Прости оптични инструменти.

Лупа

Един от най-простите оптични инструментие лупа - събирателна леща, предназначена за гледане на увеличени изображения на малки обекти. Лещата се доближава до самото око, а обектът се поставя между лещата и основния фокус. Окото ще види виртуално и увеличено изображение на обекта. Най-удобно е да разглеждате обект през лупа с напълно отпуснато око, настроено на безкрайност. За да направите това, обектът се поставя в главната фокална равнина на лещата, така че лъчите, излизащи от всяка точка на обекта, да образуват успоредни лъчи зад лещата. Фигурата показва два такива лъча, идващи от краищата на обекта. Влизайки в адаптираното към безкрайността око, снопове от успоредни лъчи се фокусират върху ретината и дават ясен образ на обекта тук.

Най-простото устройство за визуални наблюдения е лупата. Лупата е събирателна леща с късо фокусно разстояние. Лупата е поставена близо до окото, а разглежданият обект е във фокалната му равнина. Обектът се вижда през лупа под ъгъл.

където h е размерът на обекта. Когато гледате един и същ обект с невъоръжено око, той трябва да бъде поставен на разстоянието за най-добро виждане на нормалното око. Обектът ще се вижда под ъгъл

От това следва, че ъгловото увеличение на лупата е равно на

Обектив с фокусно разстояние 10 см дава увеличение 2,5 пъти.

Фиг. 3. 1 Ефект на лупа: а - обектът се гледа с невъоръжено око от разстоянието на най-добро виждане; b - обектът се гледа през лупа с фокусно разстояние F.

Ъглово увеличение

Окото е много близо до лещата, така че зрителният ъгъл може да се приеме за ъгъл 2β, образуван от лъчите, идващи от краищата на обекта през оптичния център на лещата. Ако нямаше лупа, би трябвало да поставим обекта на най-добро виждане (25 cm) от окото и зрителният ъгъл щеше да бъде равен на 2γ. Разглеждайки правоъгълни триъгълници със страни 25 cm и F cm и обозначаващи половината от обекта Z, можем да напишем:

(3.4)

2β - зрителен ъгъл, когато се наблюдава през лупа;

2γ - зрителен ъгъл, когато се наблюдава с просто око;

F - разстоянието от обекта до лупата;

Z е половината от дължината на въпросния обект.

Имайки предвид, че обикновено се гледа през лупа малки части(и следователно ъглите γ и β са малки), можем да заменим тангентите с ъгли. Така получаваме следния израз за увеличението на лупата:

Следователно, увеличението на лупата е пропорционално на , тоест на нейната оптична сила.

3.2 Микроскоп .

Микроскопът се използва за получаване на голямо увеличение при наблюдение на малки обекти. Увеличено изображение на обект в микроскоп се получава с помощта на оптична система, състоящ се от две късофокусни лещи - обектив О1 и окуляр О2 (фиг. 3.2). Обективът ще създаде наистина обърнато увеличено изображение на обекта. Това междинно изображение се наблюдава от окото през окуляр, чието действие е подобно на това на лупа. Окулярът се позиционира така, че междинното изображение да е във фокалната му равнина; в този случай лъчите от всяка точка на обекта се разпространяват след окуляра в паралелен лъч.

Виртуалният образ на обект, гледан през окуляра, винаги е обърнат с главата надолу. Ако това се окаже неудобно (например при четене дребен шрифт), можете да завъртите самия обект пред обектива. Следователно ъгловото увеличение на микроскопа се счита за положителна стойност.

Както следва от фиг. 3.2, зрителен ъгъл φ на обект, гледан през окуляр в приближението на малки ъгли

Можем приблизително да поставим d ≈ F1 и f ≈ l, където l е разстоянието между обектива и окуляра на микроскопа („дължина на тръбата“). При гледане на същия обект с просто око

В резултат на това формулата за ъгловото увеличение γ на микроскопа приема формата

Един добър микроскоп може да осигури увеличение от няколкостотин пъти. При големи увеличения започват да се появяват дифракционни явления.

В реалните микроскопи лещата и окулярът са сложни оптични системи, в които се елиминират различни аберации.

Телескоп

Телескопите (зрителни тръби) са предназначени за наблюдение на отдалечени обекти. Те се състоят от две лещи - събирателна леща с голямо фокусно разстояние (обектив), обърната към обекта и леща с късо фокусно разстояние (окуляр), обърната към наблюдателя. Има два вида зрителни тръби:

1) Телескоп Kepler, предназначен за астрономически наблюдения. Той дава увеличени обърнати изображения на далечни обекти и поради това е неудобен за наземни наблюдения.

2) Телескопът на Галилей, предназначени за наземни наблюдения, даващи увеличени директни изображения. Окулярът на галилеевия телескоп е разсейваща леща.

