O p t i c k eacute p r i n c i p y
světelneacute mikroskopie
Reichl J Všetička M Encyklopedie fyziky [online] copy2006-2014
[vid 2014] Dostupneacute z httpfyzikajreichlcommainarticleview431-optika Lepil O (2013) Fyzika pro gymnaacutezia Optika Prometheus Praha 4 přepracovaneacute vydaacuteniacute
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light
Microscopy and Electronic Imaging Willey-Blackwell Published
2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
Rozhlasoveacute a raacutedioveacute vlny 250 km - 1 mm
Infračerveneacute zaacuteřeniacute 05 mm - 08 μm
Světlo (viditelneacute zaacuteřeniacute) 08 μm - 04 μm
Ultrafialoveacute zaacuteřeniacute 04 microm - 01 microm
Roumlntgenovo zaacuteřeniacute (X-paprsky) 15 nm - 0005 nm
γ-zaacuteřeniacute pod 00001 nm
Přibližneacute hodnoty ndash individuaacutelniacute vlastnosti zraku různyacutech lidiacute
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
rarr se zkracujiacuteciacute se vlnovou deacutelkou se zvyšuje frekvence (energie)
Viditelneacute
Vlnoveacute deacutelky světla a relativniacute citlivost oka
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and Electronic
Imaging Willey-Blackwell Published 2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
= zrakovyacute pigment citlivyacute na
světlo nachaacutezejiacuteciacute se v tyčinkaacutech Jodopsin = zrakovyacute pigment citlivyacute na
barvu nachaacutezejiacuteciacute se v čiacutepciacutech
S v ě t l o
Duaacutelniacute charakter světla ndash vlněniacute i proud čaacutestic (fotonů)
Vlnovyacute model světla
vlna elektrickaacute a magnetickaacute (elektromagnetickaacute vlna je tvořena oscilujiacuteciacutem elektrickyacutem a
magnetickyacutem polem na sebe kolmyacutech a nesouciacutech vpřed energii)
Pro uacutečinky světla v mikroskopu je důležitaacute vlna elektrickaacute
= přiacutečneacute vlněniacute
postupneacute kmitaacuteniacute
jednotlivyacutech vedle sebe
ležiacuteciacutech bodů
Scheacutema světla jako elektromagnetickeacute vlny
Obr httpwwwprosoundwebcomarticleprintinvaders_from_
outer_space_electromagnetic_radiation_interference
λ - vlnovaacute deacutelka
(v oblasti svět zaacuteřeniacute
v rozmeziacute od 380 do 780 nm)
určuje barvu světla
a - amplituda
nejvyššiacute hodnota
určuje intenzitu světla
Z hlediska vlnoveacute deacutelky rozlišujeme
polychromatickeacute x monochromatickeacute světlo (selekce pomociacute barevnyacutech filtrů rarr jednotnaacute vlnovaacute deacutelka světlo zeleneacute červeneacute hellip)
Elektrickaacute vlna - sinusoida
Charakterizovaacutena dvěma veličinami
Pazourek 1975
Vlastnosti světla
Rovnoměrneacute šiacuteřeniacute světla ze zaacuteřiacuteciacuteho bodu na všechny strany rarr vlnovaacute plocha tvaru koule
Paprsek ndash směr kteryacutem se vlněniacute šiacuteřiacute a kteryacute je kolmyacute
na vlnoplochu
Pazourek 1975
- paprsek nepolarizovanyacute (A C) ndash kmitaacute v každeacutem
miacutestě a v průběhu času ve všech možnyacutech směrech
kolmyacutech na směr šiacuteřeniacute paprsku
- paprsek polarizovanyacute (B D1 D2) - kmitaacute v jedneacute
rovině přičemž rovina kmitů (vlněniacute) jednoho z nich je
kolmaacute k rovině kmitů druheacuteho
Pazourek 1975
Polarizovaneacute světlo viz
httpswwwyoutubecomwatchv=gP751qpm4n4
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and
Electronic Imaging Jonh Wkiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
Osm různyacutech vlnovyacutech forem světla (znaacutezorňujiacuteciacutech různou kvalitu světla)
Odraz a lom světelnyacutech paprsků
v prostřediacutech různeacute hustoty
Důležitaacute charakteristika prostřediacute
index lomu ( n ) (= optickaacute hustota prostřediacute)
c = rychlost světla ve vakuu (stejnaacute pro všechny λ )
v = rychlost světla určiteacute vlnoveacute deacutelky ve zkoumaneacute laacutetce
c
n =
v
zde absolutniacute index lomu
(bezrozměrnaacute fyzikaacutelniacute veličina jeho jednotka je 1)
Rychlost světla (c) určiteacute vlnoveacute
deacutelky v různyacutech prostřediacutech
c ve vakuu
= 300 000 kms
Index lomu (n) některyacutech laacutetek
vzduch (vakuum) helliphellip 100 (vzduch 10002718)
voda helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 133
plexisklo helliphelliphelliphelliphelliphellip 140 ndash 152
křemenneacute sklo helliphellip hellip 145 (čočka z křemene z Ninive ndash 7 stol přnl)
běžneacute sklo helliphelliphelliphelliphellip 151
cedrovyacute olej helliphelliphelliphelliphellip 151
imerzniacute olej Olympus hellip 1516 pro fluorescenci 1404
kanadskyacute balzaacutem helliphellip 150
krystal NaCl helliphelliphelliphellip 154
korunoveacute sklo helliphelliphelliphellip 145 ndash 156 (sodno-draselneacute bezolovnateacute)
flintoveacute sklo helliphelliphelliphellip 162 ndash 180 (olovnateacute)
diamant helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 242
Index lomu je vždy většiacute než 100
očniacute čočka hellip 1406
sklivec helliphelliphellip 1336
Odraz světla rovnyacutem zrcadlem (reflexe)
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice dopadu a paprsek odraženyacute
ležiacute v jedneacute rovině
2 Uacutehel odrazu se rovnaacute uacutehlu dopadu
Odraz a lom paprsku
k
Důležiteacute pro mikroskopii (astronomii)
- neniacute zaacutevislost na vlnoveacute deacutelce světla (λ)
- na rozdiacutel od lomu paprsků se světelneacute
paprsky se odraacutežejiacute stejně
Pazourek 1975
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice lomu a paprsek lomenyacute ležiacute v teacuteže rovině
Lom světla (refrakce)
2 Při přechodu z prostřediacute opticky řidšiacuteho do prostřediacute opticky hustšiacuteho se paprsek laacuteme ke kolmici (A)
a z prostřediacute opticky hustšiacuteho
do prostřediacute opticky řidšiacuteho
se laacuteme od kolmice (B)
(C a D) ndash uacuteplnyacute odraz při tzv
mezniacutem uacutehlu dopadu paprsku
v přiacutepadě lomu od kolmice (B)
(viz Nikol odrazneacute hranoly světlovodneacute vlaacutekno nebo fluorescenčniacute metoda TIRFM ndash totaacutelniacute odraz exitačniacuteho zaacuteřeniacute)
Pazourek 1975
Svatyacute Kryštof od
švyacutecarskeacuteho maliacuteře
Konrada Witze (kolem 1400ndash1446)
Witz byl jedniacutem z prvniacutech
maliacuteřů kteryacute namaloval
přesnyacute způsob odrazu
světla na vodě
Disperze (rozklad) světla
= důsledek zaacutevislosti rychlosti světla v laacutetkaacutech na frekvenci světla
(λ = c f)
světlo různyacutech barev (λ)
se laacuteme různě
(červeneacute se lomiacute meacuteně než modreacute)
Přiacuteklad disperze (rozkladu) světla
Primaacuterniacute a sekundaacuterniacute duha Severniacute Čechy Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
D u h a
Jeden z mnoha
optickyacutech
jevů (fotometeorů)
v atmosfeacuteře
Rok 312 nl - před bitvou byzantskeacuteho ciacutesaře Konstantina I (272-337) s
konkurenčniacutem ciacutesařem Maxentiem u bran Řiacutema (tzv bitva u Milvijskeacuteho mostu) se
na obloze objevily tři zaacuteřiacuteciacute křiacuteže (halovyacute sloup parheacutelia a parhelickyacute oblouk)
Konstantin bitvu proti přesile vyhraacutel sjednotil řiacuteši a povolil v niacute vyznaacutevat křesťanstviacute
Maleacute halo (22deg) (viz 1) vedlejšiacute slunce (2) a horniacute a dolniacute halovyacute sloup (3)
vznikajiacuteciacute odrazem a lomem světelnyacutech paprsků na krystalciacutech ledu
Lom světla a dějiny
httptmagazineblogsnytimescom20121126halo-effect_r=0
1
3
2 2
3
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
Sylabus 5 Princip konfokaacutelniacuteho mikroskopu Různeacute typy mikroskopů
(lupa stereolupa inverzniacute mikroskop digitaacutelniacute mikroskop
mikroskopy atomaacuterniacutech sil - STM ASM) Mikroskop jako
mikromanipulačniacute naacutestroj Systeacutemy pro zkvalitněniacute
mikroskopickeacuteho obrazu Zaacuteklady superrozlišovaciacute
mikroskopie
6 Prezentace Noveacute směry ve světelneacute mikroskopii
mikroskopie s vysokyacutem rozlišeniacutem
Ing Pavel Krist PhD Carl Zeiss sro Praha
Středa 213 2018 helliphelliphelliphellip 1315 ndash 1445
7 Kolokvium ndash zaacutepočtovyacute test
Středa 283 2018 helliphelliphelliphellip 1315 ndash MIK
1400 - CVMIK
Doporučenaacute literatura
Hejtmaacutenek M (2001) Uacutevod do světelneacute mikroskopie Skripta UP Olomouc
Knoz J Opravilovaacute V (1992) Zaacuteklady mikroskopickeacute techniky Skripta MU Brno
Přednaacutešky ndash PřF UP Olomouc Katedra experimentaacutelniacute fyziky
Kubiacutenek Roman Moderniacute světelnaacute a elektronovaacute mikroskopie
httpfyzikaupolczcssystemfilesdownloadvujtekprezentacekubinekSMaEMpdf
Kubiacutenek R Vůjtek M Mašlaacuteň M Mikroskopie skenujiacuteciacute sondou httpfyzikaupolczcssystemfilesdownloadvujtekprezentacekubinekSPMpdf
Kuacuteš P a kol (2008) Modernaacute mikroskopia a digitaacutelne zpracovanie obrazu Skripta
Bratislava ISBN 978-80-89186-37-2
httpwwwmikroskopiaskmaterialsskripta_mikroskopiapdf
Matis D a kol (2001) Mikroskopickaacute technika Faunima Bratislava
Paleček J (1996) Biologie buňky I Zaacuteklady mikroskopickeacute cytologie Skripta UK
Praha
Ruzin SE (1999) Plant microtechnique and microscopy Oxford University
bull wwwolympusmicrocom
bull httpwwwparucasczlembookPodkap30html (Elektronovaacute mikroskopie)
bull httpbiologieupolczmikroskopie
Nejnovějšiacute literatura (k dispozici v miacutestniacute knihovně)
Murphy DB Davidson MW (2013)
Fundamentals of Light Microscopy and Electronic Imaging
Willey-Blackwell Published 2013 by John Wiley amp Sons Inc
Hoboken New Jersey
vč rozsaacutehleacuteho slovniacuteku pojmů z mikroskopie na konci knihy
Randy O Wayne (2014) Light and Video Microscopy
Second Edition Hardcover
Doplňujiacuteciacute literatura
Habrovaacute V (1990) Mikroskopickaacute technika SPN Praha
Jurčaacutek J (1998) Zaacutekladniacute praktikum z botanickeacute mikrotechniky a rostlinneacute anatomie Skripta UP Olomouc
Němec B a kol (1962) Botanickaacute mikrotechnika Nakladatelstviacute ČSAV Praha
Lepil O (2013) Fyzika pro gymnaacutezia Optika Prometheus Praha
4 přepracovaneacute vydaacuteniacute
Pazourek J (1975) Pracujeme s mikroskopem SNTL Praha
Pazourkovaacute Z (1986) Botanickaacute mikrotechnika Praha 1986 skripta UK Praha
Pazourkovaacute Z Pazourek J (1960) Rychleacute metody botanickeacute mikrotechniky ČAZV SZN Praha
Špaček J (2008) Svět pod mikroskopem Grada Praha
Kremer Bruno P (2013) Mikroskop zcela jednoduše Aventium nakladatelstviacute sro
Člaacutenky z časopisu Vesmiacuter
Internet Učebniacute texty Katedry Optiky UP Olomouc Světelnaacute mikroskopie (doc Roman Kubiacutenek)
httpapfyzupolczucebniceoptmikrohtml
httpapfyzupolczucebnicedownoptmikropdf
Leacutekařskaacute fakulta UP Olomouc httpbiologieupolczmikroskopie
Nebesaacuteřovaacute J Elektronovaacute mikroskopie pro biology
httpwwwparucasczlembookindexhtml
skripta httpwwwmikroskopiaskpage8html (slovensky)
httpwwwhistory-of-the-microscopeorg
Kurzy mikroskopie na httpmicroscopydukeedu httpmicroscopydukeeduconceptshtml
Internetoveacute adresy o mikroskopech různyacutech firem Olympus httpwwwolympuscz httpwwwolympusmicrocom
Olympus_2011 - httpwwwmujolympusczdata20110209095419bodyhtm
Kniha o světelneacute mikroskopii na www
Davidson and Abramowitz Optical Microscopy Review Article
httpolympusmagnetfsueduprimeropticalmicroscopyhtml
Přiacuteručka firmy Zeiss httpwwwusaskcabiologyscopesMicroscopyBasicspdf
Nikon httpwwwmicroscopyucom
Přiacuteručka firmy Nikon httpwwwareczdatafilezakladni_metody_svetelne_mikroskopiepdf
Odkazy na literaturu
httplommicroscopyweeblycombasics-of-light-microscopy-and-opticshtml
Virtuaacutelniacute obraacutezky
httpwwwolympusmicrocomprimerjava
httpzeiss-campusmagnetfsuedututorialsindexhtml
Historie mikroskopovaacuteniacute
Optickeacute principy
světelneacute mikroskopie
Přednaacuteška 1
Pavla Vaacutelovaacute 2018
naacutezev z řec mikroacutes = malyacute skopoacutes = pozorovatel
vynaacutelez mikroskopu ndash konec 16 stol (technickyacute rozmach lidstva)
1625 - naacutezev mikroskop odvozenyacute od naacutezvu teleskop
(Giovanni Faber z Bambergu ndash papežskyacute leacutekař )
H i s t o r i e o b j e v u m i k r o s k o p u
Dřiacutevějšiacute pozorovaacuteniacute
Řecko - Aristofanes Atheacutenskyacute (424-380 př n l) - ve hře bdquoOblakaldquo
popis zraněniacute paprskem slunce prochaacutezejiacuteciacuteho skleněnou
kouliacute naplněnou vodou
Řiacutemskaacute doba
- filosof Seneca (asi 4 přnl-65 nl) - zvětšeniacute piacutesmen
pomociacute skleněneacute koule naplněneacute vodou
- Klaudius Ptolemaios (asi 100-170 nl) ndash diacutelo bdquoOptikaldquo -
poznatky o odraze paprsků a lomu paprsků skrz sklo
11 stol - Ibn al Haitham (bdquoAlhazenldquo) (965-1039) - arabskyacute fyzik a
matematik diacutelo bdquoPojednaacuteniacute o opticeldquo ndash zkoumaacute vlastnosti
světla (lom a odraz) čočky a zrcadla
viz Anna Černaacute Mikroskop pod drobnohledem Živa 52017 str CXXVIII
14 stol ndash zvlaacutednutiacute techniky broušeniacute čoček do bryacuteliacute (italštiacute mniši)
konec 16 stol ndash vynaacutelez mikroskopu
kolem roku 1590 - Hans a Zacharias Janssenovi (Holandsko otec a syn)
H i s t o r i e o b j e v u m i k r o s k o p u
- konstrukce prvniacuteho použitelneacuteho mikroskopu (ze dvou čoček)
- čočky vypoukleacute i vyduteacute
- zvětšeniacute mikroskopu 60x
viz kniha a film bdquoJmeacuteno růželdquo od Umberta Eca
Systeacutem dvou čoček
16 stol
deacutelka 12 m
(tzv kompaudniacute mikroskop)
httpwwwmicroscopyfsueduprimermuseum
httpmicromagnetfsueduprimermuseumjanssenhtml
httpwwwapsorgpublicationsapsnews200403historycfm
Janssenův mikroskop
17 stol Galileo Galilei (1564-1642)
ndash italskyacute astronom a matematik
1604-1609 ndash konstrukce dalekohledu
- použitiacute složeneacuteho mikroskopu
nazvaneacuteho occhiolino
k vědeckyacutem uacutečelům (pozorovaacuteniacute
oka mouchy)
Nejasnosti kolem vynaacutelezu mikroskopu
ndash z dobovyacutech zpraacutev neniacute jasneacute zda se jednaacute o mikroskop
jehož okulaacuterem je spojka nebo o dalekohled s rozptylkou
(kteryacute použiacuteval Galileo)
Anthony van Leeuwenhoek (1632-1723)
ndash obchodniacutek s laacutetkami v holandskeacutem Delftu
ndash sestrojil jednočočkovyacute mikroskop silnyacute zvětšovaciacute
efekt čočky
(až 270x)
ndash nejprve zkoumaacuteniacute struktury laacutetek
později zkoumal listy květiny drobneacute organismy lidskou krev kůži vlasy hellip
- prvniacute viděl a popsal krevniacute buňky chovaacuteniacute lidskyacutech spermiiacute
- vyacuteroba asi 250 mikroskopů
17 stol
Jednočočkovyacute Leeuwenhoekův
mikroskop
httpbiologimediacentrecomwp-contentuploads201101image2png
Anglickyacute původ Italskyacute původ
17 stol
Prvniacute světelneacute mikroskopy
Jednočočkovyacute
mikroskop Dvoučočkoveacute
mikroskopy
Robert Hook (1635-1703) [huacutek]
ndash anglickyacute fyzik chemik geolog astronom hellip
ndash použiacuteval zakoupenyacute složenyacute mikroskop s viacutece
čočkami (tzv kompaudniacute) vylepšenyacute o kvalitniacute osvětleniacute
17 stol
Hookův mikroskop
- vylepšeniacute osvětleniacute použitiacute irisoveacute clony
irisovaacute clona
- zkoumaacuteniacute slabyacutech plaacutetků korku z korkovniacuteku
živeacute laacutetky jsou tvořeny buňkami
- 1665 - kniha bdquoMicrographialdquo
mikroskopickeacute pozorovaacuteniacute rostlinnyacutech
pletiv živočišnyacutech objektů a struktur
mineraacutelů
Rok vydaacuteniacute 1665 Micrographia or some Physiological Descriptions of Minute Bodies
made by Magnifying Glasses with Observations and Inquiries thereupon
London 1665
17 stol Leeuwenhoek Hook
Angličan Henry Power (1626ndash1668) ndash jako
prvniacute (1663) publikoval pozorovaacuteniacute mikroskopem
Marcello Malphighi (1628ndash1694)
italskyacute leacutekař
zakladatel mikroskopickeacute anatomie
- objev krevniacutech kapilaacuter savců (1661)
- malphigickeacute trubice hmyzu
18 stol
ndash mikroskopy přežily jako hračka pro zaacutebavu anglickyacutech gentlemanů zajiacutemajiacuteciacutech se o tajemstviacute přiacuterody
19 stol
zač 19 stol ndash Dollond Lister Amici - vynaacutelez
achromatickeacuteho objektivu
ndash do teacute doby použiacutevaacuteniacute jednočočkoveacuteho mikroskopu (dvoučočkovyacute
mikroskop podaacuteval značně zkreslenyacute obraz)
Vyacuteznačniacute vědci 19 stol použiacutevajiacuteciacute k svyacutem pozorovaacuteniacutem mikroskop
Robert Brown (1773-1858) - objev jaacutedra (1831)
Luis Pasteur (1822-1895) (francouzskyacute mikrobiolog)
- objev kvasinek
Robert Koch (1843-1910) (německyacute leacutekař a mikrobiolog)
- objev původců tuberkuloacutezy a cholery
Jan Evangelista Purkyně (1787-1869) (českyacute fyziolog)
- 1825 popsal jaacutedro u živočišneacute buňky (lupa)
od r 1832 použiacutevaacute kvalitniacute mikroskop
Microscope
stand VII
19 stol ndash dalšiacute vyacutevoj mikroskopů
Carl Zeiss ndash průmyslovaacute vyacuteroba mikroskopů (firma Zeiss)
Ernst Karl Abbe ndash teoretickaacute studia optickyacutech principů
Otto Schott ndash vyacutezkum optickeacuteho skla
August Koumlhler ndash kvalitniacute osvětleniacute
Otto Schott (1851-1935)
Ernst Abbe (1840-1905)
Carl Zeiss (1816-1888)
August Koumlhler (1866-1948)
Mikroskopy 19 stoletiacute
19 stol
20 stol
Konfokaacutelniacute mikroskop
A1R (Nikon)
BX60 (Olympus)
Laserovyacute fluorescenčniacute mikroskop bdquoLight Sheetldquo Centrum regionu Hanaacute pro biotechnologickyacute a zemědělskyacute vyacutezkum Odděleniacute buněčneacute biologie
21 stol
21 stol
Digitaacutelniacute holografickyacute mikroskop firmy Lynceacutee Tec
Důležitaacute data při rozvoji moderniacute světelneacute mikroskopie
1847 - Zahaacutejeniacute vyacuteroby mikroskopů firmou Carl Zeiss v Jeně
1903 - Ultramikroskop (Richard Zsigmondy NC 1925)
1911 - Fluorescenčniacute mikroskop (Carl Reichert)
1935 - Faacutezovyacute kontrast (Fritz Zernike NC 1953)
1955 - Diferenciaacutelniacute interferenčniacute kontrast (DIC ndash Nomarski)
1968 - Rastrovaciacute tandemovyacute konfokaacutelniacute mikroskop (TSCM)
1978 - Laserovyacute konfokaacutelniacute rastrovaciacute mikroskop
1994 - Princip STED mikroskopie (S W Hell NC 2014)
(Stimulated Emission Depletion ndash redukce fluorescence stimulovanou emisiacute)
po roce 2000 - rozvoj tzv superrozlišovaciacute mikroskopie
2006 - Super-resolučniacute fluorescenčniacute mikroskop (Eric Betzig
Stefan W Hell a William E Moerner NC za chemii 2014)
NC = Nobelova cena
30 leacuteta 20 stoletiacute
ndash hranice vyacutevoje optickeacuteho (paprskoveacuteho) mikroskopu
(hranice rozlišeniacute světelneacuteho mikroskopu je diacuteky velikosti deacutelky světla 02 microm)
- dalšiacute zvětšovaacuteniacute pozorovanyacutech objektů na jineacutem principu
- miacutesto světelneacuteho paprsku elektronovyacute paprsek
(= tok rychlyacutech elektronů)
- miacutesto skleněneacute čočky magnetickaacute čočka
1931 - Ernst Ruska Max Knoll
prvniacute elektronovyacute mikroskop
tzv prozařovaciacute transmisniacute EM
(TEM ndash Transmission Electron Microscope)
- originaacutelniacute zvětšeniacute 1 000 - 250 000x
Ernst Ruska (1906-1988)
1942 - rastrovaciacute EM
(SEM ndash Scanning Electron Microscope) - postupneacute bombardovaacuteniacute vzorku elektrony
- zvětšeniacute až 30 000x
EM UacuteMG AV ČR Praha-Krč
FEI ndash TECHNAIG2TEM + kryozařiacutezeniacute
200 kV (λ el = 00025 nm)
RS 01 nm
prvkovaacute analyacuteza vzorků
zařiacutezeniacute pro
prvkovou analyacutezu
vzorků
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
Brněnštiacute vědci z Uacutestavu přiacutestrojoveacute techniky AV ČR (UacutePT) a Mendelovy
univerzity představili novou metodu pozorovaacuteniacute rostlinnyacutech vzorků v jejich
přirozeneacutem stavu (za využitiacute kryoprotektiv)
Viacutece na httpe-svete15cztechnikacesti-vedci-posunuli-hranice-elektronove-mikroskopie-1174818
Enviromentaacutelniacute rastrovaciacute elektronovyacute mikroskop Aquasem II
TEM TITAN FEI Company Mgr Klaacutera Čeacutepe PhD
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute elektronovyacute mikroskop
schopnyacute nahleacutednout do struktury materiaacutelů až na uacuterovni atomů
a současně přesně zmapovat jejich chemickeacute složeniacute
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech
materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury
PřF UP OL
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute
elektronovyacute mikroskop TITAN (FEI)
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2015
Transmisniacute elektronovyacute
mikroskop Jeol
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury PřF UP OL
Neoptickeacute mikroskopy
1981
Řaacutedkovaciacute tunelovyacute mikroskop (STM ndash Scanning Tunnelling Microscope)
- mapovaacuteniacute povrchu pomociacute pohybu vodiveacuteho hrotu nad vodivyacutem povrchem sledovaneacuteho materiaacutelu
1986
Mikroskop atomaacuterniacutech sil (AMF ndash Atomic Force Miroscope)
- skenovaacuteniacute povrchu materiaacutelu pomociacute hrotu zavěšeneacutem na pružneacutem vyacutekyvneacutem rameacutenku kteryacute je přitahovaacuten elektrostatickyacutemi a Van der Walsovyacutemi silami
Rozlišeniacute v řaacutedech pikometrů (10-12 m) ndash rozeznaacuteniacute struktur
jednotlivyacutech atomů
O p t i c k eacute p r i n c i p y
světelneacute mikroskopie
Reichl J Všetička M Encyklopedie fyziky [online] copy2006-2014
[vid 2014] Dostupneacute z httpfyzikajreichlcommainarticleview431-optika Lepil O (2013) Fyzika pro gymnaacutezia Optika Prometheus Praha 4 přepracovaneacute vydaacuteniacute
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light
Microscopy and Electronic Imaging Willey-Blackwell Published
2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
Rozhlasoveacute a raacutedioveacute vlny 250 km - 1 mm
Infračerveneacute zaacuteřeniacute 05 mm - 08 μm
Světlo (viditelneacute zaacuteřeniacute) 08 μm - 04 μm
Ultrafialoveacute zaacuteřeniacute 04 microm - 01 microm
Roumlntgenovo zaacuteřeniacute (X-paprsky) 15 nm - 0005 nm
γ-zaacuteřeniacute pod 00001 nm
Přibližneacute hodnoty ndash individuaacutelniacute vlastnosti zraku různyacutech lidiacute
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
rarr se zkracujiacuteciacute se vlnovou deacutelkou se zvyšuje frekvence (energie)
Viditelneacute
Vlnoveacute deacutelky světla a relativniacute citlivost oka
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and Electronic
Imaging Willey-Blackwell Published 2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
= zrakovyacute pigment citlivyacute na
světlo nachaacutezejiacuteciacute se v tyčinkaacutech Jodopsin = zrakovyacute pigment citlivyacute na
barvu nachaacutezejiacuteciacute se v čiacutepciacutech
S v ě t l o
Duaacutelniacute charakter světla ndash vlněniacute i proud čaacutestic (fotonů)
Vlnovyacute model světla
vlna elektrickaacute a magnetickaacute (elektromagnetickaacute vlna je tvořena oscilujiacuteciacutem elektrickyacutem a
magnetickyacutem polem na sebe kolmyacutech a nesouciacutech vpřed energii)
Pro uacutečinky světla v mikroskopu je důležitaacute vlna elektrickaacute
= přiacutečneacute vlněniacute
postupneacute kmitaacuteniacute
jednotlivyacutech vedle sebe
ležiacuteciacutech bodů
Scheacutema světla jako elektromagnetickeacute vlny
Obr httpwwwprosoundwebcomarticleprintinvaders_from_
outer_space_electromagnetic_radiation_interference
λ - vlnovaacute deacutelka
(v oblasti svět zaacuteřeniacute
v rozmeziacute od 380 do 780 nm)
určuje barvu světla
a - amplituda
nejvyššiacute hodnota
určuje intenzitu světla
Z hlediska vlnoveacute deacutelky rozlišujeme
polychromatickeacute x monochromatickeacute světlo (selekce pomociacute barevnyacutech filtrů rarr jednotnaacute vlnovaacute deacutelka světlo zeleneacute červeneacute hellip)
Elektrickaacute vlna - sinusoida
Charakterizovaacutena dvěma veličinami
Pazourek 1975
Vlastnosti světla
Rovnoměrneacute šiacuteřeniacute světla ze zaacuteřiacuteciacuteho bodu na všechny strany rarr vlnovaacute plocha tvaru koule
Paprsek ndash směr kteryacutem se vlněniacute šiacuteřiacute a kteryacute je kolmyacute
na vlnoplochu
Pazourek 1975
- paprsek nepolarizovanyacute (A C) ndash kmitaacute v každeacutem
miacutestě a v průběhu času ve všech možnyacutech směrech
kolmyacutech na směr šiacuteřeniacute paprsku
- paprsek polarizovanyacute (B D1 D2) - kmitaacute v jedneacute
rovině přičemž rovina kmitů (vlněniacute) jednoho z nich je
kolmaacute k rovině kmitů druheacuteho
Pazourek 1975
Polarizovaneacute světlo viz
httpswwwyoutubecomwatchv=gP751qpm4n4
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and
Electronic Imaging Jonh Wkiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
Osm různyacutech vlnovyacutech forem světla (znaacutezorňujiacuteciacutech různou kvalitu světla)
Odraz a lom světelnyacutech paprsků
v prostřediacutech různeacute hustoty
Důležitaacute charakteristika prostřediacute
index lomu ( n ) (= optickaacute hustota prostřediacute)
c = rychlost světla ve vakuu (stejnaacute pro všechny λ )
v = rychlost světla určiteacute vlnoveacute deacutelky ve zkoumaneacute laacutetce
c
n =
v
zde absolutniacute index lomu
(bezrozměrnaacute fyzikaacutelniacute veličina jeho jednotka je 1)
Rychlost světla (c) určiteacute vlnoveacute
deacutelky v různyacutech prostřediacutech
c ve vakuu
= 300 000 kms
Index lomu (n) některyacutech laacutetek
vzduch (vakuum) helliphellip 100 (vzduch 10002718)
voda helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 133
plexisklo helliphelliphelliphelliphelliphellip 140 ndash 152
křemenneacute sklo helliphellip hellip 145 (čočka z křemene z Ninive ndash 7 stol přnl)
běžneacute sklo helliphelliphelliphelliphellip 151
cedrovyacute olej helliphelliphelliphelliphellip 151
imerzniacute olej Olympus hellip 1516 pro fluorescenci 1404
kanadskyacute balzaacutem helliphellip 150
krystal NaCl helliphelliphelliphellip 154
korunoveacute sklo helliphelliphelliphellip 145 ndash 156 (sodno-draselneacute bezolovnateacute)
flintoveacute sklo helliphelliphelliphellip 162 ndash 180 (olovnateacute)
diamant helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 242
Index lomu je vždy většiacute než 100
očniacute čočka hellip 1406
sklivec helliphelliphellip 1336
Odraz světla rovnyacutem zrcadlem (reflexe)
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice dopadu a paprsek odraženyacute
ležiacute v jedneacute rovině
2 Uacutehel odrazu se rovnaacute uacutehlu dopadu
Odraz a lom paprsku
k
Důležiteacute pro mikroskopii (astronomii)
- neniacute zaacutevislost na vlnoveacute deacutelce světla (λ)
- na rozdiacutel od lomu paprsků se světelneacute
paprsky se odraacutežejiacute stejně
Pazourek 1975
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice lomu a paprsek lomenyacute ležiacute v teacuteže rovině
Lom světla (refrakce)
2 Při přechodu z prostřediacute opticky řidšiacuteho do prostřediacute opticky hustšiacuteho se paprsek laacuteme ke kolmici (A)
a z prostřediacute opticky hustšiacuteho
do prostřediacute opticky řidšiacuteho
se laacuteme od kolmice (B)
(C a D) ndash uacuteplnyacute odraz při tzv
mezniacutem uacutehlu dopadu paprsku
v přiacutepadě lomu od kolmice (B)
(viz Nikol odrazneacute hranoly světlovodneacute vlaacutekno nebo fluorescenčniacute metoda TIRFM ndash totaacutelniacute odraz exitačniacuteho zaacuteřeniacute)
Pazourek 1975
Svatyacute Kryštof od
švyacutecarskeacuteho maliacuteře
Konrada Witze (kolem 1400ndash1446)
Witz byl jedniacutem z prvniacutech
maliacuteřů kteryacute namaloval
přesnyacute způsob odrazu
světla na vodě
Disperze (rozklad) světla
= důsledek zaacutevislosti rychlosti světla v laacutetkaacutech na frekvenci světla
(λ = c f)
světlo různyacutech barev (λ)
se laacuteme různě
(červeneacute se lomiacute meacuteně než modreacute)
Přiacuteklad disperze (rozkladu) světla
Primaacuterniacute a sekundaacuterniacute duha Severniacute Čechy Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
D u h a
Jeden z mnoha
optickyacutech
jevů (fotometeorů)
v atmosfeacuteře
Rok 312 nl - před bitvou byzantskeacuteho ciacutesaře Konstantina I (272-337) s
konkurenčniacutem ciacutesařem Maxentiem u bran Řiacutema (tzv bitva u Milvijskeacuteho mostu) se
na obloze objevily tři zaacuteřiacuteciacute křiacuteže (halovyacute sloup parheacutelia a parhelickyacute oblouk)
Konstantin bitvu proti přesile vyhraacutel sjednotil řiacuteši a povolil v niacute vyznaacutevat křesťanstviacute
Maleacute halo (22deg) (viz 1) vedlejšiacute slunce (2) a horniacute a dolniacute halovyacute sloup (3)
vznikajiacuteciacute odrazem a lomem světelnyacutech paprsků na krystalciacutech ledu
Lom světla a dějiny
httptmagazineblogsnytimescom20121126halo-effect_r=0
1
3
2 2
3
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
Doporučenaacute literatura
Hejtmaacutenek M (2001) Uacutevod do světelneacute mikroskopie Skripta UP Olomouc
Knoz J Opravilovaacute V (1992) Zaacuteklady mikroskopickeacute techniky Skripta MU Brno
Přednaacutešky ndash PřF UP Olomouc Katedra experimentaacutelniacute fyziky
Kubiacutenek Roman Moderniacute světelnaacute a elektronovaacute mikroskopie
httpfyzikaupolczcssystemfilesdownloadvujtekprezentacekubinekSMaEMpdf
Kubiacutenek R Vůjtek M Mašlaacuteň M Mikroskopie skenujiacuteciacute sondou httpfyzikaupolczcssystemfilesdownloadvujtekprezentacekubinekSPMpdf
Kuacuteš P a kol (2008) Modernaacute mikroskopia a digitaacutelne zpracovanie obrazu Skripta
Bratislava ISBN 978-80-89186-37-2
httpwwwmikroskopiaskmaterialsskripta_mikroskopiapdf
Matis D a kol (2001) Mikroskopickaacute technika Faunima Bratislava
Paleček J (1996) Biologie buňky I Zaacuteklady mikroskopickeacute cytologie Skripta UK
Praha
Ruzin SE (1999) Plant microtechnique and microscopy Oxford University
bull wwwolympusmicrocom
bull httpwwwparucasczlembookPodkap30html (Elektronovaacute mikroskopie)
bull httpbiologieupolczmikroskopie
Nejnovějšiacute literatura (k dispozici v miacutestniacute knihovně)
Murphy DB Davidson MW (2013)
Fundamentals of Light Microscopy and Electronic Imaging
Willey-Blackwell Published 2013 by John Wiley amp Sons Inc
Hoboken New Jersey
vč rozsaacutehleacuteho slovniacuteku pojmů z mikroskopie na konci knihy
Randy O Wayne (2014) Light and Video Microscopy
Second Edition Hardcover
Doplňujiacuteciacute literatura
Habrovaacute V (1990) Mikroskopickaacute technika SPN Praha
Jurčaacutek J (1998) Zaacutekladniacute praktikum z botanickeacute mikrotechniky a rostlinneacute anatomie Skripta UP Olomouc
Němec B a kol (1962) Botanickaacute mikrotechnika Nakladatelstviacute ČSAV Praha
Lepil O (2013) Fyzika pro gymnaacutezia Optika Prometheus Praha
4 přepracovaneacute vydaacuteniacute
Pazourek J (1975) Pracujeme s mikroskopem SNTL Praha
Pazourkovaacute Z (1986) Botanickaacute mikrotechnika Praha 1986 skripta UK Praha
Pazourkovaacute Z Pazourek J (1960) Rychleacute metody botanickeacute mikrotechniky ČAZV SZN Praha
Špaček J (2008) Svět pod mikroskopem Grada Praha
Kremer Bruno P (2013) Mikroskop zcela jednoduše Aventium nakladatelstviacute sro
Člaacutenky z časopisu Vesmiacuter
Internet Učebniacute texty Katedry Optiky UP Olomouc Světelnaacute mikroskopie (doc Roman Kubiacutenek)
httpapfyzupolczucebniceoptmikrohtml
httpapfyzupolczucebnicedownoptmikropdf
Leacutekařskaacute fakulta UP Olomouc httpbiologieupolczmikroskopie
Nebesaacuteřovaacute J Elektronovaacute mikroskopie pro biology
httpwwwparucasczlembookindexhtml
skripta httpwwwmikroskopiaskpage8html (slovensky)
httpwwwhistory-of-the-microscopeorg
Kurzy mikroskopie na httpmicroscopydukeedu httpmicroscopydukeeduconceptshtml
Internetoveacute adresy o mikroskopech různyacutech firem Olympus httpwwwolympuscz httpwwwolympusmicrocom
Olympus_2011 - httpwwwmujolympusczdata20110209095419bodyhtm
Kniha o světelneacute mikroskopii na www
Davidson and Abramowitz Optical Microscopy Review Article
httpolympusmagnetfsueduprimeropticalmicroscopyhtml
Přiacuteručka firmy Zeiss httpwwwusaskcabiologyscopesMicroscopyBasicspdf
Nikon httpwwwmicroscopyucom
Přiacuteručka firmy Nikon httpwwwareczdatafilezakladni_metody_svetelne_mikroskopiepdf
Odkazy na literaturu
httplommicroscopyweeblycombasics-of-light-microscopy-and-opticshtml
Virtuaacutelniacute obraacutezky
httpwwwolympusmicrocomprimerjava
httpzeiss-campusmagnetfsuedututorialsindexhtml
Historie mikroskopovaacuteniacute
Optickeacute principy
světelneacute mikroskopie
Přednaacuteška 1
Pavla Vaacutelovaacute 2018
naacutezev z řec mikroacutes = malyacute skopoacutes = pozorovatel
vynaacutelez mikroskopu ndash konec 16 stol (technickyacute rozmach lidstva)
1625 - naacutezev mikroskop odvozenyacute od naacutezvu teleskop
(Giovanni Faber z Bambergu ndash papežskyacute leacutekař )
H i s t o r i e o b j e v u m i k r o s k o p u
Dřiacutevějšiacute pozorovaacuteniacute
Řecko - Aristofanes Atheacutenskyacute (424-380 př n l) - ve hře bdquoOblakaldquo
popis zraněniacute paprskem slunce prochaacutezejiacuteciacuteho skleněnou
kouliacute naplněnou vodou
Řiacutemskaacute doba
- filosof Seneca (asi 4 přnl-65 nl) - zvětšeniacute piacutesmen
pomociacute skleněneacute koule naplněneacute vodou
- Klaudius Ptolemaios (asi 100-170 nl) ndash diacutelo bdquoOptikaldquo -
poznatky o odraze paprsků a lomu paprsků skrz sklo
11 stol - Ibn al Haitham (bdquoAlhazenldquo) (965-1039) - arabskyacute fyzik a
matematik diacutelo bdquoPojednaacuteniacute o opticeldquo ndash zkoumaacute vlastnosti
světla (lom a odraz) čočky a zrcadla
viz Anna Černaacute Mikroskop pod drobnohledem Živa 52017 str CXXVIII
14 stol ndash zvlaacutednutiacute techniky broušeniacute čoček do bryacuteliacute (italštiacute mniši)
konec 16 stol ndash vynaacutelez mikroskopu
kolem roku 1590 - Hans a Zacharias Janssenovi (Holandsko otec a syn)
H i s t o r i e o b j e v u m i k r o s k o p u
- konstrukce prvniacuteho použitelneacuteho mikroskopu (ze dvou čoček)
- čočky vypoukleacute i vyduteacute
- zvětšeniacute mikroskopu 60x
viz kniha a film bdquoJmeacuteno růželdquo od Umberta Eca
Systeacutem dvou čoček
16 stol
deacutelka 12 m
(tzv kompaudniacute mikroskop)
httpwwwmicroscopyfsueduprimermuseum
httpmicromagnetfsueduprimermuseumjanssenhtml
httpwwwapsorgpublicationsapsnews200403historycfm
Janssenův mikroskop
17 stol Galileo Galilei (1564-1642)
ndash italskyacute astronom a matematik
1604-1609 ndash konstrukce dalekohledu
- použitiacute složeneacuteho mikroskopu
nazvaneacuteho occhiolino
k vědeckyacutem uacutečelům (pozorovaacuteniacute
oka mouchy)
Nejasnosti kolem vynaacutelezu mikroskopu
ndash z dobovyacutech zpraacutev neniacute jasneacute zda se jednaacute o mikroskop
jehož okulaacuterem je spojka nebo o dalekohled s rozptylkou
(kteryacute použiacuteval Galileo)
Anthony van Leeuwenhoek (1632-1723)
ndash obchodniacutek s laacutetkami v holandskeacutem Delftu
ndash sestrojil jednočočkovyacute mikroskop silnyacute zvětšovaciacute
efekt čočky
(až 270x)
ndash nejprve zkoumaacuteniacute struktury laacutetek
později zkoumal listy květiny drobneacute organismy lidskou krev kůži vlasy hellip
- prvniacute viděl a popsal krevniacute buňky chovaacuteniacute lidskyacutech spermiiacute
- vyacuteroba asi 250 mikroskopů
17 stol
Jednočočkovyacute Leeuwenhoekův
mikroskop
httpbiologimediacentrecomwp-contentuploads201101image2png
Anglickyacute původ Italskyacute původ
17 stol
Prvniacute světelneacute mikroskopy
Jednočočkovyacute
mikroskop Dvoučočkoveacute
mikroskopy
Robert Hook (1635-1703) [huacutek]
ndash anglickyacute fyzik chemik geolog astronom hellip
ndash použiacuteval zakoupenyacute složenyacute mikroskop s viacutece
čočkami (tzv kompaudniacute) vylepšenyacute o kvalitniacute osvětleniacute
17 stol
Hookův mikroskop
- vylepšeniacute osvětleniacute použitiacute irisoveacute clony
irisovaacute clona
- zkoumaacuteniacute slabyacutech plaacutetků korku z korkovniacuteku
živeacute laacutetky jsou tvořeny buňkami
- 1665 - kniha bdquoMicrographialdquo
mikroskopickeacute pozorovaacuteniacute rostlinnyacutech
pletiv živočišnyacutech objektů a struktur
mineraacutelů
Rok vydaacuteniacute 1665 Micrographia or some Physiological Descriptions of Minute Bodies
made by Magnifying Glasses with Observations and Inquiries thereupon
London 1665
17 stol Leeuwenhoek Hook
Angličan Henry Power (1626ndash1668) ndash jako
prvniacute (1663) publikoval pozorovaacuteniacute mikroskopem
Marcello Malphighi (1628ndash1694)
italskyacute leacutekař
zakladatel mikroskopickeacute anatomie
- objev krevniacutech kapilaacuter savců (1661)
- malphigickeacute trubice hmyzu
18 stol
ndash mikroskopy přežily jako hračka pro zaacutebavu anglickyacutech gentlemanů zajiacutemajiacuteciacutech se o tajemstviacute přiacuterody
19 stol
zač 19 stol ndash Dollond Lister Amici - vynaacutelez
achromatickeacuteho objektivu
ndash do teacute doby použiacutevaacuteniacute jednočočkoveacuteho mikroskopu (dvoučočkovyacute
mikroskop podaacuteval značně zkreslenyacute obraz)
Vyacuteznačniacute vědci 19 stol použiacutevajiacuteciacute k svyacutem pozorovaacuteniacutem mikroskop
Robert Brown (1773-1858) - objev jaacutedra (1831)
Luis Pasteur (1822-1895) (francouzskyacute mikrobiolog)
- objev kvasinek
Robert Koch (1843-1910) (německyacute leacutekař a mikrobiolog)
- objev původců tuberkuloacutezy a cholery
Jan Evangelista Purkyně (1787-1869) (českyacute fyziolog)
- 1825 popsal jaacutedro u živočišneacute buňky (lupa)
od r 1832 použiacutevaacute kvalitniacute mikroskop
Microscope
stand VII
19 stol ndash dalšiacute vyacutevoj mikroskopů
Carl Zeiss ndash průmyslovaacute vyacuteroba mikroskopů (firma Zeiss)
Ernst Karl Abbe ndash teoretickaacute studia optickyacutech principů
Otto Schott ndash vyacutezkum optickeacuteho skla
August Koumlhler ndash kvalitniacute osvětleniacute
Otto Schott (1851-1935)
Ernst Abbe (1840-1905)
Carl Zeiss (1816-1888)
August Koumlhler (1866-1948)
Mikroskopy 19 stoletiacute
19 stol
20 stol
Konfokaacutelniacute mikroskop
A1R (Nikon)
BX60 (Olympus)
Laserovyacute fluorescenčniacute mikroskop bdquoLight Sheetldquo Centrum regionu Hanaacute pro biotechnologickyacute a zemědělskyacute vyacutezkum Odděleniacute buněčneacute biologie
21 stol
21 stol
Digitaacutelniacute holografickyacute mikroskop firmy Lynceacutee Tec
Důležitaacute data při rozvoji moderniacute světelneacute mikroskopie
1847 - Zahaacutejeniacute vyacuteroby mikroskopů firmou Carl Zeiss v Jeně
1903 - Ultramikroskop (Richard Zsigmondy NC 1925)
1911 - Fluorescenčniacute mikroskop (Carl Reichert)
1935 - Faacutezovyacute kontrast (Fritz Zernike NC 1953)
1955 - Diferenciaacutelniacute interferenčniacute kontrast (DIC ndash Nomarski)
1968 - Rastrovaciacute tandemovyacute konfokaacutelniacute mikroskop (TSCM)
1978 - Laserovyacute konfokaacutelniacute rastrovaciacute mikroskop
1994 - Princip STED mikroskopie (S W Hell NC 2014)
(Stimulated Emission Depletion ndash redukce fluorescence stimulovanou emisiacute)
po roce 2000 - rozvoj tzv superrozlišovaciacute mikroskopie
2006 - Super-resolučniacute fluorescenčniacute mikroskop (Eric Betzig
Stefan W Hell a William E Moerner NC za chemii 2014)
NC = Nobelova cena
30 leacuteta 20 stoletiacute
ndash hranice vyacutevoje optickeacuteho (paprskoveacuteho) mikroskopu
(hranice rozlišeniacute světelneacuteho mikroskopu je diacuteky velikosti deacutelky světla 02 microm)
- dalšiacute zvětšovaacuteniacute pozorovanyacutech objektů na jineacutem principu
- miacutesto světelneacuteho paprsku elektronovyacute paprsek
(= tok rychlyacutech elektronů)
- miacutesto skleněneacute čočky magnetickaacute čočka
1931 - Ernst Ruska Max Knoll
prvniacute elektronovyacute mikroskop
tzv prozařovaciacute transmisniacute EM
(TEM ndash Transmission Electron Microscope)
- originaacutelniacute zvětšeniacute 1 000 - 250 000x
Ernst Ruska (1906-1988)
1942 - rastrovaciacute EM
(SEM ndash Scanning Electron Microscope) - postupneacute bombardovaacuteniacute vzorku elektrony
- zvětšeniacute až 30 000x
EM UacuteMG AV ČR Praha-Krč
FEI ndash TECHNAIG2TEM + kryozařiacutezeniacute
200 kV (λ el = 00025 nm)
RS 01 nm
prvkovaacute analyacuteza vzorků
zařiacutezeniacute pro
prvkovou analyacutezu
vzorků
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
Brněnštiacute vědci z Uacutestavu přiacutestrojoveacute techniky AV ČR (UacutePT) a Mendelovy
univerzity představili novou metodu pozorovaacuteniacute rostlinnyacutech vzorků v jejich
přirozeneacutem stavu (za využitiacute kryoprotektiv)
Viacutece na httpe-svete15cztechnikacesti-vedci-posunuli-hranice-elektronove-mikroskopie-1174818
Enviromentaacutelniacute rastrovaciacute elektronovyacute mikroskop Aquasem II
TEM TITAN FEI Company Mgr Klaacutera Čeacutepe PhD
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute elektronovyacute mikroskop
schopnyacute nahleacutednout do struktury materiaacutelů až na uacuterovni atomů
a současně přesně zmapovat jejich chemickeacute složeniacute
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech
materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury
PřF UP OL
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute
elektronovyacute mikroskop TITAN (FEI)
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2015
Transmisniacute elektronovyacute
mikroskop Jeol
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury PřF UP OL
Neoptickeacute mikroskopy
1981
Řaacutedkovaciacute tunelovyacute mikroskop (STM ndash Scanning Tunnelling Microscope)
- mapovaacuteniacute povrchu pomociacute pohybu vodiveacuteho hrotu nad vodivyacutem povrchem sledovaneacuteho materiaacutelu
1986
Mikroskop atomaacuterniacutech sil (AMF ndash Atomic Force Miroscope)
- skenovaacuteniacute povrchu materiaacutelu pomociacute hrotu zavěšeneacutem na pružneacutem vyacutekyvneacutem rameacutenku kteryacute je přitahovaacuten elektrostatickyacutemi a Van der Walsovyacutemi silami
Rozlišeniacute v řaacutedech pikometrů (10-12 m) ndash rozeznaacuteniacute struktur
jednotlivyacutech atomů
O p t i c k eacute p r i n c i p y
světelneacute mikroskopie
Reichl J Všetička M Encyklopedie fyziky [online] copy2006-2014
[vid 2014] Dostupneacute z httpfyzikajreichlcommainarticleview431-optika Lepil O (2013) Fyzika pro gymnaacutezia Optika Prometheus Praha 4 přepracovaneacute vydaacuteniacute
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light
Microscopy and Electronic Imaging Willey-Blackwell Published
2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
Rozhlasoveacute a raacutedioveacute vlny 250 km - 1 mm
Infračerveneacute zaacuteřeniacute 05 mm - 08 μm
Světlo (viditelneacute zaacuteřeniacute) 08 μm - 04 μm
Ultrafialoveacute zaacuteřeniacute 04 microm - 01 microm
Roumlntgenovo zaacuteřeniacute (X-paprsky) 15 nm - 0005 nm
γ-zaacuteřeniacute pod 00001 nm
Přibližneacute hodnoty ndash individuaacutelniacute vlastnosti zraku různyacutech lidiacute
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
rarr se zkracujiacuteciacute se vlnovou deacutelkou se zvyšuje frekvence (energie)
Viditelneacute
Vlnoveacute deacutelky světla a relativniacute citlivost oka
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and Electronic
Imaging Willey-Blackwell Published 2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
= zrakovyacute pigment citlivyacute na
světlo nachaacutezejiacuteciacute se v tyčinkaacutech Jodopsin = zrakovyacute pigment citlivyacute na
barvu nachaacutezejiacuteciacute se v čiacutepciacutech
S v ě t l o
Duaacutelniacute charakter světla ndash vlněniacute i proud čaacutestic (fotonů)
Vlnovyacute model světla
vlna elektrickaacute a magnetickaacute (elektromagnetickaacute vlna je tvořena oscilujiacuteciacutem elektrickyacutem a
magnetickyacutem polem na sebe kolmyacutech a nesouciacutech vpřed energii)
Pro uacutečinky světla v mikroskopu je důležitaacute vlna elektrickaacute
= přiacutečneacute vlněniacute
postupneacute kmitaacuteniacute
jednotlivyacutech vedle sebe
ležiacuteciacutech bodů
Scheacutema světla jako elektromagnetickeacute vlny
Obr httpwwwprosoundwebcomarticleprintinvaders_from_
outer_space_electromagnetic_radiation_interference
λ - vlnovaacute deacutelka
(v oblasti svět zaacuteřeniacute
v rozmeziacute od 380 do 780 nm)
určuje barvu světla
a - amplituda
nejvyššiacute hodnota
určuje intenzitu světla
Z hlediska vlnoveacute deacutelky rozlišujeme
polychromatickeacute x monochromatickeacute světlo (selekce pomociacute barevnyacutech filtrů rarr jednotnaacute vlnovaacute deacutelka světlo zeleneacute červeneacute hellip)
Elektrickaacute vlna - sinusoida
Charakterizovaacutena dvěma veličinami
Pazourek 1975
Vlastnosti světla
Rovnoměrneacute šiacuteřeniacute světla ze zaacuteřiacuteciacuteho bodu na všechny strany rarr vlnovaacute plocha tvaru koule
Paprsek ndash směr kteryacutem se vlněniacute šiacuteřiacute a kteryacute je kolmyacute
na vlnoplochu
Pazourek 1975
- paprsek nepolarizovanyacute (A C) ndash kmitaacute v každeacutem
miacutestě a v průběhu času ve všech možnyacutech směrech
kolmyacutech na směr šiacuteřeniacute paprsku
- paprsek polarizovanyacute (B D1 D2) - kmitaacute v jedneacute
rovině přičemž rovina kmitů (vlněniacute) jednoho z nich je
kolmaacute k rovině kmitů druheacuteho
Pazourek 1975
Polarizovaneacute světlo viz
httpswwwyoutubecomwatchv=gP751qpm4n4
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and
Electronic Imaging Jonh Wkiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
Osm různyacutech vlnovyacutech forem světla (znaacutezorňujiacuteciacutech různou kvalitu světla)
Odraz a lom světelnyacutech paprsků
v prostřediacutech různeacute hustoty
Důležitaacute charakteristika prostřediacute
index lomu ( n ) (= optickaacute hustota prostřediacute)
c = rychlost světla ve vakuu (stejnaacute pro všechny λ )
v = rychlost světla určiteacute vlnoveacute deacutelky ve zkoumaneacute laacutetce
c
n =
v
zde absolutniacute index lomu
(bezrozměrnaacute fyzikaacutelniacute veličina jeho jednotka je 1)
Rychlost světla (c) určiteacute vlnoveacute
deacutelky v různyacutech prostřediacutech
c ve vakuu
= 300 000 kms
Index lomu (n) některyacutech laacutetek
vzduch (vakuum) helliphellip 100 (vzduch 10002718)
voda helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 133
plexisklo helliphelliphelliphelliphelliphellip 140 ndash 152
křemenneacute sklo helliphellip hellip 145 (čočka z křemene z Ninive ndash 7 stol přnl)
běžneacute sklo helliphelliphelliphelliphellip 151
cedrovyacute olej helliphelliphelliphelliphellip 151
imerzniacute olej Olympus hellip 1516 pro fluorescenci 1404
kanadskyacute balzaacutem helliphellip 150
krystal NaCl helliphelliphelliphellip 154
korunoveacute sklo helliphelliphelliphellip 145 ndash 156 (sodno-draselneacute bezolovnateacute)
flintoveacute sklo helliphelliphelliphellip 162 ndash 180 (olovnateacute)
diamant helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 242
Index lomu je vždy většiacute než 100
očniacute čočka hellip 1406
sklivec helliphelliphellip 1336
Odraz světla rovnyacutem zrcadlem (reflexe)
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice dopadu a paprsek odraženyacute
ležiacute v jedneacute rovině
2 Uacutehel odrazu se rovnaacute uacutehlu dopadu
Odraz a lom paprsku
k
Důležiteacute pro mikroskopii (astronomii)
- neniacute zaacutevislost na vlnoveacute deacutelce světla (λ)
- na rozdiacutel od lomu paprsků se světelneacute
paprsky se odraacutežejiacute stejně
Pazourek 1975
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice lomu a paprsek lomenyacute ležiacute v teacuteže rovině
Lom světla (refrakce)
2 Při přechodu z prostřediacute opticky řidšiacuteho do prostřediacute opticky hustšiacuteho se paprsek laacuteme ke kolmici (A)
a z prostřediacute opticky hustšiacuteho
do prostřediacute opticky řidšiacuteho
se laacuteme od kolmice (B)
(C a D) ndash uacuteplnyacute odraz při tzv
mezniacutem uacutehlu dopadu paprsku
v přiacutepadě lomu od kolmice (B)
(viz Nikol odrazneacute hranoly světlovodneacute vlaacutekno nebo fluorescenčniacute metoda TIRFM ndash totaacutelniacute odraz exitačniacuteho zaacuteřeniacute)
Pazourek 1975
Svatyacute Kryštof od
švyacutecarskeacuteho maliacuteře
Konrada Witze (kolem 1400ndash1446)
Witz byl jedniacutem z prvniacutech
maliacuteřů kteryacute namaloval
přesnyacute způsob odrazu
světla na vodě
Disperze (rozklad) světla
= důsledek zaacutevislosti rychlosti světla v laacutetkaacutech na frekvenci světla
(λ = c f)
světlo různyacutech barev (λ)
se laacuteme různě
(červeneacute se lomiacute meacuteně než modreacute)
Přiacuteklad disperze (rozkladu) světla
Primaacuterniacute a sekundaacuterniacute duha Severniacute Čechy Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
D u h a
Jeden z mnoha
optickyacutech
jevů (fotometeorů)
v atmosfeacuteře
Rok 312 nl - před bitvou byzantskeacuteho ciacutesaře Konstantina I (272-337) s
konkurenčniacutem ciacutesařem Maxentiem u bran Řiacutema (tzv bitva u Milvijskeacuteho mostu) se
na obloze objevily tři zaacuteřiacuteciacute křiacuteže (halovyacute sloup parheacutelia a parhelickyacute oblouk)
Konstantin bitvu proti přesile vyhraacutel sjednotil řiacuteši a povolil v niacute vyznaacutevat křesťanstviacute
Maleacute halo (22deg) (viz 1) vedlejšiacute slunce (2) a horniacute a dolniacute halovyacute sloup (3)
vznikajiacuteciacute odrazem a lomem světelnyacutech paprsků na krystalciacutech ledu
Lom světla a dějiny
httptmagazineblogsnytimescom20121126halo-effect_r=0
1
3
2 2
3
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
Nejnovějšiacute literatura (k dispozici v miacutestniacute knihovně)
Murphy DB Davidson MW (2013)
Fundamentals of Light Microscopy and Electronic Imaging
Willey-Blackwell Published 2013 by John Wiley amp Sons Inc
Hoboken New Jersey
vč rozsaacutehleacuteho slovniacuteku pojmů z mikroskopie na konci knihy
Randy O Wayne (2014) Light and Video Microscopy
Second Edition Hardcover
Doplňujiacuteciacute literatura
Habrovaacute V (1990) Mikroskopickaacute technika SPN Praha
Jurčaacutek J (1998) Zaacutekladniacute praktikum z botanickeacute mikrotechniky a rostlinneacute anatomie Skripta UP Olomouc
Němec B a kol (1962) Botanickaacute mikrotechnika Nakladatelstviacute ČSAV Praha
Lepil O (2013) Fyzika pro gymnaacutezia Optika Prometheus Praha
4 přepracovaneacute vydaacuteniacute
Pazourek J (1975) Pracujeme s mikroskopem SNTL Praha
Pazourkovaacute Z (1986) Botanickaacute mikrotechnika Praha 1986 skripta UK Praha
Pazourkovaacute Z Pazourek J (1960) Rychleacute metody botanickeacute mikrotechniky ČAZV SZN Praha
Špaček J (2008) Svět pod mikroskopem Grada Praha
Kremer Bruno P (2013) Mikroskop zcela jednoduše Aventium nakladatelstviacute sro
Člaacutenky z časopisu Vesmiacuter
Internet Učebniacute texty Katedry Optiky UP Olomouc Světelnaacute mikroskopie (doc Roman Kubiacutenek)
httpapfyzupolczucebniceoptmikrohtml
httpapfyzupolczucebnicedownoptmikropdf
Leacutekařskaacute fakulta UP Olomouc httpbiologieupolczmikroskopie
Nebesaacuteřovaacute J Elektronovaacute mikroskopie pro biology
httpwwwparucasczlembookindexhtml
skripta httpwwwmikroskopiaskpage8html (slovensky)
httpwwwhistory-of-the-microscopeorg
Kurzy mikroskopie na httpmicroscopydukeedu httpmicroscopydukeeduconceptshtml
Internetoveacute adresy o mikroskopech různyacutech firem Olympus httpwwwolympuscz httpwwwolympusmicrocom
Olympus_2011 - httpwwwmujolympusczdata20110209095419bodyhtm
Kniha o světelneacute mikroskopii na www
Davidson and Abramowitz Optical Microscopy Review Article
httpolympusmagnetfsueduprimeropticalmicroscopyhtml
Přiacuteručka firmy Zeiss httpwwwusaskcabiologyscopesMicroscopyBasicspdf
Nikon httpwwwmicroscopyucom
Přiacuteručka firmy Nikon httpwwwareczdatafilezakladni_metody_svetelne_mikroskopiepdf
Odkazy na literaturu
httplommicroscopyweeblycombasics-of-light-microscopy-and-opticshtml
Virtuaacutelniacute obraacutezky
httpwwwolympusmicrocomprimerjava
httpzeiss-campusmagnetfsuedututorialsindexhtml
Historie mikroskopovaacuteniacute
Optickeacute principy
světelneacute mikroskopie
Přednaacuteška 1
Pavla Vaacutelovaacute 2018
naacutezev z řec mikroacutes = malyacute skopoacutes = pozorovatel
vynaacutelez mikroskopu ndash konec 16 stol (technickyacute rozmach lidstva)
1625 - naacutezev mikroskop odvozenyacute od naacutezvu teleskop
(Giovanni Faber z Bambergu ndash papežskyacute leacutekař )
H i s t o r i e o b j e v u m i k r o s k o p u
Dřiacutevějšiacute pozorovaacuteniacute
Řecko - Aristofanes Atheacutenskyacute (424-380 př n l) - ve hře bdquoOblakaldquo
popis zraněniacute paprskem slunce prochaacutezejiacuteciacuteho skleněnou
kouliacute naplněnou vodou
Řiacutemskaacute doba
- filosof Seneca (asi 4 přnl-65 nl) - zvětšeniacute piacutesmen
pomociacute skleněneacute koule naplněneacute vodou
- Klaudius Ptolemaios (asi 100-170 nl) ndash diacutelo bdquoOptikaldquo -
poznatky o odraze paprsků a lomu paprsků skrz sklo
11 stol - Ibn al Haitham (bdquoAlhazenldquo) (965-1039) - arabskyacute fyzik a
matematik diacutelo bdquoPojednaacuteniacute o opticeldquo ndash zkoumaacute vlastnosti
světla (lom a odraz) čočky a zrcadla
viz Anna Černaacute Mikroskop pod drobnohledem Živa 52017 str CXXVIII
14 stol ndash zvlaacutednutiacute techniky broušeniacute čoček do bryacuteliacute (italštiacute mniši)
konec 16 stol ndash vynaacutelez mikroskopu
kolem roku 1590 - Hans a Zacharias Janssenovi (Holandsko otec a syn)
H i s t o r i e o b j e v u m i k r o s k o p u
- konstrukce prvniacuteho použitelneacuteho mikroskopu (ze dvou čoček)
- čočky vypoukleacute i vyduteacute
- zvětšeniacute mikroskopu 60x
viz kniha a film bdquoJmeacuteno růželdquo od Umberta Eca
Systeacutem dvou čoček
16 stol
deacutelka 12 m
(tzv kompaudniacute mikroskop)
httpwwwmicroscopyfsueduprimermuseum
httpmicromagnetfsueduprimermuseumjanssenhtml
httpwwwapsorgpublicationsapsnews200403historycfm
Janssenův mikroskop
17 stol Galileo Galilei (1564-1642)
ndash italskyacute astronom a matematik
1604-1609 ndash konstrukce dalekohledu
- použitiacute složeneacuteho mikroskopu
nazvaneacuteho occhiolino
k vědeckyacutem uacutečelům (pozorovaacuteniacute
oka mouchy)
Nejasnosti kolem vynaacutelezu mikroskopu
ndash z dobovyacutech zpraacutev neniacute jasneacute zda se jednaacute o mikroskop
jehož okulaacuterem je spojka nebo o dalekohled s rozptylkou
(kteryacute použiacuteval Galileo)
Anthony van Leeuwenhoek (1632-1723)
ndash obchodniacutek s laacutetkami v holandskeacutem Delftu
ndash sestrojil jednočočkovyacute mikroskop silnyacute zvětšovaciacute
efekt čočky
(až 270x)
ndash nejprve zkoumaacuteniacute struktury laacutetek
později zkoumal listy květiny drobneacute organismy lidskou krev kůži vlasy hellip
- prvniacute viděl a popsal krevniacute buňky chovaacuteniacute lidskyacutech spermiiacute
- vyacuteroba asi 250 mikroskopů
17 stol
Jednočočkovyacute Leeuwenhoekův
mikroskop
httpbiologimediacentrecomwp-contentuploads201101image2png
Anglickyacute původ Italskyacute původ
17 stol
Prvniacute světelneacute mikroskopy
Jednočočkovyacute
mikroskop Dvoučočkoveacute
mikroskopy
Robert Hook (1635-1703) [huacutek]
ndash anglickyacute fyzik chemik geolog astronom hellip
ndash použiacuteval zakoupenyacute složenyacute mikroskop s viacutece
čočkami (tzv kompaudniacute) vylepšenyacute o kvalitniacute osvětleniacute
17 stol
Hookův mikroskop
- vylepšeniacute osvětleniacute použitiacute irisoveacute clony
irisovaacute clona
- zkoumaacuteniacute slabyacutech plaacutetků korku z korkovniacuteku
živeacute laacutetky jsou tvořeny buňkami
- 1665 - kniha bdquoMicrographialdquo
mikroskopickeacute pozorovaacuteniacute rostlinnyacutech
pletiv živočišnyacutech objektů a struktur
mineraacutelů
Rok vydaacuteniacute 1665 Micrographia or some Physiological Descriptions of Minute Bodies
made by Magnifying Glasses with Observations and Inquiries thereupon
London 1665
17 stol Leeuwenhoek Hook
Angličan Henry Power (1626ndash1668) ndash jako
prvniacute (1663) publikoval pozorovaacuteniacute mikroskopem
Marcello Malphighi (1628ndash1694)
italskyacute leacutekař
zakladatel mikroskopickeacute anatomie
- objev krevniacutech kapilaacuter savců (1661)
- malphigickeacute trubice hmyzu
18 stol
ndash mikroskopy přežily jako hračka pro zaacutebavu anglickyacutech gentlemanů zajiacutemajiacuteciacutech se o tajemstviacute přiacuterody
19 stol
zač 19 stol ndash Dollond Lister Amici - vynaacutelez
achromatickeacuteho objektivu
ndash do teacute doby použiacutevaacuteniacute jednočočkoveacuteho mikroskopu (dvoučočkovyacute
mikroskop podaacuteval značně zkreslenyacute obraz)
Vyacuteznačniacute vědci 19 stol použiacutevajiacuteciacute k svyacutem pozorovaacuteniacutem mikroskop
Robert Brown (1773-1858) - objev jaacutedra (1831)
Luis Pasteur (1822-1895) (francouzskyacute mikrobiolog)
- objev kvasinek
Robert Koch (1843-1910) (německyacute leacutekař a mikrobiolog)
- objev původců tuberkuloacutezy a cholery
Jan Evangelista Purkyně (1787-1869) (českyacute fyziolog)
- 1825 popsal jaacutedro u živočišneacute buňky (lupa)
od r 1832 použiacutevaacute kvalitniacute mikroskop
Microscope
stand VII
19 stol ndash dalšiacute vyacutevoj mikroskopů
Carl Zeiss ndash průmyslovaacute vyacuteroba mikroskopů (firma Zeiss)
Ernst Karl Abbe ndash teoretickaacute studia optickyacutech principů
Otto Schott ndash vyacutezkum optickeacuteho skla
August Koumlhler ndash kvalitniacute osvětleniacute
Otto Schott (1851-1935)
Ernst Abbe (1840-1905)
Carl Zeiss (1816-1888)
August Koumlhler (1866-1948)
Mikroskopy 19 stoletiacute
19 stol
20 stol
Konfokaacutelniacute mikroskop
A1R (Nikon)
BX60 (Olympus)
Laserovyacute fluorescenčniacute mikroskop bdquoLight Sheetldquo Centrum regionu Hanaacute pro biotechnologickyacute a zemědělskyacute vyacutezkum Odděleniacute buněčneacute biologie
21 stol
21 stol
Digitaacutelniacute holografickyacute mikroskop firmy Lynceacutee Tec
Důležitaacute data při rozvoji moderniacute světelneacute mikroskopie
1847 - Zahaacutejeniacute vyacuteroby mikroskopů firmou Carl Zeiss v Jeně
1903 - Ultramikroskop (Richard Zsigmondy NC 1925)
1911 - Fluorescenčniacute mikroskop (Carl Reichert)
1935 - Faacutezovyacute kontrast (Fritz Zernike NC 1953)
1955 - Diferenciaacutelniacute interferenčniacute kontrast (DIC ndash Nomarski)
1968 - Rastrovaciacute tandemovyacute konfokaacutelniacute mikroskop (TSCM)
1978 - Laserovyacute konfokaacutelniacute rastrovaciacute mikroskop
1994 - Princip STED mikroskopie (S W Hell NC 2014)
(Stimulated Emission Depletion ndash redukce fluorescence stimulovanou emisiacute)
po roce 2000 - rozvoj tzv superrozlišovaciacute mikroskopie
2006 - Super-resolučniacute fluorescenčniacute mikroskop (Eric Betzig
Stefan W Hell a William E Moerner NC za chemii 2014)
NC = Nobelova cena
30 leacuteta 20 stoletiacute
ndash hranice vyacutevoje optickeacuteho (paprskoveacuteho) mikroskopu
(hranice rozlišeniacute světelneacuteho mikroskopu je diacuteky velikosti deacutelky světla 02 microm)
- dalšiacute zvětšovaacuteniacute pozorovanyacutech objektů na jineacutem principu
- miacutesto světelneacuteho paprsku elektronovyacute paprsek
(= tok rychlyacutech elektronů)
- miacutesto skleněneacute čočky magnetickaacute čočka
1931 - Ernst Ruska Max Knoll
prvniacute elektronovyacute mikroskop
tzv prozařovaciacute transmisniacute EM
(TEM ndash Transmission Electron Microscope)
- originaacutelniacute zvětšeniacute 1 000 - 250 000x
Ernst Ruska (1906-1988)
1942 - rastrovaciacute EM
(SEM ndash Scanning Electron Microscope) - postupneacute bombardovaacuteniacute vzorku elektrony
- zvětšeniacute až 30 000x
EM UacuteMG AV ČR Praha-Krč
FEI ndash TECHNAIG2TEM + kryozařiacutezeniacute
200 kV (λ el = 00025 nm)
RS 01 nm
prvkovaacute analyacuteza vzorků
zařiacutezeniacute pro
prvkovou analyacutezu
vzorků
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
Brněnštiacute vědci z Uacutestavu přiacutestrojoveacute techniky AV ČR (UacutePT) a Mendelovy
univerzity představili novou metodu pozorovaacuteniacute rostlinnyacutech vzorků v jejich
přirozeneacutem stavu (za využitiacute kryoprotektiv)
Viacutece na httpe-svete15cztechnikacesti-vedci-posunuli-hranice-elektronove-mikroskopie-1174818
Enviromentaacutelniacute rastrovaciacute elektronovyacute mikroskop Aquasem II
TEM TITAN FEI Company Mgr Klaacutera Čeacutepe PhD
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute elektronovyacute mikroskop
schopnyacute nahleacutednout do struktury materiaacutelů až na uacuterovni atomů
a současně přesně zmapovat jejich chemickeacute složeniacute
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech
materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury
PřF UP OL
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute
elektronovyacute mikroskop TITAN (FEI)
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2015
Transmisniacute elektronovyacute
mikroskop Jeol
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury PřF UP OL
Neoptickeacute mikroskopy
1981
Řaacutedkovaciacute tunelovyacute mikroskop (STM ndash Scanning Tunnelling Microscope)
- mapovaacuteniacute povrchu pomociacute pohybu vodiveacuteho hrotu nad vodivyacutem povrchem sledovaneacuteho materiaacutelu
1986
Mikroskop atomaacuterniacutech sil (AMF ndash Atomic Force Miroscope)
- skenovaacuteniacute povrchu materiaacutelu pomociacute hrotu zavěšeneacutem na pružneacutem vyacutekyvneacutem rameacutenku kteryacute je přitahovaacuten elektrostatickyacutemi a Van der Walsovyacutemi silami
Rozlišeniacute v řaacutedech pikometrů (10-12 m) ndash rozeznaacuteniacute struktur
jednotlivyacutech atomů
O p t i c k eacute p r i n c i p y
světelneacute mikroskopie
Reichl J Všetička M Encyklopedie fyziky [online] copy2006-2014
[vid 2014] Dostupneacute z httpfyzikajreichlcommainarticleview431-optika Lepil O (2013) Fyzika pro gymnaacutezia Optika Prometheus Praha 4 přepracovaneacute vydaacuteniacute
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light
Microscopy and Electronic Imaging Willey-Blackwell Published
2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
Rozhlasoveacute a raacutedioveacute vlny 250 km - 1 mm
Infračerveneacute zaacuteřeniacute 05 mm - 08 μm
Světlo (viditelneacute zaacuteřeniacute) 08 μm - 04 μm
Ultrafialoveacute zaacuteřeniacute 04 microm - 01 microm
Roumlntgenovo zaacuteřeniacute (X-paprsky) 15 nm - 0005 nm
γ-zaacuteřeniacute pod 00001 nm
Přibližneacute hodnoty ndash individuaacutelniacute vlastnosti zraku různyacutech lidiacute
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
rarr se zkracujiacuteciacute se vlnovou deacutelkou se zvyšuje frekvence (energie)
Viditelneacute
Vlnoveacute deacutelky světla a relativniacute citlivost oka
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and Electronic
Imaging Willey-Blackwell Published 2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
= zrakovyacute pigment citlivyacute na
světlo nachaacutezejiacuteciacute se v tyčinkaacutech Jodopsin = zrakovyacute pigment citlivyacute na
barvu nachaacutezejiacuteciacute se v čiacutepciacutech
S v ě t l o
Duaacutelniacute charakter světla ndash vlněniacute i proud čaacutestic (fotonů)
Vlnovyacute model světla
vlna elektrickaacute a magnetickaacute (elektromagnetickaacute vlna je tvořena oscilujiacuteciacutem elektrickyacutem a
magnetickyacutem polem na sebe kolmyacutech a nesouciacutech vpřed energii)
Pro uacutečinky světla v mikroskopu je důležitaacute vlna elektrickaacute
= přiacutečneacute vlněniacute
postupneacute kmitaacuteniacute
jednotlivyacutech vedle sebe
ležiacuteciacutech bodů
Scheacutema světla jako elektromagnetickeacute vlny
Obr httpwwwprosoundwebcomarticleprintinvaders_from_
outer_space_electromagnetic_radiation_interference
λ - vlnovaacute deacutelka
(v oblasti svět zaacuteřeniacute
v rozmeziacute od 380 do 780 nm)
určuje barvu světla
a - amplituda
nejvyššiacute hodnota
určuje intenzitu světla
Z hlediska vlnoveacute deacutelky rozlišujeme
polychromatickeacute x monochromatickeacute světlo (selekce pomociacute barevnyacutech filtrů rarr jednotnaacute vlnovaacute deacutelka světlo zeleneacute červeneacute hellip)
Elektrickaacute vlna - sinusoida
Charakterizovaacutena dvěma veličinami
Pazourek 1975
Vlastnosti světla
Rovnoměrneacute šiacuteřeniacute světla ze zaacuteřiacuteciacuteho bodu na všechny strany rarr vlnovaacute plocha tvaru koule
Paprsek ndash směr kteryacutem se vlněniacute šiacuteřiacute a kteryacute je kolmyacute
na vlnoplochu
Pazourek 1975
- paprsek nepolarizovanyacute (A C) ndash kmitaacute v každeacutem
miacutestě a v průběhu času ve všech možnyacutech směrech
kolmyacutech na směr šiacuteřeniacute paprsku
- paprsek polarizovanyacute (B D1 D2) - kmitaacute v jedneacute
rovině přičemž rovina kmitů (vlněniacute) jednoho z nich je
kolmaacute k rovině kmitů druheacuteho
Pazourek 1975
Polarizovaneacute světlo viz
httpswwwyoutubecomwatchv=gP751qpm4n4
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and
Electronic Imaging Jonh Wkiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
Osm různyacutech vlnovyacutech forem světla (znaacutezorňujiacuteciacutech různou kvalitu světla)
Odraz a lom světelnyacutech paprsků
v prostřediacutech různeacute hustoty
Důležitaacute charakteristika prostřediacute
index lomu ( n ) (= optickaacute hustota prostřediacute)
c = rychlost světla ve vakuu (stejnaacute pro všechny λ )
v = rychlost světla určiteacute vlnoveacute deacutelky ve zkoumaneacute laacutetce
c
n =
v
zde absolutniacute index lomu
(bezrozměrnaacute fyzikaacutelniacute veličina jeho jednotka je 1)
Rychlost světla (c) určiteacute vlnoveacute
