Оптичні прилади

Оптичні прилади – прилади, будова яких ґрунтується на законах поширення світла або на використанні властивостей світла.До них, наприклад, належать: фотоапарат, телескоп, мікроскоп,

лазер, кінопроектор, кінокамера, бінокль.

Телеско́п (заст. — далекогля́д) — прилад для спостереження віддалених об'єктів, був сконструйований Галілео Галілеєм у 1609 році. Термін «телескоп» також вживається для позначення астрономічних приладів для спостережень електромагнітних хвиль невидимих для людського ока (інфрачервоні, ультрафіолетові, рентгенівські, гамма- і радіотелескопи), а також для реєстрації відмінного від електромагнітного випромінювання (нейтринні та гравітаційні телескопи). Основною оптичною складовою телескопа є об'єктив, який збирає світло й будує зображення об'єкта або ділянки неба. Об'єктив з'єднується з приймальним пристроєм трубою (тубусом). Механічна конструкція, що несе трубу й забезпечує її наведення на небо, називається монтуванням. Якщо приймачем світла є око (під час візуальних спостережень), то обов'язково потрібен окуляр, в який розглядається зображення, побудоване об'єктивом. Для фотографічних, фотоелектричних, спектральних спостережень окуляр не потрібен. Фотографічну пластинку, вхідну діафрагму електрофотометру, щілину спектрографа та ін. встановлюються безпосередньо поблизу фокальної площини телескопа.

Біно́кль (лат. bini — два і лат. oculus — око) — оптичний прилад, складений з двох паралельно з'єднаних зорових труб. Застосовують його для спостереження віддалених предметів. Є два типи біноклів: театральний і польовий. В театральному біноклі використовуються труби Г. Галілея, в яких окуляром служить розсіювальна лінза, що дає можливість спостерігати предмети без зміни їхньої орієнтації відносно глядача. Оптичні осі окулярів і об'єктивів цих труб суміщаються з оптичними осями очей людини, тому стереоскопічність при користуванні театральним біноклем така ж, як і при спостереженні очима. Театральний бінокль тільки збільшує кут зору, що психофізично сприймається як наближення видимої картини.

Мікроскоп – прилад для розглядання дрібних, невидимих для неозброєного ока, предметів у збільшеному зображенні.Історично першим приладом, який використовувався з такою метою був оптичний мікроскоп, дія якого базується на заломленні світла системою лінз. Оптичний мікроскоп дає збільшення до 3000 разів. У електронному мікроскопі, винайденому в 30-х роках 20 ст., збільшене зображення одержують за допомогою пучків електронів. Він дає збільшення в десятки і сотні тисяч разів. Винайдені у 80-х роках 20 ст. атомний силовий мікроскоп та тунельний мікроскоп дозволяють розглядати зображення об'єктів атомного масштабу - окремі атоми й молекули. Хід променів в мікроскопі відбивається від дзеркальної поверхні нижче спостережуваного обєкта, проходить крізь досліджуваний об'єкт, входить до об'єктив мікроскопа, збільшується за рахунок лінзи і окуляра, і тоді ми побачимо збільшене зображення. А окуляром ми регулюємо чіткість.

Фотокамера — прилад для фіксації оптичного зображення на спеціальному носії (зазвичай фотоплівці або у формі комп'ютерного файлу на електронній карті пам'яті).Термін фотокамера походить від лат. camera, тобто «кімната». Найпершою формою фотокамери була саме така темна кімната (camera obscura) або прямокутна коробка з дуже маленьким отвором в одній зі стін. Завдяки цьому отвору, який виконував функції сучасного лінзового об'єктиву, camera obscura може формувати зображення (досить низької якості, як за сучасними стандартами) на протилежній стінці. Такі камери обскура існують і зараз у деяких освітніх закладах для ілюстрації базових оптичних принципів.Оптичні прилади дуже важливі для нас. Ми навіть не у'являємо життя без них.

Приклади ров¢язування задач

Задача 1 Визначити коефіцієнт заломлення п матеріалу лін­зи, якщо радіуси кривизни її поверхонь дорівнюють R ₁ = R ₂ = 50см, а оптична сила D = 2 диоптрії.

Розв'язок: Задача розв'язується за формулою:

Отже,

Визначимо всі величини в одиницях системи СІ: R ₁ = 50 см = 0,5 м; R ₂ = 50 см = 0,5 м; D = 2 диоптрії.

Підставляємо числові значення величин у формулу і визначаємо:

Задача 2 Визначити позірну глибину річки h, якщо показник заломлення води рівний п, а реальна глибина річки дорівнює Н.

Розв’язок:

Для розв’язання задачі використаємо параксіальне наближення. Розглянемо тільки ті промені, які на своєму шляху незначно відхиляються від оптичної осі системи. Тобто і кут падіння, і кут заломлення – малі. Тоді можна використати наближення: , де φ - у радіанній мірі.

За законом Снелла , або . Тоді за мал.

(1), а (2).

Розв’язуючи систему рівнянь (1) та (2) маємо .

Тобто глибина річки здається меншою від реальної в п разів.

Якщо розглядати речі на дні річки під великим кутом, то річка здається ще менш глибокою.

Відповідь: .

Задача 3 Сонячні промені падають під кутом 40⁰ до горизонту. Як треба розмістити плоске дзеркало, аби відбиті промені були спрямовані вертикально вгору?

Розв’язок:

Якщо промені падають під кутом φ = 40⁰ до горизонту, а після відбивання спрямовані вертикально вгору, то кут між падаючим і відбитим променями дорівнює: . Так як , то дзеркало повинно бути розміщеним перпендикулярно до бісектриси кута , а отже під кутом до горизонту.

Відповідь: Під кутом 25⁰ до горизонту.

Задача 4 Сонячним ранком людина на зріст 180 см відкидає тінь довжиною 4,5 м, а дерево – тінь довжиною 30 м. Яка висота дерева?

Розв’язок:

Нехай висота дерева Н, людини h, відповідно довжини тіней дерева L і людини - l.

Так як кути падіння променів на людину і дерево однакові, утворені трикутники (предмет – тінь – промінь) подібні. З подібності трикутників можна записати: .

Відповідь: Висота дерева 12 м.

Задача 5 Предмет знаходиться на відстані а₁ = 8 см від переднього фокуса лінзи, а його зображення – на екрані на відстані а₂ = 18 см від заднього фокуса лінзи. Знайдіть фокусну відстань F лінзи.

Розв’язок:

На екрані може бути отримане тільки дійсне зображення. Значить, лінза збиральна, а відстань від неї до предмета і до екрана перевищують фокусну відстань: . Згідно з формулою тонкої лінзи . Звідси .

Відповідь: F = 12 см.

Задача 6 Розсіювальна лінза с фокусною відстанню F = - 10 см дає уявне зображення предмета, зменшене у два рази. На якій відстані d від лінзи знаходиться предмет?

Розв’язок:

Для розв’язання задачі використаємо формулу тонкої лінзи з урахуванням знаків і формулу для поперечного збільшення зображення у лінзі.

(1)

(2).

Роз’яжемо систему рівнянь (1) та (2), отримаємо рівняння , а отже .

Відповідь: на відстані 10 см.

Дата добавления: 2017-01-14