§ 20. Найпростіші оптичні прилади

Пригадайте

Якими бувають лінзи
Що таке фокус

Ви дізнаєтесь

Як сконструювати оптичний прилад

Лупа. Найбільш відомий вам оптичний прилад, який дає можливість оку розглядати дрібні предмети, — лупа (фр. Loupe — збільшуване скло) (мал. 149, с. 96). Лупа — це короткофокусна збиральна лінза, поміщена в оправу з ручкою. Предмет розташовують між лінзою та її фокусом й отримують збільшене уявне зображення предмета. Збільшення, яке дає лупа, визначається за формулою

оскільки для людей з нормальним зором відстань найкращого зору L_o = 0,25 м.

Мікроскоп. Якщо потрібно розглядати предмети зі значним збільшенням (від 20 до 2000 разів), використовують оптичний мікроскоп (мал. 150).

В оптичній системі мікроскопа є лінзи двох типів — об’єктив та окуляр. Розглянемо, як утворюється збільшене зображення за допомогою мікроскопа (мал. 150, б). Предмет АВ розміщують у фокусі об’єктива. Об’єктив дає дійсне збільшене зображення об’єкта (А₁B₁) у фокусі окуляра. Окуляр діє як лупа — формує уявне збільшене зображення (А₂В₂).

Збільшення мікроскопа визначається як добуток збільшення об’єктива та окуляра. Ці величини вказуються на мікроскопі. Наприклад, на об’єктиві вказано 20х, а на окулярі — 10х. Це означає, що збільшення мікроскопа — 200. Сучасні оптичні мікроскопи дозволяють отримати збільшення, що сягає 1 000 разів.

Мал. 149. Лупа

Мал. 150. Мікроскоп: а — загальний вигляд; б — хід променів у мікроскопі

Телескоп. Відомості про космічні об’єкти дістають за допомогою телескопів (мал. 151). Є два основні типи телескопів: телескопи-рефрактори (на основі лінз) і телескопи-рефлектори (на основі дзеркал).

Телескоп не тільки допомагає розрізняти об’єкти, що перебувають на невеликій кутовій відстані¹ один від одного, а й дозволяє спостерігати дуже слабкі джерела світла завдяки тому, що об’єктив збирає широкий пучок променів.

Основними частинами оптичної системи телескопа, як і в мікроскопа, є об’єктив та окуляр. Але на відміну від мікроскопа об’єктив телескопа має велику фокусну відстань, а окуляр — малу. Відстань між об’єктивом та окуляром дорівнює сумі їхніх фокусних відстаней.

Мал. 151. Хід променів і зовнішній вигляд телескопа

Довгофокусний об’єктив має великий діаметр, він збирає значну кількість світла від далекого світила і створює майже у фокусі чітке зменшене, обернене зображення об’єкта. I хоча зображення є сильно зменшеним, зате розташоване набагато ближче, ніж сам предмет. Таким чином об’єктив телескопа, на відміну від об’єктива мікроскопа, має велику фокусну відстань. І що більшою є ця відстань, то сильніше він «наближає» об’єкт.

Через окуляр телескопа, так само як і через окуляр мікроскопа, це зображення розглядається, як у лупу.

Фотоапарати та проекційна техніка. Фотоапарати донедавна були найбільш відомими в побуті оптичними пристроями. Сьогодні більшість фотографій ви отримуєте за допомогою фотокамер, вбудованих у мобільний телефон.

Основна частина фотоапарата — об’єктив. Він може складатись із кількох лінз, які дозволяють отримати чітке зображення на фотоматеріалі (фотоплівці, а в цифрових фотоапаратах — пластинці зі світловими датчиками (пікселями)). Зображення у фотоапараті, так само як і в нашому оці, дійсне, перевернуте й зменшене.

Сучасні фотоапарати мають складну будову (мал. 152, с. 98). Крім механічних та оптичних елементів, у них використовуються складні електронні пристрої для автоматичного керування діафрагмою, затвором, фокусування об’єктива й управління фотоспалахом.

Проекційна техніка (мал. 153, с. 98) слугує для отримання збільшених зображень об’єктів. Головною частиною проекційної апаратури також є об’єктив, який може складатись із кількох лінз.

¹ Кутовою відстанню між двома точками сфери є кут між радіусами, проведеними в ці точки.

Мал. 152. Цифровий фотоапарат

Мал. 153. Проекційна техніка

ФОРМУЄМО КОМПЕТЕНТНІСТЬ

Я поміркую й зможу пояснити

1. Як треба розташувати предмет і лупу, щоб бачити крізь лупу збільшене зображення цього предмета?
2. Які принципи дії мікроскопа й телескопа?
3. Назвіть відомі вам прилади, у яких застосовуються лінзи.

Я вмію досліджувати й експериментувати

Перископ своїми руками. Для виготовлення перископа вам знадобляться ножиці, два дзеркала й висока картонна коробка (мал. 154).