додати матеріал

приховати рекламу

Вивчення зорової труби

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

Лабораторна робота № 3
Вивчення зорової труби

Вправа 1

Визначення збільшення зорової труби
У цьому завданні збільшення зорової труби визначається двома методами.
Перший метод. Нехай -Предмет, що знаходиться на відстані від очі спостерігача, - Зображення предмета, видиме в трубу і що знаходиться на відстані від , і -Відповідні кути зору (рис.1).

Рис. 1.
Згідно з визначенням збільшення
.
Спроектуємо зображення на площину предмета за допомогою центральної проекції з центром у точці , Тобто так, щоб всі крапки зображення перемістилися вздовж променів, що з'єднують їх з оком спостерігача. Спроектована таким чином зображення займе положення . Очевидно, що кут зору, під яким видно ця проекція, є , А відстань її від ока є . У цьому випадку збільшення:
тобто .
Якщо предмет являє собою шкалу, довжина одного розподілу якої є , То, спроектувавши її зображення на ту ж шкалу, одержимо зображення, довжина якого буде , Причому . Якщо тепер вибрати такий відрізок шкали, щоб на ньому розмістилося ділень предмета і ділень зображення, де і -Цілі числа і , То можна написати . Отже
. (1)
Якщо предмет розташований не так, як показано на малюнку, а перетинає вісь приладу, то вираз для збільшення не зміниться.
Виміри. Встановивши трубу на ясне бачення віддаленої на кілька метрів лінійки з поділками, дивляться на зображення цієї лінійки в трубу одним оком, а іншим - безпосередньо на лінійку. Встановлюють очі так, щоб зображення в трубі накладалося на видиму неозброєним оком лінійку і визначають кількість цілих поділок шкали лінійки, які збігаються з цілими поділами її зображення. Збільшення обчислюють за формулою (1).
Цим же методом визначити збільшення допоміжної труби (нівеліра).
Другий метод. Відомо, що між кутовим збільшенням оптичної (зорової) труби і фокусною відстанню складових її лінз існує наступне співвідношення:
,
де - Головна фокусна відстань об'єктива;
- Окуляра.
Крім того, у разі встановленої на нескінченність труби, довжину її , Тобто відстань між об'єктивом і окуляром, можна вважати рівним .
Якщо вигвинтити об'єктив попередньо встановленої на нескінченність труби, помістити на його місце предмет певної величини (Діафрагму з вирізом), то по іншу сторону окуляра на деякій відстані від нього вийде дійсне зображення предмета величини , Що дається окуляром.
На підставі формули збільшення лінзи маємо:
і .
Виключивши з цих двох рівнянь, отримаємо:
,
тобто
. (2)
Виміри. Встановлюють трубу на нескінченність, тобто так, щоб який-небудь віддалений предмет був ясно видно. Знімають об'єктив труби і ставлять на його місце діафрагму з вирізом. Діафрагма має форму трьох перехресних ромбів. Направляють трубу на освітлений білий екран. Поміщають окуляр зі шкалою (попередньо окулярну шкалу навести на різкість) перед окуляром труби (окуляр труби не обертати!), Наближаючи або віддаляючи окуляр зі шкалою до окуляра труби, добиваються на шкалою окуляра отримання чіткого зображення перехресних ромбів. Визначають по черзі число поділок, займаних на шкалі окуляра діагоналями ромбів. Штангенциркулем вимірюють у тій же послідовності довжину діагоналей ромбів безпосередньо на діафрагмі.
Якщо довжина діагоналей ромбів дорівнює , А довжина їх зображення на шкалі окуляра , То збільшення труби буде:
.
Виміри провести не менше трьох разів і результати занести в таблицю 1 (перший метод) і в таблицю 2 (другий метод).
Таблиця 1

ізм
Число поділок лінійки
n
Відповідне їм число поділок зображення
N
Збільшення труби
До
До ср
1
2
3
Таблиця 2

