Что относится к оптическим приборам

ОПТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ

ОПТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ, устройства, в которых излучение какой-либо области спектра (ультрафиолетовой, видимой, инфракрасной) преобразуется (пропускается, отражается, преломляется, поляризуется). Отдавая дань исторической традиции, оптическими обычно называют приборы, работающие в видимом свете. При первичной оценке качества прибора рассматриваются лишь основные его характеристики: способность концентрировать излучение – светосила; способность различать соседние детали изображения – разрешающая сила; соотношение размеров предмета и его изображения – увеличение. Для многих приборов определяющей характеристикой оказывается поле зрения – угол, под которым из центра прибора видны крайние точки предмета.

Разрешающая сила.

Способность прибора различать две близкие точки или линии обусловлена волновой природой света. Численное значение разрешающей силы, например, линзовой системы, зависит от умения конструктора справиться с аберрациями линз и тщательно отцентрировать эти линзы на одной оптической оси. Теоретический предел разрешения двух соседних изображаемых точек определяется как равенство расстояния между их центрами радиусу первого темного кольца их дифракционной картины.

Увеличение.

При желании создать качественный оптический прибор следует оптимизировать набор его основных характеристик – светосилы, разрешающей способности и увеличения. Нельзя сделать хороший, например, телескоп, добиваясь лишь большого видимого увеличения и оставляя малой светосилу (апертуру). У него будет плохое разрешение, так как оно прямо зависит от апертуры.

Конструкции оптических приборов весьма разнообразны, и их особенности диктуются назначением конкретных устройств. Но при воплощении любой спроектированной оптической системы в готовый оптико-механический прибор необходимо расположить все оптические элементы в строгом соответствии с принятой схемой, надежно закрепить их, обеспечить точную регулировку положения подвижных деталей, разместить диафрагмы для устранения нежелательного фона рассеянного излучения. Нередко требуется выдерживать заданные значения температуры и влажности внутри прибора, сводить к минимуму вибрации, нормировать распределение веса, обеспечить отвод тепла от ламп и другого вспомогательного электрооборудования. Значение придается внешнему виду прибора и удобству обращения с ним.

Микроскопы.

Если рассматривать через положительную (собирающую) линзу предмет, расположенный за линзой не дальше ее фокальной точки, то видно увеличенное мнимое изображение предмета. Такая линза представляет собой простейший микроскоп и называется лупой или увеличительным стеклом. Из схемы рис. 1 можно определить размер увеличенного изображения. Когда глаз настроен на параллельный пучок света (изображение предмета находится на неопределенно большом расстоянии, а это означает, что предмет расположен в фокальной плоскости линзы), видимое увеличение M можно определить из соотношения (рис. 1):

где f – фокусное расстояние линзы, v – расстояние наилучшего зрения, т.е. наименьшее расстояние, на котором глаз хорошо видит при нормальной аккомодации. M увеличивается на единицу, когда глаз настраивается так, что мнимое изображение предмета оказывается на расстоянии наилучшего зрения. Способности к аккомодации у всех людей разные, с возрастом они ухудшаются; принято считать 25 см расстоянием наилучшего зрения нормального глаза. В поле зрения одиночной положительной линзы при удалении от ее оси резкость изображения быстро ухудшается из-за поперечных аберраций. Хотя и бывают лупы с увеличением в 20 крат, типичная их кратность от 5 до 10. Увеличение сложного микроскопа, именуемого обычно просто микроскопом, доходит до 2000 крат. См. также МИКРОСКОП.; ЭЛЕКТРОННЫЙ МИКРОСКОП.

Телескопы.

Отрицательный знак показывает, что изображение перевернуто. В астрономических телескопах оно таким и остается; в телескопах для наблюдений за наземными объектами применяют оборачивающую систему, чтобы рассматривать нормальные, а не перевернутые изображения. В оборачивающую систему могут входить дополнительные линзы или, как в биноклях, призмы.

Бинокли.

Бинокулярный телескоп, обычно именуемый биноклем, представляет собой компактный прибор для наблюдений обоими глазами одновременно; его увеличение, как правило, от 6 до 10 крат. В биноклях используют пару оборачивающих систем (чаще всего – Порро), в каждую из которых входят две прямоугольные призмы (с основанием под 45 ° ), ориентированные навстречу прямоугольными гранями. Чтобы получить большое увеличение в широком поле зрения, свободном от аберраций объектива, и, следовательно, значительный угол обзора (6–9 ° ), биноклю необходим очень качественный окуляр, более совершенный, чем телескопу с узким углом зрения. В окуляре бинокля предусмотрена фокусировка изображения, причем с коррекцией зрения, – его шкала размечена в диоптриях. Кроме того, в бинокле положение окуляра подстраивается под расстояние между глазами наблюдателя. Обычно бинокли маркируются в соответствии с их увеличением (в кратах) и диаметром объектива (в миллиметрах), например,

Оптические прицелы.

