Оптички уреди; Основно познавање на физиката
Окото¶
Од гледна точка на геометриската оптика, окото се состои од систем на леќи од две конвергирани леќи - прво од закривениот слој на рожницата и второ од очната леќа што може да се деформира од кружен мускул. Сликата произведена од леќите поминува долж мрежницата. Постојат сетилни клетки (прачки и конуси), кои ги апсорбираат инцидентните светлосни зраци и ги пренесуваат соодветните сигнали до мозокот преку оптичкиот нерв.
Шематска структура на окото.
За да може да се согледа сликата, треба да стигне доволна светлина до мрежницата. Големината на зеницата контролира колку светлина паѓа во окото; Зеницата се стеснува кога премногу светло влегува во окото и може да ги оштети сетилните клетки на мрежницата („адаптација“). Светлосните зраци се блокирани и од ирисот, кој инаку го погодува работ на леќата и може да произведе заматена слика поради сферичната аберација.
Патека на зракот и формирање на слика во окото.
Како што може да се види од текот на светлосните зраци во окото, леќата на окото создава превртена и обратна слика на мрежницата. Само во мозокот се случува „преиспитување“ (несвесно), што пак конструира исправена слика од примените сигнали на сликата. [1]
Рожницата на окото има рефрактивна моќност од околу, рефрактивната моќ на (опуштената) леќа за очи е околу. Доколку е потребно, сфинктерот може да ја зголеми рефрактивната моќ на леќата за очи до кога гледате предмети во близина, иако оваа способност, позната како „сместување“, може „само“ да се намали со возраста. Во овој случај, очилата опремени со конвергирачка леќа се неопходни за да можат да се прегледуваат предмети што се близу.
Далеку и кратковидост
Таканаречената далекувидост или кратковидост се меѓу најчестите дефекти во видот.
- Во далекувидост, очното јаболко е „премногу мало“, така што сликата генерирана од леќата на окото е зад мрежницата. Во овој случај, соодветна конвергирачка леќа може да обезбеди лек што ја зголемува моќта на рефракција на добиениот систем на леќи или ја намалува неговата фокусна должина.
Далекувидност со и без визуелно помагало.
- Во миопија, очното јаболко е „премногу големо“, така што сликата генерирана од леќата на окото е пред мрежницата. Во овој случај, соодветна дивергентна леќа може да обезбеди лек, што ја намалува моќта на рефракција на добиениот систем на леќи или ја зголемува неговата фокусна должина.
Кратковидост со и без визуелни помагала.
Двете визуелни дефекти можат да бидат вродени ако големината на очното јаболко отстапува од „нормалната“ големина. Во случај на миопија, леќата на окото исто така може да се закриви премногу остро или премногу слабо во случај на миопија.
Во случај на далекувидост, поврзано со возраста намалување на кружниот мускул или стврднување на леќата на окото може да доведе до слаба рефрактивна моќ на леќата. Во овој случај, леќата на окото веќе не може да биде закривена („сместена“) доволно за да може да слика блиски предмети во фокусот; во овој случај се зборува за „презбиопија“. Исто како вродена далекувидост, може да се компензира со збирна леќа со соодветна рефрактивна моќ.
Аголот на визија и резолуцијата
Колку голем објект се перцепира, зависи од големината на неговата слика што се создава на мрежницата. Големината на сликата може да се одреди графички со цртање во централните зраци што произлегуваат од објектот. Аголот што овие зраци го формираат се нарекува агол на гледање.
Претставување на аголот на гледање под кој се појавува прегледан предмет на мрежницата.
Колку е помал аголот на гледање, толку е помала сликата на прегледаниот предмет на мрежницата. Минималниот агол на гледање што е неопходен за да може да се согледаат две точки на објектот просторно одделени едни од други се нарекува моќност на решавање (на оптички уред). Во човечкото око, неопходен е агол на гледање од околу шеесетти степен (една лачна минута) за да се стимулираат две различни сензорни клетки на мрежницата и на тој начин да може да се согледаат две точки на објектот одделно едни од други (растојанието помеѓу сетилните клетки на мрежницата е приближно). Окото со нормален вид обично може да согледа две точки одделени една од друга на растојание од таканаречениот јасен опсег на видот.