На фиг. 15 показва пътя на лъчите в астрономически телескоп. Предполага се, че окото на наблюдателя е акомодирано до безкрайност, така че лъчите от всяка точка на отдалечен обект излизат от окуляра в паралелен лъч. Този път на лъча се нарича телескопичен. В астрономическия телескоп телескопичният път на лъчите се постига при условие, че разстоянието между лещата и окуляра е равно на сумата от техните фокусни разстояния.

Телескоп (телескоп) обикновено се характеризира с ъглово увеличение γ. За разлика от микроскопа, обектите, наблюдавани през телескопа, винаги са отдалечени от наблюдателя. Ако отдалечен обект се вижда с невъоръжено око под ъгъл ψ, а когато се наблюдава през телескоп под ъгъл φ, тогава ъгловото увеличение се нарича отношение

Ъгловото увеличение γ, подобно на линейното увеличение Γ, може да получи знаци плюс или минус в зависимост от това дали изображението е изправено или обърнато. Ъгловото увеличение на астрономическия телескоп на Кеплер е отрицателно, а това на земния телескоп на Галилей е положително.

Ъгловото увеличение на зрителните тръби се изразява чрез фокусни разстояния:

Големите астрономически телескопи използват като лещи сферични огледала, а не лещи. Такива телескопи се наричат ​​рефлектори. Доброто огледало се прави по-лесно; освен това огледалата, за разлика от лещите, нямат хроматична аберация.

В Русия е построен най-големият в света телескоп с диаметър на огледалото 6 м. Трябва да се има предвид, че големите астрономически телескопи са предназначени не само за увеличаване на ъгловите разстояния между наблюдаваните космически обекти, но и за увеличаване на потока от светлинна енергия от слабо светещи обекти.

Нека анализираме схемата и принципа на работа на някои широко използвани оптични устройства.

Камера

Фотоапаратът е устройство, чиято най-важна част е събирателна система от лещи - обективът. При обикновената любителска фотография обектът се намира зад двойно фокусно разстояние, така че изображението ще бъде между фокуса и двойното фокусно разстояние, реално, намалено, обърнато (фиг. 16).

На мястото на това изображение се поставя фотолента или фотоплака (покрити с фоточувствителна емулсия, съдържаща сребърен бромид), обективът се отваря за известно време - филмът се експонира. На него се появява скрито изображение. Попадайки в специален разтвор на проявител, „изложените“ молекули на сребърен бромид се разпадат, бромът се отвежда в разтвора и среброто се освобождава под формата на тъмно покритие върху откритите части на плочата или филма; Колкото повече светлина е изложена на дадена област от филма, толкова по-тъмен ще стане. След проявяване и измиване е необходимо изображението да се фиксира, за което се поставя в разтвор – фиксатор, в който се разтваря неекспониран сребърен бромид и се отстранява от негатива. Резултатът е изображение на това, което е било пред обектива, с пренареждане на нюансите - светлите части стават тъмни и обратно (негатив).

За да се получи положителна снимка, е необходимо да се освети фотографска хартия, покрита със същия сребърен бромид, през негатива за известно време. След като се развие и фиксира, от негатив ще получите негатив, т.е. позитив, в който светлите и тъмните части ще съответстват на светлите и тъмните части на обекта.

За получаване на висококачествено изображение голямо значениеима фокусиране - съчетаване на изображението и филма или плочата. За да направите това, задната стена на старите камери беше направена подвижна, вместо светлочувствителна плоча беше поставена плоча от матово стъкло; премествайки последния, монтираха го на око рязко изображение. След това стъклената пластина беше заменена с фоточувствителна и бяха направени снимки.

Съвременните камери използват прибиращ се обектив, свързан към далекомер за фокусиране. В този случай всички количества, включени във формулата на лещата, остават непроменени, разстоянието между лещата и филма се променя, докато съвпадне с f. За да се увеличи дълбочината на рязкост - разстоянията по главната оптична ос, на които обектите се изобразяват рязко - лещата се апертурира, т.е. нейната бленда се намалява. Но това намалява количеството светлина, навлизащо в устройството, и увеличава необходимото време на експозиция.

Осветеността на изображението, за което източникът на светлина е обективът, е право пропорционална на площта на неговата бленда, която от своя страна е пропорционална на квадрата на диаметъра d2. Осветеността също е обратно пропорционална на квадрата на разстоянието от източника до изображението, в нашия случай почти на квадрата на фокусното разстояние F. Така че осветеността е пропорционална на фракцията, която се нарича апертура на лещата. Корен квадратен от съотношението на диафрагмата се нарича относителна апертура и обикновено се обозначава върху обектива под формата на надпис: . Съвременните камери са оборудвани с редица устройства, които улесняват работата на фотографа и разширяват неговите възможности (автоматично стартиране, набор от лещи с различни фокусни разстояния, експонометри, включително автоматични, автоматично или полуавтоматично фокусиране и др.). Цветната фотография се използва широко. В процес на усвояване - триизмерна фотография.

