Скачать + смотреть онлайн

видео 2022

бесплатно в хорошем качестве HD

Kvant. Оптические приборы

Материал из PhysBook
Версия от 20:46, 28 января 2010; Alsak (обсуждение | вклад)

(разн.) ← Предыдущая | Текущая версия (разн.) | Следующая → (разн.)
Перейти к: навигация, поиск

А так ли хорошо знакомы вам оптические приборы? // Квант. — 2003. — № 5. — С. 32-33.

По специальной договоренности с редколлегией и редакцией журнала "Квант"

Если человек будет рассматривать буквы или другие мелкие предметы
с помощью стекла или другого прозрачного тела, расположенного над буквами,
и если это тело будет шаровым сегментом,.. то буквы видны лучше и кажутся больше...
Роджер Бэкон
Все это было открыто и наблюдено...
при помощи изобретенной мной зрительной трубы по просвещающей милости божией.
Галилео Галилей
Мне хочется верить, что те, кто любят познавать причины явлений и умеют восхищаться
чудесными явлениями света, найдут некоторое удовлетворение при ознакомлении...
с новым объяснением его замечательнейшего свойства, составляющего главную основу устройства
наших глаз и тех великих изобретений, которые столь расширяют возможность ими пользоваться.
Христиан Гюйгенс
Но предел возможностей микроскопа связан не с тем, что невозможно добиться
увеличения более чем в 2000 раз. Можно построить систему линз, увеличивающую
в 10000 раз, и все же не увидеть два пятнышка, расположенные близко одно к другому,
и не увидим мы их из—за ограниченности возможностей геометрической оптики...
Ричард Фейнман

Содержание

Многие столетия, стоящие за приведенными в эпиграфе высказываниями, наполнены непрерывными поисками способов улучшить наше зрение, вооружить глаз, расширить диапазон возможностей, предоставленных человеку Природой. Открытия и изобретения, совершенные на этом пути, позволили человеку заглянуть и в недоступный до поры до времени мир мельчайших живых существ, и в невообразимо далекие уголки Вселенной. Кроме того, многие достижения ученых перекочевали из лабораторий оптиков в медицинские кабинеты и кинотеатры, в жилые квартиры и на рабочие места. Очки и лупы, фотоаппараты и увеличители, оптические зонды и бинокли прочно вошли в обиход.

Не раз казалось, что предел совершенствования оптических приборов уже достигнут — либо не хватало технических средств для воплощения дерзких идей, либо наука накладывала на дальнейшее продвижение жесткие запреты. Однако всякий раз сама же наука и обнаруживала выходы на новые рубежи, и наши приборы становились еще более «остроглазыми».

А чтобы разобраться, как действует современная «умная» оптика, прежде стоит обратиться к внешне нехитрым устройствам — в них также кроется немало неожиданного. И вы, например, узнаете, как применяются оптические законы в отражателях на вашем велосипеде, или обнаружите, что обычный театральный бинокль — это комбинация из двух небольших труб Галилея.

