Objekti tõelise kujutise märk on see. Objektiivi poolt antud pildid

Lihtsaim instrument visuaalseks vaatluseks on luup. Suurendusklaas on väikese fookuskaugusega koonduv objektiiv (F< 10 см). Лупу располагают близко к глазу, а рассматриваемый предмет - в ее фокальной плоскости. Предмет виден через лупу под углом.

Kus h- objekti suurus. Sama objekti palja silmaga vaadates tuleks see asetada kaugusele d 0 = 25 cm parim nägemus normaalne silm. Objekt on nähtav nurga all

Sellest järeldub, et luubi suurendus on

10 cm fookuskaugusega objektiiv annab 2,5-kordse suurenduse. Suurendusklaasi tööd on illustreeritud joonisel fig. 13.

Riis. 13. Suurendusklaasi toime: a - objekti vaadeldakse palja silmaga parima nähtavuse kauguselt d 0 = 25 cm; b - objekti vaadatakse läbi suurendusklaasi, mille fookuskaugus on F.

Üks lihtsamaid optilisi seadmeid on suurendusklaas – koonduv lääts, mis on mõeldud väikeste objektide suurendatud kujutiste vaatamiseks. Objektiiv tuuakse silma enda lähedale ning objekt asetatakse läätse ja põhifookuse vahele. Silm näeb objektist virtuaalset ja suurendatud pilti. Kõige mugavam on objekti uurida läbi suurendusklaasi täiesti lõdvestunud, lõpmatuseni kohanenud silmaga. Selleks asetatakse objekt objektiivi põhifookustasandile nii, et objekti igast punktist väljuvad kiired moodustavad läätse taga paralleelsed kiired. Joonisel on kaks sellist kiirt, mis tulevad objekti servadest. Lõpmatuseni kohanenud silma sattudes fokusseeritakse paralleelsete kiirte kiired võrkkestale ja annavad siinsest objektist selge pildi.

Nurga suurendus

Silm on läätsele väga lähedal, seega võib vaatenurka võtta nurgana 2 β , mis on moodustatud objekti servadest läbi läätse optilise keskpunkti tulevate kiirte poolt. Kui suurendusklaasi poleks, peaksime objekti asetama silmast parima nähtavuse kaugusele (25 cm) ja vaatenurk oleks 2 γ . Arvestades täisnurksed kolmnurgad jalgadega 25 cm ja F cm ja tähistab poolt objektist Z, võime kirjutada:

,

Kus:
2β - vaatenurk, kui vaadata läbi suurendusklaasi;
2γ - vaatenurk palja silmaga vaadeldes;
F- kaugus objektist suurendusklaasi;
Z- pool kõnealuse objekti pikkusest.

Arvestades, et väikseid detaile vaadatakse tavaliselt läbi suurendusklaasi (ja seega ka nurkade kaudu γ ja β on väikesed), saab puutujaid asendada nurkadega. Seega saadakse suurendusklaasi suurendamiseks järgmine avaldis:

Seetõttu on suurendusklaasi suurendus võrdeline, st selle optilise võimsusega.

Mikroskoop

Väikeste objektide vaatlemisel suurte suurenduste saamiseks kasutatakse mikroskoopi. Mikroskoobis oleva objekti suurendatud kujutis saadakse optilise süsteemi abil, mis koosneb kahest lühifookusega läätsest - objektiivist O1 ja okulaarist O2 (joonis 14). Objektiiv annab objektist tõelise ümberpööratud suurendatud kujutise. Seda vahepilti vaatab silm läbi okulaari, mille töö on sarnane suurendusklaasi omaga. Okulaar on paigutatud nii, et vahepilt on selle fookustasandil; sellisel juhul levivad kiired objekti igast punktist okulaari järel paralleelses kiirtes.

Riis. 14. Kiirte teekond mikroskoobis.

