Jednoduché optické prístroje.

Lupa

Jeden z najjednoduchších optické prístroje je zväčšovacie sklo – zbiehavá šošovka určená na prezeranie zväčšených obrázkov malých predmetov. Šošovka sa priblíži k samotnému oku a objekt sa umiestni medzi šošovku a hlavné ohnisko. Oko uvidí virtuálny a zväčšený obraz objektu. Najpohodlnejšie je skúmať predmet cez lupu úplne uvoľneným okom, nastaveným do nekonečna. Za týmto účelom sa objekt umiestni do hlavnej ohniskovej roviny šošovky tak, aby lúče vychádzajúce z každého bodu objektu vytvárali paralelné lúče za šošovkou. Na obrázku sú dva takéto lúče vychádzajúce z okrajov objektu. Pri vstupe do oka akomodovaného nekonečna sa lúče paralelných lúčov sústreďujú na sietnicu a poskytujú tu jasný obraz objektu.

Najjednoduchším zariadením na vizuálne pozorovanie je lupa. Lupa je zbiehavá šošovka s krátkou ohniskovou vzdialenosťou. Lupa je umiestnená blízko oka a uvažovaný objekt je v jeho ohniskovej rovine. Objekt je viditeľný cez lupu pod uhlom.

kde h je veľkosť objektu. Pri pozorovaní toho istého predmetu voľným okom by mal byť umiestnený vo vzdialenosti najlepšieho videnia normálneho oka. Objekt bude videný pod uhlom

Z toho vyplýva, že uhlové zväčšenie lupy sa rovná

Objektív s ohniskovou vzdialenosťou 10 cm poskytuje 2,5-násobné zväčšenie.

Obr. 3. 1 Účinok lupy: a - objekt sa pozerá voľným okom zo vzdialenosti najlepšieho videnia; b - objekt sa pozerá cez lupu s ohniskovou vzdialenosťou F.

Uhlové zväčšenie

Oko je veľmi blízko šošovky, takže uhol pohľadu možno považovať za uhol 2β, ktorý tvoria lúče prichádzajúce z okrajov objektu cez optický stred šošovky. Ak by neexistovala lupa, museli by sme objekt umiestniť do vzdialenosti najlepšieho videnia (25 cm) od oka a zorný uhol by sa rovnal 2γ. Ak vezmeme do úvahy pravouhlé trojuholníky so stranami 25 cm a F cm a označujúce polovicu objektu Z, môžeme napísať:

(3.4)

2β - zorný uhol pri pozorovaní cez lupu;

2γ - zorný uhol, pri pozorovaní voľným okom;

F - vzdialenosť od objektu k lupe;

Z je polovica dĺžky predmetného objektu.

Berúc do úvahy, že sa zvyčajne pozerá cez lupu malé časti(a preto sú uhly γ a β malé), môžeme dotyčnice nahradiť uhlami. Získame teda nasledujúci výraz pre zväčšenie lupy:

V dôsledku toho je zväčšenie lupy úmerné , teda jej optickej mohutnosti.

3.2 Mikroskop .

Mikroskop sa používa na získanie veľkých zväčšení pri pozorovaní malých predmetov. Zväčšený obraz objektu v mikroskope sa získa pomocou optický systém, pozostávajúci z dvoch šošoviek s krátkym ohniskom - objektívu O1 a okuláru O2 (obr. 3.2). Objektív vytvorí skutočne prevrátený zväčšený obraz objektu. Tento medziobraz je pozorovaný okom cez okulár, ktorého činnosť je podobná ako pri lupe. Okulár je umiestnený tak, že medziobraz je v jeho ohniskovej rovine; v tomto prípade sa lúče z každého bodu objektu šíria za okulárom v rovnobežnom lúči.

Virtuálny obraz objektu pozorovaného cez okulár je vždy hore nohami. Ak sa to ukáže ako nepohodlné (napríklad pri čítaní malým písmom), môžete otočiť samotný objekt pred objektívom. Preto sa uhlové zväčšenie mikroskopu považuje za kladnú hodnotu.

Ako vyplýva z obr. 3.2, uhol pohľadu φ objektu pozorovaného cez okulár v aproximácii malých uhlov

Môžeme približne stanoviť d ≈ F1 a f ≈ l, kde l je vzdialenosť medzi objektívom a okulárom mikroskopu („dĺžka tubusu“). Pri pohľade na ten istý predmet voľným okom

Výsledkom je, že vzorec pre uhlové zväčšenie γ mikroskopu nadobúda tvar

Dobrý mikroskop dokáže poskytnúť niekoľko stonásobné zväčšenie. Pri veľkých zväčšeniach sa začínajú objavovať difrakčné javy.

V skutočných mikroskopoch sú šošovka a okulár zložité optické systémy, v ktorých sú eliminované rôzne aberácie.

Teleskop

Teleskopy (pozorovacie ďalekohľady) sú určené na pozorovanie vzdialených objektov. Pozostávajú z dvoch šošoviek – zbiehavej šošovky s dlhou ohniskovou vzdialenosťou (objektív) smerujúcej k objektu a šošovky s krátkou ohniskovou vzdialenosťou (okulár) smerujúcej k pozorovateľovi. Existujú dva typy pozorovacích ďalekohľadov:

1) Keplerov ďalekohľad, určený na astronomické pozorovania. Poskytuje zväčšené prevrátené obrazy vzdialených objektov, a preto je pre pozemské pozorovania nepohodlný.

2) Galileov ďalekohľad, určený na pozemské pozorovania, poskytujúci zväčšené priame snímky. Okulár v Galileovom ďalekohľade je divergujúca šošovka.