deacutelky v různyacutech prostřediacutech
c ve vakuu
= 300 000 kms
Index lomu (n) některyacutech laacutetek
vzduch (vakuum) helliphellip 100 (vzduch 10002718)
voda helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 133
plexisklo helliphelliphelliphelliphelliphellip 140 ndash 152
křemenneacute sklo helliphellip hellip 145 (čočka z křemene z Ninive ndash 7 stol přnl)
běžneacute sklo helliphelliphelliphelliphellip 151
cedrovyacute olej helliphelliphelliphelliphellip 151
imerzniacute olej Olympus hellip 1516 pro fluorescenci 1404
kanadskyacute balzaacutem helliphellip 150
krystal NaCl helliphelliphelliphellip 154
korunoveacute sklo helliphelliphelliphellip 145 ndash 156 (sodno-draselneacute bezolovnateacute)
flintoveacute sklo helliphelliphelliphellip 162 ndash 180 (olovnateacute)
diamant helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 242
Index lomu je vždy většiacute než 100
očniacute čočka hellip 1406
sklivec helliphelliphellip 1336
Odraz světla rovnyacutem zrcadlem (reflexe)
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice dopadu a paprsek odraženyacute
ležiacute v jedneacute rovině
2 Uacutehel odrazu se rovnaacute uacutehlu dopadu
Odraz a lom paprsku
k
Důležiteacute pro mikroskopii (astronomii)
- neniacute zaacutevislost na vlnoveacute deacutelce světla (λ)
- na rozdiacutel od lomu paprsků se světelneacute
paprsky se odraacutežejiacute stejně
Pazourek 1975
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice lomu a paprsek lomenyacute ležiacute v teacuteže rovině
Lom světla (refrakce)
2 Při přechodu z prostřediacute opticky řidšiacuteho do prostřediacute opticky hustšiacuteho se paprsek laacuteme ke kolmici (A)
a z prostřediacute opticky hustšiacuteho
do prostřediacute opticky řidšiacuteho
se laacuteme od kolmice (B)
(C a D) ndash uacuteplnyacute odraz při tzv
mezniacutem uacutehlu dopadu paprsku
v přiacutepadě lomu od kolmice (B)
(viz Nikol odrazneacute hranoly světlovodneacute vlaacutekno nebo fluorescenčniacute metoda TIRFM ndash totaacutelniacute odraz exitačniacuteho zaacuteřeniacute)
Pazourek 1975
Svatyacute Kryštof od
švyacutecarskeacuteho maliacuteře
Konrada Witze (kolem 1400ndash1446)
Witz byl jedniacutem z prvniacutech
maliacuteřů kteryacute namaloval
přesnyacute způsob odrazu
světla na vodě
Disperze (rozklad) světla
= důsledek zaacutevislosti rychlosti světla v laacutetkaacutech na frekvenci světla
(λ = c f)
světlo různyacutech barev (λ)
se laacuteme různě
(červeneacute se lomiacute meacuteně než modreacute)
Přiacuteklad disperze (rozkladu) světla
Primaacuterniacute a sekundaacuterniacute duha Severniacute Čechy Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
D u h a
Jeden z mnoha
optickyacutech
jevů (fotometeorů)
v atmosfeacuteře
Rok 312 nl - před bitvou byzantskeacuteho ciacutesaře Konstantina I (272-337) s
konkurenčniacutem ciacutesařem Maxentiem u bran Řiacutema (tzv bitva u Milvijskeacuteho mostu) se
na obloze objevily tři zaacuteřiacuteciacute křiacuteže (halovyacute sloup parheacutelia a parhelickyacute oblouk)
Konstantin bitvu proti přesile vyhraacutel sjednotil řiacuteši a povolil v niacute vyznaacutevat křesťanstviacute
Maleacute halo (22deg) (viz 1) vedlejšiacute slunce (2) a horniacute a dolniacute halovyacute sloup (3)
vznikajiacuteciacute odrazem a lomem světelnyacutech paprsků na krystalciacutech ledu
Lom světla a dějiny
httptmagazineblogsnytimescom20121126halo-effect_r=0
1
3
2 2
3
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
Doplňujiacuteciacute literatura
Habrovaacute V (1990) Mikroskopickaacute technika SPN Praha
Jurčaacutek J (1998) Zaacutekladniacute praktikum z botanickeacute mikrotechniky a rostlinneacute anatomie Skripta UP Olomouc
Němec B a kol (1962) Botanickaacute mikrotechnika Nakladatelstviacute ČSAV Praha
Lepil O (2013) Fyzika pro gymnaacutezia Optika Prometheus Praha
4 přepracovaneacute vydaacuteniacute
Pazourek J (1975) Pracujeme s mikroskopem SNTL Praha
Pazourkovaacute Z (1986) Botanickaacute mikrotechnika Praha 1986 skripta UK Praha
Pazourkovaacute Z Pazourek J (1960) Rychleacute metody botanickeacute mikrotechniky ČAZV SZN Praha
Špaček J (2008) Svět pod mikroskopem Grada Praha
Kremer Bruno P (2013) Mikroskop zcela jednoduše Aventium nakladatelstviacute sro
Člaacutenky z časopisu Vesmiacuter
Internet Učebniacute texty Katedry Optiky UP Olomouc Světelnaacute mikroskopie (doc Roman Kubiacutenek)
httpapfyzupolczucebniceoptmikrohtml
httpapfyzupolczucebnicedownoptmikropdf
Leacutekařskaacute fakulta UP Olomouc httpbiologieupolczmikroskopie
Nebesaacuteřovaacute J Elektronovaacute mikroskopie pro biology
httpwwwparucasczlembookindexhtml
skripta httpwwwmikroskopiaskpage8html (slovensky)
httpwwwhistory-of-the-microscopeorg
Kurzy mikroskopie na httpmicroscopydukeedu httpmicroscopydukeeduconceptshtml
Internetoveacute adresy o mikroskopech různyacutech firem Olympus httpwwwolympuscz httpwwwolympusmicrocom
Olympus_2011 - httpwwwmujolympusczdata20110209095419bodyhtm
Kniha o světelneacute mikroskopii na www
Davidson and Abramowitz Optical Microscopy Review Article
httpolympusmagnetfsueduprimeropticalmicroscopyhtml
Přiacuteručka firmy Zeiss httpwwwusaskcabiologyscopesMicroscopyBasicspdf
Nikon httpwwwmicroscopyucom
Přiacuteručka firmy Nikon httpwwwareczdatafilezakladni_metody_svetelne_mikroskopiepdf
Odkazy na literaturu
httplommicroscopyweeblycombasics-of-light-microscopy-and-opticshtml
Virtuaacutelniacute obraacutezky
httpwwwolympusmicrocomprimerjava
httpzeiss-campusmagnetfsuedututorialsindexhtml
Historie mikroskopovaacuteniacute
Optickeacute principy
světelneacute mikroskopie
Přednaacuteška 1
Pavla Vaacutelovaacute 2018
naacutezev z řec mikroacutes = malyacute skopoacutes = pozorovatel
vynaacutelez mikroskopu ndash konec 16 stol (technickyacute rozmach lidstva)
1625 - naacutezev mikroskop odvozenyacute od naacutezvu teleskop
(Giovanni Faber z Bambergu ndash papežskyacute leacutekař )
H i s t o r i e o b j e v u m i k r o s k o p u
Dřiacutevějšiacute pozorovaacuteniacute
Řecko - Aristofanes Atheacutenskyacute (424-380 př n l) - ve hře bdquoOblakaldquo
popis zraněniacute paprskem slunce prochaacutezejiacuteciacuteho skleněnou
kouliacute naplněnou vodou
Řiacutemskaacute doba
- filosof Seneca (asi 4 přnl-65 nl) - zvětšeniacute piacutesmen
pomociacute skleněneacute koule naplněneacute vodou
- Klaudius Ptolemaios (asi 100-170 nl) ndash diacutelo bdquoOptikaldquo -
poznatky o odraze paprsků a lomu paprsků skrz sklo
11 stol - Ibn al Haitham (bdquoAlhazenldquo) (965-1039) - arabskyacute fyzik a
matematik diacutelo bdquoPojednaacuteniacute o opticeldquo ndash zkoumaacute vlastnosti
světla (lom a odraz) čočky a zrcadla
viz Anna Černaacute Mikroskop pod drobnohledem Živa 52017 str CXXVIII
14 stol ndash zvlaacutednutiacute techniky broušeniacute čoček do bryacuteliacute (italštiacute mniši)
konec 16 stol ndash vynaacutelez mikroskopu
kolem roku 1590 - Hans a Zacharias Janssenovi (Holandsko otec a syn)
H i s t o r i e o b j e v u m i k r o s k o p u
- konstrukce prvniacuteho použitelneacuteho mikroskopu (ze dvou čoček)
- čočky vypoukleacute i vyduteacute
- zvětšeniacute mikroskopu 60x
viz kniha a film bdquoJmeacuteno růželdquo od Umberta Eca
Systeacutem dvou čoček
16 stol
deacutelka 12 m
(tzv kompaudniacute mikroskop)
httpwwwmicroscopyfsueduprimermuseum
httpmicromagnetfsueduprimermuseumjanssenhtml
httpwwwapsorgpublicationsapsnews200403historycfm
Janssenův mikroskop
17 stol Galileo Galilei (1564-1642)
ndash italskyacute astronom a matematik
1604-1609 ndash konstrukce dalekohledu
- použitiacute složeneacuteho mikroskopu
nazvaneacuteho occhiolino
k vědeckyacutem uacutečelům (pozorovaacuteniacute
oka mouchy)
Nejasnosti kolem vynaacutelezu mikroskopu
ndash z dobovyacutech zpraacutev neniacute jasneacute zda se jednaacute o mikroskop
jehož okulaacuterem je spojka nebo o dalekohled s rozptylkou
(kteryacute použiacuteval Galileo)
Anthony van Leeuwenhoek (1632-1723)
ndash obchodniacutek s laacutetkami v holandskeacutem Delftu
ndash sestrojil jednočočkovyacute mikroskop silnyacute zvětšovaciacute
efekt čočky
(až 270x)
ndash nejprve zkoumaacuteniacute struktury laacutetek
později zkoumal listy květiny drobneacute organismy lidskou krev kůži vlasy hellip
- prvniacute viděl a popsal krevniacute buňky chovaacuteniacute lidskyacutech spermiiacute
- vyacuteroba asi 250 mikroskopů
17 stol
Jednočočkovyacute Leeuwenhoekův
mikroskop
httpbiologimediacentrecomwp-contentuploads201101image2png
Anglickyacute původ Italskyacute původ
17 stol
Prvniacute světelneacute mikroskopy
Jednočočkovyacute
mikroskop Dvoučočkoveacute
mikroskopy
Robert Hook (1635-1703) [huacutek]
ndash anglickyacute fyzik chemik geolog astronom hellip
ndash použiacuteval zakoupenyacute složenyacute mikroskop s viacutece
čočkami (tzv kompaudniacute) vylepšenyacute o kvalitniacute osvětleniacute
17 stol
Hookův mikroskop
- vylepšeniacute osvětleniacute použitiacute irisoveacute clony
irisovaacute clona
- zkoumaacuteniacute slabyacutech plaacutetků korku z korkovniacuteku
živeacute laacutetky jsou tvořeny buňkami
- 1665 - kniha bdquoMicrographialdquo
mikroskopickeacute pozorovaacuteniacute rostlinnyacutech
pletiv živočišnyacutech objektů a struktur
mineraacutelů
Rok vydaacuteniacute 1665 Micrographia or some Physiological Descriptions of Minute Bodies
made by Magnifying Glasses with Observations and Inquiries thereupon
London 1665
17 stol Leeuwenhoek Hook
Angličan Henry Power (1626ndash1668) ndash jako
prvniacute (1663) publikoval pozorovaacuteniacute mikroskopem
Marcello Malphighi (1628ndash1694)
italskyacute leacutekař
zakladatel mikroskopickeacute anatomie
- objev krevniacutech kapilaacuter savců (1661)
- malphigickeacute trubice hmyzu
18 stol
ndash mikroskopy přežily jako hračka pro zaacutebavu anglickyacutech gentlemanů zajiacutemajiacuteciacutech se o tajemstviacute přiacuterody
19 stol
zač 19 stol ndash Dollond Lister Amici - vynaacutelez
achromatickeacuteho objektivu
ndash do teacute doby použiacutevaacuteniacute jednočočkoveacuteho mikroskopu (dvoučočkovyacute
mikroskop podaacuteval značně zkreslenyacute obraz)
Vyacuteznačniacute vědci 19 stol použiacutevajiacuteciacute k svyacutem pozorovaacuteniacutem mikroskop
Robert Brown (1773-1858) - objev jaacutedra (1831)
Luis Pasteur (1822-1895) (francouzskyacute mikrobiolog)
- objev kvasinek
Robert Koch (1843-1910) (německyacute leacutekař a mikrobiolog)
- objev původců tuberkuloacutezy a cholery
Jan Evangelista Purkyně (1787-1869) (českyacute fyziolog)
- 1825 popsal jaacutedro u živočišneacute buňky (lupa)
od r 1832 použiacutevaacute kvalitniacute mikroskop
Microscope
stand VII
19 stol ndash dalšiacute vyacutevoj mikroskopů
Carl Zeiss ndash průmyslovaacute vyacuteroba mikroskopů (firma Zeiss)
Ernst Karl Abbe ndash teoretickaacute studia optickyacutech principů
Otto Schott ndash vyacutezkum optickeacuteho skla
August Koumlhler ndash kvalitniacute osvětleniacute
Otto Schott (1851-1935)
Ernst Abbe (1840-1905)
Carl Zeiss (1816-1888)
August Koumlhler (1866-1948)
Mikroskopy 19 stoletiacute
19 stol
20 stol
Konfokaacutelniacute mikroskop
A1R (Nikon)
BX60 (Olympus)
Laserovyacute fluorescenčniacute mikroskop bdquoLight Sheetldquo Centrum regionu Hanaacute pro biotechnologickyacute a zemědělskyacute vyacutezkum Odděleniacute buněčneacute biologie
21 stol
21 stol
Digitaacutelniacute holografickyacute mikroskop firmy Lynceacutee Tec
Důležitaacute data při rozvoji moderniacute světelneacute mikroskopie
1847 - Zahaacutejeniacute vyacuteroby mikroskopů firmou Carl Zeiss v Jeně
1903 - Ultramikroskop (Richard Zsigmondy NC 1925)
1911 - Fluorescenčniacute mikroskop (Carl Reichert)
1935 - Faacutezovyacute kontrast (Fritz Zernike NC 1953)
1955 - Diferenciaacutelniacute interferenčniacute kontrast (DIC ndash Nomarski)
1968 - Rastrovaciacute tandemovyacute konfokaacutelniacute mikroskop (TSCM)
1978 - Laserovyacute konfokaacutelniacute rastrovaciacute mikroskop
1994 - Princip STED mikroskopie (S W Hell NC 2014)
(Stimulated Emission Depletion ndash redukce fluorescence stimulovanou emisiacute)
po roce 2000 - rozvoj tzv superrozlišovaciacute mikroskopie
2006 - Super-resolučniacute fluorescenčniacute mikroskop (Eric Betzig
Stefan W Hell a William E Moerner NC za chemii 2014)
NC = Nobelova cena
30 leacuteta 20 stoletiacute
ndash hranice vyacutevoje optickeacuteho (paprskoveacuteho) mikroskopu
(hranice rozlišeniacute světelneacuteho mikroskopu je diacuteky velikosti deacutelky světla 02 microm)
- dalšiacute zvětšovaacuteniacute pozorovanyacutech objektů na jineacutem principu
- miacutesto světelneacuteho paprsku elektronovyacute paprsek
(= tok rychlyacutech elektronů)
- miacutesto skleněneacute čočky magnetickaacute čočka
1931 - Ernst Ruska Max Knoll
prvniacute elektronovyacute mikroskop
tzv prozařovaciacute transmisniacute EM
(TEM ndash Transmission Electron Microscope)
- originaacutelniacute zvětšeniacute 1 000 - 250 000x
Ernst Ruska (1906-1988)
1942 - rastrovaciacute EM
(SEM ndash Scanning Electron Microscope) - postupneacute bombardovaacuteniacute vzorku elektrony
- zvětšeniacute až 30 000x
EM UacuteMG AV ČR Praha-Krč
FEI ndash TECHNAIG2TEM + kryozařiacutezeniacute
200 kV (λ el = 00025 nm)
RS 01 nm
prvkovaacute analyacuteza vzorků
zařiacutezeniacute pro
prvkovou analyacutezu
vzorků
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
Brněnštiacute vědci z Uacutestavu přiacutestrojoveacute techniky AV ČR (UacutePT) a Mendelovy
univerzity představili novou metodu pozorovaacuteniacute rostlinnyacutech vzorků v jejich
přirozeneacutem stavu (za využitiacute kryoprotektiv)
Viacutece na httpe-svete15cztechnikacesti-vedci-posunuli-hranice-elektronove-mikroskopie-1174818
Enviromentaacutelniacute rastrovaciacute elektronovyacute mikroskop Aquasem II
TEM TITAN FEI Company Mgr Klaacutera Čeacutepe PhD
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute elektronovyacute mikroskop
schopnyacute nahleacutednout do struktury materiaacutelů až na uacuterovni atomů
a současně přesně zmapovat jejich chemickeacute složeniacute
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech
materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury
PřF UP OL
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute
elektronovyacute mikroskop TITAN (FEI)
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2015
Transmisniacute elektronovyacute
mikroskop Jeol
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury PřF UP OL
Neoptickeacute mikroskopy
1981
Řaacutedkovaciacute tunelovyacute mikroskop (STM ndash Scanning Tunnelling Microscope)
- mapovaacuteniacute povrchu pomociacute pohybu vodiveacuteho hrotu nad vodivyacutem povrchem sledovaneacuteho materiaacutelu
1986
Mikroskop atomaacuterniacutech sil (AMF ndash Atomic Force Miroscope)
- skenovaacuteniacute povrchu materiaacutelu pomociacute hrotu zavěšeneacutem na pružneacutem vyacutekyvneacutem rameacutenku kteryacute je přitahovaacuten elektrostatickyacutemi a Van der Walsovyacutemi silami
Rozlišeniacute v řaacutedech pikometrů (10-12 m) ndash rozeznaacuteniacute struktur
jednotlivyacutech atomů
O p t i c k eacute p r i n c i p y
světelneacute mikroskopie
Reichl J Všetička M Encyklopedie fyziky [online] copy2006-2014
[vid 2014] Dostupneacute z httpfyzikajreichlcommainarticleview431-optika Lepil O (2013) Fyzika pro gymnaacutezia Optika Prometheus Praha 4 přepracovaneacute vydaacuteniacute
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light
Microscopy and Electronic Imaging Willey-Blackwell Published
2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
Rozhlasoveacute a raacutedioveacute vlny 250 km - 1 mm
Infračerveneacute zaacuteřeniacute 05 mm - 08 μm
Světlo (viditelneacute zaacuteřeniacute) 08 μm - 04 μm
Ultrafialoveacute zaacuteřeniacute 04 microm - 01 microm
Roumlntgenovo zaacuteřeniacute (X-paprsky) 15 nm - 0005 nm
γ-zaacuteřeniacute pod 00001 nm
Přibližneacute hodnoty ndash individuaacutelniacute vlastnosti zraku různyacutech lidiacute
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
rarr se zkracujiacuteciacute se vlnovou deacutelkou se zvyšuje frekvence (energie)
Viditelneacute
Vlnoveacute deacutelky světla a relativniacute citlivost oka
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and Electronic
Imaging Willey-Blackwell Published 2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
= zrakovyacute pigment citlivyacute na
světlo nachaacutezejiacuteciacute se v tyčinkaacutech Jodopsin = zrakovyacute pigment citlivyacute na
barvu nachaacutezejiacuteciacute se v čiacutepciacutech
S v ě t l o
Duaacutelniacute charakter světla ndash vlněniacute i proud čaacutestic (fotonů)
Vlnovyacute model světla
vlna elektrickaacute a magnetickaacute (elektromagnetickaacute vlna je tvořena oscilujiacuteciacutem elektrickyacutem a
magnetickyacutem polem na sebe kolmyacutech a nesouciacutech vpřed energii)
Pro uacutečinky světla v mikroskopu je důležitaacute vlna elektrickaacute
= přiacutečneacute vlněniacute
postupneacute kmitaacuteniacute
jednotlivyacutech vedle sebe
ležiacuteciacutech bodů
Scheacutema světla jako elektromagnetickeacute vlny
Obr httpwwwprosoundwebcomarticleprintinvaders_from_
outer_space_electromagnetic_radiation_interference
λ - vlnovaacute deacutelka
(v oblasti svět zaacuteřeniacute
v rozmeziacute od 380 do 780 nm)
určuje barvu světla
a - amplituda
nejvyššiacute hodnota
určuje intenzitu světla
Z hlediska vlnoveacute deacutelky rozlišujeme
polychromatickeacute x monochromatickeacute světlo (selekce pomociacute barevnyacutech filtrů rarr jednotnaacute vlnovaacute deacutelka světlo zeleneacute červeneacute hellip)
Elektrickaacute vlna - sinusoida
Charakterizovaacutena dvěma veličinami
Pazourek 1975
Vlastnosti světla
Rovnoměrneacute šiacuteřeniacute světla ze zaacuteřiacuteciacuteho bodu na všechny strany rarr vlnovaacute plocha tvaru koule
Paprsek ndash směr kteryacutem se vlněniacute šiacuteřiacute a kteryacute je kolmyacute
na vlnoplochu
Pazourek 1975
- paprsek nepolarizovanyacute (A C) ndash kmitaacute v každeacutem
miacutestě a v průběhu času ve všech možnyacutech směrech
kolmyacutech na směr šiacuteřeniacute paprsku
- paprsek polarizovanyacute (B D1 D2) - kmitaacute v jedneacute
rovině přičemž rovina kmitů (vlněniacute) jednoho z nich je
kolmaacute k rovině kmitů druheacuteho
Pazourek 1975
Polarizovaneacute světlo viz
httpswwwyoutubecomwatchv=gP751qpm4n4
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and
Electronic Imaging Jonh Wkiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
Osm různyacutech vlnovyacutech forem světla (znaacutezorňujiacuteciacutech různou kvalitu světla)
Odraz a lom světelnyacutech paprsků
v prostřediacutech různeacute hustoty
Důležitaacute charakteristika prostřediacute
index lomu ( n ) (= optickaacute hustota prostřediacute)
c = rychlost světla ve vakuu (stejnaacute pro všechny λ )
v = rychlost světla určiteacute vlnoveacute deacutelky ve zkoumaneacute laacutetce
c
n =
v
zde absolutniacute index lomu
(bezrozměrnaacute fyzikaacutelniacute veličina jeho jednotka je 1)
Rychlost světla (c) určiteacute vlnoveacute
deacutelky v různyacutech prostřediacutech
c ve vakuu
= 300 000 kms
Index lomu (n) některyacutech laacutetek
vzduch (vakuum) helliphellip 100 (vzduch 10002718)
voda helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 133
plexisklo helliphelliphelliphelliphelliphellip 140 ndash 152
křemenneacute sklo helliphellip hellip 145 (čočka z křemene z Ninive ndash 7 stol přnl)
běžneacute sklo helliphelliphelliphelliphellip 151
cedrovyacute olej helliphelliphelliphelliphellip 151
imerzniacute olej Olympus hellip 1516 pro fluorescenci 1404
kanadskyacute balzaacutem helliphellip 150
krystal NaCl helliphelliphelliphellip 154
korunoveacute sklo helliphelliphelliphellip 145 ndash 156 (sodno-draselneacute bezolovnateacute)
flintoveacute sklo helliphelliphelliphellip 162 ndash 180 (olovnateacute)
diamant helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 242
Index lomu je vždy většiacute než 100
očniacute čočka hellip 1406
sklivec helliphelliphellip 1336
Odraz světla rovnyacutem zrcadlem (reflexe)
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice dopadu a paprsek odraženyacute
ležiacute v jedneacute rovině
2 Uacutehel odrazu se rovnaacute uacutehlu dopadu
Odraz a lom paprsku
k
Důležiteacute pro mikroskopii (astronomii)
- neniacute zaacutevislost na vlnoveacute deacutelce světla (λ)
- na rozdiacutel od lomu paprsků se světelneacute
paprsky se odraacutežejiacute stejně
Pazourek 1975
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice lomu a paprsek lomenyacute ležiacute v teacuteže rovině
Lom světla (refrakce)
2 Při přechodu z prostřediacute opticky řidšiacuteho do prostřediacute opticky hustšiacuteho se paprsek laacuteme ke kolmici (A)
a z prostřediacute opticky hustšiacuteho
do prostřediacute opticky řidšiacuteho
se laacuteme od kolmice (B)
(C a D) ndash uacuteplnyacute odraz při tzv
mezniacutem uacutehlu dopadu paprsku
v přiacutepadě lomu od kolmice (B)
(viz Nikol odrazneacute hranoly světlovodneacute vlaacutekno nebo fluorescenčniacute metoda TIRFM ndash totaacutelniacute odraz exitačniacuteho zaacuteřeniacute)
Pazourek 1975
Svatyacute Kryštof od
švyacutecarskeacuteho maliacuteře
Konrada Witze (kolem 1400ndash1446)
Witz byl jedniacutem z prvniacutech
maliacuteřů kteryacute namaloval
přesnyacute způsob odrazu
světla na vodě
Disperze (rozklad) světla
= důsledek zaacutevislosti rychlosti světla v laacutetkaacutech na frekvenci světla
(λ = c f)
světlo různyacutech barev (λ)
se laacuteme různě
(červeneacute se lomiacute meacuteně než modreacute)
Přiacuteklad disperze (rozkladu) světla
Primaacuterniacute a sekundaacuterniacute duha Severniacute Čechy Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
D u h a
Jeden z mnoha
optickyacutech
jevů (fotometeorů)
v atmosfeacuteře
Rok 312 nl - před bitvou byzantskeacuteho ciacutesaře Konstantina I (272-337) s
konkurenčniacutem ciacutesařem Maxentiem u bran Řiacutema (tzv bitva u Milvijskeacuteho mostu) se
na obloze objevily tři zaacuteřiacuteciacute křiacuteže (halovyacute sloup parheacutelia a parhelickyacute oblouk)
Konstantin bitvu proti přesile vyhraacutel sjednotil řiacuteši a povolil v niacute vyznaacutevat křesťanstviacute
Maleacute halo (22deg) (viz 1) vedlejšiacute slunce (2) a horniacute a dolniacute halovyacute sloup (3)
vznikajiacuteciacute odrazem a lomem světelnyacutech paprsků na krystalciacutech ledu
Lom světla a dějiny
httptmagazineblogsnytimescom20121126halo-effect_r=0
1
3
2 2
3
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
Internet Učebniacute texty Katedry Optiky UP Olomouc Světelnaacute mikroskopie (doc Roman Kubiacutenek)
httpapfyzupolczucebniceoptmikrohtml
httpapfyzupolczucebnicedownoptmikropdf
Leacutekařskaacute fakulta UP Olomouc httpbiologieupolczmikroskopie
Nebesaacuteřovaacute J Elektronovaacute mikroskopie pro biology
httpwwwparucasczlembookindexhtml
skripta httpwwwmikroskopiaskpage8html (slovensky)
httpwwwhistory-of-the-microscopeorg
Kurzy mikroskopie na httpmicroscopydukeedu httpmicroscopydukeeduconceptshtml
Internetoveacute adresy o mikroskopech různyacutech firem Olympus httpwwwolympuscz httpwwwolympusmicrocom
Olympus_2011 - httpwwwmujolympusczdata20110209095419bodyhtm
Kniha o světelneacute mikroskopii na www
Davidson and Abramowitz Optical Microscopy Review Article
httpolympusmagnetfsueduprimeropticalmicroscopyhtml
Přiacuteručka firmy Zeiss httpwwwusaskcabiologyscopesMicroscopyBasicspdf
Nikon httpwwwmicroscopyucom
Přiacuteručka firmy Nikon httpwwwareczdatafilezakladni_metody_svetelne_mikroskopiepdf
Odkazy na literaturu
httplommicroscopyweeblycombasics-of-light-microscopy-and-opticshtml
Virtuaacutelniacute obraacutezky
httpwwwolympusmicrocomprimerjava
httpzeiss-campusmagnetfsuedututorialsindexhtml
Historie mikroskopovaacuteniacute
Optickeacute principy
světelneacute mikroskopie
Přednaacuteška 1
Pavla Vaacutelovaacute 2018
naacutezev z řec mikroacutes = malyacute skopoacutes = pozorovatel
vynaacutelez mikroskopu ndash konec 16 stol (technickyacute rozmach lidstva)
1625 - naacutezev mikroskop odvozenyacute od naacutezvu teleskop
(Giovanni Faber z Bambergu ndash papežskyacute leacutekař )
H i s t o r i e o b j e v u m i k r o s k o p u
Dřiacutevějšiacute pozorovaacuteniacute
Řecko - Aristofanes Atheacutenskyacute (424-380 př n l) - ve hře bdquoOblakaldquo
popis zraněniacute paprskem slunce prochaacutezejiacuteciacuteho skleněnou
kouliacute naplněnou vodou
Řiacutemskaacute doba
- filosof Seneca (asi 4 přnl-65 nl) - zvětšeniacute piacutesmen
pomociacute skleněneacute koule naplněneacute vodou
- Klaudius Ptolemaios (asi 100-170 nl) ndash diacutelo bdquoOptikaldquo -
poznatky o odraze paprsků a lomu paprsků skrz sklo
11 stol - Ibn al Haitham (bdquoAlhazenldquo) (965-1039) - arabskyacute fyzik a
matematik diacutelo bdquoPojednaacuteniacute o opticeldquo ndash zkoumaacute vlastnosti
světla (lom a odraz) čočky a zrcadla
viz Anna Černaacute Mikroskop pod drobnohledem Živa 52017 str CXXVIII
14 stol ndash zvlaacutednutiacute techniky broušeniacute čoček do bryacuteliacute (italštiacute mniši)
konec 16 stol ndash vynaacutelez mikroskopu
kolem roku 1590 - Hans a Zacharias Janssenovi (Holandsko otec a syn)
H i s t o r i e o b j e v u m i k r o s k o p u
- konstrukce prvniacuteho použitelneacuteho mikroskopu (ze dvou čoček)
- čočky vypoukleacute i vyduteacute
- zvětšeniacute mikroskopu 60x
viz kniha a film bdquoJmeacuteno růželdquo od Umberta Eca
Systeacutem dvou čoček
16 stol
deacutelka 12 m
(tzv kompaudniacute mikroskop)
httpwwwmicroscopyfsueduprimermuseum
httpmicromagnetfsueduprimermuseumjanssenhtml
httpwwwapsorgpublicationsapsnews200403historycfm
Janssenův mikroskop
17 stol Galileo Galilei (1564-1642)
ndash italskyacute astronom a matematik
1604-1609 ndash konstrukce dalekohledu
- použitiacute složeneacuteho mikroskopu
nazvaneacuteho occhiolino
k vědeckyacutem uacutečelům (pozorovaacuteniacute
oka mouchy)
Nejasnosti kolem vynaacutelezu mikroskopu
ndash z dobovyacutech zpraacutev neniacute jasneacute zda se jednaacute o mikroskop
jehož okulaacuterem je spojka nebo o dalekohled s rozptylkou
(kteryacute použiacuteval Galileo)
Anthony van Leeuwenhoek (1632-1723)
ndash obchodniacutek s laacutetkami v holandskeacutem Delftu
ndash sestrojil jednočočkovyacute mikroskop silnyacute zvětšovaciacute
efekt čočky
(až 270x)
ndash nejprve zkoumaacuteniacute struktury laacutetek
později zkoumal listy květiny drobneacute organismy lidskou krev kůži vlasy hellip
- prvniacute viděl a popsal krevniacute buňky chovaacuteniacute lidskyacutech spermiiacute
- vyacuteroba asi 250 mikroskopů
17 stol
Jednočočkovyacute Leeuwenhoekův
mikroskop
httpbiologimediacentrecomwp-contentuploads201101image2png
Anglickyacute původ Italskyacute původ
17 stol
Prvniacute světelneacute mikroskopy
Jednočočkovyacute
mikroskop Dvoučočkoveacute
mikroskopy
Robert Hook (1635-1703) [huacutek]
ndash anglickyacute fyzik chemik geolog astronom hellip
ndash použiacuteval zakoupenyacute složenyacute mikroskop s viacutece
čočkami (tzv kompaudniacute) vylepšenyacute o kvalitniacute osvětleniacute
17 stol
Hookův mikroskop
- vylepšeniacute osvětleniacute použitiacute irisoveacute clony
irisovaacute clona
- zkoumaacuteniacute slabyacutech plaacutetků korku z korkovniacuteku
živeacute laacutetky jsou tvořeny buňkami
- 1665 - kniha bdquoMicrographialdquo
mikroskopickeacute pozorovaacuteniacute rostlinnyacutech
pletiv živočišnyacutech objektů a struktur
mineraacutelů
Rok vydaacuteniacute 1665 Micrographia or some Physiological Descriptions of Minute Bodies
made by Magnifying Glasses with Observations and Inquiries thereupon
London 1665
17 stol Leeuwenhoek Hook
Angličan Henry Power (1626ndash1668) ndash jako
prvniacute (1663) publikoval pozorovaacuteniacute mikroskopem
Marcello Malphighi (1628ndash1694)
italskyacute leacutekař
zakladatel mikroskopickeacute anatomie
- objev krevniacutech kapilaacuter savců (1661)
- malphigickeacute trubice hmyzu
18 stol
ndash mikroskopy přežily jako hračka pro zaacutebavu anglickyacutech gentlemanů zajiacutemajiacuteciacutech se o tajemstviacute přiacuterody
19 stol
zač 19 stol ndash Dollond Lister Amici - vynaacutelez
achromatickeacuteho objektivu
ndash do teacute doby použiacutevaacuteniacute jednočočkoveacuteho mikroskopu (dvoučočkovyacute
mikroskop podaacuteval značně zkreslenyacute obraz)
Vyacuteznačniacute vědci 19 stol použiacutevajiacuteciacute k svyacutem pozorovaacuteniacutem mikroskop
Robert Brown (1773-1858) - objev jaacutedra (1831)
Luis Pasteur (1822-1895) (francouzskyacute mikrobiolog)
- objev kvasinek
Robert Koch (1843-1910) (německyacute leacutekař a mikrobiolog)
- objev původců tuberkuloacutezy a cholery
Jan Evangelista Purkyně (1787-1869) (českyacute fyziolog)
- 1825 popsal jaacutedro u živočišneacute buňky (lupa)
od r 1832 použiacutevaacute kvalitniacute mikroskop
Microscope
stand VII
19 stol ndash dalšiacute vyacutevoj mikroskopů
Carl Zeiss ndash průmyslovaacute vyacuteroba mikroskopů (firma Zeiss)
Ernst Karl Abbe ndash teoretickaacute studia optickyacutech principů
Otto Schott ndash vyacutezkum optickeacuteho skla
August Koumlhler ndash kvalitniacute osvětleniacute
Otto Schott (1851-1935)
Ernst Abbe (1840-1905)
Carl Zeiss (1816-1888)
August Koumlhler (1866-1948)
Mikroskopy 19 stoletiacute
19 stol
20 stol
Konfokaacutelniacute mikroskop
A1R (Nikon)
BX60 (Olympus)
Laserovyacute fluorescenčniacute mikroskop bdquoLight Sheetldquo Centrum regionu Hanaacute pro biotechnologickyacute a zemědělskyacute vyacutezkum Odděleniacute buněčneacute biologie
21 stol
21 stol
Digitaacutelniacute holografickyacute mikroskop firmy Lynceacutee Tec
Důležitaacute data při rozvoji moderniacute světelneacute mikroskopie
1847 - Zahaacutejeniacute vyacuteroby mikroskopů firmou Carl Zeiss v Jeně
1903 - Ultramikroskop (Richard Zsigmondy NC 1925)
1911 - Fluorescenčniacute mikroskop (Carl Reichert)
1935 - Faacutezovyacute kontrast (Fritz Zernike NC 1953)
1955 - Diferenciaacutelniacute interferenčniacute kontrast (DIC ndash Nomarski)
1968 - Rastrovaciacute tandemovyacute konfokaacutelniacute mikroskop (TSCM)
1978 - Laserovyacute konfokaacutelniacute rastrovaciacute mikroskop
1994 - Princip STED mikroskopie (S W Hell NC 2014)
(Stimulated Emission Depletion ndash redukce fluorescence stimulovanou emisiacute)
po roce 2000 - rozvoj tzv superrozlišovaciacute mikroskopie
2006 - Super-resolučniacute fluorescenčniacute mikroskop (Eric Betzig
Stefan W Hell a William E Moerner NC za chemii 2014)
NC = Nobelova cena
30 leacuteta 20 stoletiacute
ndash hranice vyacutevoje optickeacuteho (paprskoveacuteho) mikroskopu
(hranice rozlišeniacute světelneacuteho mikroskopu je diacuteky velikosti deacutelky světla 02 microm)
- dalšiacute zvětšovaacuteniacute pozorovanyacutech objektů na jineacutem principu
- miacutesto světelneacuteho paprsku elektronovyacute paprsek
(= tok rychlyacutech elektronů)
- miacutesto skleněneacute čočky magnetickaacute čočka
1931 - Ernst Ruska Max Knoll
prvniacute elektronovyacute mikroskop
tzv prozařovaciacute transmisniacute EM
(TEM ndash Transmission Electron Microscope)
- originaacutelniacute zvětšeniacute 1 000 - 250 000x
Ernst Ruska (1906-1988)
1942 - rastrovaciacute EM
(SEM ndash Scanning Electron Microscope) - postupneacute bombardovaacuteniacute vzorku elektrony
- zvětšeniacute až 30 000x
EM UacuteMG AV ČR Praha-Krč
FEI ndash TECHNAIG2TEM + kryozařiacutezeniacute
200 kV (λ el = 00025 nm)
RS 01 nm
prvkovaacute analyacuteza vzorků
zařiacutezeniacute pro
prvkovou analyacutezu
vzorků
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
Brněnštiacute vědci z Uacutestavu přiacutestrojoveacute techniky AV ČR (UacutePT) a Mendelovy
univerzity představili novou metodu pozorovaacuteniacute rostlinnyacutech vzorků v jejich
přirozeneacutem stavu (za využitiacute kryoprotektiv)
Viacutece na httpe-svete15cztechnikacesti-vedci-posunuli-hranice-elektronove-mikroskopie-1174818
Enviromentaacutelniacute rastrovaciacute elektronovyacute mikroskop Aquasem II
TEM TITAN FEI Company Mgr Klaacutera Čeacutepe PhD
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute elektronovyacute mikroskop
schopnyacute nahleacutednout do struktury materiaacutelů až na uacuterovni atomů
a současně přesně zmapovat jejich chemickeacute složeniacute
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech
materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury
PřF UP OL
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute
elektronovyacute mikroskop TITAN (FEI)
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2015
Transmisniacute elektronovyacute
mikroskop Jeol
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury PřF UP OL
Neoptickeacute mikroskopy
1981
Řaacutedkovaciacute tunelovyacute mikroskop (STM ndash Scanning Tunnelling Microscope)
- mapovaacuteniacute povrchu pomociacute pohybu vodiveacuteho hrotu nad vodivyacutem povrchem sledovaneacuteho materiaacutelu
1986
Mikroskop atomaacuterniacutech sil (AMF ndash Atomic Force Miroscope)
- skenovaacuteniacute povrchu materiaacutelu pomociacute hrotu zavěšeneacutem na pružneacutem vyacutekyvneacutem rameacutenku kteryacute je přitahovaacuten elektrostatickyacutemi a Van der Walsovyacutemi silami
Rozlišeniacute v řaacutedech pikometrů (10-12 m) ndash rozeznaacuteniacute struktur
jednotlivyacutech atomů
O p t i c k eacute p r i n c i p y
světelneacute mikroskopie
Reichl J Všetička M Encyklopedie fyziky [online] copy2006-2014
[vid 2014] Dostupneacute z httpfyzikajreichlcommainarticleview431-optika Lepil O (2013) Fyzika pro gymnaacutezia Optika Prometheus Praha 4 přepracovaneacute vydaacuteniacute
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light
Microscopy and Electronic Imaging Willey-Blackwell Published
2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
Rozhlasoveacute a raacutedioveacute vlny 250 km - 1 mm
Infračerveneacute zaacuteřeniacute 05 mm - 08 μm
Světlo (viditelneacute zaacuteřeniacute) 08 μm - 04 μm
Ultrafialoveacute zaacuteřeniacute 04 microm - 01 microm
Roumlntgenovo zaacuteřeniacute (X-paprsky) 15 nm - 0005 nm
γ-zaacuteřeniacute pod 00001 nm
Přibližneacute hodnoty ndash individuaacutelniacute vlastnosti zraku různyacutech lidiacute
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
rarr se zkracujiacuteciacute se vlnovou deacutelkou se zvyšuje frekvence (energie)
Viditelneacute
Vlnoveacute deacutelky světla a relativniacute citlivost oka
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and Electronic
Imaging Willey-Blackwell Published 2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
= zrakovyacute pigment citlivyacute na
světlo nachaacutezejiacuteciacute se v tyčinkaacutech Jodopsin = zrakovyacute pigment citlivyacute na
barvu nachaacutezejiacuteciacute se v čiacutepciacutech
S v ě t l o
Duaacutelniacute charakter světla ndash vlněniacute i proud čaacutestic (fotonů)
Vlnovyacute model světla
vlna elektrickaacute a magnetickaacute (elektromagnetickaacute vlna je tvořena oscilujiacuteciacutem elektrickyacutem a
magnetickyacutem polem na sebe kolmyacutech a nesouciacutech vpřed energii)
Pro uacutečinky světla v mikroskopu je důležitaacute vlna elektrickaacute
= přiacutečneacute vlněniacute
postupneacute kmitaacuteniacute
jednotlivyacutech vedle sebe
ležiacuteciacutech bodů
Scheacutema světla jako elektromagnetickeacute vlny
Obr httpwwwprosoundwebcomarticleprintinvaders_from_
outer_space_electromagnetic_radiation_interference
λ - vlnovaacute deacutelka
(v oblasti svět zaacuteřeniacute
v rozmeziacute od 380 do 780 nm)
určuje barvu světla
a - amplituda
nejvyššiacute hodnota
určuje intenzitu světla
Z hlediska vlnoveacute deacutelky rozlišujeme
polychromatickeacute x monochromatickeacute světlo (selekce pomociacute barevnyacutech filtrů rarr jednotnaacute vlnovaacute deacutelka světlo zeleneacute červeneacute hellip)
Elektrickaacute vlna - sinusoida
Charakterizovaacutena dvěma veličinami
Pazourek 1975
Vlastnosti světla
Rovnoměrneacute šiacuteřeniacute světla ze zaacuteřiacuteciacuteho bodu na všechny strany rarr vlnovaacute plocha tvaru koule
Paprsek ndash směr kteryacutem se vlněniacute šiacuteřiacute a kteryacute je kolmyacute
na vlnoplochu
Pazourek 1975
- paprsek nepolarizovanyacute (A C) ndash kmitaacute v každeacutem
miacutestě a v průběhu času ve všech možnyacutech směrech
kolmyacutech na směr šiacuteřeniacute paprsku
- paprsek polarizovanyacute (B D1 D2) - kmitaacute v jedneacute
rovině přičemž rovina kmitů (vlněniacute) jednoho z nich je
kolmaacute k rovině kmitů druheacuteho
Pazourek 1975
Polarizovaneacute světlo viz
httpswwwyoutubecomwatchv=gP751qpm4n4
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and
Electronic Imaging Jonh Wkiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
Osm různyacutech vlnovyacutech forem světla (znaacutezorňujiacuteciacutech různou kvalitu světla)
Odraz a lom světelnyacutech paprsků
v prostřediacutech různeacute hustoty
Důležitaacute charakteristika prostřediacute
index lomu ( n ) (= optickaacute hustota prostřediacute)
c = rychlost světla ve vakuu (stejnaacute pro všechny λ )
v = rychlost světla určiteacute vlnoveacute deacutelky ve zkoumaneacute laacutetce
c
n =
v
zde absolutniacute index lomu
(bezrozměrnaacute fyzikaacutelniacute veličina jeho jednotka je 1)
Rychlost světla (c) určiteacute vlnoveacute
deacutelky v různyacutech prostřediacutech
c ve vakuu
= 300 000 kms
Index lomu (n) některyacutech laacutetek
vzduch (vakuum) helliphellip 100 (vzduch 10002718)
voda helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 133
plexisklo helliphelliphelliphelliphelliphellip 140 ndash 152
křemenneacute sklo helliphellip hellip 145 (čočka z křemene z Ninive ndash 7 stol přnl)
běžneacute sklo helliphelliphelliphelliphellip 151
cedrovyacute olej helliphelliphelliphelliphellip 151
imerzniacute olej Olympus hellip 1516 pro fluorescenci 1404
kanadskyacute balzaacutem helliphellip 150
krystal NaCl helliphelliphelliphellip 154
korunoveacute sklo helliphelliphelliphellip 145 ndash 156 (sodno-draselneacute bezolovnateacute)
flintoveacute sklo helliphelliphelliphellip 162 ndash 180 (olovnateacute)
diamant helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 242
Index lomu je vždy většiacute než 100
očniacute čočka hellip 1406
sklivec helliphelliphellip 1336
Odraz světla rovnyacutem zrcadlem (reflexe)
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice dopadu a paprsek odraženyacute
ležiacute v jedneacute rovině
2 Uacutehel odrazu se rovnaacute uacutehlu dopadu
Odraz a lom paprsku
k
Důležiteacute pro mikroskopii (astronomii)
- neniacute zaacutevislost na vlnoveacute deacutelce světla (λ)
- na rozdiacutel od lomu paprsků se světelneacute
paprsky se odraacutežejiacute stejně
Pazourek 1975
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice lomu a paprsek lomenyacute ležiacute v teacuteže rovině
Lom světla (refrakce)
2 Při přechodu z prostřediacute opticky řidšiacuteho do prostřediacute opticky hustšiacuteho se paprsek laacuteme ke kolmici (A)
a z prostřediacute opticky hustšiacuteho
do prostřediacute opticky řidšiacuteho
se laacuteme od kolmice (B)
(C a D) ndash uacuteplnyacute odraz při tzv
mezniacutem uacutehlu dopadu paprsku
v přiacutepadě lomu od kolmice (B)
(viz Nikol odrazneacute hranoly světlovodneacute vlaacutekno nebo fluorescenčniacute metoda TIRFM ndash totaacutelniacute odraz exitačniacuteho zaacuteřeniacute)
Pazourek 1975
Svatyacute Kryštof od
švyacutecarskeacuteho maliacuteře
Konrada Witze (kolem 1400ndash1446)
Witz byl jedniacutem z prvniacutech
maliacuteřů kteryacute namaloval
přesnyacute způsob odrazu
světla na vodě
Disperze (rozklad) světla
= důsledek zaacutevislosti rychlosti světla v laacutetkaacutech na frekvenci světla
(λ = c f)
světlo různyacutech barev (λ)
se laacuteme různě
(červeneacute se lomiacute meacuteně než modreacute)
Přiacuteklad disperze (rozkladu) světla
Primaacuterniacute a sekundaacuterniacute duha Severniacute Čechy Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
D u h a
Jeden z mnoha
optickyacutech
jevů (fotometeorů)
v atmosfeacuteře
Rok 312 nl - před bitvou byzantskeacuteho ciacutesaře Konstantina I (272-337) s
konkurenčniacutem ciacutesařem Maxentiem u bran Řiacutema (tzv bitva u Milvijskeacuteho mostu) se
na obloze objevily tři zaacuteřiacuteciacute křiacuteže (halovyacute sloup parheacutelia a parhelickyacute oblouk)
Konstantin bitvu proti přesile vyhraacutel sjednotil řiacuteši a povolil v niacute vyznaacutevat křesťanstviacute
Maleacute halo (22deg) (viz 1) vedlejšiacute slunce (2) a horniacute a dolniacute halovyacute sloup (3)
vznikajiacuteciacute odrazem a lomem světelnyacutech paprsků na krystalciacutech ledu
Lom světla a dějiny
httptmagazineblogsnytimescom20121126halo-effect_r=0
1
3
2 2
3
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
Historie mikroskopovaacuteniacute
Optickeacute principy
světelneacute mikroskopie
Přednaacuteška 1
Pavla Vaacutelovaacute 2018
naacutezev z řec mikroacutes = malyacute skopoacutes = pozorovatel
vynaacutelez mikroskopu ndash konec 16 stol (technickyacute rozmach lidstva)
1625 - naacutezev mikroskop odvozenyacute od naacutezvu teleskop
(Giovanni Faber z Bambergu ndash papežskyacute leacutekař )
H i s t o r i e o b j e v u m i k r o s k o p u
Dřiacutevějšiacute pozorovaacuteniacute
Řecko - Aristofanes Atheacutenskyacute (424-380 př n l) - ve hře bdquoOblakaldquo
popis zraněniacute paprskem slunce prochaacutezejiacuteciacuteho skleněnou
kouliacute naplněnou vodou
Řiacutemskaacute doba
- filosof Seneca (asi 4 přnl-65 nl) - zvětšeniacute piacutesmen
pomociacute skleněneacute koule naplněneacute vodou
- Klaudius Ptolemaios (asi 100-170 nl) ndash diacutelo bdquoOptikaldquo -
poznatky o odraze paprsků a lomu paprsků skrz sklo
11 stol - Ibn al Haitham (bdquoAlhazenldquo) (965-1039) - arabskyacute fyzik a
matematik diacutelo bdquoPojednaacuteniacute o opticeldquo ndash zkoumaacute vlastnosti
světla (lom a odraz) čočky a zrcadla
viz Anna Černaacute Mikroskop pod drobnohledem Živa 52017 str CXXVIII
14 stol ndash zvlaacutednutiacute techniky broušeniacute čoček do bryacuteliacute (italštiacute mniši)
konec 16 stol ndash vynaacutelez mikroskopu
kolem roku 1590 - Hans a Zacharias Janssenovi (Holandsko otec a syn)
H i s t o r i e o b j e v u m i k r o s k o p u
- konstrukce prvniacuteho použitelneacuteho mikroskopu (ze dvou čoček)
- čočky vypoukleacute i vyduteacute
- zvětšeniacute mikroskopu 60x
viz kniha a film bdquoJmeacuteno růželdquo od Umberta Eca
Systeacutem dvou čoček
16 stol
deacutelka 12 m
(tzv kompaudniacute mikroskop)
httpwwwmicroscopyfsueduprimermuseum
httpmicromagnetfsueduprimermuseumjanssenhtml
httpwwwapsorgpublicationsapsnews200403historycfm
Janssenův mikroskop
17 stol Galileo Galilei (1564-1642)
ndash italskyacute astronom a matematik
1604-1609 ndash konstrukce dalekohledu
- použitiacute složeneacuteho mikroskopu
nazvaneacuteho occhiolino
k vědeckyacutem uacutečelům (pozorovaacuteniacute
oka mouchy)
Nejasnosti kolem vynaacutelezu mikroskopu
ndash z dobovyacutech zpraacutev neniacute jasneacute zda se jednaacute o mikroskop
jehož okulaacuterem je spojka nebo o dalekohled s rozptylkou
(kteryacute použiacuteval Galileo)
Anthony van Leeuwenhoek (1632-1723)
ndash obchodniacutek s laacutetkami v holandskeacutem Delftu
ndash sestrojil jednočočkovyacute mikroskop silnyacute zvětšovaciacute
efekt čočky
(až 270x)
ndash nejprve zkoumaacuteniacute struktury laacutetek
později zkoumal listy květiny drobneacute organismy lidskou krev kůži vlasy hellip
- prvniacute viděl a popsal krevniacute buňky chovaacuteniacute lidskyacutech spermiiacute
- vyacuteroba asi 250 mikroskopů
17 stol
Jednočočkovyacute Leeuwenhoekův
mikroskop
httpbiologimediacentrecomwp-contentuploads201101image2png
Anglickyacute původ Italskyacute původ
17 stol
Prvniacute světelneacute mikroskopy
Jednočočkovyacute
mikroskop Dvoučočkoveacute
mikroskopy
Robert Hook (1635-1703) [huacutek]
ndash anglickyacute fyzik chemik geolog astronom hellip
ndash použiacuteval zakoupenyacute složenyacute mikroskop s viacutece
čočkami (tzv kompaudniacute) vylepšenyacute o kvalitniacute osvětleniacute
17 stol
Hookův mikroskop
- vylepšeniacute osvětleniacute použitiacute irisoveacute clony
irisovaacute clona
- zkoumaacuteniacute slabyacutech plaacutetků korku z korkovniacuteku
živeacute laacutetky jsou tvořeny buňkami
- 1665 - kniha bdquoMicrographialdquo
mikroskopickeacute pozorovaacuteniacute rostlinnyacutech
pletiv živočišnyacutech objektů a struktur
mineraacutelů
Rok vydaacuteniacute 1665 Micrographia or some Physiological Descriptions of Minute Bodies
made by Magnifying Glasses with Observations and Inquiries thereupon
London 1665
17 stol Leeuwenhoek Hook
Angličan Henry Power (1626ndash1668) ndash jako
prvniacute (1663) publikoval pozorovaacuteniacute mikroskopem
Marcello Malphighi (1628ndash1694)
italskyacute leacutekař
zakladatel mikroskopickeacute anatomie
- objev krevniacutech kapilaacuter savců (1661)
- malphigickeacute trubice hmyzu
18 stol
ndash mikroskopy přežily jako hračka pro zaacutebavu anglickyacutech gentlemanů zajiacutemajiacuteciacutech se o tajemstviacute přiacuterody
19 stol
zač 19 stol ndash Dollond Lister Amici - vynaacutelez
achromatickeacuteho objektivu
ndash do teacute doby použiacutevaacuteniacute jednočočkoveacuteho mikroskopu (dvoučočkovyacute
mikroskop podaacuteval značně zkreslenyacute obraz)
Vyacuteznačniacute vědci 19 stol použiacutevajiacuteciacute k svyacutem pozorovaacuteniacutem mikroskop
Robert Brown (1773-1858) - objev jaacutedra (1831)
Luis Pasteur (1822-1895) (francouzskyacute mikrobiolog)
- objev kvasinek
Robert Koch (1843-1910) (německyacute leacutekař a mikrobiolog)
- objev původců tuberkuloacutezy a cholery
Jan Evangelista Purkyně (1787-1869) (českyacute fyziolog)
- 1825 popsal jaacutedro u živočišneacute buňky (lupa)
od r 1832 použiacutevaacute kvalitniacute mikroskop
Microscope
stand VII
19 stol ndash dalšiacute vyacutevoj mikroskopů
Carl Zeiss ndash průmyslovaacute vyacuteroba mikroskopů (firma Zeiss)
Ernst Karl Abbe ndash teoretickaacute studia optickyacutech principů
Otto Schott ndash vyacutezkum optickeacuteho skla
August Koumlhler ndash kvalitniacute osvětleniacute
Otto Schott (1851-1935)
Ernst Abbe (1840-1905)
Carl Zeiss (1816-1888)
August Koumlhler (1866-1948)
Mikroskopy 19 stoletiacute
19 stol
20 stol
Konfokaacutelniacute mikroskop
A1R (Nikon)
BX60 (Olympus)
Laserovyacute fluorescenčniacute mikroskop bdquoLight Sheetldquo Centrum regionu Hanaacute pro biotechnologickyacute a zemědělskyacute vyacutezkum Odděleniacute buněčneacute biologie
21 stol
21 stol
Digitaacutelniacute holografickyacute mikroskop firmy Lynceacutee Tec
Důležitaacute data při rozvoji moderniacute světelneacute mikroskopie
1847 - Zahaacutejeniacute vyacuteroby mikroskopů firmou Carl Zeiss v Jeně
1903 - Ultramikroskop (Richard Zsigmondy NC 1925)
1911 - Fluorescenčniacute mikroskop (Carl Reichert)
1935 - Faacutezovyacute kontrast (Fritz Zernike NC 1953)
1955 - Diferenciaacutelniacute interferenčniacute kontrast (DIC ndash Nomarski)
1968 - Rastrovaciacute tandemovyacute konfokaacutelniacute mikroskop (TSCM)
1978 - Laserovyacute konfokaacutelniacute rastrovaciacute mikroskop
1994 - Princip STED mikroskopie (S W Hell NC 2014)
(Stimulated Emission Depletion ndash redukce fluorescence stimulovanou emisiacute)
po roce 2000 - rozvoj tzv superrozlišovaciacute mikroskopie
2006 - Super-resolučniacute fluorescenčniacute mikroskop (Eric Betzig
Stefan W Hell a William E Moerner NC za chemii 2014)
NC = Nobelova cena
30 leacuteta 20 stoletiacute
ndash hranice vyacutevoje optickeacuteho (paprskoveacuteho) mikroskopu
(hranice rozlišeniacute světelneacuteho mikroskopu je diacuteky velikosti deacutelky světla 02 microm)
- dalšiacute zvětšovaacuteniacute pozorovanyacutech objektů na jineacutem principu
- miacutesto světelneacuteho paprsku elektronovyacute paprsek
(= tok rychlyacutech elektronů)
- miacutesto skleněneacute čočky magnetickaacute čočka
1931 - Ernst Ruska Max Knoll
prvniacute elektronovyacute mikroskop
tzv prozařovaciacute transmisniacute EM
(TEM ndash Transmission Electron Microscope)
- originaacutelniacute zvětšeniacute 1 000 - 250 000x
Ernst Ruska (1906-1988)
1942 - rastrovaciacute EM
(SEM ndash Scanning Electron Microscope) - postupneacute bombardovaacuteniacute vzorku elektrony
- zvětšeniacute až 30 000x
EM UacuteMG AV ČR Praha-Krč
FEI ndash TECHNAIG2TEM + kryozařiacutezeniacute
200 kV (λ el = 00025 nm)
RS 01 nm
prvkovaacute analyacuteza vzorků
zařiacutezeniacute pro
prvkovou analyacutezu
vzorků
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
Brněnštiacute vědci z Uacutestavu přiacutestrojoveacute techniky AV ČR (UacutePT) a Mendelovy
univerzity představili novou metodu pozorovaacuteniacute rostlinnyacutech vzorků v jejich
přirozeneacutem stavu (za využitiacute kryoprotektiv)
Viacutece na httpe-svete15cztechnikacesti-vedci-posunuli-hranice-elektronove-mikroskopie-1174818
Enviromentaacutelniacute rastrovaciacute elektronovyacute mikroskop Aquasem II
TEM TITAN FEI Company Mgr Klaacutera Čeacutepe PhD
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute elektronovyacute mikroskop
schopnyacute nahleacutednout do struktury materiaacutelů až na uacuterovni atomů
a současně přesně zmapovat jejich chemickeacute složeniacute
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech
materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury
PřF UP OL
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute
elektronovyacute mikroskop TITAN (FEI)
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2015
Transmisniacute elektronovyacute
mikroskop Jeol
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury PřF UP OL
Neoptickeacute mikroskopy
1981
Řaacutedkovaciacute tunelovyacute mikroskop (STM ndash Scanning Tunnelling Microscope)
- mapovaacuteniacute povrchu pomociacute pohybu vodiveacuteho hrotu nad vodivyacutem povrchem sledovaneacuteho materiaacutelu
1986
Mikroskop atomaacuterniacutech sil (AMF ndash Atomic Force Miroscope)
- skenovaacuteniacute povrchu materiaacutelu pomociacute hrotu zavěšeneacutem na pružneacutem vyacutekyvneacutem rameacutenku kteryacute je přitahovaacuten elektrostatickyacutemi a Van der Walsovyacutemi silami
Rozlišeniacute v řaacutedech pikometrů (10-12 m) ndash rozeznaacuteniacute struktur
jednotlivyacutech atomů
O p t i c k eacute p r i n c i p y
světelneacute mikroskopie
Reichl J Všetička M Encyklopedie fyziky [online] copy2006-2014
[vid 2014] Dostupneacute z httpfyzikajreichlcommainarticleview431-optika Lepil O (2013) Fyzika pro gymnaacutezia Optika Prometheus Praha 4 přepracovaneacute vydaacuteniacute
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light
Microscopy and Electronic Imaging Willey-Blackwell Published
2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
Rozhlasoveacute a raacutedioveacute vlny 250 km - 1 mm
Infračerveneacute zaacuteřeniacute 05 mm - 08 μm
Světlo (viditelneacute zaacuteřeniacute) 08 μm - 04 μm
Ultrafialoveacute zaacuteřeniacute 04 microm - 01 microm
Roumlntgenovo zaacuteřeniacute (X-paprsky) 15 nm - 0005 nm
γ-zaacuteřeniacute pod 00001 nm
Přibližneacute hodnoty ndash individuaacutelniacute vlastnosti zraku různyacutech lidiacute
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
rarr se zkracujiacuteciacute se vlnovou deacutelkou se zvyšuje frekvence (energie)
Viditelneacute
Vlnoveacute deacutelky světla a relativniacute citlivost oka
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and Electronic
Imaging Willey-Blackwell Published 2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
= zrakovyacute pigment citlivyacute na
světlo nachaacutezejiacuteciacute se v tyčinkaacutech Jodopsin = zrakovyacute pigment citlivyacute na
barvu nachaacutezejiacuteciacute se v čiacutepciacutech
S v ě t l o
Duaacutelniacute charakter světla ndash vlněniacute i proud čaacutestic (fotonů)
Vlnovyacute model světla
vlna elektrickaacute a magnetickaacute (elektromagnetickaacute vlna je tvořena oscilujiacuteciacutem elektrickyacutem a
magnetickyacutem polem na sebe kolmyacutech a nesouciacutech vpřed energii)
Pro uacutečinky světla v mikroskopu je důležitaacute vlna elektrickaacute
= přiacutečneacute vlněniacute
postupneacute kmitaacuteniacute
jednotlivyacutech vedle sebe
ležiacuteciacutech bodů
Scheacutema světla jako elektromagnetickeacute vlny
Obr httpwwwprosoundwebcomarticleprintinvaders_from_
outer_space_electromagnetic_radiation_interference
λ - vlnovaacute deacutelka
(v oblasti svět zaacuteřeniacute
v rozmeziacute od 380 do 780 nm)
určuje barvu světla
a - amplituda
nejvyššiacute hodnota
určuje intenzitu světla
Z hlediska vlnoveacute deacutelky rozlišujeme
polychromatickeacute x monochromatickeacute světlo (selekce pomociacute barevnyacutech filtrů rarr jednotnaacute vlnovaacute deacutelka světlo zeleneacute červeneacute hellip)
Elektrickaacute vlna - sinusoida
Charakterizovaacutena dvěma veličinami
Pazourek 1975
Vlastnosti světla
Rovnoměrneacute šiacuteřeniacute světla ze zaacuteřiacuteciacuteho bodu na všechny strany rarr vlnovaacute plocha tvaru koule
Paprsek ndash směr kteryacutem se vlněniacute šiacuteřiacute a kteryacute je kolmyacute
na vlnoplochu
Pazourek 1975
- paprsek nepolarizovanyacute (A C) ndash kmitaacute v každeacutem
miacutestě a v průběhu času ve všech možnyacutech směrech
kolmyacutech na směr šiacuteřeniacute paprsku
- paprsek polarizovanyacute (B D1 D2) - kmitaacute v jedneacute
rovině přičemž rovina kmitů (vlněniacute) jednoho z nich je
kolmaacute k rovině kmitů druheacuteho
Pazourek 1975
Polarizovaneacute světlo viz
httpswwwyoutubecomwatchv=gP751qpm4n4
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and
Electronic Imaging Jonh Wkiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
Osm různyacutech vlnovyacutech forem světla (znaacutezorňujiacuteciacutech různou kvalitu světla)
Odraz a lom světelnyacutech paprsků
v prostřediacutech různeacute hustoty
Důležitaacute charakteristika prostřediacute
index lomu ( n ) (= optickaacute hustota prostřediacute)
c = rychlost světla ve vakuu (stejnaacute pro všechny λ )
v = rychlost světla určiteacute vlnoveacute deacutelky ve zkoumaneacute laacutetce
c
n =
v
zde absolutniacute index lomu
(bezrozměrnaacute fyzikaacutelniacute veličina jeho jednotka je 1)
Rychlost světla (c) určiteacute vlnoveacute
deacutelky v různyacutech prostřediacutech
c ve vakuu
= 300 000 kms
Index lomu (n) některyacutech laacutetek
vzduch (vakuum) helliphellip 100 (vzduch 10002718)
voda helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 133
plexisklo helliphelliphelliphelliphelliphellip 140 ndash 152
křemenneacute sklo helliphellip hellip 145 (čočka z křemene z Ninive ndash 7 stol přnl)
běžneacute sklo helliphelliphelliphelliphellip 151
cedrovyacute olej helliphelliphelliphelliphellip 151
imerzniacute olej Olympus hellip 1516 pro fluorescenci 1404
kanadskyacute balzaacutem helliphellip 150
krystal NaCl helliphelliphelliphellip 154
korunoveacute sklo helliphelliphelliphellip 145 ndash 156 (sodno-draselneacute bezolovnateacute)
flintoveacute sklo helliphelliphelliphellip 162 ndash 180 (olovnateacute)
diamant helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 242
Index lomu je vždy většiacute než 100
očniacute čočka hellip 1406
sklivec helliphelliphellip 1336
Odraz světla rovnyacutem zrcadlem (reflexe)
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice dopadu a paprsek odraženyacute
ležiacute v jedneacute rovině
2 Uacutehel odrazu se rovnaacute uacutehlu dopadu
Odraz a lom paprsku
k
Důležiteacute pro mikroskopii (astronomii)
- neniacute zaacutevislost na vlnoveacute deacutelce světla (λ)
- na rozdiacutel od lomu paprsků se světelneacute
paprsky se odraacutežejiacute stejně
Pazourek 1975
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice lomu a paprsek lomenyacute ležiacute v teacuteže rovině
Lom světla (refrakce)
2 Při přechodu z prostřediacute opticky řidšiacuteho do prostřediacute opticky hustšiacuteho se paprsek laacuteme ke kolmici (A)
a z prostřediacute opticky hustšiacuteho
do prostřediacute opticky řidšiacuteho
se laacuteme od kolmice (B)
(C a D) ndash uacuteplnyacute odraz při tzv
mezniacutem uacutehlu dopadu paprsku
v přiacutepadě lomu od kolmice (B)
(viz Nikol odrazneacute hranoly světlovodneacute vlaacutekno nebo fluorescenčniacute metoda TIRFM ndash totaacutelniacute odraz exitačniacuteho zaacuteřeniacute)
Pazourek 1975
Svatyacute Kryštof od
švyacutecarskeacuteho maliacuteře
Konrada Witze (kolem 1400ndash1446)
Witz byl jedniacutem z prvniacutech
maliacuteřů kteryacute namaloval
přesnyacute způsob odrazu
světla na vodě
Disperze (rozklad) světla
= důsledek zaacutevislosti rychlosti světla v laacutetkaacutech na frekvenci světla
(λ = c f)
světlo různyacutech barev (λ)
se laacuteme různě
(červeneacute se lomiacute meacuteně než modreacute)
Přiacuteklad disperze (rozkladu) světla
Primaacuterniacute a sekundaacuterniacute duha Severniacute Čechy Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
D u h a
Jeden z mnoha
optickyacutech
jevů (fotometeorů)
v atmosfeacuteře
Rok 312 nl - před bitvou byzantskeacuteho ciacutesaře Konstantina I (272-337) s
konkurenčniacutem ciacutesařem Maxentiem u bran Řiacutema (tzv bitva u Milvijskeacuteho mostu) se
na obloze objevily tři zaacuteřiacuteciacute křiacuteže (halovyacute sloup parheacutelia a parhelickyacute oblouk)
Konstantin bitvu proti přesile vyhraacutel sjednotil řiacuteši a povolil v niacute vyznaacutevat křesťanstviacute
Maleacute halo (22deg) (viz 1) vedlejšiacute slunce (2) a horniacute a dolniacute halovyacute sloup (3)
vznikajiacuteciacute odrazem a lomem světelnyacutech paprsků na krystalciacutech ledu
Lom světla a dějiny
httptmagazineblogsnytimescom20121126halo-effect_r=0
1
3
2 2
3
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
naacutezev z řec mikroacutes = malyacute skopoacutes = pozorovatel
vynaacutelez mikroskopu ndash konec 16 stol (technickyacute rozmach lidstva)
1625 - naacutezev mikroskop odvozenyacute od naacutezvu teleskop
(Giovanni Faber z Bambergu ndash papežskyacute leacutekař )
H i s t o r i e o b j e v u m i k r o s k o p u
Dřiacutevějšiacute pozorovaacuteniacute
Řecko - Aristofanes Atheacutenskyacute (424-380 př n l) - ve hře bdquoOblakaldquo
popis zraněniacute paprskem slunce prochaacutezejiacuteciacuteho skleněnou
kouliacute naplněnou vodou
Řiacutemskaacute doba
- filosof Seneca (asi 4 přnl-65 nl) - zvětšeniacute piacutesmen
pomociacute skleněneacute koule naplněneacute vodou
- Klaudius Ptolemaios (asi 100-170 nl) ndash diacutelo bdquoOptikaldquo -
poznatky o odraze paprsků a lomu paprsků skrz sklo
11 stol - Ibn al Haitham (bdquoAlhazenldquo) (965-1039) - arabskyacute fyzik a
matematik diacutelo bdquoPojednaacuteniacute o opticeldquo ndash zkoumaacute vlastnosti
světla (lom a odraz) čočky a zrcadla
viz Anna Černaacute Mikroskop pod drobnohledem Živa 52017 str CXXVIII
14 stol ndash zvlaacutednutiacute techniky broušeniacute čoček do bryacuteliacute (italštiacute mniši)
konec 16 stol ndash vynaacutelez mikroskopu
kolem roku 1590 - Hans a Zacharias Janssenovi (Holandsko otec a syn)
H i s t o r i e o b j e v u m i k r o s k o p u
- konstrukce prvniacuteho použitelneacuteho mikroskopu (ze dvou čoček)
- čočky vypoukleacute i vyduteacute
- zvětšeniacute mikroskopu 60x
viz kniha a film bdquoJmeacuteno růželdquo od Umberta Eca
Systeacutem dvou čoček
16 stol
deacutelka 12 m
(tzv kompaudniacute mikroskop)
httpwwwmicroscopyfsueduprimermuseum
httpmicromagnetfsueduprimermuseumjanssenhtml
httpwwwapsorgpublicationsapsnews200403historycfm
Janssenův mikroskop
17 stol Galileo Galilei (1564-1642)
ndash italskyacute astronom a matematik
1604-1609 ndash konstrukce dalekohledu
- použitiacute složeneacuteho mikroskopu
nazvaneacuteho occhiolino
k vědeckyacutem uacutečelům (pozorovaacuteniacute
oka mouchy)
Nejasnosti kolem vynaacutelezu mikroskopu
ndash z dobovyacutech zpraacutev neniacute jasneacute zda se jednaacute o mikroskop
jehož okulaacuterem je spojka nebo o dalekohled s rozptylkou
(kteryacute použiacuteval Galileo)
Anthony van Leeuwenhoek (1632-1723)
ndash obchodniacutek s laacutetkami v holandskeacutem Delftu
ndash sestrojil jednočočkovyacute mikroskop silnyacute zvětšovaciacute
efekt čočky
(až 270x)
ndash nejprve zkoumaacuteniacute struktury laacutetek
později zkoumal listy květiny drobneacute organismy lidskou krev kůži vlasy hellip
- prvniacute viděl a popsal krevniacute buňky chovaacuteniacute lidskyacutech spermiiacute
- vyacuteroba asi 250 mikroskopů
17 stol
Jednočočkovyacute Leeuwenhoekův
mikroskop
httpbiologimediacentrecomwp-contentuploads201101image2png
Anglickyacute původ Italskyacute původ
17 stol
Prvniacute světelneacute mikroskopy
Jednočočkovyacute
mikroskop Dvoučočkoveacute
mikroskopy
Robert Hook (1635-1703) [huacutek]
ndash anglickyacute fyzik chemik geolog astronom hellip
ndash použiacuteval zakoupenyacute složenyacute mikroskop s viacutece
čočkami (tzv kompaudniacute) vylepšenyacute o kvalitniacute osvětleniacute
17 stol
Hookův mikroskop
- vylepšeniacute osvětleniacute použitiacute irisoveacute clony
irisovaacute clona
- zkoumaacuteniacute slabyacutech plaacutetků korku z korkovniacuteku
živeacute laacutetky jsou tvořeny buňkami
- 1665 - kniha bdquoMicrographialdquo
mikroskopickeacute pozorovaacuteniacute rostlinnyacutech
pletiv živočišnyacutech objektů a struktur
mineraacutelů
Rok vydaacuteniacute 1665 Micrographia or some Physiological Descriptions of Minute Bodies
made by Magnifying Glasses with Observations and Inquiries thereupon
London 1665
17 stol Leeuwenhoek Hook
Angličan Henry Power (1626ndash1668) ndash jako
prvniacute (1663) publikoval pozorovaacuteniacute mikroskopem
Marcello Malphighi (1628ndash1694)
italskyacute leacutekař
zakladatel mikroskopickeacute anatomie
- objev krevniacutech kapilaacuter savců (1661)
- malphigickeacute trubice hmyzu
18 stol
ndash mikroskopy přežily jako hračka pro zaacutebavu anglickyacutech gentlemanů zajiacutemajiacuteciacutech se o tajemstviacute přiacuterody
19 stol
zač 19 stol ndash Dollond Lister Amici - vynaacutelez
achromatickeacuteho objektivu
ndash do teacute doby použiacutevaacuteniacute jednočočkoveacuteho mikroskopu (dvoučočkovyacute
mikroskop podaacuteval značně zkreslenyacute obraz)
Vyacuteznačniacute vědci 19 stol použiacutevajiacuteciacute k svyacutem pozorovaacuteniacutem mikroskop
Robert Brown (1773-1858) - objev jaacutedra (1831)
Luis Pasteur (1822-1895) (francouzskyacute mikrobiolog)
- objev kvasinek
Robert Koch (1843-1910) (německyacute leacutekař a mikrobiolog)
- objev původců tuberkuloacutezy a cholery
Jan Evangelista Purkyně (1787-1869) (českyacute fyziolog)
- 1825 popsal jaacutedro u živočišneacute buňky (lupa)
od r 1832 použiacutevaacute kvalitniacute mikroskop
Microscope
stand VII
19 stol ndash dalšiacute vyacutevoj mikroskopů
Carl Zeiss ndash průmyslovaacute vyacuteroba mikroskopů (firma Zeiss)
Ernst Karl Abbe ndash teoretickaacute studia optickyacutech principů
Otto Schott ndash vyacutezkum optickeacuteho skla
August Koumlhler ndash kvalitniacute osvětleniacute
Otto Schott (1851-1935)
Ernst Abbe (1840-1905)
Carl Zeiss (1816-1888)
August Koumlhler (1866-1948)
Mikroskopy 19 stoletiacute
19 stol
20 stol
Konfokaacutelniacute mikroskop
A1R (Nikon)
BX60 (Olympus)
Laserovyacute fluorescenčniacute mikroskop bdquoLight Sheetldquo Centrum regionu Hanaacute pro biotechnologickyacute a zemědělskyacute vyacutezkum Odděleniacute buněčneacute biologie
21 stol
21 stol
Digitaacutelniacute holografickyacute mikroskop firmy Lynceacutee Tec
Důležitaacute data při rozvoji moderniacute světelneacute mikroskopie
1847 - Zahaacutejeniacute vyacuteroby mikroskopů firmou Carl Zeiss v Jeně
1903 - Ultramikroskop (Richard Zsigmondy NC 1925)
1911 - Fluorescenčniacute mikroskop (Carl Reichert)
1935 - Faacutezovyacute kontrast (Fritz Zernike NC 1953)
1955 - Diferenciaacutelniacute interferenčniacute kontrast (DIC ndash Nomarski)
1968 - Rastrovaciacute tandemovyacute konfokaacutelniacute mikroskop (TSCM)
1978 - Laserovyacute konfokaacutelniacute rastrovaciacute mikroskop
1994 - Princip STED mikroskopie (S W Hell NC 2014)
(Stimulated Emission Depletion ndash redukce fluorescence stimulovanou emisiacute)
po roce 2000 - rozvoj tzv superrozlišovaciacute mikroskopie
2006 - Super-resolučniacute fluorescenčniacute mikroskop (Eric Betzig
Stefan W Hell a William E Moerner NC za chemii 2014)
NC = Nobelova cena
30 leacuteta 20 stoletiacute
ndash hranice vyacutevoje optickeacuteho (paprskoveacuteho) mikroskopu
(hranice rozlišeniacute světelneacuteho mikroskopu je diacuteky velikosti deacutelky světla 02 microm)
- dalšiacute zvětšovaacuteniacute pozorovanyacutech objektů na jineacutem principu
- miacutesto světelneacuteho paprsku elektronovyacute paprsek
(= tok rychlyacutech elektronů)
- miacutesto skleněneacute čočky magnetickaacute čočka
1931 - Ernst Ruska Max Knoll
prvniacute elektronovyacute mikroskop
tzv prozařovaciacute transmisniacute EM
(TEM ndash Transmission Electron Microscope)
- originaacutelniacute zvětšeniacute 1 000 - 250 000x
Ernst Ruska (1906-1988)
1942 - rastrovaciacute EM
(SEM ndash Scanning Electron Microscope) - postupneacute bombardovaacuteniacute vzorku elektrony