Дальномеры.

Осветительные и проекционные приборы.

Прожекторы.

В оптической схеме прожектора источник света, например кратер дугового электрического разряда, находится в фокусе параболического отражателя. Лучи, исходящие из всех точек дуги, отражаются параболическим зеркалом почти параллельно друг другу. Пучок лучей немного расходится потому, что источником служит не светящаяся точка, а объем конечного размера.

Диаскоп.

В оптическую схему этого прибора, предназначенного для просмотра диапозитивов и прозрачных цветных кадров, входят две линзовые системы: конденсор и проекционный объектив. Конденсор равномерно освещает прозрачный оригинал, направляя лучи в проекционный объектив, который строит изображение оригинала на экране (рис. 4). В проекционном объективе предусматриваются фокусировка и замена его линз, что позволяет менять расстояние до экрана и размеры изображения на нем. Оптическая схема кинопроектора такая же.

Спектральные приборы.

Основным элементом спектрального прибора может быть дисперсионная призма либо дифракционная решетка. В таком приборе свет сначала коллимируется, т.е. формируется в пучок параллельных лучей, затем разлагается в спектр, и, наконец, изображение входной щели прибора фокусируется на его выходную щель по каждой длине волны спектра.

Спектрометр.

В этом более или менее универсальном лабораторном приборе коллимирующая и фокусирующая системы могут поворачиваться относительно центра столика, на котором расположен элемент, разлагающий свет в спектр. На приборе имеются шкалы для отсчетов углов поворота, например дисперсионной призмы, и углов отклонения после нее разных цветовых составляющих спектра. По результатам таких отсчетов измеряются, например, показатели преломления прозрачных твердых тел.

Спектрограф.

Так называется прибор, в котором полученный спектр или его часть снимается на фотоматериал. Можно получить спектр от призмы из кварца (диапазон 210–800 нм), стекла (360–2500 нм) или каменной соли (2500–16000 нм). В тех диапазонах спектра, где призмы слабо поглощают свет, изображения спектральных линий в спектрографе получаются яркими. В спектрографах с дифракционными решетками последние выполняют две функции: разлагают излучение в спектр и фокусируют цветовые составляющие на фотоматериал; такие приборы применяют и в ультрафиолетовой области. См. также АСТРОНОМИЯ И АСТРОФИЗИКА; ОПТИКА.

Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М., 1970
Ефремов А.А. и др. Сборка оптических приборов. М., 1978
Справочник конструктора оптико-механических приборов. Л., 1980
Кулагин С.В. Основы конструирования оптических приборов. Л., 1982
Погарев Г.В. Юстировка оптических приборов. Л., 1982

Источник

Оптические приборы

Оптические приборы — это устройства, в которых излучение какой-либо области спектра (ультрафиолетовой, видимой, инфракрасной) преобразуется (пропускается, отражается, преломляется, поляризуется). Они могут увеличивать, уменьшать, улучшать (в редких случаях ухудшать) качество изображения, давать возможность увидеть искомый предмет косвенно.

Термин «Оптические приборы» является частным случаем более общего понятия оптических систем, которое также включает в себя биологические органы, способные преобразовывать световые волны.

Лупа— это двояковыпуклая линза, которая увеличивает угол зрения предметов. Увеличение лупы определяется по формуле K=D(начальное)/F. Фокусные расстояния луп обычно составляют 1-10см. Учитывая, что D₀(начальное расстояние от глаза)=25см, можно сказать, что лупа увеличивает изображение предмета в 2.5-25раз.

Фотоаппарат— это прибор, который позволяет воспроизводить и хранить изображение на фотопленке, фотобумаге и фотопластинке. Фотоаппарат состоит из объектива и камеры. Линза воспроизводит на экране камеры обратное и уменьшенное изображение A’B’ предмета АВ. При получении изображения расстояние между предметом и линзой больше двойного фокуса линзы.

Сохранение изображения в фотоаппарате имеет очень важное значение. Для этого на экране камеры располагают воспроизводящую и сохраняющую изображение фотопластинку или фотопленку, покрытую специальной фотоэмульсией.

Микроскоп— это оптический прибор, показывающий в увеличенном виде очень мелкие, не видимые глазу, близко расположенные объекты. Микроскоп используется для наблюдения за такими мельчайшими объектами, как бактерии и клетки. С помощью первой линзы, находящейся в объективе, создается обратное действительное изображение А’B’ предмета АВ. Вторая линза во втором окуляре микроскопа увеличивает угол зрения подобно лупе. В объективе микроскопа изображение А’B’, созданное первой линзой, на расстоянии наилучшего зрение D0, можно увидеть в еще более увеличенном виде А»В».

