Оптични устройства; Основни познания по физика

Окото¶

От гледна точка на геометричната оптика, окото се състои от система лещи от две сближаващи се лещи - първо кривата роговичен слой и второ очната леща, която може да се деформира от кръгъл мускул. Изображението, получено от лещите, преминава по ретината. Има сензорни клетки (пръчки и конуси), които поглъщат падащите светлинни лъчи и предават съответните сигнали на мозъка чрез зрителния нерв.

Схематична структура на окото.

За да може изображението да бъде възприето, достатъчно количество светлина трябва да достигне до ретината. Размерът на зеницата контролира колко светлина попада в окото; Зеницата се стеснява, когато прекалено много светлина попадне в окото и може да увреди сетивните клетки на ретината („адаптация“). Светлинните лъчи също се блокират от ириса, който иначе удря ръба на лещата и може да създаде замъглено изображение поради сферичната аберация.

Път на лъча и образуване на изображение в окото.

Както се вижда от хода на светлинните лъчи в окото, лещата на окото създава обърнато и обърнато изображение върху ретината. Само в мозъка се извършва „преосмисляне“ (несъзнателно), което от своя страна изгражда изправено изображение от получените сигнали на изображението. [1]

Очната роговица има рефракционна сила около, рефракционната сила на (лежерната) очна леща е около. Ако е необходимо, сфинктерът може да увеличи пречупващата способност на очната леща до при гледане на предмети отблизо, въпреки че тази способност, известна като „акомодация“, може да „намалее“ само с възрастта. В този случай са необходими очила, снабдени със сближаваща се леща, за да могат да се виждат обекти, които са наблизо.

Далеч и късогледство

Така наречената далекогледство или късогледство са сред най-честите зрителни дефекти.

При далекогледство очната ябълка е „твърде малка“, така че изображението, генерирано от лещата на окото, е зад ретината. В този случай подходящата сходяща се леща може да осигури средство, което увеличава пречупващата способност на получената система от лещи или намалява нейното фокусно разстояние.

Далновидност със и без визуална помощ.

При късогледство очната ябълка е „твърде голяма“, така че изображението, генерирано от лещата на окото, е пред ретината. В този случай подходяща дивергентна леща може да осигури лекарство, което намалява пречупващата способност на получената система от лещи или увеличава нейното фокусно разстояние.

Късогледство със и без визуални средства.

И двата зрителни дефекта могат да бъдат вродени, ако размерът на очната ябълка се отклонява от "нормалния" размер. В случай на късогледство, лещата на окото също може да бъде извита твърде рязко или твърде слабо в случай на късогледство.

В случай на далекогледство, свързано с възрастта упадък на кръговия мускул или втвърдяване на лещата на окото може да доведе до слаба рефракционна сила на лещата. В този случай лещата на окото вече не може да бъде извита („приспособена“) достатъчно, за да може да изобрази близки обекти на фокус; в този случай се говори за "пресбиопия". Точно като вродената далекогледство, тя може да бъде компенсирана от сближаваща се леща с подходяща пречупваща сила.

Ъгълът на видимост и разделителната способност

Колко голям обект се възприема зависи от размера на неговото изображение, което се създава върху ретината. Размерът на изображението може да се определи графично чрез изтегляне в централните лъчи, излъчвани от обекта. Ъгълът, който образуват тези лъчи, се нарича ъгъл на гледане.

Представяне на зрителния ъгъл, при който разглежданият обект се появява на ретината.

Колкото по-малък е ъгълът на гледане, толкова по-малък е образът на разглеждания обект на ретината. Минималният ъгъл на гледане, който е необходим, за да може да се възприемат две обектни точки като пространствено отделени една от друга, се нарича разделителна способност (на оптично устройство). В човешкото око е необходим ъгъл на гледане от около една шестдесета от градуса (една дъгова минута), за да се стимулират две различни сетивни клетки на ретината и по този начин да може да се възприемат две обектни точки отделно една от друга (разстоянието между сензорните клетки на ретината е приблизително). Нормално зрещото око обикновено може да възприема две точки, разделени една от друга на разстоянието от така наречения ясен визуален обхват.