- zvětšeniacute až 30 000x
EM UacuteMG AV ČR Praha-Krč
FEI ndash TECHNAIG2TEM + kryozařiacutezeniacute
200 kV (λ el = 00025 nm)
RS 01 nm
prvkovaacute analyacuteza vzorků
zařiacutezeniacute pro
prvkovou analyacutezu
vzorků
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
Brněnštiacute vědci z Uacutestavu přiacutestrojoveacute techniky AV ČR (UacutePT) a Mendelovy
univerzity představili novou metodu pozorovaacuteniacute rostlinnyacutech vzorků v jejich
přirozeneacutem stavu (za využitiacute kryoprotektiv)
Viacutece na httpe-svete15cztechnikacesti-vedci-posunuli-hranice-elektronove-mikroskopie-1174818
Enviromentaacutelniacute rastrovaciacute elektronovyacute mikroskop Aquasem II
TEM TITAN FEI Company Mgr Klaacutera Čeacutepe PhD
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute elektronovyacute mikroskop
schopnyacute nahleacutednout do struktury materiaacutelů až na uacuterovni atomů
a současně přesně zmapovat jejich chemickeacute složeniacute
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech
materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury
PřF UP OL
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute
elektronovyacute mikroskop TITAN (FEI)
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2015
Transmisniacute elektronovyacute
mikroskop Jeol
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury PřF UP OL
Neoptickeacute mikroskopy
1981
Řaacutedkovaciacute tunelovyacute mikroskop (STM ndash Scanning Tunnelling Microscope)
- mapovaacuteniacute povrchu pomociacute pohybu vodiveacuteho hrotu nad vodivyacutem povrchem sledovaneacuteho materiaacutelu
1986
Mikroskop atomaacuterniacutech sil (AMF ndash Atomic Force Miroscope)
- skenovaacuteniacute povrchu materiaacutelu pomociacute hrotu zavěšeneacutem na pružneacutem vyacutekyvneacutem rameacutenku kteryacute je přitahovaacuten elektrostatickyacutemi a Van der Walsovyacutemi silami
Rozlišeniacute v řaacutedech pikometrů (10-12 m) ndash rozeznaacuteniacute struktur
jednotlivyacutech atomů
O p t i c k eacute p r i n c i p y
světelneacute mikroskopie
Reichl J Všetička M Encyklopedie fyziky [online] copy2006-2014
[vid 2014] Dostupneacute z httpfyzikajreichlcommainarticleview431-optika Lepil O (2013) Fyzika pro gymnaacutezia Optika Prometheus Praha 4 přepracovaneacute vydaacuteniacute
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light
Microscopy and Electronic Imaging Willey-Blackwell Published
2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
Rozhlasoveacute a raacutedioveacute vlny 250 km - 1 mm
Infračerveneacute zaacuteřeniacute 05 mm - 08 μm
Světlo (viditelneacute zaacuteřeniacute) 08 μm - 04 μm
Ultrafialoveacute zaacuteřeniacute 04 microm - 01 microm
Roumlntgenovo zaacuteřeniacute (X-paprsky) 15 nm - 0005 nm
γ-zaacuteřeniacute pod 00001 nm
Přibližneacute hodnoty ndash individuaacutelniacute vlastnosti zraku různyacutech lidiacute
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
rarr se zkracujiacuteciacute se vlnovou deacutelkou se zvyšuje frekvence (energie)
Viditelneacute
Vlnoveacute deacutelky světla a relativniacute citlivost oka
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and Electronic
Imaging Willey-Blackwell Published 2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
= zrakovyacute pigment citlivyacute na
světlo nachaacutezejiacuteciacute se v tyčinkaacutech Jodopsin = zrakovyacute pigment citlivyacute na
barvu nachaacutezejiacuteciacute se v čiacutepciacutech
S v ě t l o
Duaacutelniacute charakter světla ndash vlněniacute i proud čaacutestic (fotonů)
Vlnovyacute model světla
vlna elektrickaacute a magnetickaacute (elektromagnetickaacute vlna je tvořena oscilujiacuteciacutem elektrickyacutem a
magnetickyacutem polem na sebe kolmyacutech a nesouciacutech vpřed energii)
Pro uacutečinky světla v mikroskopu je důležitaacute vlna elektrickaacute
= přiacutečneacute vlněniacute
postupneacute kmitaacuteniacute
jednotlivyacutech vedle sebe
ležiacuteciacutech bodů
Scheacutema světla jako elektromagnetickeacute vlny
Obr httpwwwprosoundwebcomarticleprintinvaders_from_
outer_space_electromagnetic_radiation_interference
λ - vlnovaacute deacutelka
(v oblasti svět zaacuteřeniacute
v rozmeziacute od 380 do 780 nm)
určuje barvu světla
a - amplituda
nejvyššiacute hodnota
určuje intenzitu světla
Z hlediska vlnoveacute deacutelky rozlišujeme
polychromatickeacute x monochromatickeacute světlo (selekce pomociacute barevnyacutech filtrů rarr jednotnaacute vlnovaacute deacutelka světlo zeleneacute červeneacute hellip)
Elektrickaacute vlna - sinusoida
Charakterizovaacutena dvěma veličinami
Pazourek 1975
Vlastnosti světla
Rovnoměrneacute šiacuteřeniacute světla ze zaacuteřiacuteciacuteho bodu na všechny strany rarr vlnovaacute plocha tvaru koule
Paprsek ndash směr kteryacutem se vlněniacute šiacuteřiacute a kteryacute je kolmyacute
na vlnoplochu
Pazourek 1975
- paprsek nepolarizovanyacute (A C) ndash kmitaacute v každeacutem
miacutestě a v průběhu času ve všech možnyacutech směrech
kolmyacutech na směr šiacuteřeniacute paprsku
- paprsek polarizovanyacute (B D1 D2) - kmitaacute v jedneacute
rovině přičemž rovina kmitů (vlněniacute) jednoho z nich je
kolmaacute k rovině kmitů druheacuteho
Pazourek 1975
Polarizovaneacute světlo viz
httpswwwyoutubecomwatchv=gP751qpm4n4
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and
Electronic Imaging Jonh Wkiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
Osm různyacutech vlnovyacutech forem světla (znaacutezorňujiacuteciacutech různou kvalitu světla)
Odraz a lom světelnyacutech paprsků
v prostřediacutech různeacute hustoty
Důležitaacute charakteristika prostřediacute
index lomu ( n ) (= optickaacute hustota prostřediacute)
c = rychlost světla ve vakuu (stejnaacute pro všechny λ )
v = rychlost světla určiteacute vlnoveacute deacutelky ve zkoumaneacute laacutetce
c
n =
v
zde absolutniacute index lomu
(bezrozměrnaacute fyzikaacutelniacute veličina jeho jednotka je 1)
Rychlost světla (c) určiteacute vlnoveacute
deacutelky v různyacutech prostřediacutech
c ve vakuu
= 300 000 kms
Index lomu (n) některyacutech laacutetek
vzduch (vakuum) helliphellip 100 (vzduch 10002718)
voda helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 133
plexisklo helliphelliphelliphelliphelliphellip 140 ndash 152
křemenneacute sklo helliphellip hellip 145 (čočka z křemene z Ninive ndash 7 stol přnl)
běžneacute sklo helliphelliphelliphelliphellip 151
cedrovyacute olej helliphelliphelliphelliphellip 151
imerzniacute olej Olympus hellip 1516 pro fluorescenci 1404
kanadskyacute balzaacutem helliphellip 150
krystal NaCl helliphelliphelliphellip 154
korunoveacute sklo helliphelliphelliphellip 145 ndash 156 (sodno-draselneacute bezolovnateacute)
flintoveacute sklo helliphelliphelliphellip 162 ndash 180 (olovnateacute)
diamant helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 242
Index lomu je vždy většiacute než 100
očniacute čočka hellip 1406
sklivec helliphelliphellip 1336
Odraz světla rovnyacutem zrcadlem (reflexe)
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice dopadu a paprsek odraženyacute
ležiacute v jedneacute rovině
2 Uacutehel odrazu se rovnaacute uacutehlu dopadu
Odraz a lom paprsku
k
Důležiteacute pro mikroskopii (astronomii)
- neniacute zaacutevislost na vlnoveacute deacutelce světla (λ)
- na rozdiacutel od lomu paprsků se světelneacute
paprsky se odraacutežejiacute stejně
Pazourek 1975
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice lomu a paprsek lomenyacute ležiacute v teacuteže rovině
Lom světla (refrakce)
2 Při přechodu z prostřediacute opticky řidšiacuteho do prostřediacute opticky hustšiacuteho se paprsek laacuteme ke kolmici (A)
a z prostřediacute opticky hustšiacuteho
do prostřediacute opticky řidšiacuteho
se laacuteme od kolmice (B)
(C a D) ndash uacuteplnyacute odraz při tzv
mezniacutem uacutehlu dopadu paprsku
v přiacutepadě lomu od kolmice (B)
(viz Nikol odrazneacute hranoly světlovodneacute vlaacutekno nebo fluorescenčniacute metoda TIRFM ndash totaacutelniacute odraz exitačniacuteho zaacuteřeniacute)
Pazourek 1975
Svatyacute Kryštof od
švyacutecarskeacuteho maliacuteře
Konrada Witze (kolem 1400ndash1446)
Witz byl jedniacutem z prvniacutech
maliacuteřů kteryacute namaloval
přesnyacute způsob odrazu
světla na vodě
Disperze (rozklad) světla
= důsledek zaacutevislosti rychlosti světla v laacutetkaacutech na frekvenci světla
(λ = c f)
světlo různyacutech barev (λ)
se laacuteme různě
(červeneacute se lomiacute meacuteně než modreacute)
Přiacuteklad disperze (rozkladu) světla
Primaacuterniacute a sekundaacuterniacute duha Severniacute Čechy Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
D u h a
Jeden z mnoha
optickyacutech
jevů (fotometeorů)
v atmosfeacuteře
Rok 312 nl - před bitvou byzantskeacuteho ciacutesaře Konstantina I (272-337) s
konkurenčniacutem ciacutesařem Maxentiem u bran Řiacutema (tzv bitva u Milvijskeacuteho mostu) se
na obloze objevily tři zaacuteřiacuteciacute křiacuteže (halovyacute sloup parheacutelia a parhelickyacute oblouk)
Konstantin bitvu proti přesile vyhraacutel sjednotil řiacuteši a povolil v niacute vyznaacutevat křesťanstviacute
Maleacute halo (22deg) (viz 1) vedlejšiacute slunce (2) a horniacute a dolniacute halovyacute sloup (3)
vznikajiacuteciacute odrazem a lomem světelnyacutech paprsků na krystalciacutech ledu
Lom světla a dějiny
httptmagazineblogsnytimescom20121126halo-effect_r=0
1
3
2 2
3
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
14 stol ndash zvlaacutednutiacute techniky broušeniacute čoček do bryacuteliacute (italštiacute mniši)
konec 16 stol ndash vynaacutelez mikroskopu
kolem roku 1590 - Hans a Zacharias Janssenovi (Holandsko otec a syn)
H i s t o r i e o b j e v u m i k r o s k o p u
- konstrukce prvniacuteho použitelneacuteho mikroskopu (ze dvou čoček)
- čočky vypoukleacute i vyduteacute
- zvětšeniacute mikroskopu 60x
viz kniha a film bdquoJmeacuteno růželdquo od Umberta Eca
Systeacutem dvou čoček
16 stol
deacutelka 12 m
(tzv kompaudniacute mikroskop)
httpwwwmicroscopyfsueduprimermuseum
httpmicromagnetfsueduprimermuseumjanssenhtml
httpwwwapsorgpublicationsapsnews200403historycfm
Janssenův mikroskop
17 stol Galileo Galilei (1564-1642)
ndash italskyacute astronom a matematik
1604-1609 ndash konstrukce dalekohledu
- použitiacute složeneacuteho mikroskopu
nazvaneacuteho occhiolino
k vědeckyacutem uacutečelům (pozorovaacuteniacute
oka mouchy)
Nejasnosti kolem vynaacutelezu mikroskopu
ndash z dobovyacutech zpraacutev neniacute jasneacute zda se jednaacute o mikroskop
jehož okulaacuterem je spojka nebo o dalekohled s rozptylkou
(kteryacute použiacuteval Galileo)
Anthony van Leeuwenhoek (1632-1723)
ndash obchodniacutek s laacutetkami v holandskeacutem Delftu
ndash sestrojil jednočočkovyacute mikroskop silnyacute zvětšovaciacute
efekt čočky
(až 270x)
ndash nejprve zkoumaacuteniacute struktury laacutetek
později zkoumal listy květiny drobneacute organismy lidskou krev kůži vlasy hellip
- prvniacute viděl a popsal krevniacute buňky chovaacuteniacute lidskyacutech spermiiacute
- vyacuteroba asi 250 mikroskopů
17 stol
Jednočočkovyacute Leeuwenhoekův
mikroskop
httpbiologimediacentrecomwp-contentuploads201101image2png
Anglickyacute původ Italskyacute původ
17 stol
Prvniacute světelneacute mikroskopy
Jednočočkovyacute
mikroskop Dvoučočkoveacute
mikroskopy
Robert Hook (1635-1703) [huacutek]
ndash anglickyacute fyzik chemik geolog astronom hellip
ndash použiacuteval zakoupenyacute složenyacute mikroskop s viacutece
čočkami (tzv kompaudniacute) vylepšenyacute o kvalitniacute osvětleniacute
17 stol
Hookův mikroskop
- vylepšeniacute osvětleniacute použitiacute irisoveacute clony
irisovaacute clona
- zkoumaacuteniacute slabyacutech plaacutetků korku z korkovniacuteku
živeacute laacutetky jsou tvořeny buňkami
- 1665 - kniha bdquoMicrographialdquo
mikroskopickeacute pozorovaacuteniacute rostlinnyacutech
pletiv živočišnyacutech objektů a struktur
mineraacutelů
Rok vydaacuteniacute 1665 Micrographia or some Physiological Descriptions of Minute Bodies
made by Magnifying Glasses with Observations and Inquiries thereupon
London 1665
17 stol Leeuwenhoek Hook
Angličan Henry Power (1626ndash1668) ndash jako
prvniacute (1663) publikoval pozorovaacuteniacute mikroskopem
Marcello Malphighi (1628ndash1694)
italskyacute leacutekař
zakladatel mikroskopickeacute anatomie
- objev krevniacutech kapilaacuter savců (1661)
- malphigickeacute trubice hmyzu
18 stol
ndash mikroskopy přežily jako hračka pro zaacutebavu anglickyacutech gentlemanů zajiacutemajiacuteciacutech se o tajemstviacute přiacuterody
19 stol
zač 19 stol ndash Dollond Lister Amici - vynaacutelez
achromatickeacuteho objektivu
ndash do teacute doby použiacutevaacuteniacute jednočočkoveacuteho mikroskopu (dvoučočkovyacute
mikroskop podaacuteval značně zkreslenyacute obraz)
Vyacuteznačniacute vědci 19 stol použiacutevajiacuteciacute k svyacutem pozorovaacuteniacutem mikroskop
Robert Brown (1773-1858) - objev jaacutedra (1831)
Luis Pasteur (1822-1895) (francouzskyacute mikrobiolog)
- objev kvasinek
Robert Koch (1843-1910) (německyacute leacutekař a mikrobiolog)
- objev původců tuberkuloacutezy a cholery
Jan Evangelista Purkyně (1787-1869) (českyacute fyziolog)
- 1825 popsal jaacutedro u živočišneacute buňky (lupa)
od r 1832 použiacutevaacute kvalitniacute mikroskop
Microscope
stand VII
19 stol ndash dalšiacute vyacutevoj mikroskopů
Carl Zeiss ndash průmyslovaacute vyacuteroba mikroskopů (firma Zeiss)
Ernst Karl Abbe ndash teoretickaacute studia optickyacutech principů
Otto Schott ndash vyacutezkum optickeacuteho skla
August Koumlhler ndash kvalitniacute osvětleniacute
Otto Schott (1851-1935)
Ernst Abbe (1840-1905)
Carl Zeiss (1816-1888)
August Koumlhler (1866-1948)
Mikroskopy 19 stoletiacute
19 stol
20 stol
Konfokaacutelniacute mikroskop
A1R (Nikon)
BX60 (Olympus)
Laserovyacute fluorescenčniacute mikroskop bdquoLight Sheetldquo Centrum regionu Hanaacute pro biotechnologickyacute a zemědělskyacute vyacutezkum Odděleniacute buněčneacute biologie
21 stol
21 stol
Digitaacutelniacute holografickyacute mikroskop firmy Lynceacutee Tec
Důležitaacute data při rozvoji moderniacute světelneacute mikroskopie
1847 - Zahaacutejeniacute vyacuteroby mikroskopů firmou Carl Zeiss v Jeně
1903 - Ultramikroskop (Richard Zsigmondy NC 1925)
1911 - Fluorescenčniacute mikroskop (Carl Reichert)
1935 - Faacutezovyacute kontrast (Fritz Zernike NC 1953)
1955 - Diferenciaacutelniacute interferenčniacute kontrast (DIC ndash Nomarski)
1968 - Rastrovaciacute tandemovyacute konfokaacutelniacute mikroskop (TSCM)
1978 - Laserovyacute konfokaacutelniacute rastrovaciacute mikroskop
1994 - Princip STED mikroskopie (S W Hell NC 2014)
(Stimulated Emission Depletion ndash redukce fluorescence stimulovanou emisiacute)
po roce 2000 - rozvoj tzv superrozlišovaciacute mikroskopie
2006 - Super-resolučniacute fluorescenčniacute mikroskop (Eric Betzig
Stefan W Hell a William E Moerner NC za chemii 2014)
NC = Nobelova cena
30 leacuteta 20 stoletiacute
ndash hranice vyacutevoje optickeacuteho (paprskoveacuteho) mikroskopu
(hranice rozlišeniacute světelneacuteho mikroskopu je diacuteky velikosti deacutelky světla 02 microm)
- dalšiacute zvětšovaacuteniacute pozorovanyacutech objektů na jineacutem principu
- miacutesto světelneacuteho paprsku elektronovyacute paprsek
(= tok rychlyacutech elektronů)
- miacutesto skleněneacute čočky magnetickaacute čočka
1931 - Ernst Ruska Max Knoll
prvniacute elektronovyacute mikroskop
tzv prozařovaciacute transmisniacute EM
(TEM ndash Transmission Electron Microscope)
- originaacutelniacute zvětšeniacute 1 000 - 250 000x
Ernst Ruska (1906-1988)
1942 - rastrovaciacute EM
(SEM ndash Scanning Electron Microscope) - postupneacute bombardovaacuteniacute vzorku elektrony
- zvětšeniacute až 30 000x
EM UacuteMG AV ČR Praha-Krč
FEI ndash TECHNAIG2TEM + kryozařiacutezeniacute
200 kV (λ el = 00025 nm)
RS 01 nm
prvkovaacute analyacuteza vzorků
zařiacutezeniacute pro
prvkovou analyacutezu
vzorků
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
Brněnštiacute vědci z Uacutestavu přiacutestrojoveacute techniky AV ČR (UacutePT) a Mendelovy
univerzity představili novou metodu pozorovaacuteniacute rostlinnyacutech vzorků v jejich
přirozeneacutem stavu (za využitiacute kryoprotektiv)
Viacutece na httpe-svete15cztechnikacesti-vedci-posunuli-hranice-elektronove-mikroskopie-1174818
Enviromentaacutelniacute rastrovaciacute elektronovyacute mikroskop Aquasem II
TEM TITAN FEI Company Mgr Klaacutera Čeacutepe PhD
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute elektronovyacute mikroskop
schopnyacute nahleacutednout do struktury materiaacutelů až na uacuterovni atomů
a současně přesně zmapovat jejich chemickeacute složeniacute
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech
materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury
PřF UP OL
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute
elektronovyacute mikroskop TITAN (FEI)
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2015
Transmisniacute elektronovyacute
mikroskop Jeol
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury PřF UP OL
Neoptickeacute mikroskopy
1981
Řaacutedkovaciacute tunelovyacute mikroskop (STM ndash Scanning Tunnelling Microscope)
- mapovaacuteniacute povrchu pomociacute pohybu vodiveacuteho hrotu nad vodivyacutem povrchem sledovaneacuteho materiaacutelu
1986
Mikroskop atomaacuterniacutech sil (AMF ndash Atomic Force Miroscope)
- skenovaacuteniacute povrchu materiaacutelu pomociacute hrotu zavěšeneacutem na pružneacutem vyacutekyvneacutem rameacutenku kteryacute je přitahovaacuten elektrostatickyacutemi a Van der Walsovyacutemi silami
Rozlišeniacute v řaacutedech pikometrů (10-12 m) ndash rozeznaacuteniacute struktur
jednotlivyacutech atomů
O p t i c k eacute p r i n c i p y
světelneacute mikroskopie
Reichl J Všetička M Encyklopedie fyziky [online] copy2006-2014
[vid 2014] Dostupneacute z httpfyzikajreichlcommainarticleview431-optika Lepil O (2013) Fyzika pro gymnaacutezia Optika Prometheus Praha 4 přepracovaneacute vydaacuteniacute
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light
Microscopy and Electronic Imaging Willey-Blackwell Published
2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
Rozhlasoveacute a raacutedioveacute vlny 250 km - 1 mm
Infračerveneacute zaacuteřeniacute 05 mm - 08 μm
Světlo (viditelneacute zaacuteřeniacute) 08 μm - 04 μm
Ultrafialoveacute zaacuteřeniacute 04 microm - 01 microm
Roumlntgenovo zaacuteřeniacute (X-paprsky) 15 nm - 0005 nm
γ-zaacuteřeniacute pod 00001 nm
Přibližneacute hodnoty ndash individuaacutelniacute vlastnosti zraku různyacutech lidiacute
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
rarr se zkracujiacuteciacute se vlnovou deacutelkou se zvyšuje frekvence (energie)
Viditelneacute
Vlnoveacute deacutelky světla a relativniacute citlivost oka
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and Electronic
Imaging Willey-Blackwell Published 2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
= zrakovyacute pigment citlivyacute na
světlo nachaacutezejiacuteciacute se v tyčinkaacutech Jodopsin = zrakovyacute pigment citlivyacute na
barvu nachaacutezejiacuteciacute se v čiacutepciacutech
S v ě t l o
Duaacutelniacute charakter světla ndash vlněniacute i proud čaacutestic (fotonů)
Vlnovyacute model světla
vlna elektrickaacute a magnetickaacute (elektromagnetickaacute vlna je tvořena oscilujiacuteciacutem elektrickyacutem a
magnetickyacutem polem na sebe kolmyacutech a nesouciacutech vpřed energii)
Pro uacutečinky světla v mikroskopu je důležitaacute vlna elektrickaacute
= přiacutečneacute vlněniacute
postupneacute kmitaacuteniacute
jednotlivyacutech vedle sebe
ležiacuteciacutech bodů
Scheacutema světla jako elektromagnetickeacute vlny
Obr httpwwwprosoundwebcomarticleprintinvaders_from_
outer_space_electromagnetic_radiation_interference
λ - vlnovaacute deacutelka
(v oblasti svět zaacuteřeniacute
v rozmeziacute od 380 do 780 nm)
určuje barvu světla
a - amplituda
nejvyššiacute hodnota
určuje intenzitu světla
Z hlediska vlnoveacute deacutelky rozlišujeme
polychromatickeacute x monochromatickeacute světlo (selekce pomociacute barevnyacutech filtrů rarr jednotnaacute vlnovaacute deacutelka světlo zeleneacute červeneacute hellip)
Elektrickaacute vlna - sinusoida
Charakterizovaacutena dvěma veličinami
Pazourek 1975
Vlastnosti světla
Rovnoměrneacute šiacuteřeniacute světla ze zaacuteřiacuteciacuteho bodu na všechny strany rarr vlnovaacute plocha tvaru koule
Paprsek ndash směr kteryacutem se vlněniacute šiacuteřiacute a kteryacute je kolmyacute
na vlnoplochu
Pazourek 1975
- paprsek nepolarizovanyacute (A C) ndash kmitaacute v každeacutem
miacutestě a v průběhu času ve všech možnyacutech směrech
kolmyacutech na směr šiacuteřeniacute paprsku
- paprsek polarizovanyacute (B D1 D2) - kmitaacute v jedneacute
rovině přičemž rovina kmitů (vlněniacute) jednoho z nich je
kolmaacute k rovině kmitů druheacuteho
Pazourek 1975
Polarizovaneacute světlo viz
httpswwwyoutubecomwatchv=gP751qpm4n4
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and
Electronic Imaging Jonh Wkiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
Osm různyacutech vlnovyacutech forem světla (znaacutezorňujiacuteciacutech různou kvalitu světla)
Odraz a lom světelnyacutech paprsků
v prostřediacutech různeacute hustoty
Důležitaacute charakteristika prostřediacute
index lomu ( n ) (= optickaacute hustota prostřediacute)
c = rychlost světla ve vakuu (stejnaacute pro všechny λ )
v = rychlost světla určiteacute vlnoveacute deacutelky ve zkoumaneacute laacutetce
c
n =
v
zde absolutniacute index lomu
(bezrozměrnaacute fyzikaacutelniacute veličina jeho jednotka je 1)
Rychlost světla (c) určiteacute vlnoveacute
deacutelky v různyacutech prostřediacutech
c ve vakuu
= 300 000 kms
Index lomu (n) některyacutech laacutetek
vzduch (vakuum) helliphellip 100 (vzduch 10002718)
voda helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 133
plexisklo helliphelliphelliphelliphelliphellip 140 ndash 152
křemenneacute sklo helliphellip hellip 145 (čočka z křemene z Ninive ndash 7 stol přnl)
běžneacute sklo helliphelliphelliphelliphellip 151
cedrovyacute olej helliphelliphelliphelliphellip 151
imerzniacute olej Olympus hellip 1516 pro fluorescenci 1404
kanadskyacute balzaacutem helliphellip 150
krystal NaCl helliphelliphelliphellip 154
korunoveacute sklo helliphelliphelliphellip 145 ndash 156 (sodno-draselneacute bezolovnateacute)
flintoveacute sklo helliphelliphelliphellip 162 ndash 180 (olovnateacute)
diamant helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 242
Index lomu je vždy většiacute než 100
očniacute čočka hellip 1406
sklivec helliphelliphellip 1336
Odraz světla rovnyacutem zrcadlem (reflexe)
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice dopadu a paprsek odraženyacute
ležiacute v jedneacute rovině
2 Uacutehel odrazu se rovnaacute uacutehlu dopadu
Odraz a lom paprsku
k
Důležiteacute pro mikroskopii (astronomii)
- neniacute zaacutevislost na vlnoveacute deacutelce světla (λ)
- na rozdiacutel od lomu paprsků se světelneacute
paprsky se odraacutežejiacute stejně
Pazourek 1975
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice lomu a paprsek lomenyacute ležiacute v teacuteže rovině
Lom světla (refrakce)
2 Při přechodu z prostřediacute opticky řidšiacuteho do prostřediacute opticky hustšiacuteho se paprsek laacuteme ke kolmici (A)
a z prostřediacute opticky hustšiacuteho
do prostřediacute opticky řidšiacuteho
se laacuteme od kolmice (B)
(C a D) ndash uacuteplnyacute odraz při tzv
mezniacutem uacutehlu dopadu paprsku
v přiacutepadě lomu od kolmice (B)
(viz Nikol odrazneacute hranoly světlovodneacute vlaacutekno nebo fluorescenčniacute metoda TIRFM ndash totaacutelniacute odraz exitačniacuteho zaacuteřeniacute)
Pazourek 1975
Svatyacute Kryštof od
švyacutecarskeacuteho maliacuteře
Konrada Witze (kolem 1400ndash1446)
Witz byl jedniacutem z prvniacutech
maliacuteřů kteryacute namaloval
přesnyacute způsob odrazu
světla na vodě
Disperze (rozklad) světla
= důsledek zaacutevislosti rychlosti světla v laacutetkaacutech na frekvenci světla
(λ = c f)
světlo různyacutech barev (λ)
se laacuteme různě
(červeneacute se lomiacute meacuteně než modreacute)
Přiacuteklad disperze (rozkladu) světla
Primaacuterniacute a sekundaacuterniacute duha Severniacute Čechy Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
D u h a
Jeden z mnoha
optickyacutech
jevů (fotometeorů)
v atmosfeacuteře
Rok 312 nl - před bitvou byzantskeacuteho ciacutesaře Konstantina I (272-337) s
konkurenčniacutem ciacutesařem Maxentiem u bran Řiacutema (tzv bitva u Milvijskeacuteho mostu) se
na obloze objevily tři zaacuteřiacuteciacute křiacuteže (halovyacute sloup parheacutelia a parhelickyacute oblouk)
Konstantin bitvu proti přesile vyhraacutel sjednotil řiacuteši a povolil v niacute vyznaacutevat křesťanstviacute
Maleacute halo (22deg) (viz 1) vedlejšiacute slunce (2) a horniacute a dolniacute halovyacute sloup (3)
vznikajiacuteciacute odrazem a lomem světelnyacutech paprsků na krystalciacutech ledu
Lom světla a dějiny
httptmagazineblogsnytimescom20121126halo-effect_r=0
1
3
2 2
3
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
Systeacutem dvou čoček
16 stol
deacutelka 12 m
(tzv kompaudniacute mikroskop)
httpwwwmicroscopyfsueduprimermuseum
httpmicromagnetfsueduprimermuseumjanssenhtml
httpwwwapsorgpublicationsapsnews200403historycfm
Janssenův mikroskop
17 stol Galileo Galilei (1564-1642)
ndash italskyacute astronom a matematik
1604-1609 ndash konstrukce dalekohledu
- použitiacute složeneacuteho mikroskopu
nazvaneacuteho occhiolino
k vědeckyacutem uacutečelům (pozorovaacuteniacute
oka mouchy)
Nejasnosti kolem vynaacutelezu mikroskopu
ndash z dobovyacutech zpraacutev neniacute jasneacute zda se jednaacute o mikroskop
jehož okulaacuterem je spojka nebo o dalekohled s rozptylkou
(kteryacute použiacuteval Galileo)
Anthony van Leeuwenhoek (1632-1723)
ndash obchodniacutek s laacutetkami v holandskeacutem Delftu
ndash sestrojil jednočočkovyacute mikroskop silnyacute zvětšovaciacute
efekt čočky
(až 270x)
ndash nejprve zkoumaacuteniacute struktury laacutetek
později zkoumal listy květiny drobneacute organismy lidskou krev kůži vlasy hellip
- prvniacute viděl a popsal krevniacute buňky chovaacuteniacute lidskyacutech spermiiacute
- vyacuteroba asi 250 mikroskopů
17 stol
Jednočočkovyacute Leeuwenhoekův
mikroskop
httpbiologimediacentrecomwp-contentuploads201101image2png
Anglickyacute původ Italskyacute původ
17 stol
Prvniacute světelneacute mikroskopy
Jednočočkovyacute
mikroskop Dvoučočkoveacute
mikroskopy
Robert Hook (1635-1703) [huacutek]
ndash anglickyacute fyzik chemik geolog astronom hellip
ndash použiacuteval zakoupenyacute složenyacute mikroskop s viacutece
čočkami (tzv kompaudniacute) vylepšenyacute o kvalitniacute osvětleniacute
17 stol
Hookův mikroskop
- vylepšeniacute osvětleniacute použitiacute irisoveacute clony
irisovaacute clona
- zkoumaacuteniacute slabyacutech plaacutetků korku z korkovniacuteku
živeacute laacutetky jsou tvořeny buňkami
- 1665 - kniha bdquoMicrographialdquo
mikroskopickeacute pozorovaacuteniacute rostlinnyacutech
pletiv živočišnyacutech objektů a struktur
mineraacutelů
Rok vydaacuteniacute 1665 Micrographia or some Physiological Descriptions of Minute Bodies
made by Magnifying Glasses with Observations and Inquiries thereupon
London 1665
17 stol Leeuwenhoek Hook
Angličan Henry Power (1626ndash1668) ndash jako
prvniacute (1663) publikoval pozorovaacuteniacute mikroskopem
Marcello Malphighi (1628ndash1694)
italskyacute leacutekař
zakladatel mikroskopickeacute anatomie
- objev krevniacutech kapilaacuter savců (1661)
- malphigickeacute trubice hmyzu
18 stol
ndash mikroskopy přežily jako hračka pro zaacutebavu anglickyacutech gentlemanů zajiacutemajiacuteciacutech se o tajemstviacute přiacuterody
19 stol
zač 19 stol ndash Dollond Lister Amici - vynaacutelez
achromatickeacuteho objektivu
ndash do teacute doby použiacutevaacuteniacute jednočočkoveacuteho mikroskopu (dvoučočkovyacute
mikroskop podaacuteval značně zkreslenyacute obraz)
Vyacuteznačniacute vědci 19 stol použiacutevajiacuteciacute k svyacutem pozorovaacuteniacutem mikroskop
Robert Brown (1773-1858) - objev jaacutedra (1831)
Luis Pasteur (1822-1895) (francouzskyacute mikrobiolog)
- objev kvasinek
Robert Koch (1843-1910) (německyacute leacutekař a mikrobiolog)
- objev původců tuberkuloacutezy a cholery
Jan Evangelista Purkyně (1787-1869) (českyacute fyziolog)
- 1825 popsal jaacutedro u živočišneacute buňky (lupa)
od r 1832 použiacutevaacute kvalitniacute mikroskop
Microscope
stand VII
19 stol ndash dalšiacute vyacutevoj mikroskopů
Carl Zeiss ndash průmyslovaacute vyacuteroba mikroskopů (firma Zeiss)
Ernst Karl Abbe ndash teoretickaacute studia optickyacutech principů
Otto Schott ndash vyacutezkum optickeacuteho skla
August Koumlhler ndash kvalitniacute osvětleniacute
Otto Schott (1851-1935)
Ernst Abbe (1840-1905)
Carl Zeiss (1816-1888)
August Koumlhler (1866-1948)
Mikroskopy 19 stoletiacute
19 stol
20 stol
Konfokaacutelniacute mikroskop
A1R (Nikon)
BX60 (Olympus)
Laserovyacute fluorescenčniacute mikroskop bdquoLight Sheetldquo Centrum regionu Hanaacute pro biotechnologickyacute a zemědělskyacute vyacutezkum Odděleniacute buněčneacute biologie
21 stol
21 stol
Digitaacutelniacute holografickyacute mikroskop firmy Lynceacutee Tec
Důležitaacute data při rozvoji moderniacute světelneacute mikroskopie
1847 - Zahaacutejeniacute vyacuteroby mikroskopů firmou Carl Zeiss v Jeně
1903 - Ultramikroskop (Richard Zsigmondy NC 1925)
1911 - Fluorescenčniacute mikroskop (Carl Reichert)
1935 - Faacutezovyacute kontrast (Fritz Zernike NC 1953)
1955 - Diferenciaacutelniacute interferenčniacute kontrast (DIC ndash Nomarski)
1968 - Rastrovaciacute tandemovyacute konfokaacutelniacute mikroskop (TSCM)
1978 - Laserovyacute konfokaacutelniacute rastrovaciacute mikroskop
1994 - Princip STED mikroskopie (S W Hell NC 2014)
(Stimulated Emission Depletion ndash redukce fluorescence stimulovanou emisiacute)
po roce 2000 - rozvoj tzv superrozlišovaciacute mikroskopie
2006 - Super-resolučniacute fluorescenčniacute mikroskop (Eric Betzig
Stefan W Hell a William E Moerner NC za chemii 2014)
NC = Nobelova cena
30 leacuteta 20 stoletiacute
ndash hranice vyacutevoje optickeacuteho (paprskoveacuteho) mikroskopu
(hranice rozlišeniacute světelneacuteho mikroskopu je diacuteky velikosti deacutelky světla 02 microm)
- dalšiacute zvětšovaacuteniacute pozorovanyacutech objektů na jineacutem principu
- miacutesto světelneacuteho paprsku elektronovyacute paprsek
(= tok rychlyacutech elektronů)
- miacutesto skleněneacute čočky magnetickaacute čočka
1931 - Ernst Ruska Max Knoll
prvniacute elektronovyacute mikroskop
tzv prozařovaciacute transmisniacute EM
(TEM ndash Transmission Electron Microscope)
- originaacutelniacute zvětšeniacute 1 000 - 250 000x
Ernst Ruska (1906-1988)
1942 - rastrovaciacute EM
(SEM ndash Scanning Electron Microscope) - postupneacute bombardovaacuteniacute vzorku elektrony
- zvětšeniacute až 30 000x
EM UacuteMG AV ČR Praha-Krč
FEI ndash TECHNAIG2TEM + kryozařiacutezeniacute
200 kV (λ el = 00025 nm)
RS 01 nm
prvkovaacute analyacuteza vzorků
zařiacutezeniacute pro
prvkovou analyacutezu
vzorků
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
Brněnštiacute vědci z Uacutestavu přiacutestrojoveacute techniky AV ČR (UacutePT) a Mendelovy
univerzity představili novou metodu pozorovaacuteniacute rostlinnyacutech vzorků v jejich
přirozeneacutem stavu (za využitiacute kryoprotektiv)
Viacutece na httpe-svete15cztechnikacesti-vedci-posunuli-hranice-elektronove-mikroskopie-1174818
Enviromentaacutelniacute rastrovaciacute elektronovyacute mikroskop Aquasem II
TEM TITAN FEI Company Mgr Klaacutera Čeacutepe PhD
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute elektronovyacute mikroskop
schopnyacute nahleacutednout do struktury materiaacutelů až na uacuterovni atomů
a současně přesně zmapovat jejich chemickeacute složeniacute
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech
materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury
PřF UP OL
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute
elektronovyacute mikroskop TITAN (FEI)
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2015
Transmisniacute elektronovyacute
mikroskop Jeol
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury PřF UP OL
Neoptickeacute mikroskopy
1981
Řaacutedkovaciacute tunelovyacute mikroskop (STM ndash Scanning Tunnelling Microscope)
- mapovaacuteniacute povrchu pomociacute pohybu vodiveacuteho hrotu nad vodivyacutem povrchem sledovaneacuteho materiaacutelu
1986
Mikroskop atomaacuterniacutech sil (AMF ndash Atomic Force Miroscope)
- skenovaacuteniacute povrchu materiaacutelu pomociacute hrotu zavěšeneacutem na pružneacutem vyacutekyvneacutem rameacutenku kteryacute je přitahovaacuten elektrostatickyacutemi a Van der Walsovyacutemi silami
Rozlišeniacute v řaacutedech pikometrů (10-12 m) ndash rozeznaacuteniacute struktur
jednotlivyacutech atomů
O p t i c k eacute p r i n c i p y
světelneacute mikroskopie
Reichl J Všetička M Encyklopedie fyziky [online] copy2006-2014
[vid 2014] Dostupneacute z httpfyzikajreichlcommainarticleview431-optika Lepil O (2013) Fyzika pro gymnaacutezia Optika Prometheus Praha 4 přepracovaneacute vydaacuteniacute
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light
Microscopy and Electronic Imaging Willey-Blackwell Published
2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
Rozhlasoveacute a raacutedioveacute vlny 250 km - 1 mm
Infračerveneacute zaacuteřeniacute 05 mm - 08 μm
Světlo (viditelneacute zaacuteřeniacute) 08 μm - 04 μm
Ultrafialoveacute zaacuteřeniacute 04 microm - 01 microm
Roumlntgenovo zaacuteřeniacute (X-paprsky) 15 nm - 0005 nm
γ-zaacuteřeniacute pod 00001 nm
Přibližneacute hodnoty ndash individuaacutelniacute vlastnosti zraku různyacutech lidiacute
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
rarr se zkracujiacuteciacute se vlnovou deacutelkou se zvyšuje frekvence (energie)
Viditelneacute
Vlnoveacute deacutelky světla a relativniacute citlivost oka
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and Electronic
Imaging Willey-Blackwell Published 2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
= zrakovyacute pigment citlivyacute na
světlo nachaacutezejiacuteciacute se v tyčinkaacutech Jodopsin = zrakovyacute pigment citlivyacute na
barvu nachaacutezejiacuteciacute se v čiacutepciacutech
S v ě t l o
Duaacutelniacute charakter světla ndash vlněniacute i proud čaacutestic (fotonů)
Vlnovyacute model světla
vlna elektrickaacute a magnetickaacute (elektromagnetickaacute vlna je tvořena oscilujiacuteciacutem elektrickyacutem a
magnetickyacutem polem na sebe kolmyacutech a nesouciacutech vpřed energii)
Pro uacutečinky světla v mikroskopu je důležitaacute vlna elektrickaacute
= přiacutečneacute vlněniacute
postupneacute kmitaacuteniacute
jednotlivyacutech vedle sebe
ležiacuteciacutech bodů
Scheacutema světla jako elektromagnetickeacute vlny
Obr httpwwwprosoundwebcomarticleprintinvaders_from_
outer_space_electromagnetic_radiation_interference
λ - vlnovaacute deacutelka
(v oblasti svět zaacuteřeniacute
v rozmeziacute od 380 do 780 nm)
určuje barvu světla
a - amplituda
nejvyššiacute hodnota
určuje intenzitu světla
Z hlediska vlnoveacute deacutelky rozlišujeme
polychromatickeacute x monochromatickeacute světlo (selekce pomociacute barevnyacutech filtrů rarr jednotnaacute vlnovaacute deacutelka světlo zeleneacute červeneacute hellip)
Elektrickaacute vlna - sinusoida
Charakterizovaacutena dvěma veličinami
Pazourek 1975
Vlastnosti světla
Rovnoměrneacute šiacuteřeniacute světla ze zaacuteřiacuteciacuteho bodu na všechny strany rarr vlnovaacute plocha tvaru koule
Paprsek ndash směr kteryacutem se vlněniacute šiacuteřiacute a kteryacute je kolmyacute
na vlnoplochu
Pazourek 1975
- paprsek nepolarizovanyacute (A C) ndash kmitaacute v každeacutem
miacutestě a v průběhu času ve všech možnyacutech směrech
kolmyacutech na směr šiacuteřeniacute paprsku
- paprsek polarizovanyacute (B D1 D2) - kmitaacute v jedneacute
rovině přičemž rovina kmitů (vlněniacute) jednoho z nich je
kolmaacute k rovině kmitů druheacuteho
Pazourek 1975
Polarizovaneacute světlo viz
httpswwwyoutubecomwatchv=gP751qpm4n4
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and
Electronic Imaging Jonh Wkiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
Osm různyacutech vlnovyacutech forem světla (znaacutezorňujiacuteciacutech různou kvalitu světla)
Odraz a lom světelnyacutech paprsků
v prostřediacutech různeacute hustoty
Důležitaacute charakteristika prostřediacute
index lomu ( n ) (= optickaacute hustota prostřediacute)
c = rychlost světla ve vakuu (stejnaacute pro všechny λ )
v = rychlost světla určiteacute vlnoveacute deacutelky ve zkoumaneacute laacutetce
c
n =
v
zde absolutniacute index lomu
(bezrozměrnaacute fyzikaacutelniacute veličina jeho jednotka je 1)
Rychlost světla (c) určiteacute vlnoveacute
deacutelky v různyacutech prostřediacutech
c ve vakuu
= 300 000 kms
Index lomu (n) některyacutech laacutetek
vzduch (vakuum) helliphellip 100 (vzduch 10002718)
voda helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 133
plexisklo helliphelliphelliphelliphelliphellip 140 ndash 152
křemenneacute sklo helliphellip hellip 145 (čočka z křemene z Ninive ndash 7 stol přnl)
běžneacute sklo helliphelliphelliphelliphellip 151
cedrovyacute olej helliphelliphelliphelliphellip 151
imerzniacute olej Olympus hellip 1516 pro fluorescenci 1404
kanadskyacute balzaacutem helliphellip 150
krystal NaCl helliphelliphelliphellip 154
korunoveacute sklo helliphelliphelliphellip 145 ndash 156 (sodno-draselneacute bezolovnateacute)
flintoveacute sklo helliphelliphelliphellip 162 ndash 180 (olovnateacute)
diamant helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 242
Index lomu je vždy většiacute než 100
očniacute čočka hellip 1406
sklivec helliphelliphellip 1336
Odraz světla rovnyacutem zrcadlem (reflexe)
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice dopadu a paprsek odraženyacute
ležiacute v jedneacute rovině
2 Uacutehel odrazu se rovnaacute uacutehlu dopadu
Odraz a lom paprsku
k
Důležiteacute pro mikroskopii (astronomii)
- neniacute zaacutevislost na vlnoveacute deacutelce světla (λ)
- na rozdiacutel od lomu paprsků se světelneacute
paprsky se odraacutežejiacute stejně
Pazourek 1975
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice lomu a paprsek lomenyacute ležiacute v teacuteže rovině
Lom světla (refrakce)
2 Při přechodu z prostřediacute opticky řidšiacuteho do prostřediacute opticky hustšiacuteho se paprsek laacuteme ke kolmici (A)
a z prostřediacute opticky hustšiacuteho
do prostřediacute opticky řidšiacuteho
se laacuteme od kolmice (B)
(C a D) ndash uacuteplnyacute odraz při tzv
mezniacutem uacutehlu dopadu paprsku
v přiacutepadě lomu od kolmice (B)
(viz Nikol odrazneacute hranoly světlovodneacute vlaacutekno nebo fluorescenčniacute metoda TIRFM ndash totaacutelniacute odraz exitačniacuteho zaacuteřeniacute)
Pazourek 1975
Svatyacute Kryštof od
švyacutecarskeacuteho maliacuteře
Konrada Witze (kolem 1400ndash1446)
Witz byl jedniacutem z prvniacutech
maliacuteřů kteryacute namaloval
přesnyacute způsob odrazu
světla na vodě
Disperze (rozklad) světla
= důsledek zaacutevislosti rychlosti světla v laacutetkaacutech na frekvenci světla
(λ = c f)
světlo různyacutech barev (λ)
se laacuteme různě
(červeneacute se lomiacute meacuteně než modreacute)
Přiacuteklad disperze (rozkladu) světla
Primaacuterniacute a sekundaacuterniacute duha Severniacute Čechy Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
D u h a
Jeden z mnoha
optickyacutech
jevů (fotometeorů)
v atmosfeacuteře
Rok 312 nl - před bitvou byzantskeacuteho ciacutesaře Konstantina I (272-337) s
konkurenčniacutem ciacutesařem Maxentiem u bran Řiacutema (tzv bitva u Milvijskeacuteho mostu) se
na obloze objevily tři zaacuteřiacuteciacute křiacuteže (halovyacute sloup parheacutelia a parhelickyacute oblouk)
Konstantin bitvu proti přesile vyhraacutel sjednotil řiacuteši a povolil v niacute vyznaacutevat křesťanstviacute
Maleacute halo (22deg) (viz 1) vedlejšiacute slunce (2) a horniacute a dolniacute halovyacute sloup (3)
vznikajiacuteciacute odrazem a lomem světelnyacutech paprsků na krystalciacutech ledu
Lom světla a dějiny
httptmagazineblogsnytimescom20121126halo-effect_r=0
1
3
2 2
3
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
17 stol Galileo Galilei (1564-1642)
ndash italskyacute astronom a matematik
1604-1609 ndash konstrukce dalekohledu
- použitiacute složeneacuteho mikroskopu
nazvaneacuteho occhiolino
k vědeckyacutem uacutečelům (pozorovaacuteniacute
oka mouchy)
Nejasnosti kolem vynaacutelezu mikroskopu
ndash z dobovyacutech zpraacutev neniacute jasneacute zda se jednaacute o mikroskop
jehož okulaacuterem je spojka nebo o dalekohled s rozptylkou
(kteryacute použiacuteval Galileo)
Anthony van Leeuwenhoek (1632-1723)
ndash obchodniacutek s laacutetkami v holandskeacutem Delftu
ndash sestrojil jednočočkovyacute mikroskop silnyacute zvětšovaciacute
efekt čočky
(až 270x)
ndash nejprve zkoumaacuteniacute struktury laacutetek
později zkoumal listy květiny drobneacute organismy lidskou krev kůži vlasy hellip
- prvniacute viděl a popsal krevniacute buňky chovaacuteniacute lidskyacutech spermiiacute
- vyacuteroba asi 250 mikroskopů
17 stol
Jednočočkovyacute Leeuwenhoekův
mikroskop
httpbiologimediacentrecomwp-contentuploads201101image2png
Anglickyacute původ Italskyacute původ
17 stol
Prvniacute světelneacute mikroskopy
Jednočočkovyacute
mikroskop Dvoučočkoveacute
mikroskopy
Robert Hook (1635-1703) [huacutek]
ndash anglickyacute fyzik chemik geolog astronom hellip
ndash použiacuteval zakoupenyacute složenyacute mikroskop s viacutece
čočkami (tzv kompaudniacute) vylepšenyacute o kvalitniacute osvětleniacute
17 stol
Hookův mikroskop
- vylepšeniacute osvětleniacute použitiacute irisoveacute clony
irisovaacute clona
- zkoumaacuteniacute slabyacutech plaacutetků korku z korkovniacuteku
živeacute laacutetky jsou tvořeny buňkami
- 1665 - kniha bdquoMicrographialdquo
mikroskopickeacute pozorovaacuteniacute rostlinnyacutech
pletiv živočišnyacutech objektů a struktur
mineraacutelů
Rok vydaacuteniacute 1665 Micrographia or some Physiological Descriptions of Minute Bodies
made by Magnifying Glasses with Observations and Inquiries thereupon
London 1665
17 stol Leeuwenhoek Hook
Angličan Henry Power (1626ndash1668) ndash jako
prvniacute (1663) publikoval pozorovaacuteniacute mikroskopem
Marcello Malphighi (1628ndash1694)
italskyacute leacutekař
zakladatel mikroskopickeacute anatomie
- objev krevniacutech kapilaacuter savců (1661)
- malphigickeacute trubice hmyzu
18 stol
ndash mikroskopy přežily jako hračka pro zaacutebavu anglickyacutech gentlemanů zajiacutemajiacuteciacutech se o tajemstviacute přiacuterody
19 stol
zač 19 stol ndash Dollond Lister Amici - vynaacutelez
achromatickeacuteho objektivu
ndash do teacute doby použiacutevaacuteniacute jednočočkoveacuteho mikroskopu (dvoučočkovyacute
mikroskop podaacuteval značně zkreslenyacute obraz)
Vyacuteznačniacute vědci 19 stol použiacutevajiacuteciacute k svyacutem pozorovaacuteniacutem mikroskop
Robert Brown (1773-1858) - objev jaacutedra (1831)
Luis Pasteur (1822-1895) (francouzskyacute mikrobiolog)
- objev kvasinek
Robert Koch (1843-1910) (německyacute leacutekař a mikrobiolog)
- objev původců tuberkuloacutezy a cholery
Jan Evangelista Purkyně (1787-1869) (českyacute fyziolog)
- 1825 popsal jaacutedro u živočišneacute buňky (lupa)
od r 1832 použiacutevaacute kvalitniacute mikroskop
Microscope
stand VII
19 stol ndash dalšiacute vyacutevoj mikroskopů
Carl Zeiss ndash průmyslovaacute vyacuteroba mikroskopů (firma Zeiss)
Ernst Karl Abbe ndash teoretickaacute studia optickyacutech principů
Otto Schott ndash vyacutezkum optickeacuteho skla
August Koumlhler ndash kvalitniacute osvětleniacute
Otto Schott (1851-1935)
Ernst Abbe (1840-1905)
Carl Zeiss (1816-1888)
August Koumlhler (1866-1948)
Mikroskopy 19 stoletiacute
19 stol
20 stol
Konfokaacutelniacute mikroskop
A1R (Nikon)
BX60 (Olympus)
Laserovyacute fluorescenčniacute mikroskop bdquoLight Sheetldquo Centrum regionu Hanaacute pro biotechnologickyacute a zemědělskyacute vyacutezkum Odděleniacute buněčneacute biologie
21 stol
21 stol
Digitaacutelniacute holografickyacute mikroskop firmy Lynceacutee Tec
Důležitaacute data při rozvoji moderniacute světelneacute mikroskopie
1847 - Zahaacutejeniacute vyacuteroby mikroskopů firmou Carl Zeiss v Jeně
1903 - Ultramikroskop (Richard Zsigmondy NC 1925)
1911 - Fluorescenčniacute mikroskop (Carl Reichert)
1935 - Faacutezovyacute kontrast (Fritz Zernike NC 1953)
1955 - Diferenciaacutelniacute interferenčniacute kontrast (DIC ndash Nomarski)
1968 - Rastrovaciacute tandemovyacute konfokaacutelniacute mikroskop (TSCM)
1978 - Laserovyacute konfokaacutelniacute rastrovaciacute mikroskop
1994 - Princip STED mikroskopie (S W Hell NC 2014)
(Stimulated Emission Depletion ndash redukce fluorescence stimulovanou emisiacute)
po roce 2000 - rozvoj tzv superrozlišovaciacute mikroskopie
2006 - Super-resolučniacute fluorescenčniacute mikroskop (Eric Betzig
Stefan W Hell a William E Moerner NC za chemii 2014)
NC = Nobelova cena
30 leacuteta 20 stoletiacute
ndash hranice vyacutevoje optickeacuteho (paprskoveacuteho) mikroskopu
(hranice rozlišeniacute světelneacuteho mikroskopu je diacuteky velikosti deacutelky světla 02 microm)
- dalšiacute zvětšovaacuteniacute pozorovanyacutech objektů na jineacutem principu
- miacutesto světelneacuteho paprsku elektronovyacute paprsek
(= tok rychlyacutech elektronů)
- miacutesto skleněneacute čočky magnetickaacute čočka
1931 - Ernst Ruska Max Knoll
prvniacute elektronovyacute mikroskop
tzv prozařovaciacute transmisniacute EM
(TEM ndash Transmission Electron Microscope)
- originaacutelniacute zvětšeniacute 1 000 - 250 000x
Ernst Ruska (1906-1988)
1942 - rastrovaciacute EM
(SEM ndash Scanning Electron Microscope) - postupneacute bombardovaacuteniacute vzorku elektrony
- zvětšeniacute až 30 000x
EM UacuteMG AV ČR Praha-Krč
FEI ndash TECHNAIG2TEM + kryozařiacutezeniacute
200 kV (λ el = 00025 nm)
RS 01 nm
prvkovaacute analyacuteza vzorků
zařiacutezeniacute pro
prvkovou analyacutezu
vzorků
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
Brněnštiacute vědci z Uacutestavu přiacutestrojoveacute techniky AV ČR (UacutePT) a Mendelovy
univerzity představili novou metodu pozorovaacuteniacute rostlinnyacutech vzorků v jejich
přirozeneacutem stavu (za využitiacute kryoprotektiv)
Viacutece na httpe-svete15cztechnikacesti-vedci-posunuli-hranice-elektronove-mikroskopie-1174818
Enviromentaacutelniacute rastrovaciacute elektronovyacute mikroskop Aquasem II
TEM TITAN FEI Company Mgr Klaacutera Čeacutepe PhD
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute elektronovyacute mikroskop
schopnyacute nahleacutednout do struktury materiaacutelů až na uacuterovni atomů
a současně přesně zmapovat jejich chemickeacute složeniacute
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech
materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury
PřF UP OL
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute
elektronovyacute mikroskop TITAN (FEI)
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2015
Transmisniacute elektronovyacute
mikroskop Jeol
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury PřF UP OL
Neoptickeacute mikroskopy
1981
Řaacutedkovaciacute tunelovyacute mikroskop (STM ndash Scanning Tunnelling Microscope)
- mapovaacuteniacute povrchu pomociacute pohybu vodiveacuteho hrotu nad vodivyacutem povrchem sledovaneacuteho materiaacutelu
1986
Mikroskop atomaacuterniacutech sil (AMF ndash Atomic Force Miroscope)
- skenovaacuteniacute povrchu materiaacutelu pomociacute hrotu zavěšeneacutem na pružneacutem vyacutekyvneacutem rameacutenku kteryacute je přitahovaacuten elektrostatickyacutemi a Van der Walsovyacutemi silami
Rozlišeniacute v řaacutedech pikometrů (10-12 m) ndash rozeznaacuteniacute struktur
jednotlivyacutech atomů
O p t i c k eacute p r i n c i p y
světelneacute mikroskopie
Reichl J Všetička M Encyklopedie fyziky [online] copy2006-2014
[vid 2014] Dostupneacute z httpfyzikajreichlcommainarticleview431-optika Lepil O (2013) Fyzika pro gymnaacutezia Optika Prometheus Praha 4 přepracovaneacute vydaacuteniacute
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light
Microscopy and Electronic Imaging Willey-Blackwell Published
2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
Rozhlasoveacute a raacutedioveacute vlny 250 km - 1 mm
Infračerveneacute zaacuteřeniacute 05 mm - 08 μm
Světlo (viditelneacute zaacuteřeniacute) 08 μm - 04 μm
Ultrafialoveacute zaacuteřeniacute 04 microm - 01 microm
Roumlntgenovo zaacuteřeniacute (X-paprsky) 15 nm - 0005 nm
γ-zaacuteřeniacute pod 00001 nm
Přibližneacute hodnoty ndash individuaacutelniacute vlastnosti zraku různyacutech lidiacute
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
rarr se zkracujiacuteciacute se vlnovou deacutelkou se zvyšuje frekvence (energie)
Viditelneacute
Vlnoveacute deacutelky světla a relativniacute citlivost oka
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and Electronic
Imaging Willey-Blackwell Published 2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
= zrakovyacute pigment citlivyacute na
světlo nachaacutezejiacuteciacute se v tyčinkaacutech Jodopsin = zrakovyacute pigment citlivyacute na
barvu nachaacutezejiacuteciacute se v čiacutepciacutech
S v ě t l o
Duaacutelniacute charakter světla ndash vlněniacute i proud čaacutestic (fotonů)
Vlnovyacute model světla
vlna elektrickaacute a magnetickaacute (elektromagnetickaacute vlna je tvořena oscilujiacuteciacutem elektrickyacutem a
magnetickyacutem polem na sebe kolmyacutech a nesouciacutech vpřed energii)
Pro uacutečinky světla v mikroskopu je důležitaacute vlna elektrickaacute
= přiacutečneacute vlněniacute
postupneacute kmitaacuteniacute
jednotlivyacutech vedle sebe
ležiacuteciacutech bodů
Scheacutema světla jako elektromagnetickeacute vlny
Obr httpwwwprosoundwebcomarticleprintinvaders_from_
outer_space_electromagnetic_radiation_interference
λ - vlnovaacute deacutelka
(v oblasti svět zaacuteřeniacute
v rozmeziacute od 380 do 780 nm)
určuje barvu světla
a - amplituda
nejvyššiacute hodnota
určuje intenzitu světla
Z hlediska vlnoveacute deacutelky rozlišujeme
polychromatickeacute x monochromatickeacute světlo (selekce pomociacute barevnyacutech filtrů rarr jednotnaacute vlnovaacute deacutelka světlo zeleneacute červeneacute hellip)
Elektrickaacute vlna - sinusoida
Charakterizovaacutena dvěma veličinami
Pazourek 1975
Vlastnosti světla
Rovnoměrneacute šiacuteřeniacute světla ze zaacuteřiacuteciacuteho bodu na všechny strany rarr vlnovaacute plocha tvaru koule
Paprsek ndash směr kteryacutem se vlněniacute šiacuteřiacute a kteryacute je kolmyacute
na vlnoplochu
Pazourek 1975
- paprsek nepolarizovanyacute (A C) ndash kmitaacute v každeacutem
miacutestě a v průběhu času ve všech možnyacutech směrech
kolmyacutech na směr šiacuteřeniacute paprsku
- paprsek polarizovanyacute (B D1 D2) - kmitaacute v jedneacute
rovině přičemž rovina kmitů (vlněniacute) jednoho z nich je
kolmaacute k rovině kmitů druheacuteho
Pazourek 1975
Polarizovaneacute světlo viz
httpswwwyoutubecomwatchv=gP751qpm4n4
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and
Electronic Imaging Jonh Wkiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
Osm různyacutech vlnovyacutech forem světla (znaacutezorňujiacuteciacutech různou kvalitu světla)
Odraz a lom světelnyacutech paprsků
v prostřediacutech různeacute hustoty
Důležitaacute charakteristika prostřediacute
index lomu ( n ) (= optickaacute hustota prostřediacute)
c = rychlost světla ve vakuu (stejnaacute pro všechny λ )
v = rychlost světla určiteacute vlnoveacute deacutelky ve zkoumaneacute laacutetce
c
n =
v
zde absolutniacute index lomu
(bezrozměrnaacute fyzikaacutelniacute veličina jeho jednotka je 1)
Rychlost světla (c) určiteacute vlnoveacute
deacutelky v různyacutech prostřediacutech
c ve vakuu
= 300 000 kms
Index lomu (n) některyacutech laacutetek
vzduch (vakuum) helliphellip 100 (vzduch 10002718)
voda helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 133
plexisklo helliphelliphelliphelliphelliphellip 140 ndash 152
křemenneacute sklo helliphellip hellip 145 (čočka z křemene z Ninive ndash 7 stol přnl)
běžneacute sklo helliphelliphelliphelliphellip 151
cedrovyacute olej helliphelliphelliphelliphellip 151
imerzniacute olej Olympus hellip 1516 pro fluorescenci 1404
kanadskyacute balzaacutem helliphellip 150
krystal NaCl helliphelliphelliphellip 154
korunoveacute sklo helliphelliphelliphellip 145 ndash 156 (sodno-draselneacute bezolovnateacute)
flintoveacute sklo helliphelliphelliphellip 162 ndash 180 (olovnateacute)
diamant helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 242
Index lomu je vždy většiacute než 100
očniacute čočka hellip 1406
sklivec helliphelliphellip 1336
Odraz světla rovnyacutem zrcadlem (reflexe)
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice dopadu a paprsek odraženyacute
ležiacute v jedneacute rovině
2 Uacutehel odrazu se rovnaacute uacutehlu dopadu
Odraz a lom paprsku
k
Důležiteacute pro mikroskopii (astronomii)
- neniacute zaacutevislost na vlnoveacute deacutelce světla (λ)
- na rozdiacutel od lomu paprsků se světelneacute
paprsky se odraacutežejiacute stejně
Pazourek 1975
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice lomu a paprsek lomenyacute ležiacute v teacuteže rovině
Lom světla (refrakce)
2 Při přechodu z prostřediacute opticky řidšiacuteho do prostřediacute opticky hustšiacuteho se paprsek laacuteme ke kolmici (A)
a z prostřediacute opticky hustšiacuteho
do prostřediacute opticky řidšiacuteho
se laacuteme od kolmice (B)
(C a D) ndash uacuteplnyacute odraz při tzv
mezniacutem uacutehlu dopadu paprsku
v přiacutepadě lomu od kolmice (B)
(viz Nikol odrazneacute hranoly světlovodneacute vlaacutekno nebo fluorescenčniacute metoda TIRFM ndash totaacutelniacute odraz exitačniacuteho zaacuteřeniacute)
Pazourek 1975
Svatyacute Kryštof od
švyacutecarskeacuteho maliacuteře
Konrada Witze (kolem 1400ndash1446)
Witz byl jedniacutem z prvniacutech
maliacuteřů kteryacute namaloval
přesnyacute způsob odrazu
světla na vodě
Disperze (rozklad) světla
= důsledek zaacutevislosti rychlosti světla v laacutetkaacutech na frekvenci světla
(λ = c f)
světlo různyacutech barev (λ)
se laacuteme různě
(červeneacute se lomiacute meacuteně než modreacute)
Přiacuteklad disperze (rozkladu) světla
Primaacuterniacute a sekundaacuterniacute duha Severniacute Čechy Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
D u h a
Jeden z mnoha
optickyacutech
jevů (fotometeorů)
v atmosfeacuteře
Rok 312 nl - před bitvou byzantskeacuteho ciacutesaře Konstantina I (272-337) s
konkurenčniacutem ciacutesařem Maxentiem u bran Řiacutema (tzv bitva u Milvijskeacuteho mostu) se
na obloze objevily tři zaacuteřiacuteciacute křiacuteže (halovyacute sloup parheacutelia a parhelickyacute oblouk)
Konstantin bitvu proti přesile vyhraacutel sjednotil řiacuteši a povolil v niacute vyznaacutevat křesťanstviacute
Maleacute halo (22deg) (viz 1) vedlejšiacute slunce (2) a horniacute a dolniacute halovyacute sloup (3)
vznikajiacuteciacute odrazem a lomem světelnyacutech paprsků na krystalciacutech ledu
Lom světla a dějiny
httptmagazineblogsnytimescom20121126halo-effect_r=0
1
3
2 2
3
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
Anthony van Leeuwenhoek (1632-1723)
ndash obchodniacutek s laacutetkami v holandskeacutem Delftu
ndash sestrojil jednočočkovyacute mikroskop silnyacute zvětšovaciacute
efekt čočky
(až 270x)
ndash nejprve zkoumaacuteniacute struktury laacutetek
později zkoumal listy květiny drobneacute organismy lidskou krev kůži vlasy hellip
- prvniacute viděl a popsal krevniacute buňky chovaacuteniacute lidskyacutech spermiiacute
- vyacuteroba asi 250 mikroskopů
17 stol
Jednočočkovyacute Leeuwenhoekův
mikroskop
httpbiologimediacentrecomwp-contentuploads201101image2png
Anglickyacute původ Italskyacute původ
17 stol
Prvniacute světelneacute mikroskopy
Jednočočkovyacute
mikroskop Dvoučočkoveacute
mikroskopy
Robert Hook (1635-1703) [huacutek]
ndash anglickyacute fyzik chemik geolog astronom hellip
ndash použiacuteval zakoupenyacute složenyacute mikroskop s viacutece
čočkami (tzv kompaudniacute) vylepšenyacute o kvalitniacute osvětleniacute
17 stol
Hookův mikroskop
- vylepšeniacute osvětleniacute použitiacute irisoveacute clony
irisovaacute clona
- zkoumaacuteniacute slabyacutech plaacutetků korku z korkovniacuteku
živeacute laacutetky jsou tvořeny buňkami
- 1665 - kniha bdquoMicrographialdquo
mikroskopickeacute pozorovaacuteniacute rostlinnyacutech
pletiv živočišnyacutech objektů a struktur
mineraacutelů
Rok vydaacuteniacute 1665 Micrographia or some Physiological Descriptions of Minute Bodies
made by Magnifying Glasses with Observations and Inquiries thereupon
London 1665
17 stol Leeuwenhoek Hook
Angličan Henry Power (1626ndash1668) ndash jako
prvniacute (1663) publikoval pozorovaacuteniacute mikroskopem
Marcello Malphighi (1628ndash1694)
italskyacute leacutekař
zakladatel mikroskopickeacute anatomie
- objev krevniacutech kapilaacuter savců (1661)
- malphigickeacute trubice hmyzu
18 stol
ndash mikroskopy přežily jako hračka pro zaacutebavu anglickyacutech gentlemanů zajiacutemajiacuteciacutech se o tajemstviacute přiacuterody
19 stol
zač 19 stol ndash Dollond Lister Amici - vynaacutelez
achromatickeacuteho objektivu
ndash do teacute doby použiacutevaacuteniacute jednočočkoveacuteho mikroskopu (dvoučočkovyacute
mikroskop podaacuteval značně zkreslenyacute obraz)
Vyacuteznačniacute vědci 19 stol použiacutevajiacuteciacute k svyacutem pozorovaacuteniacutem mikroskop
Robert Brown (1773-1858) - objev jaacutedra (1831)
Luis Pasteur (1822-1895) (francouzskyacute mikrobiolog)
- objev kvasinek
Robert Koch (1843-1910) (německyacute leacutekař a mikrobiolog)
- objev původců tuberkuloacutezy a cholery
Jan Evangelista Purkyně (1787-1869) (českyacute fyziolog)
- 1825 popsal jaacutedro u živočišneacute buňky (lupa)
od r 1832 použiacutevaacute kvalitniacute mikroskop
Microscope
stand VII
19 stol ndash dalšiacute vyacutevoj mikroskopů
Carl Zeiss ndash průmyslovaacute vyacuteroba mikroskopů (firma Zeiss)
Ernst Karl Abbe ndash teoretickaacute studia optickyacutech principů
Otto Schott ndash vyacutezkum optickeacuteho skla
August Koumlhler ndash kvalitniacute osvětleniacute
Otto Schott (1851-1935)
Ernst Abbe (1840-1905)
Carl Zeiss (1816-1888)
August Koumlhler (1866-1948)
Mikroskopy 19 stoletiacute
19 stol
20 stol
Konfokaacutelniacute mikroskop
A1R (Nikon)
BX60 (Olympus)
Laserovyacute fluorescenčniacute mikroskop bdquoLight Sheetldquo Centrum regionu Hanaacute pro biotechnologickyacute a zemědělskyacute vyacutezkum Odděleniacute buněčneacute biologie
21 stol
21 stol
Digitaacutelniacute holografickyacute mikroskop firmy Lynceacutee Tec
Důležitaacute data při rozvoji moderniacute světelneacute mikroskopie
1847 - Zahaacutejeniacute vyacuteroby mikroskopů firmou Carl Zeiss v Jeně
1903 - Ultramikroskop (Richard Zsigmondy NC 1925)
1911 - Fluorescenčniacute mikroskop (Carl Reichert)
1935 - Faacutezovyacute kontrast (Fritz Zernike NC 1953)
1955 - Diferenciaacutelniacute interferenčniacute kontrast (DIC ndash Nomarski)
1968 - Rastrovaciacute tandemovyacute konfokaacutelniacute mikroskop (TSCM)
1978 - Laserovyacute konfokaacutelniacute rastrovaciacute mikroskop
1994 - Princip STED mikroskopie (S W Hell NC 2014)
(Stimulated Emission Depletion ndash redukce fluorescence stimulovanou emisiacute)
po roce 2000 - rozvoj tzv superrozlišovaciacute mikroskopie
2006 - Super-resolučniacute fluorescenčniacute mikroskop (Eric Betzig
Stefan W Hell a William E Moerner NC za chemii 2014)
NC = Nobelova cena
30 leacuteta 20 stoletiacute
ndash hranice vyacutevoje optickeacuteho (paprskoveacuteho) mikroskopu
(hranice rozlišeniacute světelneacuteho mikroskopu je diacuteky velikosti deacutelky světla 02 microm)
- dalšiacute zvětšovaacuteniacute pozorovanyacutech objektů na jineacutem principu
- miacutesto světelneacuteho paprsku elektronovyacute paprsek
(= tok rychlyacutech elektronů)
- miacutesto skleněneacute čočky magnetickaacute čočka
1931 - Ernst Ruska Max Knoll
prvniacute elektronovyacute mikroskop
tzv prozařovaciacute transmisniacute EM
(TEM ndash Transmission Electron Microscope)
- originaacutelniacute zvětšeniacute 1 000 - 250 000x
Ernst Ruska (1906-1988)
1942 - rastrovaciacute EM
(SEM ndash Scanning Electron Microscope) - postupneacute bombardovaacuteniacute vzorku elektrony
- zvětšeniacute až 30 000x
EM UacuteMG AV ČR Praha-Krč
FEI ndash TECHNAIG2TEM + kryozařiacutezeniacute
200 kV (λ el = 00025 nm)
RS 01 nm
prvkovaacute analyacuteza vzorků
zařiacutezeniacute pro
prvkovou analyacutezu
vzorků
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
Brněnštiacute vědci z Uacutestavu přiacutestrojoveacute techniky AV ČR (UacutePT) a Mendelovy
univerzity představili novou metodu pozorovaacuteniacute rostlinnyacutech vzorků v jejich
přirozeneacutem stavu (za využitiacute kryoprotektiv)
Viacutece na httpe-svete15cztechnikacesti-vedci-posunuli-hranice-elektronove-mikroskopie-1174818
Enviromentaacutelniacute rastrovaciacute elektronovyacute mikroskop Aquasem II
TEM TITAN FEI Company Mgr Klaacutera Čeacutepe PhD
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute elektronovyacute mikroskop
schopnyacute nahleacutednout do struktury materiaacutelů až na uacuterovni atomů
a současně přesně zmapovat jejich chemickeacute složeniacute
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech
materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury
PřF UP OL
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute
elektronovyacute mikroskop TITAN (FEI)
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2015
Transmisniacute elektronovyacute
mikroskop Jeol
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury PřF UP OL
Neoptickeacute mikroskopy
1981
Řaacutedkovaciacute tunelovyacute mikroskop (STM ndash Scanning Tunnelling Microscope)
- mapovaacuteniacute povrchu pomociacute pohybu vodiveacuteho hrotu nad vodivyacutem povrchem sledovaneacuteho materiaacutelu
1986
Mikroskop atomaacuterniacutech sil (AMF ndash Atomic Force Miroscope)
- skenovaacuteniacute povrchu materiaacutelu pomociacute hrotu zavěšeneacutem na pružneacutem vyacutekyvneacutem rameacutenku kteryacute je přitahovaacuten elektrostatickyacutemi a Van der Walsovyacutemi silami
Rozlišeniacute v řaacutedech pikometrů (10-12 m) ndash rozeznaacuteniacute struktur
jednotlivyacutech atomů
O p t i c k eacute p r i n c i p y
světelneacute mikroskopie
Reichl J Všetička M Encyklopedie fyziky [online] copy2006-2014
[vid 2014] Dostupneacute z httpfyzikajreichlcommainarticleview431-optika Lepil O (2013) Fyzika pro gymnaacutezia Optika Prometheus Praha 4 přepracovaneacute vydaacuteniacute
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light
Microscopy and Electronic Imaging Willey-Blackwell Published
2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
Rozhlasoveacute a raacutedioveacute vlny 250 km - 1 mm
Infračerveneacute zaacuteřeniacute 05 mm - 08 μm
Světlo (viditelneacute zaacuteřeniacute) 08 μm - 04 μm
Ultrafialoveacute zaacuteřeniacute 04 microm - 01 microm
Roumlntgenovo zaacuteřeniacute (X-paprsky) 15 nm - 0005 nm
γ-zaacuteřeniacute pod 00001 nm
Přibližneacute hodnoty ndash individuaacutelniacute vlastnosti zraku různyacutech lidiacute
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
rarr se zkracujiacuteciacute se vlnovou deacutelkou se zvyšuje frekvence (energie)
Viditelneacute
Vlnoveacute deacutelky světla a relativniacute citlivost oka
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and Electronic
Imaging Willey-Blackwell Published 2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
= zrakovyacute pigment citlivyacute na
světlo nachaacutezejiacuteciacute se v tyčinkaacutech Jodopsin = zrakovyacute pigment citlivyacute na
barvu nachaacutezejiacuteciacute se v čiacutepciacutech
S v ě t l o
Duaacutelniacute charakter světla ndash vlněniacute i proud čaacutestic (fotonů)
Vlnovyacute model světla
vlna elektrickaacute a magnetickaacute (elektromagnetickaacute vlna je tvořena oscilujiacuteciacutem elektrickyacutem a
magnetickyacutem polem na sebe kolmyacutech a nesouciacutech vpřed energii)
Pro uacutečinky světla v mikroskopu je důležitaacute vlna elektrickaacute
= přiacutečneacute vlněniacute
postupneacute kmitaacuteniacute
jednotlivyacutech vedle sebe
ležiacuteciacutech bodů
Scheacutema světla jako elektromagnetickeacute vlny
Obr httpwwwprosoundwebcomarticleprintinvaders_from_
outer_space_electromagnetic_radiation_interference
λ - vlnovaacute deacutelka
(v oblasti svět zaacuteřeniacute
v rozmeziacute od 380 do 780 nm)
určuje barvu světla
a - amplituda
nejvyššiacute hodnota