Вопросы и задачи

  1. Зачем у диапозитивов, помещаемых в проекционный аппарат, необходимо предварительно определить верх и низ кадра, его правую и левую стороны?
  2. Два плоских зеркала образуют угол α. Найдите угол отклонения светового луча β. Зависит ли он от угла падения луча на первое зеркало?
    Img Kvant K-2003-05-001.jpg
  3. Можно ли наблюдать солнечное затмение, располагая лишь плотным листом бумаги и карандашом?
  4. Почему при использовании лупы глаз лучше располагать как можно ближе к ней?
  5. Верно ли утверждение, что лупа приближает к глазу рассматриваемый предмет?
  6. Какие очки следует прописать человеку, если в воде он видит нормально?
  7. В выпукло-вогнутую линзу, лежащую на горизонтальном столе, налили воду. Изменилась ли при этом оптическая сила линзы?
    Img Kvant K-2003-05-002.jpg
  8. Может ли находящаяся в воздухе двояковыпуклая стеклянная линза рассеивать падающий на нее параллельный пучок лучей?
  9. Что представляет собой заключенная в трубку оптическая система, которая увеличивает предметы, находящиеся у одного ее конца, и уменьшает предметы, расположенные у другого?
  10. Можно ли создать такую систему зеркал и призм (или линз), через которую один наблюдатель видел бы второго, а второй не видел бы первого?
  11. После съемки человека фотограф перевел камеру аппарата на облака. Куда ему следует передвинуть объектив, если используется аппарат с ручной наводкой на резкость?
  12. Как отличить на фотографии реальный пейзаж от его отражения в спокойной воде?
  13. На представленных американскими астронавтами фотографиях лунных экспедиций на черном небе не было видно звезд. Может ли это вызвать подозрение в мистификации — что полета не было, а съемки проводились в земном павильоне?
  14. Почему при наблюдении в телескоп яркие звезды видны даже днем?
  15. Во время полнолуния большие темные пятна на Луне видны в верхней части ее диска. Отчего же на картах Луны эти пятна расположены в нижней ее части?
  16. У вас есть три пары собирающих линз с фокусными расстояниями по 2 см, 10 см и 100 см. Какие две линзы вы выбрали бы для телескопа и какие две — для микроскопа?
  17. Можно ли изображение, даваемое микроскопом или телескопом, получить на экране?

Микроопыт

Установите настольную лампу (не матовую) на расстоянии около двух метров от экрана из белой бумаги. Проделайте иглой отверстие в центре кусочка фольги (например, от шоколадки) и расположите фольгу между лампой и экраном так, чтобы изображение нити накала было видно на экране. Как в этом опыте найти расстояние между витками спирали?

Любопытно, что…

...свойство двугранного зеркала, описанное в задаче 2, используется в секстанте — навигационном приборе, позволяющем измерять высоту светила над горизонтом даже на качающейся палубе корабля.

...три взаимно перпендикулярных зеркала (или срезанный угол стеклянного кубика) отражают обратно падающий луч при произвольной его ориентации. Это устройство, называемое уголковым отражателем или катафотом, активно применяется в дорожном движении, а также было использовано для точного измерения расстояния до Луны с помощью лазерного луча.

...увеличительные стекла были довольно широко распространены уже в XIII веке. Достоверно известно, что ими в своих опытах пользовался Р. Бэкон и даже подарил одно стекло своему покровителю папе Клименту IV.

...до появления телескопов в качестве астрономического прибора использовалась камера-обскура. Так, в 1600 году к ней прибегнул Кеплер для наблюдения солнечного затмения.

...Галилей сумел построить зрительную трубу, но не разобрал теорию ее действия. Кеплер же, подробно описав свою трубу с двумя двояковыпуклыми линзами, не имел достаточных средств для ее сооружения.

...несмотря на активное применение оптических приборов, формирование ими образа не всегда было понятно как их создателям, так и пользователям. Например, правильное описание процесса создания изображения в микроскопе впервые было проведено лишь в 1872 году немецким физиком Э. Аббе.

...наибольшей из линз, когда-либо использованных для объектива телескопа, является линза диаметром в один метр (созданная в конце XIX века), а зеркала современных телескопов-рефлекторов достигают десяти метров в диаметре. Такие зеркала оснащаются системой специальных механических «пальцев», способных изменять их форму сто раз в секунду — для устранения атмосферного дрожания изображений.

...калейдоскоп, более известный как игрушка, а не как оптический прибор, имеет и практическое применение — для составления рисунков на тканях, обоях и театральных декорациях. Кроме того, лежащий в основе его устройства принцип играет важную роль в геометрии, теории чисел, топологии и других разделах математики.

...еще до недавнего времени считалось, что минимальный размер различимого оптическими приборами объекта ограничивается дифракцией излучения и измеряется долями микрометра. Однако конец XX века ознаменовался преодолением этого предела, благодаря изобретению сканирующего оптического микроскопа, способного регистрировать отдельные крупные молекулы.

