§ 15. Найпростіші оптичні прилади

Знання законів відбивання і заломлення світла у дзеркалах і лінзах дали змогу створити ряд оптичних приладів, що мають важливе значення для сучасної науки і техніки. Їх використовують фахівці різних галузей. Це мікроскоп біолога і фотоапарат журналіста, кінокамера оператора і телескоп астронома, перископ підводника тощо. Окрім того, оптичним приладом є окуляри мільйонів людей різного віку і спеціальностей.

Найпростішим оптичним приладом є лупа.

Лупа (франц. loupe - «наріст») - оптичний прилад, що є збиральною лінзою, застосовується для розглядання дрібних деталей, погано помітних неозброєним оком.

Загальний вид луп різного вигляду представлено на малюнку 181, а.

Щоб побачити зображення предмета збільшеним, лупу потрібно розмістити так, щоб цей предмет був між лупою і її фокусом (мал. 181, б).

Промені, що падають на лупу від крайніх точок предмета, заломлюються в лінзі і сходяться.

Мал. 181

Яким же усе це бачить наше око?

Виявляється, наше око не помічає заломлення променів. Промені, що йдуть від предмета крізь лінзу, сприймаються оком як прямолінійні. Нам здається, що промені, які йдуть від лупи до ока, продовжуються після лупи, не заломлюючись. Завдяки цьому ми бачимо предмет збільшеним порівняно з його дійсними розмірами.

Лупа дає збільшення в 10-40 разів.

Значне збільшення зображення предметів можна отримати за допомогою двох лінз, розміщених у металевій трубі на певній відстані одна від одної. Такий прилад називають мікроскопом.

Мікроскоп (грец. mikro - «малий», skopeo - «розглядаю») - оптичний прилад для розглядання дрібних предметів та їхніх деталей (мал. 182, а).

Хід променів у мікроскопі показано на малюнку 182, б. Лінзу, яка розміщена з боку ока, називають окуляром (лат. oculus - «око»), а лінзу, розміщену з боку даного предмета, називають об’єктивом (лат. objectivus - «предметний»).

Мал. 182

Перше збільшення зображення предмета дає об’єктив. Предмет у мікроскопі розміщується трохи далі від фокуса об’єктива. У результаті цього виходить збільшене і перевернуте зображення предмета. Це зображення збільшується ще раз лінзою-окуляром: воно ніби слугує для окуляра предметом. Окуляр, подібно до лупи, розміщують на відстані (меншій від фокусної) від проміжного зображення. У результаті ми отримуємо нове, значно збільшене зображення.

Якщо, наприклад, об’єктив мікроскопа дає зображення предмета, збільшене у 20 разів, а окуляр збільшує це зображення в 15 разів, то загальне збільшення, яке дає мікроскоп, складатиме вже 20 • 15 = 300 разів.

Сучасні електронні мікроскопи дають збільшення в десятки тисяч разів. Наприклад, так виглядають під мікроскопом бактерії, збільшені у 25 000 разів (мал. 183).

Мал. 183

Подивіться ще раз на малюнок, на якому зображено схему мікроскопа (мал. 182, б). Об’єктив мікроскопа - лінза - має меншу фокусну відстань, ніж окуляр цього прилада. А що відбудеться, якщо ми візьмемо об’єктив, який має більшу фокусну відстань, ніж окуляр?

У цьому випадку ми отримаємо новий прилад, який називають телескопом, або рефрактором (лат. refringo - «заломлюю»). Такий телескоп створив ще в 1611 р. німецький астроном Йоганн Кеплер. А взагалі перший телескоп на основі зорової труби побудував у 1609 р. Галілео Галілей.

Телескоп (грец. tele - «далеко», skopeo - «дивлюся») - оптичний прилад для астрономічних досліджень космічних об’єктів (мал. 184).

Мал. 184

Проходження у телескопі променів від небесного тіла показано на малюнку 185.

Мал. 185

Як випливає з малюнка, зображення небесного тіла в телескопі ми бачимо під більшим кутом зору, ніж неозброєним оком. Окуляр телескопа, як і окуляр мікроскопа, діє, як звичайна лупа.

Слід зазначити, що, розглядаючи за допомогою телескопа віддалені предмети на Землі, ми бачимо їх перевернутими. Для спостереження небесних тіл ця обставина не має значення.

Найбільший телескоп-рефрактор, установлений у Єрській обсерваторії (США), має об’єктив діаметром 102 см.

Інший тип - це телескопи-рефлектори (лат. reflecto - «відображаю»). У таких телескопах, окрім заломлення світлових променів, використовують іншу їхню властивість - здатність відбиватися від дзеркальних поверхонь.

Зображення небесного тіла відбивається за допомогою маленького плоского люстерка і розглядається за допомогою окуляра (мал. 186), який збільшує відбите зображення.

Мал. 186

Перший рефлектор з діаметром дзеркала 2,5 см і фокусною відстанню 16,5 см побудував у 1668 р. Ісаак Ньютон. На сьогодні найбільшим у світі є дзеркальний телескоп HESS II у Намібії, площа якого сягає 600 м². Пристрій призначено для вивчення походження космічних променів.

Фотоапарат - це оптичний прилад, за допомогою якого на цифровому пристрої (англ. digital device - технічний пристрій або пристосування, призначене для отримання та обробки інформації в цифровій формі, використовуючи цифрові технології), фотоплівці, фотопластині, фотопапері отримують зображення предмета.

На сьогодні існує багато різних типів фотоапаратів (мал. 187, а). Вони відрізняються формою і розмірами, але їхня будова й основні частини однакові. Хід променів у фотоапараті зображено на малюнку 187, б.