Зрителният ъгъл може да се определи, като се използва следната връзка

За малки ъгли на видимост следното се отнася приблизително в радиани и по този начин:

Един от начините за увеличаване на ъгъла на гледане е да приближите гледания обект по-близо до окото или обратно. Нормално зрящото око може да фокусира само на разстояние около; За по-дълъг период от време това напрегнато зрение също се възприема като изтощително. Използването на оптично устройство, например лупа, се оказва по-приятно за гледане на малки предмети. В този случай увеличението произтича от факта, че разглежданият обект се появява с по-голям ъгъл на гледане с такова помощно средство. Формално увеличението на оптичното устройство може да бъде дефинирано както следва:

Телескопът на Кеплер¶

Телескопът на Кеплер („телескоп“) по същество се състои от голяма, леко извита сближаваща се леща като обектив и относително малка, по-силно извита сближаваща се леща като окуляр. [2]

Обикновено се използва телескоп Кеплер, за да се гледат обекти, които са много далеч и които са далеч от два пъти фокусното разстояние на обектива. В този случай обективът на обектива създава намалено, обърнато и обърнато изображение на обекта в телескопа. Това се разглежда уголемено през окуляра, който действа като лупа. [3]

Лъчева пътека в телескоп на Кеплер.

Като цяло телескопът Kepler произвежда увеличение, което съответства на съотношението на фокусното разстояние на обектива към фокусното разстояние на окуляра:

(1) ¶

В допълнение към (относително малкото) уголемяване на зрителния ъгъл, системата от лещи на телескоп Kepler гарантира, че цялото количество светлина, падаща върху обектива, е фокусирано върху значително по-малката леща на окуляра и по този начин се възприема от окото; изображението, получено от телескопа, изглежда по-ярко.

Минималната дължина на телескоп Kepler е равна на сумата от фокусните разстояния на обектива и окуляра, т.е. Причината за това е, че генерираното междинно изображение е (точно) извън фокусното разстояние на лещата и почти на фокусното разстояние на окуляра.

Светлинният микроскоп¶

В светлинен микроскоп се използва силен източник на светлина, разположен в основата на микроскопа, за да свети през образец, лежащ на микроскопска маса. Този обект се разглежда чрез система от две сближаващи се лещи (обектив и окуляр).

Разстоянието между разглеждания обект и обектива се регулира чрез регулиране на височината на микроскопския етап, така че разстоянието между обекта и единичното и да удвои фокусното разстояние на обектива. В този случай обективът създава увеличен, обърнат и обърнат образ на обекта в тръбата.

Път на лъча в светлинен микроскоп. Лилавите стрелки показват размера на изображението на ретината или ъгъла на гледане без микроскоп.

Чрез окуляра, който действа като лупа, (междинното) изображение, генерирано от обектива, се разглежда при допълнително увеличение. Общото увеличение на микроскопа съответства на произведението на увеличението на обектива и окуляра.

Телескопът Галилейle

Телескопът Галилей по същество се състои от голяма, леко извита сближаваща се леща като обектив и относително малка, много по-силно извита, разминаваща се леща като окуляр.

Лъчева пътека в телескоп „Галилео“.

Обикновено се използва телескоп „Галилео“ за гледане на много отдалечени обекти, които са далеч над два пъти фокусното разстояние на обектива. За разлика от телескопа Кеплер обаче, светлинните лъчи, сглобени от обектива на обектива, не се пресичат в телескопа; по-скоро падащите лъчи се разпръскват отново от окуляра по такъв начин, че да текат успоредно на първоначалните лъчи.

Телескопът на Галилей не създава междинно изображение, а само увеличава ъгъла на видимост, под който се вижда разглежданият обект. Увеличението на телескоп Галилео може да бъде изчислено - точно както при телескоп Кеплер - като се използват (положителните) фокусни разстояния и двете лещи:

(2) ¶

Минималната дължина на телескоп Кеплер е равна на разликата между фокусните разстояния на обектива и окуляра, т.е. Причината за това е, че фокусното разстояние на окулярната леща е избрано така, че фокусните точки на двете лещи да съвпадат. По този начин светлинните лъчи, падащи паралелно, от своя страна се изобразяват върху паралелни лъчи, когато преминават през телескопа.

Тази способност все още не е налична при новородени деца през първите дни от живота; отнема около седмица, за да могат мозъчните процеси на окото да бъдат обработени „правилно”.

С помощта на така наречените „обърнати очила“, обратното преживяване също може да бъде пресъздадено експериментално в по-късен живот.

Има упражнения за този раздел .