ізм
Число поділок зображення діагоналей ромбів
Ціна справ. ок. шкали
мм
Довжина зображень діагоналей ромбів
Довжина діагоналей ромбів
До
До ср
n 1
n 2
n 3
l 1
l 2
l 3
L 1
L 2
L 3
0,1

Вправа 2

Визначення поля зору оптичної труби
Для визначення поля зору труби її фокусують на стінну лінійку з поділками і помічають. Скільки поділок цієї лінійки видимі в трубу. Потім вимірюють рулеткою відстань від об'єктива труби до лінійки. Якщо число поділок лінійки, видимих ​​в трубу, так само , А відстань від труби до лінійки одно , То поле зору оптичної труби, виражене в градусах, визначається формулою:
.
Вимірювання повісті не менше 3-х разів і результати занести в таблицю 3.
Таблиця 3

Число поділок лінійки, видимих ​​в трубу
n
Відстань від труби до лінійки (см)
L
а = 57,3
А ср
1
2
3

Вправа 3

Визначення роздільної здатності оптичних систем
Ідеальна оптична система, тобто така система, яка не володіє абераціями, згідно з правилами геометричної оптики відображає кожну точку предмета (джерела світла) у вигляді точки. Ідеальною оптичною системою можна вважати систему, в якій відображення проводиться параксіального променями. Звідси випливає, що, чим менше отвір системи, тим краще повинно бути зображення з точки зору законів геометричної оптики.
Проте, як випливає з теорії дифракції на круглому отворі, навіть при ідеальній оптичній системі, тобто такою, в якій відсутні будь-які аберації, точкове джерело відображається у вигляді гуртка, кутова величина радіусу якого дорівнює по першому дифракційний максимум:
,
де -Діаметр отвору системи, а в разі лінзи або дзеркала (об'єкти ва)-діаметр вхідний лінзи телескопа (мікроскопа).
Якщо два точкових джерела світла перебувають на кутовій відстані, y то це приймається як умови граничного дозволу двох близьких світяться точок (або двох близьких точкових предметів).

Рис. 2.
На рис. 2 показано дифракційне зображення двох точкових джерел А 1 і А 2, віддалених один від одного на відстань , Що дається ідеальної лінзою (дзеркалом або взагалі оптичною системою), що має діаметр оправи або діафрагми (вхідного зіниці) . При такому розташуванні зображень спостережуваних точкових джерел А 1 і А 2, дифракційне зображення кожного з них буде мати діаметр (Рис. 2). Тому при обраному умови граничного дозволу максимум інтенсивності в дифракційних зображень однієї точки ( ) Розташовується над мінімумом інтенсивності іншої точки ( ) І навпаки. Посередині результуюча інтенсивність буде дорівнює приблизно 80% від інтенсивності в максимумі (рис. 2). При цьому спостерігач ще може розрізняти два зображення. Якщо далі зближувати точки А 1 і А 2, то яким він був між і мінімум результуючої інтенсивності зникає і обидва зображення зіллються в одне, тобто не будуть сприйматися роздільно.
Таким чином, кутове відстань між двома світяться об'єктами (точковими):
або ,
є межею вирішення даної лінзи (дзеркала, телескопа, складної оптичної системи). Величина зворотна приймається за роздільну силу оптичної системи:
.
Враховуючи, що максимум спектральної чутливості ока припадає на = 5,6 × 10 -4 мм, попередню формулу можна записати так