око

От оптична гледна точка човешкото око е същото като камера. Същото (реално, намалено, обърнато) изображение се създава на задната стена на окото - на фоточувствителното жълто петно, в което са съсредоточени специалните окончания на зрителните нерви - колбички и пръчици. Тяхното стимулиране от светлина се предава на нервите в мозъка и предизвиква усещане за зрение. Окото има леща - леща, диафрагма - зеница, дори капаче на лещата - клепач. В много отношения окото е по-напреднало от съвременните камери. Той се фокусира автоматично чрез измерване на кривината на лещата под действието на очните мускули, т.е. чрез промяна на фокусното разстояние. Автоматична диафрагма - чрез свиване на зеницата при преминаване от тъмна стая към светла. Окото дава цветно изображение, "помни" визуални изображения. Като цяло биолозите и лекарите са стигнали до извода, че окото е част от мозъка, разположена в периферията.

Зрението с две очи ви позволява да видите обект с различни страни, т.е. за осъществяване на триизмерна визия. Експериментално е доказано, че когато се гледа с едно око, картината от 10 м изглежда плоска (с основа - разстоянието между крайните точки на зеницата - равно на диаметъра на зеницата). Гледайки с две очи, виждаме плоска картина от 500 м (основата е разстоянието между оптичните центрове на лещите), тоест можем да определим на око размера на обектите, кой е по-близо или по-далеч и колко по близо.

За да увеличите тази способност, трябва да увеличите основата, това се прави в призматичен бинокъл и в различни видоведалекомери (фиг. 3.5).

Но както всичко в света, дори такова съвършено творение на природата като окото не е без недостатъци. Първо, окото реагира само на видима светлина (и с помощта на зрението възприемаме до 90% от цялата информация). На второ място, окото е податливо на много заболявания, най-честата от които е късогледство - лъчите се приближават до ретината (фиг. 3.6) и далекогледство - остър образ зад ретината (фиг. 3.7).

И в двата случая върху ретината се създава замъглено изображение. Оптиката може да помогне при тези заболявания. В случай на късогледство трябва да изберете подходящи очила с вдлъбнати лещи оптична мощност. При далекогледство, напротив, е необходимо да се помогне на окото да събере лъчите върху ретината, очилата трябва да са изпъкнали и да имат подходяща оптична сила.

Теми на кодификатора на Единния държавен изпит: оптични инструменти.

Както знаем, за да разгледате обект по-подробно, трябва да увеличите зрителния ъгъл. Тогава изображението на обекта върху ретината ще бъде по-голямо, а това ще доведе до дразнене Повече ▼нервни окончания на оптичния нерв; Повече визуална информация ще бъде изпратена до мозъка и ще можем да видим нови детайли на въпросния обект.

Защо зрителният ъгъл е малък? Причините за това са две: 1) самият обект е с малки размери; 2) обектът, макар и доста голям по размери, се намира далече.

Оптични инструменти - Това са устройства за увеличаване на зрителния ъгъл. За изследване на малки предмети се използват лупа и микроскоп. За гледане на отдалечени обекти се използват зрителни тръби (както и бинокли, телескопи и др.).

Невъоръжено око.

Започваме с гледане на малки предмети с просто око. По-нататък окото се счита за нормално. Спомнете си, че нормалното око в отпуснато състояние фокусира паралелен лъч светлина върху ретината, а разстоянието на най-добро виждане за нормално око е cm.

Нека малък предмет с големина да се намира на най-добро виждане от окото (фиг. 1). На ретината се появява обърнат образ на обект, но, както си спомняте, този образ след това се обръща втори път в мозъчната кора и в резултат на това ние виждаме обекта нормално - не с главата надолу.

Поради малкия размер на обекта, зрителният ъгъл също е малък. Нека припомним, че малкият ъгъл (в радиани) почти не се различава от неговия тангенс: . Ето защо:

. (1)

Ако rразстояние от оптичния център на окото до ретината, тогава размерът на изображението върху ретината ще бъде равен на:

. (2)

От (1) и (2) имаме също:

. (3)

Както знаете, диаметърът на окото е около 2,5 см, така че . Следователно от (3) следва, че при гледане на малък обект с просто око, изображението на обекта върху ретината е приблизително 10 пъти по-малко от самия обект.

Лупа.

Можете да увеличите изображението на обект върху ретината с помощта на лупа.