Na obr. 15 znázorňuje dráhu lúčov v astronomickom ďalekohľade. Predpokladá sa, že oko pozorovateľa je akomodované do nekonečna, takže lúče z každého bodu vzdialeného objektu vychádzajú z okuláru v paralelnom lúči. Táto dráha lúča sa nazýva teleskopická. V astronomickom ďalekohľade sa teleskopická dráha lúčov dosiahne za predpokladu, že vzdialenosť medzi šošovkou a okulárom sa rovná súčtu ich ohniskových vzdialeností.

Ďalekohľad (teleskop) sa zvyčajne vyznačuje uhlovým zväčšením γ. Na rozdiel od mikroskopu sú objekty pozorované cez ďalekohľad vždy vzdialené od pozorovateľa. Ak je vzdialený objekt viditeľný voľným okom pod uhlom ψ a pri pozorovaní ďalekohľadom pod uhlom φ, potom sa uhlové zväčšenie nazýva pomer

Uhlovému nárastu γ, podobne ako lineárnemu nárastu Γ, možno priradiť znamienka plus alebo mínus v závislosti od toho, či je obraz vzpriamený alebo prevrátený. Uhlové zväčšenie Keplerovho astronomického ďalekohľadu je záporné a Galileovho pozemského ďalekohľadu je kladné.

Uhlové zväčšenie pozorovacích ďalekohľadov je vyjadrené v ohniskových vzdialenostiach:

Veľké astronomické teleskopy používajú ako šošovky skôr sférické zrkadlá než šošovky. Takéto teleskopy sa nazývajú reflektory. Dobré zrkadlo sa vyrába jednoduchšie, zrkadlá na rozdiel od šošoviek nemajú chromatickú aberáciu.

V Rusku postavili najväčší ďalekohľad na svete s priemerom zrkadla 6 m. Treba mať na pamäti, že veľké astronomické teleskopy sú určené nielen na zväčšenie uhlových vzdialeností medzi pozorovanými vesmírnymi objektmi, ale aj na zvýšenie toku svetelnej energie. zo slabo svietiacich predmetov.

Analyzujme obvod a princíp fungovania niektorých široko používaných optických zariadení.

fotoaparát

Fotoaparát je zariadenie, ktorého najdôležitejšou súčasťou je zberný systém šošoviek – šošovka. Pri bežnej amatérskej fotografii sa objekt nachádza za dvojnásobnou ohniskovou vzdialenosťou, takže obraz bude medzi ohniskom a dvojnásobnou ohniskovou vzdialenosťou, skutočný, zmenšený, prevrátený (obr. 16).

Na miesto tohto obrazu sa umiestni fotografický film alebo fotografická platňa (potiahnutá fotocitlivou emulziou s obsahom bromidu strieborného), objektív sa na chvíľu otvorí - film sa exponuje. Objaví sa na ňom skrytý obrázok. Pri vstupe do špeciálneho roztoku vývojky sa „odkryté“ molekuly bromidu strieborného rozpadajú, bróm sa unáša do roztoku a striebro sa uvoľňuje vo forme tmavého povlaku na exponovaných častiach platne alebo filmu; Čím viac svetla sa dostane do danej oblasti filmu, tým bude tmavší. Po vyvolaní a umytí je potrebné obraz zafixovať, na čo sa vloží do roztoku - ustalovača, v ktorom sa rozpustí neexponovaný bromid strieborný a odstráni sa z negatívu. Výsledkom je obraz toho, čo bolo pred objektívom, s preskupením odtieňov - svetlé časti sa stali tmavými a naopak (negatívne).

Na získanie pozitívnej fotografie je potrebné nejaký čas osvetľovať cez negatív fotografický papier pokrytý rovnakým bromidom strieborným. Po jej vyvolaní a zafixovaní získate negatív z negatívu, teda pozitív, v ktorom budú svetlé a tmavé časti zodpovedať svetlým a tmavým častiam objektu.

Na získanie vysokokvalitného obrazu veľký význam má zaostrovanie - spojenie obrazu a filmu alebo platne. Na to bola zadná stena starých fotoaparátov pohyblivá, namiesto svetlocitlivej dosky bola vložená doska z matného skla; posunutím posledného nainštalovali od oka ostrý obraz. Potom sa sklenená doska vymenila za fotocitlivú a urobili sa fotografie.

Moderné fotoaparáty používajú na zaostrovanie výsuvný objektív spojený s diaľkomerom. V tomto prípade zostávajú všetky množstvá zahrnuté vo vzorci šošovky nezmenené, vzdialenosť medzi šošovkou a filmom sa mení, kým sa nezhoduje s f. Aby sa zväčšila hĺbka ostrosti - vzdialenosti pozdĺž hlavnej optickej osi, v ktorej sa objekty zobrazujú ostro - sa šošovka zacloní, t.j. zníži sa jej clona. To však znižuje množstvo svetla vstupujúceho do zariadenia a zvyšuje požadovaný expozičný čas.

Osvetlenie obrazu, pre ktorý je zdrojom svetla šošovka, je priamo úmerné ploche jeho otvoru, ktorá je zase úmerná štvorcu priemeru d2. Osvetlenie je tiež nepriamo úmerné druhej mocnine vzdialenosti od zdroja k obrázku, v našom prípade takmer štvorcu ohniskovej vzdialenosti F. Osvetlenie je teda úmerné zlomku, ktorý sa nazýva clona objektívu. Druhá odmocnina clonového pomeru sa nazýva relatívna clona a na šošovke sa zvyčajne uvádza vo forme nápisu: . Moderné fotoaparáty sú vybavené množstvom zariadení, ktoré fotografovi uľahčujú prácu a rozširujú jeho možnosti (autoštart, sada objektívov s rôznou ohniskovou vzdialenosťou, expozimetre vrátane automatických, automatické alebo poloautomatické zaostrovanie atď.). Farebná fotografia je široko používaná. V procese masteringu - trojrozmerná fotografia.