Ссылки

Полезное

Смотреть что такое «Оптические приборы» в других словарях:

ОПТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ — различные совокупности оптических (см.), устройство которых основано на законах распространения света или на использовании свойств света. Обязательными частями оптических и оптико электронных приборов являются линзы, призмы, зеркала, пластинки и… … Большая политехническая энциклопедия

ОПТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ — устройства, в которых излучение какой либо области спектра (ультрафиолетовой, видимой, инфракрасной) преобразуется (пропускается, отражается, преломляется, поляризуется). Отдавая дань исторической традиции, оптическими обычно называют приборы,… … Энциклопедия Кольера

Оптические приборы — технические устройства, действия которых основано на волновых свойствах света, позволяющих получать изображения объектов с помощью оптических систем (линз, призм, зеркал и т.п.). О.п. подразделяются: на приборы наблюдения; приборы измерения… … Пограничный словарь

Оптические приборы — технические устройства, действие которых основано на волновых свойствах света, позволяющих получать изображения объектов с помощью оптических систем из линз, призм, зеркал и т. п. Осион ные части О. п. объектив и окуляр. По назначению О. п.… … Словарь военных терминов

ОПТИЧЕСКИЕ ИНСТРУМЕНТЫ — (от слова оптика). Инструменты, основанные на свойствах света и употребляемые для различных целей. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ОПТИЧЕСКИЕ ИНСТРУМЕНТЫ от слова оптика. Инструменты, основанные на… … Словарь иностранных слов русского языка

Приборы оптические — устройства, позволяющие получать изображение объектов с помощью оптических систем (линз, призм, зеркал и т.п.). Основными частями П.о. являются объектив и окуляр. Характеристики П.о.: увеличение, поле зрения, входной и выходной зрачки, удаление… … Словарь черезвычайных ситуаций

Оптические расходомеры — Оптические (лазерные) расходомеры расходомеры, работа которых основывается на использовании зависимости оптических эффектов от скорости движения жидкости или газа. Содержание 1 Виды оптических расходомеров … Википедия

Оптические свойства горной породы — – свойства, характеризующие поглощение, пропускание и отражение электромагнитных волн оптического диапазона в горной породе. [ГОСТ Р 50544 93] Рубрика термина: Свойства горной породы Рубрики энциклопедии: Абразивное оборудование, Абразивы,… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Оптические датчики — Содержание 1 Определение 2 Строение оптических датчиков … Википедия

Источник

Оптические приборы

Они могут увеличивать, уменьшать, улучшать (в редких случаях ухудшать) качество изображения, дает возможность увидеть искомый предмет косвенно.

Термин «Оптические приборы» является частным случаем более общего понятия оптических систем, которое также включает в себя биологические органы, способные преобразовывать световые волны.

Лупа — это двояковыпуклая линза, которая увеличивает угол зрения предметов. Фокусные расстояния луп обычно составляют 1—10 см. Для лупы с фокусным расстоянием 25 см увеличение составляет 2×, то есть лупа увеличивает изображение предмета в 2 раза. Для лупы с фокусным расстоянием 10 см увеличение составляет 3,5×.

Фотоаппарат, Кинокамера, Видеокамера — оптические приборы, позволяющие записывать неподвижное и движущееся изображение на фотоматериалах, магнитной ленте или в цифровой памяти.

Все они состоят из объектива и светонепроницаемой камеры. Объектив строит в кадровом окне камеры действительное изображение A’B’ предмета АВ. При получении изображения расстояние между предметом и линзой больше двойного фокуса линзы.

Увеличение линзы камеры определяется по формуле K = f/d.

Сохранение изображения имеет очень важное значение. Для этого в кадровом окне камеры располагают светочувствительный фотоматериал или полупроводниковую матрицу.

Микроскоп — это оптический прибор, показывающий в увеличенном виде очень мелкие, не видимые глазу, близко расположенные объекты. Микроскоп используется для наблюдения за такими мельчайшими объектами, как бактерии и клетки.

С помощью первой линзы, находящейся в объективе, создается обратное действительное изображение А’B’ предмета АВ. Вторая линза во втором окуляре микроскопа увеличивает угол зрения подобно лупе. В объективе микроскопа изображение А’B’, созданное первой линзой, на расстоянии наилучшего зрение D0, можно увидеть в ещё более увеличенном виде А»В».

Телескоп (от др.-греч. τῆλε — далеко + σκοπέω — смотрю) — прибор, предназначенный для наблюдения небесных тел.

В частности, под телескопом понимается оптическая телескопическая система, применяемая не обязательно для астрономических целей.

Перископ (от др.-греч. περι- — «вокруг» и σκοπέω — «смотрю») — прибор, позволяющий выносить точку обозрения наблюдателя за пределы его тела, например, для наблюдения за объектами из укрытия.

