Proste przyrządy optyczne

Wojciech KołodziejczykSzymon Sobolewski

Klasa III b

Do prostych przyrządów optycznych zaliczamy:

LupęMikroskopLunetę LornetkęTeleskop

Lupa

Jest to soczewka o stosunkowo krótkiej ogniskowej. Jest ona najprostszym przyrządem optycznym. Zbudowana jest z jednej soczewki skupiającej, zaopatrzonej w uchwyt. Lupa powiększa kąt widzenia przedmiotu, oglądany obiekt powinien znajdować się blisko lupy. Oglądany obraz jest obrazem

pozornym, powiększonym (od kilku do 20 razy) i nie odwróconym. Obraz oglądanego przedmiotu powstaje w tzw. odległości dobrego widzenia x (przyjmuje się x=250 mm). powiększenie lupy wynosi w przybliżeniu d/f, gdzie d — odległość najlepszego widzenia, f — ogniskowa soczewki.

Mikroskop

Mikroskop jest to przyrząd optyczny służący do uzyskiwania silnie

powiększonych obrazów małych przedmiotów niedostrzegalnych gołym okiem.

Zasada działania

Za pomocą dzisiejszego mikroskopu możemy oglądać przedmioty powiększone nawet do 1800 razy. Mikroskop optyczny pozwala uzyskać bardzo powiększony obraz przedmiotu lub jego części, niedostrzegalnych dla ludzkiego oka. Lusterko odbija światło na

obserwowany preparat, a dwie, znajdujące się blisko badanego obiektu soczewki (zwane soczewkami obiektywu) dają jego powiększony obraz rzeczywisty w pobliżu soczewek okularu. Obserwacja obrazu przez okular pozwala na uzyskanie jeszcze większego powiększenia.

Mikroskop optyczny składa się z następujących części:

OKULAR- są to soczewki lub układ soczewek. Używany jest do obserwacji obrazu tworzonego przez obiektyw. Znajduję się on od strony oka. Okular pełni rolę lupy. Powiększa obraz rzucany przez soczewki obiektywu.( okular znajdujący się w górnej części przedmiotu jest wymienialny)

OBIEKTYW MIKROSKOPU – zbudowany jest z soczewki o ogniskowej rzędu kilku milimetrów. Wytwarza on bardzo silnie powiększony obraz pośredni we wnętrzu mikroskopu. Często w miejscu powstania tego obrazu wstawia się dodatkową soczewkę zwaną soczewką polową. (mikroskopy maja najczęściej wiele obiektywów)

SOCZEWKA POLOWA – dodatkowa soczewka której zadaniem jest wyłącznie skupianie promieni biegnących do obiektywu, tak by padały na powierzchnię okularu

TUBUS– tuleja w którym znajdują się obiektyw i okular.

LUSTERKO – odbija światło z lampy lub z okna (w słoneczny dzień ) wprost na badany preparat.

KONDENSOR – soczewki kondensora skupiają światło rzucane przez lusterko wprost na badany preparat.

Obraz mikroskopowy

Obraz powstający w mikroskopie jest powiększony i odwrócony względem rzeczywistego obiektu. Mikroskop powiększa również kąt widzenia przedmiotu. Powiększenie mikroskopu jest równe iloczynowi powiększenia obiektywu i okularu. Np. jeśli obiektyw powiększa 30-krotnie, a okular 10-krotnie, oznacza to, że za pomocą tego mikroskopu można uzyskać powiększenie 30x10=300-krotne.

Luneta

Jest to przyrząd optyczny w formie rury zakończonej z jednej strony obiektywem refrakcyjnym (tj. soczewkowym), a z drugiej strony okularem.

Wyróżnia się dwa rodzaje lunet: ziemskie (dające obraz prosty - posiadające optyczny układ odwracający i okular skupiający albo posiadające tylko okular rozpraszający) oraz astronomiczne (dające obraz odwrócony).

Pierwszą lunetę skonstruował optyk holenderski Z. Jansen w 1604. W 1609 Galileusz wykorzystał lunetę do obserwacji astronomicznych. Zbudowana była z jednosoczewkowego obiektywu (soczewka skupiająca) i okularu będącego soczewką rozpraszającą.

Budowa LunetyLuneta, obudowa: A - soczewka, B - tuba optyczna, C - blokada przesuwu pionowego, D - blokada przesuwu poziomego, E - trójnóg nastawny, F - dodatkowy pojemnik na akcesoria, G - pierścień mocujący, H - pierścień mocujący, I - celownik, J - okular, K - pokrętło precyzyjnego przesuwu poziomego, L - pokrętło precyzyjnego przesuwu poziomego, M - układ ogniskujący.

Powiększenie LunetyPowiększenie kątowe p dla prostej lunety (zarówno

galileuszowskiej, jak i keplerowskiej) wyraża się wzorem: p=fb/fk, gdzie: fb - ogniskowa obiektywu, fk - ogniskowa okularu.