Oko

Z optického hľadiska je ľudské oko rovnaké ako fotoaparát. Rovnaký (skutočný, zmenšený, prevrátený) obraz vzniká na zadnej stene oka – na fotosenzitívnej žltej škvrne, v ktorej sú sústredené špeciálne zakončenia zrakových nervov – čapíky a tyčinky. Ich stimulácia svetlom sa prenáša do nervov v mozgu a spôsobuje pocit videnia. Oko má šošovku - šošovku, clonu - zrenicu, dokonca aj kryt šošovky - viečko. V mnohých ohľadoch je oko vyspelejšie ako moderné fotoaparáty. Zaostruje sa automaticky meraním zakrivenia šošovky pôsobením očných svalov, teda zmenou ohniskovej vzdialenosti. Automaticky bránica - zúžením zrenice pri prechode z tmavej miestnosti do svetlej. Oko dáva farebný obrázok, "pamätá" vizuálne obrazy. Vo všeobecnosti biológovia a lekári prišli na to, že oko je časť mozgu umiestnená na periférii.

Vízia s dvoma očami vám umožňuje vidieť predmet rôzne strany t.j. vykonávať trojrozmerné videnie. Experimentálne bolo dokázané, že pri pohľade jedným okom sa obraz z 10 m javí ako plochý (so základňou – vzdialenosťou medzi krajnými bodmi zrenice – rovnajúcou sa priemeru zrenice). Pri pohľade dvoma očami vidíme plochý obraz zo vzdialenosti 500 m (základom je vzdialenosť medzi optickými stredmi šošoviek), t.j. okom vieme určiť veľkosť predmetov, ktorý je bližšie alebo ďalej a o koľko bližšie.

Na zvýšenie tejto schopnosti je potrebné zvýšiť základňu, to sa robí v prizmatických ďalekohľadoch a v rôzne druhy diaľkomery (obr. 3.5).

Ale ako všetko na svete, ani taký dokonalý výtvor prírody, akým je oko, nie je bez chýb. Po prvé, oko reaguje len na viditeľné svetlo (a pomocou zraku vnímame až 90% všetkých informácií). Po druhé, oko je náchylné na mnohé ochorenia, z ktorých je najčastejšia krátkozrakosť – lúče sa približujú k sietnici (obr. 3.6) a ďalekozrakosť – ostrý obraz za sietnicou (obr. 3.7).

V oboch prípadoch vzniká na sietnici rozmazaný obraz. Na tieto neduhy môže pomôcť optika. V prípade krátkozrakosti je potrebné zvoliť vhodné okuliare s konkávnymi šošovkami optická sila. Pri ďalekozrakosti je naopak potrebné pomôcť oku, aby sa lúče na sietnici spojili, okuliare musia byť vypuklé a mať aj patričnú optickú mohutnosť.

Témy kodifikátora Jednotnej štátnej skúšky: optické prístroje.

Ako vieme, aby ste sa na objekt pozreli podrobnejšie, musíte zväčšiť uhol pohľadu. Potom bude obraz objektu na sietnici väčší, čo povedie k podráždeniu viac nervové zakončenia zrakového nervu; Do mozgu bude odoslaných viac vizuálnych informácií a budeme môcť vidieť nové detaily predmetného objektu.

Prečo je zorný uhol malý? Má to dva dôvody: 1) samotný objekt má malú veľkosť; 2) objekt, aj keď je pomerne veľký, sa nachádza ďaleko.

Optické prístroje - Sú to zariadenia na zväčšenie zorného uhla. Na skúmanie malých predmetov sa používa lupa a mikroskop. Na pozorovanie vzdialených objektov sa používajú ďalekohľady (rovnako ako ďalekohľady, teleskopy atď.).

Voľným okom.

Začneme pohľadom na drobné predmety voľným okom. Ďalej sa oko považuje za normálne. Pripomeňme, že normálne oko v uvoľnenom stave zaostruje paralelný lúč svetla na sietnicu a vzdialenosť najlepšieho videnia pre normálne oko je cm.

Malý predmet veľkosti nech je vo vzdialenosti najlepšieho videnia od oka (obr. 1). Na sietnici sa objaví obrátený obraz predmetu, ale ako si pamätáte, tento obraz sa potom v mozgovej kôre obráti druhýkrát a v dôsledku toho vidíme predmet normálne - nie hore nohami.

Vzhľadom na malosť objektu je malý aj uhol záberu. Pripomeňme, že malý uhol (v radiánoch) sa takmer nelíši od jeho tangenty: . Preto:

. (1)

Ak r vzdialenosť od optického stredu oka k sietnici, potom sa veľkosť obrazu na sietnici bude rovnať:

. (2)

Z (1) a (2) máme tiež:

. (3)

Ako iste viete, priemer oka je cca 2,5 cm, takže . Z (3) teda vyplýva, že pri pozorovaní malého predmetu voľným okom je obraz predmetu na sietnici približne 10-krát menší ako samotný predmet.

Lupa.

Pomocou lupy môžete zväčšiť obraz objektu na sietnici.

Lupa - je to jednoducho zbiehavá šošovka (alebo systém šošoviek); ohnisková vzdialenosť Lupy sa zvyčajne pohybujú od 5 do 125 mm. Objekt pozorovaný cez lupu sa umiestni do jeho ohniskovej roviny (obr. 2). V tomto prípade sa lúče vychádzajúce z každého bodu objektu po prechode cez lupu stanú rovnobežnými a oko ich zaostrí na sietnicu bez toho, aby zažilo napätie.

Teraz, ako vidíme, uhol pohľadu sa rovná . Je tiež malý a približne rovnaký ako jeho dotyčnica:

. (4)

Veľkosť l obraz sietnice sa teraz rovná:

. (5)

alebo, berúc do úvahy (4):

. (6)

Ako na obr. 1, červená šípka na sietnici tiež smeruje nadol. To znamená, že (berúc do úvahy sekundárnu inverziu obrazu našim vedomím) cez lupu vidíme neprevrátený obraz predmetu.

Zväčšovacie sklo je pomer veľkosti obrázka pri použití lupy k veľkosti obrázka pri prezeraní objektu voľným okom:

. (7)

Nahradením výrazov (6) a (3) tu dostaneme:

. (8)

Ak je napríklad ohnisková vzdialenosť lupy 5 cm, potom je jej zväčšenie . Pri pohľade cez takúto lupu sa objekt javí päťkrát väčší ako pri pohľade voľným okom.
Dosaďte aj vzťahy (5) a (2) do vzorca (7):

Zväčšenie lupy je teda uhlové zväčšenie: rovná sa pomeru zorného uhla pri pohľade na predmet cez lupu k zornému uhlu pri pozorovaní tohto predmetu voľným okom.

Všimnite si, že zväčšenie lupy je subjektívna hodnota – napokon, hodnota vo vzorci (8) je vzdialenosť najlepšieho videnia pre normálne oko. V prípade krátkozrakého alebo ďalekozrakého oka bude vzdialenosť najlepšieho videnia zodpovedajúco menšia alebo väčšia.

Zo vzorca (8) vyplýva, že čím menšia je ohnisková vzdialenosť, tým väčšie je zväčšenie lupy. Zníženie ohniskovej vzdialenosti konvergujúcej šošovky sa dosiahne zvýšením zakrivenia refrakčných povrchov: šošovka musí byť konvexnejšia a tým sa zníži jej veľkosť. Keď zväčšenie dosiahne 40–50, veľkosť lupy sa stane niekoľko milimetrov. S ešte menšou veľkosťou lupy bude nemožné ju použiť, preto sa považuje za hornú hranicu zväčšenia lupy.

Mikroskop.

V mnohých prípadoch (napríklad v biológii, medicíne a pod.) je potrebné pozorovať malé predmety s niekoľkostonásobným zväčšením. Lupa nestačí, preto ľudia siahajú po mikroskope.

Mikroskop obsahuje dve zberné šošovky (alebo dva systémy takýchto šošoviek) - objektív a okulár. Je ľahké si to zapamätať: šošovka smeruje k objektu a okulár smeruje k oku (oku).

Myšlienka mikroskopu je jednoduchá. Pozorovaný objekt je medzi ohniskom a dvojitým ohniskom šošovky, takže šošovka vytvára zväčšený (skutočne prevrátený) obraz predmetu. Tento obraz sa nachádza v ohniskovej rovine okuláru a potom sa cez okulár pozerá ako cez lupu. V dôsledku toho je možné dosiahnuť konečné zvýšenie, ktoré je oveľa väčšie ako 50.

Dráha lúčov v mikroskope je znázornená na obr. 3.

Označenia na obrázku sú jasné: - ohnisková vzdialenosť šošovky - ohnisková vzdialenosť okuláru - veľkosť objektu; - veľkosť obrazu objektu produkovaného šošovkou. Vzdialenosť medzi ohniskovými rovinami šošovky a okuláru sa nazýva dĺžka optickej trubice mikroskop

Upozorňujeme, že červená šípka na sietnici smeruje nahor. Mozog ho prevráti druhýkrát a v dôsledku toho sa objekt pri pohľade cez mikroskop objaví hore nohami. Aby sa tomu zabránilo, mikroskop používa medzišošovky, ktoré dodatočne invertujú obraz.

Zväčšenie mikroskopu sa určuje rovnako ako pri lupe: . Tu, ako je uvedené vyššie, sú veľkosť obrazu na sietnici a uhol pohľadu pri pozorovaní objektu mikroskopom a rovnaké hodnoty pri pozorovaní objektu voľným okom.

Stále máme , a uhol, ako je vidieť na obr. 3 sa rovná:

Delením číslom získame pre zväčšenie mikroskopu:

. (9)

Toto, samozrejme, nie je konečný vzorec: obsahuje a (hodnoty súvisiace s objektom), ale rád by som videl vlastnosti mikroskopu. Nepotrebný vzťah odstránime pomocou šošovkového vzorca.
Najprv sa opäť pozrime na Obr. 3 a použite podobnosť pravouhlé trojuholníky s červenými nohami a:

Tu je vzdialenosť od obrazu k šošovke, - a- vzdialenosť od objektu h do objektívu. Teraz použijeme vzorec šošovky pre šošovku:

z ktorých dostaneme:

a tento výraz nahradíme v (9):

. (10)

Toto je konečný výraz pre zväčšenie dané mikroskopom. Napríklad, ak je ohnisková vzdialenosť šošovky cm, ohnisková vzdialenosť okuláru je cm a optická dĺžka tubusu je cm, potom podľa vzorca (10)

Porovnajte to so zväčšením samotnej šošovky, ktoré sa vypočíta pomocou vzorca (8):

Zväčšenie mikroskopu je 10-krát väčšie!

Teraz prejdeme k objektom, ktoré sú dosť veľké, ale sú od nás príliš ďaleko. Aby sa na ne lepšie pozeralo, používajú sa ďalekohľady – teleskopy, ďalekohľady, ďalekohľady atď.

Objektív ďalekohľadu je zbiehavá šošovka (alebo systém šošoviek) s dostatočne veľkou ohniskovou vzdialenosťou. Ale okulár môže byť buď zbiehavá, alebo rozbiehavá šošovka. Podľa toho existujú dva typy pozorovacích ďalekohľadov:

Keplerova trubica - ak je okulárom zbiehavá šošovka;
- Galileova trubica - ak je okulárom divergujúca šošovka.

Pozrime sa bližšie na to, ako tieto pozorovacie ďalekohľady fungujú.

Keplerova trubica.

Princíp činnosti Keplerovho tubusu je veľmi jednoduchý: šošovka vytvára obraz vzdialeného objektu vo svojej ohniskovej rovine a potom sa tento obraz pozerá cez okulár ako cez lupu. Zadná ohnisková rovina šošovky sa teda zhoduje s prednou ohniskovou rovinou okuláru.

Dráha lúčov v Keplerovej trubici je znázornená na obr. 4.

Ryža. 4

Objekt je vzdialená šípka smerujúca vertikálne nahor; na obrázku to nie je znázornené. Lúč z bodu ide pozdĺž hlavnej optickej osi šošovky a okuláru. Z bodu vychádzajú dva lúče, ktoré vzhľadom na vzdialenosť objektu možno považovať za rovnobežné.

Vďaka tomu sa obraz nášho objektu daný šošovkou nachádza v ohniskovej rovine šošovky a je skutočný, prevrátený a zmenšený. Označme veľkosť obrázka.

Voľným okom objekt je videný pod uhlom. Podľa obr. 4:

, (11)

kde je ohnisková vzdialenosť objektívu.

Cez okulár vidíme obraz objektu pod uhlom, ktorý sa rovná:

, (12)

kde je ohnisková vzdialenosť okuláru.

Zväčšenie ďalekohľadu je pomer zorného uhla pri pozorovaní cez potrubie k zornému uhlu pri pozorovaní voľným okom:

Podľa vzorcov (12) a (11) dostaneme:

(13)

Napríklad, ak je ohnisková vzdialenosť šošovky 1 m a ohnisková vzdialenosť okuláru je 2 cm, potom sa zväčšenie ďalekohľadu bude rovnať: .

Dráha lúčov v Keplerovej trubici je v podstate rovnaká ako v mikroskope. Obraz objektu na sietnici bude tiež šípka smerujúca nahor, a preto v Keplerovej trubici uvidíme objekt hore nohami. Aby sa tomu zabránilo, do priestoru medzi šošovkou a okulárom sú umiestnené špeciálne ovíjacie systémy šošoviek alebo hranolov, ktoré opäť prevracajú obraz.

Galileova trúba.

Galileo vynašiel svoj ďalekohľad v roku 1609 a jeho astronomické objavy šokovali jeho súčasníkov. Objavil satelity Jupitera a fázy Venuše, videl mesačný reliéf (hory, depresie, údolia) a škvrny na Slnku a zdanlivo pevné mliečna dráha sa ukázalo byť zhlukom hviezd.

Okulár Galileovho ďalekohľadu je divergujúca šošovka; Zadná ohnisková rovina šošovky sa zhoduje so zadnou ohniskovou rovinou okuláru (obr. 5).

Ryža. 5.

OPTICKÉ NÁSTROJE, zariadenia, v ktorých sa transformuje (prenáša, odráža, láme, polarizuje) žiarenie z ktorejkoľvek oblasti spektra (ultrafialové, viditeľné, infračervené). Vzdávanie holdu historickej tradície, optické zariadenia sa zvyčajne nazývajú zariadenia fungujúce v viditeľné svetlo. Pri prvotnom hodnotení kvality zariadenia sa berú do úvahy iba jeho hlavné charakteristiky: schopnosť koncentrácie žiarenia - pomer clony; schopnosť rozlíšiť susedné detaily obrazu - rozlišovacia schopnosť; pomer veľkosti predmetu a jeho obrazu - zväčšenie. Pre mnohé zariadenia je určujúcou charakteristikou zorné pole – uhol, pod ktorým sú viditeľné predmety zo stredu zariadenia. extrémne body predmet.

Permisívna sila.

Schopnosť zariadenia rozlišovať medzi dvoma blízkymi bodmi alebo čiarami je spôsobená vlnovou povahou svetla. Číselná hodnota rozlišovacej schopnosti napríklad sústavy šošoviek závisí od schopnosti konštruktéra vyrovnať sa s aberáciami šošoviek a starostlivo vycentrovať tieto šošovky na rovnakej optickej osi. Teoretická hranica rozlíšenia dvoch susedných zobrazených bodov je definovaná ako rovnosť vzdialenosti medzi ich stredmi k polomeru prvého tmavého prstenca ich difrakčného obrazca.

Zvýšiť.

Ak je objekt dlhý H je kolmá na optickú os systému a dĺžku jeho obrazu H΄, potom zvýšenie m určený vzorcom m = H΄/ H. Zväčšenie závisí od ohniskových vzdialeností a vzájomnej polohy šošoviek; Na vyjadrenie tejto závislosti existujú zodpovedajúce vzorce. Dôležitá charakteristika vizuálne pozorovacie zariadenia je viditeľné zväčšenie M. Určuje sa z pomeru veľkosti obrazov predmetu, ktoré sa vytvárajú na sietnici oka pri priamom pozorovaní predmetu a jeho prezeraní cez prístroj. Zvyčajne viditeľné zvýšenie M vyjadrené postojom M= tg b/tg a, Kde a- uhol, pod ktorým pozorovateľ vidí predmet voľným okom, a b- uhol, pod ktorým oko pozorovateľa vidí predmet cez zariadenie.

Ak chcete vytvoriť vysokokvalitné optické zariadenie, mali by ste optimalizovať súbor jeho hlavných charakteristík - pomer clony, rozlíšenie a zväčšenie. Dobrý ďalekohľad nevyrobíte napríklad tak, že dosiahnete len veľké zdanlivé zväčšenie a necháte malý apertúrny pomer (apertúru). Bude mať slabé rozlíšenie, pretože priamo závisí od clony.

Dizajn optických zariadení je veľmi rôznorodý a ich vlastnosti sú diktované účelom konkrétnych zariadení. Pri implementácii akéhokoľvek navrhnutého optického systému do hotového opticko-mechanického zariadenia je však potrebné usporiadať všetky optické prvky v prísnom súlade s prijatou schémou, bezpečne ich upevniť, zabezpečiť presné nastavenie polohy pohyblivých častí a umiestniť clony na odstránenie nežiaduce pozadie rozptýlené žiarenie. Často je potrebné udržiavať stanovené hodnoty teploty a vlhkosti vo vnútri zariadenia, minimalizovať vibrácie, normalizovať rozloženie hmotnosti a zabezpečiť odvod tepla zo svietidiel a iných pomocných elektrických zariadení. Hodnota je daná vzhľad zariadením a jednoduchou manipuláciou.

Mikroskopy.

Ak sa objekt nachádzajúci sa za šošovkou, ktorý nie je ďalej ako jeho ohnisko, pozerá cez pozitívnu (zbiehavú) šošovku, potom je viditeľný zväčšený virtuálny obraz predmetu. Takáto šošovka je jednoduchý mikroskop a nazýva sa lupa alebo lupa. Zo schémy na obr. 1 môžete určiť veľkosť zväčšeného obrázka. Keď je oko naladené na paralelný lúč svetla (obraz objektu je neurčitý veľká vzdialenosť, čo znamená, že objekt sa nachádza v ohniskovej rovine šošovky), zdanlivé zväčšenie M možno určiť zo vzťahu (obr. 1):

M= tg b/tg a = (H/f)/(H/v) = v/f,

Teleskopy.

Teleskop zväčšuje zdanlivú veľkosť vzdialených objektov. Najjednoduchší obvod ďalekohľadu obsahuje dve kladné šošovky (obr. 2). Lúče zo vzdialeného objektu rovnobežne s osou ďalekohľadu (lúče a A c na obr. 2), sa zhromažďujú na zadnom ohnisku prvej šošovky (objektívu). Druhá šošovka (okulár) je vzdialená od ohniskovej roviny šošovky svojou ohniskovou vzdialenosťou a lúče a A c opustite ho opäť rovnobežne s osou systému. Nejaký lúč b, vyžarujúce z iných bodov, ako sú na objekte, z ktorého lúče vychádzali a A c, padá pod uhlom a k osi ďalekohľadu, prechádza predným ohniskom šošovky a po nej ide rovnobežne s osou sústavy. Okulár ho nasmeruje na svoje zadné ohnisko pod uhlom b. Pretože vzdialenosť od predného ohniska šošovky k oku pozorovateľa je zanedbateľná v porovnaní so vzdialenosťou k objektu, potom z diagramu na obr. 2 môžeme získať výraz pre zdanlivé zväčšenie Mďalekohľad:

M= -tg b/tg a = -F/f alebo F/f).

Záporné znamienko znamená, že obrázok je hore nohami. V astronomických ďalekohľadoch to tak zostáva; Ďalekohľady na pozorovanie pozemských objektov používajú invertujúci systém na zobrazenie normálneho, nie prevráteného obrazu. Ovíjací systém môže obsahovať ďalšie šošovky alebo, ako v ďalekohľadoch, hranoly.

Ďalekohľad.

Binokulárny ďalekohľad, bežne označovaný ako ďalekohľad, je kompaktný prístroj na pozorovanie oboma očami súčasne; jeho zvýšenie je zvyčajne od 6 do 10 krát. Ďalekohľady využívajú dvojicu ovíjacích systémov (najčastejšie Porro), z ktorých každý obsahuje dva pravouhlé hranoly (so základňou pod uhlom 45°), orientované k sebe pravouhlými hranami. Na získanie vysokého zväčšenia v širokom zornom poli bez aberácií šošovky, a teda aj výrazného zorného uhla (6-9°), potrebuje ďalekohľad veľmi kvalitný okulár, pokročilejší ako ďalekohľad s úzkym zorným uhlom. Okulár ďalekohľadu zabezpečuje zaostrovanie obrazu a korekciu zraku - jeho stupnica je vyznačená v dioptriách. Okrem toho je v ďalekohľadoch poloha okuláru prispôsobená vzdialenosti medzi očami pozorovateľa. Typicky sa ďalekohľady označujú podľa ich zväčšenia (v násobkoch) a priemeru šošovky (v milimetroch), napr.

8ґ40 alebo 7ґ50.

Optické prístroje nám pomáhajú skúmať svet. Teleskop vám umožní odhaliť a preskúmať obrysy a detaily vzdialených kozmických telies a mikroskop odhaľuje tajomstvá našej planéty, napríklad štruktúru živých buniek.

Naše oči sú v podstate optické nástroje. Keď sa pozeráme na objekt, systém šošoviek umiestnený v prednej časti každého oka vytvorí jeho obraz na sietnici, vrstve očného pozadia, ktorá obsahuje približne 125 miliónov svetlocitlivých buniek. Svetlo dopadajúce na sietnicu spôsobuje, že bunky posielajú elektrický nervový signál do mozgu, čo nám umožňuje vizuálne vnímať predmet.

Okrem toho majú oči systém nastavenia jasu. Pri jasnom svetle sa zrenička inštinktívne stiahne, čím sa jas obrazu zníži na prijateľnú úroveň. Pri slabom osvetlení sa zrenica rozširuje, čím sa zvyšuje jas obrazu.

Ako funguje objektív?

Šošovkový systém oka pozostáva z konvexnej šošovky, šošovky a zakrivenej membrány naplnenej tekutinou pred ňou, ktorá sa nazýva rohovka. Rohovka zabezpečuje štyri pätiny celého zaostrovacieho procesu. Jemné nastavenie vykonáva šošovka, ktorej povrchové zakrivenie sa mení pomocou svalového prstenca (kapsuly), ktorý sa okolo nej nachádza. Keď oko nemôže nadobudnúť potrebný tvar, zvyčajne kvôli problémom v týchto svaloch, obrazy viditeľných predmetov sú rozmazané.

Najčastejším nedostatkom zraku je neschopnosť zaostriť obrazy na sietnici jednotlivé položky. Ak je systém šošoviek oka príliš silný, inými slovami, ak je veľmi konvexný, vzdialené objekty sa rozmazajú, ale blízke budú vytvárať jasné obrazy. Ľudia s touto poruchou sa nazývajú krátkozrakí. Ak je konvexnosť šošovky nedostatočná, blízke objekty budú rozmazané, ale obrazy vzdialených objektov zostanú jasné. Ľudia s týmto typom videnia sa nazývajú ďalekozrakí. Obe poruchy je možné korigovať nosením okuliarov alebo kontaktných šošoviek. Krátkozrakí ľudia nosia okuliare s konkávnymi šošovkami (tenšími v strede), ktoré umožňujú ich očiam zaostriť na vzdialené predmety. Ďalekozrací ľudia nosia okuliare s konvexnými šošovkami (hrubými v strede).

Zvýšiť

Ako lupy sa často používajú silné konvexné šošovky. Prvé zväčšovacie zariadenia boli použité približne pred 2000 rokmi. V starovekých gréckych a rímskych dokumentoch je opísané, ako sa dala použiť okrúhla sklenená nádoba naplnená vodou na zväčšenie predmetov. Šošovky vyrobené výhradne zo skla sa objavili oveľa neskôr a pravdepodobne ich prvýkrát použili v 11. storočí mnísi, ktorí pracovali na rukopisoch. Koncom 13. storočia sa už v okuliaroch na korekciu ďalekozrakosti používali lupy s malým zväčšením. Ale technika výroby konkávnych šošoviek na korekciu krátkozrakosti bola vynájdená až na začiatku 15. storočia.

Teleskopy

Keď boli predstavené lupy, ľudia sa prirodzene snažili použiť dve okuliare namiesto jedného, ​​aby získali ešte väčšie zväčšenie. Experimentálne sa zistilo, že v určitej vzdialenosti medzi šošovkami je možné vidieť vzdialený objekt s výrazným zväčšením. Toto usporiadanie šošoviek slúžilo ako základ pre vytvorenie prvého ďalekohľadu, ktorý sa v tom čase nazýval pozorovací ďalekohľad. Vynález tohto zariadenia sa niekedy pripisuje anglickému filozofovi a prírodovedcovi Rogerovi Baconovi z 13. storočia. Ale možno dlaň patrí arabským vedcom.

Galileo refraktor

Ďalekohľad, ktorý v roku 1608 vytvoril holandský optik Hans Lippershey, upútal pozornosť talianskeho vedca Galilea. V krátkom čase vedec zlepšil Lippersheyov dizajn a vytvoril niekoľko rúr so zlepšenými vlastnosťami. S ich pomocou urobil množstvo objavov, vrátane hôr a údolí na Mesiaci, ako aj štyroch mesiacov Jupitera.

Galileove objavy ukázali dôležitosť ďalekohľadu a typ prístroja, ktorý používal, sa stal známym ako Galileov teleskop. Konvexná šošovka jeho objektívu zbierala svetlo z pozorovaného objektu. A konkávna šošovka okuláru vychyľovala svetelné lúče tak, že vytvárali zväčšený priamy obraz. Šošovky boli inštalované v rúrkach, z ktorých jedna (s menším priemerom) sa zasúvala do druhej. To umožnilo nastaviť vzdialenosť medzi šošovkami a zároveň získať jasný obraz.

Optické prístroje nám pomáhajú objavovať svet okolo nás. Teleskop vám umožní odhaliť a preskúmať obrysy a detaily vzdialených kozmických telies a mikroskop odhaľuje tajomstvá našej planéty, napríklad štruktúru živých buniek.

Naše oči sú v podstate optické nástroje. Keď sa pozeráme na objekt, systém šošoviek umiestnený v prednej časti každého oka vytvára jeho obraz na sietnici, vrstve očného pozadia, ktorá obsahuje približne 125 miliónov buniek citlivých na svetlo. Svetlo dopadajúce na sietnicu spôsobuje, že bunky posielajú elektrický nervový signál do mozgu, čo nám umožňuje vizuálne vnímať predmet.

Okrem toho majú oči systém nastavenia jasu. Pri jasnom svetle sa zrenička inštinktívne stiahne, čím sa jas obrazu zníži na prijateľnú úroveň. Pri slabom osvetlení sa zrenica rozširuje, čím sa zvyšuje jas obrazu.

Ako funguje objektív?

Šošovkový systém oka pozostáva z konvexnej šošovky, šošovky a zakrivenej membrány naplnenej tekutinou pred ňou, ktorá sa nazýva rohovka. Rohovka zabezpečuje štyri pätiny celého zaostrovacieho procesu. Jemné nastavenie vykonáva šošovka, ktorej povrchové zakrivenie sa mení pomocou svalového prstenca (kapsuly), ktorý sa okolo nej nachádza. Keď oko nemôže nadobudnúť potrebný tvar, zvyčajne kvôli problémom v týchto svaloch, obrazy viditeľných predmetov sú rozmazané.

Najčastejším nedostatkom zraku je neschopnosť zaostriť obrazy jednotlivých predmetov na sietnici. Ak je systém šošoviek oka príliš silný, inými slovami, ak je veľmi konvexný, vzdialené objekty sa rozmazajú, ale blízke budú vytvárať jasné obrazy. Ľudia s touto poruchou sa nazývajú krátkozrakí. Ak je konvexnosť šošovky nedostatočná, blízke objekty budú rozmazané, ale obrazy vzdialených objektov zostanú jasné. Ľudia s týmto typom videnia sa nazývajú ďalekozrakí. Obe poruchy je možné korigovať nosením okuliarov alebo kontaktných šošoviek. Krátkozrakí ľudia nosia okuliare s konkávnymi šošovkami (tenšími v strede), ktoré umožňujú ich očiam zaostriť na vzdialené predmety. Ďalekozrací ľudia nosia okuliare s konvexnými šošovkami (hrubými v strede).

Zvýšiť

Ako lupy sa často používajú silné konvexné šošovky. Prvé zväčšovacie zariadenia boli použité približne pred 2000 rokmi. V starovekých gréckych a rímskych dokumentoch je opísané, ako sa dala použiť okrúhla sklenená nádoba naplnená vodou na zväčšenie predmetov. Šošovky vyrobené výhradne zo skla sa objavili oveľa neskôr a pravdepodobne ich prvýkrát použili v 11. storočí mnísi, ktorí pracovali na rukopisoch. Koncom 13. storočia sa už v okuliaroch na korekciu ďalekozrakosti používali lupy s malým zväčšením. Ale technika výroby konkávnych šošoviek na korekciu krátkozrakosti bola vynájdená až na začiatku 15. storočia.

Teleskopy

Keď boli predstavené lupy, ľudia sa prirodzene snažili použiť dve okuliare namiesto jedného, ​​aby získali ešte väčšie zväčšenie. Experimentálne sa zistilo, že v určitej vzdialenosti medzi šošovkami je možné vidieť vzdialený objekt s výrazným zväčšením. Toto usporiadanie šošoviek slúžilo ako základ pre vytvorenie prvého ďalekohľadu, ktorý sa v tom čase nazýval pozorovací ďalekohľad. Vynález tohto zariadenia sa niekedy pripisuje anglickému filozofovi a prírodovedcovi Rogerovi Baconovi z 13. storočia. Ale možno dlaň patrí arabským vedcom.

Galileo refraktor

Ďalekohľad, ktorý v roku 1608 vytvoril holandský optik Hans Lippershey, upútal pozornosť talianskeho vedca Galilea. V krátkom čase vedec zlepšil Lippersheyov dizajn a vytvoril niekoľko rúr so zlepšenými vlastnosťami. S ich pomocou urobil množstvo objavov, vrátane hôr a údolí na Mesiaci, ako aj štyroch mesiacov Jupitera.

Galileove objavy ukázali dôležitosť ďalekohľadu a typ prístroja, ktorý používal, sa stal známym ako Galileov teleskop. Konvexná šošovka jeho objektívu zbierala svetlo z pozorovaného objektu. A konkávna šošovka okuláru vychyľovala svetelné lúče tak, že vytvárali zväčšený priamy obraz. Šošovky boli inštalované v rúrkach, z ktorých jedna (s menším priemerom) sa zasúvala do druhej. To umožnilo nastaviť vzdialenosť medzi šošovkami a zároveň získať jasný obraz.

Galileovský ďalekohľad pracuje na princípe lomu (ohybu) svetla a preto je známy aj ako refrakčný ďalekohľad. Iný typ refrakčného ďalekohľadu sa vyznačuje konvexnosťou oboch šošoviek. Tento dizajn vytvára zväčšený, ale prevrátený obraz a je známy ako astronomický ďalekohľad.

Newtonov reflektor

Jedným z hlavných problémov skorých refrakčných ďalekohľadov bola chyba šošovky nazývaná chromatická aberácia, ktorá spôsobovala, že sa okolo obrázkov objavili nežiaduce farebné halo. Aby sa tento nedostatok odstránil, angl vedec Izák Newton navrhol v 60. rokoch 17. storočia odrazový ďalekohľad. Na sústredenie svetelných lúčov a vytvorenie obrazu využíva namiesto šošovky objektívu konkávne zrkadlo, ktoré netvorí farebné halo. Ploché zrkadlo odráža svetlo do konvexnej šošovky okuláru namontovanej na boku hlavného tubusu. Tento typ prístroja je známy ako Newtonov ďalekohľad.

Mikroskopy

Zväčšovacie sklo niekedy tzv jednoduchý mikroskop, pretože sa používa pri pozorovaní malých predmetov.

Zložený mikroskop pozostáva z dvoch konvexných šošoviek. Šošovka objektívu vytvára zväčšený obraz, ktorý je potom opäť zväčšený šošovkou okuláru. Rovnako ako v astronomickom ďalekohľade je tento obraz hore nohami. Mnohé zložené mikroskopy majú sadu objektívov s rôznym stupňom zväčšenia.