Что читать в «Кванте» об оптических приборах

  1. «Волшебная линза» — 1999, № 1, с. 44; 2002, Приложение № 4, с. 108;
  2. «Камера-обскура» — 1999, № 2, с. 12;
  3. «Капельки росы, стеклянные шарики и микроскоп Левенгука» — 1999, № 5, 4—я с. обл.; 2002, Приложение № 4, с. 112;
  4. «Что думали о дальнозоркости две тысячи лет назад» — 1999, № 6, с. 23;
  5. «Геометрическая оптика» — 1999, Приложение, № 6, с. 31;
  6. «Оптика без оптики» — 1999, Приложение № 6, с. 41;
  7. «Эрнст Аббе и «Карл Цейс Йена» — 2000, № 1, с. 17;
  8. «Пределы зоркости приборов» — 2000, № 3, с. 39;
  9. Калейдоскоп «Кванта» — 2001, № 5, с. 32;
  10. «Оптические задачи на вступительных экзаменах» — 2002, № 6, с. 29;
  11. «Принцип Ферма» — 2003, № 4, с. 39;
  12. «Отражение и преломление света» — 2003, № 5, с. 38.

Ответы

  1. Проекционный аппарат создает на экране перевернутое изображение.
  2. β = 2α , от угла падения луча на первое зеркало угол β не зависит.
  3. Да. Например, остро отточенным карандашом можно сделать в листе бумаги отверстие размером 1-2 миллиметра и спроецировать изображение Солнца на стену комнаты (по принципу камеры-обскуры).
  4. С удалением глаза от лупы уменьшается поле зрения.
  5. Нет, лупа лишь увеличивает угол зрения, под которым виден предмет.
  6. Слой воды, непосредственно соприкасающийся с роговицей глаза, ведет себя как сильно рассеивающая линза. Значит, в воздухе человеку необходимы очки для близоруких.
  7. Оптическая сила линзы уменьшилась.
  8. Да, если линза имеет достаточную толщину.
  9. Это может быть, например, система, изображенная на рисунке, где F — фокус собирающей линзы.
    Img Kvant K-2003-05-003.jpg
  10. Согласно принципу обратимости лучей, создать такую систему нельзя.
  11. Изображение облаков получится ближе к объективу, чем изображение человека. Чтобы оно попало на пленку, объектив следует приблизить к ней, т.е. вдвинуть в фотоаппарат.
  12. Отраженный пейзаж мы видим так, как если бы смотрели на него из точки, расположенной под поверхностью воды на расстоянии, равном расстоянию от объектива до воды. На рисунке видно, что в прямых лучах какие—либо точки предметов разделены большим угловым расстоянием, чем в отраженных лучах.
    Img Kvant K-2003-05-004.jpg
  13. Нет, не может. Из-за ярко освещенной Солнцем поверхности Луны при фотографировании необходимо было делать короткие выдержки, недостаточные для того, чтобы звезды оставили следы на негативе.
  14. Телескоп увеличивает контрастность изображения звезды на фоне неба.
  15. Луна на картах обычно изображается так, как она видна в телескоп.
  16. Для получения максимального увеличения в телескопе линза объектива должна быть с наибольшим фокусным расстоянием (100 см), а линза окуляра — с наименьшим (2 см). В микроскопе обе линзы — объектива и окуляра — должны иметь наименьшие фокусные расстояния (по 2 см).
  17. Да, можно. Для этого достаточно выдвинуть окуляр так, чтобы изображение, даваемое объективом, оказалось дальше фокусного расстояния окуляра.

Микроопыт

Чем ближе фольга расположена к лампе, тем больше будет увеличение спирали. Ее шаг можно рассчитать по формуле \(~H = \frac{ha}{b}\), где h — расстояние между витками на экране, a — расстояние от лампы до фольги, b — расстояние от фольги до экрана.

Материал подготовил А.Леонович

Смотреть HD

видео онлайн

бесплатно 2022 года

Персональные инструменты
Пространства имён

Варианты
Действия
Учебники
Журнал "Квант"
Разделы физики
Общие
Инструменты