Проектор, Кинопроектор, Диапроектор, Эпидиаскоп — оптические приборы, предназначенные для оптического воспроизведения небольшого по размеру изображения на большом экране.

Псевдоскоп (Pseudoscope, греч., от рseudos — ложный, и skopein — смотреть) — прибор, создающий обратную перспективу.

Связанные понятия

Упоминания в литературе

Связанные понятия (продолжение)

Асфери́ческими называют линзы, одна или обе поверхности которых не являются сферическими.

Источник

Оптические приборы

Из Википедии — свободной энциклопедии

Лупа — это двояковыпуклая линза, которая увеличивает угол зрения предметов. Фокусные расстояния луп обычно составляют 1—10 см. Для лупы с фокусным расстоянием 25 см увеличение составляет 2×, то есть, лупа увеличивает изображение предмета в 2 раза. Для лупы с фокусным расстоянием 10 см увеличение составляет 3,5×.

Фотоаппарат, Кинокамера, Видеокамера — оптические приборы, позволяющие записывать неподвижное и движущееся изображение на фотоматериалах, магнитной ленте или в цифровой памяти. Все они состоят из объектива и светонепроницаемой камеры. Объектив строит в кадровом окне камеры действительное изображение A’B’ предмета АВ. При получении изображения расстояние между предметом и линзой больше двойного фокуса линзы. Увеличение линзы камеры определяется по формуле K = f/d. Сохранение изображения имеет очень важное значение. Для этого в кадровом окне камеры располагают светочувствительный фотоматериал или полупроводниковую матрицу.

Микроскоп — это оптический прибор, показывающий в увеличенном виде очень мелкие, не видимые глазу, близко расположенные объекты. Микроскоп используется для наблюдения за такими мельчайшими объектами, как бактерии и клетки. С помощью первой линзы, находящейся в объективе, создается обратное действительное изображение А’B’ предмета АВ. Вторая линза во втором окуляре микроскопа увеличивает угол зрения подобно лупе. В объективе микроскопа изображение А’B’, созданное первой линзой, на расстоянии наилучшего зрение D0, можно увидеть в ещё более увеличенном виде А»В».

Телескоп (от др.-греч. τῆλε — далеко + σκοπέω — смотрю) — прибор, предназначенный для наблюдения небесных тел. В частности, под телескопом понимается оптическая телескопическая система, применяемая не обязательно для астрономических целей.

Перископ (от др.-греч. περι- — «вокруг» и σκοπέω — «смотрю») — прибор, позволяющий выносить точку обозрения наблюдателя за пределы его тела, например, для наблюдения за объектами из укрытия.

Проектор, Кинопроектор, Диапроектор, Эпидиаскоп — оптические приборы, предназначенные для оптического воспроизведения небольшого по размеру изображения на большом экране.

Псевдоскоп (Pseudoscope, греч., от рseudos — ложный, и skopein — смотреть) — прибор, создающий обратную перспективу.

Источник

Оптические приборы и глаз

Содержание:

Оптическая система глаза — это оптический аппарат глаза, в который входят живые линзы (хрусталик и роговица, между которыми находится диафрагма), стекловидное тело и водянистая влага.

На странице -> решение задач по физике собраны решения задач и заданий с решёнными примерами по всем темам физики.

Оптические приборы и глаз

Оптическими приборами называют устройства, предназначенные для получения изображений различных объектов. Ключевые слова. Строение глаза, глаз как оптическая система, аккомодация, лупа, фотоаппарат, микроскоп, телескоп.

Проекционный аппарат

Знание законов геометрической оптики позволило человеку построить разнообразные оптические приборы.

Для показа зрителям на экране увеличенного изображения рисунков, фотоснимков или чертежей применяют проекционный аппарат. Рисунок на стекле или на прозрачной пленке называют диапозитивом, а сам аппарат, предназначенный для показа таких рисунков,— диаскопом (от греческого «скопео» — смотрю и «диа» — через). Если аппарат предназначен для показа непрозрачных картин и чертежей, то его называют эпископом (от греческого «эпи» — на). Аппараты, с помощью которых можно показывать на экране как прозрачные, так и непрозрачные картины, называют эпидиаскопами. Выясним принцип действия проекционного аппарата.

Линзу, которая создает, изображение находящегося перед ней предмета, называют объективом. Обычно объектив представляет собой оптическую систему, у которой устранены важнейшие недостатки, свойственные отдельным линзам. Чтобы изображение предмета на экране было хорошо видно зрителям, сам предмет должен быть ярко освещен.

Схема устройства проекционного аппарата показана на рис. 31.1. Источник света S помещается в фокусе вогнутого зеркала (рефлектора) А. Свет, идущий непосредственно от источника S и отраженный от рефлектора А, попадает на конденсор K, который состоит из двух плоско-выпуклых линз. Конденсор собирает эти световые лучи на объективе О, который уже направляет их на экран Э, где получается изображение диапозитива Д. Сам диапозитив помещается между главным фокусом объектива и точкой, находящейся на расстоянии 2F от объектива. Резкость изображения на экране достигается перемещением объектива, которое часто называют наводкой на фокус.

