Главная | Обратная связь

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Задача 8.1. Увеличение микроскопа равно 400. Определите оптическую силу объектива, если фокусное расстояние окуляра 2,5 см, а длина тубуса 20 см.

Решение. Воспользуемся формулой увеличения микроскопа . Из этой формулы следует, что , а его оптическая сила

для нормального глаза расстояние наилучшего зрения . Тогда,

Задача 8.2. Фокусное расстояние объектива микроскопа равно 2 мм, а окуляра – 5 мм. Расстояние между объективом и окуляром составляет 20 см. Каково увеличение микроскопа для наблюдателя, расстояние наилучшего зрения для которого равно 20 см? Какое увеличение он даст для нормального глаза?

Решение. Воспользовавшись формулой для увеличения микроскопа, получаем

;

Задача 8.3. Фокусное расстояние объектива зрительной трубы равно 200 см, окуляра – 10 см. В зрительную трубу наблюдают Луну, угловой диаметр ко­торой при наблюдении невооруженным глазом равен 30'. Под каким углом виден диаметр лунного диска в зрительную трубу?

Решение. Угловое увеличение, даваемое зрительной трубой, определяется соотношением . Используя эту формулу, получаем, что Луна видна под углом 10°.

Задача 8.4. Можно ли в оптический микроскоп, не пользуясь иммерсионной жидкостью, рассмотреть детали у бактерии размером 0,28 мм? Изменится ли результат, если в качестве иммерсионной жидкости воспользоваться водой (показатель преломления 1,33)?

Решение. Наименьшее расстояние между двумя точками, видимыми раздельно с помощью микроскопа, выражается формулой (8.6). Учитывая, что у хороших микроскопов апертурный угол , а человеческий глаз наиболее чувствителен к свету с длиной волны 555 нм, получим для микроскопа без иммерсионной жидкости

Следовательно, детали бактерии рассмотреть не удастся, она будет восприниматься глазом как точка.

Если в качестве иммерсионной жидкости применяется вода, то

Следовательно, если бактерия имеет вид палочки, то ее концы будут видны раздельно. Но все это на грани разрешающей способности оптического микроскопа.

 

1. ФОТОАППАРАТ. ПРОЕКТОР

Камера-обскура. Фотографический метод регистрации изображений изобрели в 1839 г. Л. Дагер и Ж- Ньепс. Ими был использован хорошо известный способ получения изображения с помощью камеры-обскуры, который они соединили с принципом химической регистрации изображения.

Камера-обскура (рис. 9.1) представляет собой черный непрозрачный ящик, задняя стенка которого заклеена матовым экраном из папиросной бумаги. В передней стенке ящика имеется маленькое отверстие диаметром 1,5–2 мм. Свет от объекта, дифрагируя на отверстии, образует изображение предмета. Изображение достаточно слабое и слегка размытое, но в темной комнате его разглядеть можно.

Фотоаппарат. Фотоаппарат представляет собой закрытую светонепроницаемую камеру и систему линз, называемую объективом. Объектив из одной линзы почти не применяется, так как он дает большие искажения изображения, особенно по краям. Поэтому даже относительно простые объективы состоят из 2–3 линз; более совершенные, с помощью которых получаются изображения лучшего качества,– из 7–9 линз. Объектив дает изображение на фотопленке (или фотопластинке), покрытой фотоэмульсией. Для фиксации изображения предмета на пленке необходимо открыть объектив на какое-то короткое время. Это обеспечивается применением затвора.

Рис. 9.1

Еще одна важная деталь фотоаппарата – диафрагма. Казалось бы, деталь лишняя, так как уменьшение диаметра диафрагмы заставляет увеличивать выдержку. Но использование диафрагмы позволяет решить проблему, важную в практике фотографирования – получать четкое изображение предметов, находящихся на разных расстояниях от фотоаппарата. Уменьшая диаметр диафрагмы, можно увеличивать глубину резкости изображаемого пространства на фотопленке.

Глубина резкости зависит также от фокусного расстояния объектива. Чем меньше фокусное расстояние, тем больше глубина резкости.

Диапроектор. Назначение диапроектора – создавать на экране увеличенные изображения прозрачных рисунков или фотографий, зафиксированных на кадре диафильма или диапозитива. По существу это задача, противоположная той, которую выполняет оптика фотоаппарата. В самом деле, если в фотоаппарате с помощью объектива на пленке формируется уменьшенное действительное изображение удаленного большого предмета, то в диапроекторе с помощью аналогичного объектива на удаленном экране формируется увеличенное действительное изображение кадра.

Заметим, что если проектор увеличивает изображение кадра в раз, то освещенность изображения на экране уменьшается в раз. А это значит, что проецируемый кадр следует очень сильно осветить. Для этого в проекторе имеется мощная осветительная лампа большой яркости, а также конденсор – система из двух плосковыпуклых линз,– который концентрирует световой пучок на проецируемом кадре.

Эпипроектор. Иногда на экране требуется получить изображение рисунка, выполненного на бумаге. Для этой цели используется эпипроектор. Его оптическая схема отличается от схемы диапроектора лишь тем, что здесь вертикальный пучок, полученный при отражении света от горизонтально расположенного рисунка, с помощью плоского зеркала, расположенного под углом 45° к пучку, превращается в горизонтальный пучок, который затем направляется на экран.

Кинопроектор. Сетчатка глаза обладает некоторой инерционностью, сохраняя примерно 0,1 с возникшее зрительное ощущение. Зрительные раздражения, следующие друг за другом с промежутками менее 0,1 с, сливаются в одно непрерывно меняющееся ощущение. На этом свойстве глаза основано кино.

Ряд фотографий с движущегося предмета снимают на одну ленту; обычно производится 24 снимка за 1 с. Однако если нужно получить замедленную картину очень быстрого процесса или, наоборот, ускоренную картину медленного процесса, то съемку ведут с очень большой (до нескольких тысяч кадров за 1 с) или очень малой (1 кадр в 1 ч) скоростью. Затем их проецируют с нормальной скоростью. С помощью этого метода, который образно называется «лупой времени», удается наблюдать, например, за развитием цветка или полетом пули.

Кинопроектор отличается от диапроектора лишь тем, что в нем имеется механический прерыватель (обтюратор), который заслоняет объектив в тот момент, когда кинопленка продерги­вается на один кадр. Поскольку смена кадров происходит 24 раза в секунду, глаз эти прерывания не замечает, и мы видим непрерывное движение предметов на киноэкране.