Лупа - това е просто събирателна леща (или система от лещи); фокусно разстояниеЛупите обикновено варират от 5 до 125 mm. Обект, наблюдаван през лупа, се поставя в неговата фокална равнина (фиг. 2). В този случай лъчите, излизащи от всяка точка на обекта, стават успоредни след преминаване през лупата и окото ги фокусира върху ретината, без да изпитва напрежение.

Сега, както виждаме, зрителният ъгъл е равен на . Тя също е малка и приблизително равна на тангентата си:

. (4)

Размер лизображението на ретината сега е равно на:

. (5)

или, като се вземе предвид (4):

. (6)

Както на фиг. 1, червената стрелка на ретината също е насочена надолу. Това означава, че (като вземем предвид вторичното обръщане на образа от нашето съзнание) през лупа виждаме непревърнат образ на обекта.

Лупа е съотношението на размера на изображението при използване на лупа към размера на изображението при гледане на обект с просто око:

. (7)

Замествайки тук изрази (6) и (3), получаваме:

. (8)

Например, ако фокусното разстояние на лупа е 5 cm, тогава нейното увеличение е . Когато се гледа през такава лупа, обектът изглежда пет пъти по-голям, отколкото когато се гледа с невъоръжено око.
Нека също заместим отношения (5) и (2) във формула (7):

По този начин увеличението на лупа е ъглово увеличение: то е равно на съотношението на зрителния ъгъл при гледане на обект през лупа към зрителния ъгъл при гледане на този обект с невъоръжено око.

Обърнете внимание, че увеличението на лупа е субективна стойност - в крайна сметка стойността във формула (8) е разстоянието на най-добро виждане за нормално око. В случай на късогледство или далекогледство, разстоянието на най-добро виждане ще бъде съответно по-малко или по-голямо.

От формула (8) следва, че колкото по-малко е фокусното разстояние, толкова по-голямо е увеличението на лупата. Намаляването на фокусното разстояние на събирателна леща се постига чрез увеличаване на кривината на пречупващите повърхности: лещата трябва да стане по-изпъкнала и по този начин да намали размера си. Когато увеличението достигне 40–50, размерът на лупата става няколко милиметра. При още по-малък размер на лупата ще стане невъзможно използването й, поради което се счита за горната граница на увеличението на лупата.

Микроскоп.

В много случаи (например в биологията, медицината и др.) е необходимо да се наблюдават малки обекти с увеличение от няколкостотин. Лупата не е достатъчна, затова хората прибягват до микроскоп.

Микроскопът съдържа две събирателни лещи (или две системи от такива лещи) - обектив и окуляр. Лесно е да запомните: лещата е обърната към обекта, а окулярът е обърнат към окото (окото).

Идеята за микроскоп е проста. Гледаният обект е между фокуса и двойния фокус на лещата, така че лещата създава увеличено (истински обърнато) изображение на обекта. Това изображение се намира във фокалната равнина на окуляра и след това се гледа през окуляра като през лупа. В резултат на това е възможно да се постигне крайно увеличение, което е много по-голямо от 50.

Пътят на лъчите в микроскоп е показан на фиг. 3.

Обозначенията на фигурата са ясни: - фокусно разстояние на обектива - фокусно разстояние на окуляра - размер на обекта; - размерът на изображението на обекта, създадено от лещата. Разстоянието между фокалните равнини на лещата и окуляра се нарича дължина на оптичната тръбамикроскоп

Моля, обърнете внимание, че червената стрелка на ретината е насочена нагоре. Мозъкът ще го обърне за втори път и в резултат на това обектът ще изглежда обърнат с главата надолу, когато се гледа през микроскоп. За да не се случи това, микроскопът използва междинни лещи, които допълнително обръщат изображението.

Увеличението на микроскопа се определя по същия начин, както при лупата: . Тук, както по-горе, и са размерът на изображението върху ретината и зрителният ъгъл при гледане на обект през микроскоп и са същите стойности при гледане на обект с просто око.

Все още имаме , а ъгълът, както се вижда от фиг. 3 е равно на:

Разделяйки на , получаваме за увеличение на микроскопа:

. (9)

Това, разбира се, не е окончателната формула: тя съдържа и (стойности, свързани с обекта), но бих искал да видя характеристиките на микроскопа. Ние ще премахнем ненужната връзка с помощта на формулата на лещата.
Първо, нека отново да разгледаме фиг. 3 и използвайте прилика правоъгълни триъгълницис червени крака и:

Ето разстоянието от изображението до лещата, - а- разстояние от обекта чкъм обектива. Сега използваме формулата на лещата за лещата:

от което получаваме:

и заместваме този израз в (9):

. (10)

Това е крайният израз за увеличението, дадено от микроскоп. Например, ако фокусното разстояние на лещата е cm, фокусното разстояние на окуляра е cm, а оптичната дължина на тръбата е cm, тогава съгласно формула (10)

Сравнете това само с увеличението на лещата, което се изчислява по формула (8):

Увеличението на микроскопа е 10 пъти по-голямо!