Powiększenie lunety nie może być zwiększane dowolnie przez zastosowanie okularów o coraz krótszych ogniskowych. Warunkuje je zdolność rozdzielcza obiektywu ograniczona zjawiskami dyfrakcyjnymi (dyfrakcja fal) zależnymi od wielkości Ľrenicy wejściowej d.

Obiektyw może rozróżniać dwa przedmioty, gdy różnica kąta ich obserwacji wyraża się wzorem: Δψ ≥1,22λ/d, gdzie: λ - długość fali (kryterium J.W. Rayleigha). W praktyce stosuje się wyrażenie Δψ ≥140"/d, gdzie d wyrażone jest mm (" oznacza sekundy łuku).

Wyróżniamy dwa rodzaje lunet:

KepleraGalileuszowską

Luneta Keplera

Luneta Keplera daje odwrócone obrazy obserwowanych przedmiotów, co nie przeszkadza przy obserwacjach astronomicznych; używając jako okularu układu soczewek podobnego do stosowanego w mikroskopie, uzyskuje się tzw. lunetę ziemską, dającą obrazy nie odwrócone) oraz badał prawo załamania światła.

Luneta Galileuszowska

Oznaczenia: fb - ogniskowa obiektywu, fk - ogniskowa okularu

Była to luneta dająca obraz prosty. Jej obiektyw stanowiła soczewka dwuwypukła o długim ognisku, okular zaś – dwuwklęsła o krótkim ognisku. Pierwsza luneta Galileusza powiększała zaledwie 3-krotnie, późniejsze pozwoliły mu uzyskać powiększenie 30-krotne.

Lornetka

Lornetka jest to przyrząd ułatwiający oglądanie obojgiem oczu odległych przedmiotów. Składający się z odpowiednio połączonych dwóch lunet

Zasada działania

Lornetka pryzmatyczna posiada zarówno okular, jak i obiektyw o dodatniej ogniskowej, pomiędzy nimi znajduje się układ pryzmatyczny umożliwiający otrzymanie prostego, nie odwróconego obrazu. Najczęściej w lornetkach pryzmatycznych, uzyskuje się powiększenia od 6-do 12-krotnych. Aby powiększyć obraz uzyskany przez

obiektyw i skierować go do naszego oka w formie równoległych wiązek światła używa się okularu, który w najprostszej postaci może składać się z jednej soczewki rozpraszającej lub skupiającej. W lornetce znajdują się jeszcze pryzmaty, które służą do odwrócenia obrazu uzyskiwanego przez obiektyw, tak aby po przejściu przez okular był on prosty.

Teleskop

Urządzenie optyczne do obserwacji ciał niebieskich, o konstrukcji lunety.Teleskop odbiera promienie światła pochodzące z odległych obiektów astronomicznych i skupia je, dając rzeczywisty obraz obserwowanego obiektu. Rozróżniamy dwa rodzaje teleskopów: tzw. reflektory i refraktory. W teleskopach zwierciadłowych ( tzw. reflektorach) do skupienia światła używa się zwierciadeł wklęsłych. Natomiast w teleskopach soczewkowych ( tzw. refraktorach ) do ogniskowania odbieranego światła służą soczewki. Teleskop soczewkowy to to samo co luneta Galileusza.

Teleskop ZwierciadlanyZ natury rzeczy nie wnoszą one aberracji chromatycznej (gdyż fale ulegają odbiciu pod jednakowym kątem, niezależnie od ich długości), a brak aberracji sferycznej zapewnia kształt lustra (zazwyczaj paraboloida obrotowa).    W najprostszym teleskopie zwierciadlanym Newtona zbieżną wiązkę światła wyprowadza się poza teleskop, umieszczając na jej drodze przed ogniskiem głównym płaskie zwierciadło wtórne, które kieruje wiązkę światła poza tubus. Teleskop taki został wykonany po raz pierwszy wykonany przez Newtona w roku 1668.

Teleskop astronomiczny

Teleskop astronomiczny ma za zadanie przede wszystkim zebrać jak najwięcej promieniowania emitowanego przez odległe i zazwyczaj bardzo słobe obiekty, dlatego podstawowym parametrem określającym możliwości teleskopu jest średnica jego obiektywu. Od średnicy tej zależy również zdolność rozdzielcza instrumentu, czyli możliwość rozróżniania szczegółów obrazu tworzonego przez teleskop. Fakt ten wynika z falowej natury światła. Zdolność rozdzielcza teleskopu o średnicy D przy długości fali l wynosi w przybliżeniu l/D radianów, co dla światła widzialnego daje w przybliżeniu 15"/D (D w cm). Teoretyczną zdolność instrumentu ograniczają zjawiska atmosferyczne (seeing), i dlatego w zależności od warunków atmosferycznych zdolność rozdzielcza wynosi od 0.5" (najlepsze warunki) do nawet 60"; w Polsce seeing rzadko bywa lepszy niż 2".

Koniec