určuje intenzitu světla
Z hlediska vlnoveacute deacutelky rozlišujeme
polychromatickeacute x monochromatickeacute světlo (selekce pomociacute barevnyacutech filtrů rarr jednotnaacute vlnovaacute deacutelka světlo zeleneacute červeneacute hellip)
Elektrickaacute vlna - sinusoida
Charakterizovaacutena dvěma veličinami
Pazourek 1975
Vlastnosti světla
Rovnoměrneacute šiacuteřeniacute světla ze zaacuteřiacuteciacuteho bodu na všechny strany rarr vlnovaacute plocha tvaru koule
Paprsek ndash směr kteryacutem se vlněniacute šiacuteřiacute a kteryacute je kolmyacute
na vlnoplochu
Pazourek 1975
- paprsek nepolarizovanyacute (A C) ndash kmitaacute v každeacutem
miacutestě a v průběhu času ve všech možnyacutech směrech
kolmyacutech na směr šiacuteřeniacute paprsku
- paprsek polarizovanyacute (B D1 D2) - kmitaacute v jedneacute
rovině přičemž rovina kmitů (vlněniacute) jednoho z nich je
kolmaacute k rovině kmitů druheacuteho
Pazourek 1975
Polarizovaneacute světlo viz
httpswwwyoutubecomwatchv=gP751qpm4n4
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and
Electronic Imaging Jonh Wkiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
Osm různyacutech vlnovyacutech forem světla (znaacutezorňujiacuteciacutech různou kvalitu světla)
Odraz a lom světelnyacutech paprsků
v prostřediacutech různeacute hustoty
Důležitaacute charakteristika prostřediacute
index lomu ( n ) (= optickaacute hustota prostřediacute)
c = rychlost světla ve vakuu (stejnaacute pro všechny λ )
v = rychlost světla určiteacute vlnoveacute deacutelky ve zkoumaneacute laacutetce
c
n =
v
zde absolutniacute index lomu
(bezrozměrnaacute fyzikaacutelniacute veličina jeho jednotka je 1)
Rychlost světla (c) určiteacute vlnoveacute
deacutelky v různyacutech prostřediacutech
c ve vakuu
= 300 000 kms
Index lomu (n) některyacutech laacutetek
vzduch (vakuum) helliphellip 100 (vzduch 10002718)
voda helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 133
plexisklo helliphelliphelliphelliphelliphellip 140 ndash 152
křemenneacute sklo helliphellip hellip 145 (čočka z křemene z Ninive ndash 7 stol přnl)
běžneacute sklo helliphelliphelliphelliphellip 151
cedrovyacute olej helliphelliphelliphelliphellip 151
imerzniacute olej Olympus hellip 1516 pro fluorescenci 1404
kanadskyacute balzaacutem helliphellip 150
krystal NaCl helliphelliphelliphellip 154
korunoveacute sklo helliphelliphelliphellip 145 ndash 156 (sodno-draselneacute bezolovnateacute)
flintoveacute sklo helliphelliphelliphellip 162 ndash 180 (olovnateacute)
diamant helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 242
Index lomu je vždy většiacute než 100
očniacute čočka hellip 1406
sklivec helliphelliphellip 1336
Odraz světla rovnyacutem zrcadlem (reflexe)
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice dopadu a paprsek odraženyacute
ležiacute v jedneacute rovině
2 Uacutehel odrazu se rovnaacute uacutehlu dopadu
Odraz a lom paprsku
k
Důležiteacute pro mikroskopii (astronomii)
- neniacute zaacutevislost na vlnoveacute deacutelce světla (λ)
- na rozdiacutel od lomu paprsků se světelneacute
paprsky se odraacutežejiacute stejně
Pazourek 1975
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice lomu a paprsek lomenyacute ležiacute v teacuteže rovině
Lom světla (refrakce)
2 Při přechodu z prostřediacute opticky řidšiacuteho do prostřediacute opticky hustšiacuteho se paprsek laacuteme ke kolmici (A)
a z prostřediacute opticky hustšiacuteho
do prostřediacute opticky řidšiacuteho
se laacuteme od kolmice (B)
(C a D) ndash uacuteplnyacute odraz při tzv
mezniacutem uacutehlu dopadu paprsku
v přiacutepadě lomu od kolmice (B)
(viz Nikol odrazneacute hranoly světlovodneacute vlaacutekno nebo fluorescenčniacute metoda TIRFM ndash totaacutelniacute odraz exitačniacuteho zaacuteřeniacute)
Pazourek 1975
Svatyacute Kryštof od
švyacutecarskeacuteho maliacuteře
Konrada Witze (kolem 1400ndash1446)
Witz byl jedniacutem z prvniacutech
maliacuteřů kteryacute namaloval
přesnyacute způsob odrazu
světla na vodě
Disperze (rozklad) světla
= důsledek zaacutevislosti rychlosti světla v laacutetkaacutech na frekvenci světla
(λ = c f)
světlo různyacutech barev (λ)
se laacuteme různě
(červeneacute se lomiacute meacuteně než modreacute)
Přiacuteklad disperze (rozkladu) světla
Primaacuterniacute a sekundaacuterniacute duha Severniacute Čechy Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
D u h a
Jeden z mnoha
optickyacutech
jevů (fotometeorů)
v atmosfeacuteře
Rok 312 nl - před bitvou byzantskeacuteho ciacutesaře Konstantina I (272-337) s
konkurenčniacutem ciacutesařem Maxentiem u bran Řiacutema (tzv bitva u Milvijskeacuteho mostu) se
na obloze objevily tři zaacuteřiacuteciacute křiacuteže (halovyacute sloup parheacutelia a parhelickyacute oblouk)
Konstantin bitvu proti přesile vyhraacutel sjednotil řiacuteši a povolil v niacute vyznaacutevat křesťanstviacute
Maleacute halo (22deg) (viz 1) vedlejšiacute slunce (2) a horniacute a dolniacute halovyacute sloup (3)
vznikajiacuteciacute odrazem a lomem světelnyacutech paprsků na krystalciacutech ledu
Lom světla a dějiny
httptmagazineblogsnytimescom20121126halo-effect_r=0
1
3
2 2
3
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
Jednočočkovyacute Leeuwenhoekův
mikroskop
httpbiologimediacentrecomwp-contentuploads201101image2png
Anglickyacute původ Italskyacute původ
17 stol
Prvniacute světelneacute mikroskopy
Jednočočkovyacute
mikroskop Dvoučočkoveacute
mikroskopy
Robert Hook (1635-1703) [huacutek]
ndash anglickyacute fyzik chemik geolog astronom hellip
ndash použiacuteval zakoupenyacute složenyacute mikroskop s viacutece
čočkami (tzv kompaudniacute) vylepšenyacute o kvalitniacute osvětleniacute
17 stol
Hookův mikroskop
- vylepšeniacute osvětleniacute použitiacute irisoveacute clony
irisovaacute clona
- zkoumaacuteniacute slabyacutech plaacutetků korku z korkovniacuteku
živeacute laacutetky jsou tvořeny buňkami
- 1665 - kniha bdquoMicrographialdquo
mikroskopickeacute pozorovaacuteniacute rostlinnyacutech
pletiv živočišnyacutech objektů a struktur
mineraacutelů
Rok vydaacuteniacute 1665 Micrographia or some Physiological Descriptions of Minute Bodies
made by Magnifying Glasses with Observations and Inquiries thereupon
London 1665
17 stol Leeuwenhoek Hook
Angličan Henry Power (1626ndash1668) ndash jako
prvniacute (1663) publikoval pozorovaacuteniacute mikroskopem
Marcello Malphighi (1628ndash1694)
italskyacute leacutekař
zakladatel mikroskopickeacute anatomie
- objev krevniacutech kapilaacuter savců (1661)
- malphigickeacute trubice hmyzu
18 stol
ndash mikroskopy přežily jako hračka pro zaacutebavu anglickyacutech gentlemanů zajiacutemajiacuteciacutech se o tajemstviacute přiacuterody
19 stol
zač 19 stol ndash Dollond Lister Amici - vynaacutelez
achromatickeacuteho objektivu
ndash do teacute doby použiacutevaacuteniacute jednočočkoveacuteho mikroskopu (dvoučočkovyacute
mikroskop podaacuteval značně zkreslenyacute obraz)
Vyacuteznačniacute vědci 19 stol použiacutevajiacuteciacute k svyacutem pozorovaacuteniacutem mikroskop
Robert Brown (1773-1858) - objev jaacutedra (1831)
Luis Pasteur (1822-1895) (francouzskyacute mikrobiolog)
- objev kvasinek
Robert Koch (1843-1910) (německyacute leacutekař a mikrobiolog)
- objev původců tuberkuloacutezy a cholery
Jan Evangelista Purkyně (1787-1869) (českyacute fyziolog)
- 1825 popsal jaacutedro u živočišneacute buňky (lupa)
od r 1832 použiacutevaacute kvalitniacute mikroskop
Microscope
stand VII
19 stol ndash dalšiacute vyacutevoj mikroskopů
Carl Zeiss ndash průmyslovaacute vyacuteroba mikroskopů (firma Zeiss)
Ernst Karl Abbe ndash teoretickaacute studia optickyacutech principů
Otto Schott ndash vyacutezkum optickeacuteho skla
August Koumlhler ndash kvalitniacute osvětleniacute
Otto Schott (1851-1935)
Ernst Abbe (1840-1905)
Carl Zeiss (1816-1888)
August Koumlhler (1866-1948)
Mikroskopy 19 stoletiacute
19 stol
20 stol
Konfokaacutelniacute mikroskop
A1R (Nikon)
BX60 (Olympus)
Laserovyacute fluorescenčniacute mikroskop bdquoLight Sheetldquo Centrum regionu Hanaacute pro biotechnologickyacute a zemědělskyacute vyacutezkum Odděleniacute buněčneacute biologie
21 stol
21 stol
Digitaacutelniacute holografickyacute mikroskop firmy Lynceacutee Tec
Důležitaacute data při rozvoji moderniacute světelneacute mikroskopie
1847 - Zahaacutejeniacute vyacuteroby mikroskopů firmou Carl Zeiss v Jeně
1903 - Ultramikroskop (Richard Zsigmondy NC 1925)
1911 - Fluorescenčniacute mikroskop (Carl Reichert)
1935 - Faacutezovyacute kontrast (Fritz Zernike NC 1953)
1955 - Diferenciaacutelniacute interferenčniacute kontrast (DIC ndash Nomarski)
1968 - Rastrovaciacute tandemovyacute konfokaacutelniacute mikroskop (TSCM)
1978 - Laserovyacute konfokaacutelniacute rastrovaciacute mikroskop
1994 - Princip STED mikroskopie (S W Hell NC 2014)
(Stimulated Emission Depletion ndash redukce fluorescence stimulovanou emisiacute)
po roce 2000 - rozvoj tzv superrozlišovaciacute mikroskopie
2006 - Super-resolučniacute fluorescenčniacute mikroskop (Eric Betzig
Stefan W Hell a William E Moerner NC za chemii 2014)
NC = Nobelova cena
30 leacuteta 20 stoletiacute
ndash hranice vyacutevoje optickeacuteho (paprskoveacuteho) mikroskopu
(hranice rozlišeniacute světelneacuteho mikroskopu je diacuteky velikosti deacutelky světla 02 microm)
- dalšiacute zvětšovaacuteniacute pozorovanyacutech objektů na jineacutem principu
- miacutesto světelneacuteho paprsku elektronovyacute paprsek
(= tok rychlyacutech elektronů)
- miacutesto skleněneacute čočky magnetickaacute čočka
1931 - Ernst Ruska Max Knoll
prvniacute elektronovyacute mikroskop
tzv prozařovaciacute transmisniacute EM
(TEM ndash Transmission Electron Microscope)
- originaacutelniacute zvětšeniacute 1 000 - 250 000x
Ernst Ruska (1906-1988)
1942 - rastrovaciacute EM
(SEM ndash Scanning Electron Microscope) - postupneacute bombardovaacuteniacute vzorku elektrony
- zvětšeniacute až 30 000x
EM UacuteMG AV ČR Praha-Krč
FEI ndash TECHNAIG2TEM + kryozařiacutezeniacute
200 kV (λ el = 00025 nm)
RS 01 nm
prvkovaacute analyacuteza vzorků
zařiacutezeniacute pro
prvkovou analyacutezu
vzorků
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
Brněnštiacute vědci z Uacutestavu přiacutestrojoveacute techniky AV ČR (UacutePT) a Mendelovy
univerzity představili novou metodu pozorovaacuteniacute rostlinnyacutech vzorků v jejich
přirozeneacutem stavu (za využitiacute kryoprotektiv)
Viacutece na httpe-svete15cztechnikacesti-vedci-posunuli-hranice-elektronove-mikroskopie-1174818
Enviromentaacutelniacute rastrovaciacute elektronovyacute mikroskop Aquasem II
TEM TITAN FEI Company Mgr Klaacutera Čeacutepe PhD
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute elektronovyacute mikroskop
schopnyacute nahleacutednout do struktury materiaacutelů až na uacuterovni atomů
a současně přesně zmapovat jejich chemickeacute složeniacute
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech
materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury
PřF UP OL
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute
elektronovyacute mikroskop TITAN (FEI)
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2015
Transmisniacute elektronovyacute
mikroskop Jeol
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury PřF UP OL
Neoptickeacute mikroskopy
1981
Řaacutedkovaciacute tunelovyacute mikroskop (STM ndash Scanning Tunnelling Microscope)
- mapovaacuteniacute povrchu pomociacute pohybu vodiveacuteho hrotu nad vodivyacutem povrchem sledovaneacuteho materiaacutelu
1986
Mikroskop atomaacuterniacutech sil (AMF ndash Atomic Force Miroscope)
- skenovaacuteniacute povrchu materiaacutelu pomociacute hrotu zavěšeneacutem na pružneacutem vyacutekyvneacutem rameacutenku kteryacute je přitahovaacuten elektrostatickyacutemi a Van der Walsovyacutemi silami
Rozlišeniacute v řaacutedech pikometrů (10-12 m) ndash rozeznaacuteniacute struktur
jednotlivyacutech atomů
O p t i c k eacute p r i n c i p y
světelneacute mikroskopie
Reichl J Všetička M Encyklopedie fyziky [online] copy2006-2014
[vid 2014] Dostupneacute z httpfyzikajreichlcommainarticleview431-optika Lepil O (2013) Fyzika pro gymnaacutezia Optika Prometheus Praha 4 přepracovaneacute vydaacuteniacute
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light
Microscopy and Electronic Imaging Willey-Blackwell Published
2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
Rozhlasoveacute a raacutedioveacute vlny 250 km - 1 mm
Infračerveneacute zaacuteřeniacute 05 mm - 08 μm
Světlo (viditelneacute zaacuteřeniacute) 08 μm - 04 μm
Ultrafialoveacute zaacuteřeniacute 04 microm - 01 microm
Roumlntgenovo zaacuteřeniacute (X-paprsky) 15 nm - 0005 nm
γ-zaacuteřeniacute pod 00001 nm
Přibližneacute hodnoty ndash individuaacutelniacute vlastnosti zraku různyacutech lidiacute
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
rarr se zkracujiacuteciacute se vlnovou deacutelkou se zvyšuje frekvence (energie)
Viditelneacute
Vlnoveacute deacutelky světla a relativniacute citlivost oka
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and Electronic
Imaging Willey-Blackwell Published 2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
= zrakovyacute pigment citlivyacute na
světlo nachaacutezejiacuteciacute se v tyčinkaacutech Jodopsin = zrakovyacute pigment citlivyacute na
barvu nachaacutezejiacuteciacute se v čiacutepciacutech
S v ě t l o
Duaacutelniacute charakter světla ndash vlněniacute i proud čaacutestic (fotonů)
Vlnovyacute model světla
vlna elektrickaacute a magnetickaacute (elektromagnetickaacute vlna je tvořena oscilujiacuteciacutem elektrickyacutem a
magnetickyacutem polem na sebe kolmyacutech a nesouciacutech vpřed energii)
Pro uacutečinky světla v mikroskopu je důležitaacute vlna elektrickaacute
= přiacutečneacute vlněniacute
postupneacute kmitaacuteniacute
jednotlivyacutech vedle sebe
ležiacuteciacutech bodů
Scheacutema světla jako elektromagnetickeacute vlny
Obr httpwwwprosoundwebcomarticleprintinvaders_from_
outer_space_electromagnetic_radiation_interference
λ - vlnovaacute deacutelka
(v oblasti svět zaacuteřeniacute
v rozmeziacute od 380 do 780 nm)
určuje barvu světla
a - amplituda
nejvyššiacute hodnota
určuje intenzitu světla
Z hlediska vlnoveacute deacutelky rozlišujeme
polychromatickeacute x monochromatickeacute světlo (selekce pomociacute barevnyacutech filtrů rarr jednotnaacute vlnovaacute deacutelka světlo zeleneacute červeneacute hellip)
Elektrickaacute vlna - sinusoida
Charakterizovaacutena dvěma veličinami
Pazourek 1975
Vlastnosti světla
Rovnoměrneacute šiacuteřeniacute světla ze zaacuteřiacuteciacuteho bodu na všechny strany rarr vlnovaacute plocha tvaru koule
Paprsek ndash směr kteryacutem se vlněniacute šiacuteřiacute a kteryacute je kolmyacute
na vlnoplochu
Pazourek 1975
- paprsek nepolarizovanyacute (A C) ndash kmitaacute v každeacutem
miacutestě a v průběhu času ve všech možnyacutech směrech
kolmyacutech na směr šiacuteřeniacute paprsku
- paprsek polarizovanyacute (B D1 D2) - kmitaacute v jedneacute
rovině přičemž rovina kmitů (vlněniacute) jednoho z nich je
kolmaacute k rovině kmitů druheacuteho
Pazourek 1975
Polarizovaneacute světlo viz
httpswwwyoutubecomwatchv=gP751qpm4n4
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and
Electronic Imaging Jonh Wkiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
Osm různyacutech vlnovyacutech forem světla (znaacutezorňujiacuteciacutech různou kvalitu světla)
Odraz a lom světelnyacutech paprsků
v prostřediacutech různeacute hustoty
Důležitaacute charakteristika prostřediacute
index lomu ( n ) (= optickaacute hustota prostřediacute)
c = rychlost světla ve vakuu (stejnaacute pro všechny λ )
v = rychlost světla určiteacute vlnoveacute deacutelky ve zkoumaneacute laacutetce
c
n =
v
zde absolutniacute index lomu
(bezrozměrnaacute fyzikaacutelniacute veličina jeho jednotka je 1)
Rychlost světla (c) určiteacute vlnoveacute
deacutelky v různyacutech prostřediacutech
c ve vakuu
= 300 000 kms
Index lomu (n) některyacutech laacutetek
vzduch (vakuum) helliphellip 100 (vzduch 10002718)
voda helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 133
plexisklo helliphelliphelliphelliphelliphellip 140 ndash 152
křemenneacute sklo helliphellip hellip 145 (čočka z křemene z Ninive ndash 7 stol přnl)
běžneacute sklo helliphelliphelliphelliphellip 151
cedrovyacute olej helliphelliphelliphelliphellip 151
imerzniacute olej Olympus hellip 1516 pro fluorescenci 1404
kanadskyacute balzaacutem helliphellip 150
krystal NaCl helliphelliphelliphellip 154
korunoveacute sklo helliphelliphelliphellip 145 ndash 156 (sodno-draselneacute bezolovnateacute)
flintoveacute sklo helliphelliphelliphellip 162 ndash 180 (olovnateacute)
diamant helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 242
Index lomu je vždy většiacute než 100
očniacute čočka hellip 1406
sklivec helliphelliphellip 1336
Odraz světla rovnyacutem zrcadlem (reflexe)
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice dopadu a paprsek odraženyacute
ležiacute v jedneacute rovině
2 Uacutehel odrazu se rovnaacute uacutehlu dopadu
Odraz a lom paprsku
k
Důležiteacute pro mikroskopii (astronomii)
- neniacute zaacutevislost na vlnoveacute deacutelce světla (λ)
- na rozdiacutel od lomu paprsků se světelneacute
paprsky se odraacutežejiacute stejně
Pazourek 1975
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice lomu a paprsek lomenyacute ležiacute v teacuteže rovině
Lom světla (refrakce)
2 Při přechodu z prostřediacute opticky řidšiacuteho do prostřediacute opticky hustšiacuteho se paprsek laacuteme ke kolmici (A)
a z prostřediacute opticky hustšiacuteho
do prostřediacute opticky řidšiacuteho
se laacuteme od kolmice (B)
(C a D) ndash uacuteplnyacute odraz při tzv
mezniacutem uacutehlu dopadu paprsku
v přiacutepadě lomu od kolmice (B)
(viz Nikol odrazneacute hranoly světlovodneacute vlaacutekno nebo fluorescenčniacute metoda TIRFM ndash totaacutelniacute odraz exitačniacuteho zaacuteřeniacute)
Pazourek 1975
Svatyacute Kryštof od
švyacutecarskeacuteho maliacuteře
Konrada Witze (kolem 1400ndash1446)
Witz byl jedniacutem z prvniacutech
maliacuteřů kteryacute namaloval
přesnyacute způsob odrazu
světla na vodě
Disperze (rozklad) světla
= důsledek zaacutevislosti rychlosti světla v laacutetkaacutech na frekvenci světla
(λ = c f)
světlo různyacutech barev (λ)
se laacuteme různě
(červeneacute se lomiacute meacuteně než modreacute)
Přiacuteklad disperze (rozkladu) světla
Primaacuterniacute a sekundaacuterniacute duha Severniacute Čechy Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
D u h a
Jeden z mnoha
optickyacutech
jevů (fotometeorů)
v atmosfeacuteře
Rok 312 nl - před bitvou byzantskeacuteho ciacutesaře Konstantina I (272-337) s
konkurenčniacutem ciacutesařem Maxentiem u bran Řiacutema (tzv bitva u Milvijskeacuteho mostu) se
na obloze objevily tři zaacuteřiacuteciacute křiacuteže (halovyacute sloup parheacutelia a parhelickyacute oblouk)
Konstantin bitvu proti přesile vyhraacutel sjednotil řiacuteši a povolil v niacute vyznaacutevat křesťanstviacute
Maleacute halo (22deg) (viz 1) vedlejšiacute slunce (2) a horniacute a dolniacute halovyacute sloup (3)
vznikajiacuteciacute odrazem a lomem světelnyacutech paprsků na krystalciacutech ledu
Lom světla a dějiny
httptmagazineblogsnytimescom20121126halo-effect_r=0
1
3
2 2
3
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
Anglickyacute původ Italskyacute původ
17 stol
Prvniacute světelneacute mikroskopy
Jednočočkovyacute
mikroskop Dvoučočkoveacute
mikroskopy
Robert Hook (1635-1703) [huacutek]
ndash anglickyacute fyzik chemik geolog astronom hellip
ndash použiacuteval zakoupenyacute složenyacute mikroskop s viacutece
čočkami (tzv kompaudniacute) vylepšenyacute o kvalitniacute osvětleniacute
17 stol
Hookův mikroskop
- vylepšeniacute osvětleniacute použitiacute irisoveacute clony
irisovaacute clona
- zkoumaacuteniacute slabyacutech plaacutetků korku z korkovniacuteku
živeacute laacutetky jsou tvořeny buňkami
- 1665 - kniha bdquoMicrographialdquo
mikroskopickeacute pozorovaacuteniacute rostlinnyacutech
pletiv živočišnyacutech objektů a struktur
mineraacutelů
Rok vydaacuteniacute 1665 Micrographia or some Physiological Descriptions of Minute Bodies
made by Magnifying Glasses with Observations and Inquiries thereupon
London 1665
17 stol Leeuwenhoek Hook
Angličan Henry Power (1626ndash1668) ndash jako
prvniacute (1663) publikoval pozorovaacuteniacute mikroskopem
Marcello Malphighi (1628ndash1694)
italskyacute leacutekař
zakladatel mikroskopickeacute anatomie
- objev krevniacutech kapilaacuter savců (1661)
- malphigickeacute trubice hmyzu
18 stol
ndash mikroskopy přežily jako hračka pro zaacutebavu anglickyacutech gentlemanů zajiacutemajiacuteciacutech se o tajemstviacute přiacuterody
19 stol
zač 19 stol ndash Dollond Lister Amici - vynaacutelez
achromatickeacuteho objektivu
ndash do teacute doby použiacutevaacuteniacute jednočočkoveacuteho mikroskopu (dvoučočkovyacute
mikroskop podaacuteval značně zkreslenyacute obraz)
Vyacuteznačniacute vědci 19 stol použiacutevajiacuteciacute k svyacutem pozorovaacuteniacutem mikroskop
Robert Brown (1773-1858) - objev jaacutedra (1831)
Luis Pasteur (1822-1895) (francouzskyacute mikrobiolog)
- objev kvasinek
Robert Koch (1843-1910) (německyacute leacutekař a mikrobiolog)
- objev původců tuberkuloacutezy a cholery
Jan Evangelista Purkyně (1787-1869) (českyacute fyziolog)
- 1825 popsal jaacutedro u živočišneacute buňky (lupa)
od r 1832 použiacutevaacute kvalitniacute mikroskop
Microscope
stand VII
19 stol ndash dalšiacute vyacutevoj mikroskopů
Carl Zeiss ndash průmyslovaacute vyacuteroba mikroskopů (firma Zeiss)
Ernst Karl Abbe ndash teoretickaacute studia optickyacutech principů
Otto Schott ndash vyacutezkum optickeacuteho skla
August Koumlhler ndash kvalitniacute osvětleniacute
Otto Schott (1851-1935)
Ernst Abbe (1840-1905)
Carl Zeiss (1816-1888)
August Koumlhler (1866-1948)
Mikroskopy 19 stoletiacute
19 stol
20 stol
Konfokaacutelniacute mikroskop
A1R (Nikon)
BX60 (Olympus)
Laserovyacute fluorescenčniacute mikroskop bdquoLight Sheetldquo Centrum regionu Hanaacute pro biotechnologickyacute a zemědělskyacute vyacutezkum Odděleniacute buněčneacute biologie
21 stol
21 stol
Digitaacutelniacute holografickyacute mikroskop firmy Lynceacutee Tec
Důležitaacute data při rozvoji moderniacute světelneacute mikroskopie
1847 - Zahaacutejeniacute vyacuteroby mikroskopů firmou Carl Zeiss v Jeně
1903 - Ultramikroskop (Richard Zsigmondy NC 1925)
1911 - Fluorescenčniacute mikroskop (Carl Reichert)
1935 - Faacutezovyacute kontrast (Fritz Zernike NC 1953)
1955 - Diferenciaacutelniacute interferenčniacute kontrast (DIC ndash Nomarski)
1968 - Rastrovaciacute tandemovyacute konfokaacutelniacute mikroskop (TSCM)
1978 - Laserovyacute konfokaacutelniacute rastrovaciacute mikroskop
1994 - Princip STED mikroskopie (S W Hell NC 2014)
(Stimulated Emission Depletion ndash redukce fluorescence stimulovanou emisiacute)
po roce 2000 - rozvoj tzv superrozlišovaciacute mikroskopie
2006 - Super-resolučniacute fluorescenčniacute mikroskop (Eric Betzig
Stefan W Hell a William E Moerner NC za chemii 2014)
NC = Nobelova cena
30 leacuteta 20 stoletiacute
ndash hranice vyacutevoje optickeacuteho (paprskoveacuteho) mikroskopu
(hranice rozlišeniacute světelneacuteho mikroskopu je diacuteky velikosti deacutelky světla 02 microm)
- dalšiacute zvětšovaacuteniacute pozorovanyacutech objektů na jineacutem principu
- miacutesto světelneacuteho paprsku elektronovyacute paprsek
(= tok rychlyacutech elektronů)
- miacutesto skleněneacute čočky magnetickaacute čočka
1931 - Ernst Ruska Max Knoll
prvniacute elektronovyacute mikroskop
tzv prozařovaciacute transmisniacute EM
(TEM ndash Transmission Electron Microscope)
- originaacutelniacute zvětšeniacute 1 000 - 250 000x
Ernst Ruska (1906-1988)
1942 - rastrovaciacute EM
(SEM ndash Scanning Electron Microscope) - postupneacute bombardovaacuteniacute vzorku elektrony
- zvětšeniacute až 30 000x
EM UacuteMG AV ČR Praha-Krč
FEI ndash TECHNAIG2TEM + kryozařiacutezeniacute
200 kV (λ el = 00025 nm)
RS 01 nm
prvkovaacute analyacuteza vzorků
zařiacutezeniacute pro
prvkovou analyacutezu
vzorků
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
Brněnštiacute vědci z Uacutestavu přiacutestrojoveacute techniky AV ČR (UacutePT) a Mendelovy
univerzity představili novou metodu pozorovaacuteniacute rostlinnyacutech vzorků v jejich
přirozeneacutem stavu (za využitiacute kryoprotektiv)
Viacutece na httpe-svete15cztechnikacesti-vedci-posunuli-hranice-elektronove-mikroskopie-1174818
Enviromentaacutelniacute rastrovaciacute elektronovyacute mikroskop Aquasem II
TEM TITAN FEI Company Mgr Klaacutera Čeacutepe PhD
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute elektronovyacute mikroskop
schopnyacute nahleacutednout do struktury materiaacutelů až na uacuterovni atomů
a současně přesně zmapovat jejich chemickeacute složeniacute
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech
materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury
PřF UP OL
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute
elektronovyacute mikroskop TITAN (FEI)
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2015
Transmisniacute elektronovyacute
mikroskop Jeol
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury PřF UP OL
Neoptickeacute mikroskopy
1981
Řaacutedkovaciacute tunelovyacute mikroskop (STM ndash Scanning Tunnelling Microscope)
- mapovaacuteniacute povrchu pomociacute pohybu vodiveacuteho hrotu nad vodivyacutem povrchem sledovaneacuteho materiaacutelu
1986
Mikroskop atomaacuterniacutech sil (AMF ndash Atomic Force Miroscope)
- skenovaacuteniacute povrchu materiaacutelu pomociacute hrotu zavěšeneacutem na pružneacutem vyacutekyvneacutem rameacutenku kteryacute je přitahovaacuten elektrostatickyacutemi a Van der Walsovyacutemi silami
Rozlišeniacute v řaacutedech pikometrů (10-12 m) ndash rozeznaacuteniacute struktur
jednotlivyacutech atomů
O p t i c k eacute p r i n c i p y
světelneacute mikroskopie
Reichl J Všetička M Encyklopedie fyziky [online] copy2006-2014
[vid 2014] Dostupneacute z httpfyzikajreichlcommainarticleview431-optika Lepil O (2013) Fyzika pro gymnaacutezia Optika Prometheus Praha 4 přepracovaneacute vydaacuteniacute
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light
Microscopy and Electronic Imaging Willey-Blackwell Published
2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
Rozhlasoveacute a raacutedioveacute vlny 250 km - 1 mm
Infračerveneacute zaacuteřeniacute 05 mm - 08 μm
Světlo (viditelneacute zaacuteřeniacute) 08 μm - 04 μm
Ultrafialoveacute zaacuteřeniacute 04 microm - 01 microm
Roumlntgenovo zaacuteřeniacute (X-paprsky) 15 nm - 0005 nm
γ-zaacuteřeniacute pod 00001 nm
Přibližneacute hodnoty ndash individuaacutelniacute vlastnosti zraku různyacutech lidiacute
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
rarr se zkracujiacuteciacute se vlnovou deacutelkou se zvyšuje frekvence (energie)
Viditelneacute
Vlnoveacute deacutelky světla a relativniacute citlivost oka
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and Electronic
Imaging Willey-Blackwell Published 2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
= zrakovyacute pigment citlivyacute na
světlo nachaacutezejiacuteciacute se v tyčinkaacutech Jodopsin = zrakovyacute pigment citlivyacute na
barvu nachaacutezejiacuteciacute se v čiacutepciacutech
S v ě t l o
Duaacutelniacute charakter světla ndash vlněniacute i proud čaacutestic (fotonů)
Vlnovyacute model světla
vlna elektrickaacute a magnetickaacute (elektromagnetickaacute vlna je tvořena oscilujiacuteciacutem elektrickyacutem a
magnetickyacutem polem na sebe kolmyacutech a nesouciacutech vpřed energii)
Pro uacutečinky světla v mikroskopu je důležitaacute vlna elektrickaacute
= přiacutečneacute vlněniacute
postupneacute kmitaacuteniacute
jednotlivyacutech vedle sebe
ležiacuteciacutech bodů
Scheacutema světla jako elektromagnetickeacute vlny
Obr httpwwwprosoundwebcomarticleprintinvaders_from_
outer_space_electromagnetic_radiation_interference
λ - vlnovaacute deacutelka
(v oblasti svět zaacuteřeniacute
v rozmeziacute od 380 do 780 nm)
určuje barvu světla
a - amplituda
nejvyššiacute hodnota
určuje intenzitu světla
Z hlediska vlnoveacute deacutelky rozlišujeme
polychromatickeacute x monochromatickeacute světlo (selekce pomociacute barevnyacutech filtrů rarr jednotnaacute vlnovaacute deacutelka světlo zeleneacute červeneacute hellip)
Elektrickaacute vlna - sinusoida
Charakterizovaacutena dvěma veličinami
Pazourek 1975
Vlastnosti světla
Rovnoměrneacute šiacuteřeniacute světla ze zaacuteřiacuteciacuteho bodu na všechny strany rarr vlnovaacute plocha tvaru koule
Paprsek ndash směr kteryacutem se vlněniacute šiacuteřiacute a kteryacute je kolmyacute
na vlnoplochu
Pazourek 1975
- paprsek nepolarizovanyacute (A C) ndash kmitaacute v každeacutem
miacutestě a v průběhu času ve všech možnyacutech směrech
kolmyacutech na směr šiacuteřeniacute paprsku
- paprsek polarizovanyacute (B D1 D2) - kmitaacute v jedneacute
rovině přičemž rovina kmitů (vlněniacute) jednoho z nich je
kolmaacute k rovině kmitů druheacuteho
Pazourek 1975
Polarizovaneacute světlo viz
httpswwwyoutubecomwatchv=gP751qpm4n4
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and
Electronic Imaging Jonh Wkiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
Osm různyacutech vlnovyacutech forem světla (znaacutezorňujiacuteciacutech různou kvalitu světla)
Odraz a lom světelnyacutech paprsků
v prostřediacutech různeacute hustoty
Důležitaacute charakteristika prostřediacute
index lomu ( n ) (= optickaacute hustota prostřediacute)
c = rychlost světla ve vakuu (stejnaacute pro všechny λ )
v = rychlost světla určiteacute vlnoveacute deacutelky ve zkoumaneacute laacutetce
c
n =
v
zde absolutniacute index lomu
(bezrozměrnaacute fyzikaacutelniacute veličina jeho jednotka je 1)
Rychlost světla (c) určiteacute vlnoveacute
deacutelky v různyacutech prostřediacutech
c ve vakuu
= 300 000 kms
Index lomu (n) některyacutech laacutetek
vzduch (vakuum) helliphellip 100 (vzduch 10002718)
voda helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 133
plexisklo helliphelliphelliphelliphelliphellip 140 ndash 152
křemenneacute sklo helliphellip hellip 145 (čočka z křemene z Ninive ndash 7 stol přnl)
běžneacute sklo helliphelliphelliphelliphellip 151
cedrovyacute olej helliphelliphelliphelliphellip 151
imerzniacute olej Olympus hellip 1516 pro fluorescenci 1404
kanadskyacute balzaacutem helliphellip 150
krystal NaCl helliphelliphelliphellip 154
korunoveacute sklo helliphelliphelliphellip 145 ndash 156 (sodno-draselneacute bezolovnateacute)
flintoveacute sklo helliphelliphelliphellip 162 ndash 180 (olovnateacute)
diamant helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 242
Index lomu je vždy většiacute než 100
očniacute čočka hellip 1406
sklivec helliphelliphellip 1336
Odraz světla rovnyacutem zrcadlem (reflexe)
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice dopadu a paprsek odraženyacute
ležiacute v jedneacute rovině
2 Uacutehel odrazu se rovnaacute uacutehlu dopadu
Odraz a lom paprsku
k
Důležiteacute pro mikroskopii (astronomii)
- neniacute zaacutevislost na vlnoveacute deacutelce světla (λ)
- na rozdiacutel od lomu paprsků se světelneacute
paprsky se odraacutežejiacute stejně
Pazourek 1975
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice lomu a paprsek lomenyacute ležiacute v teacuteže rovině
Lom světla (refrakce)
2 Při přechodu z prostřediacute opticky řidšiacuteho do prostřediacute opticky hustšiacuteho se paprsek laacuteme ke kolmici (A)
a z prostřediacute opticky hustšiacuteho
do prostřediacute opticky řidšiacuteho
se laacuteme od kolmice (B)
(C a D) ndash uacuteplnyacute odraz při tzv
mezniacutem uacutehlu dopadu paprsku
v přiacutepadě lomu od kolmice (B)
(viz Nikol odrazneacute hranoly světlovodneacute vlaacutekno nebo fluorescenčniacute metoda TIRFM ndash totaacutelniacute odraz exitačniacuteho zaacuteřeniacute)
Pazourek 1975
Svatyacute Kryštof od
švyacutecarskeacuteho maliacuteře
Konrada Witze (kolem 1400ndash1446)
Witz byl jedniacutem z prvniacutech
maliacuteřů kteryacute namaloval
přesnyacute způsob odrazu
světla na vodě
Disperze (rozklad) světla
= důsledek zaacutevislosti rychlosti světla v laacutetkaacutech na frekvenci světla
(λ = c f)
světlo různyacutech barev (λ)
se laacuteme různě
(červeneacute se lomiacute meacuteně než modreacute)
Přiacuteklad disperze (rozkladu) světla
Primaacuterniacute a sekundaacuterniacute duha Severniacute Čechy Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
D u h a
Jeden z mnoha
optickyacutech
jevů (fotometeorů)
v atmosfeacuteře
Rok 312 nl - před bitvou byzantskeacuteho ciacutesaře Konstantina I (272-337) s
konkurenčniacutem ciacutesařem Maxentiem u bran Řiacutema (tzv bitva u Milvijskeacuteho mostu) se
na obloze objevily tři zaacuteřiacuteciacute křiacuteže (halovyacute sloup parheacutelia a parhelickyacute oblouk)
Konstantin bitvu proti přesile vyhraacutel sjednotil řiacuteši a povolil v niacute vyznaacutevat křesťanstviacute
Maleacute halo (22deg) (viz 1) vedlejšiacute slunce (2) a horniacute a dolniacute halovyacute sloup (3)
vznikajiacuteciacute odrazem a lomem světelnyacutech paprsků na krystalciacutech ledu
Lom světla a dějiny
httptmagazineblogsnytimescom20121126halo-effect_r=0
1
3
2 2
3
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
Robert Hook (1635-1703) [huacutek]
ndash anglickyacute fyzik chemik geolog astronom hellip
ndash použiacuteval zakoupenyacute složenyacute mikroskop s viacutece
čočkami (tzv kompaudniacute) vylepšenyacute o kvalitniacute osvětleniacute
17 stol
Hookův mikroskop
- vylepšeniacute osvětleniacute použitiacute irisoveacute clony
irisovaacute clona
- zkoumaacuteniacute slabyacutech plaacutetků korku z korkovniacuteku
živeacute laacutetky jsou tvořeny buňkami
- 1665 - kniha bdquoMicrographialdquo
mikroskopickeacute pozorovaacuteniacute rostlinnyacutech
pletiv živočišnyacutech objektů a struktur
mineraacutelů
Rok vydaacuteniacute 1665 Micrographia or some Physiological Descriptions of Minute Bodies
made by Magnifying Glasses with Observations and Inquiries thereupon
London 1665
17 stol Leeuwenhoek Hook
Angličan Henry Power (1626ndash1668) ndash jako
prvniacute (1663) publikoval pozorovaacuteniacute mikroskopem
Marcello Malphighi (1628ndash1694)
italskyacute leacutekař
zakladatel mikroskopickeacute anatomie
- objev krevniacutech kapilaacuter savců (1661)
- malphigickeacute trubice hmyzu
18 stol
ndash mikroskopy přežily jako hračka pro zaacutebavu anglickyacutech gentlemanů zajiacutemajiacuteciacutech se o tajemstviacute přiacuterody
19 stol
zač 19 stol ndash Dollond Lister Amici - vynaacutelez
achromatickeacuteho objektivu
ndash do teacute doby použiacutevaacuteniacute jednočočkoveacuteho mikroskopu (dvoučočkovyacute
mikroskop podaacuteval značně zkreslenyacute obraz)
Vyacuteznačniacute vědci 19 stol použiacutevajiacuteciacute k svyacutem pozorovaacuteniacutem mikroskop
Robert Brown (1773-1858) - objev jaacutedra (1831)
Luis Pasteur (1822-1895) (francouzskyacute mikrobiolog)
- objev kvasinek
Robert Koch (1843-1910) (německyacute leacutekař a mikrobiolog)
- objev původců tuberkuloacutezy a cholery
Jan Evangelista Purkyně (1787-1869) (českyacute fyziolog)
- 1825 popsal jaacutedro u živočišneacute buňky (lupa)
od r 1832 použiacutevaacute kvalitniacute mikroskop
Microscope
stand VII
19 stol ndash dalšiacute vyacutevoj mikroskopů
Carl Zeiss ndash průmyslovaacute vyacuteroba mikroskopů (firma Zeiss)
Ernst Karl Abbe ndash teoretickaacute studia optickyacutech principů
Otto Schott ndash vyacutezkum optickeacuteho skla
August Koumlhler ndash kvalitniacute osvětleniacute
Otto Schott (1851-1935)
Ernst Abbe (1840-1905)
Carl Zeiss (1816-1888)
August Koumlhler (1866-1948)
Mikroskopy 19 stoletiacute
19 stol
20 stol
Konfokaacutelniacute mikroskop
A1R (Nikon)
BX60 (Olympus)
Laserovyacute fluorescenčniacute mikroskop bdquoLight Sheetldquo Centrum regionu Hanaacute pro biotechnologickyacute a zemědělskyacute vyacutezkum Odděleniacute buněčneacute biologie
21 stol
21 stol
Digitaacutelniacute holografickyacute mikroskop firmy Lynceacutee Tec
Důležitaacute data při rozvoji moderniacute světelneacute mikroskopie
1847 - Zahaacutejeniacute vyacuteroby mikroskopů firmou Carl Zeiss v Jeně
1903 - Ultramikroskop (Richard Zsigmondy NC 1925)
1911 - Fluorescenčniacute mikroskop (Carl Reichert)
1935 - Faacutezovyacute kontrast (Fritz Zernike NC 1953)
1955 - Diferenciaacutelniacute interferenčniacute kontrast (DIC ndash Nomarski)
1968 - Rastrovaciacute tandemovyacute konfokaacutelniacute mikroskop (TSCM)
1978 - Laserovyacute konfokaacutelniacute rastrovaciacute mikroskop
1994 - Princip STED mikroskopie (S W Hell NC 2014)
(Stimulated Emission Depletion ndash redukce fluorescence stimulovanou emisiacute)
po roce 2000 - rozvoj tzv superrozlišovaciacute mikroskopie
2006 - Super-resolučniacute fluorescenčniacute mikroskop (Eric Betzig
Stefan W Hell a William E Moerner NC za chemii 2014)
NC = Nobelova cena
30 leacuteta 20 stoletiacute
ndash hranice vyacutevoje optickeacuteho (paprskoveacuteho) mikroskopu
(hranice rozlišeniacute světelneacuteho mikroskopu je diacuteky velikosti deacutelky světla 02 microm)
- dalšiacute zvětšovaacuteniacute pozorovanyacutech objektů na jineacutem principu
- miacutesto světelneacuteho paprsku elektronovyacute paprsek
(= tok rychlyacutech elektronů)
- miacutesto skleněneacute čočky magnetickaacute čočka
1931 - Ernst Ruska Max Knoll
prvniacute elektronovyacute mikroskop
tzv prozařovaciacute transmisniacute EM
(TEM ndash Transmission Electron Microscope)
- originaacutelniacute zvětšeniacute 1 000 - 250 000x
Ernst Ruska (1906-1988)
1942 - rastrovaciacute EM
(SEM ndash Scanning Electron Microscope) - postupneacute bombardovaacuteniacute vzorku elektrony
- zvětšeniacute až 30 000x
EM UacuteMG AV ČR Praha-Krč
FEI ndash TECHNAIG2TEM + kryozařiacutezeniacute
200 kV (λ el = 00025 nm)
RS 01 nm
prvkovaacute analyacuteza vzorků
zařiacutezeniacute pro
prvkovou analyacutezu
vzorků
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
Brněnštiacute vědci z Uacutestavu přiacutestrojoveacute techniky AV ČR (UacutePT) a Mendelovy
univerzity představili novou metodu pozorovaacuteniacute rostlinnyacutech vzorků v jejich
přirozeneacutem stavu (za využitiacute kryoprotektiv)
Viacutece na httpe-svete15cztechnikacesti-vedci-posunuli-hranice-elektronove-mikroskopie-1174818
Enviromentaacutelniacute rastrovaciacute elektronovyacute mikroskop Aquasem II
TEM TITAN FEI Company Mgr Klaacutera Čeacutepe PhD
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute elektronovyacute mikroskop
schopnyacute nahleacutednout do struktury materiaacutelů až na uacuterovni atomů
a současně přesně zmapovat jejich chemickeacute složeniacute
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech
materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury
PřF UP OL
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute
elektronovyacute mikroskop TITAN (FEI)
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2015
Transmisniacute elektronovyacute
mikroskop Jeol
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury PřF UP OL
Neoptickeacute mikroskopy
1981
Řaacutedkovaciacute tunelovyacute mikroskop (STM ndash Scanning Tunnelling Microscope)
- mapovaacuteniacute povrchu pomociacute pohybu vodiveacuteho hrotu nad vodivyacutem povrchem sledovaneacuteho materiaacutelu
1986
Mikroskop atomaacuterniacutech sil (AMF ndash Atomic Force Miroscope)
- skenovaacuteniacute povrchu materiaacutelu pomociacute hrotu zavěšeneacutem na pružneacutem vyacutekyvneacutem rameacutenku kteryacute je přitahovaacuten elektrostatickyacutemi a Van der Walsovyacutemi silami
Rozlišeniacute v řaacutedech pikometrů (10-12 m) ndash rozeznaacuteniacute struktur
jednotlivyacutech atomů
O p t i c k eacute p r i n c i p y
světelneacute mikroskopie
Reichl J Všetička M Encyklopedie fyziky [online] copy2006-2014
[vid 2014] Dostupneacute z httpfyzikajreichlcommainarticleview431-optika Lepil O (2013) Fyzika pro gymnaacutezia Optika Prometheus Praha 4 přepracovaneacute vydaacuteniacute
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light
Microscopy and Electronic Imaging Willey-Blackwell Published
2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
Rozhlasoveacute a raacutedioveacute vlny 250 km - 1 mm
Infračerveneacute zaacuteřeniacute 05 mm - 08 μm
Světlo (viditelneacute zaacuteřeniacute) 08 μm - 04 μm
Ultrafialoveacute zaacuteřeniacute 04 microm - 01 microm
Roumlntgenovo zaacuteřeniacute (X-paprsky) 15 nm - 0005 nm
γ-zaacuteřeniacute pod 00001 nm
Přibližneacute hodnoty ndash individuaacutelniacute vlastnosti zraku různyacutech lidiacute
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
rarr se zkracujiacuteciacute se vlnovou deacutelkou se zvyšuje frekvence (energie)
Viditelneacute
Vlnoveacute deacutelky světla a relativniacute citlivost oka
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and Electronic
Imaging Willey-Blackwell Published 2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
= zrakovyacute pigment citlivyacute na
světlo nachaacutezejiacuteciacute se v tyčinkaacutech Jodopsin = zrakovyacute pigment citlivyacute na
barvu nachaacutezejiacuteciacute se v čiacutepciacutech
S v ě t l o
Duaacutelniacute charakter světla ndash vlněniacute i proud čaacutestic (fotonů)
Vlnovyacute model světla
vlna elektrickaacute a magnetickaacute (elektromagnetickaacute vlna je tvořena oscilujiacuteciacutem elektrickyacutem a
magnetickyacutem polem na sebe kolmyacutech a nesouciacutech vpřed energii)
Pro uacutečinky světla v mikroskopu je důležitaacute vlna elektrickaacute
= přiacutečneacute vlněniacute
postupneacute kmitaacuteniacute
jednotlivyacutech vedle sebe
ležiacuteciacutech bodů
Scheacutema světla jako elektromagnetickeacute vlny
Obr httpwwwprosoundwebcomarticleprintinvaders_from_
outer_space_electromagnetic_radiation_interference
λ - vlnovaacute deacutelka
(v oblasti svět zaacuteřeniacute
v rozmeziacute od 380 do 780 nm)
určuje barvu světla
a - amplituda
nejvyššiacute hodnota
určuje intenzitu světla
Z hlediska vlnoveacute deacutelky rozlišujeme
polychromatickeacute x monochromatickeacute světlo (selekce pomociacute barevnyacutech filtrů rarr jednotnaacute vlnovaacute deacutelka světlo zeleneacute červeneacute hellip)
Elektrickaacute vlna - sinusoida
Charakterizovaacutena dvěma veličinami
Pazourek 1975
Vlastnosti světla
Rovnoměrneacute šiacuteřeniacute světla ze zaacuteřiacuteciacuteho bodu na všechny strany rarr vlnovaacute plocha tvaru koule
Paprsek ndash směr kteryacutem se vlněniacute šiacuteřiacute a kteryacute je kolmyacute
na vlnoplochu
Pazourek 1975
- paprsek nepolarizovanyacute (A C) ndash kmitaacute v každeacutem
miacutestě a v průběhu času ve všech možnyacutech směrech
kolmyacutech na směr šiacuteřeniacute paprsku
- paprsek polarizovanyacute (B D1 D2) - kmitaacute v jedneacute
rovině přičemž rovina kmitů (vlněniacute) jednoho z nich je
kolmaacute k rovině kmitů druheacuteho
Pazourek 1975
Polarizovaneacute světlo viz
httpswwwyoutubecomwatchv=gP751qpm4n4
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and
Electronic Imaging Jonh Wkiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
Osm různyacutech vlnovyacutech forem světla (znaacutezorňujiacuteciacutech různou kvalitu světla)
Odraz a lom světelnyacutech paprsků
v prostřediacutech různeacute hustoty
Důležitaacute charakteristika prostřediacute
index lomu ( n ) (= optickaacute hustota prostřediacute)
c = rychlost světla ve vakuu (stejnaacute pro všechny λ )
v = rychlost světla určiteacute vlnoveacute deacutelky ve zkoumaneacute laacutetce
c
n =
v
zde absolutniacute index lomu
(bezrozměrnaacute fyzikaacutelniacute veličina jeho jednotka je 1)
Rychlost světla (c) určiteacute vlnoveacute
deacutelky v různyacutech prostřediacutech
c ve vakuu
= 300 000 kms
Index lomu (n) některyacutech laacutetek
vzduch (vakuum) helliphellip 100 (vzduch 10002718)
voda helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 133
plexisklo helliphelliphelliphelliphelliphellip 140 ndash 152
křemenneacute sklo helliphellip hellip 145 (čočka z křemene z Ninive ndash 7 stol přnl)
běžneacute sklo helliphelliphelliphelliphellip 151
cedrovyacute olej helliphelliphelliphelliphellip 151
imerzniacute olej Olympus hellip 1516 pro fluorescenci 1404
kanadskyacute balzaacutem helliphellip 150
krystal NaCl helliphelliphelliphellip 154
korunoveacute sklo helliphelliphelliphellip 145 ndash 156 (sodno-draselneacute bezolovnateacute)
flintoveacute sklo helliphelliphelliphellip 162 ndash 180 (olovnateacute)
diamant helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 242
Index lomu je vždy většiacute než 100
očniacute čočka hellip 1406
sklivec helliphelliphellip 1336
Odraz světla rovnyacutem zrcadlem (reflexe)
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice dopadu a paprsek odraženyacute
ležiacute v jedneacute rovině
2 Uacutehel odrazu se rovnaacute uacutehlu dopadu
Odraz a lom paprsku
k
Důležiteacute pro mikroskopii (astronomii)
- neniacute zaacutevislost na vlnoveacute deacutelce světla (λ)
- na rozdiacutel od lomu paprsků se světelneacute
paprsky se odraacutežejiacute stejně
Pazourek 1975
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice lomu a paprsek lomenyacute ležiacute v teacuteže rovině
Lom světla (refrakce)
2 Při přechodu z prostřediacute opticky řidšiacuteho do prostřediacute opticky hustšiacuteho se paprsek laacuteme ke kolmici (A)
a z prostřediacute opticky hustšiacuteho
do prostřediacute opticky řidšiacuteho
se laacuteme od kolmice (B)
(C a D) ndash uacuteplnyacute odraz při tzv
mezniacutem uacutehlu dopadu paprsku
v přiacutepadě lomu od kolmice (B)
(viz Nikol odrazneacute hranoly světlovodneacute vlaacutekno nebo fluorescenčniacute metoda TIRFM ndash totaacutelniacute odraz exitačniacuteho zaacuteřeniacute)
Pazourek 1975
Svatyacute Kryštof od
švyacutecarskeacuteho maliacuteře
Konrada Witze (kolem 1400ndash1446)
Witz byl jedniacutem z prvniacutech
maliacuteřů kteryacute namaloval
přesnyacute způsob odrazu
světla na vodě
Disperze (rozklad) světla
= důsledek zaacutevislosti rychlosti světla v laacutetkaacutech na frekvenci světla
(λ = c f)
světlo různyacutech barev (λ)
se laacuteme různě
(červeneacute se lomiacute meacuteně než modreacute)
Přiacuteklad disperze (rozkladu) světla
Primaacuterniacute a sekundaacuterniacute duha Severniacute Čechy Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
D u h a
Jeden z mnoha
optickyacutech
jevů (fotometeorů)
v atmosfeacuteře
Rok 312 nl - před bitvou byzantskeacuteho ciacutesaře Konstantina I (272-337) s
konkurenčniacutem ciacutesařem Maxentiem u bran Řiacutema (tzv bitva u Milvijskeacuteho mostu) se
na obloze objevily tři zaacuteřiacuteciacute křiacuteže (halovyacute sloup parheacutelia a parhelickyacute oblouk)
Konstantin bitvu proti přesile vyhraacutel sjednotil řiacuteši a povolil v niacute vyznaacutevat křesťanstviacute
Maleacute halo (22deg) (viz 1) vedlejšiacute slunce (2) a horniacute a dolniacute halovyacute sloup (3)
vznikajiacuteciacute odrazem a lomem světelnyacutech paprsků na krystalciacutech ledu
Lom světla a dějiny
httptmagazineblogsnytimescom20121126halo-effect_r=0
1
3
2 2
3
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
Hookův mikroskop
- vylepšeniacute osvětleniacute použitiacute irisoveacute clony
irisovaacute clona
- zkoumaacuteniacute slabyacutech plaacutetků korku z korkovniacuteku
živeacute laacutetky jsou tvořeny buňkami
- 1665 - kniha bdquoMicrographialdquo
mikroskopickeacute pozorovaacuteniacute rostlinnyacutech
pletiv živočišnyacutech objektů a struktur
mineraacutelů
Rok vydaacuteniacute 1665 Micrographia or some Physiological Descriptions of Minute Bodies
made by Magnifying Glasses with Observations and Inquiries thereupon
London 1665
17 stol Leeuwenhoek Hook
Angličan Henry Power (1626ndash1668) ndash jako
prvniacute (1663) publikoval pozorovaacuteniacute mikroskopem
Marcello Malphighi (1628ndash1694)
italskyacute leacutekař
zakladatel mikroskopickeacute anatomie
- objev krevniacutech kapilaacuter savců (1661)
- malphigickeacute trubice hmyzu
18 stol
ndash mikroskopy přežily jako hračka pro zaacutebavu anglickyacutech gentlemanů zajiacutemajiacuteciacutech se o tajemstviacute přiacuterody
19 stol
zač 19 stol ndash Dollond Lister Amici - vynaacutelez
achromatickeacuteho objektivu
ndash do teacute doby použiacutevaacuteniacute jednočočkoveacuteho mikroskopu (dvoučočkovyacute
mikroskop podaacuteval značně zkreslenyacute obraz)
Vyacuteznačniacute vědci 19 stol použiacutevajiacuteciacute k svyacutem pozorovaacuteniacutem mikroskop
Robert Brown (1773-1858) - objev jaacutedra (1831)
Luis Pasteur (1822-1895) (francouzskyacute mikrobiolog)
- objev kvasinek
Robert Koch (1843-1910) (německyacute leacutekař a mikrobiolog)
- objev původců tuberkuloacutezy a cholery
Jan Evangelista Purkyně (1787-1869) (českyacute fyziolog)
- 1825 popsal jaacutedro u živočišneacute buňky (lupa)
od r 1832 použiacutevaacute kvalitniacute mikroskop
Microscope
stand VII
19 stol ndash dalšiacute vyacutevoj mikroskopů
Carl Zeiss ndash průmyslovaacute vyacuteroba mikroskopů (firma Zeiss)
Ernst Karl Abbe ndash teoretickaacute studia optickyacutech principů
Otto Schott ndash vyacutezkum optickeacuteho skla
August Koumlhler ndash kvalitniacute osvětleniacute
Otto Schott (1851-1935)
Ernst Abbe (1840-1905)
Carl Zeiss (1816-1888)
August Koumlhler (1866-1948)
Mikroskopy 19 stoletiacute
19 stol
20 stol
Konfokaacutelniacute mikroskop
A1R (Nikon)
BX60 (Olympus)
Laserovyacute fluorescenčniacute mikroskop bdquoLight Sheetldquo Centrum regionu Hanaacute pro biotechnologickyacute a zemědělskyacute vyacutezkum Odděleniacute buněčneacute biologie
21 stol
21 stol
Digitaacutelniacute holografickyacute mikroskop firmy Lynceacutee Tec
Důležitaacute data při rozvoji moderniacute světelneacute mikroskopie
1847 - Zahaacutejeniacute vyacuteroby mikroskopů firmou Carl Zeiss v Jeně
1903 - Ultramikroskop (Richard Zsigmondy NC 1925)
1911 - Fluorescenčniacute mikroskop (Carl Reichert)
1935 - Faacutezovyacute kontrast (Fritz Zernike NC 1953)
1955 - Diferenciaacutelniacute interferenčniacute kontrast (DIC ndash Nomarski)
1968 - Rastrovaciacute tandemovyacute konfokaacutelniacute mikroskop (TSCM)
1978 - Laserovyacute konfokaacutelniacute rastrovaciacute mikroskop
1994 - Princip STED mikroskopie (S W Hell NC 2014)
(Stimulated Emission Depletion ndash redukce fluorescence stimulovanou emisiacute)
po roce 2000 - rozvoj tzv superrozlišovaciacute mikroskopie
2006 - Super-resolučniacute fluorescenčniacute mikroskop (Eric Betzig
Stefan W Hell a William E Moerner NC za chemii 2014)
NC = Nobelova cena
30 leacuteta 20 stoletiacute
ndash hranice vyacutevoje optickeacuteho (paprskoveacuteho) mikroskopu
(hranice rozlišeniacute světelneacuteho mikroskopu je diacuteky velikosti deacutelky světla 02 microm)
- dalšiacute zvětšovaacuteniacute pozorovanyacutech objektů na jineacutem principu
- miacutesto světelneacuteho paprsku elektronovyacute paprsek
(= tok rychlyacutech elektronů)
- miacutesto skleněneacute čočky magnetickaacute čočka
1931 - Ernst Ruska Max Knoll
prvniacute elektronovyacute mikroskop
tzv prozařovaciacute transmisniacute EM
(TEM ndash Transmission Electron Microscope)
- originaacutelniacute zvětšeniacute 1 000 - 250 000x
Ernst Ruska (1906-1988)
1942 - rastrovaciacute EM
(SEM ndash Scanning Electron Microscope) - postupneacute bombardovaacuteniacute vzorku elektrony
- zvětšeniacute až 30 000x
EM UacuteMG AV ČR Praha-Krč
FEI ndash TECHNAIG2TEM + kryozařiacutezeniacute
200 kV (λ el = 00025 nm)
RS 01 nm
prvkovaacute analyacuteza vzorků
zařiacutezeniacute pro
prvkovou analyacutezu
vzorků
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
Brněnštiacute vědci z Uacutestavu přiacutestrojoveacute techniky AV ČR (UacutePT) a Mendelovy
univerzity představili novou metodu pozorovaacuteniacute rostlinnyacutech vzorků v jejich
přirozeneacutem stavu (za využitiacute kryoprotektiv)
Viacutece na httpe-svete15cztechnikacesti-vedci-posunuli-hranice-elektronove-mikroskopie-1174818
Enviromentaacutelniacute rastrovaciacute elektronovyacute mikroskop Aquasem II
TEM TITAN FEI Company Mgr Klaacutera Čeacutepe PhD
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute elektronovyacute mikroskop
schopnyacute nahleacutednout do struktury materiaacutelů až na uacuterovni atomů
a současně přesně zmapovat jejich chemickeacute složeniacute
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech
materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury
PřF UP OL
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute
elektronovyacute mikroskop TITAN (FEI)
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2015
Transmisniacute elektronovyacute
mikroskop Jeol
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury PřF UP OL
Neoptickeacute mikroskopy
1981
Řaacutedkovaciacute tunelovyacute mikroskop (STM ndash Scanning Tunnelling Microscope)
- mapovaacuteniacute povrchu pomociacute pohybu vodiveacuteho hrotu nad vodivyacutem povrchem sledovaneacuteho materiaacutelu
1986
Mikroskop atomaacuterniacutech sil (AMF ndash Atomic Force Miroscope)
- skenovaacuteniacute povrchu materiaacutelu pomociacute hrotu zavěšeneacutem na pružneacutem vyacutekyvneacutem rameacutenku kteryacute je přitahovaacuten elektrostatickyacutemi a Van der Walsovyacutemi silami
Rozlišeniacute v řaacutedech pikometrů (10-12 m) ndash rozeznaacuteniacute struktur
jednotlivyacutech atomů
O p t i c k eacute p r i n c i p y
světelneacute mikroskopie
Reichl J Všetička M Encyklopedie fyziky [online] copy2006-2014
[vid 2014] Dostupneacute z httpfyzikajreichlcommainarticleview431-optika Lepil O (2013) Fyzika pro gymnaacutezia Optika Prometheus Praha 4 přepracovaneacute vydaacuteniacute
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light
Microscopy and Electronic Imaging Willey-Blackwell Published
2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
Rozhlasoveacute a raacutedioveacute vlny 250 km - 1 mm
Infračerveneacute zaacuteřeniacute 05 mm - 08 μm
Světlo (viditelneacute zaacuteřeniacute) 08 μm - 04 μm
Ultrafialoveacute zaacuteřeniacute 04 microm - 01 microm
Roumlntgenovo zaacuteřeniacute (X-paprsky) 15 nm - 0005 nm
γ-zaacuteřeniacute pod 00001 nm
Přibližneacute hodnoty ndash individuaacutelniacute vlastnosti zraku různyacutech lidiacute
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
rarr se zkracujiacuteciacute se vlnovou deacutelkou se zvyšuje frekvence (energie)
Viditelneacute
Vlnoveacute deacutelky světla a relativniacute citlivost oka
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and Electronic
Imaging Willey-Blackwell Published 2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
= zrakovyacute pigment citlivyacute na
světlo nachaacutezejiacuteciacute se v tyčinkaacutech Jodopsin = zrakovyacute pigment citlivyacute na
barvu nachaacutezejiacuteciacute se v čiacutepciacutech
S v ě t l o
Duaacutelniacute charakter světla ndash vlněniacute i proud čaacutestic (fotonů)
Vlnovyacute model světla
vlna elektrickaacute a magnetickaacute (elektromagnetickaacute vlna je tvořena oscilujiacuteciacutem elektrickyacutem a
magnetickyacutem polem na sebe kolmyacutech a nesouciacutech vpřed energii)
Pro uacutečinky světla v mikroskopu je důležitaacute vlna elektrickaacute
= přiacutečneacute vlněniacute
postupneacute kmitaacuteniacute
jednotlivyacutech vedle sebe
ležiacuteciacutech bodů
Scheacutema světla jako elektromagnetickeacute vlny
Obr httpwwwprosoundwebcomarticleprintinvaders_from_
outer_space_electromagnetic_radiation_interference
λ - vlnovaacute deacutelka
(v oblasti svět zaacuteřeniacute
v rozmeziacute od 380 do 780 nm)
určuje barvu světla
a - amplituda
nejvyššiacute hodnota
určuje intenzitu světla
Z hlediska vlnoveacute deacutelky rozlišujeme
polychromatickeacute x monochromatickeacute světlo (selekce pomociacute barevnyacutech filtrů rarr jednotnaacute vlnovaacute deacutelka světlo zeleneacute červeneacute hellip)
Elektrickaacute vlna - sinusoida
Charakterizovaacutena dvěma veličinami
Pazourek 1975
Vlastnosti světla
Rovnoměrneacute šiacuteřeniacute světla ze zaacuteřiacuteciacuteho bodu na všechny strany rarr vlnovaacute plocha tvaru koule
Paprsek ndash směr kteryacutem se vlněniacute šiacuteřiacute a kteryacute je kolmyacute
na vlnoplochu
Pazourek 1975
- paprsek nepolarizovanyacute (A C) ndash kmitaacute v každeacutem
miacutestě a v průběhu času ve všech možnyacutech směrech
kolmyacutech na směr šiacuteřeniacute paprsku
- paprsek polarizovanyacute (B D1 D2) - kmitaacute v jedneacute
rovině přičemž rovina kmitů (vlněniacute) jednoho z nich je
kolmaacute k rovině kmitů druheacuteho
Pazourek 1975
Polarizovaneacute světlo viz
httpswwwyoutubecomwatchv=gP751qpm4n4
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and
Electronic Imaging Jonh Wkiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
Osm různyacutech vlnovyacutech forem světla (znaacutezorňujiacuteciacutech různou kvalitu světla)
Odraz a lom světelnyacutech paprsků
v prostřediacutech různeacute hustoty
Důležitaacute charakteristika prostřediacute
index lomu ( n ) (= optickaacute hustota prostřediacute)
c = rychlost světla ve vakuu (stejnaacute pro všechny λ )
v = rychlost světla určiteacute vlnoveacute deacutelky ve zkoumaneacute laacutetce
c
n =
v
zde absolutniacute index lomu
(bezrozměrnaacute fyzikaacutelniacute veličina jeho jednotka je 1)
Rychlost světla (c) určiteacute vlnoveacute
deacutelky v různyacutech prostřediacutech
c ve vakuu
= 300 000 kms
Index lomu (n) některyacutech laacutetek
vzduch (vakuum) helliphellip 100 (vzduch 10002718)
voda helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 133
plexisklo helliphelliphelliphelliphelliphellip 140 ndash 152
křemenneacute sklo helliphellip hellip 145 (čočka z křemene z Ninive ndash 7 stol přnl)
běžneacute sklo helliphelliphelliphelliphellip 151
cedrovyacute olej helliphelliphelliphelliphellip 151
imerzniacute olej Olympus hellip 1516 pro fluorescenci 1404
kanadskyacute balzaacutem helliphellip 150
krystal NaCl helliphelliphelliphellip 154
korunoveacute sklo helliphelliphelliphellip 145 ndash 156 (sodno-draselneacute bezolovnateacute)
flintoveacute sklo helliphelliphelliphellip 162 ndash 180 (olovnateacute)
diamant helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 242
Index lomu je vždy většiacute než 100
očniacute čočka hellip 1406
sklivec helliphelliphellip 1336
Odraz světla rovnyacutem zrcadlem (reflexe)
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice dopadu a paprsek odraženyacute
ležiacute v jedneacute rovině
2 Uacutehel odrazu se rovnaacute uacutehlu dopadu
Odraz a lom paprsku
k
Důležiteacute pro mikroskopii (astronomii)
- neniacute zaacutevislost na vlnoveacute deacutelce světla (λ)
- na rozdiacutel od lomu paprsků se světelneacute
paprsky se odraacutežejiacute stejně
Pazourek 1975
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice lomu a paprsek lomenyacute ležiacute v teacuteže rovině
Lom světla (refrakce)
2 Při přechodu z prostřediacute opticky řidšiacuteho do prostřediacute opticky hustšiacuteho se paprsek laacuteme ke kolmici (A)
a z prostřediacute opticky hustšiacuteho
do prostřediacute opticky řidšiacuteho
se laacuteme od kolmice (B)
(C a D) ndash uacuteplnyacute odraz při tzv
mezniacutem uacutehlu dopadu paprsku
v přiacutepadě lomu od kolmice (B)
(viz Nikol odrazneacute hranoly světlovodneacute vlaacutekno nebo fluorescenčniacute metoda TIRFM ndash totaacutelniacute odraz exitačniacuteho zaacuteřeniacute)
Pazourek 1975
Svatyacute Kryštof od
švyacutecarskeacuteho maliacuteře
Konrada Witze (kolem 1400ndash1446)
Witz byl jedniacutem z prvniacutech
maliacuteřů kteryacute namaloval
přesnyacute způsob odrazu
světla na vodě
Disperze (rozklad) světla
= důsledek zaacutevislosti rychlosti světla v laacutetkaacutech na frekvenci světla
(λ = c f)
světlo různyacutech barev (λ)
se laacuteme různě
(červeneacute se lomiacute meacuteně než modreacute)
Přiacuteklad disperze (rozkladu) světla
Primaacuterniacute a sekundaacuterniacute duha Severniacute Čechy Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
D u h a
Jeden z mnoha
optickyacutech
jevů (fotometeorů)
v atmosfeacuteře
Rok 312 nl - před bitvou byzantskeacuteho ciacutesaře Konstantina I (272-337) s
konkurenčniacutem ciacutesařem Maxentiem u bran Řiacutema (tzv bitva u Milvijskeacuteho mostu) se
na obloze objevily tři zaacuteřiacuteciacute křiacuteže (halovyacute sloup parheacutelia a parhelickyacute oblouk)
Konstantin bitvu proti přesile vyhraacutel sjednotil řiacuteši a povolil v niacute vyznaacutevat křesťanstviacute
Maleacute halo (22deg) (viz 1) vedlejšiacute slunce (2) a horniacute a dolniacute halovyacute sloup (3)
vznikajiacuteciacute odrazem a lomem světelnyacutech paprsků na krystalciacutech ledu
Lom světla a dějiny
httptmagazineblogsnytimescom20121126halo-effect_r=0
1
3
2 2
3
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
- zkoumaacuteniacute slabyacutech plaacutetků korku z korkovniacuteku
živeacute laacutetky jsou tvořeny buňkami
- 1665 - kniha bdquoMicrographialdquo
mikroskopickeacute pozorovaacuteniacute rostlinnyacutech
pletiv živočišnyacutech objektů a struktur
mineraacutelů
Rok vydaacuteniacute 1665 Micrographia or some Physiological Descriptions of Minute Bodies
made by Magnifying Glasses with Observations and Inquiries thereupon
London 1665
17 stol Leeuwenhoek Hook
Angličan Henry Power (1626ndash1668) ndash jako
prvniacute (1663) publikoval pozorovaacuteniacute mikroskopem
Marcello Malphighi (1628ndash1694)
italskyacute leacutekař
zakladatel mikroskopickeacute anatomie
- objev krevniacutech kapilaacuter savců (1661)
- malphigickeacute trubice hmyzu
18 stol
ndash mikroskopy přežily jako hračka pro zaacutebavu anglickyacutech gentlemanů zajiacutemajiacuteciacutech se o tajemstviacute přiacuterody
19 stol
zač 19 stol ndash Dollond Lister Amici - vynaacutelez
achromatickeacuteho objektivu
ndash do teacute doby použiacutevaacuteniacute jednočočkoveacuteho mikroskopu (dvoučočkovyacute
mikroskop podaacuteval značně zkreslenyacute obraz)
Vyacuteznačniacute vědci 19 stol použiacutevajiacuteciacute k svyacutem pozorovaacuteniacutem mikroskop
Robert Brown (1773-1858) - objev jaacutedra (1831)
Luis Pasteur (1822-1895) (francouzskyacute mikrobiolog)
- objev kvasinek
Robert Koch (1843-1910) (německyacute leacutekař a mikrobiolog)
- objev původců tuberkuloacutezy a cholery
Jan Evangelista Purkyně (1787-1869) (českyacute fyziolog)
- 1825 popsal jaacutedro u živočišneacute buňky (lupa)
od r 1832 použiacutevaacute kvalitniacute mikroskop
Microscope
stand VII
19 stol ndash dalšiacute vyacutevoj mikroskopů
Carl Zeiss ndash průmyslovaacute vyacuteroba mikroskopů (firma Zeiss)
Ernst Karl Abbe ndash teoretickaacute studia optickyacutech principů
Otto Schott ndash vyacutezkum optickeacuteho skla
August Koumlhler ndash kvalitniacute osvětleniacute
Otto Schott (1851-1935)
Ernst Abbe (1840-1905)
Carl Zeiss (1816-1888)
August Koumlhler (1866-1948)
Mikroskopy 19 stoletiacute
19 stol
20 stol
Konfokaacutelniacute mikroskop
A1R (Nikon)
BX60 (Olympus)
Laserovyacute fluorescenčniacute mikroskop bdquoLight Sheetldquo Centrum regionu Hanaacute pro biotechnologickyacute a zemědělskyacute vyacutezkum Odděleniacute buněčneacute biologie
21 stol
21 stol
Digitaacutelniacute holografickyacute mikroskop firmy Lynceacutee Tec
Důležitaacute data při rozvoji moderniacute světelneacute mikroskopie
1847 - Zahaacutejeniacute vyacuteroby mikroskopů firmou Carl Zeiss v Jeně
1903 - Ultramikroskop (Richard Zsigmondy NC 1925)
1911 - Fluorescenčniacute mikroskop (Carl Reichert)
1935 - Faacutezovyacute kontrast (Fritz Zernike NC 1953)
1955 - Diferenciaacutelniacute interferenčniacute kontrast (DIC ndash Nomarski)
1968 - Rastrovaciacute tandemovyacute konfokaacutelniacute mikroskop (TSCM)
1978 - Laserovyacute konfokaacutelniacute rastrovaciacute mikroskop
1994 - Princip STED mikroskopie (S W Hell NC 2014)
(Stimulated Emission Depletion ndash redukce fluorescence stimulovanou emisiacute)
po roce 2000 - rozvoj tzv superrozlišovaciacute mikroskopie
2006 - Super-resolučniacute fluorescenčniacute mikroskop (Eric Betzig
Stefan W Hell a William E Moerner NC za chemii 2014)
NC = Nobelova cena
30 leacuteta 20 stoletiacute
ndash hranice vyacutevoje optickeacuteho (paprskoveacuteho) mikroskopu
(hranice rozlišeniacute světelneacuteho mikroskopu je diacuteky velikosti deacutelky světla 02 microm)
- dalšiacute zvětšovaacuteniacute pozorovanyacutech objektů na jineacutem principu
- miacutesto světelneacuteho paprsku elektronovyacute paprsek
(= tok rychlyacutech elektronů)
- miacutesto skleněneacute čočky magnetickaacute čočka
1931 - Ernst Ruska Max Knoll
prvniacute elektronovyacute mikroskop
tzv prozařovaciacute transmisniacute EM
(TEM ndash Transmission Electron Microscope)
- originaacutelniacute zvětšeniacute 1 000 - 250 000x
Ernst Ruska (1906-1988)
1942 - rastrovaciacute EM
(SEM ndash Scanning Electron Microscope) - postupneacute bombardovaacuteniacute vzorku elektrony
- zvětšeniacute až 30 000x
EM UacuteMG AV ČR Praha-Krč
FEI ndash TECHNAIG2TEM + kryozařiacutezeniacute
200 kV (λ el = 00025 nm)
RS 01 nm
prvkovaacute analyacuteza vzorků
zařiacutezeniacute pro
prvkovou analyacutezu
vzorků
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
Brněnštiacute vědci z Uacutestavu přiacutestrojoveacute techniky AV ČR (UacutePT) a Mendelovy
univerzity představili novou metodu pozorovaacuteniacute rostlinnyacutech vzorků v jejich
přirozeneacutem stavu (za využitiacute kryoprotektiv)
Viacutece na httpe-svete15cztechnikacesti-vedci-posunuli-hranice-elektronove-mikroskopie-1174818
Enviromentaacutelniacute rastrovaciacute elektronovyacute mikroskop Aquasem II
TEM TITAN FEI Company Mgr Klaacutera Čeacutepe PhD
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute elektronovyacute mikroskop
schopnyacute nahleacutednout do struktury materiaacutelů až na uacuterovni atomů
a současně přesně zmapovat jejich chemickeacute složeniacute
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech
materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury
PřF UP OL
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute
elektronovyacute mikroskop TITAN (FEI)
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2015
Transmisniacute elektronovyacute
mikroskop Jeol
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury PřF UP OL
Neoptickeacute mikroskopy
1981
Řaacutedkovaciacute tunelovyacute mikroskop (STM ndash Scanning Tunnelling Microscope)
- mapovaacuteniacute povrchu pomociacute pohybu vodiveacuteho hrotu nad vodivyacutem povrchem sledovaneacuteho materiaacutelu
1986
Mikroskop atomaacuterniacutech sil (AMF ndash Atomic Force Miroscope)
- skenovaacuteniacute povrchu materiaacutelu pomociacute hrotu zavěšeneacutem na pružneacutem vyacutekyvneacutem rameacutenku kteryacute je přitahovaacuten elektrostatickyacutemi a Van der Walsovyacutemi silami
Rozlišeniacute v řaacutedech pikometrů (10-12 m) ndash rozeznaacuteniacute struktur
jednotlivyacutech atomů
O p t i c k eacute p r i n c i p y
světelneacute mikroskopie
Reichl J Všetička M Encyklopedie fyziky [online] copy2006-2014
[vid 2014] Dostupneacute z httpfyzikajreichlcommainarticleview431-optika Lepil O (2013) Fyzika pro gymnaacutezia Optika Prometheus Praha 4 přepracovaneacute vydaacuteniacute
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light
Microscopy and Electronic Imaging Willey-Blackwell Published
2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
Rozhlasoveacute a raacutedioveacute vlny 250 km - 1 mm
Infračerveneacute zaacuteřeniacute 05 mm - 08 μm
Světlo (viditelneacute zaacuteřeniacute) 08 μm - 04 μm
Ultrafialoveacute zaacuteřeniacute 04 microm - 01 microm
Roumlntgenovo zaacuteřeniacute (X-paprsky) 15 nm - 0005 nm
γ-zaacuteřeniacute pod 00001 nm
Přibližneacute hodnoty ndash individuaacutelniacute vlastnosti zraku různyacutech lidiacute
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
rarr se zkracujiacuteciacute se vlnovou deacutelkou se zvyšuje frekvence (energie)
Viditelneacute
Vlnoveacute deacutelky světla a relativniacute citlivost oka
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and Electronic
Imaging Willey-Blackwell Published 2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
= zrakovyacute pigment citlivyacute na
světlo nachaacutezejiacuteciacute se v tyčinkaacutech Jodopsin = zrakovyacute pigment citlivyacute na
barvu nachaacutezejiacuteciacute se v čiacutepciacutech
S v ě t l o
Duaacutelniacute charakter světla ndash vlněniacute i proud čaacutestic (fotonů)
Vlnovyacute model světla
vlna elektrickaacute a magnetickaacute (elektromagnetickaacute vlna je tvořena oscilujiacuteciacutem elektrickyacutem a
magnetickyacutem polem na sebe kolmyacutech a nesouciacutech vpřed energii)
Pro uacutečinky světla v mikroskopu je důležitaacute vlna elektrickaacute
= přiacutečneacute vlněniacute
postupneacute kmitaacuteniacute
jednotlivyacutech vedle sebe
ležiacuteciacutech bodů
Scheacutema světla jako elektromagnetickeacute vlny
Obr httpwwwprosoundwebcomarticleprintinvaders_from_
outer_space_electromagnetic_radiation_interference
λ - vlnovaacute deacutelka
(v oblasti svět zaacuteřeniacute
v rozmeziacute od 380 do 780 nm)
určuje barvu světla
a - amplituda
nejvyššiacute hodnota
určuje intenzitu světla
Z hlediska vlnoveacute deacutelky rozlišujeme
polychromatickeacute x monochromatickeacute světlo (selekce pomociacute barevnyacutech filtrů rarr jednotnaacute vlnovaacute deacutelka světlo zeleneacute červeneacute hellip)
Elektrickaacute vlna - sinusoida
Charakterizovaacutena dvěma veličinami
Pazourek 1975
Vlastnosti světla
Rovnoměrneacute šiacuteřeniacute světla ze zaacuteřiacuteciacuteho bodu na všechny strany rarr vlnovaacute plocha tvaru koule
Paprsek ndash směr kteryacutem se vlněniacute šiacuteřiacute a kteryacute je kolmyacute
na vlnoplochu
Pazourek 1975
- paprsek nepolarizovanyacute (A C) ndash kmitaacute v každeacutem
miacutestě a v průběhu času ve všech možnyacutech směrech
kolmyacutech na směr šiacuteřeniacute paprsku
- paprsek polarizovanyacute (B D1 D2) - kmitaacute v jedneacute
rovině přičemž rovina kmitů (vlněniacute) jednoho z nich je
kolmaacute k rovině kmitů druheacuteho
Pazourek 1975
Polarizovaneacute světlo viz
httpswwwyoutubecomwatchv=gP751qpm4n4
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and
Electronic Imaging Jonh Wkiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
Osm různyacutech vlnovyacutech forem světla (znaacutezorňujiacuteciacutech různou kvalitu světla)
Odraz a lom světelnyacutech paprsků
v prostřediacutech různeacute hustoty
Důležitaacute charakteristika prostřediacute
index lomu ( n ) (= optickaacute hustota prostřediacute)
c = rychlost světla ve vakuu (stejnaacute pro všechny λ )
v = rychlost světla určiteacute vlnoveacute deacutelky ve zkoumaneacute laacutetce
c
n =
v
zde absolutniacute index lomu
(bezrozměrnaacute fyzikaacutelniacute veličina jeho jednotka je 1)
Rychlost světla (c) určiteacute vlnoveacute
deacutelky v různyacutech prostřediacutech
c ve vakuu
= 300 000 kms
Index lomu (n) některyacutech laacutetek
vzduch (vakuum) helliphellip 100 (vzduch 10002718)
voda helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 133
plexisklo helliphelliphelliphelliphelliphellip 140 ndash 152
křemenneacute sklo helliphellip hellip 145 (čočka z křemene z Ninive ndash 7 stol přnl)
běžneacute sklo helliphelliphelliphelliphellip 151
cedrovyacute olej helliphelliphelliphelliphellip 151
imerzniacute olej Olympus hellip 1516 pro fluorescenci 1404
kanadskyacute balzaacutem helliphellip 150
krystal NaCl helliphelliphelliphellip 154
korunoveacute sklo helliphelliphelliphellip 145 ndash 156 (sodno-draselneacute bezolovnateacute)
flintoveacute sklo helliphelliphelliphellip 162 ndash 180 (olovnateacute)
diamant helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 242
Index lomu je vždy většiacute než 100
očniacute čočka hellip 1406
sklivec helliphelliphellip 1336
Odraz světla rovnyacutem zrcadlem (reflexe)
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice dopadu a paprsek odraženyacute
ležiacute v jedneacute rovině
2 Uacutehel odrazu se rovnaacute uacutehlu dopadu
Odraz a lom paprsku
k
Důležiteacute pro mikroskopii (astronomii)
- neniacute zaacutevislost na vlnoveacute deacutelce světla (λ)
- na rozdiacutel od lomu paprsků se světelneacute
paprsky se odraacutežejiacute stejně
Pazourek 1975
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice lomu a paprsek lomenyacute ležiacute v teacuteže rovině
Lom světla (refrakce)
2 Při přechodu z prostřediacute opticky řidšiacuteho do prostřediacute opticky hustšiacuteho se paprsek laacuteme ke kolmici (A)
a z prostřediacute opticky hustšiacuteho
do prostřediacute opticky řidšiacuteho
se laacuteme od kolmice (B)
(C a D) ndash uacuteplnyacute odraz při tzv
mezniacutem uacutehlu dopadu paprsku
v přiacutepadě lomu od kolmice (B)
(viz Nikol odrazneacute hranoly světlovodneacute vlaacutekno nebo fluorescenčniacute metoda TIRFM ndash totaacutelniacute odraz exitačniacuteho zaacuteřeniacute)
Pazourek 1975
Svatyacute Kryštof od
švyacutecarskeacuteho maliacuteře
Konrada Witze (kolem 1400ndash1446)
Witz byl jedniacutem z prvniacutech
maliacuteřů kteryacute namaloval
přesnyacute způsob odrazu
světla na vodě
Disperze (rozklad) světla
= důsledek zaacutevislosti rychlosti světla v laacutetkaacutech na frekvenci světla
(λ = c f)
světlo různyacutech barev (λ)
se laacuteme různě
(červeneacute se lomiacute meacuteně než modreacute)
Přiacuteklad disperze (rozkladu) světla
Primaacuterniacute a sekundaacuterniacute duha Severniacute Čechy Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
D u h a
Jeden z mnoha
optickyacutech
jevů (fotometeorů)
v atmosfeacuteře
Rok 312 nl - před bitvou byzantskeacuteho ciacutesaře Konstantina I (272-337) s
konkurenčniacutem ciacutesařem Maxentiem u bran Řiacutema (tzv bitva u Milvijskeacuteho mostu) se
na obloze objevily tři zaacuteřiacuteciacute křiacuteže (halovyacute sloup parheacutelia a parhelickyacute oblouk)
Konstantin bitvu proti přesile vyhraacutel sjednotil řiacuteši a povolil v niacute vyznaacutevat křesťanstviacute
Maleacute halo (22deg) (viz 1) vedlejšiacute slunce (2) a horniacute a dolniacute halovyacute sloup (3)
vznikajiacuteciacute odrazem a lomem světelnyacutech paprsků na krystalciacutech ledu
Lom světla a dějiny
httptmagazineblogsnytimescom20121126halo-effect_r=0
1
3
2 2
3
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
Rok vydaacuteniacute 1665 Micrographia or some Physiological Descriptions of Minute Bodies
made by Magnifying Glasses with Observations and Inquiries thereupon
London 1665
17 stol Leeuwenhoek Hook
Angličan Henry Power (1626ndash1668) ndash jako
prvniacute (1663) publikoval pozorovaacuteniacute mikroskopem
Marcello Malphighi (1628ndash1694)
italskyacute leacutekař
zakladatel mikroskopickeacute anatomie
- objev krevniacutech kapilaacuter savců (1661)
- malphigickeacute trubice hmyzu
18 stol
ndash mikroskopy přežily jako hračka pro zaacutebavu anglickyacutech gentlemanů zajiacutemajiacuteciacutech se o tajemstviacute přiacuterody
19 stol
zač 19 stol ndash Dollond Lister Amici - vynaacutelez
achromatickeacuteho objektivu
ndash do teacute doby použiacutevaacuteniacute jednočočkoveacuteho mikroskopu (dvoučočkovyacute
mikroskop podaacuteval značně zkreslenyacute obraz)
Vyacuteznačniacute vědci 19 stol použiacutevajiacuteciacute k svyacutem pozorovaacuteniacutem mikroskop
Robert Brown (1773-1858) - objev jaacutedra (1831)
Luis Pasteur (1822-1895) (francouzskyacute mikrobiolog)
- objev kvasinek
Robert Koch (1843-1910) (německyacute leacutekař a mikrobiolog)
- objev původců tuberkuloacutezy a cholery
Jan Evangelista Purkyně (1787-1869) (českyacute fyziolog)
- 1825 popsal jaacutedro u živočišneacute buňky (lupa)
od r 1832 použiacutevaacute kvalitniacute mikroskop
Microscope
stand VII
19 stol ndash dalšiacute vyacutevoj mikroskopů
Carl Zeiss ndash průmyslovaacute vyacuteroba mikroskopů (firma Zeiss)
Ernst Karl Abbe ndash teoretickaacute studia optickyacutech principů
Otto Schott ndash vyacutezkum optickeacuteho skla
August Koumlhler ndash kvalitniacute osvětleniacute
Otto Schott (1851-1935)
Ernst Abbe (1840-1905)
Carl Zeiss (1816-1888)
August Koumlhler (1866-1948)
Mikroskopy 19 stoletiacute
19 stol
20 stol
Konfokaacutelniacute mikroskop
A1R (Nikon)
BX60 (Olympus)
Laserovyacute fluorescenčniacute mikroskop bdquoLight Sheetldquo Centrum regionu Hanaacute pro biotechnologickyacute a zemědělskyacute vyacutezkum Odděleniacute buněčneacute biologie
21 stol
21 stol
Digitaacutelniacute holografickyacute mikroskop firmy Lynceacutee Tec
Důležitaacute data při rozvoji moderniacute světelneacute mikroskopie
1847 - Zahaacutejeniacute vyacuteroby mikroskopů firmou Carl Zeiss v Jeně
1903 - Ultramikroskop (Richard Zsigmondy NC 1925)
1911 - Fluorescenčniacute mikroskop (Carl Reichert)
1935 - Faacutezovyacute kontrast (Fritz Zernike NC 1953)
1955 - Diferenciaacutelniacute interferenčniacute kontrast (DIC ndash Nomarski)
1968 - Rastrovaciacute tandemovyacute konfokaacutelniacute mikroskop (TSCM)
1978 - Laserovyacute konfokaacutelniacute rastrovaciacute mikroskop
1994 - Princip STED mikroskopie (S W Hell NC 2014)
(Stimulated Emission Depletion ndash redukce fluorescence stimulovanou emisiacute)
po roce 2000 - rozvoj tzv superrozlišovaciacute mikroskopie
2006 - Super-resolučniacute fluorescenčniacute mikroskop (Eric Betzig
Stefan W Hell a William E Moerner NC za chemii 2014)
NC = Nobelova cena
30 leacuteta 20 stoletiacute
ndash hranice vyacutevoje optickeacuteho (paprskoveacuteho) mikroskopu
(hranice rozlišeniacute světelneacuteho mikroskopu je diacuteky velikosti deacutelky světla 02 microm)
- dalšiacute zvětšovaacuteniacute pozorovanyacutech objektů na jineacutem principu
- miacutesto světelneacuteho paprsku elektronovyacute paprsek
(= tok rychlyacutech elektronů)
- miacutesto skleněneacute čočky magnetickaacute čočka
1931 - Ernst Ruska Max Knoll
prvniacute elektronovyacute mikroskop
tzv prozařovaciacute transmisniacute EM
(TEM ndash Transmission Electron Microscope)
- originaacutelniacute zvětšeniacute 1 000 - 250 000x
Ernst Ruska (1906-1988)
1942 - rastrovaciacute EM
(SEM ndash Scanning Electron Microscope) - postupneacute bombardovaacuteniacute vzorku elektrony
- zvětšeniacute až 30 000x
EM UacuteMG AV ČR Praha-Krč
FEI ndash TECHNAIG2TEM + kryozařiacutezeniacute
200 kV (λ el = 00025 nm)
RS 01 nm
prvkovaacute analyacuteza vzorků
zařiacutezeniacute pro
prvkovou analyacutezu
vzorků
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
Brněnštiacute vědci z Uacutestavu přiacutestrojoveacute techniky AV ČR (UacutePT) a Mendelovy
univerzity představili novou metodu pozorovaacuteniacute rostlinnyacutech vzorků v jejich
přirozeneacutem stavu (za využitiacute kryoprotektiv)
Viacutece na httpe-svete15cztechnikacesti-vedci-posunuli-hranice-elektronove-mikroskopie-1174818
Enviromentaacutelniacute rastrovaciacute elektronovyacute mikroskop Aquasem II
TEM TITAN FEI Company Mgr Klaacutera Čeacutepe PhD
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute elektronovyacute mikroskop
schopnyacute nahleacutednout do struktury materiaacutelů až na uacuterovni atomů
a současně přesně zmapovat jejich chemickeacute složeniacute
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech
materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury
PřF UP OL
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute
elektronovyacute mikroskop TITAN (FEI)
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2015
Transmisniacute elektronovyacute
mikroskop Jeol
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury PřF UP OL
Neoptickeacute mikroskopy
1981
Řaacutedkovaciacute tunelovyacute mikroskop (STM ndash Scanning Tunnelling Microscope)
- mapovaacuteniacute povrchu pomociacute pohybu vodiveacuteho hrotu nad vodivyacutem povrchem sledovaneacuteho materiaacutelu
1986
Mikroskop atomaacuterniacutech sil (AMF ndash Atomic Force Miroscope)
- skenovaacuteniacute povrchu materiaacutelu pomociacute hrotu zavěšeneacutem na pružneacutem vyacutekyvneacutem rameacutenku kteryacute je přitahovaacuten elektrostatickyacutemi a Van der Walsovyacutemi silami
Rozlišeniacute v řaacutedech pikometrů (10-12 m) ndash rozeznaacuteniacute struktur
jednotlivyacutech atomů
O p t i c k eacute p r i n c i p y
světelneacute mikroskopie
Reichl J Všetička M Encyklopedie fyziky [online] copy2006-2014
[vid 2014] Dostupneacute z httpfyzikajreichlcommainarticleview431-optika Lepil O (2013) Fyzika pro gymnaacutezia Optika Prometheus Praha 4 přepracovaneacute vydaacuteniacute
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light
Microscopy and Electronic Imaging Willey-Blackwell Published
2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
Rozhlasoveacute a raacutedioveacute vlny 250 km - 1 mm
Infračerveneacute zaacuteřeniacute 05 mm - 08 μm
Světlo (viditelneacute zaacuteřeniacute) 08 μm - 04 μm
Ultrafialoveacute zaacuteřeniacute 04 microm - 01 microm
Roumlntgenovo zaacuteřeniacute (X-paprsky) 15 nm - 0005 nm
γ-zaacuteřeniacute pod 00001 nm
Přibližneacute hodnoty ndash individuaacutelniacute vlastnosti zraku různyacutech lidiacute
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
rarr se zkracujiacuteciacute se vlnovou deacutelkou se zvyšuje frekvence (energie)
Viditelneacute
Vlnoveacute deacutelky světla a relativniacute citlivost oka
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and Electronic
Imaging Willey-Blackwell Published 2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
= zrakovyacute pigment citlivyacute na
světlo nachaacutezejiacuteciacute se v tyčinkaacutech Jodopsin = zrakovyacute pigment citlivyacute na
barvu nachaacutezejiacuteciacute se v čiacutepciacutech
S v ě t l o
Duaacutelniacute charakter světla ndash vlněniacute i proud čaacutestic (fotonů)
Vlnovyacute model světla
vlna elektrickaacute a magnetickaacute (elektromagnetickaacute vlna je tvořena oscilujiacuteciacutem elektrickyacutem a
magnetickyacutem polem na sebe kolmyacutech a nesouciacutech vpřed energii)
Pro uacutečinky světla v mikroskopu je důležitaacute vlna elektrickaacute
= přiacutečneacute vlněniacute
postupneacute kmitaacuteniacute
jednotlivyacutech vedle sebe
ležiacuteciacutech bodů
Scheacutema světla jako elektromagnetickeacute vlny
Obr httpwwwprosoundwebcomarticleprintinvaders_from_
outer_space_electromagnetic_radiation_interference
λ - vlnovaacute deacutelka
(v oblasti svět zaacuteřeniacute
v rozmeziacute od 380 do 780 nm)
určuje barvu světla
a - amplituda
nejvyššiacute hodnota
určuje intenzitu světla
Z hlediska vlnoveacute deacutelky rozlišujeme
polychromatickeacute x monochromatickeacute světlo (selekce pomociacute barevnyacutech filtrů rarr jednotnaacute vlnovaacute deacutelka světlo zeleneacute červeneacute hellip)
Elektrickaacute vlna - sinusoida
Charakterizovaacutena dvěma veličinami
Pazourek 1975
Vlastnosti světla
Rovnoměrneacute šiacuteřeniacute světla ze zaacuteřiacuteciacuteho bodu na všechny strany rarr vlnovaacute plocha tvaru koule
Paprsek ndash směr kteryacutem se vlněniacute šiacuteřiacute a kteryacute je kolmyacute
na vlnoplochu
Pazourek 1975
- paprsek nepolarizovanyacute (A C) ndash kmitaacute v každeacutem
miacutestě a v průběhu času ve všech možnyacutech směrech
kolmyacutech na směr šiacuteřeniacute paprsku
- paprsek polarizovanyacute (B D1 D2) - kmitaacute v jedneacute
rovině přičemž rovina kmitů (vlněniacute) jednoho z nich je
kolmaacute k rovině kmitů druheacuteho
Pazourek 1975
Polarizovaneacute světlo viz
httpswwwyoutubecomwatchv=gP751qpm4n4
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and
Electronic Imaging Jonh Wkiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
Osm různyacutech vlnovyacutech forem světla (znaacutezorňujiacuteciacutech různou kvalitu světla)
Odraz a lom světelnyacutech paprsků
v prostřediacutech různeacute hustoty
Důležitaacute charakteristika prostřediacute
index lomu ( n ) (= optickaacute hustota prostřediacute)
c = rychlost světla ve vakuu (stejnaacute pro všechny λ )
v = rychlost světla určiteacute vlnoveacute deacutelky ve zkoumaneacute laacutetce
c
n =
v
zde absolutniacute index lomu
(bezrozměrnaacute fyzikaacutelniacute veličina jeho jednotka je 1)
Rychlost světla (c) určiteacute vlnoveacute
deacutelky v různyacutech prostřediacutech
c ve vakuu
= 300 000 kms
Index lomu (n) některyacutech laacutetek
vzduch (vakuum) helliphellip 100 (vzduch 10002718)
voda helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 133
plexisklo helliphelliphelliphelliphelliphellip 140 ndash 152
křemenneacute sklo helliphellip hellip 145 (čočka z křemene z Ninive ndash 7 stol přnl)
běžneacute sklo helliphelliphelliphelliphellip 151
cedrovyacute olej helliphelliphelliphelliphellip 151
imerzniacute olej Olympus hellip 1516 pro fluorescenci 1404
kanadskyacute balzaacutem helliphellip 150
krystal NaCl helliphelliphelliphellip 154
korunoveacute sklo helliphelliphelliphellip 145 ndash 156 (sodno-draselneacute bezolovnateacute)
flintoveacute sklo helliphelliphelliphellip 162 ndash 180 (olovnateacute)
diamant helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 242
Index lomu je vždy většiacute než 100
očniacute čočka hellip 1406
sklivec helliphelliphellip 1336
Odraz světla rovnyacutem zrcadlem (reflexe)
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice dopadu a paprsek odraženyacute
ležiacute v jedneacute rovině
2 Uacutehel odrazu se rovnaacute uacutehlu dopadu
Odraz a lom paprsku
k
Důležiteacute pro mikroskopii (astronomii)
- neniacute zaacutevislost na vlnoveacute deacutelce světla (λ)
- na rozdiacutel od lomu paprsků se světelneacute
paprsky se odraacutežejiacute stejně
Pazourek 1975
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice lomu a paprsek lomenyacute ležiacute v teacuteže rovině
Lom světla (refrakce)
2 Při přechodu z prostřediacute opticky řidšiacuteho do prostřediacute opticky hustšiacuteho se paprsek laacuteme ke kolmici (A)
a z prostřediacute opticky hustšiacuteho
do prostřediacute opticky řidšiacuteho
se laacuteme od kolmice (B)
(C a D) ndash uacuteplnyacute odraz při tzv
mezniacutem uacutehlu dopadu paprsku
v přiacutepadě lomu od kolmice (B)
(viz Nikol odrazneacute hranoly světlovodneacute vlaacutekno nebo fluorescenčniacute metoda TIRFM ndash totaacutelniacute odraz exitačniacuteho zaacuteřeniacute)
Pazourek 1975
Svatyacute Kryštof od
švyacutecarskeacuteho maliacuteře
Konrada Witze (kolem 1400ndash1446)
Witz byl jedniacutem z prvniacutech
maliacuteřů kteryacute namaloval
přesnyacute způsob odrazu
světla na vodě
Disperze (rozklad) světla
= důsledek zaacutevislosti rychlosti světla v laacutetkaacutech na frekvenci světla
(λ = c f)
světlo různyacutech barev (λ)
se laacuteme různě
(červeneacute se lomiacute meacuteně než modreacute)
Přiacuteklad disperze (rozkladu) světla
Primaacuterniacute a sekundaacuterniacute duha Severniacute Čechy Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
D u h a
Jeden z mnoha
optickyacutech
jevů (fotometeorů)
v atmosfeacuteře
Rok 312 nl - před bitvou byzantskeacuteho ciacutesaře Konstantina I (272-337) s
konkurenčniacutem ciacutesařem Maxentiem u bran Řiacutema (tzv bitva u Milvijskeacuteho mostu) se
na obloze objevily tři zaacuteřiacuteciacute křiacuteže (halovyacute sloup parheacutelia a parhelickyacute oblouk)
Konstantin bitvu proti přesile vyhraacutel sjednotil řiacuteši a povolil v niacute vyznaacutevat křesťanstviacute
Maleacute halo (22deg) (viz 1) vedlejšiacute slunce (2) a horniacute a dolniacute halovyacute sloup (3)
vznikajiacuteciacute odrazem a lomem světelnyacutech paprsků na krystalciacutech ledu
Lom světla a dějiny
httptmagazineblogsnytimescom20121126halo-effect_r=0
1
3
2 2
3
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
17 stol Leeuwenhoek Hook
Angličan Henry Power (1626ndash1668) ndash jako
prvniacute (1663) publikoval pozorovaacuteniacute mikroskopem
Marcello Malphighi (1628ndash1694)
italskyacute leacutekař
zakladatel mikroskopickeacute anatomie
- objev krevniacutech kapilaacuter savců (1661)
- malphigickeacute trubice hmyzu
18 stol
ndash mikroskopy přežily jako hračka pro zaacutebavu anglickyacutech gentlemanů zajiacutemajiacuteciacutech se o tajemstviacute přiacuterody
19 stol
zač 19 stol ndash Dollond Lister Amici - vynaacutelez
achromatickeacuteho objektivu
ndash do teacute doby použiacutevaacuteniacute jednočočkoveacuteho mikroskopu (dvoučočkovyacute
mikroskop podaacuteval značně zkreslenyacute obraz)
Vyacuteznačniacute vědci 19 stol použiacutevajiacuteciacute k svyacutem pozorovaacuteniacutem mikroskop
Robert Brown (1773-1858) - objev jaacutedra (1831)
Luis Pasteur (1822-1895) (francouzskyacute mikrobiolog)
- objev kvasinek
Robert Koch (1843-1910) (německyacute leacutekař a mikrobiolog)
- objev původců tuberkuloacutezy a cholery
Jan Evangelista Purkyně (1787-1869) (českyacute fyziolog)
- 1825 popsal jaacutedro u živočišneacute buňky (lupa)
od r 1832 použiacutevaacute kvalitniacute mikroskop
Microscope
stand VII
19 stol ndash dalšiacute vyacutevoj mikroskopů
Carl Zeiss ndash průmyslovaacute vyacuteroba mikroskopů (firma Zeiss)
Ernst Karl Abbe ndash teoretickaacute studia optickyacutech principů
Otto Schott ndash vyacutezkum optickeacuteho skla
August Koumlhler ndash kvalitniacute osvětleniacute
Otto Schott (1851-1935)
Ernst Abbe (1840-1905)
Carl Zeiss (1816-1888)
August Koumlhler (1866-1948)
Mikroskopy 19 stoletiacute
19 stol
20 stol
Konfokaacutelniacute mikroskop
A1R (Nikon)
BX60 (Olympus)
Laserovyacute fluorescenčniacute mikroskop bdquoLight Sheetldquo Centrum regionu Hanaacute pro biotechnologickyacute a zemědělskyacute vyacutezkum Odděleniacute buněčneacute biologie
21 stol
21 stol
Digitaacutelniacute holografickyacute mikroskop firmy Lynceacutee Tec
Důležitaacute data při rozvoji moderniacute světelneacute mikroskopie
1847 - Zahaacutejeniacute vyacuteroby mikroskopů firmou Carl Zeiss v Jeně
1903 - Ultramikroskop (Richard Zsigmondy NC 1925)
1911 - Fluorescenčniacute mikroskop (Carl Reichert)
1935 - Faacutezovyacute kontrast (Fritz Zernike NC 1953)
1955 - Diferenciaacutelniacute interferenčniacute kontrast (DIC ndash Nomarski)
1968 - Rastrovaciacute tandemovyacute konfokaacutelniacute mikroskop (TSCM)
1978 - Laserovyacute konfokaacutelniacute rastrovaciacute mikroskop
1994 - Princip STED mikroskopie (S W Hell NC 2014)
(Stimulated Emission Depletion ndash redukce fluorescence stimulovanou emisiacute)
po roce 2000 - rozvoj tzv superrozlišovaciacute mikroskopie
2006 - Super-resolučniacute fluorescenčniacute mikroskop (Eric Betzig
Stefan W Hell a William E Moerner NC za chemii 2014)
NC = Nobelova cena
30 leacuteta 20 stoletiacute
ndash hranice vyacutevoje optickeacuteho (paprskoveacuteho) mikroskopu
(hranice rozlišeniacute světelneacuteho mikroskopu je diacuteky velikosti deacutelky světla 02 microm)
- dalšiacute zvětšovaacuteniacute pozorovanyacutech objektů na jineacutem principu
- miacutesto světelneacuteho paprsku elektronovyacute paprsek
(= tok rychlyacutech elektronů)
- miacutesto skleněneacute čočky magnetickaacute čočka
1931 - Ernst Ruska Max Knoll
prvniacute elektronovyacute mikroskop
tzv prozařovaciacute transmisniacute EM
(TEM ndash Transmission Electron Microscope)
- originaacutelniacute zvětšeniacute 1 000 - 250 000x
Ernst Ruska (1906-1988)
1942 - rastrovaciacute EM
(SEM ndash Scanning Electron Microscope) - postupneacute bombardovaacuteniacute vzorku elektrony
- zvětšeniacute až 30 000x
EM UacuteMG AV ČR Praha-Krč
FEI ndash TECHNAIG2TEM + kryozařiacutezeniacute
200 kV (λ el = 00025 nm)
RS 01 nm
prvkovaacute analyacuteza vzorků
zařiacutezeniacute pro
prvkovou analyacutezu
vzorků
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
Brněnštiacute vědci z Uacutestavu přiacutestrojoveacute techniky AV ČR (UacutePT) a Mendelovy
univerzity představili novou metodu pozorovaacuteniacute rostlinnyacutech vzorků v jejich
přirozeneacutem stavu (za využitiacute kryoprotektiv)
Viacutece na httpe-svete15cztechnikacesti-vedci-posunuli-hranice-elektronove-mikroskopie-1174818
Enviromentaacutelniacute rastrovaciacute elektronovyacute mikroskop Aquasem II
TEM TITAN FEI Company Mgr Klaacutera Čeacutepe PhD
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute elektronovyacute mikroskop
schopnyacute nahleacutednout do struktury materiaacutelů až na uacuterovni atomů
a současně přesně zmapovat jejich chemickeacute složeniacute
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech
materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury
PřF UP OL
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute
elektronovyacute mikroskop TITAN (FEI)
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2015
Transmisniacute elektronovyacute
mikroskop Jeol
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury PřF UP OL
Neoptickeacute mikroskopy
1981
Řaacutedkovaciacute tunelovyacute mikroskop (STM ndash Scanning Tunnelling Microscope)
- mapovaacuteniacute povrchu pomociacute pohybu vodiveacuteho hrotu nad vodivyacutem povrchem sledovaneacuteho materiaacutelu
1986
Mikroskop atomaacuterniacutech sil (AMF ndash Atomic Force Miroscope)
- skenovaacuteniacute povrchu materiaacutelu pomociacute hrotu zavěšeneacutem na pružneacutem vyacutekyvneacutem rameacutenku kteryacute je přitahovaacuten elektrostatickyacutemi a Van der Walsovyacutemi silami
Rozlišeniacute v řaacutedech pikometrů (10-12 m) ndash rozeznaacuteniacute struktur
jednotlivyacutech atomů
O p t i c k eacute p r i n c i p y
světelneacute mikroskopie
Reichl J Všetička M Encyklopedie fyziky [online] copy2006-2014
[vid 2014] Dostupneacute z httpfyzikajreichlcommainarticleview431-optika Lepil O (2013) Fyzika pro gymnaacutezia Optika Prometheus Praha 4 přepracovaneacute vydaacuteniacute
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light
Microscopy and Electronic Imaging Willey-Blackwell Published
2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
Rozhlasoveacute a raacutedioveacute vlny 250 km - 1 mm
Infračerveneacute zaacuteřeniacute 05 mm - 08 μm
Světlo (viditelneacute zaacuteřeniacute) 08 μm - 04 μm
Ultrafialoveacute zaacuteřeniacute 04 microm - 01 microm
Roumlntgenovo zaacuteřeniacute (X-paprsky) 15 nm - 0005 nm
γ-zaacuteřeniacute pod 00001 nm
Přibližneacute hodnoty ndash individuaacutelniacute vlastnosti zraku různyacutech lidiacute
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
rarr se zkracujiacuteciacute se vlnovou deacutelkou se zvyšuje frekvence (energie)
Viditelneacute
Vlnoveacute deacutelky světla a relativniacute citlivost oka
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and Electronic
Imaging Willey-Blackwell Published 2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
= zrakovyacute pigment citlivyacute na
světlo nachaacutezejiacuteciacute se v tyčinkaacutech Jodopsin = zrakovyacute pigment citlivyacute na
barvu nachaacutezejiacuteciacute se v čiacutepciacutech
S v ě t l o
Duaacutelniacute charakter světla ndash vlněniacute i proud čaacutestic (fotonů)
Vlnovyacute model světla
vlna elektrickaacute a magnetickaacute (elektromagnetickaacute vlna je tvořena oscilujiacuteciacutem elektrickyacutem a
magnetickyacutem polem na sebe kolmyacutech a nesouciacutech vpřed energii)
Pro uacutečinky světla v mikroskopu je důležitaacute vlna elektrickaacute
= přiacutečneacute vlněniacute
postupneacute kmitaacuteniacute
jednotlivyacutech vedle sebe
ležiacuteciacutech bodů
Scheacutema světla jako elektromagnetickeacute vlny
Obr httpwwwprosoundwebcomarticleprintinvaders_from_
outer_space_electromagnetic_radiation_interference
λ - vlnovaacute deacutelka
(v oblasti svět zaacuteřeniacute
v rozmeziacute od 380 do 780 nm)
určuje barvu světla
a - amplituda
nejvyššiacute hodnota
určuje intenzitu světla
Z hlediska vlnoveacute deacutelky rozlišujeme
polychromatickeacute x monochromatickeacute světlo (selekce pomociacute barevnyacutech filtrů rarr jednotnaacute vlnovaacute deacutelka světlo zeleneacute červeneacute hellip)
Elektrickaacute vlna - sinusoida
Charakterizovaacutena dvěma veličinami
Pazourek 1975
Vlastnosti světla
Rovnoměrneacute šiacuteřeniacute světla ze zaacuteřiacuteciacuteho bodu na všechny strany rarr vlnovaacute plocha tvaru koule
Paprsek ndash směr kteryacutem se vlněniacute šiacuteřiacute a kteryacute je kolmyacute
na vlnoplochu
Pazourek 1975
- paprsek nepolarizovanyacute (A C) ndash kmitaacute v každeacutem
miacutestě a v průběhu času ve všech možnyacutech směrech
kolmyacutech na směr šiacuteřeniacute paprsku
- paprsek polarizovanyacute (B D1 D2) - kmitaacute v jedneacute
rovině přičemž rovina kmitů (vlněniacute) jednoho z nich je
kolmaacute k rovině kmitů druheacuteho
Pazourek 1975
Polarizovaneacute světlo viz
httpswwwyoutubecomwatchv=gP751qpm4n4
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and
Electronic Imaging Jonh Wkiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
Osm různyacutech vlnovyacutech forem světla (znaacutezorňujiacuteciacutech různou kvalitu světla)
Odraz a lom světelnyacutech paprsků
v prostřediacutech různeacute hustoty
Důležitaacute charakteristika prostřediacute
index lomu ( n ) (= optickaacute hustota prostřediacute)
c = rychlost světla ve vakuu (stejnaacute pro všechny λ )
v = rychlost světla určiteacute vlnoveacute deacutelky ve zkoumaneacute laacutetce
c
n =
v
zde absolutniacute index lomu
(bezrozměrnaacute fyzikaacutelniacute veličina jeho jednotka je 1)
Rychlost světla (c) určiteacute vlnoveacute
deacutelky v různyacutech prostřediacutech
c ve vakuu
= 300 000 kms
Index lomu (n) některyacutech laacutetek
vzduch (vakuum) helliphellip 100 (vzduch 10002718)
voda helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 133
plexisklo helliphelliphelliphelliphelliphellip 140 ndash 152
křemenneacute sklo helliphellip hellip 145 (čočka z křemene z Ninive ndash 7 stol přnl)
běžneacute sklo helliphelliphelliphelliphellip 151
cedrovyacute olej helliphelliphelliphelliphellip 151
imerzniacute olej Olympus hellip 1516 pro fluorescenci 1404
kanadskyacute balzaacutem helliphellip 150
krystal NaCl helliphelliphelliphellip 154
korunoveacute sklo helliphelliphelliphellip 145 ndash 156 (sodno-draselneacute bezolovnateacute)
flintoveacute sklo helliphelliphelliphellip 162 ndash 180 (olovnateacute)
diamant helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 242
Index lomu je vždy většiacute než 100
očniacute čočka hellip 1406
sklivec helliphelliphellip 1336
Odraz světla rovnyacutem zrcadlem (reflexe)
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice dopadu a paprsek odraženyacute
ležiacute v jedneacute rovině
2 Uacutehel odrazu se rovnaacute uacutehlu dopadu
Odraz a lom paprsku
k
Důležiteacute pro mikroskopii (astronomii)
- neniacute zaacutevislost na vlnoveacute deacutelce světla (λ)
- na rozdiacutel od lomu paprsků se světelneacute
paprsky se odraacutežejiacute stejně
Pazourek 1975
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice lomu a paprsek lomenyacute ležiacute v teacuteže rovině
Lom světla (refrakce)
2 Při přechodu z prostřediacute opticky řidšiacuteho do prostřediacute opticky hustšiacuteho se paprsek laacuteme ke kolmici (A)
a z prostřediacute opticky hustšiacuteho
do prostřediacute opticky řidšiacuteho
se laacuteme od kolmice (B)
(C a D) ndash uacuteplnyacute odraz při tzv
mezniacutem uacutehlu dopadu paprsku
v přiacutepadě lomu od kolmice (B)
(viz Nikol odrazneacute hranoly světlovodneacute vlaacutekno nebo fluorescenčniacute metoda TIRFM ndash totaacutelniacute odraz exitačniacuteho zaacuteřeniacute)
Pazourek 1975
Svatyacute Kryštof od
švyacutecarskeacuteho maliacuteře
Konrada Witze (kolem 1400ndash1446)
Witz byl jedniacutem z prvniacutech
maliacuteřů kteryacute namaloval
přesnyacute způsob odrazu
světla na vodě
Disperze (rozklad) světla
= důsledek zaacutevislosti rychlosti světla v laacutetkaacutech na frekvenci světla
(λ = c f)
světlo různyacutech barev (λ)
se laacuteme různě
(červeneacute se lomiacute meacuteně než modreacute)
Přiacuteklad disperze (rozkladu) světla
Primaacuterniacute a sekundaacuterniacute duha Severniacute Čechy Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
D u h a
Jeden z mnoha
optickyacutech
jevů (fotometeorů)
v atmosfeacuteře
Rok 312 nl - před bitvou byzantskeacuteho ciacutesaře Konstantina I (272-337) s
konkurenčniacutem ciacutesařem Maxentiem u bran Řiacutema (tzv bitva u Milvijskeacuteho mostu) se
na obloze objevily tři zaacuteřiacuteciacute křiacuteže (halovyacute sloup parheacutelia a parhelickyacute oblouk)
Konstantin bitvu proti přesile vyhraacutel sjednotil řiacuteši a povolil v niacute vyznaacutevat křesťanstviacute
Maleacute halo (22deg) (viz 1) vedlejšiacute slunce (2) a horniacute a dolniacute halovyacute sloup (3)
vznikajiacuteciacute odrazem a lomem světelnyacutech paprsků na krystalciacutech ledu
Lom světla a dějiny
httptmagazineblogsnytimescom20121126halo-effect_r=0
1
3
2 2
3
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
19 stol
zač 19 stol ndash Dollond Lister Amici - vynaacutelez
achromatickeacuteho objektivu
ndash do teacute doby použiacutevaacuteniacute jednočočkoveacuteho mikroskopu (dvoučočkovyacute
mikroskop podaacuteval značně zkreslenyacute obraz)
Vyacuteznačniacute vědci 19 stol použiacutevajiacuteciacute k svyacutem pozorovaacuteniacutem mikroskop
Robert Brown (1773-1858) - objev jaacutedra (1831)
Luis Pasteur (1822-1895) (francouzskyacute mikrobiolog)
- objev kvasinek
Robert Koch (1843-1910) (německyacute leacutekař a mikrobiolog)
- objev původců tuberkuloacutezy a cholery
Jan Evangelista Purkyně (1787-1869) (českyacute fyziolog)
- 1825 popsal jaacutedro u živočišneacute buňky (lupa)
od r 1832 použiacutevaacute kvalitniacute mikroskop
Microscope
stand VII
19 stol ndash dalšiacute vyacutevoj mikroskopů
Carl Zeiss ndash průmyslovaacute vyacuteroba mikroskopů (firma Zeiss)
Ernst Karl Abbe ndash teoretickaacute studia optickyacutech principů
Otto Schott ndash vyacutezkum optickeacuteho skla
August Koumlhler ndash kvalitniacute osvětleniacute
Otto Schott (1851-1935)
Ernst Abbe (1840-1905)
Carl Zeiss (1816-1888)
August Koumlhler (1866-1948)
Mikroskopy 19 stoletiacute
19 stol
20 stol
Konfokaacutelniacute mikroskop
A1R (Nikon)
BX60 (Olympus)
Laserovyacute fluorescenčniacute mikroskop bdquoLight Sheetldquo Centrum regionu Hanaacute pro biotechnologickyacute a zemědělskyacute vyacutezkum Odděleniacute buněčneacute biologie
21 stol
21 stol
Digitaacutelniacute holografickyacute mikroskop firmy Lynceacutee Tec
Důležitaacute data při rozvoji moderniacute světelneacute mikroskopie
1847 - Zahaacutejeniacute vyacuteroby mikroskopů firmou Carl Zeiss v Jeně
1903 - Ultramikroskop (Richard Zsigmondy NC 1925)
1911 - Fluorescenčniacute mikroskop (Carl Reichert)
1935 - Faacutezovyacute kontrast (Fritz Zernike NC 1953)
1955 - Diferenciaacutelniacute interferenčniacute kontrast (DIC ndash Nomarski)
1968 - Rastrovaciacute tandemovyacute konfokaacutelniacute mikroskop (TSCM)
1978 - Laserovyacute konfokaacutelniacute rastrovaciacute mikroskop
1994 - Princip STED mikroskopie (S W Hell NC 2014)
(Stimulated Emission Depletion ndash redukce fluorescence stimulovanou emisiacute)
po roce 2000 - rozvoj tzv superrozlišovaciacute mikroskopie
2006 - Super-resolučniacute fluorescenčniacute mikroskop (Eric Betzig
Stefan W Hell a William E Moerner NC za chemii 2014)
NC = Nobelova cena
30 leacuteta 20 stoletiacute
ndash hranice vyacutevoje optickeacuteho (paprskoveacuteho) mikroskopu
(hranice rozlišeniacute světelneacuteho mikroskopu je diacuteky velikosti deacutelky světla 02 microm)
- dalšiacute zvětšovaacuteniacute pozorovanyacutech objektů na jineacutem principu
- miacutesto světelneacuteho paprsku elektronovyacute paprsek
(= tok rychlyacutech elektronů)
- miacutesto skleněneacute čočky magnetickaacute čočka
1931 - Ernst Ruska Max Knoll
prvniacute elektronovyacute mikroskop
tzv prozařovaciacute transmisniacute EM
(TEM ndash Transmission Electron Microscope)
- originaacutelniacute zvětšeniacute 1 000 - 250 000x
Ernst Ruska (1906-1988)
1942 - rastrovaciacute EM
(SEM ndash Scanning Electron Microscope) - postupneacute bombardovaacuteniacute vzorku elektrony
- zvětšeniacute až 30 000x
EM UacuteMG AV ČR Praha-Krč
FEI ndash TECHNAIG2TEM + kryozařiacutezeniacute
200 kV (λ el = 00025 nm)
RS 01 nm
prvkovaacute analyacuteza vzorků
zařiacutezeniacute pro
prvkovou analyacutezu
vzorků
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
Brněnštiacute vědci z Uacutestavu přiacutestrojoveacute techniky AV ČR (UacutePT) a Mendelovy
univerzity představili novou metodu pozorovaacuteniacute rostlinnyacutech vzorků v jejich
přirozeneacutem stavu (za využitiacute kryoprotektiv)
Viacutece na httpe-svete15cztechnikacesti-vedci-posunuli-hranice-elektronove-mikroskopie-1174818
Enviromentaacutelniacute rastrovaciacute elektronovyacute mikroskop Aquasem II
TEM TITAN FEI Company Mgr Klaacutera Čeacutepe PhD
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute elektronovyacute mikroskop
schopnyacute nahleacutednout do struktury materiaacutelů až na uacuterovni atomů
a současně přesně zmapovat jejich chemickeacute složeniacute
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech
materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury
PřF UP OL
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute
elektronovyacute mikroskop TITAN (FEI)
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2015
Transmisniacute elektronovyacute
mikroskop Jeol
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury PřF UP OL
Neoptickeacute mikroskopy
1981
Řaacutedkovaciacute tunelovyacute mikroskop (STM ndash Scanning Tunnelling Microscope)
- mapovaacuteniacute povrchu pomociacute pohybu vodiveacuteho hrotu nad vodivyacutem povrchem sledovaneacuteho materiaacutelu
1986
Mikroskop atomaacuterniacutech sil (AMF ndash Atomic Force Miroscope)
- skenovaacuteniacute povrchu materiaacutelu pomociacute hrotu zavěšeneacutem na pružneacutem vyacutekyvneacutem rameacutenku kteryacute je přitahovaacuten elektrostatickyacutemi a Van der Walsovyacutemi silami
Rozlišeniacute v řaacutedech pikometrů (10-12 m) ndash rozeznaacuteniacute struktur
jednotlivyacutech atomů
O p t i c k eacute p r i n c i p y
světelneacute mikroskopie
Reichl J Všetička M Encyklopedie fyziky [online] copy2006-2014
[vid 2014] Dostupneacute z httpfyzikajreichlcommainarticleview431-optika Lepil O (2013) Fyzika pro gymnaacutezia Optika Prometheus Praha 4 přepracovaneacute vydaacuteniacute
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light
Microscopy and Electronic Imaging Willey-Blackwell Published
2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
Rozhlasoveacute a raacutedioveacute vlny 250 km - 1 mm
Infračerveneacute zaacuteřeniacute 05 mm - 08 μm
Světlo (viditelneacute zaacuteřeniacute) 08 μm - 04 μm
Ultrafialoveacute zaacuteřeniacute 04 microm - 01 microm
Roumlntgenovo zaacuteřeniacute (X-paprsky) 15 nm - 0005 nm
γ-zaacuteřeniacute pod 00001 nm
Přibližneacute hodnoty ndash individuaacutelniacute vlastnosti zraku různyacutech lidiacute
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
rarr se zkracujiacuteciacute se vlnovou deacutelkou se zvyšuje frekvence (energie)
Viditelneacute
Vlnoveacute deacutelky světla a relativniacute citlivost oka
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and Electronic
Imaging Willey-Blackwell Published 2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
= zrakovyacute pigment citlivyacute na
světlo nachaacutezejiacuteciacute se v tyčinkaacutech Jodopsin = zrakovyacute pigment citlivyacute na
barvu nachaacutezejiacuteciacute se v čiacutepciacutech
S v ě t l o
Duaacutelniacute charakter světla ndash vlněniacute i proud čaacutestic (fotonů)
Vlnovyacute model světla
vlna elektrickaacute a magnetickaacute (elektromagnetickaacute vlna je tvořena oscilujiacuteciacutem elektrickyacutem a
magnetickyacutem polem na sebe kolmyacutech a nesouciacutech vpřed energii)
Pro uacutečinky světla v mikroskopu je důležitaacute vlna elektrickaacute
= přiacutečneacute vlněniacute
postupneacute kmitaacuteniacute
jednotlivyacutech vedle sebe
ležiacuteciacutech bodů
Scheacutema světla jako elektromagnetickeacute vlny
Obr httpwwwprosoundwebcomarticleprintinvaders_from_
outer_space_electromagnetic_radiation_interference
λ - vlnovaacute deacutelka
(v oblasti svět zaacuteřeniacute
v rozmeziacute od 380 do 780 nm)
určuje barvu světla
a - amplituda
nejvyššiacute hodnota
určuje intenzitu světla
Z hlediska vlnoveacute deacutelky rozlišujeme
polychromatickeacute x monochromatickeacute světlo (selekce pomociacute barevnyacutech filtrů rarr jednotnaacute vlnovaacute deacutelka světlo zeleneacute červeneacute hellip)
Elektrickaacute vlna - sinusoida
Charakterizovaacutena dvěma veličinami
Pazourek 1975
Vlastnosti světla
Rovnoměrneacute šiacuteřeniacute světla ze zaacuteřiacuteciacuteho bodu na všechny strany rarr vlnovaacute plocha tvaru koule
Paprsek ndash směr kteryacutem se vlněniacute šiacuteřiacute a kteryacute je kolmyacute
na vlnoplochu
Pazourek 1975
- paprsek nepolarizovanyacute (A C) ndash kmitaacute v každeacutem
miacutestě a v průběhu času ve všech možnyacutech směrech
kolmyacutech na směr šiacuteřeniacute paprsku
- paprsek polarizovanyacute (B D1 D2) - kmitaacute v jedneacute
rovině přičemž rovina kmitů (vlněniacute) jednoho z nich je
kolmaacute k rovině kmitů druheacuteho
Pazourek 1975
Polarizovaneacute světlo viz
httpswwwyoutubecomwatchv=gP751qpm4n4
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and
Electronic Imaging Jonh Wkiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
Osm různyacutech vlnovyacutech forem světla (znaacutezorňujiacuteciacutech různou kvalitu světla)
Odraz a lom světelnyacutech paprsků
v prostřediacutech různeacute hustoty
Důležitaacute charakteristika prostřediacute
index lomu ( n ) (= optickaacute hustota prostřediacute)
c = rychlost světla ve vakuu (stejnaacute pro všechny λ )
v = rychlost světla určiteacute vlnoveacute deacutelky ve zkoumaneacute laacutetce
c
n =
v
zde absolutniacute index lomu
(bezrozměrnaacute fyzikaacutelniacute veličina jeho jednotka je 1)
Rychlost světla (c) určiteacute vlnoveacute
deacutelky v různyacutech prostřediacutech
c ve vakuu
= 300 000 kms
Index lomu (n) některyacutech laacutetek
vzduch (vakuum) helliphellip 100 (vzduch 10002718)
voda helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 133
plexisklo helliphelliphelliphelliphelliphellip 140 ndash 152
křemenneacute sklo helliphellip hellip 145 (čočka z křemene z Ninive ndash 7 stol přnl)
běžneacute sklo helliphelliphelliphelliphellip 151
cedrovyacute olej helliphelliphelliphelliphellip 151
imerzniacute olej Olympus hellip 1516 pro fluorescenci 1404
kanadskyacute balzaacutem helliphellip 150
krystal NaCl helliphelliphelliphellip 154
korunoveacute sklo helliphelliphelliphellip 145 ndash 156 (sodno-draselneacute bezolovnateacute)
flintoveacute sklo helliphelliphelliphellip 162 ndash 180 (olovnateacute)
diamant helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 242
Index lomu je vždy většiacute než 100
očniacute čočka hellip 1406
sklivec helliphelliphellip 1336
Odraz světla rovnyacutem zrcadlem (reflexe)
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice dopadu a paprsek odraženyacute
ležiacute v jedneacute rovině
2 Uacutehel odrazu se rovnaacute uacutehlu dopadu
Odraz a lom paprsku
k
Důležiteacute pro mikroskopii (astronomii)
- neniacute zaacutevislost na vlnoveacute deacutelce světla (λ)
- na rozdiacutel od lomu paprsků se světelneacute
paprsky se odraacutežejiacute stejně
Pazourek 1975
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice lomu a paprsek lomenyacute ležiacute v teacuteže rovině
Lom světla (refrakce)
2 Při přechodu z prostřediacute opticky řidšiacuteho do prostřediacute opticky hustšiacuteho se paprsek laacuteme ke kolmici (A)
a z prostřediacute opticky hustšiacuteho
do prostřediacute opticky řidšiacuteho
se laacuteme od kolmice (B)
(C a D) ndash uacuteplnyacute odraz při tzv
mezniacutem uacutehlu dopadu paprsku
v přiacutepadě lomu od kolmice (B)
(viz Nikol odrazneacute hranoly světlovodneacute vlaacutekno nebo fluorescenčniacute metoda TIRFM ndash totaacutelniacute odraz exitačniacuteho zaacuteřeniacute)
Pazourek 1975
Svatyacute Kryštof od
švyacutecarskeacuteho maliacuteře
Konrada Witze (kolem 1400ndash1446)
Witz byl jedniacutem z prvniacutech
maliacuteřů kteryacute namaloval
přesnyacute způsob odrazu
světla na vodě
Disperze (rozklad) světla
= důsledek zaacutevislosti rychlosti světla v laacutetkaacutech na frekvenci světla
(λ = c f)
světlo různyacutech barev (λ)
se laacuteme různě
(červeneacute se lomiacute meacuteně než modreacute)
Přiacuteklad disperze (rozkladu) světla
Primaacuterniacute a sekundaacuterniacute duha Severniacute Čechy Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
D u h a
Jeden z mnoha
optickyacutech
jevů (fotometeorů)
v atmosfeacuteře
Rok 312 nl - před bitvou byzantskeacuteho ciacutesaře Konstantina I (272-337) s
konkurenčniacutem ciacutesařem Maxentiem u bran Řiacutema (tzv bitva u Milvijskeacuteho mostu) se
na obloze objevily tři zaacuteřiacuteciacute křiacuteže (halovyacute sloup parheacutelia a parhelickyacute oblouk)
Konstantin bitvu proti přesile vyhraacutel sjednotil řiacuteši a povolil v niacute vyznaacutevat křesťanstviacute
Maleacute halo (22deg) (viz 1) vedlejšiacute slunce (2) a horniacute a dolniacute halovyacute sloup (3)
vznikajiacuteciacute odrazem a lomem světelnyacutech paprsků na krystalciacutech ledu
Lom světla a dějiny
httptmagazineblogsnytimescom20121126halo-effect_r=0
1
3
2 2
3
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
19 stol ndash dalšiacute vyacutevoj mikroskopů
Carl Zeiss ndash průmyslovaacute vyacuteroba mikroskopů (firma Zeiss)
Ernst Karl Abbe ndash teoretickaacute studia optickyacutech principů
Otto Schott ndash vyacutezkum optickeacuteho skla
August Koumlhler ndash kvalitniacute osvětleniacute
Otto Schott (1851-1935)
Ernst Abbe (1840-1905)
Carl Zeiss (1816-1888)
August Koumlhler (1866-1948)
Mikroskopy 19 stoletiacute
19 stol
20 stol
Konfokaacutelniacute mikroskop
A1R (Nikon)
BX60 (Olympus)
Laserovyacute fluorescenčniacute mikroskop bdquoLight Sheetldquo Centrum regionu Hanaacute pro biotechnologickyacute a zemědělskyacute vyacutezkum Odděleniacute buněčneacute biologie
21 stol
21 stol
Digitaacutelniacute holografickyacute mikroskop firmy Lynceacutee Tec
Důležitaacute data při rozvoji moderniacute světelneacute mikroskopie
1847 - Zahaacutejeniacute vyacuteroby mikroskopů firmou Carl Zeiss v Jeně
1903 - Ultramikroskop (Richard Zsigmondy NC 1925)
1911 - Fluorescenčniacute mikroskop (Carl Reichert)
1935 - Faacutezovyacute kontrast (Fritz Zernike NC 1953)
1955 - Diferenciaacutelniacute interferenčniacute kontrast (DIC ndash Nomarski)
1968 - Rastrovaciacute tandemovyacute konfokaacutelniacute mikroskop (TSCM)
1978 - Laserovyacute konfokaacutelniacute rastrovaciacute mikroskop
1994 - Princip STED mikroskopie (S W Hell NC 2014)
(Stimulated Emission Depletion ndash redukce fluorescence stimulovanou emisiacute)
po roce 2000 - rozvoj tzv superrozlišovaciacute mikroskopie
2006 - Super-resolučniacute fluorescenčniacute mikroskop (Eric Betzig
Stefan W Hell a William E Moerner NC za chemii 2014)
NC = Nobelova cena
30 leacuteta 20 stoletiacute
ndash hranice vyacutevoje optickeacuteho (paprskoveacuteho) mikroskopu
(hranice rozlišeniacute světelneacuteho mikroskopu je diacuteky velikosti deacutelky světla 02 microm)
- dalšiacute zvětšovaacuteniacute pozorovanyacutech objektů na jineacutem principu
- miacutesto světelneacuteho paprsku elektronovyacute paprsek
(= tok rychlyacutech elektronů)
- miacutesto skleněneacute čočky magnetickaacute čočka
1931 - Ernst Ruska Max Knoll
prvniacute elektronovyacute mikroskop
tzv prozařovaciacute transmisniacute EM
(TEM ndash Transmission Electron Microscope)
- originaacutelniacute zvětšeniacute 1 000 - 250 000x
Ernst Ruska (1906-1988)
1942 - rastrovaciacute EM
(SEM ndash Scanning Electron Microscope) - postupneacute bombardovaacuteniacute vzorku elektrony
- zvětšeniacute až 30 000x
EM UacuteMG AV ČR Praha-Krč
FEI ndash TECHNAIG2TEM + kryozařiacutezeniacute
200 kV (λ el = 00025 nm)
RS 01 nm
prvkovaacute analyacuteza vzorků
zařiacutezeniacute pro
prvkovou analyacutezu
vzorků
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
Brněnštiacute vědci z Uacutestavu přiacutestrojoveacute techniky AV ČR (UacutePT) a Mendelovy
univerzity představili novou metodu pozorovaacuteniacute rostlinnyacutech vzorků v jejich
přirozeneacutem stavu (za využitiacute kryoprotektiv)
Viacutece na httpe-svete15cztechnikacesti-vedci-posunuli-hranice-elektronove-mikroskopie-1174818
Enviromentaacutelniacute rastrovaciacute elektronovyacute mikroskop Aquasem II
TEM TITAN FEI Company Mgr Klaacutera Čeacutepe PhD
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute elektronovyacute mikroskop
schopnyacute nahleacutednout do struktury materiaacutelů až na uacuterovni atomů
a současně přesně zmapovat jejich chemickeacute složeniacute
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech
materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury
PřF UP OL
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute
elektronovyacute mikroskop TITAN (FEI)
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2015
Transmisniacute elektronovyacute
mikroskop Jeol
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury PřF UP OL
Neoptickeacute mikroskopy
1981
Řaacutedkovaciacute tunelovyacute mikroskop (STM ndash Scanning Tunnelling Microscope)
- mapovaacuteniacute povrchu pomociacute pohybu vodiveacuteho hrotu nad vodivyacutem povrchem sledovaneacuteho materiaacutelu
1986
Mikroskop atomaacuterniacutech sil (AMF ndash Atomic Force Miroscope)
- skenovaacuteniacute povrchu materiaacutelu pomociacute hrotu zavěšeneacutem na pružneacutem vyacutekyvneacutem rameacutenku kteryacute je přitahovaacuten elektrostatickyacutemi a Van der Walsovyacutemi silami
Rozlišeniacute v řaacutedech pikometrů (10-12 m) ndash rozeznaacuteniacute struktur
jednotlivyacutech atomů
O p t i c k eacute p r i n c i p y
světelneacute mikroskopie
Reichl J Všetička M Encyklopedie fyziky [online] copy2006-2014
[vid 2014] Dostupneacute z httpfyzikajreichlcommainarticleview431-optika Lepil O (2013) Fyzika pro gymnaacutezia Optika Prometheus Praha 4 přepracovaneacute vydaacuteniacute
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light
Microscopy and Electronic Imaging Willey-Blackwell Published
2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
Rozhlasoveacute a raacutedioveacute vlny 250 km - 1 mm
Infračerveneacute zaacuteřeniacute 05 mm - 08 μm
Světlo (viditelneacute zaacuteřeniacute) 08 μm - 04 μm
Ultrafialoveacute zaacuteřeniacute 04 microm - 01 microm
Roumlntgenovo zaacuteřeniacute (X-paprsky) 15 nm - 0005 nm
γ-zaacuteřeniacute pod 00001 nm
Přibližneacute hodnoty ndash individuaacutelniacute vlastnosti zraku různyacutech lidiacute
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
rarr se zkracujiacuteciacute se vlnovou deacutelkou se zvyšuje frekvence (energie)
Viditelneacute
Vlnoveacute deacutelky světla a relativniacute citlivost oka
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and Electronic
Imaging Willey-Blackwell Published 2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
= zrakovyacute pigment citlivyacute na
světlo nachaacutezejiacuteciacute se v tyčinkaacutech Jodopsin = zrakovyacute pigment citlivyacute na
barvu nachaacutezejiacuteciacute se v čiacutepciacutech
S v ě t l o
Duaacutelniacute charakter světla ndash vlněniacute i proud čaacutestic (fotonů)
Vlnovyacute model světla
vlna elektrickaacute a magnetickaacute (elektromagnetickaacute vlna je tvořena oscilujiacuteciacutem elektrickyacutem a
magnetickyacutem polem na sebe kolmyacutech a nesouciacutech vpřed energii)
Pro uacutečinky světla v mikroskopu je důležitaacute vlna elektrickaacute
= přiacutečneacute vlněniacute
postupneacute kmitaacuteniacute
jednotlivyacutech vedle sebe
ležiacuteciacutech bodů
Scheacutema světla jako elektromagnetickeacute vlny
Obr httpwwwprosoundwebcomarticleprintinvaders_from_
outer_space_electromagnetic_radiation_interference
λ - vlnovaacute deacutelka
(v oblasti svět zaacuteřeniacute
v rozmeziacute od 380 do 780 nm)
určuje barvu světla
a - amplituda
nejvyššiacute hodnota
určuje intenzitu světla
Z hlediska vlnoveacute deacutelky rozlišujeme
polychromatickeacute x monochromatickeacute světlo (selekce pomociacute barevnyacutech filtrů rarr jednotnaacute vlnovaacute deacutelka světlo zeleneacute červeneacute hellip)
Elektrickaacute vlna - sinusoida
Charakterizovaacutena dvěma veličinami
Pazourek 1975
Vlastnosti světla
Rovnoměrneacute šiacuteřeniacute světla ze zaacuteřiacuteciacuteho bodu na všechny strany rarr vlnovaacute plocha tvaru koule
Paprsek ndash směr kteryacutem se vlněniacute šiacuteřiacute a kteryacute je kolmyacute
na vlnoplochu
Pazourek 1975
- paprsek nepolarizovanyacute (A C) ndash kmitaacute v každeacutem
miacutestě a v průběhu času ve všech možnyacutech směrech
kolmyacutech na směr šiacuteřeniacute paprsku
- paprsek polarizovanyacute (B D1 D2) - kmitaacute v jedneacute
rovině přičemž rovina kmitů (vlněniacute) jednoho z nich je
kolmaacute k rovině kmitů druheacuteho
Pazourek 1975
Polarizovaneacute světlo viz
httpswwwyoutubecomwatchv=gP751qpm4n4
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and
Electronic Imaging Jonh Wkiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
Osm různyacutech vlnovyacutech forem světla (znaacutezorňujiacuteciacutech různou kvalitu světla)
Odraz a lom světelnyacutech paprsků
v prostřediacutech různeacute hustoty
Důležitaacute charakteristika prostřediacute
index lomu ( n ) (= optickaacute hustota prostřediacute)
c = rychlost světla ve vakuu (stejnaacute pro všechny λ )
v = rychlost světla určiteacute vlnoveacute deacutelky ve zkoumaneacute laacutetce
c
n =
v
zde absolutniacute index lomu
(bezrozměrnaacute fyzikaacutelniacute veličina jeho jednotka je 1)
Rychlost světla (c) určiteacute vlnoveacute
deacutelky v různyacutech prostřediacutech
c ve vakuu
= 300 000 kms
Index lomu (n) některyacutech laacutetek
vzduch (vakuum) helliphellip 100 (vzduch 10002718)
voda helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 133
plexisklo helliphelliphelliphelliphelliphellip 140 ndash 152
křemenneacute sklo helliphellip hellip 145 (čočka z křemene z Ninive ndash 7 stol přnl)
běžneacute sklo helliphelliphelliphelliphellip 151
cedrovyacute olej helliphelliphelliphelliphellip 151
imerzniacute olej Olympus hellip 1516 pro fluorescenci 1404
kanadskyacute balzaacutem helliphellip 150
krystal NaCl helliphelliphelliphellip 154
korunoveacute sklo helliphelliphelliphellip 145 ndash 156 (sodno-draselneacute bezolovnateacute)
flintoveacute sklo helliphelliphelliphellip 162 ndash 180 (olovnateacute)
diamant helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 242
Index lomu je vždy většiacute než 100
očniacute čočka hellip 1406
sklivec helliphelliphellip 1336
Odraz světla rovnyacutem zrcadlem (reflexe)
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice dopadu a paprsek odraženyacute
ležiacute v jedneacute rovině
2 Uacutehel odrazu se rovnaacute uacutehlu dopadu
Odraz a lom paprsku
k
Důležiteacute pro mikroskopii (astronomii)
- neniacute zaacutevislost na vlnoveacute deacutelce světla (λ)
- na rozdiacutel od lomu paprsků se světelneacute
paprsky se odraacutežejiacute stejně
Pazourek 1975
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice lomu a paprsek lomenyacute ležiacute v teacuteže rovině
Lom světla (refrakce)
2 Při přechodu z prostřediacute opticky řidšiacuteho do prostřediacute opticky hustšiacuteho se paprsek laacuteme ke kolmici (A)
a z prostřediacute opticky hustšiacuteho
do prostřediacute opticky řidšiacuteho
se laacuteme od kolmice (B)
(C a D) ndash uacuteplnyacute odraz při tzv
mezniacutem uacutehlu dopadu paprsku
v přiacutepadě lomu od kolmice (B)
(viz Nikol odrazneacute hranoly světlovodneacute vlaacutekno nebo fluorescenčniacute metoda TIRFM ndash totaacutelniacute odraz exitačniacuteho zaacuteřeniacute)
Pazourek 1975
Svatyacute Kryštof od
švyacutecarskeacuteho maliacuteře
Konrada Witze (kolem 1400ndash1446)
Witz byl jedniacutem z prvniacutech
maliacuteřů kteryacute namaloval
přesnyacute způsob odrazu
světla na vodě
Disperze (rozklad) světla
= důsledek zaacutevislosti rychlosti světla v laacutetkaacutech na frekvenci světla
(λ = c f)
světlo různyacutech barev (λ)
se laacuteme různě
(červeneacute se lomiacute meacuteně než modreacute)
Přiacuteklad disperze (rozkladu) světla
Primaacuterniacute a sekundaacuterniacute duha Severniacute Čechy Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
D u h a
Jeden z mnoha
optickyacutech
jevů (fotometeorů)
v atmosfeacuteře
Rok 312 nl - před bitvou byzantskeacuteho ciacutesaře Konstantina I (272-337) s
konkurenčniacutem ciacutesařem Maxentiem u bran Řiacutema (tzv bitva u Milvijskeacuteho mostu) se
na obloze objevily tři zaacuteřiacuteciacute křiacuteže (halovyacute sloup parheacutelia a parhelickyacute oblouk)
Konstantin bitvu proti přesile vyhraacutel sjednotil řiacuteši a povolil v niacute vyznaacutevat křesťanstviacute
Maleacute halo (22deg) (viz 1) vedlejšiacute slunce (2) a horniacute a dolniacute halovyacute sloup (3)
vznikajiacuteciacute odrazem a lomem světelnyacutech paprsků na krystalciacutech ledu
Lom světla a dějiny
httptmagazineblogsnytimescom20121126halo-effect_r=0
1
3
2 2
3
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
Mikroskopy 19 stoletiacute
19 stol
20 stol
Konfokaacutelniacute mikroskop
A1R (Nikon)
BX60 (Olympus)
Laserovyacute fluorescenčniacute mikroskop bdquoLight Sheetldquo Centrum regionu Hanaacute pro biotechnologickyacute a zemědělskyacute vyacutezkum Odděleniacute buněčneacute biologie
21 stol
21 stol
Digitaacutelniacute holografickyacute mikroskop firmy Lynceacutee Tec
Důležitaacute data při rozvoji moderniacute světelneacute mikroskopie
1847 - Zahaacutejeniacute vyacuteroby mikroskopů firmou Carl Zeiss v Jeně
1903 - Ultramikroskop (Richard Zsigmondy NC 1925)
1911 - Fluorescenčniacute mikroskop (Carl Reichert)
1935 - Faacutezovyacute kontrast (Fritz Zernike NC 1953)
1955 - Diferenciaacutelniacute interferenčniacute kontrast (DIC ndash Nomarski)
1968 - Rastrovaciacute tandemovyacute konfokaacutelniacute mikroskop (TSCM)
1978 - Laserovyacute konfokaacutelniacute rastrovaciacute mikroskop
1994 - Princip STED mikroskopie (S W Hell NC 2014)
(Stimulated Emission Depletion ndash redukce fluorescence stimulovanou emisiacute)
po roce 2000 - rozvoj tzv superrozlišovaciacute mikroskopie
2006 - Super-resolučniacute fluorescenčniacute mikroskop (Eric Betzig
Stefan W Hell a William E Moerner NC za chemii 2014)
NC = Nobelova cena
30 leacuteta 20 stoletiacute
ndash hranice vyacutevoje optickeacuteho (paprskoveacuteho) mikroskopu
(hranice rozlišeniacute světelneacuteho mikroskopu je diacuteky velikosti deacutelky světla 02 microm)
- dalšiacute zvětšovaacuteniacute pozorovanyacutech objektů na jineacutem principu
- miacutesto světelneacuteho paprsku elektronovyacute paprsek
(= tok rychlyacutech elektronů)
- miacutesto skleněneacute čočky magnetickaacute čočka
1931 - Ernst Ruska Max Knoll
prvniacute elektronovyacute mikroskop
tzv prozařovaciacute transmisniacute EM
(TEM ndash Transmission Electron Microscope)
- originaacutelniacute zvětšeniacute 1 000 - 250 000x
Ernst Ruska (1906-1988)
1942 - rastrovaciacute EM
(SEM ndash Scanning Electron Microscope) - postupneacute bombardovaacuteniacute vzorku elektrony
- zvětšeniacute až 30 000x
EM UacuteMG AV ČR Praha-Krč
FEI ndash TECHNAIG2TEM + kryozařiacutezeniacute
200 kV (λ el = 00025 nm)
RS 01 nm
prvkovaacute analyacuteza vzorků
zařiacutezeniacute pro
prvkovou analyacutezu
vzorků
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
Brněnštiacute vědci z Uacutestavu přiacutestrojoveacute techniky AV ČR (UacutePT) a Mendelovy
univerzity představili novou metodu pozorovaacuteniacute rostlinnyacutech vzorků v jejich
přirozeneacutem stavu (za využitiacute kryoprotektiv)
Viacutece na httpe-svete15cztechnikacesti-vedci-posunuli-hranice-elektronove-mikroskopie-1174818
Enviromentaacutelniacute rastrovaciacute elektronovyacute mikroskop Aquasem II
TEM TITAN FEI Company Mgr Klaacutera Čeacutepe PhD
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute elektronovyacute mikroskop
schopnyacute nahleacutednout do struktury materiaacutelů až na uacuterovni atomů
a současně přesně zmapovat jejich chemickeacute složeniacute
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech
materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury
PřF UP OL
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute
elektronovyacute mikroskop TITAN (FEI)
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2015
Transmisniacute elektronovyacute
mikroskop Jeol
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury PřF UP OL
Neoptickeacute mikroskopy
1981
Řaacutedkovaciacute tunelovyacute mikroskop (STM ndash Scanning Tunnelling Microscope)
- mapovaacuteniacute povrchu pomociacute pohybu vodiveacuteho hrotu nad vodivyacutem povrchem sledovaneacuteho materiaacutelu
1986
Mikroskop atomaacuterniacutech sil (AMF ndash Atomic Force Miroscope)
- skenovaacuteniacute povrchu materiaacutelu pomociacute hrotu zavěšeneacutem na pružneacutem vyacutekyvneacutem rameacutenku kteryacute je přitahovaacuten elektrostatickyacutemi a Van der Walsovyacutemi silami
Rozlišeniacute v řaacutedech pikometrů (10-12 m) ndash rozeznaacuteniacute struktur
jednotlivyacutech atomů
O p t i c k eacute p r i n c i p y
světelneacute mikroskopie
Reichl J Všetička M Encyklopedie fyziky [online] copy2006-2014
[vid 2014] Dostupneacute z httpfyzikajreichlcommainarticleview431-optika Lepil O (2013) Fyzika pro gymnaacutezia Optika Prometheus Praha 4 přepracovaneacute vydaacuteniacute
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light
Microscopy and Electronic Imaging Willey-Blackwell Published
2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
Rozhlasoveacute a raacutedioveacute vlny 250 km - 1 mm
Infračerveneacute zaacuteřeniacute 05 mm - 08 μm
Světlo (viditelneacute zaacuteřeniacute) 08 μm - 04 μm
Ultrafialoveacute zaacuteřeniacute 04 microm - 01 microm
Roumlntgenovo zaacuteřeniacute (X-paprsky) 15 nm - 0005 nm
γ-zaacuteřeniacute pod 00001 nm
Přibližneacute hodnoty ndash individuaacutelniacute vlastnosti zraku různyacutech lidiacute
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
rarr se zkracujiacuteciacute se vlnovou deacutelkou se zvyšuje frekvence (energie)
Viditelneacute
Vlnoveacute deacutelky světla a relativniacute citlivost oka
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and Electronic
Imaging Willey-Blackwell Published 2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
= zrakovyacute pigment citlivyacute na
světlo nachaacutezejiacuteciacute se v tyčinkaacutech Jodopsin = zrakovyacute pigment citlivyacute na
barvu nachaacutezejiacuteciacute se v čiacutepciacutech
S v ě t l o
Duaacutelniacute charakter světla ndash vlněniacute i proud čaacutestic (fotonů)
Vlnovyacute model světla
vlna elektrickaacute a magnetickaacute (elektromagnetickaacute vlna je tvořena oscilujiacuteciacutem elektrickyacutem a
magnetickyacutem polem na sebe kolmyacutech a nesouciacutech vpřed energii)
Pro uacutečinky světla v mikroskopu je důležitaacute vlna elektrickaacute
= přiacutečneacute vlněniacute
postupneacute kmitaacuteniacute
jednotlivyacutech vedle sebe
ležiacuteciacutech bodů
Scheacutema světla jako elektromagnetickeacute vlny
Obr httpwwwprosoundwebcomarticleprintinvaders_from_
outer_space_electromagnetic_radiation_interference
λ - vlnovaacute deacutelka
(v oblasti svět zaacuteřeniacute
v rozmeziacute od 380 do 780 nm)
určuje barvu světla
a - amplituda
nejvyššiacute hodnota
určuje intenzitu světla
Z hlediska vlnoveacute deacutelky rozlišujeme
polychromatickeacute x monochromatickeacute světlo (selekce pomociacute barevnyacutech filtrů rarr jednotnaacute vlnovaacute deacutelka světlo zeleneacute červeneacute hellip)
Elektrickaacute vlna - sinusoida
Charakterizovaacutena dvěma veličinami
Pazourek 1975
Vlastnosti světla
Rovnoměrneacute šiacuteřeniacute světla ze zaacuteřiacuteciacuteho bodu na všechny strany rarr vlnovaacute plocha tvaru koule
Paprsek ndash směr kteryacutem se vlněniacute šiacuteřiacute a kteryacute je kolmyacute
na vlnoplochu
Pazourek 1975
- paprsek nepolarizovanyacute (A C) ndash kmitaacute v každeacutem
miacutestě a v průběhu času ve všech možnyacutech směrech
kolmyacutech na směr šiacuteřeniacute paprsku
- paprsek polarizovanyacute (B D1 D2) - kmitaacute v jedneacute
rovině přičemž rovina kmitů (vlněniacute) jednoho z nich je
kolmaacute k rovině kmitů druheacuteho
Pazourek 1975
Polarizovaneacute světlo viz
httpswwwyoutubecomwatchv=gP751qpm4n4
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and
Electronic Imaging Jonh Wkiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
Osm různyacutech vlnovyacutech forem světla (znaacutezorňujiacuteciacutech různou kvalitu světla)
Odraz a lom světelnyacutech paprsků
v prostřediacutech různeacute hustoty
Důležitaacute charakteristika prostřediacute
index lomu ( n ) (= optickaacute hustota prostřediacute)
c = rychlost světla ve vakuu (stejnaacute pro všechny λ )
v = rychlost světla určiteacute vlnoveacute deacutelky ve zkoumaneacute laacutetce
c
n =
v
zde absolutniacute index lomu
(bezrozměrnaacute fyzikaacutelniacute veličina jeho jednotka je 1)
Rychlost světla (c) určiteacute vlnoveacute
deacutelky v různyacutech prostřediacutech
c ve vakuu
= 300 000 kms
Index lomu (n) některyacutech laacutetek
vzduch (vakuum) helliphellip 100 (vzduch 10002718)
voda helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 133
plexisklo helliphelliphelliphelliphelliphellip 140 ndash 152
křemenneacute sklo helliphellip hellip 145 (čočka z křemene z Ninive ndash 7 stol přnl)
běžneacute sklo helliphelliphelliphelliphellip 151
cedrovyacute olej helliphelliphelliphelliphellip 151
imerzniacute olej Olympus hellip 1516 pro fluorescenci 1404
kanadskyacute balzaacutem helliphellip 150
krystal NaCl helliphelliphelliphellip 154
korunoveacute sklo helliphelliphelliphellip 145 ndash 156 (sodno-draselneacute bezolovnateacute)
flintoveacute sklo helliphelliphelliphellip 162 ndash 180 (olovnateacute)
diamant helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 242
Index lomu je vždy většiacute než 100
očniacute čočka hellip 1406
sklivec helliphelliphellip 1336
Odraz světla rovnyacutem zrcadlem (reflexe)
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice dopadu a paprsek odraženyacute
ležiacute v jedneacute rovině
2 Uacutehel odrazu se rovnaacute uacutehlu dopadu
Odraz a lom paprsku
k
Důležiteacute pro mikroskopii (astronomii)
- neniacute zaacutevislost na vlnoveacute deacutelce světla (λ)
- na rozdiacutel od lomu paprsků se světelneacute
paprsky se odraacutežejiacute stejně
Pazourek 1975
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice lomu a paprsek lomenyacute ležiacute v teacuteže rovině
Lom světla (refrakce)
2 Při přechodu z prostřediacute opticky řidšiacuteho do prostřediacute opticky hustšiacuteho se paprsek laacuteme ke kolmici (A)
a z prostřediacute opticky hustšiacuteho
do prostřediacute opticky řidšiacuteho
se laacuteme od kolmice (B)
(C a D) ndash uacuteplnyacute odraz při tzv
mezniacutem uacutehlu dopadu paprsku
v přiacutepadě lomu od kolmice (B)
(viz Nikol odrazneacute hranoly světlovodneacute vlaacutekno nebo fluorescenčniacute metoda TIRFM ndash totaacutelniacute odraz exitačniacuteho zaacuteřeniacute)
Pazourek 1975
Svatyacute Kryštof od
švyacutecarskeacuteho maliacuteře
Konrada Witze (kolem 1400ndash1446)
Witz byl jedniacutem z prvniacutech
maliacuteřů kteryacute namaloval
přesnyacute způsob odrazu
světla na vodě
Disperze (rozklad) světla
= důsledek zaacutevislosti rychlosti světla v laacutetkaacutech na frekvenci světla
(λ = c f)
světlo různyacutech barev (λ)
se laacuteme různě
(červeneacute se lomiacute meacuteně než modreacute)
Přiacuteklad disperze (rozkladu) světla
Primaacuterniacute a sekundaacuterniacute duha Severniacute Čechy Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
D u h a
Jeden z mnoha
optickyacutech
jevů (fotometeorů)
v atmosfeacuteře
Rok 312 nl - před bitvou byzantskeacuteho ciacutesaře Konstantina I (272-337) s
konkurenčniacutem ciacutesařem Maxentiem u bran Řiacutema (tzv bitva u Milvijskeacuteho mostu) se
na obloze objevily tři zaacuteřiacuteciacute křiacuteže (halovyacute sloup parheacutelia a parhelickyacute oblouk)
Konstantin bitvu proti přesile vyhraacutel sjednotil řiacuteši a povolil v niacute vyznaacutevat křesťanstviacute
Maleacute halo (22deg) (viz 1) vedlejšiacute slunce (2) a horniacute a dolniacute halovyacute sloup (3)
vznikajiacuteciacute odrazem a lomem světelnyacutech paprsků na krystalciacutech ledu
Lom světla a dějiny
httptmagazineblogsnytimescom20121126halo-effect_r=0
1
3
2 2
3
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
20 stol
Konfokaacutelniacute mikroskop
A1R (Nikon)
BX60 (Olympus)
Laserovyacute fluorescenčniacute mikroskop bdquoLight Sheetldquo Centrum regionu Hanaacute pro biotechnologickyacute a zemědělskyacute vyacutezkum Odděleniacute buněčneacute biologie
21 stol
21 stol
Digitaacutelniacute holografickyacute mikroskop firmy Lynceacutee Tec
Důležitaacute data při rozvoji moderniacute světelneacute mikroskopie
1847 - Zahaacutejeniacute vyacuteroby mikroskopů firmou Carl Zeiss v Jeně
1903 - Ultramikroskop (Richard Zsigmondy NC 1925)
1911 - Fluorescenčniacute mikroskop (Carl Reichert)
1935 - Faacutezovyacute kontrast (Fritz Zernike NC 1953)
1955 - Diferenciaacutelniacute interferenčniacute kontrast (DIC ndash Nomarski)
1968 - Rastrovaciacute tandemovyacute konfokaacutelniacute mikroskop (TSCM)
1978 - Laserovyacute konfokaacutelniacute rastrovaciacute mikroskop
1994 - Princip STED mikroskopie (S W Hell NC 2014)
(Stimulated Emission Depletion ndash redukce fluorescence stimulovanou emisiacute)
po roce 2000 - rozvoj tzv superrozlišovaciacute mikroskopie
2006 - Super-resolučniacute fluorescenčniacute mikroskop (Eric Betzig
Stefan W Hell a William E Moerner NC za chemii 2014)
NC = Nobelova cena
30 leacuteta 20 stoletiacute
ndash hranice vyacutevoje optickeacuteho (paprskoveacuteho) mikroskopu
(hranice rozlišeniacute světelneacuteho mikroskopu je diacuteky velikosti deacutelky světla 02 microm)
- dalšiacute zvětšovaacuteniacute pozorovanyacutech objektů na jineacutem principu
- miacutesto světelneacuteho paprsku elektronovyacute paprsek
(= tok rychlyacutech elektronů)
- miacutesto skleněneacute čočky magnetickaacute čočka
1931 - Ernst Ruska Max Knoll
prvniacute elektronovyacute mikroskop
tzv prozařovaciacute transmisniacute EM
(TEM ndash Transmission Electron Microscope)
- originaacutelniacute zvětšeniacute 1 000 - 250 000x
Ernst Ruska (1906-1988)
1942 - rastrovaciacute EM
(SEM ndash Scanning Electron Microscope) - postupneacute bombardovaacuteniacute vzorku elektrony
- zvětšeniacute až 30 000x
EM UacuteMG AV ČR Praha-Krč
FEI ndash TECHNAIG2TEM + kryozařiacutezeniacute
200 kV (λ el = 00025 nm)
RS 01 nm
prvkovaacute analyacuteza vzorků
zařiacutezeniacute pro
prvkovou analyacutezu
vzorků
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
Brněnštiacute vědci z Uacutestavu přiacutestrojoveacute techniky AV ČR (UacutePT) a Mendelovy
univerzity představili novou metodu pozorovaacuteniacute rostlinnyacutech vzorků v jejich
přirozeneacutem stavu (za využitiacute kryoprotektiv)
Viacutece na httpe-svete15cztechnikacesti-vedci-posunuli-hranice-elektronove-mikroskopie-1174818
Enviromentaacutelniacute rastrovaciacute elektronovyacute mikroskop Aquasem II
TEM TITAN FEI Company Mgr Klaacutera Čeacutepe PhD
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute elektronovyacute mikroskop
schopnyacute nahleacutednout do struktury materiaacutelů až na uacuterovni atomů
a současně přesně zmapovat jejich chemickeacute složeniacute
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech
materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury
PřF UP OL
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute
elektronovyacute mikroskop TITAN (FEI)
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2015
Transmisniacute elektronovyacute
mikroskop Jeol
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury PřF UP OL
Neoptickeacute mikroskopy
1981
Řaacutedkovaciacute tunelovyacute mikroskop (STM ndash Scanning Tunnelling Microscope)
- mapovaacuteniacute povrchu pomociacute pohybu vodiveacuteho hrotu nad vodivyacutem povrchem sledovaneacuteho materiaacutelu
1986
Mikroskop atomaacuterniacutech sil (AMF ndash Atomic Force Miroscope)
- skenovaacuteniacute povrchu materiaacutelu pomociacute hrotu zavěšeneacutem na pružneacutem vyacutekyvneacutem rameacutenku kteryacute je přitahovaacuten elektrostatickyacutemi a Van der Walsovyacutemi silami
Rozlišeniacute v řaacutedech pikometrů (10-12 m) ndash rozeznaacuteniacute struktur
jednotlivyacutech atomů
O p t i c k eacute p r i n c i p y
světelneacute mikroskopie
Reichl J Všetička M Encyklopedie fyziky [online] copy2006-2014
[vid 2014] Dostupneacute z httpfyzikajreichlcommainarticleview431-optika Lepil O (2013) Fyzika pro gymnaacutezia Optika Prometheus Praha 4 přepracovaneacute vydaacuteniacute
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light
Microscopy and Electronic Imaging Willey-Blackwell Published
2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
Rozhlasoveacute a raacutedioveacute vlny 250 km - 1 mm
Infračerveneacute zaacuteřeniacute 05 mm - 08 μm
Světlo (viditelneacute zaacuteřeniacute) 08 μm - 04 μm
Ultrafialoveacute zaacuteřeniacute 04 microm - 01 microm
Roumlntgenovo zaacuteřeniacute (X-paprsky) 15 nm - 0005 nm
γ-zaacuteřeniacute pod 00001 nm
Přibližneacute hodnoty ndash individuaacutelniacute vlastnosti zraku různyacutech lidiacute
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
rarr se zkracujiacuteciacute se vlnovou deacutelkou se zvyšuje frekvence (energie)
Viditelneacute
Vlnoveacute deacutelky světla a relativniacute citlivost oka
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and Electronic
Imaging Willey-Blackwell Published 2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
= zrakovyacute pigment citlivyacute na
světlo nachaacutezejiacuteciacute se v tyčinkaacutech Jodopsin = zrakovyacute pigment citlivyacute na
barvu nachaacutezejiacuteciacute se v čiacutepciacutech
S v ě t l o
Duaacutelniacute charakter světla ndash vlněniacute i proud čaacutestic (fotonů)
Vlnovyacute model světla
vlna elektrickaacute a magnetickaacute (elektromagnetickaacute vlna je tvořena oscilujiacuteciacutem elektrickyacutem a
magnetickyacutem polem na sebe kolmyacutech a nesouciacutech vpřed energii)
Pro uacutečinky světla v mikroskopu je důležitaacute vlna elektrickaacute
= přiacutečneacute vlněniacute
postupneacute kmitaacuteniacute
jednotlivyacutech vedle sebe
ležiacuteciacutech bodů
Scheacutema světla jako elektromagnetickeacute vlny
Obr httpwwwprosoundwebcomarticleprintinvaders_from_
outer_space_electromagnetic_radiation_interference
λ - vlnovaacute deacutelka
(v oblasti svět zaacuteřeniacute
v rozmeziacute od 380 do 780 nm)
určuje barvu světla
a - amplituda
nejvyššiacute hodnota
určuje intenzitu světla
Z hlediska vlnoveacute deacutelky rozlišujeme
polychromatickeacute x monochromatickeacute světlo (selekce pomociacute barevnyacutech filtrů rarr jednotnaacute vlnovaacute deacutelka světlo zeleneacute červeneacute hellip)
Elektrickaacute vlna - sinusoida
Charakterizovaacutena dvěma veličinami
Pazourek 1975
Vlastnosti světla
Rovnoměrneacute šiacuteřeniacute světla ze zaacuteřiacuteciacuteho bodu na všechny strany rarr vlnovaacute plocha tvaru koule
Paprsek ndash směr kteryacutem se vlněniacute šiacuteřiacute a kteryacute je kolmyacute
na vlnoplochu
Pazourek 1975
- paprsek nepolarizovanyacute (A C) ndash kmitaacute v každeacutem
miacutestě a v průběhu času ve všech možnyacutech směrech
kolmyacutech na směr šiacuteřeniacute paprsku
- paprsek polarizovanyacute (B D1 D2) - kmitaacute v jedneacute
rovině přičemž rovina kmitů (vlněniacute) jednoho z nich je
kolmaacute k rovině kmitů druheacuteho
Pazourek 1975
Polarizovaneacute světlo viz
httpswwwyoutubecomwatchv=gP751qpm4n4
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and
Electronic Imaging Jonh Wkiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
Osm různyacutech vlnovyacutech forem světla (znaacutezorňujiacuteciacutech různou kvalitu světla)
Odraz a lom světelnyacutech paprsků
v prostřediacutech různeacute hustoty
Důležitaacute charakteristika prostřediacute
index lomu ( n ) (= optickaacute hustota prostřediacute)
c = rychlost světla ve vakuu (stejnaacute pro všechny λ )
v = rychlost světla určiteacute vlnoveacute deacutelky ve zkoumaneacute laacutetce
c
n =
v
zde absolutniacute index lomu
(bezrozměrnaacute fyzikaacutelniacute veličina jeho jednotka je 1)
Rychlost světla (c) určiteacute vlnoveacute
deacutelky v různyacutech prostřediacutech
c ve vakuu
= 300 000 kms
Index lomu (n) některyacutech laacutetek
vzduch (vakuum) helliphellip 100 (vzduch 10002718)
voda helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 133
plexisklo helliphelliphelliphelliphelliphellip 140 ndash 152
křemenneacute sklo helliphellip hellip 145 (čočka z křemene z Ninive ndash 7 stol přnl)
běžneacute sklo helliphelliphelliphelliphellip 151
cedrovyacute olej helliphelliphelliphelliphellip 151
imerzniacute olej Olympus hellip 1516 pro fluorescenci 1404
kanadskyacute balzaacutem helliphellip 150
krystal NaCl helliphelliphelliphellip 154
korunoveacute sklo helliphelliphelliphellip 145 ndash 156 (sodno-draselneacute bezolovnateacute)
flintoveacute sklo helliphelliphelliphellip 162 ndash 180 (olovnateacute)
diamant helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 242
Index lomu je vždy většiacute než 100
očniacute čočka hellip 1406
sklivec helliphelliphellip 1336
Odraz světla rovnyacutem zrcadlem (reflexe)
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice dopadu a paprsek odraženyacute
ležiacute v jedneacute rovině
2 Uacutehel odrazu se rovnaacute uacutehlu dopadu
Odraz a lom paprsku
k
Důležiteacute pro mikroskopii (astronomii)
- neniacute zaacutevislost na vlnoveacute deacutelce světla (λ)
- na rozdiacutel od lomu paprsků se světelneacute
paprsky se odraacutežejiacute stejně
Pazourek 1975
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice lomu a paprsek lomenyacute ležiacute v teacuteže rovině
Lom světla (refrakce)
2 Při přechodu z prostřediacute opticky řidšiacuteho do prostřediacute opticky hustšiacuteho se paprsek laacuteme ke kolmici (A)
a z prostřediacute opticky hustšiacuteho
do prostřediacute opticky řidšiacuteho
se laacuteme od kolmice (B)
(C a D) ndash uacuteplnyacute odraz při tzv
mezniacutem uacutehlu dopadu paprsku
v přiacutepadě lomu od kolmice (B)
(viz Nikol odrazneacute hranoly světlovodneacute vlaacutekno nebo fluorescenčniacute metoda TIRFM ndash totaacutelniacute odraz exitačniacuteho zaacuteřeniacute)
Pazourek 1975
Svatyacute Kryštof od
švyacutecarskeacuteho maliacuteře
Konrada Witze (kolem 1400ndash1446)
Witz byl jedniacutem z prvniacutech
maliacuteřů kteryacute namaloval
přesnyacute způsob odrazu
světla na vodě
Disperze (rozklad) světla
= důsledek zaacutevislosti rychlosti světla v laacutetkaacutech na frekvenci světla
(λ = c f)
světlo různyacutech barev (λ)
se laacuteme různě
(červeneacute se lomiacute meacuteně než modreacute)
Přiacuteklad disperze (rozkladu) světla
Primaacuterniacute a sekundaacuterniacute duha Severniacute Čechy Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
D u h a
Jeden z mnoha
optickyacutech
jevů (fotometeorů)
v atmosfeacuteře
Rok 312 nl - před bitvou byzantskeacuteho ciacutesaře Konstantina I (272-337) s
konkurenčniacutem ciacutesařem Maxentiem u bran Řiacutema (tzv bitva u Milvijskeacuteho mostu) se
na obloze objevily tři zaacuteřiacuteciacute křiacuteže (halovyacute sloup parheacutelia a parhelickyacute oblouk)
Konstantin bitvu proti přesile vyhraacutel sjednotil řiacuteši a povolil v niacute vyznaacutevat křesťanstviacute
Maleacute halo (22deg) (viz 1) vedlejšiacute slunce (2) a horniacute a dolniacute halovyacute sloup (3)
vznikajiacuteciacute odrazem a lomem světelnyacutech paprsků na krystalciacutech ledu
Lom světla a dějiny
httptmagazineblogsnytimescom20121126halo-effect_r=0
1
3
2 2
3
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
Laserovyacute fluorescenčniacute mikroskop bdquoLight Sheetldquo Centrum regionu Hanaacute pro biotechnologickyacute a zemědělskyacute vyacutezkum Odděleniacute buněčneacute biologie
21 stol
21 stol
Digitaacutelniacute holografickyacute mikroskop firmy Lynceacutee Tec
Důležitaacute data při rozvoji moderniacute světelneacute mikroskopie
1847 - Zahaacutejeniacute vyacuteroby mikroskopů firmou Carl Zeiss v Jeně
1903 - Ultramikroskop (Richard Zsigmondy NC 1925)
1911 - Fluorescenčniacute mikroskop (Carl Reichert)
1935 - Faacutezovyacute kontrast (Fritz Zernike NC 1953)
1955 - Diferenciaacutelniacute interferenčniacute kontrast (DIC ndash Nomarski)
1968 - Rastrovaciacute tandemovyacute konfokaacutelniacute mikroskop (TSCM)
1978 - Laserovyacute konfokaacutelniacute rastrovaciacute mikroskop
1994 - Princip STED mikroskopie (S W Hell NC 2014)
(Stimulated Emission Depletion ndash redukce fluorescence stimulovanou emisiacute)
po roce 2000 - rozvoj tzv superrozlišovaciacute mikroskopie
2006 - Super-resolučniacute fluorescenčniacute mikroskop (Eric Betzig
Stefan W Hell a William E Moerner NC za chemii 2014)
NC = Nobelova cena
30 leacuteta 20 stoletiacute
ndash hranice vyacutevoje optickeacuteho (paprskoveacuteho) mikroskopu
(hranice rozlišeniacute světelneacuteho mikroskopu je diacuteky velikosti deacutelky světla 02 microm)
- dalšiacute zvětšovaacuteniacute pozorovanyacutech objektů na jineacutem principu
- miacutesto světelneacuteho paprsku elektronovyacute paprsek
(= tok rychlyacutech elektronů)
- miacutesto skleněneacute čočky magnetickaacute čočka
1931 - Ernst Ruska Max Knoll
prvniacute elektronovyacute mikroskop
tzv prozařovaciacute transmisniacute EM
(TEM ndash Transmission Electron Microscope)
- originaacutelniacute zvětšeniacute 1 000 - 250 000x
Ernst Ruska (1906-1988)
1942 - rastrovaciacute EM
(SEM ndash Scanning Electron Microscope) - postupneacute bombardovaacuteniacute vzorku elektrony
- zvětšeniacute až 30 000x
EM UacuteMG AV ČR Praha-Krč
FEI ndash TECHNAIG2TEM + kryozařiacutezeniacute
200 kV (λ el = 00025 nm)
RS 01 nm
prvkovaacute analyacuteza vzorků
zařiacutezeniacute pro
prvkovou analyacutezu
vzorků
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
Brněnštiacute vědci z Uacutestavu přiacutestrojoveacute techniky AV ČR (UacutePT) a Mendelovy
univerzity představili novou metodu pozorovaacuteniacute rostlinnyacutech vzorků v jejich
přirozeneacutem stavu (za využitiacute kryoprotektiv)
Viacutece na httpe-svete15cztechnikacesti-vedci-posunuli-hranice-elektronove-mikroskopie-1174818
Enviromentaacutelniacute rastrovaciacute elektronovyacute mikroskop Aquasem II
TEM TITAN FEI Company Mgr Klaacutera Čeacutepe PhD
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute elektronovyacute mikroskop
schopnyacute nahleacutednout do struktury materiaacutelů až na uacuterovni atomů
a současně přesně zmapovat jejich chemickeacute složeniacute
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech
materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury
PřF UP OL
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute
elektronovyacute mikroskop TITAN (FEI)
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2015
Transmisniacute elektronovyacute
mikroskop Jeol
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury PřF UP OL
Neoptickeacute mikroskopy
1981
Řaacutedkovaciacute tunelovyacute mikroskop (STM ndash Scanning Tunnelling Microscope)
- mapovaacuteniacute povrchu pomociacute pohybu vodiveacuteho hrotu nad vodivyacutem povrchem sledovaneacuteho materiaacutelu
1986
Mikroskop atomaacuterniacutech sil (AMF ndash Atomic Force Miroscope)
- skenovaacuteniacute povrchu materiaacutelu pomociacute hrotu zavěšeneacutem na pružneacutem vyacutekyvneacutem rameacutenku kteryacute je přitahovaacuten elektrostatickyacutemi a Van der Walsovyacutemi silami
Rozlišeniacute v řaacutedech pikometrů (10-12 m) ndash rozeznaacuteniacute struktur
jednotlivyacutech atomů
O p t i c k eacute p r i n c i p y
světelneacute mikroskopie
Reichl J Všetička M Encyklopedie fyziky [online] copy2006-2014
[vid 2014] Dostupneacute z httpfyzikajreichlcommainarticleview431-optika Lepil O (2013) Fyzika pro gymnaacutezia Optika Prometheus Praha 4 přepracovaneacute vydaacuteniacute
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light
Microscopy and Electronic Imaging Willey-Blackwell Published
2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
Rozhlasoveacute a raacutedioveacute vlny 250 km - 1 mm
Infračerveneacute zaacuteřeniacute 05 mm - 08 μm
Světlo (viditelneacute zaacuteřeniacute) 08 μm - 04 μm
Ultrafialoveacute zaacuteřeniacute 04 microm - 01 microm
Roumlntgenovo zaacuteřeniacute (X-paprsky) 15 nm - 0005 nm
γ-zaacuteřeniacute pod 00001 nm
Přibližneacute hodnoty ndash individuaacutelniacute vlastnosti zraku různyacutech lidiacute
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
rarr se zkracujiacuteciacute se vlnovou deacutelkou se zvyšuje frekvence (energie)
Viditelneacute
Vlnoveacute deacutelky světla a relativniacute citlivost oka
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and Electronic
Imaging Willey-Blackwell Published 2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
= zrakovyacute pigment citlivyacute na
světlo nachaacutezejiacuteciacute se v tyčinkaacutech Jodopsin = zrakovyacute pigment citlivyacute na
barvu nachaacutezejiacuteciacute se v čiacutepciacutech
S v ě t l o
Duaacutelniacute charakter světla ndash vlněniacute i proud čaacutestic (fotonů)
Vlnovyacute model světla
vlna elektrickaacute a magnetickaacute (elektromagnetickaacute vlna je tvořena oscilujiacuteciacutem elektrickyacutem a
magnetickyacutem polem na sebe kolmyacutech a nesouciacutech vpřed energii)
Pro uacutečinky světla v mikroskopu je důležitaacute vlna elektrickaacute
= přiacutečneacute vlněniacute
postupneacute kmitaacuteniacute
jednotlivyacutech vedle sebe
ležiacuteciacutech bodů
Scheacutema světla jako elektromagnetickeacute vlny
Obr httpwwwprosoundwebcomarticleprintinvaders_from_
outer_space_electromagnetic_radiation_interference
λ - vlnovaacute deacutelka
(v oblasti svět zaacuteřeniacute
v rozmeziacute od 380 do 780 nm)
určuje barvu světla
a - amplituda
nejvyššiacute hodnota
určuje intenzitu světla
Z hlediska vlnoveacute deacutelky rozlišujeme
polychromatickeacute x monochromatickeacute světlo (selekce pomociacute barevnyacutech filtrů rarr jednotnaacute vlnovaacute deacutelka světlo zeleneacute červeneacute hellip)
Elektrickaacute vlna - sinusoida
Charakterizovaacutena dvěma veličinami
Pazourek 1975
Vlastnosti světla
Rovnoměrneacute šiacuteřeniacute světla ze zaacuteřiacuteciacuteho bodu na všechny strany rarr vlnovaacute plocha tvaru koule
Paprsek ndash směr kteryacutem se vlněniacute šiacuteřiacute a kteryacute je kolmyacute
na vlnoplochu
Pazourek 1975
- paprsek nepolarizovanyacute (A C) ndash kmitaacute v každeacutem
miacutestě a v průběhu času ve všech možnyacutech směrech
kolmyacutech na směr šiacuteřeniacute paprsku
- paprsek polarizovanyacute (B D1 D2) - kmitaacute v jedneacute
rovině přičemž rovina kmitů (vlněniacute) jednoho z nich je
kolmaacute k rovině kmitů druheacuteho
Pazourek 1975
Polarizovaneacute světlo viz
httpswwwyoutubecomwatchv=gP751qpm4n4
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and
Electronic Imaging Jonh Wkiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
Osm různyacutech vlnovyacutech forem světla (znaacutezorňujiacuteciacutech různou kvalitu světla)
Odraz a lom světelnyacutech paprsků
v prostřediacutech různeacute hustoty
Důležitaacute charakteristika prostřediacute
index lomu ( n ) (= optickaacute hustota prostřediacute)
c = rychlost světla ve vakuu (stejnaacute pro všechny λ )
v = rychlost světla určiteacute vlnoveacute deacutelky ve zkoumaneacute laacutetce
c
n =
v
zde absolutniacute index lomu
(bezrozměrnaacute fyzikaacutelniacute veličina jeho jednotka je 1)
Rychlost světla (c) určiteacute vlnoveacute
deacutelky v různyacutech prostřediacutech
c ve vakuu
= 300 000 kms
Index lomu (n) některyacutech laacutetek
vzduch (vakuum) helliphellip 100 (vzduch 10002718)
voda helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 133
plexisklo helliphelliphelliphelliphelliphellip 140 ndash 152
křemenneacute sklo helliphellip hellip 145 (čočka z křemene z Ninive ndash 7 stol přnl)
běžneacute sklo helliphelliphelliphelliphellip 151
cedrovyacute olej helliphelliphelliphelliphellip 151
imerzniacute olej Olympus hellip 1516 pro fluorescenci 1404
kanadskyacute balzaacutem helliphellip 150
krystal NaCl helliphelliphelliphellip 154
korunoveacute sklo helliphelliphelliphellip 145 ndash 156 (sodno-draselneacute bezolovnateacute)
flintoveacute sklo helliphelliphelliphellip 162 ndash 180 (olovnateacute)
diamant helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 242
Index lomu je vždy většiacute než 100
očniacute čočka hellip 1406
sklivec helliphelliphellip 1336
Odraz světla rovnyacutem zrcadlem (reflexe)
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice dopadu a paprsek odraženyacute
ležiacute v jedneacute rovině
2 Uacutehel odrazu se rovnaacute uacutehlu dopadu
Odraz a lom paprsku
k
Důležiteacute pro mikroskopii (astronomii)
- neniacute zaacutevislost na vlnoveacute deacutelce světla (λ)
- na rozdiacutel od lomu paprsků se světelneacute
paprsky se odraacutežejiacute stejně
Pazourek 1975
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice lomu a paprsek lomenyacute ležiacute v teacuteže rovině
Lom světla (refrakce)
2 Při přechodu z prostřediacute opticky řidšiacuteho do prostřediacute opticky hustšiacuteho se paprsek laacuteme ke kolmici (A)
a z prostřediacute opticky hustšiacuteho
do prostřediacute opticky řidšiacuteho
se laacuteme od kolmice (B)
(C a D) ndash uacuteplnyacute odraz při tzv
mezniacutem uacutehlu dopadu paprsku
v přiacutepadě lomu od kolmice (B)
(viz Nikol odrazneacute hranoly světlovodneacute vlaacutekno nebo fluorescenčniacute metoda TIRFM ndash totaacutelniacute odraz exitačniacuteho zaacuteřeniacute)
Pazourek 1975
Svatyacute Kryštof od
švyacutecarskeacuteho maliacuteře
Konrada Witze (kolem 1400ndash1446)
Witz byl jedniacutem z prvniacutech
maliacuteřů kteryacute namaloval
přesnyacute způsob odrazu
světla na vodě
Disperze (rozklad) světla
= důsledek zaacutevislosti rychlosti světla v laacutetkaacutech na frekvenci světla
(λ = c f)
světlo různyacutech barev (λ)
se laacuteme různě
(červeneacute se lomiacute meacuteně než modreacute)
Přiacuteklad disperze (rozkladu) světla
Primaacuterniacute a sekundaacuterniacute duha Severniacute Čechy Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
D u h a
Jeden z mnoha
optickyacutech
jevů (fotometeorů)
v atmosfeacuteře
Rok 312 nl - před bitvou byzantskeacuteho ciacutesaře Konstantina I (272-337) s
konkurenčniacutem ciacutesařem Maxentiem u bran Řiacutema (tzv bitva u Milvijskeacuteho mostu) se
na obloze objevily tři zaacuteřiacuteciacute křiacuteže (halovyacute sloup parheacutelia a parhelickyacute oblouk)
Konstantin bitvu proti přesile vyhraacutel sjednotil řiacuteši a povolil v niacute vyznaacutevat křesťanstviacute
Maleacute halo (22deg) (viz 1) vedlejšiacute slunce (2) a horniacute a dolniacute halovyacute sloup (3)
vznikajiacuteciacute odrazem a lomem světelnyacutech paprsků na krystalciacutech ledu
Lom světla a dějiny
httptmagazineblogsnytimescom20121126halo-effect_r=0
1
3
2 2
3
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
21 stol
Digitaacutelniacute holografickyacute mikroskop firmy Lynceacutee Tec
Důležitaacute data při rozvoji moderniacute světelneacute mikroskopie
1847 - Zahaacutejeniacute vyacuteroby mikroskopů firmou Carl Zeiss v Jeně
1903 - Ultramikroskop (Richard Zsigmondy NC 1925)
1911 - Fluorescenčniacute mikroskop (Carl Reichert)
1935 - Faacutezovyacute kontrast (Fritz Zernike NC 1953)
1955 - Diferenciaacutelniacute interferenčniacute kontrast (DIC ndash Nomarski)
1968 - Rastrovaciacute tandemovyacute konfokaacutelniacute mikroskop (TSCM)
1978 - Laserovyacute konfokaacutelniacute rastrovaciacute mikroskop
1994 - Princip STED mikroskopie (S W Hell NC 2014)
(Stimulated Emission Depletion ndash redukce fluorescence stimulovanou emisiacute)
po roce 2000 - rozvoj tzv superrozlišovaciacute mikroskopie
2006 - Super-resolučniacute fluorescenčniacute mikroskop (Eric Betzig
Stefan W Hell a William E Moerner NC za chemii 2014)
NC = Nobelova cena
30 leacuteta 20 stoletiacute
ndash hranice vyacutevoje optickeacuteho (paprskoveacuteho) mikroskopu
(hranice rozlišeniacute světelneacuteho mikroskopu je diacuteky velikosti deacutelky světla 02 microm)
- dalšiacute zvětšovaacuteniacute pozorovanyacutech objektů na jineacutem principu
- miacutesto světelneacuteho paprsku elektronovyacute paprsek
(= tok rychlyacutech elektronů)
- miacutesto skleněneacute čočky magnetickaacute čočka
1931 - Ernst Ruska Max Knoll
prvniacute elektronovyacute mikroskop
tzv prozařovaciacute transmisniacute EM
(TEM ndash Transmission Electron Microscope)
- originaacutelniacute zvětšeniacute 1 000 - 250 000x
Ernst Ruska (1906-1988)
1942 - rastrovaciacute EM
(SEM ndash Scanning Electron Microscope) - postupneacute bombardovaacuteniacute vzorku elektrony
- zvětšeniacute až 30 000x
EM UacuteMG AV ČR Praha-Krč
FEI ndash TECHNAIG2TEM + kryozařiacutezeniacute
200 kV (λ el = 00025 nm)
RS 01 nm
prvkovaacute analyacuteza vzorků
zařiacutezeniacute pro
prvkovou analyacutezu
vzorků
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
Brněnštiacute vědci z Uacutestavu přiacutestrojoveacute techniky AV ČR (UacutePT) a Mendelovy
univerzity představili novou metodu pozorovaacuteniacute rostlinnyacutech vzorků v jejich
přirozeneacutem stavu (za využitiacute kryoprotektiv)
Viacutece na httpe-svete15cztechnikacesti-vedci-posunuli-hranice-elektronove-mikroskopie-1174818
Enviromentaacutelniacute rastrovaciacute elektronovyacute mikroskop Aquasem II
TEM TITAN FEI Company Mgr Klaacutera Čeacutepe PhD
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute elektronovyacute mikroskop
schopnyacute nahleacutednout do struktury materiaacutelů až na uacuterovni atomů
a současně přesně zmapovat jejich chemickeacute složeniacute
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech
materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury
PřF UP OL
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute
elektronovyacute mikroskop TITAN (FEI)
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2015
Transmisniacute elektronovyacute
mikroskop Jeol
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury PřF UP OL
Neoptickeacute mikroskopy
1981
Řaacutedkovaciacute tunelovyacute mikroskop (STM ndash Scanning Tunnelling Microscope)
- mapovaacuteniacute povrchu pomociacute pohybu vodiveacuteho hrotu nad vodivyacutem povrchem sledovaneacuteho materiaacutelu
1986
Mikroskop atomaacuterniacutech sil (AMF ndash Atomic Force Miroscope)
- skenovaacuteniacute povrchu materiaacutelu pomociacute hrotu zavěšeneacutem na pružneacutem vyacutekyvneacutem rameacutenku kteryacute je přitahovaacuten elektrostatickyacutemi a Van der Walsovyacutemi silami
Rozlišeniacute v řaacutedech pikometrů (10-12 m) ndash rozeznaacuteniacute struktur
jednotlivyacutech atomů
O p t i c k eacute p r i n c i p y
světelneacute mikroskopie
Reichl J Všetička M Encyklopedie fyziky [online] copy2006-2014
[vid 2014] Dostupneacute z httpfyzikajreichlcommainarticleview431-optika Lepil O (2013) Fyzika pro gymnaacutezia Optika Prometheus Praha 4 přepracovaneacute vydaacuteniacute
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light
Microscopy and Electronic Imaging Willey-Blackwell Published
2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
Rozhlasoveacute a raacutedioveacute vlny 250 km - 1 mm
Infračerveneacute zaacuteřeniacute 05 mm - 08 μm
Světlo (viditelneacute zaacuteřeniacute) 08 μm - 04 μm
Ultrafialoveacute zaacuteřeniacute 04 microm - 01 microm
Roumlntgenovo zaacuteřeniacute (X-paprsky) 15 nm - 0005 nm
γ-zaacuteřeniacute pod 00001 nm
Přibližneacute hodnoty ndash individuaacutelniacute vlastnosti zraku různyacutech lidiacute
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
rarr se zkracujiacuteciacute se vlnovou deacutelkou se zvyšuje frekvence (energie)
Viditelneacute
Vlnoveacute deacutelky světla a relativniacute citlivost oka
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and Electronic
Imaging Willey-Blackwell Published 2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
= zrakovyacute pigment citlivyacute na
světlo nachaacutezejiacuteciacute se v tyčinkaacutech Jodopsin = zrakovyacute pigment citlivyacute na
barvu nachaacutezejiacuteciacute se v čiacutepciacutech
S v ě t l o
Duaacutelniacute charakter světla ndash vlněniacute i proud čaacutestic (fotonů)
Vlnovyacute model světla
vlna elektrickaacute a magnetickaacute (elektromagnetickaacute vlna je tvořena oscilujiacuteciacutem elektrickyacutem a
magnetickyacutem polem na sebe kolmyacutech a nesouciacutech vpřed energii)
Pro uacutečinky světla v mikroskopu je důležitaacute vlna elektrickaacute
= přiacutečneacute vlněniacute
postupneacute kmitaacuteniacute
jednotlivyacutech vedle sebe
ležiacuteciacutech bodů
Scheacutema světla jako elektromagnetickeacute vlny
Obr httpwwwprosoundwebcomarticleprintinvaders_from_
outer_space_electromagnetic_radiation_interference
λ - vlnovaacute deacutelka
(v oblasti svět zaacuteřeniacute
v rozmeziacute od 380 do 780 nm)
určuje barvu světla
a - amplituda
nejvyššiacute hodnota
určuje intenzitu světla
Z hlediska vlnoveacute deacutelky rozlišujeme
polychromatickeacute x monochromatickeacute světlo (selekce pomociacute barevnyacutech filtrů rarr jednotnaacute vlnovaacute deacutelka světlo zeleneacute červeneacute hellip)
Elektrickaacute vlna - sinusoida
Charakterizovaacutena dvěma veličinami
Pazourek 1975
Vlastnosti světla
Rovnoměrneacute šiacuteřeniacute světla ze zaacuteřiacuteciacuteho bodu na všechny strany rarr vlnovaacute plocha tvaru koule
Paprsek ndash směr kteryacutem se vlněniacute šiacuteřiacute a kteryacute je kolmyacute
na vlnoplochu
Pazourek 1975
- paprsek nepolarizovanyacute (A C) ndash kmitaacute v každeacutem
miacutestě a v průběhu času ve všech možnyacutech směrech
kolmyacutech na směr šiacuteřeniacute paprsku
- paprsek polarizovanyacute (B D1 D2) - kmitaacute v jedneacute
rovině přičemž rovina kmitů (vlněniacute) jednoho z nich je
kolmaacute k rovině kmitů druheacuteho
Pazourek 1975
Polarizovaneacute světlo viz
httpswwwyoutubecomwatchv=gP751qpm4n4
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and
Electronic Imaging Jonh Wkiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
Osm různyacutech vlnovyacutech forem světla (znaacutezorňujiacuteciacutech různou kvalitu světla)
Odraz a lom světelnyacutech paprsků
v prostřediacutech různeacute hustoty
Důležitaacute charakteristika prostřediacute
index lomu ( n ) (= optickaacute hustota prostřediacute)
c = rychlost světla ve vakuu (stejnaacute pro všechny λ )
v = rychlost světla určiteacute vlnoveacute deacutelky ve zkoumaneacute laacutetce
c
n =
v
zde absolutniacute index lomu
(bezrozměrnaacute fyzikaacutelniacute veličina jeho jednotka je 1)
Rychlost světla (c) určiteacute vlnoveacute
deacutelky v různyacutech prostřediacutech
c ve vakuu
= 300 000 kms
Index lomu (n) některyacutech laacutetek
vzduch (vakuum) helliphellip 100 (vzduch 10002718)
voda helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 133
plexisklo helliphelliphelliphelliphelliphellip 140 ndash 152
křemenneacute sklo helliphellip hellip 145 (čočka z křemene z Ninive ndash 7 stol přnl)
běžneacute sklo helliphelliphelliphelliphellip 151
cedrovyacute olej helliphelliphelliphelliphellip 151
imerzniacute olej Olympus hellip 1516 pro fluorescenci 1404
kanadskyacute balzaacutem helliphellip 150
krystal NaCl helliphelliphelliphellip 154
korunoveacute sklo helliphelliphelliphellip 145 ndash 156 (sodno-draselneacute bezolovnateacute)
flintoveacute sklo helliphelliphelliphellip 162 ndash 180 (olovnateacute)
diamant helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 242
Index lomu je vždy většiacute než 100
očniacute čočka hellip 1406
sklivec helliphelliphellip 1336
Odraz světla rovnyacutem zrcadlem (reflexe)
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice dopadu a paprsek odraženyacute
ležiacute v jedneacute rovině
2 Uacutehel odrazu se rovnaacute uacutehlu dopadu
Odraz a lom paprsku
k
Důležiteacute pro mikroskopii (astronomii)
- neniacute zaacutevislost na vlnoveacute deacutelce světla (λ)
- na rozdiacutel od lomu paprsků se světelneacute
paprsky se odraacutežejiacute stejně
Pazourek 1975
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice lomu a paprsek lomenyacute ležiacute v teacuteže rovině
Lom světla (refrakce)
2 Při přechodu z prostřediacute opticky řidšiacuteho do prostřediacute opticky hustšiacuteho se paprsek laacuteme ke kolmici (A)
a z prostřediacute opticky hustšiacuteho
do prostřediacute opticky řidšiacuteho
se laacuteme od kolmice (B)
(C a D) ndash uacuteplnyacute odraz při tzv
mezniacutem uacutehlu dopadu paprsku
v přiacutepadě lomu od kolmice (B)
(viz Nikol odrazneacute hranoly světlovodneacute vlaacutekno nebo fluorescenčniacute metoda TIRFM ndash totaacutelniacute odraz exitačniacuteho zaacuteřeniacute)
Pazourek 1975
Svatyacute Kryštof od
švyacutecarskeacuteho maliacuteře
Konrada Witze (kolem 1400ndash1446)
Witz byl jedniacutem z prvniacutech
maliacuteřů kteryacute namaloval
přesnyacute způsob odrazu
světla na vodě
Disperze (rozklad) světla
= důsledek zaacutevislosti rychlosti světla v laacutetkaacutech na frekvenci světla
(λ = c f)
světlo různyacutech barev (λ)
se laacuteme různě
(červeneacute se lomiacute meacuteně než modreacute)
Přiacuteklad disperze (rozkladu) světla
Primaacuterniacute a sekundaacuterniacute duha Severniacute Čechy Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
D u h a
Jeden z mnoha
optickyacutech
jevů (fotometeorů)
v atmosfeacuteře
Rok 312 nl - před bitvou byzantskeacuteho ciacutesaře Konstantina I (272-337) s
konkurenčniacutem ciacutesařem Maxentiem u bran Řiacutema (tzv bitva u Milvijskeacuteho mostu) se
na obloze objevily tři zaacuteřiacuteciacute křiacuteže (halovyacute sloup parheacutelia a parhelickyacute oblouk)
Konstantin bitvu proti přesile vyhraacutel sjednotil řiacuteši a povolil v niacute vyznaacutevat křesťanstviacute
Maleacute halo (22deg) (viz 1) vedlejšiacute slunce (2) a horniacute a dolniacute halovyacute sloup (3)
vznikajiacuteciacute odrazem a lomem světelnyacutech paprsků na krystalciacutech ledu
Lom světla a dějiny
httptmagazineblogsnytimescom20121126halo-effect_r=0
1
3
2 2
3
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
Důležitaacute data při rozvoji moderniacute světelneacute mikroskopie
1847 - Zahaacutejeniacute vyacuteroby mikroskopů firmou Carl Zeiss v Jeně
1903 - Ultramikroskop (Richard Zsigmondy NC 1925)
1911 - Fluorescenčniacute mikroskop (Carl Reichert)
1935 - Faacutezovyacute kontrast (Fritz Zernike NC 1953)
1955 - Diferenciaacutelniacute interferenčniacute kontrast (DIC ndash Nomarski)
1968 - Rastrovaciacute tandemovyacute konfokaacutelniacute mikroskop (TSCM)
1978 - Laserovyacute konfokaacutelniacute rastrovaciacute mikroskop
1994 - Princip STED mikroskopie (S W Hell NC 2014)
(Stimulated Emission Depletion ndash redukce fluorescence stimulovanou emisiacute)
po roce 2000 - rozvoj tzv superrozlišovaciacute mikroskopie
2006 - Super-resolučniacute fluorescenčniacute mikroskop (Eric Betzig
Stefan W Hell a William E Moerner NC za chemii 2014)
NC = Nobelova cena
30 leacuteta 20 stoletiacute
ndash hranice vyacutevoje optickeacuteho (paprskoveacuteho) mikroskopu
(hranice rozlišeniacute světelneacuteho mikroskopu je diacuteky velikosti deacutelky světla 02 microm)
- dalšiacute zvětšovaacuteniacute pozorovanyacutech objektů na jineacutem principu
- miacutesto světelneacuteho paprsku elektronovyacute paprsek
(= tok rychlyacutech elektronů)
- miacutesto skleněneacute čočky magnetickaacute čočka
1931 - Ernst Ruska Max Knoll
prvniacute elektronovyacute mikroskop
tzv prozařovaciacute transmisniacute EM
(TEM ndash Transmission Electron Microscope)
- originaacutelniacute zvětšeniacute 1 000 - 250 000x
Ernst Ruska (1906-1988)
1942 - rastrovaciacute EM
(SEM ndash Scanning Electron Microscope) - postupneacute bombardovaacuteniacute vzorku elektrony
- zvětšeniacute až 30 000x
EM UacuteMG AV ČR Praha-Krč
FEI ndash TECHNAIG2TEM + kryozařiacutezeniacute
200 kV (λ el = 00025 nm)
RS 01 nm
prvkovaacute analyacuteza vzorků
zařiacutezeniacute pro
prvkovou analyacutezu
vzorků
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
Brněnštiacute vědci z Uacutestavu přiacutestrojoveacute techniky AV ČR (UacutePT) a Mendelovy
univerzity představili novou metodu pozorovaacuteniacute rostlinnyacutech vzorků v jejich
přirozeneacutem stavu (za využitiacute kryoprotektiv)
Viacutece na httpe-svete15cztechnikacesti-vedci-posunuli-hranice-elektronove-mikroskopie-1174818
Enviromentaacutelniacute rastrovaciacute elektronovyacute mikroskop Aquasem II
TEM TITAN FEI Company Mgr Klaacutera Čeacutepe PhD
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute elektronovyacute mikroskop
schopnyacute nahleacutednout do struktury materiaacutelů až na uacuterovni atomů
a současně přesně zmapovat jejich chemickeacute složeniacute
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech
materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury
PřF UP OL
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute
elektronovyacute mikroskop TITAN (FEI)
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2015
Transmisniacute elektronovyacute
mikroskop Jeol
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury PřF UP OL
Neoptickeacute mikroskopy
1981
Řaacutedkovaciacute tunelovyacute mikroskop (STM ndash Scanning Tunnelling Microscope)
- mapovaacuteniacute povrchu pomociacute pohybu vodiveacuteho hrotu nad vodivyacutem povrchem sledovaneacuteho materiaacutelu
1986
Mikroskop atomaacuterniacutech sil (AMF ndash Atomic Force Miroscope)
- skenovaacuteniacute povrchu materiaacutelu pomociacute hrotu zavěšeneacutem na pružneacutem vyacutekyvneacutem rameacutenku kteryacute je přitahovaacuten elektrostatickyacutemi a Van der Walsovyacutemi silami
Rozlišeniacute v řaacutedech pikometrů (10-12 m) ndash rozeznaacuteniacute struktur
jednotlivyacutech atomů
O p t i c k eacute p r i n c i p y
světelneacute mikroskopie
Reichl J Všetička M Encyklopedie fyziky [online] copy2006-2014
[vid 2014] Dostupneacute z httpfyzikajreichlcommainarticleview431-optika Lepil O (2013) Fyzika pro gymnaacutezia Optika Prometheus Praha 4 přepracovaneacute vydaacuteniacute
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light
Microscopy and Electronic Imaging Willey-Blackwell Published
2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
Rozhlasoveacute a raacutedioveacute vlny 250 km - 1 mm
Infračerveneacute zaacuteřeniacute 05 mm - 08 μm
Světlo (viditelneacute zaacuteřeniacute) 08 μm - 04 μm
Ultrafialoveacute zaacuteřeniacute 04 microm - 01 microm
Roumlntgenovo zaacuteřeniacute (X-paprsky) 15 nm - 0005 nm
γ-zaacuteřeniacute pod 00001 nm
Přibližneacute hodnoty ndash individuaacutelniacute vlastnosti zraku různyacutech lidiacute
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
rarr se zkracujiacuteciacute se vlnovou deacutelkou se zvyšuje frekvence (energie)
Viditelneacute
Vlnoveacute deacutelky světla a relativniacute citlivost oka
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and Electronic
Imaging Willey-Blackwell Published 2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
= zrakovyacute pigment citlivyacute na
světlo nachaacutezejiacuteciacute se v tyčinkaacutech Jodopsin = zrakovyacute pigment citlivyacute na
barvu nachaacutezejiacuteciacute se v čiacutepciacutech
S v ě t l o
Duaacutelniacute charakter světla ndash vlněniacute i proud čaacutestic (fotonů)
Vlnovyacute model světla
vlna elektrickaacute a magnetickaacute (elektromagnetickaacute vlna je tvořena oscilujiacuteciacutem elektrickyacutem a
magnetickyacutem polem na sebe kolmyacutech a nesouciacutech vpřed energii)
Pro uacutečinky světla v mikroskopu je důležitaacute vlna elektrickaacute
= přiacutečneacute vlněniacute
postupneacute kmitaacuteniacute
jednotlivyacutech vedle sebe
ležiacuteciacutech bodů
Scheacutema světla jako elektromagnetickeacute vlny
Obr httpwwwprosoundwebcomarticleprintinvaders_from_
outer_space_electromagnetic_radiation_interference
λ - vlnovaacute deacutelka
(v oblasti svět zaacuteřeniacute
v rozmeziacute od 380 do 780 nm)
určuje barvu světla
a - amplituda
nejvyššiacute hodnota
určuje intenzitu světla
Z hlediska vlnoveacute deacutelky rozlišujeme
polychromatickeacute x monochromatickeacute světlo (selekce pomociacute barevnyacutech filtrů rarr jednotnaacute vlnovaacute deacutelka světlo zeleneacute červeneacute hellip)
Elektrickaacute vlna - sinusoida
Charakterizovaacutena dvěma veličinami
Pazourek 1975
Vlastnosti světla
Rovnoměrneacute šiacuteřeniacute světla ze zaacuteřiacuteciacuteho bodu na všechny strany rarr vlnovaacute plocha tvaru koule
Paprsek ndash směr kteryacutem se vlněniacute šiacuteřiacute a kteryacute je kolmyacute
na vlnoplochu
Pazourek 1975
- paprsek nepolarizovanyacute (A C) ndash kmitaacute v každeacutem
miacutestě a v průběhu času ve všech možnyacutech směrech
kolmyacutech na směr šiacuteřeniacute paprsku
- paprsek polarizovanyacute (B D1 D2) - kmitaacute v jedneacute
rovině přičemž rovina kmitů (vlněniacute) jednoho z nich je
kolmaacute k rovině kmitů druheacuteho
Pazourek 1975
Polarizovaneacute světlo viz
httpswwwyoutubecomwatchv=gP751qpm4n4
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and
Electronic Imaging Jonh Wkiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
Osm různyacutech vlnovyacutech forem světla (znaacutezorňujiacuteciacutech různou kvalitu světla)
Odraz a lom světelnyacutech paprsků
v prostřediacutech různeacute hustoty
Důležitaacute charakteristika prostřediacute
index lomu ( n ) (= optickaacute hustota prostřediacute)
c = rychlost světla ve vakuu (stejnaacute pro všechny λ )
v = rychlost světla určiteacute vlnoveacute deacutelky ve zkoumaneacute laacutetce
c
n =
v
zde absolutniacute index lomu
(bezrozměrnaacute fyzikaacutelniacute veličina jeho jednotka je 1)
Rychlost světla (c) určiteacute vlnoveacute
deacutelky v různyacutech prostřediacutech
c ve vakuu
= 300 000 kms
Index lomu (n) některyacutech laacutetek
vzduch (vakuum) helliphellip 100 (vzduch 10002718)
voda helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 133
plexisklo helliphelliphelliphelliphelliphellip 140 ndash 152
křemenneacute sklo helliphellip hellip 145 (čočka z křemene z Ninive ndash 7 stol přnl)
běžneacute sklo helliphelliphelliphelliphellip 151
cedrovyacute olej helliphelliphelliphelliphellip 151
imerzniacute olej Olympus hellip 1516 pro fluorescenci 1404
kanadskyacute balzaacutem helliphellip 150
krystal NaCl helliphelliphelliphellip 154
korunoveacute sklo helliphelliphelliphellip 145 ndash 156 (sodno-draselneacute bezolovnateacute)
flintoveacute sklo helliphelliphelliphellip 162 ndash 180 (olovnateacute)
diamant helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 242
Index lomu je vždy většiacute než 100
očniacute čočka hellip 1406
sklivec helliphelliphellip 1336
Odraz světla rovnyacutem zrcadlem (reflexe)
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice dopadu a paprsek odraženyacute
ležiacute v jedneacute rovině
2 Uacutehel odrazu se rovnaacute uacutehlu dopadu
Odraz a lom paprsku
k
Důležiteacute pro mikroskopii (astronomii)
- neniacute zaacutevislost na vlnoveacute deacutelce světla (λ)
- na rozdiacutel od lomu paprsků se světelneacute
paprsky se odraacutežejiacute stejně
Pazourek 1975
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice lomu a paprsek lomenyacute ležiacute v teacuteže rovině
Lom světla (refrakce)
2 Při přechodu z prostřediacute opticky řidšiacuteho do prostřediacute opticky hustšiacuteho se paprsek laacuteme ke kolmici (A)
a z prostřediacute opticky hustšiacuteho
do prostřediacute opticky řidšiacuteho
se laacuteme od kolmice (B)
(C a D) ndash uacuteplnyacute odraz při tzv
mezniacutem uacutehlu dopadu paprsku
v přiacutepadě lomu od kolmice (B)
(viz Nikol odrazneacute hranoly světlovodneacute vlaacutekno nebo fluorescenčniacute metoda TIRFM ndash totaacutelniacute odraz exitačniacuteho zaacuteřeniacute)
Pazourek 1975
Svatyacute Kryštof od
švyacutecarskeacuteho maliacuteře
Konrada Witze (kolem 1400ndash1446)
Witz byl jedniacutem z prvniacutech
maliacuteřů kteryacute namaloval
přesnyacute způsob odrazu
světla na vodě
Disperze (rozklad) světla
= důsledek zaacutevislosti rychlosti světla v laacutetkaacutech na frekvenci světla
(λ = c f)
světlo různyacutech barev (λ)
se laacuteme různě
(červeneacute se lomiacute meacuteně než modreacute)
Přiacuteklad disperze (rozkladu) světla
Primaacuterniacute a sekundaacuterniacute duha Severniacute Čechy Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
D u h a
Jeden z mnoha
optickyacutech
jevů (fotometeorů)
v atmosfeacuteře
Rok 312 nl - před bitvou byzantskeacuteho ciacutesaře Konstantina I (272-337) s
konkurenčniacutem ciacutesařem Maxentiem u bran Řiacutema (tzv bitva u Milvijskeacuteho mostu) se
na obloze objevily tři zaacuteřiacuteciacute křiacuteže (halovyacute sloup parheacutelia a parhelickyacute oblouk)
Konstantin bitvu proti přesile vyhraacutel sjednotil řiacuteši a povolil v niacute vyznaacutevat křesťanstviacute
Maleacute halo (22deg) (viz 1) vedlejšiacute slunce (2) a horniacute a dolniacute halovyacute sloup (3)
vznikajiacuteciacute odrazem a lomem světelnyacutech paprsků na krystalciacutech ledu
Lom světla a dějiny
httptmagazineblogsnytimescom20121126halo-effect_r=0
1
3
2 2
3
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
30 leacuteta 20 stoletiacute
ndash hranice vyacutevoje optickeacuteho (paprskoveacuteho) mikroskopu
(hranice rozlišeniacute světelneacuteho mikroskopu je diacuteky velikosti deacutelky světla 02 microm)
- dalšiacute zvětšovaacuteniacute pozorovanyacutech objektů na jineacutem principu
- miacutesto světelneacuteho paprsku elektronovyacute paprsek
(= tok rychlyacutech elektronů)
- miacutesto skleněneacute čočky magnetickaacute čočka
1931 - Ernst Ruska Max Knoll
prvniacute elektronovyacute mikroskop
tzv prozařovaciacute transmisniacute EM
(TEM ndash Transmission Electron Microscope)
- originaacutelniacute zvětšeniacute 1 000 - 250 000x
Ernst Ruska (1906-1988)
1942 - rastrovaciacute EM
(SEM ndash Scanning Electron Microscope) - postupneacute bombardovaacuteniacute vzorku elektrony
- zvětšeniacute až 30 000x
EM UacuteMG AV ČR Praha-Krč
FEI ndash TECHNAIG2TEM + kryozařiacutezeniacute
200 kV (λ el = 00025 nm)
RS 01 nm
prvkovaacute analyacuteza vzorků
zařiacutezeniacute pro
prvkovou analyacutezu
vzorků
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
Brněnštiacute vědci z Uacutestavu přiacutestrojoveacute techniky AV ČR (UacutePT) a Mendelovy
univerzity představili novou metodu pozorovaacuteniacute rostlinnyacutech vzorků v jejich
přirozeneacutem stavu (za využitiacute kryoprotektiv)
Viacutece na httpe-svete15cztechnikacesti-vedci-posunuli-hranice-elektronove-mikroskopie-1174818
Enviromentaacutelniacute rastrovaciacute elektronovyacute mikroskop Aquasem II
TEM TITAN FEI Company Mgr Klaacutera Čeacutepe PhD
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute elektronovyacute mikroskop
schopnyacute nahleacutednout do struktury materiaacutelů až na uacuterovni atomů
a současně přesně zmapovat jejich chemickeacute složeniacute
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech
materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury
PřF UP OL
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute
elektronovyacute mikroskop TITAN (FEI)
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2015
Transmisniacute elektronovyacute
mikroskop Jeol
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury PřF UP OL
Neoptickeacute mikroskopy
1981
Řaacutedkovaciacute tunelovyacute mikroskop (STM ndash Scanning Tunnelling Microscope)
- mapovaacuteniacute povrchu pomociacute pohybu vodiveacuteho hrotu nad vodivyacutem povrchem sledovaneacuteho materiaacutelu
1986
Mikroskop atomaacuterniacutech sil (AMF ndash Atomic Force Miroscope)
- skenovaacuteniacute povrchu materiaacutelu pomociacute hrotu zavěšeneacutem na pružneacutem vyacutekyvneacutem rameacutenku kteryacute je přitahovaacuten elektrostatickyacutemi a Van der Walsovyacutemi silami
Rozlišeniacute v řaacutedech pikometrů (10-12 m) ndash rozeznaacuteniacute struktur
jednotlivyacutech atomů
O p t i c k eacute p r i n c i p y
světelneacute mikroskopie
Reichl J Všetička M Encyklopedie fyziky [online] copy2006-2014
[vid 2014] Dostupneacute z httpfyzikajreichlcommainarticleview431-optika Lepil O (2013) Fyzika pro gymnaacutezia Optika Prometheus Praha 4 přepracovaneacute vydaacuteniacute
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light
Microscopy and Electronic Imaging Willey-Blackwell Published
2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
Rozhlasoveacute a raacutedioveacute vlny 250 km - 1 mm
Infračerveneacute zaacuteřeniacute 05 mm - 08 μm
Světlo (viditelneacute zaacuteřeniacute) 08 μm - 04 μm
Ultrafialoveacute zaacuteřeniacute 04 microm - 01 microm
Roumlntgenovo zaacuteřeniacute (X-paprsky) 15 nm - 0005 nm
γ-zaacuteřeniacute pod 00001 nm
Přibližneacute hodnoty ndash individuaacutelniacute vlastnosti zraku různyacutech lidiacute
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
rarr se zkracujiacuteciacute se vlnovou deacutelkou se zvyšuje frekvence (energie)
Viditelneacute
Vlnoveacute deacutelky světla a relativniacute citlivost oka
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and Electronic
Imaging Willey-Blackwell Published 2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
= zrakovyacute pigment citlivyacute na
světlo nachaacutezejiacuteciacute se v tyčinkaacutech Jodopsin = zrakovyacute pigment citlivyacute na
barvu nachaacutezejiacuteciacute se v čiacutepciacutech
S v ě t l o
Duaacutelniacute charakter světla ndash vlněniacute i proud čaacutestic (fotonů)
Vlnovyacute model světla
vlna elektrickaacute a magnetickaacute (elektromagnetickaacute vlna je tvořena oscilujiacuteciacutem elektrickyacutem a
magnetickyacutem polem na sebe kolmyacutech a nesouciacutech vpřed energii)
Pro uacutečinky světla v mikroskopu je důležitaacute vlna elektrickaacute
= přiacutečneacute vlněniacute
postupneacute kmitaacuteniacute
jednotlivyacutech vedle sebe
ležiacuteciacutech bodů
Scheacutema světla jako elektromagnetickeacute vlny
Obr httpwwwprosoundwebcomarticleprintinvaders_from_
outer_space_electromagnetic_radiation_interference
λ - vlnovaacute deacutelka
(v oblasti svět zaacuteřeniacute
v rozmeziacute od 380 do 780 nm)
určuje barvu světla
a - amplituda
nejvyššiacute hodnota
určuje intenzitu světla
Z hlediska vlnoveacute deacutelky rozlišujeme
polychromatickeacute x monochromatickeacute světlo (selekce pomociacute barevnyacutech filtrů rarr jednotnaacute vlnovaacute deacutelka světlo zeleneacute červeneacute hellip)
Elektrickaacute vlna - sinusoida
Charakterizovaacutena dvěma veličinami
Pazourek 1975
Vlastnosti světla
Rovnoměrneacute šiacuteřeniacute světla ze zaacuteřiacuteciacuteho bodu na všechny strany rarr vlnovaacute plocha tvaru koule
Paprsek ndash směr kteryacutem se vlněniacute šiacuteřiacute a kteryacute je kolmyacute
na vlnoplochu
Pazourek 1975
- paprsek nepolarizovanyacute (A C) ndash kmitaacute v každeacutem
miacutestě a v průběhu času ve všech možnyacutech směrech
kolmyacutech na směr šiacuteřeniacute paprsku
- paprsek polarizovanyacute (B D1 D2) - kmitaacute v jedneacute
rovině přičemž rovina kmitů (vlněniacute) jednoho z nich je
kolmaacute k rovině kmitů druheacuteho
Pazourek 1975
Polarizovaneacute světlo viz
httpswwwyoutubecomwatchv=gP751qpm4n4
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and
Electronic Imaging Jonh Wkiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
Osm různyacutech vlnovyacutech forem světla (znaacutezorňujiacuteciacutech různou kvalitu světla)
Odraz a lom světelnyacutech paprsků
v prostřediacutech různeacute hustoty
Důležitaacute charakteristika prostřediacute
index lomu ( n ) (= optickaacute hustota prostřediacute)
c = rychlost světla ve vakuu (stejnaacute pro všechny λ )
v = rychlost světla určiteacute vlnoveacute deacutelky ve zkoumaneacute laacutetce
c
n =
v
zde absolutniacute index lomu
(bezrozměrnaacute fyzikaacutelniacute veličina jeho jednotka je 1)
Rychlost světla (c) určiteacute vlnoveacute
deacutelky v různyacutech prostřediacutech
c ve vakuu
= 300 000 kms
Index lomu (n) některyacutech laacutetek
vzduch (vakuum) helliphellip 100 (vzduch 10002718)
voda helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 133
plexisklo helliphelliphelliphelliphelliphellip 140 ndash 152
křemenneacute sklo helliphellip hellip 145 (čočka z křemene z Ninive ndash 7 stol přnl)
běžneacute sklo helliphelliphelliphelliphellip 151
cedrovyacute olej helliphelliphelliphelliphellip 151
imerzniacute olej Olympus hellip 1516 pro fluorescenci 1404
kanadskyacute balzaacutem helliphellip 150
krystal NaCl helliphelliphelliphellip 154
korunoveacute sklo helliphelliphelliphellip 145 ndash 156 (sodno-draselneacute bezolovnateacute)
flintoveacute sklo helliphelliphelliphellip 162 ndash 180 (olovnateacute)
diamant helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 242
Index lomu je vždy většiacute než 100
očniacute čočka hellip 1406
sklivec helliphelliphellip 1336
Odraz světla rovnyacutem zrcadlem (reflexe)
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice dopadu a paprsek odraženyacute
ležiacute v jedneacute rovině
2 Uacutehel odrazu se rovnaacute uacutehlu dopadu
Odraz a lom paprsku
k
Důležiteacute pro mikroskopii (astronomii)
- neniacute zaacutevislost na vlnoveacute deacutelce světla (λ)
- na rozdiacutel od lomu paprsků se světelneacute
paprsky se odraacutežejiacute stejně
Pazourek 1975
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice lomu a paprsek lomenyacute ležiacute v teacuteže rovině
Lom světla (refrakce)
2 Při přechodu z prostřediacute opticky řidšiacuteho do prostřediacute opticky hustšiacuteho se paprsek laacuteme ke kolmici (A)
a z prostřediacute opticky hustšiacuteho
do prostřediacute opticky řidšiacuteho
se laacuteme od kolmice (B)
(C a D) ndash uacuteplnyacute odraz při tzv
mezniacutem uacutehlu dopadu paprsku
v přiacutepadě lomu od kolmice (B)
(viz Nikol odrazneacute hranoly světlovodneacute vlaacutekno nebo fluorescenčniacute metoda TIRFM ndash totaacutelniacute odraz exitačniacuteho zaacuteřeniacute)
Pazourek 1975
Svatyacute Kryštof od
švyacutecarskeacuteho maliacuteře
Konrada Witze (kolem 1400ndash1446)
Witz byl jedniacutem z prvniacutech
maliacuteřů kteryacute namaloval
přesnyacute způsob odrazu
světla na vodě
Disperze (rozklad) světla
= důsledek zaacutevislosti rychlosti světla v laacutetkaacutech na frekvenci světla
(λ = c f)
světlo různyacutech barev (λ)
se laacuteme různě
(červeneacute se lomiacute meacuteně než modreacute)
Přiacuteklad disperze (rozkladu) světla
Primaacuterniacute a sekundaacuterniacute duha Severniacute Čechy Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
D u h a
Jeden z mnoha
optickyacutech
jevů (fotometeorů)
v atmosfeacuteře
Rok 312 nl - před bitvou byzantskeacuteho ciacutesaře Konstantina I (272-337) s
konkurenčniacutem ciacutesařem Maxentiem u bran Řiacutema (tzv bitva u Milvijskeacuteho mostu) se
na obloze objevily tři zaacuteřiacuteciacute křiacuteže (halovyacute sloup parheacutelia a parhelickyacute oblouk)
Konstantin bitvu proti přesile vyhraacutel sjednotil řiacuteši a povolil v niacute vyznaacutevat křesťanstviacute
Maleacute halo (22deg) (viz 1) vedlejšiacute slunce (2) a horniacute a dolniacute halovyacute sloup (3)
vznikajiacuteciacute odrazem a lomem světelnyacutech paprsků na krystalciacutech ledu
Lom světla a dějiny
httptmagazineblogsnytimescom20121126halo-effect_r=0
1
3
2 2
3
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
1931 - Ernst Ruska Max Knoll
prvniacute elektronovyacute mikroskop
tzv prozařovaciacute transmisniacute EM
(TEM ndash Transmission Electron Microscope)
- originaacutelniacute zvětšeniacute 1 000 - 250 000x
Ernst Ruska (1906-1988)
1942 - rastrovaciacute EM
(SEM ndash Scanning Electron Microscope) - postupneacute bombardovaacuteniacute vzorku elektrony
- zvětšeniacute až 30 000x
EM UacuteMG AV ČR Praha-Krč
FEI ndash TECHNAIG2TEM + kryozařiacutezeniacute
200 kV (λ el = 00025 nm)
RS 01 nm
prvkovaacute analyacuteza vzorků
zařiacutezeniacute pro
prvkovou analyacutezu
vzorků
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
Brněnštiacute vědci z Uacutestavu přiacutestrojoveacute techniky AV ČR (UacutePT) a Mendelovy
univerzity představili novou metodu pozorovaacuteniacute rostlinnyacutech vzorků v jejich
přirozeneacutem stavu (za využitiacute kryoprotektiv)
Viacutece na httpe-svete15cztechnikacesti-vedci-posunuli-hranice-elektronove-mikroskopie-1174818
Enviromentaacutelniacute rastrovaciacute elektronovyacute mikroskop Aquasem II
TEM TITAN FEI Company Mgr Klaacutera Čeacutepe PhD
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute elektronovyacute mikroskop
schopnyacute nahleacutednout do struktury materiaacutelů až na uacuterovni atomů
a současně přesně zmapovat jejich chemickeacute složeniacute
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech
materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury
PřF UP OL
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute
elektronovyacute mikroskop TITAN (FEI)
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2015
Transmisniacute elektronovyacute
mikroskop Jeol
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury PřF UP OL
Neoptickeacute mikroskopy
1981
Řaacutedkovaciacute tunelovyacute mikroskop (STM ndash Scanning Tunnelling Microscope)
- mapovaacuteniacute povrchu pomociacute pohybu vodiveacuteho hrotu nad vodivyacutem povrchem sledovaneacuteho materiaacutelu
1986
Mikroskop atomaacuterniacutech sil (AMF ndash Atomic Force Miroscope)
- skenovaacuteniacute povrchu materiaacutelu pomociacute hrotu zavěšeneacutem na pružneacutem vyacutekyvneacutem rameacutenku kteryacute je přitahovaacuten elektrostatickyacutemi a Van der Walsovyacutemi silami
Rozlišeniacute v řaacutedech pikometrů (10-12 m) ndash rozeznaacuteniacute struktur
jednotlivyacutech atomů
O p t i c k eacute p r i n c i p y
světelneacute mikroskopie
Reichl J Všetička M Encyklopedie fyziky [online] copy2006-2014
[vid 2014] Dostupneacute z httpfyzikajreichlcommainarticleview431-optika Lepil O (2013) Fyzika pro gymnaacutezia Optika Prometheus Praha 4 přepracovaneacute vydaacuteniacute
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light
Microscopy and Electronic Imaging Willey-Blackwell Published
2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
Rozhlasoveacute a raacutedioveacute vlny 250 km - 1 mm
Infračerveneacute zaacuteřeniacute 05 mm - 08 μm
Světlo (viditelneacute zaacuteřeniacute) 08 μm - 04 μm
Ultrafialoveacute zaacuteřeniacute 04 microm - 01 microm
Roumlntgenovo zaacuteřeniacute (X-paprsky) 15 nm - 0005 nm
γ-zaacuteřeniacute pod 00001 nm
Přibližneacute hodnoty ndash individuaacutelniacute vlastnosti zraku různyacutech lidiacute
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
rarr se zkracujiacuteciacute se vlnovou deacutelkou se zvyšuje frekvence (energie)
Viditelneacute
Vlnoveacute deacutelky světla a relativniacute citlivost oka
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and Electronic
Imaging Willey-Blackwell Published 2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
= zrakovyacute pigment citlivyacute na
světlo nachaacutezejiacuteciacute se v tyčinkaacutech Jodopsin = zrakovyacute pigment citlivyacute na
barvu nachaacutezejiacuteciacute se v čiacutepciacutech
S v ě t l o
Duaacutelniacute charakter světla ndash vlněniacute i proud čaacutestic (fotonů)
Vlnovyacute model světla
vlna elektrickaacute a magnetickaacute (elektromagnetickaacute vlna je tvořena oscilujiacuteciacutem elektrickyacutem a
magnetickyacutem polem na sebe kolmyacutech a nesouciacutech vpřed energii)
Pro uacutečinky světla v mikroskopu je důležitaacute vlna elektrickaacute
= přiacutečneacute vlněniacute
postupneacute kmitaacuteniacute
jednotlivyacutech vedle sebe
ležiacuteciacutech bodů
Scheacutema světla jako elektromagnetickeacute vlny
Obr httpwwwprosoundwebcomarticleprintinvaders_from_
outer_space_electromagnetic_radiation_interference
λ - vlnovaacute deacutelka
(v oblasti svět zaacuteřeniacute
v rozmeziacute od 380 do 780 nm)
určuje barvu světla
a - amplituda
nejvyššiacute hodnota
určuje intenzitu světla
Z hlediska vlnoveacute deacutelky rozlišujeme
polychromatickeacute x monochromatickeacute světlo (selekce pomociacute barevnyacutech filtrů rarr jednotnaacute vlnovaacute deacutelka světlo zeleneacute červeneacute hellip)
Elektrickaacute vlna - sinusoida
Charakterizovaacutena dvěma veličinami
Pazourek 1975
Vlastnosti světla
Rovnoměrneacute šiacuteřeniacute světla ze zaacuteřiacuteciacuteho bodu na všechny strany rarr vlnovaacute plocha tvaru koule
Paprsek ndash směr kteryacutem se vlněniacute šiacuteřiacute a kteryacute je kolmyacute
na vlnoplochu
Pazourek 1975
- paprsek nepolarizovanyacute (A C) ndash kmitaacute v každeacutem
miacutestě a v průběhu času ve všech možnyacutech směrech
kolmyacutech na směr šiacuteřeniacute paprsku
- paprsek polarizovanyacute (B D1 D2) - kmitaacute v jedneacute
rovině přičemž rovina kmitů (vlněniacute) jednoho z nich je
kolmaacute k rovině kmitů druheacuteho
Pazourek 1975
Polarizovaneacute světlo viz
httpswwwyoutubecomwatchv=gP751qpm4n4
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and
Electronic Imaging Jonh Wkiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
Osm různyacutech vlnovyacutech forem světla (znaacutezorňujiacuteciacutech různou kvalitu světla)
Odraz a lom světelnyacutech paprsků
v prostřediacutech různeacute hustoty
Důležitaacute charakteristika prostřediacute
index lomu ( n ) (= optickaacute hustota prostřediacute)
c = rychlost světla ve vakuu (stejnaacute pro všechny λ )
v = rychlost světla určiteacute vlnoveacute deacutelky ve zkoumaneacute laacutetce
c
n =
v
zde absolutniacute index lomu
(bezrozměrnaacute fyzikaacutelniacute veličina jeho jednotka je 1)
Rychlost světla (c) určiteacute vlnoveacute
deacutelky v různyacutech prostřediacutech
c ve vakuu
= 300 000 kms
Index lomu (n) některyacutech laacutetek
vzduch (vakuum) helliphellip 100 (vzduch 10002718)
voda helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 133
plexisklo helliphelliphelliphelliphelliphellip 140 ndash 152
křemenneacute sklo helliphellip hellip 145 (čočka z křemene z Ninive ndash 7 stol přnl)
běžneacute sklo helliphelliphelliphelliphellip 151
cedrovyacute olej helliphelliphelliphelliphellip 151
imerzniacute olej Olympus hellip 1516 pro fluorescenci 1404
kanadskyacute balzaacutem helliphellip 150
krystal NaCl helliphelliphelliphellip 154
korunoveacute sklo helliphelliphelliphellip 145 ndash 156 (sodno-draselneacute bezolovnateacute)
flintoveacute sklo helliphelliphelliphellip 162 ndash 180 (olovnateacute)
diamant helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 242
Index lomu je vždy většiacute než 100
očniacute čočka hellip 1406
sklivec helliphelliphellip 1336
Odraz světla rovnyacutem zrcadlem (reflexe)
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice dopadu a paprsek odraženyacute
ležiacute v jedneacute rovině
2 Uacutehel odrazu se rovnaacute uacutehlu dopadu
Odraz a lom paprsku
k
Důležiteacute pro mikroskopii (astronomii)
- neniacute zaacutevislost na vlnoveacute deacutelce světla (λ)
- na rozdiacutel od lomu paprsků se světelneacute
paprsky se odraacutežejiacute stejně
Pazourek 1975
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice lomu a paprsek lomenyacute ležiacute v teacuteže rovině
Lom světla (refrakce)
2 Při přechodu z prostřediacute opticky řidšiacuteho do prostřediacute opticky hustšiacuteho se paprsek laacuteme ke kolmici (A)
a z prostřediacute opticky hustšiacuteho
do prostřediacute opticky řidšiacuteho
se laacuteme od kolmice (B)
(C a D) ndash uacuteplnyacute odraz při tzv
mezniacutem uacutehlu dopadu paprsku
v přiacutepadě lomu od kolmice (B)
(viz Nikol odrazneacute hranoly světlovodneacute vlaacutekno nebo fluorescenčniacute metoda TIRFM ndash totaacutelniacute odraz exitačniacuteho zaacuteřeniacute)
Pazourek 1975
Svatyacute Kryštof od
švyacutecarskeacuteho maliacuteře
Konrada Witze (kolem 1400ndash1446)
Witz byl jedniacutem z prvniacutech
maliacuteřů kteryacute namaloval
přesnyacute způsob odrazu
světla na vodě
Disperze (rozklad) světla
= důsledek zaacutevislosti rychlosti světla v laacutetkaacutech na frekvenci světla
(λ = c f)
světlo různyacutech barev (λ)
se laacuteme různě
(červeneacute se lomiacute meacuteně než modreacute)
Přiacuteklad disperze (rozkladu) světla
Primaacuterniacute a sekundaacuterniacute duha Severniacute Čechy Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
D u h a
Jeden z mnoha
optickyacutech
jevů (fotometeorů)
v atmosfeacuteře
Rok 312 nl - před bitvou byzantskeacuteho ciacutesaře Konstantina I (272-337) s
konkurenčniacutem ciacutesařem Maxentiem u bran Řiacutema (tzv bitva u Milvijskeacuteho mostu) se
na obloze objevily tři zaacuteřiacuteciacute křiacuteže (halovyacute sloup parheacutelia a parhelickyacute oblouk)
Konstantin bitvu proti přesile vyhraacutel sjednotil řiacuteši a povolil v niacute vyznaacutevat křesťanstviacute
Maleacute halo (22deg) (viz 1) vedlejšiacute slunce (2) a horniacute a dolniacute halovyacute sloup (3)
vznikajiacuteciacute odrazem a lomem světelnyacutech paprsků na krystalciacutech ledu
Lom světla a dějiny
httptmagazineblogsnytimescom20121126halo-effect_r=0
1
3
2 2
3
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
EM UacuteMG AV ČR Praha-Krč
FEI ndash TECHNAIG2TEM + kryozařiacutezeniacute
200 kV (λ el = 00025 nm)
RS 01 nm
prvkovaacute analyacuteza vzorků
zařiacutezeniacute pro
prvkovou analyacutezu
vzorků
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
Brněnštiacute vědci z Uacutestavu přiacutestrojoveacute techniky AV ČR (UacutePT) a Mendelovy
univerzity představili novou metodu pozorovaacuteniacute rostlinnyacutech vzorků v jejich
přirozeneacutem stavu (za využitiacute kryoprotektiv)
Viacutece na httpe-svete15cztechnikacesti-vedci-posunuli-hranice-elektronove-mikroskopie-1174818
Enviromentaacutelniacute rastrovaciacute elektronovyacute mikroskop Aquasem II
TEM TITAN FEI Company Mgr Klaacutera Čeacutepe PhD
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute elektronovyacute mikroskop
schopnyacute nahleacutednout do struktury materiaacutelů až na uacuterovni atomů
a současně přesně zmapovat jejich chemickeacute složeniacute
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech
materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury
PřF UP OL
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute
elektronovyacute mikroskop TITAN (FEI)
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2015
Transmisniacute elektronovyacute
mikroskop Jeol
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury PřF UP OL
Neoptickeacute mikroskopy
1981
Řaacutedkovaciacute tunelovyacute mikroskop (STM ndash Scanning Tunnelling Microscope)
- mapovaacuteniacute povrchu pomociacute pohybu vodiveacuteho hrotu nad vodivyacutem povrchem sledovaneacuteho materiaacutelu
1986
Mikroskop atomaacuterniacutech sil (AMF ndash Atomic Force Miroscope)
- skenovaacuteniacute povrchu materiaacutelu pomociacute hrotu zavěšeneacutem na pružneacutem vyacutekyvneacutem rameacutenku kteryacute je přitahovaacuten elektrostatickyacutemi a Van der Walsovyacutemi silami
Rozlišeniacute v řaacutedech pikometrů (10-12 m) ndash rozeznaacuteniacute struktur
jednotlivyacutech atomů
O p t i c k eacute p r i n c i p y
světelneacute mikroskopie
Reichl J Všetička M Encyklopedie fyziky [online] copy2006-2014
[vid 2014] Dostupneacute z httpfyzikajreichlcommainarticleview431-optika Lepil O (2013) Fyzika pro gymnaacutezia Optika Prometheus Praha 4 přepracovaneacute vydaacuteniacute
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light
Microscopy and Electronic Imaging Willey-Blackwell Published
2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
Rozhlasoveacute a raacutedioveacute vlny 250 km - 1 mm
Infračerveneacute zaacuteřeniacute 05 mm - 08 μm
Světlo (viditelneacute zaacuteřeniacute) 08 μm - 04 μm
Ultrafialoveacute zaacuteřeniacute 04 microm - 01 microm
Roumlntgenovo zaacuteřeniacute (X-paprsky) 15 nm - 0005 nm
γ-zaacuteřeniacute pod 00001 nm
Přibližneacute hodnoty ndash individuaacutelniacute vlastnosti zraku různyacutech lidiacute
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
rarr se zkracujiacuteciacute se vlnovou deacutelkou se zvyšuje frekvence (energie)
Viditelneacute
Vlnoveacute deacutelky světla a relativniacute citlivost oka
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and Electronic
Imaging Willey-Blackwell Published 2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
= zrakovyacute pigment citlivyacute na
světlo nachaacutezejiacuteciacute se v tyčinkaacutech Jodopsin = zrakovyacute pigment citlivyacute na
barvu nachaacutezejiacuteciacute se v čiacutepciacutech
S v ě t l o
Duaacutelniacute charakter světla ndash vlněniacute i proud čaacutestic (fotonů)
Vlnovyacute model světla
vlna elektrickaacute a magnetickaacute (elektromagnetickaacute vlna je tvořena oscilujiacuteciacutem elektrickyacutem a
magnetickyacutem polem na sebe kolmyacutech a nesouciacutech vpřed energii)
Pro uacutečinky světla v mikroskopu je důležitaacute vlna elektrickaacute
= přiacutečneacute vlněniacute
postupneacute kmitaacuteniacute
jednotlivyacutech vedle sebe
ležiacuteciacutech bodů
Scheacutema světla jako elektromagnetickeacute vlny
Obr httpwwwprosoundwebcomarticleprintinvaders_from_
outer_space_electromagnetic_radiation_interference
λ - vlnovaacute deacutelka
(v oblasti svět zaacuteřeniacute
v rozmeziacute od 380 do 780 nm)
určuje barvu světla
a - amplituda
nejvyššiacute hodnota
určuje intenzitu světla
Z hlediska vlnoveacute deacutelky rozlišujeme
polychromatickeacute x monochromatickeacute světlo (selekce pomociacute barevnyacutech filtrů rarr jednotnaacute vlnovaacute deacutelka světlo zeleneacute červeneacute hellip)
Elektrickaacute vlna - sinusoida
Charakterizovaacutena dvěma veličinami
Pazourek 1975
Vlastnosti světla
Rovnoměrneacute šiacuteřeniacute světla ze zaacuteřiacuteciacuteho bodu na všechny strany rarr vlnovaacute plocha tvaru koule
Paprsek ndash směr kteryacutem se vlněniacute šiacuteřiacute a kteryacute je kolmyacute
na vlnoplochu
Pazourek 1975
- paprsek nepolarizovanyacute (A C) ndash kmitaacute v každeacutem
miacutestě a v průběhu času ve všech možnyacutech směrech
kolmyacutech na směr šiacuteřeniacute paprsku
- paprsek polarizovanyacute (B D1 D2) - kmitaacute v jedneacute
rovině přičemž rovina kmitů (vlněniacute) jednoho z nich je
kolmaacute k rovině kmitů druheacuteho
Pazourek 1975
Polarizovaneacute světlo viz
httpswwwyoutubecomwatchv=gP751qpm4n4
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and
Electronic Imaging Jonh Wkiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
Osm různyacutech vlnovyacutech forem světla (znaacutezorňujiacuteciacutech různou kvalitu světla)
Odraz a lom světelnyacutech paprsků
v prostřediacutech různeacute hustoty
Důležitaacute charakteristika prostřediacute
index lomu ( n ) (= optickaacute hustota prostřediacute)
c = rychlost světla ve vakuu (stejnaacute pro všechny λ )
v = rychlost světla určiteacute vlnoveacute deacutelky ve zkoumaneacute laacutetce
c
n =
v
zde absolutniacute index lomu
(bezrozměrnaacute fyzikaacutelniacute veličina jeho jednotka je 1)
Rychlost světla (c) určiteacute vlnoveacute
deacutelky v různyacutech prostřediacutech
c ve vakuu
= 300 000 kms
Index lomu (n) některyacutech laacutetek
vzduch (vakuum) helliphellip 100 (vzduch 10002718)
voda helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 133
plexisklo helliphelliphelliphelliphelliphellip 140 ndash 152
křemenneacute sklo helliphellip hellip 145 (čočka z křemene z Ninive ndash 7 stol přnl)
běžneacute sklo helliphelliphelliphelliphellip 151
cedrovyacute olej helliphelliphelliphelliphellip 151
imerzniacute olej Olympus hellip 1516 pro fluorescenci 1404
kanadskyacute balzaacutem helliphellip 150
krystal NaCl helliphelliphelliphellip 154
korunoveacute sklo helliphelliphelliphellip 145 ndash 156 (sodno-draselneacute bezolovnateacute)
flintoveacute sklo helliphelliphelliphellip 162 ndash 180 (olovnateacute)
diamant helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 242
Index lomu je vždy většiacute než 100
očniacute čočka hellip 1406
sklivec helliphelliphellip 1336
Odraz světla rovnyacutem zrcadlem (reflexe)
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice dopadu a paprsek odraženyacute
ležiacute v jedneacute rovině
2 Uacutehel odrazu se rovnaacute uacutehlu dopadu
Odraz a lom paprsku
k
Důležiteacute pro mikroskopii (astronomii)
- neniacute zaacutevislost na vlnoveacute deacutelce světla (λ)
- na rozdiacutel od lomu paprsků se světelneacute
paprsky se odraacutežejiacute stejně
Pazourek 1975
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice lomu a paprsek lomenyacute ležiacute v teacuteže rovině
Lom světla (refrakce)
2 Při přechodu z prostřediacute opticky řidšiacuteho do prostřediacute opticky hustšiacuteho se paprsek laacuteme ke kolmici (A)
a z prostřediacute opticky hustšiacuteho
do prostřediacute opticky řidšiacuteho
se laacuteme od kolmice (B)
(C a D) ndash uacuteplnyacute odraz při tzv
mezniacutem uacutehlu dopadu paprsku
v přiacutepadě lomu od kolmice (B)
(viz Nikol odrazneacute hranoly světlovodneacute vlaacutekno nebo fluorescenčniacute metoda TIRFM ndash totaacutelniacute odraz exitačniacuteho zaacuteřeniacute)
Pazourek 1975
Svatyacute Kryštof od
švyacutecarskeacuteho maliacuteře
Konrada Witze (kolem 1400ndash1446)
Witz byl jedniacutem z prvniacutech
maliacuteřů kteryacute namaloval
přesnyacute způsob odrazu
světla na vodě
Disperze (rozklad) světla
= důsledek zaacutevislosti rychlosti světla v laacutetkaacutech na frekvenci světla
(λ = c f)
světlo různyacutech barev (λ)
se laacuteme různě
(červeneacute se lomiacute meacuteně než modreacute)
Přiacuteklad disperze (rozkladu) světla
Primaacuterniacute a sekundaacuterniacute duha Severniacute Čechy Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
D u h a
Jeden z mnoha
optickyacutech
jevů (fotometeorů)
v atmosfeacuteře
Rok 312 nl - před bitvou byzantskeacuteho ciacutesaře Konstantina I (272-337) s
konkurenčniacutem ciacutesařem Maxentiem u bran Řiacutema (tzv bitva u Milvijskeacuteho mostu) se
na obloze objevily tři zaacuteřiacuteciacute křiacuteže (halovyacute sloup parheacutelia a parhelickyacute oblouk)
Konstantin bitvu proti přesile vyhraacutel sjednotil řiacuteši a povolil v niacute vyznaacutevat křesťanstviacute
Maleacute halo (22deg) (viz 1) vedlejšiacute slunce (2) a horniacute a dolniacute halovyacute sloup (3)
vznikajiacuteciacute odrazem a lomem světelnyacutech paprsků na krystalciacutech ledu
Lom světla a dějiny
httptmagazineblogsnytimescom20121126halo-effect_r=0
1
3
2 2
3
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
Brněnštiacute vědci z Uacutestavu přiacutestrojoveacute techniky AV ČR (UacutePT) a Mendelovy
univerzity představili novou metodu pozorovaacuteniacute rostlinnyacutech vzorků v jejich
přirozeneacutem stavu (za využitiacute kryoprotektiv)
Viacutece na httpe-svete15cztechnikacesti-vedci-posunuli-hranice-elektronove-mikroskopie-1174818
Enviromentaacutelniacute rastrovaciacute elektronovyacute mikroskop Aquasem II
TEM TITAN FEI Company Mgr Klaacutera Čeacutepe PhD
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute elektronovyacute mikroskop
schopnyacute nahleacutednout do struktury materiaacutelů až na uacuterovni atomů
a současně přesně zmapovat jejich chemickeacute složeniacute
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech
materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury
PřF UP OL
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute
elektronovyacute mikroskop TITAN (FEI)
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2015
Transmisniacute elektronovyacute
mikroskop Jeol
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury PřF UP OL
Neoptickeacute mikroskopy
1981
Řaacutedkovaciacute tunelovyacute mikroskop (STM ndash Scanning Tunnelling Microscope)
- mapovaacuteniacute povrchu pomociacute pohybu vodiveacuteho hrotu nad vodivyacutem povrchem sledovaneacuteho materiaacutelu
1986
Mikroskop atomaacuterniacutech sil (AMF ndash Atomic Force Miroscope)
- skenovaacuteniacute povrchu materiaacutelu pomociacute hrotu zavěšeneacutem na pružneacutem vyacutekyvneacutem rameacutenku kteryacute je přitahovaacuten elektrostatickyacutemi a Van der Walsovyacutemi silami
Rozlišeniacute v řaacutedech pikometrů (10-12 m) ndash rozeznaacuteniacute struktur
jednotlivyacutech atomů
O p t i c k eacute p r i n c i p y
světelneacute mikroskopie
Reichl J Všetička M Encyklopedie fyziky [online] copy2006-2014
[vid 2014] Dostupneacute z httpfyzikajreichlcommainarticleview431-optika Lepil O (2013) Fyzika pro gymnaacutezia Optika Prometheus Praha 4 přepracovaneacute vydaacuteniacute
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light
Microscopy and Electronic Imaging Willey-Blackwell Published
2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
Rozhlasoveacute a raacutedioveacute vlny 250 km - 1 mm
Infračerveneacute zaacuteřeniacute 05 mm - 08 μm
Světlo (viditelneacute zaacuteřeniacute) 08 μm - 04 μm
Ultrafialoveacute zaacuteřeniacute 04 microm - 01 microm
Roumlntgenovo zaacuteřeniacute (X-paprsky) 15 nm - 0005 nm
γ-zaacuteřeniacute pod 00001 nm
Přibližneacute hodnoty ndash individuaacutelniacute vlastnosti zraku různyacutech lidiacute
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
rarr se zkracujiacuteciacute se vlnovou deacutelkou se zvyšuje frekvence (energie)
Viditelneacute
Vlnoveacute deacutelky světla a relativniacute citlivost oka
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and Electronic
Imaging Willey-Blackwell Published 2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
= zrakovyacute pigment citlivyacute na
světlo nachaacutezejiacuteciacute se v tyčinkaacutech Jodopsin = zrakovyacute pigment citlivyacute na
barvu nachaacutezejiacuteciacute se v čiacutepciacutech
S v ě t l o
Duaacutelniacute charakter světla ndash vlněniacute i proud čaacutestic (fotonů)
Vlnovyacute model světla
vlna elektrickaacute a magnetickaacute (elektromagnetickaacute vlna je tvořena oscilujiacuteciacutem elektrickyacutem a
magnetickyacutem polem na sebe kolmyacutech a nesouciacutech vpřed energii)
Pro uacutečinky světla v mikroskopu je důležitaacute vlna elektrickaacute
= přiacutečneacute vlněniacute
postupneacute kmitaacuteniacute
jednotlivyacutech vedle sebe
ležiacuteciacutech bodů
Scheacutema světla jako elektromagnetickeacute vlny
Obr httpwwwprosoundwebcomarticleprintinvaders_from_
outer_space_electromagnetic_radiation_interference
λ - vlnovaacute deacutelka
(v oblasti svět zaacuteřeniacute
v rozmeziacute od 380 do 780 nm)
určuje barvu světla
a - amplituda
nejvyššiacute hodnota
určuje intenzitu světla
Z hlediska vlnoveacute deacutelky rozlišujeme
polychromatickeacute x monochromatickeacute světlo (selekce pomociacute barevnyacutech filtrů rarr jednotnaacute vlnovaacute deacutelka světlo zeleneacute červeneacute hellip)
Elektrickaacute vlna - sinusoida
Charakterizovaacutena dvěma veličinami
Pazourek 1975
Vlastnosti světla
Rovnoměrneacute šiacuteřeniacute světla ze zaacuteřiacuteciacuteho bodu na všechny strany rarr vlnovaacute plocha tvaru koule
Paprsek ndash směr kteryacutem se vlněniacute šiacuteřiacute a kteryacute je kolmyacute
na vlnoplochu
Pazourek 1975
- paprsek nepolarizovanyacute (A C) ndash kmitaacute v každeacutem
miacutestě a v průběhu času ve všech možnyacutech směrech
kolmyacutech na směr šiacuteřeniacute paprsku
- paprsek polarizovanyacute (B D1 D2) - kmitaacute v jedneacute
rovině přičemž rovina kmitů (vlněniacute) jednoho z nich je
kolmaacute k rovině kmitů druheacuteho
Pazourek 1975
Polarizovaneacute světlo viz
httpswwwyoutubecomwatchv=gP751qpm4n4
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and
Electronic Imaging Jonh Wkiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
Osm různyacutech vlnovyacutech forem světla (znaacutezorňujiacuteciacutech různou kvalitu světla)
Odraz a lom světelnyacutech paprsků
v prostřediacutech různeacute hustoty
Důležitaacute charakteristika prostřediacute
index lomu ( n ) (= optickaacute hustota prostřediacute)
c = rychlost světla ve vakuu (stejnaacute pro všechny λ )
v = rychlost světla určiteacute vlnoveacute deacutelky ve zkoumaneacute laacutetce
c
n =
v
zde absolutniacute index lomu
(bezrozměrnaacute fyzikaacutelniacute veličina jeho jednotka je 1)
Rychlost světla (c) určiteacute vlnoveacute
deacutelky v různyacutech prostřediacutech
c ve vakuu
= 300 000 kms
Index lomu (n) některyacutech laacutetek
vzduch (vakuum) helliphellip 100 (vzduch 10002718)
voda helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 133
plexisklo helliphelliphelliphelliphelliphellip 140 ndash 152
křemenneacute sklo helliphellip hellip 145 (čočka z křemene z Ninive ndash 7 stol přnl)
běžneacute sklo helliphelliphelliphelliphellip 151
cedrovyacute olej helliphelliphelliphelliphellip 151
imerzniacute olej Olympus hellip 1516 pro fluorescenci 1404
kanadskyacute balzaacutem helliphellip 150
krystal NaCl helliphelliphelliphellip 154
korunoveacute sklo helliphelliphelliphellip 145 ndash 156 (sodno-draselneacute bezolovnateacute)
flintoveacute sklo helliphelliphelliphellip 162 ndash 180 (olovnateacute)
diamant helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 242
Index lomu je vždy většiacute než 100
očniacute čočka hellip 1406
sklivec helliphelliphellip 1336
Odraz světla rovnyacutem zrcadlem (reflexe)
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice dopadu a paprsek odraženyacute
ležiacute v jedneacute rovině
2 Uacutehel odrazu se rovnaacute uacutehlu dopadu
Odraz a lom paprsku
k
Důležiteacute pro mikroskopii (astronomii)
- neniacute zaacutevislost na vlnoveacute deacutelce světla (λ)
- na rozdiacutel od lomu paprsků se světelneacute
paprsky se odraacutežejiacute stejně
Pazourek 1975
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice lomu a paprsek lomenyacute ležiacute v teacuteže rovině
Lom světla (refrakce)
2 Při přechodu z prostřediacute opticky řidšiacuteho do prostřediacute opticky hustšiacuteho se paprsek laacuteme ke kolmici (A)
a z prostřediacute opticky hustšiacuteho
do prostřediacute opticky řidšiacuteho
se laacuteme od kolmice (B)
(C a D) ndash uacuteplnyacute odraz při tzv
mezniacutem uacutehlu dopadu paprsku
v přiacutepadě lomu od kolmice (B)
(viz Nikol odrazneacute hranoly světlovodneacute vlaacutekno nebo fluorescenčniacute metoda TIRFM ndash totaacutelniacute odraz exitačniacuteho zaacuteřeniacute)
Pazourek 1975
Svatyacute Kryštof od
švyacutecarskeacuteho maliacuteře
Konrada Witze (kolem 1400ndash1446)
Witz byl jedniacutem z prvniacutech
maliacuteřů kteryacute namaloval
přesnyacute způsob odrazu
světla na vodě
Disperze (rozklad) světla
= důsledek zaacutevislosti rychlosti světla v laacutetkaacutech na frekvenci světla
(λ = c f)
světlo různyacutech barev (λ)
se laacuteme různě
(červeneacute se lomiacute meacuteně než modreacute)
Přiacuteklad disperze (rozkladu) světla
Primaacuterniacute a sekundaacuterniacute duha Severniacute Čechy Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
D u h a
Jeden z mnoha
optickyacutech
jevů (fotometeorů)
v atmosfeacuteře
Rok 312 nl - před bitvou byzantskeacuteho ciacutesaře Konstantina I (272-337) s
konkurenčniacutem ciacutesařem Maxentiem u bran Řiacutema (tzv bitva u Milvijskeacuteho mostu) se
na obloze objevily tři zaacuteřiacuteciacute křiacuteže (halovyacute sloup parheacutelia a parhelickyacute oblouk)
Konstantin bitvu proti přesile vyhraacutel sjednotil řiacuteši a povolil v niacute vyznaacutevat křesťanstviacute
Maleacute halo (22deg) (viz 1) vedlejšiacute slunce (2) a horniacute a dolniacute halovyacute sloup (3)
vznikajiacuteciacute odrazem a lomem světelnyacutech paprsků na krystalciacutech ledu
Lom světla a dějiny
httptmagazineblogsnytimescom20121126halo-effect_r=0
1
3
2 2
3
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
TEM TITAN FEI Company Mgr Klaacutera Čeacutepe PhD
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute elektronovyacute mikroskop
schopnyacute nahleacutednout do struktury materiaacutelů až na uacuterovni atomů
a současně přesně zmapovat jejich chemickeacute složeniacute
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech
materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury
PřF UP OL
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute
elektronovyacute mikroskop TITAN (FEI)
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2015
Transmisniacute elektronovyacute
mikroskop Jeol
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury PřF UP OL
Neoptickeacute mikroskopy
1981
Řaacutedkovaciacute tunelovyacute mikroskop (STM ndash Scanning Tunnelling Microscope)
- mapovaacuteniacute povrchu pomociacute pohybu vodiveacuteho hrotu nad vodivyacutem povrchem sledovaneacuteho materiaacutelu
1986
Mikroskop atomaacuterniacutech sil (AMF ndash Atomic Force Miroscope)
- skenovaacuteniacute povrchu materiaacutelu pomociacute hrotu zavěšeneacutem na pružneacutem vyacutekyvneacutem rameacutenku kteryacute je přitahovaacuten elektrostatickyacutemi a Van der Walsovyacutemi silami
Rozlišeniacute v řaacutedech pikometrů (10-12 m) ndash rozeznaacuteniacute struktur
jednotlivyacutech atomů
O p t i c k eacute p r i n c i p y
světelneacute mikroskopie
Reichl J Všetička M Encyklopedie fyziky [online] copy2006-2014
[vid 2014] Dostupneacute z httpfyzikajreichlcommainarticleview431-optika Lepil O (2013) Fyzika pro gymnaacutezia Optika Prometheus Praha 4 přepracovaneacute vydaacuteniacute
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light
Microscopy and Electronic Imaging Willey-Blackwell Published
2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
Rozhlasoveacute a raacutedioveacute vlny 250 km - 1 mm
Infračerveneacute zaacuteřeniacute 05 mm - 08 μm
Světlo (viditelneacute zaacuteřeniacute) 08 μm - 04 μm
Ultrafialoveacute zaacuteřeniacute 04 microm - 01 microm
Roumlntgenovo zaacuteřeniacute (X-paprsky) 15 nm - 0005 nm
γ-zaacuteřeniacute pod 00001 nm
Přibližneacute hodnoty ndash individuaacutelniacute vlastnosti zraku různyacutech lidiacute
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
rarr se zkracujiacuteciacute se vlnovou deacutelkou se zvyšuje frekvence (energie)
Viditelneacute
Vlnoveacute deacutelky světla a relativniacute citlivost oka
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and Electronic
Imaging Willey-Blackwell Published 2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
= zrakovyacute pigment citlivyacute na
světlo nachaacutezejiacuteciacute se v tyčinkaacutech Jodopsin = zrakovyacute pigment citlivyacute na
barvu nachaacutezejiacuteciacute se v čiacutepciacutech
S v ě t l o
Duaacutelniacute charakter světla ndash vlněniacute i proud čaacutestic (fotonů)
Vlnovyacute model světla
vlna elektrickaacute a magnetickaacute (elektromagnetickaacute vlna je tvořena oscilujiacuteciacutem elektrickyacutem a
magnetickyacutem polem na sebe kolmyacutech a nesouciacutech vpřed energii)
Pro uacutečinky světla v mikroskopu je důležitaacute vlna elektrickaacute
= přiacutečneacute vlněniacute
postupneacute kmitaacuteniacute
jednotlivyacutech vedle sebe
ležiacuteciacutech bodů
Scheacutema světla jako elektromagnetickeacute vlny
Obr httpwwwprosoundwebcomarticleprintinvaders_from_
outer_space_electromagnetic_radiation_interference
λ - vlnovaacute deacutelka
(v oblasti svět zaacuteřeniacute
v rozmeziacute od 380 do 780 nm)
určuje barvu světla
a - amplituda
nejvyššiacute hodnota
určuje intenzitu světla
Z hlediska vlnoveacute deacutelky rozlišujeme
polychromatickeacute x monochromatickeacute světlo (selekce pomociacute barevnyacutech filtrů rarr jednotnaacute vlnovaacute deacutelka světlo zeleneacute červeneacute hellip)
Elektrickaacute vlna - sinusoida
Charakterizovaacutena dvěma veličinami
Pazourek 1975
Vlastnosti světla
Rovnoměrneacute šiacuteřeniacute světla ze zaacuteřiacuteciacuteho bodu na všechny strany rarr vlnovaacute plocha tvaru koule
Paprsek ndash směr kteryacutem se vlněniacute šiacuteřiacute a kteryacute je kolmyacute
na vlnoplochu
Pazourek 1975
- paprsek nepolarizovanyacute (A C) ndash kmitaacute v každeacutem
miacutestě a v průběhu času ve všech možnyacutech směrech
kolmyacutech na směr šiacuteřeniacute paprsku
- paprsek polarizovanyacute (B D1 D2) - kmitaacute v jedneacute
rovině přičemž rovina kmitů (vlněniacute) jednoho z nich je
kolmaacute k rovině kmitů druheacuteho
Pazourek 1975
Polarizovaneacute světlo viz
httpswwwyoutubecomwatchv=gP751qpm4n4
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and
Electronic Imaging Jonh Wkiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
Osm různyacutech vlnovyacutech forem světla (znaacutezorňujiacuteciacutech různou kvalitu světla)
Odraz a lom světelnyacutech paprsků
v prostřediacutech různeacute hustoty
Důležitaacute charakteristika prostřediacute
index lomu ( n ) (= optickaacute hustota prostřediacute)
c = rychlost světla ve vakuu (stejnaacute pro všechny λ )
v = rychlost světla určiteacute vlnoveacute deacutelky ve zkoumaneacute laacutetce
c
n =
v
zde absolutniacute index lomu
(bezrozměrnaacute fyzikaacutelniacute veličina jeho jednotka je 1)
Rychlost světla (c) určiteacute vlnoveacute
deacutelky v různyacutech prostřediacutech
c ve vakuu
= 300 000 kms
Index lomu (n) některyacutech laacutetek
vzduch (vakuum) helliphellip 100 (vzduch 10002718)
voda helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 133
plexisklo helliphelliphelliphelliphelliphellip 140 ndash 152
křemenneacute sklo helliphellip hellip 145 (čočka z křemene z Ninive ndash 7 stol přnl)
běžneacute sklo helliphelliphelliphelliphellip 151
cedrovyacute olej helliphelliphelliphelliphellip 151
imerzniacute olej Olympus hellip 1516 pro fluorescenci 1404
kanadskyacute balzaacutem helliphellip 150
krystal NaCl helliphelliphelliphellip 154
korunoveacute sklo helliphelliphelliphellip 145 ndash 156 (sodno-draselneacute bezolovnateacute)
flintoveacute sklo helliphelliphelliphellip 162 ndash 180 (olovnateacute)
diamant helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 242
Index lomu je vždy většiacute než 100
očniacute čočka hellip 1406
sklivec helliphelliphellip 1336
Odraz světla rovnyacutem zrcadlem (reflexe)
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice dopadu a paprsek odraženyacute
ležiacute v jedneacute rovině
2 Uacutehel odrazu se rovnaacute uacutehlu dopadu
Odraz a lom paprsku
k
Důležiteacute pro mikroskopii (astronomii)
- neniacute zaacutevislost na vlnoveacute deacutelce světla (λ)
- na rozdiacutel od lomu paprsků se světelneacute
paprsky se odraacutežejiacute stejně
Pazourek 1975
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice lomu a paprsek lomenyacute ležiacute v teacuteže rovině
Lom světla (refrakce)
2 Při přechodu z prostřediacute opticky řidšiacuteho do prostřediacute opticky hustšiacuteho se paprsek laacuteme ke kolmici (A)
a z prostřediacute opticky hustšiacuteho
do prostřediacute opticky řidšiacuteho
se laacuteme od kolmice (B)
(C a D) ndash uacuteplnyacute odraz při tzv
mezniacutem uacutehlu dopadu paprsku
v přiacutepadě lomu od kolmice (B)
(viz Nikol odrazneacute hranoly světlovodneacute vlaacutekno nebo fluorescenčniacute metoda TIRFM ndash totaacutelniacute odraz exitačniacuteho zaacuteřeniacute)
Pazourek 1975
Svatyacute Kryštof od
švyacutecarskeacuteho maliacuteře
Konrada Witze (kolem 1400ndash1446)
Witz byl jedniacutem z prvniacutech
maliacuteřů kteryacute namaloval
přesnyacute způsob odrazu
světla na vodě
Disperze (rozklad) světla
= důsledek zaacutevislosti rychlosti světla v laacutetkaacutech na frekvenci světla
(λ = c f)
světlo různyacutech barev (λ)
se laacuteme různě
(červeneacute se lomiacute meacuteně než modreacute)
Přiacuteklad disperze (rozkladu) světla
Primaacuterniacute a sekundaacuterniacute duha Severniacute Čechy Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
D u h a
Jeden z mnoha
optickyacutech
jevů (fotometeorů)
v atmosfeacuteře
Rok 312 nl - před bitvou byzantskeacuteho ciacutesaře Konstantina I (272-337) s
konkurenčniacutem ciacutesařem Maxentiem u bran Řiacutema (tzv bitva u Milvijskeacuteho mostu) se
na obloze objevily tři zaacuteřiacuteciacute křiacuteže (halovyacute sloup parheacutelia a parhelickyacute oblouk)
Konstantin bitvu proti přesile vyhraacutel sjednotil řiacuteši a povolil v niacute vyznaacutevat křesťanstviacute
Maleacute halo (22deg) (viz 1) vedlejšiacute slunce (2) a horniacute a dolniacute halovyacute sloup (3)
vznikajiacuteciacute odrazem a lomem světelnyacutech paprsků na krystalciacutech ledu
Lom světla a dějiny
httptmagazineblogsnytimescom20121126halo-effect_r=0
1
3
2 2
3
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
Vysokorozlišovaciacute transmisniacute
elektronovyacute mikroskop TITAN (FEI)
Foto Pavla Vaacutelovaacute 2015
Transmisniacute elektronovyacute
mikroskop Jeol
Regionaacutelniacute centrum pokročilyacutech materiaacutelů (RCPTM)
Odd uhliacutekoveacute nanostruktury PřF UP OL
Neoptickeacute mikroskopy
1981
Řaacutedkovaciacute tunelovyacute mikroskop (STM ndash Scanning Tunnelling Microscope)
- mapovaacuteniacute povrchu pomociacute pohybu vodiveacuteho hrotu nad vodivyacutem povrchem sledovaneacuteho materiaacutelu
1986
Mikroskop atomaacuterniacutech sil (AMF ndash Atomic Force Miroscope)
- skenovaacuteniacute povrchu materiaacutelu pomociacute hrotu zavěšeneacutem na pružneacutem vyacutekyvneacutem rameacutenku kteryacute je přitahovaacuten elektrostatickyacutemi a Van der Walsovyacutemi silami
Rozlišeniacute v řaacutedech pikometrů (10-12 m) ndash rozeznaacuteniacute struktur
jednotlivyacutech atomů
O p t i c k eacute p r i n c i p y
světelneacute mikroskopie
Reichl J Všetička M Encyklopedie fyziky [online] copy2006-2014
[vid 2014] Dostupneacute z httpfyzikajreichlcommainarticleview431-optika Lepil O (2013) Fyzika pro gymnaacutezia Optika Prometheus Praha 4 přepracovaneacute vydaacuteniacute
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light
Microscopy and Electronic Imaging Willey-Blackwell Published
2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
Rozhlasoveacute a raacutedioveacute vlny 250 km - 1 mm
Infračerveneacute zaacuteřeniacute 05 mm - 08 μm
Světlo (viditelneacute zaacuteřeniacute) 08 μm - 04 μm
Ultrafialoveacute zaacuteřeniacute 04 microm - 01 microm
Roumlntgenovo zaacuteřeniacute (X-paprsky) 15 nm - 0005 nm
γ-zaacuteřeniacute pod 00001 nm
Přibližneacute hodnoty ndash individuaacutelniacute vlastnosti zraku různyacutech lidiacute
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
rarr se zkracujiacuteciacute se vlnovou deacutelkou se zvyšuje frekvence (energie)
Viditelneacute
Vlnoveacute deacutelky světla a relativniacute citlivost oka
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and Electronic
Imaging Willey-Blackwell Published 2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
= zrakovyacute pigment citlivyacute na
světlo nachaacutezejiacuteciacute se v tyčinkaacutech Jodopsin = zrakovyacute pigment citlivyacute na
barvu nachaacutezejiacuteciacute se v čiacutepciacutech
S v ě t l o
Duaacutelniacute charakter světla ndash vlněniacute i proud čaacutestic (fotonů)
Vlnovyacute model světla
vlna elektrickaacute a magnetickaacute (elektromagnetickaacute vlna je tvořena oscilujiacuteciacutem elektrickyacutem a
magnetickyacutem polem na sebe kolmyacutech a nesouciacutech vpřed energii)
Pro uacutečinky světla v mikroskopu je důležitaacute vlna elektrickaacute
= přiacutečneacute vlněniacute
postupneacute kmitaacuteniacute
jednotlivyacutech vedle sebe
ležiacuteciacutech bodů
Scheacutema světla jako elektromagnetickeacute vlny
Obr httpwwwprosoundwebcomarticleprintinvaders_from_
outer_space_electromagnetic_radiation_interference
λ - vlnovaacute deacutelka
(v oblasti svět zaacuteřeniacute
v rozmeziacute od 380 do 780 nm)
určuje barvu světla
a - amplituda
nejvyššiacute hodnota
určuje intenzitu světla
Z hlediska vlnoveacute deacutelky rozlišujeme
polychromatickeacute x monochromatickeacute světlo (selekce pomociacute barevnyacutech filtrů rarr jednotnaacute vlnovaacute deacutelka světlo zeleneacute červeneacute hellip)
Elektrickaacute vlna - sinusoida
Charakterizovaacutena dvěma veličinami
Pazourek 1975
Vlastnosti světla
Rovnoměrneacute šiacuteřeniacute světla ze zaacuteřiacuteciacuteho bodu na všechny strany rarr vlnovaacute plocha tvaru koule
Paprsek ndash směr kteryacutem se vlněniacute šiacuteřiacute a kteryacute je kolmyacute
na vlnoplochu
Pazourek 1975
- paprsek nepolarizovanyacute (A C) ndash kmitaacute v každeacutem
miacutestě a v průběhu času ve všech možnyacutech směrech
kolmyacutech na směr šiacuteřeniacute paprsku
- paprsek polarizovanyacute (B D1 D2) - kmitaacute v jedneacute
rovině přičemž rovina kmitů (vlněniacute) jednoho z nich je
kolmaacute k rovině kmitů druheacuteho
Pazourek 1975
Polarizovaneacute světlo viz
httpswwwyoutubecomwatchv=gP751qpm4n4
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and
Electronic Imaging Jonh Wkiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
Osm různyacutech vlnovyacutech forem světla (znaacutezorňujiacuteciacutech různou kvalitu světla)
Odraz a lom světelnyacutech paprsků
v prostřediacutech různeacute hustoty
Důležitaacute charakteristika prostřediacute
index lomu ( n ) (= optickaacute hustota prostřediacute)
c = rychlost světla ve vakuu (stejnaacute pro všechny λ )
v = rychlost světla určiteacute vlnoveacute deacutelky ve zkoumaneacute laacutetce
c
n =
v
zde absolutniacute index lomu
(bezrozměrnaacute fyzikaacutelniacute veličina jeho jednotka je 1)
Rychlost světla (c) určiteacute vlnoveacute
deacutelky v různyacutech prostřediacutech
c ve vakuu
= 300 000 kms
Index lomu (n) některyacutech laacutetek
vzduch (vakuum) helliphellip 100 (vzduch 10002718)
voda helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 133
plexisklo helliphelliphelliphelliphelliphellip 140 ndash 152
křemenneacute sklo helliphellip hellip 145 (čočka z křemene z Ninive ndash 7 stol přnl)
běžneacute sklo helliphelliphelliphelliphellip 151
cedrovyacute olej helliphelliphelliphelliphellip 151
imerzniacute olej Olympus hellip 1516 pro fluorescenci 1404
kanadskyacute balzaacutem helliphellip 150
krystal NaCl helliphelliphelliphellip 154
korunoveacute sklo helliphelliphelliphellip 145 ndash 156 (sodno-draselneacute bezolovnateacute)
flintoveacute sklo helliphelliphelliphellip 162 ndash 180 (olovnateacute)
diamant helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 242
Index lomu je vždy většiacute než 100
očniacute čočka hellip 1406
sklivec helliphelliphellip 1336
Odraz světla rovnyacutem zrcadlem (reflexe)
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice dopadu a paprsek odraženyacute
ležiacute v jedneacute rovině
2 Uacutehel odrazu se rovnaacute uacutehlu dopadu
Odraz a lom paprsku
k
Důležiteacute pro mikroskopii (astronomii)
- neniacute zaacutevislost na vlnoveacute deacutelce světla (λ)
- na rozdiacutel od lomu paprsků se světelneacute
paprsky se odraacutežejiacute stejně
Pazourek 1975
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice lomu a paprsek lomenyacute ležiacute v teacuteže rovině
Lom světla (refrakce)
2 Při přechodu z prostřediacute opticky řidšiacuteho do prostřediacute opticky hustšiacuteho se paprsek laacuteme ke kolmici (A)
a z prostřediacute opticky hustšiacuteho
do prostřediacute opticky řidšiacuteho
se laacuteme od kolmice (B)
(C a D) ndash uacuteplnyacute odraz při tzv
mezniacutem uacutehlu dopadu paprsku
v přiacutepadě lomu od kolmice (B)
(viz Nikol odrazneacute hranoly světlovodneacute vlaacutekno nebo fluorescenčniacute metoda TIRFM ndash totaacutelniacute odraz exitačniacuteho zaacuteřeniacute)
Pazourek 1975
Svatyacute Kryštof od
švyacutecarskeacuteho maliacuteře
Konrada Witze (kolem 1400ndash1446)
Witz byl jedniacutem z prvniacutech
maliacuteřů kteryacute namaloval
přesnyacute způsob odrazu
světla na vodě
Disperze (rozklad) světla
= důsledek zaacutevislosti rychlosti světla v laacutetkaacutech na frekvenci světla
(λ = c f)
světlo různyacutech barev (λ)
se laacuteme různě
(červeneacute se lomiacute meacuteně než modreacute)
Přiacuteklad disperze (rozkladu) světla
Primaacuterniacute a sekundaacuterniacute duha Severniacute Čechy Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
D u h a
Jeden z mnoha
optickyacutech
jevů (fotometeorů)
v atmosfeacuteře
Rok 312 nl - před bitvou byzantskeacuteho ciacutesaře Konstantina I (272-337) s
konkurenčniacutem ciacutesařem Maxentiem u bran Řiacutema (tzv bitva u Milvijskeacuteho mostu) se
na obloze objevily tři zaacuteřiacuteciacute křiacuteže (halovyacute sloup parheacutelia a parhelickyacute oblouk)
Konstantin bitvu proti přesile vyhraacutel sjednotil řiacuteši a povolil v niacute vyznaacutevat křesťanstviacute
Maleacute halo (22deg) (viz 1) vedlejšiacute slunce (2) a horniacute a dolniacute halovyacute sloup (3)
vznikajiacuteciacute odrazem a lomem světelnyacutech paprsků na krystalciacutech ledu
Lom světla a dějiny
httptmagazineblogsnytimescom20121126halo-effect_r=0
1
3
2 2
3
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
Neoptickeacute mikroskopy
1981
Řaacutedkovaciacute tunelovyacute mikroskop (STM ndash Scanning Tunnelling Microscope)
- mapovaacuteniacute povrchu pomociacute pohybu vodiveacuteho hrotu nad vodivyacutem povrchem sledovaneacuteho materiaacutelu
1986
Mikroskop atomaacuterniacutech sil (AMF ndash Atomic Force Miroscope)
- skenovaacuteniacute povrchu materiaacutelu pomociacute hrotu zavěšeneacutem na pružneacutem vyacutekyvneacutem rameacutenku kteryacute je přitahovaacuten elektrostatickyacutemi a Van der Walsovyacutemi silami
Rozlišeniacute v řaacutedech pikometrů (10-12 m) ndash rozeznaacuteniacute struktur
jednotlivyacutech atomů
O p t i c k eacute p r i n c i p y
světelneacute mikroskopie
Reichl J Všetička M Encyklopedie fyziky [online] copy2006-2014
[vid 2014] Dostupneacute z httpfyzikajreichlcommainarticleview431-optika Lepil O (2013) Fyzika pro gymnaacutezia Optika Prometheus Praha 4 přepracovaneacute vydaacuteniacute
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light
Microscopy and Electronic Imaging Willey-Blackwell Published
2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
Rozhlasoveacute a raacutedioveacute vlny 250 km - 1 mm
Infračerveneacute zaacuteřeniacute 05 mm - 08 μm
Světlo (viditelneacute zaacuteřeniacute) 08 μm - 04 μm
Ultrafialoveacute zaacuteřeniacute 04 microm - 01 microm
Roumlntgenovo zaacuteřeniacute (X-paprsky) 15 nm - 0005 nm
γ-zaacuteřeniacute pod 00001 nm
Přibližneacute hodnoty ndash individuaacutelniacute vlastnosti zraku různyacutech lidiacute
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
rarr se zkracujiacuteciacute se vlnovou deacutelkou se zvyšuje frekvence (energie)
Viditelneacute
Vlnoveacute deacutelky světla a relativniacute citlivost oka
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and Electronic
Imaging Willey-Blackwell Published 2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
= zrakovyacute pigment citlivyacute na
světlo nachaacutezejiacuteciacute se v tyčinkaacutech Jodopsin = zrakovyacute pigment citlivyacute na
barvu nachaacutezejiacuteciacute se v čiacutepciacutech
S v ě t l o
Duaacutelniacute charakter světla ndash vlněniacute i proud čaacutestic (fotonů)
Vlnovyacute model světla
vlna elektrickaacute a magnetickaacute (elektromagnetickaacute vlna je tvořena oscilujiacuteciacutem elektrickyacutem a
magnetickyacutem polem na sebe kolmyacutech a nesouciacutech vpřed energii)
Pro uacutečinky světla v mikroskopu je důležitaacute vlna elektrickaacute
= přiacutečneacute vlněniacute
postupneacute kmitaacuteniacute
jednotlivyacutech vedle sebe
ležiacuteciacutech bodů
Scheacutema světla jako elektromagnetickeacute vlny
Obr httpwwwprosoundwebcomarticleprintinvaders_from_
outer_space_electromagnetic_radiation_interference
λ - vlnovaacute deacutelka
(v oblasti svět zaacuteřeniacute
v rozmeziacute od 380 do 780 nm)
určuje barvu světla
a - amplituda
nejvyššiacute hodnota
určuje intenzitu světla
Z hlediska vlnoveacute deacutelky rozlišujeme
polychromatickeacute x monochromatickeacute světlo (selekce pomociacute barevnyacutech filtrů rarr jednotnaacute vlnovaacute deacutelka světlo zeleneacute červeneacute hellip)
Elektrickaacute vlna - sinusoida
Charakterizovaacutena dvěma veličinami
Pazourek 1975
Vlastnosti světla
Rovnoměrneacute šiacuteřeniacute světla ze zaacuteřiacuteciacuteho bodu na všechny strany rarr vlnovaacute plocha tvaru koule
Paprsek ndash směr kteryacutem se vlněniacute šiacuteřiacute a kteryacute je kolmyacute
na vlnoplochu
Pazourek 1975
- paprsek nepolarizovanyacute (A C) ndash kmitaacute v každeacutem
miacutestě a v průběhu času ve všech možnyacutech směrech
kolmyacutech na směr šiacuteřeniacute paprsku
- paprsek polarizovanyacute (B D1 D2) - kmitaacute v jedneacute
rovině přičemž rovina kmitů (vlněniacute) jednoho z nich je
kolmaacute k rovině kmitů druheacuteho
Pazourek 1975
Polarizovaneacute světlo viz
httpswwwyoutubecomwatchv=gP751qpm4n4
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and
Electronic Imaging Jonh Wkiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
Osm různyacutech vlnovyacutech forem světla (znaacutezorňujiacuteciacutech různou kvalitu světla)
Odraz a lom světelnyacutech paprsků
v prostřediacutech různeacute hustoty
Důležitaacute charakteristika prostřediacute
index lomu ( n ) (= optickaacute hustota prostřediacute)
c = rychlost světla ve vakuu (stejnaacute pro všechny λ )
v = rychlost světla určiteacute vlnoveacute deacutelky ve zkoumaneacute laacutetce
c
n =
v
zde absolutniacute index lomu
(bezrozměrnaacute fyzikaacutelniacute veličina jeho jednotka je 1)
Rychlost světla (c) určiteacute vlnoveacute
deacutelky v různyacutech prostřediacutech
c ve vakuu
= 300 000 kms
Index lomu (n) některyacutech laacutetek
vzduch (vakuum) helliphellip 100 (vzduch 10002718)
voda helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 133
plexisklo helliphelliphelliphelliphelliphellip 140 ndash 152
křemenneacute sklo helliphellip hellip 145 (čočka z křemene z Ninive ndash 7 stol přnl)
běžneacute sklo helliphelliphelliphelliphellip 151
cedrovyacute olej helliphelliphelliphelliphellip 151
imerzniacute olej Olympus hellip 1516 pro fluorescenci 1404
kanadskyacute balzaacutem helliphellip 150
krystal NaCl helliphelliphelliphellip 154
korunoveacute sklo helliphelliphelliphellip 145 ndash 156 (sodno-draselneacute bezolovnateacute)
flintoveacute sklo helliphelliphelliphellip 162 ndash 180 (olovnateacute)
diamant helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 242
Index lomu je vždy většiacute než 100
očniacute čočka hellip 1406
sklivec helliphelliphellip 1336
Odraz světla rovnyacutem zrcadlem (reflexe)
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice dopadu a paprsek odraženyacute
ležiacute v jedneacute rovině
2 Uacutehel odrazu se rovnaacute uacutehlu dopadu
Odraz a lom paprsku
k
Důležiteacute pro mikroskopii (astronomii)
- neniacute zaacutevislost na vlnoveacute deacutelce světla (λ)
- na rozdiacutel od lomu paprsků se světelneacute
paprsky se odraacutežejiacute stejně
Pazourek 1975
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice lomu a paprsek lomenyacute ležiacute v teacuteže rovině
Lom světla (refrakce)
2 Při přechodu z prostřediacute opticky řidšiacuteho do prostřediacute opticky hustšiacuteho se paprsek laacuteme ke kolmici (A)
a z prostřediacute opticky hustšiacuteho
do prostřediacute opticky řidšiacuteho
se laacuteme od kolmice (B)
(C a D) ndash uacuteplnyacute odraz při tzv
mezniacutem uacutehlu dopadu paprsku
v přiacutepadě lomu od kolmice (B)
(viz Nikol odrazneacute hranoly světlovodneacute vlaacutekno nebo fluorescenčniacute metoda TIRFM ndash totaacutelniacute odraz exitačniacuteho zaacuteřeniacute)
Pazourek 1975
Svatyacute Kryštof od
švyacutecarskeacuteho maliacuteře
Konrada Witze (kolem 1400ndash1446)
Witz byl jedniacutem z prvniacutech
maliacuteřů kteryacute namaloval
přesnyacute způsob odrazu
světla na vodě
Disperze (rozklad) světla
= důsledek zaacutevislosti rychlosti světla v laacutetkaacutech na frekvenci světla
(λ = c f)
světlo různyacutech barev (λ)
se laacuteme různě
(červeneacute se lomiacute meacuteně než modreacute)
Přiacuteklad disperze (rozkladu) světla
Primaacuterniacute a sekundaacuterniacute duha Severniacute Čechy Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
D u h a
Jeden z mnoha
optickyacutech
jevů (fotometeorů)
v atmosfeacuteře
Rok 312 nl - před bitvou byzantskeacuteho ciacutesaře Konstantina I (272-337) s
konkurenčniacutem ciacutesařem Maxentiem u bran Řiacutema (tzv bitva u Milvijskeacuteho mostu) se
na obloze objevily tři zaacuteřiacuteciacute křiacuteže (halovyacute sloup parheacutelia a parhelickyacute oblouk)
Konstantin bitvu proti přesile vyhraacutel sjednotil řiacuteši a povolil v niacute vyznaacutevat křesťanstviacute
Maleacute halo (22deg) (viz 1) vedlejšiacute slunce (2) a horniacute a dolniacute halovyacute sloup (3)
vznikajiacuteciacute odrazem a lomem světelnyacutech paprsků na krystalciacutech ledu
Lom světla a dějiny
httptmagazineblogsnytimescom20121126halo-effect_r=0
1
3
2 2
3
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
O p t i c k eacute p r i n c i p y
světelneacute mikroskopie
Reichl J Všetička M Encyklopedie fyziky [online] copy2006-2014
[vid 2014] Dostupneacute z httpfyzikajreichlcommainarticleview431-optika Lepil O (2013) Fyzika pro gymnaacutezia Optika Prometheus Praha 4 přepracovaneacute vydaacuteniacute
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light
Microscopy and Electronic Imaging Willey-Blackwell Published
2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
Rozhlasoveacute a raacutedioveacute vlny 250 km - 1 mm
Infračerveneacute zaacuteřeniacute 05 mm - 08 μm
Světlo (viditelneacute zaacuteřeniacute) 08 μm - 04 μm
Ultrafialoveacute zaacuteřeniacute 04 microm - 01 microm
Roumlntgenovo zaacuteřeniacute (X-paprsky) 15 nm - 0005 nm
γ-zaacuteřeniacute pod 00001 nm
Přibližneacute hodnoty ndash individuaacutelniacute vlastnosti zraku různyacutech lidiacute
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
rarr se zkracujiacuteciacute se vlnovou deacutelkou se zvyšuje frekvence (energie)
Viditelneacute
Vlnoveacute deacutelky světla a relativniacute citlivost oka
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and Electronic
Imaging Willey-Blackwell Published 2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
= zrakovyacute pigment citlivyacute na
světlo nachaacutezejiacuteciacute se v tyčinkaacutech Jodopsin = zrakovyacute pigment citlivyacute na
barvu nachaacutezejiacuteciacute se v čiacutepciacutech
S v ě t l o
Duaacutelniacute charakter světla ndash vlněniacute i proud čaacutestic (fotonů)
Vlnovyacute model světla
vlna elektrickaacute a magnetickaacute (elektromagnetickaacute vlna je tvořena oscilujiacuteciacutem elektrickyacutem a
magnetickyacutem polem na sebe kolmyacutech a nesouciacutech vpřed energii)
Pro uacutečinky světla v mikroskopu je důležitaacute vlna elektrickaacute
= přiacutečneacute vlněniacute
postupneacute kmitaacuteniacute
jednotlivyacutech vedle sebe
ležiacuteciacutech bodů
Scheacutema světla jako elektromagnetickeacute vlny
Obr httpwwwprosoundwebcomarticleprintinvaders_from_
outer_space_electromagnetic_radiation_interference
λ - vlnovaacute deacutelka
(v oblasti svět zaacuteřeniacute
v rozmeziacute od 380 do 780 nm)
určuje barvu světla
a - amplituda
nejvyššiacute hodnota
určuje intenzitu světla
Z hlediska vlnoveacute deacutelky rozlišujeme
polychromatickeacute x monochromatickeacute světlo (selekce pomociacute barevnyacutech filtrů rarr jednotnaacute vlnovaacute deacutelka světlo zeleneacute červeneacute hellip)
Elektrickaacute vlna - sinusoida
Charakterizovaacutena dvěma veličinami
Pazourek 1975
Vlastnosti světla
Rovnoměrneacute šiacuteřeniacute světla ze zaacuteřiacuteciacuteho bodu na všechny strany rarr vlnovaacute plocha tvaru koule
Paprsek ndash směr kteryacutem se vlněniacute šiacuteřiacute a kteryacute je kolmyacute
na vlnoplochu
Pazourek 1975
- paprsek nepolarizovanyacute (A C) ndash kmitaacute v každeacutem
miacutestě a v průběhu času ve všech možnyacutech směrech
kolmyacutech na směr šiacuteřeniacute paprsku
- paprsek polarizovanyacute (B D1 D2) - kmitaacute v jedneacute
rovině přičemž rovina kmitů (vlněniacute) jednoho z nich je
kolmaacute k rovině kmitů druheacuteho
Pazourek 1975
Polarizovaneacute světlo viz
httpswwwyoutubecomwatchv=gP751qpm4n4
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and
Electronic Imaging Jonh Wkiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
Osm různyacutech vlnovyacutech forem světla (znaacutezorňujiacuteciacutech různou kvalitu světla)
Odraz a lom světelnyacutech paprsků
v prostřediacutech různeacute hustoty
Důležitaacute charakteristika prostřediacute
index lomu ( n ) (= optickaacute hustota prostřediacute)
c = rychlost světla ve vakuu (stejnaacute pro všechny λ )
v = rychlost světla určiteacute vlnoveacute deacutelky ve zkoumaneacute laacutetce
c
n =
v
zde absolutniacute index lomu
(bezrozměrnaacute fyzikaacutelniacute veličina jeho jednotka je 1)
Rychlost světla (c) určiteacute vlnoveacute
deacutelky v různyacutech prostřediacutech
c ve vakuu
= 300 000 kms
Index lomu (n) některyacutech laacutetek
vzduch (vakuum) helliphellip 100 (vzduch 10002718)
voda helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 133
plexisklo helliphelliphelliphelliphelliphellip 140 ndash 152
křemenneacute sklo helliphellip hellip 145 (čočka z křemene z Ninive ndash 7 stol přnl)
běžneacute sklo helliphelliphelliphelliphellip 151
cedrovyacute olej helliphelliphelliphelliphellip 151
imerzniacute olej Olympus hellip 1516 pro fluorescenci 1404
kanadskyacute balzaacutem helliphellip 150
krystal NaCl helliphelliphelliphellip 154
korunoveacute sklo helliphelliphelliphellip 145 ndash 156 (sodno-draselneacute bezolovnateacute)
flintoveacute sklo helliphelliphelliphellip 162 ndash 180 (olovnateacute)
diamant helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 242
Index lomu je vždy většiacute než 100
očniacute čočka hellip 1406
sklivec helliphelliphellip 1336
Odraz světla rovnyacutem zrcadlem (reflexe)
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice dopadu a paprsek odraženyacute
ležiacute v jedneacute rovině
2 Uacutehel odrazu se rovnaacute uacutehlu dopadu
Odraz a lom paprsku
k
Důležiteacute pro mikroskopii (astronomii)
- neniacute zaacutevislost na vlnoveacute deacutelce světla (λ)
- na rozdiacutel od lomu paprsků se světelneacute
paprsky se odraacutežejiacute stejně
Pazourek 1975
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice lomu a paprsek lomenyacute ležiacute v teacuteže rovině
Lom světla (refrakce)
2 Při přechodu z prostřediacute opticky řidšiacuteho do prostřediacute opticky hustšiacuteho se paprsek laacuteme ke kolmici (A)
a z prostřediacute opticky hustšiacuteho
do prostřediacute opticky řidšiacuteho
se laacuteme od kolmice (B)
(C a D) ndash uacuteplnyacute odraz při tzv
mezniacutem uacutehlu dopadu paprsku
v přiacutepadě lomu od kolmice (B)
(viz Nikol odrazneacute hranoly světlovodneacute vlaacutekno nebo fluorescenčniacute metoda TIRFM ndash totaacutelniacute odraz exitačniacuteho zaacuteřeniacute)
Pazourek 1975
Svatyacute Kryštof od
švyacutecarskeacuteho maliacuteře
Konrada Witze (kolem 1400ndash1446)
Witz byl jedniacutem z prvniacutech
maliacuteřů kteryacute namaloval
přesnyacute způsob odrazu
světla na vodě
Disperze (rozklad) světla
= důsledek zaacutevislosti rychlosti světla v laacutetkaacutech na frekvenci světla
(λ = c f)
světlo různyacutech barev (λ)
se laacuteme různě
(červeneacute se lomiacute meacuteně než modreacute)
Přiacuteklad disperze (rozkladu) světla
Primaacuterniacute a sekundaacuterniacute duha Severniacute Čechy Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
D u h a
Jeden z mnoha
optickyacutech
jevů (fotometeorů)
v atmosfeacuteře
Rok 312 nl - před bitvou byzantskeacuteho ciacutesaře Konstantina I (272-337) s
konkurenčniacutem ciacutesařem Maxentiem u bran Řiacutema (tzv bitva u Milvijskeacuteho mostu) se
na obloze objevily tři zaacuteřiacuteciacute křiacuteže (halovyacute sloup parheacutelia a parhelickyacute oblouk)
Konstantin bitvu proti přesile vyhraacutel sjednotil řiacuteši a povolil v niacute vyznaacutevat křesťanstviacute
Maleacute halo (22deg) (viz 1) vedlejšiacute slunce (2) a horniacute a dolniacute halovyacute sloup (3)
vznikajiacuteciacute odrazem a lomem světelnyacutech paprsků na krystalciacutech ledu
Lom světla a dějiny
httptmagazineblogsnytimescom20121126halo-effect_r=0
1
3
2 2
3
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
Rozhlasoveacute a raacutedioveacute vlny 250 km - 1 mm
Infračerveneacute zaacuteřeniacute 05 mm - 08 μm
Světlo (viditelneacute zaacuteřeniacute) 08 μm - 04 μm
Ultrafialoveacute zaacuteřeniacute 04 microm - 01 microm
Roumlntgenovo zaacuteřeniacute (X-paprsky) 15 nm - 0005 nm
γ-zaacuteřeniacute pod 00001 nm
Přibližneacute hodnoty ndash individuaacutelniacute vlastnosti zraku různyacutech lidiacute
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
rarr se zkracujiacuteciacute se vlnovou deacutelkou se zvyšuje frekvence (energie)
Viditelneacute
Vlnoveacute deacutelky světla a relativniacute citlivost oka
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and Electronic
Imaging Willey-Blackwell Published 2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
= zrakovyacute pigment citlivyacute na
světlo nachaacutezejiacuteciacute se v tyčinkaacutech Jodopsin = zrakovyacute pigment citlivyacute na
barvu nachaacutezejiacuteciacute se v čiacutepciacutech
S v ě t l o
Duaacutelniacute charakter světla ndash vlněniacute i proud čaacutestic (fotonů)
Vlnovyacute model světla
vlna elektrickaacute a magnetickaacute (elektromagnetickaacute vlna je tvořena oscilujiacuteciacutem elektrickyacutem a
magnetickyacutem polem na sebe kolmyacutech a nesouciacutech vpřed energii)
Pro uacutečinky světla v mikroskopu je důležitaacute vlna elektrickaacute
= přiacutečneacute vlněniacute
postupneacute kmitaacuteniacute
jednotlivyacutech vedle sebe
ležiacuteciacutech bodů
Scheacutema světla jako elektromagnetickeacute vlny
Obr httpwwwprosoundwebcomarticleprintinvaders_from_
outer_space_electromagnetic_radiation_interference
λ - vlnovaacute deacutelka
(v oblasti svět zaacuteřeniacute
v rozmeziacute od 380 do 780 nm)
určuje barvu světla
a - amplituda
nejvyššiacute hodnota
určuje intenzitu světla
Z hlediska vlnoveacute deacutelky rozlišujeme
polychromatickeacute x monochromatickeacute světlo (selekce pomociacute barevnyacutech filtrů rarr jednotnaacute vlnovaacute deacutelka světlo zeleneacute červeneacute hellip)
Elektrickaacute vlna - sinusoida
Charakterizovaacutena dvěma veličinami
Pazourek 1975
Vlastnosti světla
Rovnoměrneacute šiacuteřeniacute světla ze zaacuteřiacuteciacuteho bodu na všechny strany rarr vlnovaacute plocha tvaru koule
Paprsek ndash směr kteryacutem se vlněniacute šiacuteřiacute a kteryacute je kolmyacute
na vlnoplochu
Pazourek 1975
- paprsek nepolarizovanyacute (A C) ndash kmitaacute v každeacutem
miacutestě a v průběhu času ve všech možnyacutech směrech
kolmyacutech na směr šiacuteřeniacute paprsku
- paprsek polarizovanyacute (B D1 D2) - kmitaacute v jedneacute
rovině přičemž rovina kmitů (vlněniacute) jednoho z nich je
kolmaacute k rovině kmitů druheacuteho
Pazourek 1975
Polarizovaneacute světlo viz
httpswwwyoutubecomwatchv=gP751qpm4n4
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and
Electronic Imaging Jonh Wkiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
Osm různyacutech vlnovyacutech forem světla (znaacutezorňujiacuteciacutech různou kvalitu světla)
Odraz a lom světelnyacutech paprsků
v prostřediacutech různeacute hustoty
Důležitaacute charakteristika prostřediacute
index lomu ( n ) (= optickaacute hustota prostřediacute)
c = rychlost světla ve vakuu (stejnaacute pro všechny λ )
v = rychlost světla určiteacute vlnoveacute deacutelky ve zkoumaneacute laacutetce
c
n =
v
zde absolutniacute index lomu
(bezrozměrnaacute fyzikaacutelniacute veličina jeho jednotka je 1)
Rychlost světla (c) určiteacute vlnoveacute
deacutelky v různyacutech prostřediacutech
c ve vakuu
= 300 000 kms
Index lomu (n) některyacutech laacutetek
vzduch (vakuum) helliphellip 100 (vzduch 10002718)
voda helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 133
plexisklo helliphelliphelliphelliphelliphellip 140 ndash 152
křemenneacute sklo helliphellip hellip 145 (čočka z křemene z Ninive ndash 7 stol přnl)
běžneacute sklo helliphelliphelliphelliphellip 151
cedrovyacute olej helliphelliphelliphelliphellip 151
imerzniacute olej Olympus hellip 1516 pro fluorescenci 1404
kanadskyacute balzaacutem helliphellip 150
krystal NaCl helliphelliphelliphellip 154
korunoveacute sklo helliphelliphelliphellip 145 ndash 156 (sodno-draselneacute bezolovnateacute)
flintoveacute sklo helliphelliphelliphellip 162 ndash 180 (olovnateacute)
diamant helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 242
Index lomu je vždy většiacute než 100
očniacute čočka hellip 1406
sklivec helliphelliphellip 1336
Odraz světla rovnyacutem zrcadlem (reflexe)
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice dopadu a paprsek odraženyacute
ležiacute v jedneacute rovině
2 Uacutehel odrazu se rovnaacute uacutehlu dopadu
Odraz a lom paprsku
k
Důležiteacute pro mikroskopii (astronomii)
- neniacute zaacutevislost na vlnoveacute deacutelce světla (λ)
- na rozdiacutel od lomu paprsků se světelneacute
paprsky se odraacutežejiacute stejně
Pazourek 1975
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice lomu a paprsek lomenyacute ležiacute v teacuteže rovině
Lom světla (refrakce)
2 Při přechodu z prostřediacute opticky řidšiacuteho do prostřediacute opticky hustšiacuteho se paprsek laacuteme ke kolmici (A)
a z prostřediacute opticky hustšiacuteho
do prostřediacute opticky řidšiacuteho
se laacuteme od kolmice (B)
(C a D) ndash uacuteplnyacute odraz při tzv
mezniacutem uacutehlu dopadu paprsku
v přiacutepadě lomu od kolmice (B)
(viz Nikol odrazneacute hranoly světlovodneacute vlaacutekno nebo fluorescenčniacute metoda TIRFM ndash totaacutelniacute odraz exitačniacuteho zaacuteřeniacute)
Pazourek 1975
Svatyacute Kryštof od
švyacutecarskeacuteho maliacuteře
Konrada Witze (kolem 1400ndash1446)
Witz byl jedniacutem z prvniacutech
maliacuteřů kteryacute namaloval
přesnyacute způsob odrazu
světla na vodě
Disperze (rozklad) světla
= důsledek zaacutevislosti rychlosti světla v laacutetkaacutech na frekvenci světla
(λ = c f)
světlo různyacutech barev (λ)
se laacuteme různě
(červeneacute se lomiacute meacuteně než modreacute)
Přiacuteklad disperze (rozkladu) světla
Primaacuterniacute a sekundaacuterniacute duha Severniacute Čechy Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
D u h a
Jeden z mnoha
optickyacutech
jevů (fotometeorů)
v atmosfeacuteře
Rok 312 nl - před bitvou byzantskeacuteho ciacutesaře Konstantina I (272-337) s
konkurenčniacutem ciacutesařem Maxentiem u bran Řiacutema (tzv bitva u Milvijskeacuteho mostu) se
na obloze objevily tři zaacuteřiacuteciacute křiacuteže (halovyacute sloup parheacutelia a parhelickyacute oblouk)
Konstantin bitvu proti přesile vyhraacutel sjednotil řiacuteši a povolil v niacute vyznaacutevat křesťanstviacute
Maleacute halo (22deg) (viz 1) vedlejšiacute slunce (2) a horniacute a dolniacute halovyacute sloup (3)
vznikajiacuteciacute odrazem a lomem světelnyacutech paprsků na krystalciacutech ledu
Lom světla a dějiny
httptmagazineblogsnytimescom20121126halo-effect_r=0
1
3
2 2
3
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
S v ě t l o
= čaacutest rozsaacutehleacute oblasti elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
kterou vniacutemaacuteme zrakem
rarr se zkracujiacuteciacute se vlnovou deacutelkou se zvyšuje frekvence (energie)
Viditelneacute
Vlnoveacute deacutelky světla a relativniacute citlivost oka
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and Electronic
Imaging Willey-Blackwell Published 2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
= zrakovyacute pigment citlivyacute na
světlo nachaacutezejiacuteciacute se v tyčinkaacutech Jodopsin = zrakovyacute pigment citlivyacute na
barvu nachaacutezejiacuteciacute se v čiacutepciacutech
S v ě t l o
Duaacutelniacute charakter světla ndash vlněniacute i proud čaacutestic (fotonů)
Vlnovyacute model světla
vlna elektrickaacute a magnetickaacute (elektromagnetickaacute vlna je tvořena oscilujiacuteciacutem elektrickyacutem a
magnetickyacutem polem na sebe kolmyacutech a nesouciacutech vpřed energii)
Pro uacutečinky světla v mikroskopu je důležitaacute vlna elektrickaacute
= přiacutečneacute vlněniacute
postupneacute kmitaacuteniacute
jednotlivyacutech vedle sebe
ležiacuteciacutech bodů
Scheacutema světla jako elektromagnetickeacute vlny
Obr httpwwwprosoundwebcomarticleprintinvaders_from_
outer_space_electromagnetic_radiation_interference
λ - vlnovaacute deacutelka
(v oblasti svět zaacuteřeniacute
v rozmeziacute od 380 do 780 nm)
určuje barvu světla
a - amplituda
nejvyššiacute hodnota
určuje intenzitu světla
Z hlediska vlnoveacute deacutelky rozlišujeme
polychromatickeacute x monochromatickeacute světlo (selekce pomociacute barevnyacutech filtrů rarr jednotnaacute vlnovaacute deacutelka světlo zeleneacute červeneacute hellip)
Elektrickaacute vlna - sinusoida
Charakterizovaacutena dvěma veličinami
Pazourek 1975
Vlastnosti světla
Rovnoměrneacute šiacuteřeniacute světla ze zaacuteřiacuteciacuteho bodu na všechny strany rarr vlnovaacute plocha tvaru koule
Paprsek ndash směr kteryacutem se vlněniacute šiacuteřiacute a kteryacute je kolmyacute
na vlnoplochu
Pazourek 1975
- paprsek nepolarizovanyacute (A C) ndash kmitaacute v každeacutem
miacutestě a v průběhu času ve všech možnyacutech směrech
kolmyacutech na směr šiacuteřeniacute paprsku
- paprsek polarizovanyacute (B D1 D2) - kmitaacute v jedneacute
rovině přičemž rovina kmitů (vlněniacute) jednoho z nich je
kolmaacute k rovině kmitů druheacuteho
Pazourek 1975
Polarizovaneacute světlo viz
httpswwwyoutubecomwatchv=gP751qpm4n4
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and
Electronic Imaging Jonh Wkiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
Osm různyacutech vlnovyacutech forem světla (znaacutezorňujiacuteciacutech různou kvalitu světla)
Odraz a lom světelnyacutech paprsků
v prostřediacutech různeacute hustoty
Důležitaacute charakteristika prostřediacute
index lomu ( n ) (= optickaacute hustota prostřediacute)
c = rychlost světla ve vakuu (stejnaacute pro všechny λ )
v = rychlost světla určiteacute vlnoveacute deacutelky ve zkoumaneacute laacutetce
c
n =
v
zde absolutniacute index lomu
(bezrozměrnaacute fyzikaacutelniacute veličina jeho jednotka je 1)
Rychlost světla (c) určiteacute vlnoveacute
deacutelky v různyacutech prostřediacutech
c ve vakuu
= 300 000 kms
Index lomu (n) některyacutech laacutetek
vzduch (vakuum) helliphellip 100 (vzduch 10002718)
voda helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 133
plexisklo helliphelliphelliphelliphelliphellip 140 ndash 152
křemenneacute sklo helliphellip hellip 145 (čočka z křemene z Ninive ndash 7 stol přnl)
běžneacute sklo helliphelliphelliphelliphellip 151
cedrovyacute olej helliphelliphelliphelliphellip 151
imerzniacute olej Olympus hellip 1516 pro fluorescenci 1404
kanadskyacute balzaacutem helliphellip 150
krystal NaCl helliphelliphelliphellip 154
korunoveacute sklo helliphelliphelliphellip 145 ndash 156 (sodno-draselneacute bezolovnateacute)
flintoveacute sklo helliphelliphelliphellip 162 ndash 180 (olovnateacute)
diamant helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 242
Index lomu je vždy většiacute než 100
očniacute čočka hellip 1406
sklivec helliphelliphellip 1336
Odraz světla rovnyacutem zrcadlem (reflexe)
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice dopadu a paprsek odraženyacute
ležiacute v jedneacute rovině
2 Uacutehel odrazu se rovnaacute uacutehlu dopadu
Odraz a lom paprsku
k
Důležiteacute pro mikroskopii (astronomii)
- neniacute zaacutevislost na vlnoveacute deacutelce světla (λ)
- na rozdiacutel od lomu paprsků se světelneacute
paprsky se odraacutežejiacute stejně
Pazourek 1975
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice lomu a paprsek lomenyacute ležiacute v teacuteže rovině
Lom světla (refrakce)
2 Při přechodu z prostřediacute opticky řidšiacuteho do prostřediacute opticky hustšiacuteho se paprsek laacuteme ke kolmici (A)
a z prostřediacute opticky hustšiacuteho
do prostřediacute opticky řidšiacuteho
se laacuteme od kolmice (B)
(C a D) ndash uacuteplnyacute odraz při tzv
mezniacutem uacutehlu dopadu paprsku
v přiacutepadě lomu od kolmice (B)
(viz Nikol odrazneacute hranoly světlovodneacute vlaacutekno nebo fluorescenčniacute metoda TIRFM ndash totaacutelniacute odraz exitačniacuteho zaacuteřeniacute)
Pazourek 1975
Svatyacute Kryštof od
švyacutecarskeacuteho maliacuteře
Konrada Witze (kolem 1400ndash1446)
Witz byl jedniacutem z prvniacutech
maliacuteřů kteryacute namaloval
přesnyacute způsob odrazu
světla na vodě
Disperze (rozklad) světla
= důsledek zaacutevislosti rychlosti světla v laacutetkaacutech na frekvenci světla
(λ = c f)
světlo různyacutech barev (λ)
se laacuteme různě
(červeneacute se lomiacute meacuteně než modreacute)
Přiacuteklad disperze (rozkladu) světla
Primaacuterniacute a sekundaacuterniacute duha Severniacute Čechy Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
D u h a
Jeden z mnoha
optickyacutech
jevů (fotometeorů)
v atmosfeacuteře
Rok 312 nl - před bitvou byzantskeacuteho ciacutesaře Konstantina I (272-337) s
konkurenčniacutem ciacutesařem Maxentiem u bran Řiacutema (tzv bitva u Milvijskeacuteho mostu) se
na obloze objevily tři zaacuteřiacuteciacute křiacuteže (halovyacute sloup parheacutelia a parhelickyacute oblouk)
Konstantin bitvu proti přesile vyhraacutel sjednotil řiacuteši a povolil v niacute vyznaacutevat křesťanstviacute
Maleacute halo (22deg) (viz 1) vedlejšiacute slunce (2) a horniacute a dolniacute halovyacute sloup (3)
vznikajiacuteciacute odrazem a lomem světelnyacutech paprsků na krystalciacutech ledu
Lom světla a dějiny
httptmagazineblogsnytimescom20121126halo-effect_r=0
1
3
2 2
3
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
Vlnoveacute deacutelky světla a relativniacute citlivost oka
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and Electronic
Imaging Willey-Blackwell Published 2013 by John Wiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
= zrakovyacute pigment citlivyacute na
světlo nachaacutezejiacuteciacute se v tyčinkaacutech Jodopsin = zrakovyacute pigment citlivyacute na
barvu nachaacutezejiacuteciacute se v čiacutepciacutech
S v ě t l o
Duaacutelniacute charakter světla ndash vlněniacute i proud čaacutestic (fotonů)
Vlnovyacute model světla
vlna elektrickaacute a magnetickaacute (elektromagnetickaacute vlna je tvořena oscilujiacuteciacutem elektrickyacutem a
magnetickyacutem polem na sebe kolmyacutech a nesouciacutech vpřed energii)
Pro uacutečinky světla v mikroskopu je důležitaacute vlna elektrickaacute
= přiacutečneacute vlněniacute
postupneacute kmitaacuteniacute
jednotlivyacutech vedle sebe
ležiacuteciacutech bodů
Scheacutema světla jako elektromagnetickeacute vlny
Obr httpwwwprosoundwebcomarticleprintinvaders_from_
outer_space_electromagnetic_radiation_interference
λ - vlnovaacute deacutelka
(v oblasti svět zaacuteřeniacute
v rozmeziacute od 380 do 780 nm)
určuje barvu světla
a - amplituda
nejvyššiacute hodnota
určuje intenzitu světla
Z hlediska vlnoveacute deacutelky rozlišujeme
polychromatickeacute x monochromatickeacute světlo (selekce pomociacute barevnyacutech filtrů rarr jednotnaacute vlnovaacute deacutelka světlo zeleneacute červeneacute hellip)
Elektrickaacute vlna - sinusoida
Charakterizovaacutena dvěma veličinami
Pazourek 1975
Vlastnosti světla
Rovnoměrneacute šiacuteřeniacute světla ze zaacuteřiacuteciacuteho bodu na všechny strany rarr vlnovaacute plocha tvaru koule
Paprsek ndash směr kteryacutem se vlněniacute šiacuteřiacute a kteryacute je kolmyacute
na vlnoplochu
Pazourek 1975
- paprsek nepolarizovanyacute (A C) ndash kmitaacute v každeacutem
miacutestě a v průběhu času ve všech možnyacutech směrech
kolmyacutech na směr šiacuteřeniacute paprsku
- paprsek polarizovanyacute (B D1 D2) - kmitaacute v jedneacute
rovině přičemž rovina kmitů (vlněniacute) jednoho z nich je
kolmaacute k rovině kmitů druheacuteho
Pazourek 1975
Polarizovaneacute světlo viz
httpswwwyoutubecomwatchv=gP751qpm4n4
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and
Electronic Imaging Jonh Wkiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
Osm různyacutech vlnovyacutech forem světla (znaacutezorňujiacuteciacutech různou kvalitu světla)
Odraz a lom světelnyacutech paprsků
v prostřediacutech různeacute hustoty
Důležitaacute charakteristika prostřediacute
index lomu ( n ) (= optickaacute hustota prostřediacute)
c = rychlost světla ve vakuu (stejnaacute pro všechny λ )
v = rychlost světla určiteacute vlnoveacute deacutelky ve zkoumaneacute laacutetce
c
n =
v
zde absolutniacute index lomu
(bezrozměrnaacute fyzikaacutelniacute veličina jeho jednotka je 1)
Rychlost světla (c) určiteacute vlnoveacute
deacutelky v různyacutech prostřediacutech
c ve vakuu
= 300 000 kms
Index lomu (n) některyacutech laacutetek
vzduch (vakuum) helliphellip 100 (vzduch 10002718)
voda helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 133
plexisklo helliphelliphelliphelliphelliphellip 140 ndash 152
křemenneacute sklo helliphellip hellip 145 (čočka z křemene z Ninive ndash 7 stol přnl)
běžneacute sklo helliphelliphelliphelliphellip 151
cedrovyacute olej helliphelliphelliphelliphellip 151
imerzniacute olej Olympus hellip 1516 pro fluorescenci 1404
kanadskyacute balzaacutem helliphellip 150
krystal NaCl helliphelliphelliphellip 154
korunoveacute sklo helliphelliphelliphellip 145 ndash 156 (sodno-draselneacute bezolovnateacute)
flintoveacute sklo helliphelliphelliphellip 162 ndash 180 (olovnateacute)
diamant helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 242
Index lomu je vždy většiacute než 100
očniacute čočka hellip 1406
sklivec helliphelliphellip 1336
Odraz světla rovnyacutem zrcadlem (reflexe)
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice dopadu a paprsek odraženyacute
ležiacute v jedneacute rovině
2 Uacutehel odrazu se rovnaacute uacutehlu dopadu
Odraz a lom paprsku
k
Důležiteacute pro mikroskopii (astronomii)
- neniacute zaacutevislost na vlnoveacute deacutelce světla (λ)
- na rozdiacutel od lomu paprsků se světelneacute
paprsky se odraacutežejiacute stejně
Pazourek 1975
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice lomu a paprsek lomenyacute ležiacute v teacuteže rovině
Lom světla (refrakce)
2 Při přechodu z prostřediacute opticky řidšiacuteho do prostřediacute opticky hustšiacuteho se paprsek laacuteme ke kolmici (A)
a z prostřediacute opticky hustšiacuteho
do prostřediacute opticky řidšiacuteho
se laacuteme od kolmice (B)
(C a D) ndash uacuteplnyacute odraz při tzv
mezniacutem uacutehlu dopadu paprsku
v přiacutepadě lomu od kolmice (B)
(viz Nikol odrazneacute hranoly světlovodneacute vlaacutekno nebo fluorescenčniacute metoda TIRFM ndash totaacutelniacute odraz exitačniacuteho zaacuteřeniacute)
Pazourek 1975
Svatyacute Kryštof od
švyacutecarskeacuteho maliacuteře
Konrada Witze (kolem 1400ndash1446)
Witz byl jedniacutem z prvniacutech
maliacuteřů kteryacute namaloval
přesnyacute způsob odrazu
světla na vodě
Disperze (rozklad) světla
= důsledek zaacutevislosti rychlosti světla v laacutetkaacutech na frekvenci světla
(λ = c f)
světlo různyacutech barev (λ)
se laacuteme různě
(červeneacute se lomiacute meacuteně než modreacute)
Přiacuteklad disperze (rozkladu) světla
Primaacuterniacute a sekundaacuterniacute duha Severniacute Čechy Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
D u h a
Jeden z mnoha
optickyacutech
jevů (fotometeorů)
v atmosfeacuteře
Rok 312 nl - před bitvou byzantskeacuteho ciacutesaře Konstantina I (272-337) s
konkurenčniacutem ciacutesařem Maxentiem u bran Řiacutema (tzv bitva u Milvijskeacuteho mostu) se
na obloze objevily tři zaacuteřiacuteciacute křiacuteže (halovyacute sloup parheacutelia a parhelickyacute oblouk)
Konstantin bitvu proti přesile vyhraacutel sjednotil řiacuteši a povolil v niacute vyznaacutevat křesťanstviacute
Maleacute halo (22deg) (viz 1) vedlejšiacute slunce (2) a horniacute a dolniacute halovyacute sloup (3)
vznikajiacuteciacute odrazem a lomem světelnyacutech paprsků na krystalciacutech ledu
Lom světla a dějiny
httptmagazineblogsnytimescom20121126halo-effect_r=0
1
3
2 2
3
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
S v ě t l o
Duaacutelniacute charakter světla ndash vlněniacute i proud čaacutestic (fotonů)
Vlnovyacute model světla
vlna elektrickaacute a magnetickaacute (elektromagnetickaacute vlna je tvořena oscilujiacuteciacutem elektrickyacutem a
magnetickyacutem polem na sebe kolmyacutech a nesouciacutech vpřed energii)
Pro uacutečinky světla v mikroskopu je důležitaacute vlna elektrickaacute
= přiacutečneacute vlněniacute
postupneacute kmitaacuteniacute
jednotlivyacutech vedle sebe
ležiacuteciacutech bodů
Scheacutema světla jako elektromagnetickeacute vlny
Obr httpwwwprosoundwebcomarticleprintinvaders_from_
outer_space_electromagnetic_radiation_interference
λ - vlnovaacute deacutelka
(v oblasti svět zaacuteřeniacute
v rozmeziacute od 380 do 780 nm)
určuje barvu světla
a - amplituda
nejvyššiacute hodnota
určuje intenzitu světla
Z hlediska vlnoveacute deacutelky rozlišujeme
polychromatickeacute x monochromatickeacute světlo (selekce pomociacute barevnyacutech filtrů rarr jednotnaacute vlnovaacute deacutelka světlo zeleneacute červeneacute hellip)
Elektrickaacute vlna - sinusoida
Charakterizovaacutena dvěma veličinami
Pazourek 1975
Vlastnosti světla
Rovnoměrneacute šiacuteřeniacute světla ze zaacuteřiacuteciacuteho bodu na všechny strany rarr vlnovaacute plocha tvaru koule
Paprsek ndash směr kteryacutem se vlněniacute šiacuteřiacute a kteryacute je kolmyacute
na vlnoplochu
Pazourek 1975
- paprsek nepolarizovanyacute (A C) ndash kmitaacute v každeacutem
miacutestě a v průběhu času ve všech možnyacutech směrech
kolmyacutech na směr šiacuteřeniacute paprsku
- paprsek polarizovanyacute (B D1 D2) - kmitaacute v jedneacute
rovině přičemž rovina kmitů (vlněniacute) jednoho z nich je
kolmaacute k rovině kmitů druheacuteho
Pazourek 1975
Polarizovaneacute světlo viz
httpswwwyoutubecomwatchv=gP751qpm4n4
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and
Electronic Imaging Jonh Wkiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
Osm různyacutech vlnovyacutech forem světla (znaacutezorňujiacuteciacutech různou kvalitu světla)
Odraz a lom světelnyacutech paprsků
v prostřediacutech různeacute hustoty
Důležitaacute charakteristika prostřediacute
index lomu ( n ) (= optickaacute hustota prostřediacute)
c = rychlost světla ve vakuu (stejnaacute pro všechny λ )
v = rychlost světla určiteacute vlnoveacute deacutelky ve zkoumaneacute laacutetce
c
n =
v
zde absolutniacute index lomu
(bezrozměrnaacute fyzikaacutelniacute veličina jeho jednotka je 1)
Rychlost světla (c) určiteacute vlnoveacute
deacutelky v různyacutech prostřediacutech
c ve vakuu
= 300 000 kms
Index lomu (n) některyacutech laacutetek
vzduch (vakuum) helliphellip 100 (vzduch 10002718)
voda helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 133
plexisklo helliphelliphelliphelliphelliphellip 140 ndash 152
křemenneacute sklo helliphellip hellip 145 (čočka z křemene z Ninive ndash 7 stol přnl)
běžneacute sklo helliphelliphelliphelliphellip 151
cedrovyacute olej helliphelliphelliphelliphellip 151
imerzniacute olej Olympus hellip 1516 pro fluorescenci 1404
kanadskyacute balzaacutem helliphellip 150
krystal NaCl helliphelliphelliphellip 154
korunoveacute sklo helliphelliphelliphellip 145 ndash 156 (sodno-draselneacute bezolovnateacute)
flintoveacute sklo helliphelliphelliphellip 162 ndash 180 (olovnateacute)
diamant helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 242
Index lomu je vždy většiacute než 100
očniacute čočka hellip 1406
sklivec helliphelliphellip 1336
Odraz světla rovnyacutem zrcadlem (reflexe)
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice dopadu a paprsek odraženyacute
ležiacute v jedneacute rovině
2 Uacutehel odrazu se rovnaacute uacutehlu dopadu
Odraz a lom paprsku
k
Důležiteacute pro mikroskopii (astronomii)
- neniacute zaacutevislost na vlnoveacute deacutelce světla (λ)
- na rozdiacutel od lomu paprsků se světelneacute
paprsky se odraacutežejiacute stejně
Pazourek 1975
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice lomu a paprsek lomenyacute ležiacute v teacuteže rovině
Lom světla (refrakce)
2 Při přechodu z prostřediacute opticky řidšiacuteho do prostřediacute opticky hustšiacuteho se paprsek laacuteme ke kolmici (A)
a z prostřediacute opticky hustšiacuteho
do prostřediacute opticky řidšiacuteho
se laacuteme od kolmice (B)
(C a D) ndash uacuteplnyacute odraz při tzv
mezniacutem uacutehlu dopadu paprsku
v přiacutepadě lomu od kolmice (B)
(viz Nikol odrazneacute hranoly světlovodneacute vlaacutekno nebo fluorescenčniacute metoda TIRFM ndash totaacutelniacute odraz exitačniacuteho zaacuteřeniacute)
Pazourek 1975
Svatyacute Kryštof od
švyacutecarskeacuteho maliacuteře
Konrada Witze (kolem 1400ndash1446)
Witz byl jedniacutem z prvniacutech
maliacuteřů kteryacute namaloval
přesnyacute způsob odrazu
světla na vodě
Disperze (rozklad) světla
= důsledek zaacutevislosti rychlosti světla v laacutetkaacutech na frekvenci světla
(λ = c f)
světlo různyacutech barev (λ)
se laacuteme různě
(červeneacute se lomiacute meacuteně než modreacute)
Přiacuteklad disperze (rozkladu) světla
Primaacuterniacute a sekundaacuterniacute duha Severniacute Čechy Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
D u h a
Jeden z mnoha
optickyacutech
jevů (fotometeorů)
v atmosfeacuteře
Rok 312 nl - před bitvou byzantskeacuteho ciacutesaře Konstantina I (272-337) s
konkurenčniacutem ciacutesařem Maxentiem u bran Řiacutema (tzv bitva u Milvijskeacuteho mostu) se
na obloze objevily tři zaacuteřiacuteciacute křiacuteže (halovyacute sloup parheacutelia a parhelickyacute oblouk)
Konstantin bitvu proti přesile vyhraacutel sjednotil řiacuteši a povolil v niacute vyznaacutevat křesťanstviacute
Maleacute halo (22deg) (viz 1) vedlejšiacute slunce (2) a horniacute a dolniacute halovyacute sloup (3)
vznikajiacuteciacute odrazem a lomem světelnyacutech paprsků na krystalciacutech ledu
Lom světla a dějiny
httptmagazineblogsnytimescom20121126halo-effect_r=0
1
3
2 2
3
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
λ - vlnovaacute deacutelka
(v oblasti svět zaacuteřeniacute
v rozmeziacute od 380 do 780 nm)
určuje barvu světla
a - amplituda
nejvyššiacute hodnota
určuje intenzitu světla
Z hlediska vlnoveacute deacutelky rozlišujeme
polychromatickeacute x monochromatickeacute světlo (selekce pomociacute barevnyacutech filtrů rarr jednotnaacute vlnovaacute deacutelka světlo zeleneacute červeneacute hellip)
Elektrickaacute vlna - sinusoida
Charakterizovaacutena dvěma veličinami
Pazourek 1975
Vlastnosti světla
Rovnoměrneacute šiacuteřeniacute světla ze zaacuteřiacuteciacuteho bodu na všechny strany rarr vlnovaacute plocha tvaru koule
Paprsek ndash směr kteryacutem se vlněniacute šiacuteřiacute a kteryacute je kolmyacute
na vlnoplochu
Pazourek 1975
- paprsek nepolarizovanyacute (A C) ndash kmitaacute v každeacutem
miacutestě a v průběhu času ve všech možnyacutech směrech
kolmyacutech na směr šiacuteřeniacute paprsku
- paprsek polarizovanyacute (B D1 D2) - kmitaacute v jedneacute
rovině přičemž rovina kmitů (vlněniacute) jednoho z nich je
kolmaacute k rovině kmitů druheacuteho
Pazourek 1975
Polarizovaneacute světlo viz
httpswwwyoutubecomwatchv=gP751qpm4n4
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and
Electronic Imaging Jonh Wkiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
Osm různyacutech vlnovyacutech forem světla (znaacutezorňujiacuteciacutech různou kvalitu světla)
Odraz a lom světelnyacutech paprsků
v prostřediacutech různeacute hustoty
Důležitaacute charakteristika prostřediacute
index lomu ( n ) (= optickaacute hustota prostřediacute)
c = rychlost světla ve vakuu (stejnaacute pro všechny λ )
v = rychlost světla určiteacute vlnoveacute deacutelky ve zkoumaneacute laacutetce
c
n =
v
zde absolutniacute index lomu
(bezrozměrnaacute fyzikaacutelniacute veličina jeho jednotka je 1)
Rychlost světla (c) určiteacute vlnoveacute
deacutelky v různyacutech prostřediacutech
c ve vakuu
= 300 000 kms
Index lomu (n) některyacutech laacutetek
vzduch (vakuum) helliphellip 100 (vzduch 10002718)
voda helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 133
plexisklo helliphelliphelliphelliphelliphellip 140 ndash 152
křemenneacute sklo helliphellip hellip 145 (čočka z křemene z Ninive ndash 7 stol přnl)
běžneacute sklo helliphelliphelliphelliphellip 151
cedrovyacute olej helliphelliphelliphelliphellip 151
imerzniacute olej Olympus hellip 1516 pro fluorescenci 1404
kanadskyacute balzaacutem helliphellip 150
krystal NaCl helliphelliphelliphellip 154
korunoveacute sklo helliphelliphelliphellip 145 ndash 156 (sodno-draselneacute bezolovnateacute)
flintoveacute sklo helliphelliphelliphellip 162 ndash 180 (olovnateacute)
diamant helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 242
Index lomu je vždy většiacute než 100
očniacute čočka hellip 1406
sklivec helliphelliphellip 1336
Odraz světla rovnyacutem zrcadlem (reflexe)
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice dopadu a paprsek odraženyacute
ležiacute v jedneacute rovině
2 Uacutehel odrazu se rovnaacute uacutehlu dopadu
Odraz a lom paprsku
k
Důležiteacute pro mikroskopii (astronomii)
- neniacute zaacutevislost na vlnoveacute deacutelce světla (λ)
- na rozdiacutel od lomu paprsků se světelneacute
paprsky se odraacutežejiacute stejně
Pazourek 1975
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice lomu a paprsek lomenyacute ležiacute v teacuteže rovině
Lom světla (refrakce)
2 Při přechodu z prostřediacute opticky řidšiacuteho do prostřediacute opticky hustšiacuteho se paprsek laacuteme ke kolmici (A)
a z prostřediacute opticky hustšiacuteho
do prostřediacute opticky řidšiacuteho
se laacuteme od kolmice (B)
(C a D) ndash uacuteplnyacute odraz při tzv
mezniacutem uacutehlu dopadu paprsku
v přiacutepadě lomu od kolmice (B)
(viz Nikol odrazneacute hranoly světlovodneacute vlaacutekno nebo fluorescenčniacute metoda TIRFM ndash totaacutelniacute odraz exitačniacuteho zaacuteřeniacute)
Pazourek 1975
Svatyacute Kryštof od
švyacutecarskeacuteho maliacuteře
Konrada Witze (kolem 1400ndash1446)
Witz byl jedniacutem z prvniacutech
maliacuteřů kteryacute namaloval
přesnyacute způsob odrazu
světla na vodě
Disperze (rozklad) světla
= důsledek zaacutevislosti rychlosti světla v laacutetkaacutech na frekvenci světla
(λ = c f)
světlo různyacutech barev (λ)
se laacuteme různě
(červeneacute se lomiacute meacuteně než modreacute)
Přiacuteklad disperze (rozkladu) světla
Primaacuterniacute a sekundaacuterniacute duha Severniacute Čechy Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
D u h a
Jeden z mnoha
optickyacutech
jevů (fotometeorů)
v atmosfeacuteře
Rok 312 nl - před bitvou byzantskeacuteho ciacutesaře Konstantina I (272-337) s
konkurenčniacutem ciacutesařem Maxentiem u bran Řiacutema (tzv bitva u Milvijskeacuteho mostu) se
na obloze objevily tři zaacuteřiacuteciacute křiacuteže (halovyacute sloup parheacutelia a parhelickyacute oblouk)
Konstantin bitvu proti přesile vyhraacutel sjednotil řiacuteši a povolil v niacute vyznaacutevat křesťanstviacute
Maleacute halo (22deg) (viz 1) vedlejšiacute slunce (2) a horniacute a dolniacute halovyacute sloup (3)
vznikajiacuteciacute odrazem a lomem světelnyacutech paprsků na krystalciacutech ledu
Lom světla a dějiny
httptmagazineblogsnytimescom20121126halo-effect_r=0
1
3
2 2
3
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
Vlastnosti světla
Rovnoměrneacute šiacuteřeniacute světla ze zaacuteřiacuteciacuteho bodu na všechny strany rarr vlnovaacute plocha tvaru koule
Paprsek ndash směr kteryacutem se vlněniacute šiacuteřiacute a kteryacute je kolmyacute
na vlnoplochu
Pazourek 1975
- paprsek nepolarizovanyacute (A C) ndash kmitaacute v každeacutem
miacutestě a v průběhu času ve všech možnyacutech směrech
kolmyacutech na směr šiacuteřeniacute paprsku
- paprsek polarizovanyacute (B D1 D2) - kmitaacute v jedneacute
rovině přičemž rovina kmitů (vlněniacute) jednoho z nich je
kolmaacute k rovině kmitů druheacuteho
Pazourek 1975
Polarizovaneacute světlo viz
httpswwwyoutubecomwatchv=gP751qpm4n4
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and
Electronic Imaging Jonh Wkiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
Osm různyacutech vlnovyacutech forem světla (znaacutezorňujiacuteciacutech různou kvalitu světla)
Odraz a lom světelnyacutech paprsků
v prostřediacutech různeacute hustoty
Důležitaacute charakteristika prostřediacute
index lomu ( n ) (= optickaacute hustota prostřediacute)
c = rychlost světla ve vakuu (stejnaacute pro všechny λ )
v = rychlost světla určiteacute vlnoveacute deacutelky ve zkoumaneacute laacutetce
c
n =
v
zde absolutniacute index lomu
(bezrozměrnaacute fyzikaacutelniacute veličina jeho jednotka je 1)
Rychlost světla (c) určiteacute vlnoveacute
deacutelky v různyacutech prostřediacutech
c ve vakuu
= 300 000 kms
Index lomu (n) některyacutech laacutetek
vzduch (vakuum) helliphellip 100 (vzduch 10002718)
voda helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 133
plexisklo helliphelliphelliphelliphelliphellip 140 ndash 152
křemenneacute sklo helliphellip hellip 145 (čočka z křemene z Ninive ndash 7 stol přnl)
běžneacute sklo helliphelliphelliphelliphellip 151
cedrovyacute olej helliphelliphelliphelliphellip 151
imerzniacute olej Olympus hellip 1516 pro fluorescenci 1404
kanadskyacute balzaacutem helliphellip 150
krystal NaCl helliphelliphelliphellip 154
korunoveacute sklo helliphelliphelliphellip 145 ndash 156 (sodno-draselneacute bezolovnateacute)
flintoveacute sklo helliphelliphelliphellip 162 ndash 180 (olovnateacute)
diamant helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 242
Index lomu je vždy většiacute než 100
očniacute čočka hellip 1406
sklivec helliphelliphellip 1336
Odraz světla rovnyacutem zrcadlem (reflexe)
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice dopadu a paprsek odraženyacute
ležiacute v jedneacute rovině
2 Uacutehel odrazu se rovnaacute uacutehlu dopadu
Odraz a lom paprsku
k
Důležiteacute pro mikroskopii (astronomii)
- neniacute zaacutevislost na vlnoveacute deacutelce světla (λ)
- na rozdiacutel od lomu paprsků se světelneacute
paprsky se odraacutežejiacute stejně
Pazourek 1975
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice lomu a paprsek lomenyacute ležiacute v teacuteže rovině
Lom světla (refrakce)
2 Při přechodu z prostřediacute opticky řidšiacuteho do prostřediacute opticky hustšiacuteho se paprsek laacuteme ke kolmici (A)
a z prostřediacute opticky hustšiacuteho
do prostřediacute opticky řidšiacuteho
se laacuteme od kolmice (B)
(C a D) ndash uacuteplnyacute odraz při tzv
mezniacutem uacutehlu dopadu paprsku
v přiacutepadě lomu od kolmice (B)
(viz Nikol odrazneacute hranoly světlovodneacute vlaacutekno nebo fluorescenčniacute metoda TIRFM ndash totaacutelniacute odraz exitačniacuteho zaacuteřeniacute)
Pazourek 1975
Svatyacute Kryštof od
švyacutecarskeacuteho maliacuteře
Konrada Witze (kolem 1400ndash1446)
Witz byl jedniacutem z prvniacutech
maliacuteřů kteryacute namaloval
přesnyacute způsob odrazu
světla na vodě
Disperze (rozklad) světla
= důsledek zaacutevislosti rychlosti světla v laacutetkaacutech na frekvenci světla
(λ = c f)
světlo různyacutech barev (λ)
se laacuteme různě
(červeneacute se lomiacute meacuteně než modreacute)
Přiacuteklad disperze (rozkladu) světla
Primaacuterniacute a sekundaacuterniacute duha Severniacute Čechy Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
D u h a
Jeden z mnoha
optickyacutech
jevů (fotometeorů)
v atmosfeacuteře
Rok 312 nl - před bitvou byzantskeacuteho ciacutesaře Konstantina I (272-337) s
konkurenčniacutem ciacutesařem Maxentiem u bran Řiacutema (tzv bitva u Milvijskeacuteho mostu) se
na obloze objevily tři zaacuteřiacuteciacute křiacuteže (halovyacute sloup parheacutelia a parhelickyacute oblouk)
Konstantin bitvu proti přesile vyhraacutel sjednotil řiacuteši a povolil v niacute vyznaacutevat křesťanstviacute
Maleacute halo (22deg) (viz 1) vedlejšiacute slunce (2) a horniacute a dolniacute halovyacute sloup (3)
vznikajiacuteciacute odrazem a lomem světelnyacutech paprsků na krystalciacutech ledu
Lom světla a dějiny
httptmagazineblogsnytimescom20121126halo-effect_r=0
1
3
2 2
3
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
- paprsek nepolarizovanyacute (A C) ndash kmitaacute v každeacutem
miacutestě a v průběhu času ve všech možnyacutech směrech
kolmyacutech na směr šiacuteřeniacute paprsku
- paprsek polarizovanyacute (B D1 D2) - kmitaacute v jedneacute
rovině přičemž rovina kmitů (vlněniacute) jednoho z nich je
kolmaacute k rovině kmitů druheacuteho
Pazourek 1975
Polarizovaneacute světlo viz
httpswwwyoutubecomwatchv=gP751qpm4n4
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and
Electronic Imaging Jonh Wkiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
Osm různyacutech vlnovyacutech forem světla (znaacutezorňujiacuteciacutech různou kvalitu světla)
Odraz a lom světelnyacutech paprsků
v prostřediacutech různeacute hustoty
Důležitaacute charakteristika prostřediacute
index lomu ( n ) (= optickaacute hustota prostřediacute)
c = rychlost světla ve vakuu (stejnaacute pro všechny λ )
v = rychlost světla určiteacute vlnoveacute deacutelky ve zkoumaneacute laacutetce
c
n =
v
zde absolutniacute index lomu
(bezrozměrnaacute fyzikaacutelniacute veličina jeho jednotka je 1)
Rychlost světla (c) určiteacute vlnoveacute
deacutelky v různyacutech prostřediacutech
c ve vakuu
= 300 000 kms
Index lomu (n) některyacutech laacutetek
vzduch (vakuum) helliphellip 100 (vzduch 10002718)
voda helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 133
plexisklo helliphelliphelliphelliphelliphellip 140 ndash 152
křemenneacute sklo helliphellip hellip 145 (čočka z křemene z Ninive ndash 7 stol přnl)
běžneacute sklo helliphelliphelliphelliphellip 151
cedrovyacute olej helliphelliphelliphelliphellip 151
imerzniacute olej Olympus hellip 1516 pro fluorescenci 1404
kanadskyacute balzaacutem helliphellip 150
krystal NaCl helliphelliphelliphellip 154
korunoveacute sklo helliphelliphelliphellip 145 ndash 156 (sodno-draselneacute bezolovnateacute)
flintoveacute sklo helliphelliphelliphellip 162 ndash 180 (olovnateacute)
diamant helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 242
Index lomu je vždy většiacute než 100
očniacute čočka hellip 1406
sklivec helliphelliphellip 1336
Odraz světla rovnyacutem zrcadlem (reflexe)
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice dopadu a paprsek odraženyacute
ležiacute v jedneacute rovině
2 Uacutehel odrazu se rovnaacute uacutehlu dopadu
Odraz a lom paprsku
k
Důležiteacute pro mikroskopii (astronomii)
- neniacute zaacutevislost na vlnoveacute deacutelce světla (λ)
- na rozdiacutel od lomu paprsků se světelneacute
paprsky se odraacutežejiacute stejně
Pazourek 1975
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice lomu a paprsek lomenyacute ležiacute v teacuteže rovině
Lom světla (refrakce)
2 Při přechodu z prostřediacute opticky řidšiacuteho do prostřediacute opticky hustšiacuteho se paprsek laacuteme ke kolmici (A)
a z prostřediacute opticky hustšiacuteho
do prostřediacute opticky řidšiacuteho
se laacuteme od kolmice (B)
(C a D) ndash uacuteplnyacute odraz při tzv
mezniacutem uacutehlu dopadu paprsku
v přiacutepadě lomu od kolmice (B)
(viz Nikol odrazneacute hranoly světlovodneacute vlaacutekno nebo fluorescenčniacute metoda TIRFM ndash totaacutelniacute odraz exitačniacuteho zaacuteřeniacute)
Pazourek 1975
Svatyacute Kryštof od
švyacutecarskeacuteho maliacuteře
Konrada Witze (kolem 1400ndash1446)
Witz byl jedniacutem z prvniacutech
maliacuteřů kteryacute namaloval
přesnyacute způsob odrazu
světla na vodě
Disperze (rozklad) světla
= důsledek zaacutevislosti rychlosti světla v laacutetkaacutech na frekvenci světla
(λ = c f)
světlo různyacutech barev (λ)
se laacuteme různě
(červeneacute se lomiacute meacuteně než modreacute)
Přiacuteklad disperze (rozkladu) světla
Primaacuterniacute a sekundaacuterniacute duha Severniacute Čechy Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
D u h a
Jeden z mnoha
optickyacutech
jevů (fotometeorů)
v atmosfeacuteře
Rok 312 nl - před bitvou byzantskeacuteho ciacutesaře Konstantina I (272-337) s
konkurenčniacutem ciacutesařem Maxentiem u bran Řiacutema (tzv bitva u Milvijskeacuteho mostu) se
na obloze objevily tři zaacuteřiacuteciacute křiacuteže (halovyacute sloup parheacutelia a parhelickyacute oblouk)
Konstantin bitvu proti přesile vyhraacutel sjednotil řiacuteši a povolil v niacute vyznaacutevat křesťanstviacute
Maleacute halo (22deg) (viz 1) vedlejšiacute slunce (2) a horniacute a dolniacute halovyacute sloup (3)
vznikajiacuteciacute odrazem a lomem světelnyacutech paprsků na krystalciacutech ledu
Lom světla a dějiny
httptmagazineblogsnytimescom20121126halo-effect_r=0
1
3
2 2
3
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
Murphy DB Davidson MW (2013) Fundamentals of Light Microscopy and
Electronic Imaging Jonh Wkiley amp Sons Inc Hoboken New Jersey
Osm různyacutech vlnovyacutech forem světla (znaacutezorňujiacuteciacutech různou kvalitu světla)
Odraz a lom světelnyacutech paprsků
v prostřediacutech různeacute hustoty
Důležitaacute charakteristika prostřediacute
index lomu ( n ) (= optickaacute hustota prostřediacute)
c = rychlost světla ve vakuu (stejnaacute pro všechny λ )
v = rychlost světla určiteacute vlnoveacute deacutelky ve zkoumaneacute laacutetce
c
n =
v
zde absolutniacute index lomu
(bezrozměrnaacute fyzikaacutelniacute veličina jeho jednotka je 1)
Rychlost světla (c) určiteacute vlnoveacute
deacutelky v různyacutech prostřediacutech
c ve vakuu
= 300 000 kms
Index lomu (n) některyacutech laacutetek
vzduch (vakuum) helliphellip 100 (vzduch 10002718)
voda helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 133
plexisklo helliphelliphelliphelliphelliphellip 140 ndash 152
křemenneacute sklo helliphellip hellip 145 (čočka z křemene z Ninive ndash 7 stol přnl)
běžneacute sklo helliphelliphelliphelliphellip 151
cedrovyacute olej helliphelliphelliphelliphellip 151
imerzniacute olej Olympus hellip 1516 pro fluorescenci 1404
kanadskyacute balzaacutem helliphellip 150
krystal NaCl helliphelliphelliphellip 154
korunoveacute sklo helliphelliphelliphellip 145 ndash 156 (sodno-draselneacute bezolovnateacute)
flintoveacute sklo helliphelliphelliphellip 162 ndash 180 (olovnateacute)
diamant helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 242
Index lomu je vždy většiacute než 100
očniacute čočka hellip 1406
sklivec helliphelliphellip 1336
Odraz světla rovnyacutem zrcadlem (reflexe)
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice dopadu a paprsek odraženyacute
ležiacute v jedneacute rovině
2 Uacutehel odrazu se rovnaacute uacutehlu dopadu
Odraz a lom paprsku
k
Důležiteacute pro mikroskopii (astronomii)
- neniacute zaacutevislost na vlnoveacute deacutelce světla (λ)
- na rozdiacutel od lomu paprsků se světelneacute
paprsky se odraacutežejiacute stejně
Pazourek 1975
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice lomu a paprsek lomenyacute ležiacute v teacuteže rovině
Lom světla (refrakce)
2 Při přechodu z prostřediacute opticky řidšiacuteho do prostřediacute opticky hustšiacuteho se paprsek laacuteme ke kolmici (A)
a z prostřediacute opticky hustšiacuteho
do prostřediacute opticky řidšiacuteho
se laacuteme od kolmice (B)
(C a D) ndash uacuteplnyacute odraz při tzv
mezniacutem uacutehlu dopadu paprsku
v přiacutepadě lomu od kolmice (B)
(viz Nikol odrazneacute hranoly světlovodneacute vlaacutekno nebo fluorescenčniacute metoda TIRFM ndash totaacutelniacute odraz exitačniacuteho zaacuteřeniacute)
Pazourek 1975
Svatyacute Kryštof od
švyacutecarskeacuteho maliacuteře
Konrada Witze (kolem 1400ndash1446)
Witz byl jedniacutem z prvniacutech
maliacuteřů kteryacute namaloval
přesnyacute způsob odrazu
světla na vodě
Disperze (rozklad) světla
= důsledek zaacutevislosti rychlosti světla v laacutetkaacutech na frekvenci světla
(λ = c f)
světlo různyacutech barev (λ)
se laacuteme různě
(červeneacute se lomiacute meacuteně než modreacute)
Přiacuteklad disperze (rozkladu) světla
Primaacuterniacute a sekundaacuterniacute duha Severniacute Čechy Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
D u h a
Jeden z mnoha
optickyacutech
jevů (fotometeorů)
v atmosfeacuteře
Rok 312 nl - před bitvou byzantskeacuteho ciacutesaře Konstantina I (272-337) s
konkurenčniacutem ciacutesařem Maxentiem u bran Řiacutema (tzv bitva u Milvijskeacuteho mostu) se
na obloze objevily tři zaacuteřiacuteciacute křiacuteže (halovyacute sloup parheacutelia a parhelickyacute oblouk)
Konstantin bitvu proti přesile vyhraacutel sjednotil řiacuteši a povolil v niacute vyznaacutevat křesťanstviacute
Maleacute halo (22deg) (viz 1) vedlejšiacute slunce (2) a horniacute a dolniacute halovyacute sloup (3)
vznikajiacuteciacute odrazem a lomem světelnyacutech paprsků na krystalciacutech ledu
Lom světla a dějiny
httptmagazineblogsnytimescom20121126halo-effect_r=0
1
3
2 2
3
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
Odraz a lom světelnyacutech paprsků
v prostřediacutech různeacute hustoty
Důležitaacute charakteristika prostřediacute
index lomu ( n ) (= optickaacute hustota prostřediacute)
c = rychlost světla ve vakuu (stejnaacute pro všechny λ )
v = rychlost světla určiteacute vlnoveacute deacutelky ve zkoumaneacute laacutetce
c
n =
v
zde absolutniacute index lomu
(bezrozměrnaacute fyzikaacutelniacute veličina jeho jednotka je 1)
Rychlost světla (c) určiteacute vlnoveacute
deacutelky v různyacutech prostřediacutech
c ve vakuu
= 300 000 kms
Index lomu (n) některyacutech laacutetek
vzduch (vakuum) helliphellip 100 (vzduch 10002718)
voda helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 133
plexisklo helliphelliphelliphelliphelliphellip 140 ndash 152
křemenneacute sklo helliphellip hellip 145 (čočka z křemene z Ninive ndash 7 stol přnl)
běžneacute sklo helliphelliphelliphelliphellip 151
cedrovyacute olej helliphelliphelliphelliphellip 151
imerzniacute olej Olympus hellip 1516 pro fluorescenci 1404
kanadskyacute balzaacutem helliphellip 150
krystal NaCl helliphelliphelliphellip 154
korunoveacute sklo helliphelliphelliphellip 145 ndash 156 (sodno-draselneacute bezolovnateacute)
flintoveacute sklo helliphelliphelliphellip 162 ndash 180 (olovnateacute)
diamant helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 242
Index lomu je vždy většiacute než 100
očniacute čočka hellip 1406
sklivec helliphelliphellip 1336
Odraz světla rovnyacutem zrcadlem (reflexe)
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice dopadu a paprsek odraženyacute
ležiacute v jedneacute rovině
2 Uacutehel odrazu se rovnaacute uacutehlu dopadu
Odraz a lom paprsku
k
Důležiteacute pro mikroskopii (astronomii)
- neniacute zaacutevislost na vlnoveacute deacutelce světla (λ)
- na rozdiacutel od lomu paprsků se světelneacute
paprsky se odraacutežejiacute stejně
Pazourek 1975
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice lomu a paprsek lomenyacute ležiacute v teacuteže rovině
Lom světla (refrakce)
2 Při přechodu z prostřediacute opticky řidšiacuteho do prostřediacute opticky hustšiacuteho se paprsek laacuteme ke kolmici (A)
a z prostřediacute opticky hustšiacuteho
do prostřediacute opticky řidšiacuteho
se laacuteme od kolmice (B)
(C a D) ndash uacuteplnyacute odraz při tzv
mezniacutem uacutehlu dopadu paprsku
v přiacutepadě lomu od kolmice (B)
(viz Nikol odrazneacute hranoly světlovodneacute vlaacutekno nebo fluorescenčniacute metoda TIRFM ndash totaacutelniacute odraz exitačniacuteho zaacuteřeniacute)
Pazourek 1975
Svatyacute Kryštof od
švyacutecarskeacuteho maliacuteře
Konrada Witze (kolem 1400ndash1446)
Witz byl jedniacutem z prvniacutech
maliacuteřů kteryacute namaloval
přesnyacute způsob odrazu
světla na vodě
Disperze (rozklad) světla
= důsledek zaacutevislosti rychlosti světla v laacutetkaacutech na frekvenci světla
(λ = c f)
světlo různyacutech barev (λ)
se laacuteme různě
(červeneacute se lomiacute meacuteně než modreacute)
Přiacuteklad disperze (rozkladu) světla
Primaacuterniacute a sekundaacuterniacute duha Severniacute Čechy Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
D u h a
Jeden z mnoha
optickyacutech
jevů (fotometeorů)
v atmosfeacuteře
Rok 312 nl - před bitvou byzantskeacuteho ciacutesaře Konstantina I (272-337) s
konkurenčniacutem ciacutesařem Maxentiem u bran Řiacutema (tzv bitva u Milvijskeacuteho mostu) se
na obloze objevily tři zaacuteřiacuteciacute křiacuteže (halovyacute sloup parheacutelia a parhelickyacute oblouk)
Konstantin bitvu proti přesile vyhraacutel sjednotil řiacuteši a povolil v niacute vyznaacutevat křesťanstviacute
Maleacute halo (22deg) (viz 1) vedlejšiacute slunce (2) a horniacute a dolniacute halovyacute sloup (3)
vznikajiacuteciacute odrazem a lomem světelnyacutech paprsků na krystalciacutech ledu
Lom světla a dějiny
httptmagazineblogsnytimescom20121126halo-effect_r=0
1
3
2 2
3
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
Rychlost světla (c) určiteacute vlnoveacute
deacutelky v různyacutech prostřediacutech
c ve vakuu
= 300 000 kms
Index lomu (n) některyacutech laacutetek
vzduch (vakuum) helliphellip 100 (vzduch 10002718)
voda helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 133
plexisklo helliphelliphelliphelliphelliphellip 140 ndash 152
křemenneacute sklo helliphellip hellip 145 (čočka z křemene z Ninive ndash 7 stol přnl)
běžneacute sklo helliphelliphelliphelliphellip 151
cedrovyacute olej helliphelliphelliphelliphellip 151
imerzniacute olej Olympus hellip 1516 pro fluorescenci 1404
kanadskyacute balzaacutem helliphellip 150
krystal NaCl helliphelliphelliphellip 154
korunoveacute sklo helliphelliphelliphellip 145 ndash 156 (sodno-draselneacute bezolovnateacute)
flintoveacute sklo helliphelliphelliphellip 162 ndash 180 (olovnateacute)
diamant helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 242
Index lomu je vždy většiacute než 100
očniacute čočka hellip 1406
sklivec helliphelliphellip 1336
Odraz světla rovnyacutem zrcadlem (reflexe)
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice dopadu a paprsek odraženyacute
ležiacute v jedneacute rovině
2 Uacutehel odrazu se rovnaacute uacutehlu dopadu
Odraz a lom paprsku
k
Důležiteacute pro mikroskopii (astronomii)
- neniacute zaacutevislost na vlnoveacute deacutelce světla (λ)
- na rozdiacutel od lomu paprsků se světelneacute
paprsky se odraacutežejiacute stejně
Pazourek 1975
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice lomu a paprsek lomenyacute ležiacute v teacuteže rovině
Lom světla (refrakce)
2 Při přechodu z prostřediacute opticky řidšiacuteho do prostřediacute opticky hustšiacuteho se paprsek laacuteme ke kolmici (A)
a z prostřediacute opticky hustšiacuteho
do prostřediacute opticky řidšiacuteho
se laacuteme od kolmice (B)
(C a D) ndash uacuteplnyacute odraz při tzv
mezniacutem uacutehlu dopadu paprsku
v přiacutepadě lomu od kolmice (B)
(viz Nikol odrazneacute hranoly světlovodneacute vlaacutekno nebo fluorescenčniacute metoda TIRFM ndash totaacutelniacute odraz exitačniacuteho zaacuteřeniacute)
Pazourek 1975
Svatyacute Kryštof od
švyacutecarskeacuteho maliacuteře
Konrada Witze (kolem 1400ndash1446)
Witz byl jedniacutem z prvniacutech
maliacuteřů kteryacute namaloval
přesnyacute způsob odrazu
světla na vodě
Disperze (rozklad) světla
= důsledek zaacutevislosti rychlosti světla v laacutetkaacutech na frekvenci světla
(λ = c f)
světlo různyacutech barev (λ)
se laacuteme různě
(červeneacute se lomiacute meacuteně než modreacute)
Přiacuteklad disperze (rozkladu) světla
Primaacuterniacute a sekundaacuterniacute duha Severniacute Čechy Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
D u h a
Jeden z mnoha
optickyacutech
jevů (fotometeorů)
v atmosfeacuteře
Rok 312 nl - před bitvou byzantskeacuteho ciacutesaře Konstantina I (272-337) s
konkurenčniacutem ciacutesařem Maxentiem u bran Řiacutema (tzv bitva u Milvijskeacuteho mostu) se
na obloze objevily tři zaacuteřiacuteciacute křiacuteže (halovyacute sloup parheacutelia a parhelickyacute oblouk)
Konstantin bitvu proti přesile vyhraacutel sjednotil řiacuteši a povolil v niacute vyznaacutevat křesťanstviacute
Maleacute halo (22deg) (viz 1) vedlejšiacute slunce (2) a horniacute a dolniacute halovyacute sloup (3)
vznikajiacuteciacute odrazem a lomem světelnyacutech paprsků na krystalciacutech ledu
Lom světla a dějiny
httptmagazineblogsnytimescom20121126halo-effect_r=0
1
3
2 2
3
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
Index lomu (n) některyacutech laacutetek
vzduch (vakuum) helliphellip 100 (vzduch 10002718)
voda helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 133
plexisklo helliphelliphelliphelliphelliphellip 140 ndash 152
křemenneacute sklo helliphellip hellip 145 (čočka z křemene z Ninive ndash 7 stol přnl)
běžneacute sklo helliphelliphelliphelliphellip 151
cedrovyacute olej helliphelliphelliphelliphellip 151
imerzniacute olej Olympus hellip 1516 pro fluorescenci 1404
kanadskyacute balzaacutem helliphellip 150
krystal NaCl helliphelliphelliphellip 154
korunoveacute sklo helliphelliphelliphellip 145 ndash 156 (sodno-draselneacute bezolovnateacute)
flintoveacute sklo helliphelliphelliphellip 162 ndash 180 (olovnateacute)
diamant helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 242
Index lomu je vždy většiacute než 100
očniacute čočka hellip 1406
sklivec helliphelliphellip 1336
Odraz světla rovnyacutem zrcadlem (reflexe)
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice dopadu a paprsek odraženyacute
ležiacute v jedneacute rovině
2 Uacutehel odrazu se rovnaacute uacutehlu dopadu
Odraz a lom paprsku
k
Důležiteacute pro mikroskopii (astronomii)
- neniacute zaacutevislost na vlnoveacute deacutelce světla (λ)
- na rozdiacutel od lomu paprsků se světelneacute
paprsky se odraacutežejiacute stejně
Pazourek 1975
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice lomu a paprsek lomenyacute ležiacute v teacuteže rovině
Lom světla (refrakce)
2 Při přechodu z prostřediacute opticky řidšiacuteho do prostřediacute opticky hustšiacuteho se paprsek laacuteme ke kolmici (A)
a z prostřediacute opticky hustšiacuteho
do prostřediacute opticky řidšiacuteho
se laacuteme od kolmice (B)
(C a D) ndash uacuteplnyacute odraz při tzv
mezniacutem uacutehlu dopadu paprsku
v přiacutepadě lomu od kolmice (B)
(viz Nikol odrazneacute hranoly světlovodneacute vlaacutekno nebo fluorescenčniacute metoda TIRFM ndash totaacutelniacute odraz exitačniacuteho zaacuteřeniacute)
Pazourek 1975
Svatyacute Kryštof od
švyacutecarskeacuteho maliacuteře
Konrada Witze (kolem 1400ndash1446)
Witz byl jedniacutem z prvniacutech
maliacuteřů kteryacute namaloval
přesnyacute způsob odrazu
světla na vodě
Disperze (rozklad) světla
= důsledek zaacutevislosti rychlosti světla v laacutetkaacutech na frekvenci světla
(λ = c f)
světlo různyacutech barev (λ)
se laacuteme různě
(červeneacute se lomiacute meacuteně než modreacute)
Přiacuteklad disperze (rozkladu) světla
Primaacuterniacute a sekundaacuterniacute duha Severniacute Čechy Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
D u h a
Jeden z mnoha
optickyacutech
jevů (fotometeorů)
v atmosfeacuteře
Rok 312 nl - před bitvou byzantskeacuteho ciacutesaře Konstantina I (272-337) s
konkurenčniacutem ciacutesařem Maxentiem u bran Řiacutema (tzv bitva u Milvijskeacuteho mostu) se
na obloze objevily tři zaacuteřiacuteciacute křiacuteže (halovyacute sloup parheacutelia a parhelickyacute oblouk)
Konstantin bitvu proti přesile vyhraacutel sjednotil řiacuteši a povolil v niacute vyznaacutevat křesťanstviacute
Maleacute halo (22deg) (viz 1) vedlejšiacute slunce (2) a horniacute a dolniacute halovyacute sloup (3)
vznikajiacuteciacute odrazem a lomem světelnyacutech paprsků na krystalciacutech ledu
Lom světla a dějiny
httptmagazineblogsnytimescom20121126halo-effect_r=0
1
3
2 2
3
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
Odraz světla rovnyacutem zrcadlem (reflexe)
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice dopadu a paprsek odraženyacute
ležiacute v jedneacute rovině
2 Uacutehel odrazu se rovnaacute uacutehlu dopadu
Odraz a lom paprsku
k
Důležiteacute pro mikroskopii (astronomii)
- neniacute zaacutevislost na vlnoveacute deacutelce světla (λ)
- na rozdiacutel od lomu paprsků se světelneacute
paprsky se odraacutežejiacute stejně
Pazourek 1975
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice lomu a paprsek lomenyacute ležiacute v teacuteže rovině
Lom světla (refrakce)
2 Při přechodu z prostřediacute opticky řidšiacuteho do prostřediacute opticky hustšiacuteho se paprsek laacuteme ke kolmici (A)
a z prostřediacute opticky hustšiacuteho
do prostřediacute opticky řidšiacuteho
se laacuteme od kolmice (B)
(C a D) ndash uacuteplnyacute odraz při tzv
mezniacutem uacutehlu dopadu paprsku
v přiacutepadě lomu od kolmice (B)
(viz Nikol odrazneacute hranoly světlovodneacute vlaacutekno nebo fluorescenčniacute metoda TIRFM ndash totaacutelniacute odraz exitačniacuteho zaacuteřeniacute)
Pazourek 1975
Svatyacute Kryštof od
švyacutecarskeacuteho maliacuteře
Konrada Witze (kolem 1400ndash1446)
Witz byl jedniacutem z prvniacutech
maliacuteřů kteryacute namaloval
přesnyacute způsob odrazu
světla na vodě
Disperze (rozklad) světla
= důsledek zaacutevislosti rychlosti světla v laacutetkaacutech na frekvenci světla
(λ = c f)
světlo různyacutech barev (λ)
se laacuteme různě
(červeneacute se lomiacute meacuteně než modreacute)
Přiacuteklad disperze (rozkladu) světla
Primaacuterniacute a sekundaacuterniacute duha Severniacute Čechy Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
D u h a
Jeden z mnoha
optickyacutech
jevů (fotometeorů)
v atmosfeacuteře
Rok 312 nl - před bitvou byzantskeacuteho ciacutesaře Konstantina I (272-337) s
konkurenčniacutem ciacutesařem Maxentiem u bran Řiacutema (tzv bitva u Milvijskeacuteho mostu) se
na obloze objevily tři zaacuteřiacuteciacute křiacuteže (halovyacute sloup parheacutelia a parhelickyacute oblouk)
Konstantin bitvu proti přesile vyhraacutel sjednotil řiacuteši a povolil v niacute vyznaacutevat křesťanstviacute
Maleacute halo (22deg) (viz 1) vedlejšiacute slunce (2) a horniacute a dolniacute halovyacute sloup (3)
vznikajiacuteciacute odrazem a lomem světelnyacutech paprsků na krystalciacutech ledu
Lom světla a dějiny
httptmagazineblogsnytimescom20121126halo-effect_r=0
1
3
2 2
3
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
Zaacutekony
1 Paprsek dopadajiacuteciacute kolmice lomu a paprsek lomenyacute ležiacute v teacuteže rovině
Lom světla (refrakce)
2 Při přechodu z prostřediacute opticky řidšiacuteho do prostřediacute opticky hustšiacuteho se paprsek laacuteme ke kolmici (A)
a z prostřediacute opticky hustšiacuteho
do prostřediacute opticky řidšiacuteho
se laacuteme od kolmice (B)
(C a D) ndash uacuteplnyacute odraz při tzv
mezniacutem uacutehlu dopadu paprsku
v přiacutepadě lomu od kolmice (B)
(viz Nikol odrazneacute hranoly světlovodneacute vlaacutekno nebo fluorescenčniacute metoda TIRFM ndash totaacutelniacute odraz exitačniacuteho zaacuteřeniacute)
Pazourek 1975
Svatyacute Kryštof od
švyacutecarskeacuteho maliacuteře
Konrada Witze (kolem 1400ndash1446)
Witz byl jedniacutem z prvniacutech
maliacuteřů kteryacute namaloval
přesnyacute způsob odrazu
světla na vodě
Disperze (rozklad) světla
= důsledek zaacutevislosti rychlosti světla v laacutetkaacutech na frekvenci světla
(λ = c f)
světlo různyacutech barev (λ)
se laacuteme různě
(červeneacute se lomiacute meacuteně než modreacute)
Přiacuteklad disperze (rozkladu) světla
Primaacuterniacute a sekundaacuterniacute duha Severniacute Čechy Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
D u h a
Jeden z mnoha
optickyacutech
jevů (fotometeorů)
v atmosfeacuteře
Rok 312 nl - před bitvou byzantskeacuteho ciacutesaře Konstantina I (272-337) s
konkurenčniacutem ciacutesařem Maxentiem u bran Řiacutema (tzv bitva u Milvijskeacuteho mostu) se
na obloze objevily tři zaacuteřiacuteciacute křiacuteže (halovyacute sloup parheacutelia a parhelickyacute oblouk)
Konstantin bitvu proti přesile vyhraacutel sjednotil řiacuteši a povolil v niacute vyznaacutevat křesťanstviacute
Maleacute halo (22deg) (viz 1) vedlejšiacute slunce (2) a horniacute a dolniacute halovyacute sloup (3)
vznikajiacuteciacute odrazem a lomem světelnyacutech paprsků na krystalciacutech ledu
Lom světla a dějiny
httptmagazineblogsnytimescom20121126halo-effect_r=0
1
3
2 2
3
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
Svatyacute Kryštof od
švyacutecarskeacuteho maliacuteře
Konrada Witze (kolem 1400ndash1446)
Witz byl jedniacutem z prvniacutech
maliacuteřů kteryacute namaloval
přesnyacute způsob odrazu
světla na vodě
Disperze (rozklad) světla
= důsledek zaacutevislosti rychlosti světla v laacutetkaacutech na frekvenci světla
(λ = c f)
světlo různyacutech barev (λ)
se laacuteme různě
(červeneacute se lomiacute meacuteně než modreacute)
Přiacuteklad disperze (rozkladu) světla
Primaacuterniacute a sekundaacuterniacute duha Severniacute Čechy Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
D u h a
Jeden z mnoha
optickyacutech
jevů (fotometeorů)
v atmosfeacuteře
Rok 312 nl - před bitvou byzantskeacuteho ciacutesaře Konstantina I (272-337) s
konkurenčniacutem ciacutesařem Maxentiem u bran Řiacutema (tzv bitva u Milvijskeacuteho mostu) se
na obloze objevily tři zaacuteřiacuteciacute křiacuteže (halovyacute sloup parheacutelia a parhelickyacute oblouk)
Konstantin bitvu proti přesile vyhraacutel sjednotil řiacuteši a povolil v niacute vyznaacutevat křesťanstviacute
Maleacute halo (22deg) (viz 1) vedlejšiacute slunce (2) a horniacute a dolniacute halovyacute sloup (3)
vznikajiacuteciacute odrazem a lomem světelnyacutech paprsků na krystalciacutech ledu
Lom světla a dějiny
httptmagazineblogsnytimescom20121126halo-effect_r=0
1
3
2 2
3
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
Disperze (rozklad) světla
= důsledek zaacutevislosti rychlosti světla v laacutetkaacutech na frekvenci světla
(λ = c f)
světlo různyacutech barev (λ)
se laacuteme různě
(červeneacute se lomiacute meacuteně než modreacute)
Přiacuteklad disperze (rozkladu) světla
Primaacuterniacute a sekundaacuterniacute duha Severniacute Čechy Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
D u h a
Jeden z mnoha
optickyacutech
jevů (fotometeorů)
v atmosfeacuteře
Rok 312 nl - před bitvou byzantskeacuteho ciacutesaře Konstantina I (272-337) s
konkurenčniacutem ciacutesařem Maxentiem u bran Řiacutema (tzv bitva u Milvijskeacuteho mostu) se
na obloze objevily tři zaacuteřiacuteciacute křiacuteže (halovyacute sloup parheacutelia a parhelickyacute oblouk)
Konstantin bitvu proti přesile vyhraacutel sjednotil řiacuteši a povolil v niacute vyznaacutevat křesťanstviacute
Maleacute halo (22deg) (viz 1) vedlejšiacute slunce (2) a horniacute a dolniacute halovyacute sloup (3)
vznikajiacuteciacute odrazem a lomem světelnyacutech paprsků na krystalciacutech ledu
Lom světla a dějiny
httptmagazineblogsnytimescom20121126halo-effect_r=0
1
3
2 2
3
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
Přiacuteklad disperze (rozkladu) světla
Primaacuterniacute a sekundaacuterniacute duha Severniacute Čechy Foto Pavla Vaacutelovaacute 2010
D u h a
Jeden z mnoha
optickyacutech
jevů (fotometeorů)
v atmosfeacuteře
Rok 312 nl - před bitvou byzantskeacuteho ciacutesaře Konstantina I (272-337) s
konkurenčniacutem ciacutesařem Maxentiem u bran Řiacutema (tzv bitva u Milvijskeacuteho mostu) se
na obloze objevily tři zaacuteřiacuteciacute křiacuteže (halovyacute sloup parheacutelia a parhelickyacute oblouk)
Konstantin bitvu proti přesile vyhraacutel sjednotil řiacuteši a povolil v niacute vyznaacutevat křesťanstviacute
Maleacute halo (22deg) (viz 1) vedlejšiacute slunce (2) a horniacute a dolniacute halovyacute sloup (3)
vznikajiacuteciacute odrazem a lomem světelnyacutech paprsků na krystalciacutech ledu
Lom světla a dějiny
httptmagazineblogsnytimescom20121126halo-effect_r=0
1
3
2 2
3
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
Rok 312 nl - před bitvou byzantskeacuteho ciacutesaře Konstantina I (272-337) s
konkurenčniacutem ciacutesařem Maxentiem u bran Řiacutema (tzv bitva u Milvijskeacuteho mostu) se
na obloze objevily tři zaacuteřiacuteciacute křiacuteže (halovyacute sloup parheacutelia a parhelickyacute oblouk)
Konstantin bitvu proti přesile vyhraacutel sjednotil řiacuteši a povolil v niacute vyznaacutevat křesťanstviacute
Maleacute halo (22deg) (viz 1) vedlejšiacute slunce (2) a horniacute a dolniacute halovyacute sloup (3)
vznikajiacuteciacute odrazem a lomem světelnyacutech paprsků na krystalciacutech ledu
Lom světla a dějiny
httptmagazineblogsnytimescom20121126halo-effect_r=0
1
3
2 2
3
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
Foto Pavla Vaacutelovaacute Bukovany 2015 Rozklad světla na CD - světlo žaacuterovky
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
Rozklad biacuteleacuteho světla na mřiacutežce
Pevnost poznaacuteniacute Olomouc 2015
Foto Pavla Vaacutelovaacute Olomouc 2015
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
Ohyb (difrakce) a interference
světla
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
Ohyb (difrakce) a interference
Difrakčniacute obrazec obsahuje světlaacute a tmavaacute miacutesta kteraacute se
střiacutedajiacute - světlaacute miacutesta nazyacutevaacuteme maxima a tmavaacute minima
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
Interference světla = sklaacutedaacuteniacute světelnyacutech vln
Předpoklad světlo musiacute byacutet koherentniacute
Podmiacutenka koherence
- paprsky musiacute miacutet stejnou frekvenci
- paprsky musiacute byacutet navzaacutejem rovnoběžneacute
- paprsky musiacute miacutet na sobě nezaacutevislyacute draacutehovyacute (faacutezovyacute) rozdiacutel
Vznik koherentniacuteho zaacuteřeniacute
rozděleniacutem světla
- buď odrazem pomociacute zrcadel
- nebo lomem pomociacute hranolů
Foto Pavla Vaacutelovaacute Praha 151 2016
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
Interference světla
stejnyacute způsob vlněniacute
(faacuteze je vzaacutejemně posunuta o sudeacute
naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho maxima
(konstruktivniacute interference)
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
Interference světla
asynchronniacute vlněniacute
(vzaacutejemně posunutaacute faacuteze
o licheacute naacutesobky λ2)
vznik interferenčniacuteho
minima
(destruktivniacute interference)
rarr zaacuteřeniacute zanikaacute
rarr zeslabeniacute zaacuteřeniacute
Interference dvou vrstev elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute u Slunce
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
Čočky ndash zaacutekladniacute součaacutesti
mikroskopu
= průhlednaacute (nejčastěji skleněnaacute) tělesa omezenaacute
vypuklyacutemi nebo vydutyacutemi kulovityacutemi plochami lišiacuteciacute se od sveacuteho okoliacute odlišnyacutem indexem lomu
Zaacutekladniacute typy čoček
spojky (vypukleacute neboli konvexniacute)
rozptylky (vyduteacute konkaacutevniacute)
Pazourek 1975
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
Optickaacute osa ( o ) prochaacuteziacute středem čočky
Ohnisko ( F ) - bod do ktereacuteho se soustřeďujiacute paprsky probiacutehajiacuteciacute rovnoběžně s optickou osou
- 2 ohniska - předmětoveacute ohnisko ( F )
obrazoveacute ohnisko ( Facute )
- ohniskovaacute vzdaacutelenost ( f )
vzdaacutelenost ohniska od hlavniacute roviny proloženeacute středem čočky
- dvojnaacutesobnaacute ohniskovaacute vzdaacutelenost ( P Pacute )
Obrazovyacute prostor - prostor v němž vznikaacute obraz
Důležiteacute charakteristiky čočky
f
o
hlavniacute rovina
Pazourek 1975
V přiacutepadě velmi tenkeacute čočky
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
bull Obraz za optickou soustavou
rarr obraz s k u t e č n yacute
Skutečnyacute obraz je možneacute zachytit na stiacuteniacutetko
nebo na fotografickou desku neskutečnyacute nikoliv
bull Obraz před soustavou
rarr obraz n e s k u t e č n yacute (zdaacutenlivyacute virtuaacutelniacute)
Obraz skutečnyacute a neskutečnyacute
A ndash předmět Aacute- obraz předmětu
Upraveno podle Pazourek 1975
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
Francouz Augustin Jean Fresnel (1788-1827) [frenel]
Fresnelova čočka [frenelova]
- plochyacute tvar (zachovaacuteny pouze čaacutesti ktereacute měniacute směr chodu světelnyacutech paprsků)
- vyacuterazně nižšiacute hmotnost při zachovaacuteniacute podobnyacutech parametrů
Využitiacute infračidla pohybu semafory světlomety (majaacuteky) a reflektory (světla aut
divadelniacutech a filmovyacutech osvětlovaciacutech zařiacutezeniacute) zpětneacute projektory slunečniacute kolektory
na zaacutekladě tohoto principu takeacute vyacuteroba 3D displejů k mobilniacutem telefonům a televiziacutem
httpwwwmffcuniczverejnostzpravicky03_lupahtm
čočka na majaacuteku
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
Čočky v budoucnosti
Pokus o vyacuterobu tzv dokonaleacute čočky
Prototyp - upraveneacute tzv Maxwellovo rybiacute oko
- paprsky světla se v něm pohybujiacute po kružniciacutech a
na rozdiacutel od běžnyacutech čoček se při zobrazeniacute využijiacute
všechny paprsky
- superčočky využiacutevajiacute geometrie k tomu aby se světlo
soustředilo do oblasti menšiacute než je jeho vlnovaacute deacutelka
(zatiacutem se neviacute jak do čočky vyhovujiacuteciacutem způsobem
doveacutest světlo)
Využitiacute v budoucnu
mimo jineacute v pozorovaacuteniacute živyacutech buněk při velkeacutem zvětšeniacute
pomociacute obyčejneacuteho světla bez jejich narušeniacute
Viacutece viz Plaacutešek J Mikroskopy se superčočkami httpwwwvesmircz | Vesmiacuter 91 531 zaacuteřiacute 2012
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
Hranoly
- doplňky optickyacutech systeacutemů
- většinou tvar rovnostranneacuteho trojuacutehelniacuteka
- využiacutevajiacute uacuteplneacuteho odrazu
Funkce
- změna chodu paprsků pod různyacutemi uacutehly
- rozdvojeniacute paprsků
Pazourek 1975
Různeacute typy odraznyacutech hranolů
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
Hranoly
Různeacute typy hranolů
httplaserykvalitneczimagestext_25_zakladyoptiky1odrazne_hranolyjpg
Viz dichroickeacute zrcadlo u fluorescenčniacuteho mikroskopu
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
Chod paprsků v binokulaacuterniacutem tubusu
Pazourek 1975
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
Nikol = hranol z islandskeacuteho vaacutepence
rarr polarizace světla
Dvojlomnyacute vaacutepencovyacute
krystal
ř ndash paprsek řaacutednyacute (zanikaacute na začerněneacute ploše)
mř ndash paprsek mimořaacutednyacute (lineaacuterně polarizovanyacute
využit k osvětleniacute)
začerněnaacute plocha
Nikol
Pazourek 1975
vzduchovaacute štěrbina
- rychlost světla je
v různyacutech směrech různaacute
- uacutehel paprsku řaacutedneacuteho a
mimořaacutedneacuteho je odlišnyacute
(u Vikingů - slunečniacute kaacutemen
soacutelarsteinn)
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
Chod paprsků ve světlovodneacutem vlaacuteknu
Princip uacuteplnyacute odraz paprsku
- uvnitř skleněneacuteho vlaacutekna je opticky hustšiacute prostřediacute
- nutnost dostatečně silneacuteho světelneacuteho zdroje
Světlovodnaacute vlaacutekna
Pazourek 1975
Širokeacute využitiacute v praxi optickeacute kabely ndash přenos signaacutelů ve sdělovaciacute technice
světlovody umožňujiacuteciacute veacutest denniacute světlo vedeniacute světla u stereolup endoskopů hellip