Kujutluspilt Läbi okulaari vaadeldav objekt on alati tagurpidi. Kui see osutub ebamugavaks (näiteks väikeses kirjas lugedes), saate objekti enda objektiivi ette keerata. Seetõttu peetakse mikroskoobi nurga suurendust positiivseks väärtuseks.

Nagu jooniselt fig. 14, vaatenurk φ objekt, mida vaadeldakse läbi okulaari väikeste nurkade lähedal,

Umbes üks saab panna d ≈ F 1 ja f ≈ l, kus l- objektiivi ja mikroskoobi okulaari vaheline kaugus ("toru pikkus"). Sama objekti palja silmaga vaadates

Selle tulemusena muutub mikroskoobi nurga suurenduse γ valem

Hea mikroskoop suudab suurendada mitusada korda. Suurtel suurendustel hakkavad ilmnema difraktsiooninähtused.

Pärismikroskoopides on objektiiv ja okulaar keerulised optilised süsteemid, mis kõrvaldas erinevad kõrvalekalded.

Teleskoop

Teleskoobid (tähisskoobid) on mõeldud kaugete objektide vaatlemiseks. Need koosnevad kahest läätsest – suure fookuskaugusega koonduvast objektiivist, mis on suunatud objekti poole (objektiiv) ja lühikese fookuskaugusega objektiivist (okulaar), mis on suunatud vaatleja poole. Spotting-skoope on kahte tüüpi:

• Kepleri teleskoop mõeldud astronoomilisteks vaatlusteks. See annab suurendatud ümberpööratud kujutisi kaugetest objektidest ja on seetõttu maapealsete vaatluste jaoks ebamugav.
• Galileo vaatlusulatus, mis on mõeldud maapealseks vaatluseks, mis annab suurendatud otsepildid. Galilei torus olev okulaar on lahknev lääts.

Joonisel fig. 15 näitab kiirte liikumist astronoomilises teleskoobis. Eeldatakse, et vaatleja silm on kohanenud lõpmatuseni, nii et kiired kauge objekti igast punktist väljuvad okulaarist paralleelselt. Seda kiirte liikumist nimetatakse teleskoopseks. Astronoomilises torus saavutatakse kiirte teleskoopiline tee tingimusel, et objektiivi ja okulaari vaheline kaugus on võrdne nende fookuskauguste summaga l = F 1 + F 2 .

Objektiivskoopi (teleskoopi) iseloomustab tavaliselt nurga suurendus γ . Erinevalt mikroskoobist eemaldatakse teleskoobi kaudu vaadeldavad objektid alati vaatlejast. Kui kauge objekt on palja silmaga nurga all nähtav ψ , ja kui vaadata läbi teleskoobi nurga all φ , siis on nurga suurenemine suhe

Nurga suurenemine γ , samuti lineaarne tõus Γ , saate määrata pluss- või miinusmärgid olenevalt sellest, kas pilt on püsti või tagurpidi. Kepleri astronoomilise toru nurgasuurendus on negatiivne, Galileo maapealsel torul aga positiivne.

Nurga suurendus täppisklapid väljendatud fookuskaugusena:

Riis. 15. Teleskoopkiire teekond.

Sfäärilisi peegleid ei kasutata suurte astronoomiliste teleskoopide läätsedena. Selliseid teleskoope nimetatakse reflektoriteks. hea peegel lihtsam teha ja erinevalt objektiividest ei esine peeglitel kromaatilist aberratsiooni.

Venemaal ehitati maailma suurim teleskoop peegli läbimõõduga 6 m. Tuleb meeles pidada, et suured astronoomilised teleskoobid on mõeldud mitte ainult vaadeldavate kosmoseobjektide nurkkauguste suurendamiseks, vaid ka valgusvoo suurendamiseks. nõrgalt helendavate objektide energia.

Analüüsime mõnede laialt levinud optiliste seadmete skeemi ja tööpõhimõtet.

Kaamera

Riis. 16

Selle pildi asemele asetatakse fotofilm või fotoplaat (kaetud hõbebromiidi sisaldava valgustundliku emulsiooniga), objektiiv avatakse korraks - film säritatakse. Sellele ilmub peidetud pilt. Spetsiaalsesse lahusesse - ilmutisse sattudes lagunevad hõbebromiidi "eksponeeritud" molekulid, broom kantakse lahusesse ja hõbe eraldub plaadi või kile valgustatud osadele tumeda katte kujul; mida rohkem valgust filmi teatud ala särituse ajal tabab, seda tumedamaks see muutub. Pärast arendust ja pesemist tuleb pilt fikseerida, mille jaoks see asetatakse fikseerivasse lahusesse, milles lahustub valgustamata hõbebromiid ja kantakse negatiivist eemale. Selgub pilt sellest, mis oli objektiivi ees, varjundite ümberpaigutusega - heledad osad muutusid tumedaks ja vastupidi (negatiivseks).

Foto – positiivse – saamiseks on vaja sama hõbebromiidiga kaetud fotopaberit mõneks ajaks läbi negatiivi valgustada. Pärast selle avaldumist ja kinnistamist saadakse negatiivsest negatiiv, st positiivne, milles heledad ja tumedad osad vastavad objekti heledale ja tumedale osale.

Kvaliteetsete piltide jaoks suur tähtsus on teravustamine – pildi ja filmi või plaadi kombineerimine. Selleks oli vanadel kaameratel liigutatav tagasein, valgustundliku plaadi asemel sisestati mattklaasplaat; viimast liigutades tekkis silma järgi terav pilt. Seejärel asendati klaasplaat valgustundliku vastu ja tehti fotosid.

Kaasaegsed kaamerad kasutavad teravustamiseks kaugusmõõturiga seotud ülestõmmatavat objektiivi. Sel juhul jäävad kõik objektiivi valemis sisalduvad kogused muutumatuks, objektiivi ja filmi vaheline kaugus muutub, kuni see langeb kokku f-ga. Teravussügavuse suurendamiseks – kaugused piki optilist peatelge, mille juures objektid on teravalt kujutatud – tehakse objektiivi ava, st selle ava vähendatakse. Kuid see vähendab seadmesse siseneva valguse hulka ja pikendab vajalikku säritusaega.

Pildi valgustus, mille valgusallikaks on lääts, on otseselt võrdeline selle ava pindalaga, mis omakorda on võrdeline läbimõõdu d2 ruuduga. Valgustus on ka pöördvõrdeline allika ja pildi kauguse ruuduga, meie puhul peaaegu fookuskauguse F ruuduga. Seega on valgustus võrdeline murdosaga d2 / F2, mida nimetatakse avasuhteks. objektiivist. Ava ruutjuurt nimetatakse suhteliseks apertuuriks ja see on tavaliselt näidatud objektiivil sildi kujul: 1: F: d. Kaasaegsed kaamerad on varustatud mitmete fotograafi tööd hõlbustavate ja tema võimalusi laiendavate seadmetega (automaatkäivitus, erineva fookuskaugusega objektiivide komplekt, särimõõturid, sh automaatne, automaatne või poolautomaatne teravustamine jne). Värvifotograafia on laialt levinud. Arendusprotsessis - kolmemõõtmeline foto.

Silm

inimese silm optilisest vaatepunktist on tegemist sama kaameraga (joonis 23). Sellele luuakse sama (päris, vähendatud, ümberpööratud) pilt tagasein silmad - valgustundlikel kollane laik, millesse on koondunud spetsiaalsed lõpud nägemisnärvid- koonused ja vardad. Nende ärritus valgusega kandub edasi aju närvidesse ja põhjustab nägemise tunnet. Silmal on lääts - lääts, diafragma - pupill, isegi läätsekate - silmalaud. Silm on paljuski parem kui tänapäeva kaamerad. See teravustab automaatselt – mõõtes silmalihaste toimel läätse kumerust ehk fookuskaugust muutes. Automaatselt diafragma – õpilase ahenemisega pimedast ruumist heledasse liikudes. Silm annab värvilise pildi, "mäletab" visuaalseid pilte. Üldiselt on bioloogid ja arstid jõudnud järeldusele, et silm on aju osa, mis on paigutatud perifeeriasse.

Kahe silmaga nägemine võimaldab näha objekti erinevad osapooled st teostada kolmemõõtmelist nägemist. Eksperimentaalselt on tõestatud, et ühe silmaga nähes tundub pilt 10 m pealt tasane (aluses – pupilli äärmiste punktide vaheline kaugus võrdub pupilli läbimõõduga). Kahe silmaga vaadates näeme tasast pilti 500 m kauguselt (alus on läätsede optiliste tsentrite vaheline kaugus), ehk saame silma järgi määrata objektide suuruse, kumb ja kui palju lähemal või kaugemal.

Selle võime suurendamiseks on vaja alust suurendada, seda tehakse prismaatilises binoklis ja sisse erinevat tüüpi kaugusmõõtjad (joon. 17).

Riis. 17

Kuid nagu kõik maailmas, pole isegi selline täiuslik looduse looming nagu silm veatu. Esiteks, silm reageerib ainult nähtavale valgusele (ja samal ajal tajume nägemise abil kuni 90% kogu teabest). Teiseks on silm allutatud paljudele haigustele, millest levinuim on lühinägelikkus – kiired koonduvad võrkkestale lähemale (joon. 18) ja hüperoopia – terav kujutis võrkkesta taga (joon. 19).

Mõlemal juhul tekib võrkkestale ebaterav kujutis. Optika võib nende vaevuste korral aidata. Müoopia korral on vaja valida vastava optilise võimsusega nõgusate klaasidega prillid. Kaugnägelikkusega, vastupidi, on vaja aidata silmal kiiri võrkkestale tuua, prillid peaksid olema kumerad ja ka vastava optilise võimsusega.

Kõik, mida selles õppetükis käsitletakse, on kaetud õhukese koonduva läätse näitega, kuna see objektiiv on kõige levinum.

Meenutagem objektiivi põhipunkte ja jooni. Need punktid hõlmavad objektiivi optilist keskpunkti, põhilist optilist telge ja fookuspunkte.

Pöördume joonise poole (joonis 1)

Riis. 1. Objektiivi põhipunktid

Diagramm näitab, et koonduv lääts asub risti optilise põhiteljega. Optilise põhitelje ristumiskoht objektiiviga (punkt) on objektiivi optiline keskpunkt, kaks fookust (), kaks topeltfookuse punkti (). Sel juhul käsitleme võrdse fookusega objektiivi, kui paremal ja vasakul objektiivil on sama fookuskaugus.

Esimesel juhul on objekt topeltfookusest suuremal kaugusel. Objekti näidatakse noolena.

Punkti konstrueerimiseks piisab kahest kiirest. Seetõttu vali kiired, mille kulg on teada.

Objektiivi punktist suuname kiire optilise põhiteljega paralleelselt. Läätse omaduste järgi see kiir murdub ja läbib fookuspunkti. Me suuname teise kiire punktist läbi optilise keskpunkti. Läätsede omaduse kohaselt läbib see kiir läätse ilma murdumiseta. Kahe kiire ristumiskohas saame punkti kujutise (joon. 2).

Riis. 2. Skeem punkti kujutise konstrueerimiseks

Konstrueerime samamoodi punkti. Punktist suuname põhiteljega paralleelse kiire läätsele, see kiir murdub ja läbib fookuse. Kiir liigub punktist läbi optilise keskpunkti. Nende kiirte ristumiskohas saame punkti (joon. 3).

Riis. 3. Skeem objekti kujutise konstrueerimiseks

Ühendades punktid ja saame objekti kujutise.

Tuleb märkida, et pilt on ümberpööratud, vähendatud ja tõeline. Näeme punkti optilise telje all, samas kui objektil endal on punkt optilise telje kohal.

Pilti loovad läätse läbinud kiired, mistõttu sellist pilti nimetatakse reaalseks.

Mõelge järgmisele joonisele.

Objekt asub topeltfookuse ja objektiivi fookuse vahel. Kasutame samu kiiri täppide kujutise saamiseks. Neid ühendades saame objektist pildi (joon. 4).

Riis. 4. Skeem kujutise konstrueerimiseks, kui objekt on vahel

Mida lähemal on valgusallikas või objekt teravustamisele, seda suuremaks muutub objekti kujutis. Pilt subjektist jäi tagurpidi, suurenes ja jäi kehtima.

Järgmisel joonisel konstrueerime pildi täpselt fookusesse või fookustasandisse langenud objektist. Tasapinda, mis on risti optilise peateljega ja läbib fookust, nimetatakse fookus- ehk fookustasandiks (joon. 5).

Riis. 5. Skeem sisse kukkunud objekti kujutise konstrueerimiseks

Pange tähele, et kui objekt asub fookustasandil, siis me pilti ei saa. Meie suunatavad kiired on üksteisega paralleelsed ja seetõttu ei anna nad pilti. Sel juhul jälgime läbi objektiivi hägust välja.

Mõelge juhtumile, kui objekt asub fookuse ja objektiivi vahel (joonis 6).

Riis. 6. Lähemal asuva objekti kujutise konstrueerimise skeem

Me võtame samad kiired. Punktist siseneb kiir objektiivi, murdub, läbib fookuse. Kiir, mis läheb punktist läbi optilise keskpunkti, ei murdu. Need kaks kiirt on erinevad, mis tähendab, et nad ei ristu. Kuid nende jätkud ristuvad. Just nemad annavad meile täpi - punkti kujutise.

Samamoodi konstrueerime punkti . Üks kiir läbib fookust, teine ​​​​kiir - läbi optilise keskpunkti, pikenduste ristumiskoht annab punkti B′.

Sel juhul on pilt kujuteldav, kuna see ei saadud mitte kiirte endi, vaid nende laiendite abil. Pilt on püstine ja seda suurendatakse.

Selle koonduvate läätsede omaduse põhjal ehitatakse selline seade nagu suurendusklaas. Suurendusklaasi abil saadakse suurendatud, väljamõeldud, otsepildid. Suurendusklaas on suure kumerusega objektiiv, mis sisestatakse raami sisse. Sellisel objektiivil on väga lühike fookuskaugus, mistõttu seda nimetatakse lühikeseks fookuskauguseks. Selle tulemusena annab selline objektiiv väga hea suurendus kui käsitleme väikseid objekte.

Tuleb märkida, et paljud optilised instrumendid, nagu mikroskoop, teleskoop, koosnevad suurest hulgast läätsedest. Nende hulka kuuluvad hajutavad läätsed.

Objektiivide abil ei saa te mitte ainult valguskiiri koguda ega hajutada, vaid nagu hästi teate, saate ka objektist erinevaid pilte saada. Koonduva läätse abil püüame saada pildi helendavast lambipirnist või küünlast.

Mõelge piltide loomise tehnikatele. Punkti konstrueerimiseks piisab vaid kahest kiirest. Seetõttu valitakse kaks sellist kiirt, mille kulg on teada. See on objektiivi optilise teljega paralleelne kiir, mis läätse läbides lõikub fookuses optilise teljega. Teine kiir läbib objektiivi keskpunkti ega muuda selle suunda.

Teate juba, et objektiivi mõlemal küljel selle optilisel teljel on objektiivi fookus F. Kui asetate objektiivi ja selle fookuse vahele küünla, siis läätse samale küljele, kus küünal asub, vaata küünla suurendatud kujutist, selle otsepilti (joon. 157).

Riis. 157. Küünla otsekujutis

Kui küünal asetada objektiivi fookuse taha, siis selle pilt kaob, kuid teisele poole objektiivi, kaugel sellest, ilmub uus pilt. Seda pilti suurendatakse ja pööratakse küünla suhtes ümber.