Сега преминаваме към обекти, които са доста големи, но са твърде далеч от нас. За по-доброто им разглеждане се използват зрителни тръби - телескопи, бинокли, телескопи и др.

Обективът на телескопа е събирателна леща (или система от лещи) с достатъчно голямо фокусно разстояние. Но окулярът може да бъде или събирателна, или разсейваща леща. Съответно има два вида зрителни тръби:

Кеплерова тръба - ако окулярът е събирателна леща;
- Галилеева тръба - ако окулярът е разсейваща леща.

Нека да разгледаме по-отблизо как работят тези зрителни тръби.

Кеплерова тръба.

Принципът на работа на тръбата на Kepler е много прост: лещата създава изображение на отдалечен обект в неговата фокална равнина и след това това изображение се гледа през окуляра като през лупа. Така задната фокална равнина на лещата съвпада с предната фокална равнина на окуляра.

Пътят на лъчите в тръбата на Кеплер е показан на фиг. 4 .

Ориз. 4

Обектът е далечна стрелка, сочеща вертикално нагоре; не е показано на фигурата. Лъчът от точката преминава по главната оптична ос на лещата и окуляра. От точката излизат два лъча, които поради разстоянието на обекта могат да се считат за успоредни.

В резултат на това изображението на нашия обект, дадено от лещата, се намира във фокалната равнина на лещата и е реално, обърнато и намалено. Да обозначим размера на изображението.

Невъоръжено окообектът се вижда под ъгъл. Според фиг. 4:

, (11)

където е фокусното разстояние на лещата.

Виждаме изображението на обекта през окуляра под ъгъл, равен на:

, (12)

където е фокусното разстояние на окуляра.

Увеличение на телескопа е съотношението на зрителния ъгъл при наблюдение през тръба към зрителния ъгъл при наблюдение с невъоръжено око:

Съгласно формули (12) и (11) получаваме:

(13)

Например, ако фокусното разстояние на обектива е 1 m, а фокусното разстояние на окуляра е 2 cm, тогава увеличението на телескопа ще бъде равно на: .

Пътят на лъчите в тръбата на Кеплер е по същество същият като в микроскоп. Изображението на обекта върху ретината също ще бъде стрелка, насочена нагоре, и следователно в тръбата на Кеплер ще видим обекта с главата надолу. За да се избегне това, в пространството между лещата и окуляра се поставят специални опаковъчни системи от лещи или призми, които отново обръщат изображението.

Тръбата на Галилей.

Галилей изобретява своя телескоп през 1609 г. и неговите астрономически открития шокират съвременниците му. Той откри спътниците на Юпитер и фазите на Венера, видя лунния релеф (планини, падини, долини) и петна по Слънцето и привидно твърдо млечен пътсе оказа струпване на звезди.

Окулярът на Галилеевия телескоп е разсейваща леща; Задната фокална равнина на обектива съвпада със задната фокална равнина на окуляра (фиг. 5).

Ориз. 5.

ОПТИЧНИ ИНСТРУМЕНТИ,устройства, в които излъчването от всяка област на спектъра (ултравиолетово, видимо, инфрачервено) се трансформира (предава, отразява, пречупва, поляризира). Отдаване на почит историческа традиция, оптичните устройства обикновено се наричат ​​устройства, работещи в Видима светлина. При първоначалната оценка на качеството на дадено устройство се разглеждат само основните му характеристики: способност за концентриране на лъчение - светлосила; способност за разграничаване на съседни детайли на изображението - разделителна способност; съотношението на размера на обекта и неговото изображение - увеличение. За много устройства определящата характеристика е зрителното поле - ъгълът, под който видимите обекти се виждат от центъра на устройството. крайни точкипредмет.

Разрешителна власт.

Способността на устройството да прави разлика между две близки точки или линии се дължи на вълновата природа на светлината. Числената стойност на разделителната способност на, например, система от лещи зависи от способността на дизайнера да се справи с аберациите на лещите и внимателно да центрира тези лещи на една и съща оптична ос. Теоретичната граница на разделителната способност на две съседни изобразени точки се определя като равенството на разстоянието между техните центрове на радиуса на първия тъмен пръстен от тяхната дифракционна картина.

Нараства.

Ако обектът е дълъг зе перпендикулярна на оптичната ос на системата и дължината на нейното изображение з΄, след това увеличението мопределена по формулата м = з΄/ з. Увеличението зависи от фокусните разстояния и взаимното разположение на лещите; Има съответни формули за изразяване на тази зависимост. Важна характеристикаустройства за визуално наблюдение е видимо увеличение М. Определя се от съотношението на размера на изображенията на обект, които се образуват върху ретината на окото при директно наблюдение на обекта и гледането му през устройство. Обикновено видимо увеличение Мизразено чрез отношение М= tg b/tg а, Където а- ъгълът, под който наблюдателят вижда обекта с просто око, и b- ъгълът, под който окото на наблюдателя вижда обекта през устройството.

