ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.11.2023
Просмотров: 389
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
глаз должен делать усилие; для видения близко лежащих предметов аккомодационная способность глаза уже недостаточна. Поэтому для исправления дальнозоркости употребляются очки с собирающими линзами (рис. 247, г), приводящие фокус глаза в спокойном состоянии на сетчатку.
Лупа. Простейшим прибором для вооружения глаза ивляется лупа. В качестве лупы применяются собирающие линзы с фокусным расстоянием от 10 до 100 мм. Лупа помещается перед глазом, по возможности ближе к нему, арассматриваемый предмет — на расстоянии, немного меньшем фокусного расстояния лупы. Построение изображения в этом случае было рассмотрено в §97 гл. X. На-
Рис. 249. Ход лучей при рассматривании небольшого предмета через
лупу
помним, что в этих условиях получается мнимое, прямое, увеличенное изображение.
На рис. 249 показан ход лучей при рассматривании небольшого предмета через лупу. Лучи, исходящие из точки 5 предмета l, преломляются сначала в лупе, затем в преломляющих средах глаза и собираются в точке S" на сетчатке. В той же точке S" собрались бы лучи, если бы лупы не было, а источник находился бы в точке S', т. е. если бы глаз непосредственно рассматривал предмет увеличенных размеров l', находящийся на соответственном расстоянии от глаза.
Лучи, вычерченные на рис. 249 штриховыми линиями, пересечение которых в точке S' дает мнимое изображение точки S, в действительности не существуют. Мы можем поместить сразу за предметом непрозрачный экран, и ничто от этого не изменится. Однако мы «видим» предмет l', так как глаз автоматически «восстанавливает» ход попавших в него лучей, а лучи после преломления в лупе падают на глаз так, как если бы l' было реальным предметом.
Найдем увеличение лупы. Предположим, что предмет, имеющий длину l (рис. 250, а),находится от глаза на расстоянии наилучшего видения D. Тогда угол зрения равен
Поместим тот же предмет (рис. 250, б) вблизи фокуса F
Рис. 250. Рассматривание небольшого предмета невооруженным глазом (а) и через лупу (б)
лупы и будем рассматривать его через лупу. Мы увидим изображение предмета длины
l' под углом зрения ', причем
где а'— расстояние от лупы до. изображения (расстоянием от лупы до оптического центра глаза пренебрегаем).
По формуле увеличения линзы имеем следующее соотношение:
следовательно,
Отсюда для увеличения лупы находим
Так как предмет находится возле фокуса, то af. Таким образом, полагая расстояние наилучшего видения D=250 мм, для увеличения лупы получаем приближенно следующую формулу:
(114.1)где f должно быть выражено в миллиметрах; например, при f=50 мм лупа имеет пятикратное увеличение.
Предмет может лежать в самой фокальной плоскости лупы. В таком случае от каждой точки предмета из лупы исходит параллельный пучок лучей, который сводится глазом в точку: на сетчатке глаза получается резкое изображение предмета. Отметим, что этот случай особо благоприятен для наблюдения: нормальный глаз сводит в точку параллельный пучок, находясь в состоянии покоя; таким образом, усилия аккомодации не требуется, и в этих условиях наблюдения глаз менее утомляется. Именно при таком способе наблюдения увеличение лупы имеет точно значение, даваемое формулой (114.1).
Лупы различного вида широко применяются при мелкой и точной работе, при измерениях и т. п.
Казалось бы, что с помощью лупы можно получать очень большие увеличения,— надо только уменьшать ее фокусное расстояние. Например, при фокусном расстоянии 0,25 мм увеличение лупы равно 1000. Однако пользование лупами с очень малым фокусным расстоянием, а следовательно, и с малым диаметром, практически невозможно. Поэтому лупы с увеличением более 40 не применяются.
48. Микроскоп.
Микроскоп. Для получения больших увеличений применяется микроскоп. Оптическая система микроскопа состоит из двух частей более или менее сложной конструкции:
объектива (обращенного к объекту) и окуляра (обращенного к глазу). Ход лучей в микроскопе показан на рис. 251, причем объектив и окуляр заменены на рисунке простыми линзами.
Как и лупа, микроскоп дает возможность рассматривать изображение предмета под большим углом, чем это возможно
Рис. 251. Ход лучей в микроскопе
для невооруженного глаза. Небольшой предмет S1S2 помещается перед объективом 1 микроскопа на расстоянии, немного большем фокусного расстояния объектива; его действительное изображение S'1S'2находится вблизи переднего фокуса F2окуляра 2 — между окуляром и его передним фокусом. Это изображение рассматривается глазом через окуляр, как через лупу; на сетчатке глаза образуется изображение S'''1S'''2, которое воспринимается глазом как исходящее от мнимого увеличенного изображения S"1S"2. — расстояние между задним фокусом объектива и передним фокусом окуляра — называется оптической длиной тубуса микроскопа; от нее зависит увеличение микроскопа. S'1S'2 находится в передней фокальной плоскости окуляра, т. е. изображение S"1S"2лежит в бесконечности; при этом глаз находится в ненапряженном состоянии.
Увеличением микроскопа, как и в случае лупы, называется отношение длины изображения какого-либо отрезка, получаемого на сетчатой оболочке глаза при помощи микроскопа, к длине изображения того же отрезка на сетчатке при рассматривании его невооруженным глазом.
Действие микроскопа эквивалентно действию лупы с фокусным расстоянием f, равным фокусному расстоянию всего микроскопа. Пользуясь формулой (114.1), для увеличения микроскопа находим
Фокусное расстояние микроскопа как системы из двух линз может быть сделано значительно меньше, чем фокусное расстояние объектива или окуляра в отдельности. В соответствии с этим увеличение микроскопа значительно больше увеличения, даваемого объективом или окуляром. Как показывает расчет, увеличение микроскопа равно произведению увеличения объектива и увеличения окуляра. Поэтому нередко применяют микроскопы с увеличением около 1000 и даже больше.
Основные части оптической системы микроскопа —
объектив 1 и окуляр 2 — размещаются на концах цилиндрической трубки, укрепленной в штативе (рис. 252). Объект 3 помещается на предметном столике 4 и освещается снизу с помощью зеркала 5 и конденсора 6. Оправы объектива и окуляра устанавливаются в металлической трубке — тубусе 7. Наводка на резкое изображение осуществляется с помощью винта кремальеры 8 (грубая наводка) или микрометрического винта 9 (точная наводка). Окуляры и объективы микроскопа делаются сменными, благодаря чему можно быстро менять увеличение системы. Быстрая смена объективов с разным увеличением производится с помощью револьвера 10. Тубус и столик укреплены на массивном штативе 11.
Рис. 252. Микроскоп
Наличие действительного промежуточного изображения, даваемого объективом, расширяет область применения микроскопа. Оно делает возможным точные измерения размеров предмета, для чего в фокальную плоскость окуляра помещают шкалу, нанесенную на прозрачную пластинку. Можно получить проекцию этого изображения на экран, сфотографировать его и т. д. (см. упражнение 53 в конце этой главы).
49. Разрешающая способность и увеличение оптических приборов.
Разрешающая способность микроскопа. Мы характеризовали действие микроскопа его увеличением. Как мы уже видели на примере лупы, увеличение, достигаемое с помощью оптической системы, ведет к возможности рассматривать части предмета под большим углом зрения и, следовательно, различать более мелкие детали. Микроскоп позволяет различать отдельные детали объекта, которые для невооруженного глаза или при наблюдении с простой лупой сливаются в точку, т. е. микроскоп лучше, чем лупа, разрешает тонкую структуру объекта. Однако, осуществляя большие увеличения, мы можем повысить разрешающую способность микроскопа лишь до известного предела. Это связано с тем фактом, что наши представления о свете как о лучах уже оказываются слишком грубыми, становится необходимым учитывать волновые свойства света. Сказанное относится не только к микроскопу, но и к другим оптическим приборам. Более подробно явления, связанные с волновой природой света, будут нами рассмотрены позже (§ 134). Здесь же нам важно отметить, что волновая природа света накладывает определенный предел на разрешающую способность всех оптических систем *), в частности и микроскопа. Если две точки объекта находятся одна от другой на расстоянии, меньшем некоторого предела, то мы не сможем их «разрешить»: их изображения всегда будут сливаться между собой, каким бы большим увеличением ни обладал микроскоп.
Предельная разрешающая способность достигается при возможно более всестороннем освещении объекта. Вследствие этого в современных микроскопах для освещения объекта применяются специальные конденсоры, дающие широкие пучки лучей. Предельная разрешающая способность достигается при увеличении микроскопа, равном около 1000.
*) По отношению к которым разумно говорить о разрешающей способности.
50. Погрешности оптических приборов.
Оптическая система. Тонкая линза представляет простейшую оптическую систему. Простые тонкие линзы применяются главным образом в виде стекол для очков. Кроме того, общеизвестно применение линзы в качестве увеличительного стекла (лупы).
Действие многих оптических приборов — проекционного фонаря, фотоаппарата и др.— может быть схематически уподоблено действию тонких линз, как об этом упоминалось в § 97. Однако тонкая линза дает хорошее изображение только в том сравнительно редком случае, когда можно ограничиться узким одноцветным пучком, идущим от источника вдоль главной оптической оси или под небольшим углом к ней. В большинстве же практических задач, где эти условия не выполняются, изображение, даваемое тонкой линзой, довольно несовершенно. Поэтому в большинстве случаев прибегают к построению более сложных оптических систем, имеющих большое число преломляющих поверхностей и не ограниченных требованием близости этих поверхностей (требованием, которому удовлетворяет тонкая линза).