де ;
-Діаметр оправи, діафрагми, вхідної зіниці, лінзи, виражений
у мм.
У цьому випадку величина роздільної сили вказує яка кількість рівновіддалених точок предмета, зображуваних лінзою роздільно, припадає на одиницю кутової відстані.
Реальна роздільна сила лінзи (оптичної системи), як правило, нижче роздільної сили, обчисленої за останній формулі, тому що всяка лінза має, в тій чи іншій мірі, абераціями.
Роздільну здатність оптичних приладів визначають за допомогою тест-об'єктів абсолютного контрасту у вигляді так званих світ. Штрихове світу являє собою набір груп сімейств штрихів. У межах однієї групи штрихи чотирьох сімейств орієнтовані один по відношенню до одного під кутом 45 ° і є паралельними і однаковими за шириною. Ширина штрихів від групи до групи убуває в геометричній прогресії. Кожна група світи має свій номер. За додається таблиці, знаючи номер групи, можна визначити відстань між двома сусідніми однойменними штрихами в групі.
Для визначення роздільної сили лінзи (оптичної системи) світу розташовується перед лінзою на відстані, багато більшому фокусної відстані лінзи (телескопа, очі, оптичної системи).
Отримане зменшене зображення світи розглядають за допомогою окуляра, який, як відомо, ні в якій мірі на роздільну силу об'єктива не впливає. При розгляданні зображення світ відшукують таку групу сімейств штрихів, в межах якої штрихи всіх чотирьох напрямків видні ще роздільними, тобто не зливаються в один загальний сірий фон. Визначивши номер цієї групи, за таблицею визначають відстань між сусідніми однойменними штрихами. У цьому випадку реальна роздільна сила лінзи визначиться:
, Тобто
де - Відстань від світи до лінзи в мм;
- Відстань між однойменними штрихами, виражене в мм.
Визначена таким чином реальна роздільна сила об'єктива все ж може виявитися заниженою порівняно з істинною її значенням. Це пояснюється тим, що в якості приладу, що визначає якість зображення світи, використовувався очей, сам має обмежений межа дозволу (для нормального ока ).
Визначимо умови, за яких роздільна сила очі не буде впливати на результат визначення роздільної сили об'єктива. Покладемо, що зображення в об'єктиві труби дозволених їм штрихів розглядається через окуляр під кутом не меншим . У цьому випадку і зображення штрихів на сітківці ока також буде ще не сливающимся.
З креслення ходу променів (рис. 3) можна визначити
аналогічно .
Звідси
або ;
де - Збільшення труби.
Таким чином, приступаючи до визначення роздільної сили об'єктива необхідно переконатися, що межа дозволу об'єктиву труби принаймні не менше .
У тому випадку, якщо , То певна з досвіду величина може не відображати справжнє значення роздільної сили об'єктива труби, але є в цьому випадку роздільною силою системи "зорова труба - око".

Рис. 3.
Для зменшення величини за випробовуваної трубою встановлюється інша зорова труба, така, щоб їх загальний коефіцієнт збільшення ( ) Дозволив би отримати виконання нерівностей:
,
де - Збільшення труби, - Збільшення нівеліра.
Друга зорова труба на роздільну силу першою не робить впливу.
А. Визначення межі дозволу очі. Ставши перед Мірою так, щоб відстань між оком і Мірою було, наприклад, 1 метр, відшукують таку групу сімейств штрихів, в межах якої штрихи всіх чотирьох напрямків дозволяються (спостереження ведеться для того очі, яким дивляться в трубу , друге око - закритий). За номером групи визначте за допомогою таблиці відстань між однойменними штрихами і обчисліть межа дозволу очі:
.
Виміряйте діаметр об'єктива моделі зорової труби і розрахуйте очікуваний межа дозволу :
.
Порівняйте величину і , Де - Збільшення труби.