Ако искате да създадете висококачествено оптично устройство, трябва да оптимизирате набор от основните му характеристики - съотношение на диафрагмата, разделителна способност и увеличение. Не можете да направите добър телескоп, например, като постигнете само голямо видимо увеличение и оставите съотношението на диафрагмата (апертурата) малко. Ще има лоша разделителна способност, тъй като зависи пряко от блендата.

Конструкциите на оптичните устройства са много разнообразни, а характеристиките им са продиктувани от предназначението на конкретните устройства. Но при внедряването на всяка проектирана оптична система в готово оптико-механично устройство е необходимо всички оптични елементи да се подредят в строго съответствие с приетата схема, да се закрепят надеждно, да се осигури прецизно регулиране на позицията на движещите се части и да се поставят диафрагми, за да се елиминира нежелана фонова разсеяна радиация. Често е необходимо да се поддържат определени стойности на температурата и влажността вътре в устройството, да се сведат до минимум вибрациите, да се нормализира разпределението на теглото и да се осигури отстраняване на топлината от лампи и друго спомагателно електрическо оборудване. Дадена е стойност външен видустройство и лекота на работа.

Микроскопи.

Ако обект, разположен зад лещата не по-далеч от неговата фокусна точка, се гледа през положителна (сбираща) леща, тогава се вижда увеличено виртуално изображение на обекта. Такава леща е обикновен микроскоп и се нарича лупа или лупа. От диаграмата на фиг. 1 можете да определите размера на увеличеното изображение. Когато окото е настроено на паралелен лъч светлина (образът на обекта е на неопределено голямо разстояние, което означава, че обектът е разположен във фокалната равнина на лещата), видимо увеличение Мможе да се определи от връзката (фиг. 1):

М= tg b/tg а = (з/f)/(з/v) = v/f,

Телескопи.

Телескопът увеличава видимия размер на отдалечените обекти. Най-простата верига на телескопа включва две положителни лещи (фиг. 2). Лъчи от далечен обект, успореден на оста на телескопа (лъчи аИ ° Сна фиг. 2), се събират в задния фокус на първата леща (обектив). Втората леща (окуляр) се отстранява от фокалната равнина на лещата на нейното фокусно разстояние и лъчите аИ ° Сизлезте отново успоредно на оста на системата. Някакъв лъч b, излъчвани от точки, различни от тези на обекта, от който идват лъчите аИ ° С, пада под ъгъл акъм оста на телескопа, преминава през предния фокус на лещата и след него върви успоредно на оста на системата. Окулярът го насочва към задния му фокус под ъгъл b. Тъй като разстоянието от предния фокус на лещата до окото на наблюдателя е незначително в сравнение с разстоянието до обекта, тогава от диаграмата на фиг. 2 можем да получим израз за видимото увеличение Мтелескоп:

М= -tg b/tg а = -Е/fили Е/f).

Отрицателен знак показва, че изображението е с главата надолу. В астрономическите телескопи остава така; Телескопите за наблюдение на земни обекти използват инвертираща система за гледане на нормални, а не обърнати изображения. Обгръщащата система може да включва допълнителни лещи или, както при биноклите, призми.

Бинокъл.

Бинокулярният телескоп, обикновено наричан бинокъл, е компактен инструмент за наблюдение с двете очи едновременно; увеличението му обикновено е от 6 до 10 пъти. Бинокълът използва двойка обвиващи системи (най-често Porro), всяка от които включва две правоъгълни призми (с основа на 45°), ориентирани една към друга с правоъгълни ръбове. За да се получи голямо увеличение в широко зрително поле без аберации на обектива и следователно значителен зрителен ъгъл (6-9°), бинокълът се нуждае от много висококачествен окуляр, по-усъвършенстван от телескоп с тесен зрителен ъгъл. Окулярът на бинокъла осигурява фокусиране на изображението, а при корекция на зрението - скалата му е отбелязана в диоптри. Освен това при бинокъла позицията на окуляра се настройва спрямо разстоянието между очите на наблюдателя. Обикновено биноклите са етикетирани според тяхното увеличение (кратно) и диаметър на лещата (в милиметри), напр.

8х40 или 7х50.

Оптичните инструменти ни помагат да изследваме Светът. Телескопът ви позволява да откриете и изследвате очертанията и детайлите на далечни космически тела, а микроскопът разкрива тайните на нашата планета, като например структурата на живите клетки.

Нашите очи са по същество оптични инструменти. Когато гледаме обект, система от лещи, разположена в предната част на всяко око, формира негов образ върху ретината, слой от дъното на окото, съдържащ приблизително 125 милиона светлочувствителни клетки. Светлината, попадаща върху ретината, кара клетките да изпращат електрически нервен сигнал към мозъка, което ни позволява да възприемаме обект визуално.

Освен това очите имат система за регулиране на яркостта. При ярка светлина зеницата инстинктивно се свива, намалявайки яркостта на изображението до приемливо ниво. При слаба светлина зеницата се разширява, увеличавайки яркостта на изображението.

Как работи обективът?

Системата от лещи на окото се състои от изпъкнала леща, лещата и изпълнена с течност извита мембрана пред нея, наречена роговица. Роговицата осигурява четири пети от целия процес на фокусиране. Фината настройка се извършва от лещата, чиято повърхностна кривина се променя от мускулен пръстен (капсула), разположен около нея. Когато окото не може да приеме необходимата форма, обикновено поради проблеми в тези мускули, изображенията на видимите обекти стават замъглени.

Най-честата зрителна недостатъчност е невъзможността за фокусиране на изображения върху ретината отделни елементи. Ако системата от лещи на окото е твърде силна, с други думи, ако е много изпъкнала, тогава далечните обекти ще се размазват, но близките ще създават ясни изображения. Хората с това разстройство се наричат ​​късогледи. Ако изпъкналостта на лещата е недостатъчна, близките обекти ще се замъглят, но изображенията на далечни обекти ще останат ясни. Хората с този тип зрение се наричат ​​далекогледи. И двете нарушения могат да бъдат коригирани чрез носене на очила или контактни лещи. Късогледите хора носят очила с вдлъбнати стъкла (по-тънки в средата), които позволяват на очите им да фокусират отдалечени обекти. Далекогледите хора носят очила с изпъкнали стъкла (дебели в центъра).

Нараства

Силните изпъкнали лещи често се използват като лупи. Първите увеличителни устройства са използвани преди около 2000 години. Древни гръцки и римски документи описват как кръгъл стъклен съд, пълен с вода, може да се използва за уголемяване на предмети. Лещите, направени изцяло от стъкло, се появяват много по-късно и вероятно са били използвани за първи път през 11 век от монаси, работещи върху ръкописи. В края на 13-ти век лупи с малко увеличение вече се използват в очила за коригиране на далекогледство. Но техниката за създаване на вдлъбнати лещи за коригиране на късогледството е изобретена едва в началото на 15 век.

Телескопи

Когато бяха въведени увеличителните стъкла, хората естествено се опитаха да използват две стъкла вместо едно, за да получат още по-голямо увеличение. Експериментално е установено, че на определено разстояние между лещите може да се види далечен обект със значително увеличение. Това разположение на лещите послужи като основа за създаването на първия телескоп, който по това време се наричаше зрителна тръба. Изобретяването на това устройство понякога се приписва на английския философ и натуралист Роджър Бейкън от 13-ти век. Но може би дланта принадлежи на арабските учени.

Рефрактор Галилео

Телескопът, създаден през 1608 г. от холандския оптик Ханс Липершей, привлича вниманието на италианския учен Галилей. За кратко време ученият подобри дизайна на Lippershey и създаде няколко тръби с подобрени характеристики. С тяхна помощ той прави редица открития, включително планини и долини на Луната, както и четирите луни на Юпитер.

Откритията на Галилей показаха важността на телескопа и типът инструмент, който използва, стана известен като телескопа Галилей. Изпъкналата леща на неговия обектив събираше светлина от наблюдавания обект. А вдлъбнатата леща на окуляра отклоняваше светлинните лъчи по такъв начин, че те създаваха увеличено директно изображение. Лещите бяха монтирани в тръби, едната от които (с по-малък диаметър) се плъзгаше в другата. Това направи възможно регулирането на разстоянието между лещите, като същевременно се получи ясно изображение.

Оптичните инструменти ни помагат да изследваме света около нас. Телескопът ви позволява да откриете и изследвате очертанията и детайлите на далечни космически тела, а микроскопът разкрива тайните на нашата планета, като например структурата на живите клетки.

Нашите очи са по същество оптични инструменти. Когато гледаме обект, система от лещи, разположена в предната част на всяко око, формира негов образ върху ретината, слой от дъното на окото, съдържащ приблизително 125 милиона светлочувствителни клетки. Светлината, попадаща върху ретината, кара клетките да изпращат електрически нервен сигнал към мозъка, което ни позволява да възприемаме обект визуално.

Освен това очите имат система за регулиране на яркостта. При ярка светлина зеницата инстинктивно се свива, намалявайки яркостта на изображението до приемливо ниво. При слаба светлина зеницата се разширява, увеличавайки яркостта на изображението.