Фотографический аппарат

Оптический прибор, предназначенный для получения фотографических снимков находящихся перед ним предметов, называют фотографическим аппаратом. Он состоит из светонепроницаемой камеры К (рис. 31.2) с подвижной передней стенкой, в которой находится объектив О.

При фотографировании предмета АВ сначала с помощью перемещения объектива на задней стенке аппарата получают резкое изображение предмета A₁B₁. Затем объектив закрывается и на задней стенке фотоаппарата помещается пластинка или пленка П, покрытая светочувствительным слоем. Затем объектив открывается на определенное время, называемое выдержкой. При этом на светочувствительном слое происходит химическая реакция и возникает скрытое изображение предмета (§ 35.5).

После проявления и закрепления с помощью специальных составов изображение на пластинке или пленке становится видимым. На полученном изображении светлые места предметов оказываются темными; а темные — светлыми и прозрачными, поэтому такое изображение называют негативом. Для получения обыкновенного фотоснимка, который называют позитивом, на негатив накладывают светочувствительную бумагу и выставляют его на свет так, чтобы лучи попадали на бумагу сквозь негатив. Через некоторое время на бумаге возникает скрытое изображение предмета. После проявления и закрепления на ней получается уже обычная фотография предмета. С одного негатива можно получить много позитивов, т. е. фотоснимков.

Глаз как оптическая система

Органом зрения человека являются глаза, которые во многих отношениях представляют собой весьма совершенную оптическую систему.

В целом глаз человека — это шарообразное тело диаметром около 2,5 см, которое называют глазным яблоком (рис. 31.3). Непрозрачную и прочную внешнюю оболочку глаза называют склерой, а ее прозрачную и более выпуклую переднюю часть — роговицей. С внутренней стороны склера покрыта сосудистой оболочкой, состоящей из кровеносных сосудов, питающих глаз. Против роговицы сосудистая оболочка переходит в радужную оболочку, неодинаково окрашенную у различных людей, которая отделена от роговицы камерой с прозрачной водянистой массой.

В радужной оболочке имеется круглое отверстие, называемое зрачком, диаметр которого может изменяться. Таким образом, радужная оболочка играет роль диафрагмы, регулирующей доступ света в глаз. При ярком освещении зрачок уменьшается, а при слабом освещении — увеличивается. Внутри глазного яблока за радужной оболочкой расположен хрусталик, который представляет собой двояковыпуклую линзу из прозрачного вещества с показателем преломления около 1,4. Хрусталик окаймляет кольцевая мышца, которая может изменять кривизну его поверхностей, а значит, и его оптическую силу.

Сосудистая оболочка с внутренней стороны глаза покрыта разветвлениями светочувствительного нерва, особенно густыми напротив зрачка. Эти разветвления образуют сетчатую оболочку, на которой получается действительное изображение предметов, создаваемое оптической системой глаза. Пространство между сетчаткой и хрусталиком заполнено прозрачным стекловидным телом, имеющим студенистое строение. Заметим, что изображение предметов на сетчатке глаза получается перевернутое.

Однако деятельность мозга, получающего сигналы от светочувствительного нерва, позволяет нам видеть все предметы в натуральных положениях.

Когда кольцевая мышца глаза расслаблена, то изображение далеких предметов получается на сетчатке. Вообще устройство глаза таково, что человек может видеть без напряжения предметы, расположенные не ближе шести метров от глаза. Изображения более близких предметов в этом случае получаются за сетчаткой глаза. Для получения отчетливого изображения такого предмета кольцевая мышца сжимает хрусталик все сильнее, пока изображение предмета не окажется на сетчатке, а затем удерживает хрусталик в сжатом состоянии.

Таким образом, наводка на фокус в глазу человека осуществляется изменением оптической силы хрусталика с помощью кольцевой мышцы. Заметим, что при расслабленной кольцевой мышце оптическая сила глаза человека является наименьшей и составляет около 58 дптр. Способность оптической системы глаза создавать отчетливые изображения предметов, находящихся на различных расстояниях от него, называют аккомодацией (от латинского «аккомодацио»—приспособление). При рассматривании очень далеких предметов в глаз попадают параллельные лучи. В этом случае говорят, что глаз аккомодирован на бесконечность. Заметим, что в этом случае глаз меньше всего устает (поэтому у задумавшегося человека глаза часто самопроизвольно аккомодируются на бесконечность).

Аккомодация глаза не безгранична. С помощью кольцевой мышцы оптическая сила глаза может увеличиваться не больше чем на 12 диоптрий. При долгом рассматривании близких предметов глаз устает, а кольцевая мышца начинает расслабляться и изображение предмета расплывается.

Существенное значение для человека имеет его способность с помощью зрения определять положения предметов в пространстве относительно друг друга. Это явление объясняется следующим образом. Когда человек смотрит на какой-либо предмет, то он располагает зрительные оси своих глаз так, что они пересекаются на предмете (рис. 31.4). Чем ближе к человеку этот предмет, тем большее мышечное усилие необходимо для сведения на нем зрительных осей глаз. По величине этого усилия человек и оценивает расстояние до предмета. Сведение зрительных осей глаз на определенной точке называют конвергенцией (от латинского «конвергенцио»— схождение). Когда предметы расположены на значительном расстоянии от человека, то при переводе взгляда с одного предмета на другой угол между осями глаз практически не изменяется, и человек теряет способность правильно определять положения предметов. Когда предметы находятся очень далеко, то оси глаз располагаются параллельно и человек не может даже определить, движется или нет предмет, на который он смотрит. Заметим, что некоторую роль в определении положения тел играет и усилие кольцевой мышцы, которая сжимает хрусталик при рассматривании предметов, расположенных недалеко от человека.

Длительность зрительного ощущения

Если быстро перемещать тлеющую лучинку в темноте, например двигать ею по окружности, то посторонний наблюдатель увидит светящееся кольцо. Изучение такого рода явлений показало, что если человек смотрит на какой-либо предмет, то после того, как этот предмет убирают, человек еще продолжает его видеть в течение 0,1 с. Это явление представляет собой своего рода зрительную инерцию и имеет большое практическое значение.

Если человек быстро бежит мимо забора, между досками которого имеются узкие щели, то он отчетливо видит все, что происходит за забором. Такое явление называют стробоскопическим эффектом (от греческого «стробос — вихрь).

Стробоскопический эффект является основой кино. Он же используется в телевидении для получения эффекта движения на экране трубки телевизора. В кинотеатре изображения на экране сменяют друг друга около 20 раз в секунду. Во время замены изображения объектив киноаппарата закрыт и экран не освещен. Однако зрители этого не замечают и видят последовательные изображения на экране, которые поочередно сменяют друг друга. Этим способом и создается эффект движения тел на экране.

Угол зрения

Когда мы смотрим вдаль на линию телеграфной передачи, то далекие от нас столбы кажутся нам по размеру меньше, чем более близкие. Объясняется это тем, что хотя размеры всех столбов одинаковы, но величина изображения на сетчатке глаза близкого столба больше, чем дальнего. Оказывается, что размер изображения предмета на сетчатке глаза полностью определяется углом зрения (рис. 31.5).

Углом зрения называют угол, составленный прямыми, проведенными из оптического центра глаза к крайним точкам предмета. При большом угле изображение покрывает значительное количество окончаний светочувствительного нерва на сетчатке, поэтому человек различает много деталей в рассматриваемом предмете. Очевидно, величина изображения (угла зрения) зависит от размеров рассматриваемого предмета и от расстояния до него.

Когда рассматриваемый предмет удаляется от глаза, то его изображение на сетчатке уменьшается, и, если все оно умещается на одном окончании светочувствительного нерва, человек уже не видит никаких деталей предмета и воспринимает его изображение как одну точку. Это получается при угле зрения около 30». На практике же человек чаще всего перестает различать детали предмета уже при угле зрения меньше одной минуты. Поэтому при расчетах наибольший угол зрения, при котором предмет воспринимается еще как точка, можно считать равным 1′. Его иногда называют предельным углом зрения.

Для рассматривания далеких или близких, но очень маленьких предметов пользуются оптическими приборами, которые позволяют значительно увеличить угол зрения в этих случаях.

Расстояние наилучшего зрения. Оптические дефекты глаза

В предыдущем параграфе было установлено, что для увеличения угла зрения предмет нужно приблизить к глазу. Однако когда предмет находится слишком близко, глаз быстро утомляется при рассматривании предмета, а на расстоянии, меньшем 20 см, нормальный глаз вообще не может ясно видеть предметы.

Наименьшее расстояние, на котором глаз может ясно видеть предметы без напряжения, называют расстоянием наилучшего зрения (L). Принято считать, что для людей с нормальным зрением L=25 см. Именно на таком расстоянии от глаз человек держит книгу при чтении.

У некоторых людей расстояние наилучшего зрения меньше 25 см. Таких людей называют близорукими. У других людей расстояние наилучшего зрения оказывается больше 25 см. Их называют дальнозоркими. Близорукие люди плохо видят далекие предметы, а дальнозоркие плохо видят близко расположенные предметы. Поэтому при внимательном рассматривании предмета близорукий человек старается расположить его поближе к глазам, а дальнозоркий — отодвинуть подальше от глаз.

Люди, у которых имеются такого рода недостатки в зрении, пользуются очками. У близоруких людей главный фокус Ф оптической системы глаза находится перед сетчаткой (рис. 31.6, а).

Таким людям помогают очки с рассеивающими линзами, которые подбирают таким образом, чтобы главный фокус системы оказался на сетчатке глаза (рис. 31.6, б). У дальнозорких людей главный фокус Ф находится за сетчаткой глаза (рис. 31.7, а). Им помогают очки с собирающими линзами (рис. 31.7, б).

Теория показывает, что очки перемещают положение главного фокуса системы на сетчатку глаза, не изменяя оптической силы всей системы.

Увеличение оптического прибора. Лупа

Увеличением оптического прибора называют число, показывающее, во сколько раз угол под которым глаз видит изображение предмета в приборе, больше угла зрения под которым глаз видит предмет без прибора:

(31.1)

Поскольку углы и обычно малы, увеличение оптического прибора часто находят по приближенной формуле:

(31.2)

Одним из простейших оптических приборов является лупа — собирающая линза, предназначенная для рассматривания увеличенных изображений малых объектов.

Рассматриваемый в лупу предмет обычно помещают в фокальной плоскости линзы или немного ближе к линзе. На рис. 31.8, а показан малый предмет АВ и его изображение в глазу A₁B₁. Если предмет АВ расположен на расстоянии наилучшего зрения L от глаза, то он виден под углом зрения . Поместим теперь перед глазом лупу и подвинем предмет АВ так, чтобы он оказался в ее

фокальной плоскости (рис. 31.8, б). Тогда от каждой точки предмета АВ в глаз после лупы будет попадать пучок параллельных лучей. Оптическая система глаза соберет их на сетчатке, где получится изображение А₂В₂. Поскольку в этом случае предмет АВ виден под углом который больше изображение А₂В₂ будет больше A₁B₁ и человек сможет увидеть в предмете АВ такие детали, которые он не видел, рассматривая его невооруженным глазом. Увеличение лупы при этом выразится формулой (31.2):

Поскольку для людей с нормальным зрением L=0,25 м, окончательно имеем формулу для увеличения лупы)

(31.3)

Заметим, что в описанном случае глаз аккомодирован на бесконечность, поэтому человек через лупу видит предает АВ без напряжения и долго не утомляется.

Если предмет АВ из фокальной плоскости подвинуть ближе к лупе (рис. 31.8, в), то можно получить его мнимое изображение А’В’ на расстоянии наилучшего зрения L. Поскольку в этом случае угол зрения будет несколько больше, чем в предыдущем, то и увеличение окажется больше:

(31.4)

Из рис. 31.8, в видно, что и

Так как изображение А’В’ мнимое, то в формулу линзы (30.3) f следует подставлять с минусом (откуда Таким образом,

Итак, если глаз аккомодирован на расстояние наилучшего зрения, то увеличение лупы на единицу больше, чем при аккомодации глаза на бесконечность. Однако в первом случае глаз находится в напряженном состоянии и устает. Поэтому, когда человек смотрит в лупу, то глаз очень скоро сам аккомодируется на бесконечность. Это означает, что практически увеличение лупы определяется формулой (31.3).

Микроскоп

Прибор, позволяющий получить большое увеличение при рассматривании малых предметов, называют микроскопом (рис. 31.9). Он состоит из двух собирающих линз с большой оптической силой. Ту из них, перед которой помещают рассматриваемый предмет (объект), называют объективом (O₁), а ту, в которую смотрят глазом, называют окуляром (O₂).

Объектив и окуляр микроскопа представляют собой самостоятельные оптические системы, заключенные в отдельные оправы, которые вставляют в металлическую трубку — тубус микроскопа (Т). Рассматриваемый предмет помещают на столик С и освещают снизу с помощью зеркала 3 и системы линз К. Для получения резкого изображения тубус перемещают с помощью винтов B₁ или В₂.

Ход лучей в микроскопе показан на рис. 31.10. Предмет AВ помещается за главным фокусом объектива, почти в главном фокусе. Окуляр располагается так, чтобы перевернутое и действительное изображение предмета A₁B₁ было в его главном фокусе, и действует, как лупа (рис. 31.8, б).

Выясним теперь, чем определяется увеличение микроскопа. Человек, который смотрит в окуляр, видит изображение A₁B₁ под углом Из чертежа (рис. 31.10) видно, что

Так как то Отсюда

Поскольку (где L — расстояние наилучшего зрения), то увеличение микроскопа

Учитывая, что фокусное расстояние объектива мало, величину можно приближенно считать равной расстоянию между фокусами объектива и окуляра, которое обозначают и называют длиной тубуса микроскопа. Тогда увеличение микроскопа выразится формулой

(31.5)

Поскольку — увеличение окуляра, а — увеличение объектива (линейное), то увеличение микроскопа равно произведению увеличений объектива и окуляра:

(31.6)

Заметим, что человек видит в микроскопе мнимое, перевернутое и увеличенное изображение рассматриваемого предмета. Оптические микроскопы дают увеличение не более чем в 1000 раз.

Труба Кеплера. Телескопы

Оптический прибор, предназначенный для наблюдения далеких объектов, которые нельзя приблизить к глазу, называют астрономической трубой. Первые астрономические трубы были построены в 1609 г. итальянским ученым Г. Галилеем и немецким ученым И. Кеплером.

Астрономическую трубу, увеличение угла зрения в которой получается с помощью линз, называют рефрактором (от латинского «рефрактус» — преломленный). Трубы, в которых тот же эффект достигается с помощью сферических зеркал, называют рефлекторами.

Труба Кеплера состоит из двух собирающих линз: объектива и окуляра. Ход лучей в трубе Кеплера показан на рис. 31.11. Объектив обычно имеет большие размеры и маленькую оптическую силу, а окуляр действует, как лупа, через которую рассматривают изображение, создаваемое объективом. Изображение объекта АВ практически получается в главном фокусе объектива Ф_об, а окуляр располагают так, что это изображение находится и в его главном фокусе Ф_ок. Следовательно, расстояние между объективом и окуляром равно сумме фокусных расстояний Ф_об и Ф_ок, т. е. длина трубы Кеплера а равна

(31.7)

Найдем увеличение трубы Кеплера. На рис. 31.11 показаны лучи, идущие от очень далекого объекта, который невооруженным глазом виден под углом Когда человек смотрит на этот объект через трубу Кеплера, то в окуляре он видит его изображение A₁B₁ под углом Так как и то увеличение трубы Кеплера

(31.8)

Из (31.8) следует, что для получения больших увеличений объектив для трубы Кеплера надо брать длиннофокусный, а окуляр — короткофокусный. (Заметим, что не следует смешивать увеличение оптического прибора Г (угловое) с линейным увеличением (§ 30.8).)

Астрономическую трубу, предназначенную для наблюдения за небесными объектами, называют телескопом. Объективы в современных рефракторах имеют диаметр более метра, а их фокусное расстояние приближается к 20 м.

На рис. 31.12 изображена схема устройства рефлектора, фокус которого находится в точке Ф. Окуляр расположен сбоку. Лучи попадают в него после отражения от плоского зеркала. Диаметр отверстия зеркала телескопа достигает 5 м.

Телескоп не только помогает различать объекты, расположенные на близком угловом расстоянии друг от друга, но и позволяет наблюдать очень слабые источники света благодаря тому, что объектив собирает широкий пучок лучей (несравненно более широкий, чем собирает зрачок невооруженного глаза).

Труба Галилея. Бинокль

Изображение объекта в трубе Кеплера получается перевернутое. Для наблюдения небесных тел это не имеет значения, но неудобно для наблюдения за объектами, находящимися на поверхности Земли. Поэтому в зрительных трубах, предназначенных для наблюдений на Земле, между объективом и окуляром помещают дополнительную линзу, которая служит только для перевертывания изображения. При этом длина трубы увеличивается на 4F, где F — фокусное расстояние дополнительной линзы. (Объясните, почему именно на 4F.)

Такая труба громоздка, и вместо нее на практике пользуются трубой Галилея. Она состоит из собирающей линзы (объектив) и рассеивающей линзы (окуляр) (рис. 31.13). Объектив и окуляр в ней располагают так, что их фокусы совпадают в соответствии со сказанным в § 31.9. Формула (31.7) при этом остается справедливой с учетом отрицательного знака у F_ОK. Увеличение трубы Галилея находится по формуле (31.8) и оказывается меньшим, чем у трубы Кеплера: Две соединенные трубы Галилея составляют театральный бинокль, который удобен тем, что имеет маленькие размеры.

Более сильное увеличение дает призматический бинокль (рис. 31.14), представляющий собой соединение двух труб Кеплера. Изображение в этом бинокле перевертывается не о помощью линзы, а с помощью двух призм полного отражения, которые имеются в каждой из труб Кеплера. Это обеспечивает сравнительно маленькие размеры призматического бинокля при значительном увеличении рассматриваемых предметов.

Услуги по физике:

Лекции по физике:

Присылайте задания в любое время дня и ночи в ➔

Официальный сайт Брильёновой Натальи Валерьевны преподавателя кафедры информатики и электроники Екатеринбургского государственного института.

Все авторские права на размещённые материалы сохранены за правообладателями этих материалов. Любое коммерческое и/или иное использование кроме предварительного ознакомления материалов сайта natalibrilenova.ru запрещено. Публикация и распространение размещённых материалов не преследует за собой коммерческой и/или любой другой выгоды.

Источник