Аголот на гледање може да се одреди со користење на следната врска
За мали агли на гледање, следново се применува приближно во радијани и со тоа:
Еден од начините на зголемување на аголот на гледање е да се приближи прегледаниот предмет до окото или обратно. Окото со нормален вид може да се фокусира само на растојание од околу; За подолг временски период, оваа напната визија исто така се перцепира како исцрпувачка. Употребата на оптички уред, на пример, лупа, се смета дека е попријатна за преглед на мали предмети. Во овој случај, зголемувањето произлегува од фактот дека гледаниот објект се појавува под поголем агол на гледање со такво помагало. Формално, зголемувањето на оптичкиот уред може да се дефинира на следниов начин:
Телескопот Кеплер
Телескопот Кеплер („телескоп“) во суштина се состои од голема, малку закривена конвергирачка леќа како објективна и релативно мала, посилно закривена конвергирачка леќа како окулар. [2]
Телескопот Кеплер обично се користи за гледање на предмети што се многу далеку и се наоѓаат надвор од двапати повеќе од фокусната должина на целта. Во овој случај, објективната леќа произведува намалена, обратна и обратна слика на објектот во телескопот. Ова се гледа зголемено преку окуларот, кој делува како лупа. [3]
Патека на зракот во телескоп Кеплер.
Генерално, телескопот Кеплер резултира со зголемување што одговара на односот на фокусната должина на целта со фокусната должина на окуларот:
(1)
Покрај (релативно малото) зголемување на аголот на гледање, системот за леќи на телескопот Кеплер гарантира дека целата количина на светлина што се случува на целта е фокусирана на значително помалата леќа за окуларот и така се согледува од окото; сликата произведена од телескопот изгледа посветла.
Минималната должина на телескопот Кеплер е еднаква на збирот на фокусните должини на целта и окуларот, т.е. Причината за ова е што генерираната средна слика е (само) надвор од фокусната должина на леќата и скоро на фокусната должина на окуларот.
Светлосен микроскоп¶
Во светлосен микроскоп, силен извор на светлина лоциран во основата на микроскопот се користи за да свети низ примерок што лежи на масата на микроскоп. Овој објект се прегледува преку систем од две конвергирачки леќи (објективен и окулар).
Растојанието помеѓу предметот што се гледа и целта се прилагодува со прилагодување на висината на фазата на микроскоп, така што растојанието помеѓу објектот и единечната и двојната фокусна должина на целта. Во овој случај, целта произведува зголемена, обратна и обратна слика на објектот во цевката.
Патека на зракот во светлосен микроскоп. Виолетовите стрели ја покажуваат големината на сликата на мрежницата или аголот на гледање без микроскоп.
(Средната) слика генерирана од целта се гледа преку окуларот, кој делува како лупа, со понатамошно зголемување. Вкупното зголемување на микроскопот одговара на производот на зголемувањето на целта и окуларот.
Телескопот Галилео
Галилејскиот телескоп во суштина се состои од голема, малку закривена конвергирачка леќа како објективна и релативно мала, многу посилно закривена, дивергирачка леќа како окулар.
Патека на зракот во телескоп Галилео.
Обично, телескоп Галилео се користи за да се погледнат предмети што се многу оддалечени и кои се далеку над двапати фокусната должина на целта. За разлика од телескопот Кеплер, светлосните зраци спакувани од објективната леќа не се пресекуваат во рамките на телескопот; туку инцидентните зраци се расфрлани повторно од окуларот на таков начин што тие одат паралелно со оригиналните зраци.
Галилејскиот телескоп не произведува средна слика, туку само го зголемува аголот на видот под кој се појавува предметот што се гледа. Зголемувањето на телескопот Галилео може да се пресмета - исто како и со телескопот Кеплер - со користење на (позитивните) фокусни должини и двете леќи:
(2)
Минималната должина на телескопот Кеплер е еднаква на разликата помеѓу фокусните должини на целта и окуларот, т.е. Причината за ова е што фокусната должина на леќата на окуларот е избрана така што фокусните точки на обете леќи се совпаѓаат. На овој начин, паралелно со инциденти на светлосни зраци, пак, се сликаат на паралелни зраци додека минуваат низ телескопот.
Оваа способност сè уште не е достапна кај новородени деца во првите денови од животот; потребно е околу една недела за да се процесираат сетилата на окото „правилно“ од мозокот.
Со помош на таканаречените „превртени очила“, спротивното искуство, исто така, може експериментално да се пресоздаде во подоцнежниот живот.
Постојат вежби за овој дел .