Как работи обективът?

Системата от лещи на окото се състои от изпъкнала леща, лещата и изпълнена с течност извита мембрана пред нея, наречена роговица. Роговицата осигурява четири пети от целия процес на фокусиране. Фината настройка се извършва от лещата, чиято повърхностна кривина се променя от мускулен пръстен (капсула), разположен около нея. Когато окото не може да приеме необходимата форма, обикновено поради проблеми в тези мускули, изображенията на видимите обекти стават замъглени.

Най-честата зрителна недостатъчност е невъзможността да се фокусират изображения на отделни обекти върху ретината. Ако системата от лещи на окото е твърде силна, с други думи, ако е много изпъкнала, тогава далечните обекти ще се размазват, но близките ще създават ясни изображения. Хората с това разстройство се наричат ​​късогледи. Ако изпъкналостта на лещата е недостатъчна, близките обекти ще се замъглят, но изображенията на далечни обекти ще останат ясни. Хората с този тип зрение се наричат ​​далекогледи. И двете нарушения могат да бъдат коригирани чрез носене на очила или контактни лещи. Късогледите хора носят очила с вдлъбнати стъкла (по-тънки в средата), които позволяват на очите им да фокусират отдалечени обекти. Далекогледите хора носят очила с изпъкнали стъкла (дебели в центъра).

Нараства

Силните изпъкнали лещи често се използват като лупи. Първите увеличителни устройства са използвани преди около 2000 години. Древни гръцки и римски документи описват как кръгъл стъклен съд, пълен с вода, може да се използва за уголемяване на предмети. Лещите, направени изцяло от стъкло, се появяват много по-късно и вероятно са били използвани за първи път през 11 век от монаси, работещи върху ръкописи. В края на 13-ти век лупи с малко увеличение вече се използват в очила за коригиране на далекогледство. Но техниката за създаване на вдлъбнати лещи за коригиране на късогледството е изобретена едва в началото на 15 век.

Телескопи

Когато бяха въведени увеличителните стъкла, хората естествено се опитаха да използват две стъкла вместо едно, за да получат още по-голямо увеличение. Експериментално е установено, че на определено разстояние между лещите може да се види далечен обект със значително увеличение. Това разположение на лещите послужи като основа за създаването на първия телескоп, който по това време се наричаше зрителна тръба. Изобретяването на това устройство понякога се приписва на английския философ и натуралист Роджър Бейкън от 13-ти век. Но може би дланта принадлежи на арабските учени.

Рефрактор Галилео

Телескопът, създаден през 1608 г. от холандския оптик Ханс Липершей, привлича вниманието на италианския учен Галилей. За кратко време ученият подобри дизайна на Lippershey и създаде няколко тръби с подобрени характеристики. С тяхна помощ той прави редица открития, включително планини и долини на Луната, както и четирите луни на Юпитер.

Откритията на Галилей показаха важността на телескопа и типът инструмент, който използва, стана известен като телескопа Галилей. Изпъкналата леща на неговия обектив събираше светлина от наблюдавания обект. А вдлъбнатата леща на окуляра отклоняваше светлинните лъчи по такъв начин, че те създаваха увеличено директно изображение. Лещите бяха монтирани в тръби, едната от които (с по-малък диаметър) се плъзгаше в другата. Това направи възможно регулирането на разстоянието между лещите, като същевременно се получи ясно изображение.

Галилеевият телескоп работи на принципа на пречупване (огъване) на светлината и затова е известен също като пречупващ телескоп. Друг вид рефракционен телескоп се характеризира с изпъкналост на двете лещи. Този дизайн създава увеличено, но обърнато изображение и е известен като астрономически телескоп.

Нютон рефлектор

Един основен проблем с ранните пречупващи телескопи беше дефектът на лещата, наречен хроматична аберация, който причиняваше появата на нежелани цветни ореоли около изображенията. За да се отстрани този недостатък, англ учен ИсакНютон проектира рефлекторен телескоп през 1660-те. За да концентрира светлинните лъчи и да създаде изображение, той използва вдлъбнато огледало вместо обективна леща, която не образува цветни ореоли. Плоско огледало отразява светлината в изпъкнала леща на окуляра, монтирана отстрани на основната тръба. Този тип инструмент е известен като Нютонов телескоп.

Микроскопи

Лупапонякога се нарича прост микроскоп, защото се използва при наблюдение на малки обекти.

Сложният микроскоп се състои от две изпъкнали лещи. Обективът създава увеличено изображение, което след това се увеличава отново от лещата на окуляра. Като в астрономически телескоп, това изображение е с главата надолу. Много съставни микроскопи имат набор от обективни лещи с различна степен на увеличение.