Võtame kauguse valgusallikast läätseni, mis on suurem kui läätse topeltfookuskaugus (joonis 158). Tähistame seda tähega d, d > 2F. Ekraani objektiivi taha liigutades saame sellele reaalse, vähendatud ja ümberpööratud pildi valgusallikast (objektist). Objektiivi suhtes jääb pilt fookuse ja kahekordse fookuskauguse vahele, s.t.

F< f < 2F.

Riis. 158. Objektiivi poolt antav pilt, kui kaugus valgusallikast on suurem kui topeltfookus

Sellise pildi saab kaamera abil.

Kui tuua objekt objektiivile lähemale, liigub selle ümberpööratud kujutis objektiivist eemale ja pildi suurus suureneb. Kui objekt on punktide F ja 2F vahel, st F< d < 2F, его действительное, увеличенное и перевёрнутое изображение будет находиться за двойным фокусным расстоянием линзы (рис. 159)

Riis. 159. Pilt, mille annab objektiiv, kui objekt on fookuse ja topeltfookuse vahel

Kui objekt asetatakse fookuse ja objektiivi vahele, st d< F, то его изображение на экране не получится. Посмотрев на свечу через линзу, мы увидим kujuteldav, otsene ja suurendatud pilt(joonis 160). See on fookuse ja topeltfookuse vahel, st.

F< f < 2F.

Riis. 160. Objektiivi poolt antav pilt, kui objekt on fookuse ja objektiivi vahel

Seega sõltub objekti kujutise suurus ja asukoht koonduvas läätses objekti asendist läätse suhtes.

Sõltuvalt sellest, kui kaugel objekt objektiivist asub, saate kas suurendatud pildi (F< d < 2F), или уменьшенное (d >2F).

Mõelge lahkneva objektiiviga saadud kujutiste konstrueerimisele.

Kuna seda läbivad kiired lahknevad, ei anna lahknev lääts tõelisi pilte.

Joonisel 161 on kujutatud objekti kujutise konstruktsioon lahknevas läätses.

Riis. 161. Kujutise ehitamine lahknevas objektiivis

Lahknev objektiiv annab vähendatud, väljamõeldud, otsene pilt, mis asub objektiga samal pool objektiivi. See ei sõltu objekti asukohast objektiivi suhtes.

Küsimused

1. Milline objektiivide omadus võimaldab neid optilistes seadmetes laialdaselt kasutada?
2. Kuidas muutub koonduva läätse tekitatud kujutis?
3. Kasutades jooniseid 159 ja 160, rääkige meile, kuidas objekti kujutis ehitati ja millised on selle kujutise omadused. Kus see asub?
4. Kasutades joonist 158, öelge meile, millistel tingimustel annab objektiiv objektist vähendatud tegeliku kujutise,
5. Miks kehtivad joonistel 158 ja 159 kujutatud objektide kujutised?
6. Tooge näiteid läätsede kasutamisest optilistes instrumentides.
7. Miks ei anna nõguslääts tõelist pilti?
8. Kasutades joonist 161, öelge, kuidas kujutis lahknevas läätses üles ehitatakse. Kuidas see juhtub?

Harjutus 49

Treeningu juhised 49

Õppida õigesti üles ehitama objektiivi ja keerukama objekti kujutist optilised instrumendid, tuleb joonistada järgmises järjestuses:

1. Joonistage objektiiv ja joonistage selle optiline telg.
2. Objektiivi mõlemal küljel jätke kõrvale selle fookuskaugused ja topeltfookuskaugused (joonisel on need suvalise pikkusega, kuid mõlemal pool objektiivi on samad).
3. Kujutage subjekti kohas, kus see on ülesandes märgitud.
4. Joonistage kahe objekti äärmisest punktist lähtuva kiire tee.
5. Kasutades objektiivi (reaalse või kujutleva) läbinud kiirte ristumispunkti, joonistage objektist kujutis.
6. Tehke järeldus: milline pilt vastu võetakse ja kus see asub.