Таблиця р асстояній між штрихами світи для ока

Квадрата
1
2
3
4
5
6
7
8
9
b, мм
0,726
0,676
0,64
0,597
0,575
0,543
0,499
0,481
0,446
№ Квадрата
10
11
12
13
14
15
16
b, мм
0,428
0,41
0,377
0,356
0,332
0,316
0,302
Б. Визначення межі дозволу систем зорова труба - око. Для виконання цієї вправи береться інша, з більш густим розташуванням штрихів, світу, встановлена ​​на відстані близько 7 метрів. Спостерігаючи світу через трубу, переконайтеся, що система труба - очей не дозволяє ані однієї групи сімейств штрихів даної світи. Однак це ще нічого не говорить про якість об'єктива.
У цьому випадку можливість спостереження штрихів обмежує алое збільшення труби. Взявши ставлення , Визначимо потрібне збільшення труби. Легко переконатися, що потрібне збільшення труби більше фактичного збільшення труби, визначеного у вправі 1. Це говорить про те, що для перевірки якості об'єктива необхідно озброїти очей додаткової трубою такий, щоб твір збільшення двох труб було б більше .
Результати вимірювань вправ А і Б зведіть в таблицю 4.
Таблиця 4





фактич.
 
В. Визначення роздільної здатності зорової труби. Повертаючи модель зорової труби і нівелір округ вертикальної осі, встановіть їх уздовж однієї загальної оптичної осі. Знявши модель зорової труби з її опорного штока, поверніть установку на столі так, щоб у полі зору нівеліра була видна світу, при тому, як можна точніше в його центральній частині. Потім, не змінюючи положення нівеліра і всієї установки, помістіть модель зорової труби на її опорний шток, і, змінюючи її положення, добийтеся того, щоб в центральній частині поля зору була розташована нижня права чверть світи. Провівши коригування чіткості, визначте роздільну силу моделі зорової труби за допомогою світи методом, описаним для визначення роздільної сили очі.
Таблиця відстаней між штрихами світи для труби
№ квадрата
1
2
3
4
5
6
7
8
b мм
0.195
0,183
0,172
0,161
0,151
0,145
0,134
0,129
№ квадрата
9
10
11
12
13
14
15
16
b мм
0,119
0,115
0,105
0,101
0,096
0,09
0,086
0,081
Результати вимірювань звести в таблицю 5.
Таблиця 5
L
Mm
B
Mm
D 0 = 50mm




ПИТАННЯ ПО ТЕМІ.
1. Намалюйте хід променів в зоровій трубі.
2. Чому коефіцієнт збільшення зорової труби визначається ставленням тангенсів кутів, а не ставленням розміру зображення до розміру предмета?
3. Як зміниться поле зору, якщо в оптичну систему ввести розсіювальну лінзу?
4. Напишіть формулу для граничного кута дозволу лінзи.
5. Що таке вхідний зіницю оптичної системи?
6. У яких випадках роздільна здатність зорової труби визначається діаметром об'єктива, а в яких випадках - діаметром окуляра?
7. Визначити граничний кут дозволу для ока з діаметром зіниці D = 4 мм.
8. Чому вдень неозброєним оком зірки не видно, а в зорову трубу з великим коефіцієнтом збільшення можна їх побачити?
9. Чому дорівнює радіус першого максимуму, при дифракції на лінзі діаметром D і фокусною відстанню f, при довжині хвилі λ?

ЛІТЕРАТУРА.

1. Г. С. Ландсберг, "Оптика", 1976, § § 87-94, стор 318-340.
2. Д. В. Сивухин, "Загальний курс фізики. Оптика", 1980, § § 21-24, стор 132-162.
3. Ф. А. Корольов, "Курс фізики. Оптика, атомна і ядерна фізика", 1974, § § 35-39, стор 208-229.
4. А. М. Матвєєв, "Оптика", 1985, § § 23-25, стор 127-144.
5. І. В. Савельєв, "Курс фізики", т. 3, 1967, § § 14-15, стор 51-57.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Фізика та енергетика | Лабораторна робота | 90.3кб. | скачати

Схожі роботи:
Стратегії вивчення зорової кори
Апокаліпсис першої труби
Насосно-компресорні труби
Пройти вогонь воду і мідні труби
Функціональна архітектура зорової кори
Будова та механізм зорової системи
Критичні періоди розвитку зорової та слухової систем
Засоби зорової наочності при вивченні іноземної мови
Розвиток зорової пам`яті як засіб корекції змішаної дисграфії
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru