Pohľad na hviezdnu oblohu oddávna vzbudzoval v človekovi údiv. Sústavnejšie pozorovanie oblohy ho viedlo k zamýšľaniu sa nad príčinami pozorovaných javov, k vytváraniu modelov na ich vysvetlenie a postupne až k filozofii vesmíru.
Základné Princípy
Používame cookies, aby sme Vám umožnili pohodlné prehliadanie webu a vďaka analýze prevádzky webu neustále zlepšovali jeho funkcie, výkon a použiteľnosť. Zabávaj sa s fyzikou. Ľudia používajú jednoduché stroje na uľahčenie práce. Ich základným princípom je, že pôsobia menšou silou ale po dlhšej dráhe. Práve dlhšia dráha, ktorú musíme prejsť spôsobuje, že celková mechanická práca vykonaná pomocou jednoduchého stroja zostane rovnaká. To čo majú všetky takéto stroje rovnaké, je ich jednoduchá konštrukcia a jednoduchý princíp použitia.
Vzťah vedy, filozofie a teológie
Pri skúmaní vesmíru sa stretajú filozofia, teológia a prírodné vedy. O niektorých základných filozofických a čiastočne aj teologických (hlavne biblických) otázkach sa hovorí v prvej časti tejto knihy. Otázkami fyzikálnej kozmológie sa zaoberá druhá časť.
Teologické otázky, ako aj postoj katolíckej cirkvi k niektorým otázkam, sú zahrnuté v našej rozprave z dvoch dôvodov: Po prvé náboženstvo bolo počas stáročí neodmysliteľnou súčasťou diskusií o vzniku a zmysle sveta. Myšlienku o Bohu Stvoriteľovi vnášajú do teológie posvätné spisy. Žalmista to napríklad formuloval takto: „Nebesia rozprávajú o sláve Boha a obloha hlása dielo jeho rúk.“ (Ž 19,2) „Veď náš Boh je v nebi a stvoril všetko, čo chcel.“ (Ž 115,3) Podobné myšlienky sa nachádzajú aj v spisoch Konfucia a Lao-cʼeho, ako aj v kázňach Budhu.
Túžba po pravde patrí k samotnej prirodzenosti človeka. Človek má mnohoraké možnosti, aby ju rozvíjal. Filozofia je systematickým rozvinutím lásky k múdrosti. Filozofia vznikla a rozvíja sa odvtedy, odkedy si človek začal klásť otázku o príčine vecí a o ich cieli. Človek hnaný túžbou objaviť posledné príčiny vecí sa zároveň usiluje lepšie pochopiť aj seba samého. Každý filozofický systém uznáva napríklad princíp neprotirečenia a mnohé filozofie aj princípy účelnosti a príčinnosti v prírode.
Osobu chápu ako slobodný a rozumový subjekt, ktorý je schopný poznať pravdu, dobro a Boha ako príčinu existencie. Filozofia postupuje podľa svojich vlastných metód a je zameraná na pravdu o všetkom, čo jestvuje. Prameň jej autonómie spočíva v rozume, ktorý je svojou povahou zameraný na pravdu a je schopný túto pravdu dosahovať. Filozofia posledných desaťročí sa sústreďuje na skúmanie prirodzenosti ľudského poznávania. Rada zdôrazňuje ohraničenosť a podmienenosť schopnosti človeka poznať pravdu. Niekedy zdôrazňuje, že všetky postoje sú rovnocenné, čím sa vytvára nedôvera voči pravde.
Pod pojmom empirická veda rozumieme cestu metodického hľadania pravdy o tom, čo je alebo môže byť experimentálne overené. Dnes máme k dispozícii rozsiahle poznatky o vesmíre z prírodných vied; napríklad fyziky, chémie, astronómie atď. Tieto vedy si všímajú vonkajšie javové stránky hmotného sveta, to, čo môžeme vnímať a merať. Pre prírodné vedy je vždy rozhodujúci pokus. Niečo meriame, pozorujeme súvislosti a na tomto základe si vytvárame rôzne predstavy a teórie o tom, aký je náš svet. Okrem prírodných vied existuje celý rad akademických disciplín, ktoré skúmajú materiálne a duchovné podmienky ľudskej existencie.
Filozofia skúma základné (alebo prvé) princípy všetkého, čo je predmetom skúsenosti človeka, či ide o prírodu alebo o svet duchovna, ideí, myšlienok, pocitov, alebo ľudskej spoločnosti ako takej. Filozofia je disciplína, ktorá skúma najvyššie princípy toho, čo jestvuje, čo môže jestvovať a čo je predmetom ľudskej pozornosti vôbec.
Kozmos v gréčtine znamená poriadok, harmóniu, opak chaosu. Kedysi sa používal pojem kozmológia na označenie filozofickej náuky o materiálnom súcne, čiže ako veda o svete z hľadiska jeho posledných príčin založená na prirodzenom rozumovom poznaní. Pod silnejúcim vplyvom prírodných vied sa kozmologické úvahy o svete postupne začínajú spájať s fyzikou a astronómiou. S rozvojom experimentálnych metód filozofická stránka kozmológie čoraz viac ustupuje jej fyzikálnej stránke. Filozofi niekedy používajú slovo „kozmológia“ ako synonymum filozofie prírody. Samozrejme, myslí sa tým filozofická kozmológia, ktorá vo veľkej miere prekračuje hranice fyzikálnej kozmológie.
Pod filozofickou kozmológiou rozumieme filozofickú disciplínu, ktorá sa zaoberá pôvodom a štruktúrou vesmíru, pokiaľ sa v ňom neuplatňujú špecifické prejavy života a správania živých organizmov. Obe oblasti sa navzájom prelínajú a dopĺňajú, pretože každé vysvetlenie vesmíru predpokladá pojmy ako čas, priestor a zmena. V tejto prvej časti je filozofická kozmológia prepojená s problémami filozofie prírody. V prvej časti vezmeme do úvahy aj historické obdobia vo vývoji vedných disciplín. Počas týchto období nebola dôležitosť týchto disciplín a ich odlíšenie od filozofie vždy jasné. Historický prístup si vyžaduje rozvedenie niektorých teologických a biblických tém, pretože tie stvárňovali svetonázory generácií počas celých stáročí.
Staroveké predstavy o vesmíre
Vesmír vzbudzoval odpradávna údiv ľudí ‒ svetlom Slnka, Mesiaca, hviezd, svojou nesmiernosťou a pravidelnosťou pohybov nebeských telies, ktorú nebolo možné narušiť ľudskými zásahmi. V staroindických rigvédach z obdobia asi 1500 rokov pred Kristom nachádzame stvoriteľskú hymnu. V rokoch 750‒500 pred Kr. vznikajú filozoficky významnejšie staroindické Upanišády. Brahma ‒ tvorivý princíp ‒ stvoril bohov a dal im nadvládu nad svetom. Druhým dôležitým pojmom je átman, čo opisuje osobné „ja“ človeka.
Podobne je orientovaný aj budhizmus, ktorý založil Budha (563‒483 pred Kr.). Jedna z jeho filozofických škôl ‒ sankjá, ponúka akýsi filozofický systém prírody, v ktorom sa jednotlivé pojmy pomerne precízne rozlišujú. Proti sebe sa kladú dva princípy: materiálny aktívny princíp (prakrti) a duchovný pasívny princíp (puruša), ktorý má vedomie. Predmety reálneho sveta vznikajú tak, že sa oba princípy spájajú. Takto sa zároveň rodí aj ľudská schopnosť myslieť, konať a cítiť.
Čínska filozofia je orientovaná skôr prakticky, s dôrazom na čo najvhodnejšie usporiadanie spoločenských vzťahov. V Konfuciovej Knihe premien sa hovorí o prírodných silách ako kombinácii dvoch prvkov: jang ‒ aktívny prvok, svetlo, pohyb, život a prvok jin ‒ pasívny prvok, pokoj a hmota.
Babylonské mýty hovoria, že Zem je plochou rovinou a spočíva na stĺpoch. Zo všetkých strán je obkľúčená morom. Nad Zemou a morom je polguľovitá obloha so Slnkom, Mesiacom a hviezdami. Pokladali ich za božstvá. Keď Slnko a Mesiac prejdú svoju dráhu, zanikajú v mori a na druhý deň sa znovu rodia z mora. Babylonský obraz vesmíru bol predlohou aj pre biblický opis stvorenia sveta. Texty Biblie sú však monoteistické. Babylonské mýty hovoria aj o iných bohoch. Boh Marduk zahubil Tiamat (zosobnenie chaosu) a nastolil poriadok. Myšlienky náboženstva sú takmer vždy sprevádzané vysvetlením existencie a poriadku vo vesmíre.
Grécka filozofia a kozmológia
Grécki filozofi si kládli otázky o prirodzenosti tohto sveta. Jednou z nich bola otázka, z čoho sa skladá vesmír? Čo je jeho konštitutívnym prvkom? Existuje nejaká pralátka, z ktorej je vybudovaný? Druhou otázkou bola otázka o zmene. Sú meniace sa veci menej reálne alebo menej dôležité ako tie stabilné, nemenné? Je zmena reálna? Filozofia sa v hľadaní odpovedí vzďaľovala od mýtických predstáv. Uprednostňovalo sa logické myslenie, hľadanie prvých princípov a príčinné zdôvodňovanie.
Táles Milétsky (624‒547 pred Kr.) pokladal vodu za základný prvok kozmu. Naša zem je ako disk plávajúci na vode. Voda je základom všetkého života. Ak sa trochu zamyslíme nad každodennou skúsenosťou s vodou, môžeme nadobudnúť dojem, že všetky veci možno vysvetliť ako rozličné stupne odparovania alebo akoby zhusťovania vody. Aristoteles o Tálesovi hovorí, že bol pravdepodobne inšpirovaný tým, že vodu (vlhkosť) možno vidieť vo všetkých veciach, v našich životných potrebách aj v rastlinách. Všetky semená obsahujú vlhkosť.
Tálesov žiak Anaximandros z Milétu (610‒545 pred Kr.) predpokladal neurčito (απειρον, apeirón) ako neohraničenú a večnú substanciu. Z tejto substancie všetko pochádza a na konci svojej existencie sa na ňu všetko opäť premieňa. Voda alebo nejaký iný materiálny element nemôže byť prvým a konečným prvkom, pretože každý materiálny element je len jedným z protikladov. Napätie medzi protikladmi si vyžaduje hlbší princíp alebo element, ktorý musí byť neurčitý, lebo predchádza protiklady. Svet, ako ho poznáme, bol formovaný krúživým pohybom (rotáciou), pri ktorom ťažšie elementy (zem a voda) zostali v centre, oheň sa ustálil po obvode a vzduch zostal medzi nimi. Zem nie je disk, ale má tvar cylindra. Zem je podľa neho guľatá a nie je ničím podopretá. Je obklopená nebom, ktoré má tvar gule. Nebeské telesá sa neustále otáčajú. Zemská sféra bola obklopená sférou vody. Nad sférou vody sa nachádza sféra vzduchu, nad ktorou je sféra ohňa.
Anaximenés z Milétu (588‒525 pred Kr.) pokladal za principiálnu pralátku vzduch. Jeho teória sa môže zdať akoby návratom k Tálesovmu spôsobu myslenia. Iste pozoroval, že vzduch obklopuje celý svet a život trvá, len kým dýchame. Novinkou je, že zaviedol pojmy kondenzácie a zrieďovania. Kondenzovaním vzduchu dostávame vietor, oblaky, vodu, zem a kamene. Zrieďovaním vzduchu dochádza k zahrievaniu, ba až k vzniku ohňa. Vzduch je nositeľom ducha a života.
Demokritos si myslel, že svet sa skladá z nestvorených tvrdých, malých, hmotných, ďalej už nedeliteľných čiastočiek ‒ atómov.
Herakleitos z Efezu (540‒480 pred Kr.) hovoril, že všetky veci sú v pohybe. Pripisuje sa mu výrok: pantha rhei (všetko plynie). Stálosť vecí je iba ilúziou. Nič nie je stabilné. Toto nie je však v jeho filozofii to najhlavnejšie. Herakleitos si podobne ako Anaximandros všimol boj protikladov, ale na rozdiel od Anaximandra ten boj alebo napätie pokladá za čosi podstatné pre jednotu (a nie za zdroj neporiadku). Realita je jedna a konflikty protikladov sú podstatným prvkom jej existe...
Optické prístroje
V tejto téme sa budeme zaoberať optickými prístrojmi. Vybral som si túto tému preto, lebo je fascinujúce že pristroj nám môže priblížiť alebo zväčšiť veci ktoré by sme normálne nevideli. Dokonca aj ľudské oko pracuje na princípe optiky. A myslím si že zrak je jeden s najdôležitejších zmyslových organov u človeka. Ale teraz sa nebudeme zaoberať okom z biologického hľadiska ale fyzikálneho hľadiska.
Oko je jeden z najdokonalejších optických prístrojov a aj tak nemôže vidieť veci mikroskopických rozmerov, alebo vzdialená milióny svetelných rokov vo vesmíre. Pravé preto ľudia začali vynaliezať vesmírne ďalekohľady, mikroskopy, lupy a ďalšie prístroje založené na optike. Avšak optika nie je len jedným z fyzikálnych vedných odborov.Je to samostatný odbor, ktorý zjednocuje široké pole optického výskumu vo všetkých prírodných i technických vedách. Optika sa začala pôvodne vyvíjať ako náuka o videní. Euklides (365-300 pred n. l.) sformuloval jednu z prvých teórií videnia, zákon priamočiareho šírenia svetla a na jeho základe i zákon odrazu svetla od zrkadiel.
Rozdelenie optických prístrojov
Optické prístroje rozdeľujeme na dve skupiny:
- zobrazovacie prístroje - patria sem fotografické aparáty, prístroje k premietaniu, okuliare, lupa, mikroskop alebo ďalekohľad.
- laboratórne prístroje - využívajú vlastnosti svetla a jeho interakcie s prostredím k meracím účelom.
Popis základných optických prístrojov
Oko
Oko- Očná šošovka je dvojvypuklá spojná sústava a jej vzdialenosť od sietnice je stála. Na rôzne vzdialené predmety sa zaostruje zmenou jej optickej mohutnosti, čo nazývame akomodácia oka. Akomodačná schopnosť zdravého oka má isté hranice. Vzdialenosť, z ktorej môžeme predmety dlhodobo pozorovať bez väčšej únavy je 250 mm a nazývame ju konvenčná vzdialenosť - d. Množstvo svetla, ktoré dopadá na sietnicu reguluje dúhovka, ktorá slúži ako clona a plynulo sa mení podľa intenzity dopadajúceho svetla. Zadná stena oka je bohato zásobená živinami z krvných vlásočníc a je pokrytá sietnicou. Na sietnici sa nachádzajú bunky citlivé na svetlo - tyčinky (rozlišujú intenzitu svetla) a čapíky (rozlišujú farby).
Veľkosť obrazu na sietnici závisí od veľkosti zorného uhla t, ktorý zvierajú svetelné lúče prechádzajúce optickým stredom šošovky a okrajmi predmetu (obr. 1).
Keďže zrakový vnem oka sa zachováva asi 0,1 s, človek vníma deje okolo seba ako plynulý dej. Táto vlastnosť sa nazýva zotrvačnosť oka a je využitá pri premietaní v kine a v televízií. Ak je tvar oka zmenený, nevytvorí sa ostrý obraz na sietnici, ale napríklad pred sietnicou. Hovoríme, že oko je krátkozraké. Aby takéto oko videlo ostro aj vzdialené predmety, treba zmenšiť jeho optickú mohutnosť, čo sa dá dosiahnuť vhodnou rozptylkou. Ak sa ostrý obraz predmetov vytvára za sietnicou, oko je ďalekozraké.
Okuliare
Dioptrické okuliare - v prípade dioptrických okuliarov sa rozlišujú šošovky:
- pre korekciu krátkozrakosti - krátkozrakosť je refrakčná chyba zraku, pri ktorej sa lúče svetla usmernené očnou šošovkou zbiehajú už pred sietnicou, a na sietnici tak nevzniká ostrý obraz. Jej prejavom je zlá viditeľnosť postihnutého na vzdialené predmety.
- pre korekciu ďalekozrakosti - ďalekozrakosť je chyba oka, pri ktorej sa lúče svetla usmernené očnou šošovkou zbiehajú až za sietnicou, preto na sietnici nevzniká ostrý obraz. Oko minimálne odchýlky dokáže čiastočne kompenzovať akomodáciou šošovky (zmenou mohutnosti). Takto postihnutý človek zle vidí blízke predmety, naopak celkom dobre vidí predmety vzdialené.
- cylindrické šošovky - majú rôznu úroveň korekcie v rôznych rovinách,
- bifokálne a multifokálne - majú rôznu lámavosť v rôznych miestach šošovky. Zvyčajne majú v spodnej časti skiel spojky pre čítanie a v hornej časti slabšie spojky alebo rozptylky pre videnie do diaľky.
- ochranné okuliare - chránia zrak pred mechanickým poškodením, tepelným poškodením alebo žiarením.
- špeciálne okuliare - využívajú sa k sledovaniu 3-D filmov, či kresieb, alebo pre vyvolávanie dojmu virtuálnej reality. Dosahuje sa to odlišnými farbami skiel (červená a zelená alebo modrá - výsledný obraz je potom zdanlivo čiernobiely), alebo tým, že sklá fungujú ako polarizačné filtre s kolmými rovinami polarizácie.
Ďalekohľad
Najčastejšie používaný ďalekohľad je hvezdársky (Keplerov) ďalekohľad. Skladá sa z dvoch spojných šošoviek. Objektív má veľkú ohniskovú vzdialenosť f1 a okulár má malú ohniskovú vzdialenosť f2. Objektív vytvorí skutočný, zmenšený, prevrátený obraz predmetu, ktorý pozorujeme okulárom ako lupou. Dĺžka ďalekohľadu sa približne rovná súčtu ohniskových vzdialeností objektívu a okulára. Zväčšenie ďalekohľadu vypočítame ako podiel ohniskovej vzdialenosti objektívu f1 a okulára f2. Keďže pre praktické použitie je dôležité, aby ďalekohľad sústredil čo najviac svetla, snaha je, aby objektív mal čo najväčší priemer. Výsledný obraz v oku je prevrátený.
Keďže najčastejšie použitie je v astronómii, tam to nevadí, ale na pozorovanie pozemských predmetov vložíme medzi objektív a okulár dva pravouhlé hranoly, ktoré obraz otočia, takže je priamy. Tým sa zároveň aj skráti dĺžka ďalekohľadu. Takto upravený ďalekohľad sa nazýva trieder a používa sa v armáde, pri turistike, v námornej doprave a pod. Poznáme aj iné druhy ďalekohľadov. Napríklad Galileov ďalekohľad má ako objektív spojku a ako okulár rozptylku. Vytvára priamy obraz a dá sa skonštruovať tak, aby mal malé rozmery. Používa sa napr. ako divadelný ďalekohľad. Samostatnú skupinu ďalekohľadov tvoria zrkadlové ďalekohľady (reflektory). Svetlo dopadá na duté zrkadlo a ako okulár je použitá spojná sústava. Keďže zrkadlá nemajú chyby šošoviek a nepohlcujú svetlo, pri konštrukcii väčších ďalekohľadov sa používajú veľmi často.
Fotoaparát
Jeho princíp spočíva v tom, že tmavá komora má na jednom konci otvor (clonu), uzávierku a šošovku (objektív), na druhom zasa kúsok filmu s vrstvou citlivou na svetlo. Uzávierka sa na okamih otvorí, aby svetlo prešlo clonou a šošovka premietne na film prevrátený obraz predmetu. Pri vyvolaní filmu sa dokončia chemické procesy, vyvolané dopadom svetla na film. Priemer clony a čas, po ktorý zostane uzávierka otvorená (rýchlosť uzávierky), sa môžu meniť. Šošovka (objektív) sa zasa môže pohybovať dozadu a dopredu, aby sa zaostrili predmety, umiestnené v rôznej vzdialenosti. V mnohých fotoaparátoch sa tieto parametre nastavujú automaticky.
Malé fotoaparáty majú iba jednu šošovku a oddelený hľadáčik. V jednošošovkových reflexných fotoaparátoch tzv. zrkadlovkách hľadáčik umožňuje, aby fotograf videl predmet priamo cez objektív pomocou zrkadla. To sa po stlačení spúšte na okamih sklopí, aby svetlo dopadlo na film.
V roku 1939 francúzsky maliar Louis Daguerre vytvoril trvalý záznam obrazu na medenú platňu pokrytú vrstvou striebra tzv. daguerrotyp. Ten sa však dal reprodukovať iba tak, že sa znova vyfotografoval. V tom istom roku anglický vedec Henry Fox Talbot z mestečka Lacock Abbey vyvinul negatív, z ktorého sa dalo vyhotoviť akékoľvek množstvo kópii. V r. 1888 George Estman zaviedol ohybný film. Farebný film vivinula firma Kodak v r. Fotografický prístroj a ľudské oko sú si podobné z viacerých hľadísk. Očná guľa má na prednej strane priehľadnú vrstvu rohovky, za ktorou je šošovka. Šošovka zaostruje obraz na zadnú stenu oka - sietnicu, tvorenú sieťou miliónov svetlocitlivých buniek, podobne ako objektív fotografického prístroja zaostruje obraz na film. Pred šošovkou je pigmentovaná dúhovka s okrúhlim otvorom - zrenicou. Priemer zrenice sa môže zväčšovať alebo zmenšovať v závislosti od intenzity vonkajšieho osvetlenia podobne ako fotograf mení veľkosť otvoru v clone.
Lupa a mikroskop
Ak je zorný uhol predmetu veľmi malý, pretože predmet má malé rozmery, nepomôže priblížiť predmet k očnej šošovke, a tak zväčšiť zorný uhol. Oko v tomto prípade nie je schopné vytvoriť ostrý obraz. Riešenie je v tom, že pomocou lupy alebo mikroskopu vytvoríme neskutočný obraz v konvenčnej vzdialenosti aj pri malých vzdialenostiach od oka.
Lupa
Lupa je vlastne spojka s malou ohniskovou vzdialenosťou. Vhodnou polohou šošovky a predmetu dosiahneme (obr. 6), že šošovka vytvorí neskutočný obraz vo vzdialenosti, v ktorej je oko schopné vytvoriť ostrý obraz. Praktické použitie zväčšenia zorného uhla je obmedzené chybami, ktoré pri zobrazovaní vznikajú. Jednoduchá šošovka je použiteľná do šesťnásobného zväčšenia.
Mikroskop
Mikroskop - je optická sústava, zložená z objektívu a okulára. Obe šošovky sú spojky a sú usporiadané tak, aby ich optická os bola spoločná. Objektív má malú ohniskovú vzdialenosť f1 a okulár väčšiu ohniskovú vzdialenosť f2. Predmet umiestnime pred objektív tak, aby vznikol skutočný, prevrátený a zväčšený obraz. Okulár je od objektívu vzdialený tak, aby obraz vytvorený objektívom bol v ohniskovej rovine okulára. Okulár tu slúži ako lupa a vytvorí neskutočný obraz, ktorý je oko schopné pozorovať. Celkové zväčšenie mikroskopu vypočítame ako súčin zväčšení objektívu a okulára (zväčšenia bývajú obyčajne na objektívoch a okulároch uvedené).
tags:
