Instrumente optice cu sisteme centrate de lentile: microscopul şi ochiul uman.
182 vizualizări · 14 voturi
Raportează o problemă
Descrie pe scurt problema sau sugestia ta. Vom primi automat și pagina de pe care scrii.
Mulțumim!
Mesajul tău a ajuns la noi. Vom analiza problema cât de curând.
Microscopul
Microscopul este un aparat optic folosit pentru observarea de detalii invizibiile cu ochiul liber. Microscopul este format din două părți principale: obiectivul și ocularul.
Obiectivul este orientat spre obiect și este un sistem convergent de lentile centrate cu distanța focală de ordinul milimetrilor.
Ocularul este orientat spre ochi și este un sistem convergent de lentile centrate cu distanța focală de ordinul centimetrilor.
Obiectul se plasează aproape de focarul obiect al obiectivului, iar prin obiectiv se formează o imagine reală, răsturnată și mai mare. Imaginea dată de obiectiv se constituie ca obiect pentru ocular, plasat între focarul obiect al ocularului si ocular, cât mai aproape de focar. Prin ocular se formează o imagine virtuală dreaptă și mai mare. Ocularul funcționează, pentru imaginea dată de obiectiv, ca o lupă.
Dacă ținem cont de faptul că prin punerea la punct a microscopului, imaginea dată de obiectiv se plasează în focarul obiect al ocularului astfel încât imaginea formată prin ocular să se formeze la infinit, se pot demonstra următoarele relații:
Dacă notăm intervalul optic al microscopului, adică distanța dintre focarul imagine al obiectivului si focarul obiect al ocularului
atunci mărirea liniară transversală a obiectivului este:
Puterea optică este definită ca raportul dintre tangenta unghiului sub care se vede imaginea și marimea obiectului:
Puterea optică a ocularului este:
Puterea optică a microscopului este:
Grosismentul este definit ca raportul dintre tangenta unghiului sub care se vede imaginea și tangenta unghiului sub care se vede obiectul privit la distanța optimă de citire (aproximativ 25 cm):
Grosismentul microscopului este:
Ochiul
Din punct de vedere optic ochiul conține două lentile separate de o diafragmă și cameră obscură în care se află retina.
Prima lentilă este corneea, o lentilă menisc convergent. Imediat după lentilă este așezat irisul, care funcționează ca o diafragmă reglând cantitatea de lumină ce intră în ochi. Apoi avem cristalinul care este o lentilă convergentă, Cristalinul este o lentilă elastică, cu distanță focală variabilă, de unde rezultă capacitatea de acomodare a ochiului. Distanța focală a ochiului este de aproximativ 17 mm.
Cu ajutorul celor două lentile și diafragmei, pe retină se formează o imagine stigmatică a obiectului, reală, răsturnată și mai mică.
În lecția precedentă am introdus sistemele de lentilă.
În această lecție vom prezenta două cazuri particulare de sisteme de lentilă foarte cunoscute și anume microscopul și ochiul uman.
Microscopul e un instrument optic folosit pentru obținerea unor măriri liniare semnificative.
El are două componente principale, care sunt două sisteme optice convergente.
În schema noastră, prezentate ca două lentile convergente, ele sunt în realitate sisteme de lentilă.
Obiectivul este primul sistem optic convergent.
Este amplasat foarte aproape de obiect și are o distanță focală de câțiva milimetri.
În acest fel, el poate produce o mărire liniară semnificativă.
Cel de-al doilea sistem convergent este ocularul.
El este plasat aproape de ochi și are o distanță reglabilă față de obiectiv.
Asta înseamnă că se poate mișca de-a lungul axei optice principale.
Microscopul formează întâi o imagine a obiectului AB în obiectiv, notată în această schemă cu A'B',
care devine la rândul ei obiect pentru ocular,
care formează imaginea finală a microscopului, notată cu A''B'' în această schemă.
Ea este o imagine virtuală răsturnată și cu o mărire liniară semnificativă.
Ochiul este plasat în spatele ocularului.
Această poză arată o imagine cu un microscop tipic de laborator.
Pe lângă cele două sisteme convergente, obiectivul și ocularul, există și alte instrumente optice,
de exemplu o glindă care direcționează lumina pe obiect.
Caracteristicile microscopului sunt
Intervalul optic notat cu delta, care este distanța F1-F2',
deci distanța dintre focarul principal obiect al obiectivului și focarul principal imagine al ocularului.
Mărirea liniară a obiectivului beta, care este prin definiție A''B'' împărțit la AB
și pentru un ochi acumodat la infinit, este aproximativ egală cu raportul dintre intervalul optic și distanța focală a obiectivului.
Apoi puterea intrinsecă a ocularului, definită ca 1 pe distanța focală a ocularului
și puterea microscopului, care este definită ca produsul dintre puterea ocularului și mărirea liniară beta a obiectivului.
Iarăși pentru un ochi acumodat la infinit, obținem o valoare pentru puterea microscopului aproximativ egală cu delta
împărțită la produsul distanțelor focale ale obiectivului și ocularului.
Ca de obicei, notăm cu P1 poziția obiectului, deci acesta este P1.
Cu P1 poziția imaginii față de obiectiv, ne referim la prima imagine, deci acesta este P1.
Cu P2 poziția primei imagini față de ocular, deci acesta este P2.
Și P2 prim este poziția imaginii față de ocular.
Ca exemplu, să calculăm proprietățile imaginii microscopului cu următoarele proprietăți.
F1, adică distanța focală a obiectivului, 0.7 cm.
F2, adică distanța focală a ocularului, 2 cm.
Intervalul optic delta, 8.5 cm.
Și poziția obiectului O1a față de obiectiv, de 0.8 cm.
Deci vom aplica relația de cart, întâi pentru obiectiv și avem 1 supra P1 prim, minus 1 supra P1.
Este egal cu 1 supra F1 prim.
Rezultă că 1 supra P1 prim este egal cu 1 supra distanța focală F1 prim, care este 0.7, plus 1 supra P1, care este O1a, dar are semnul minus.
Este negativ, deci minus 0.8.
Deci avem 1 supra P1 prim, egal cu 0.1, împărțit la produsul dintre 0.7 mulți cu 0.8.
Rezultă că P1 prim, în acest caz, este plus 5.6 cm.
Magnificarea sau mărirea liniară beta1 a obiectivului este egală cu P1 prim împărțit la P1.
Deci este egală cu plus 5.6 împărțit la minus 0.8, adică minus 7.
O mărire liniară semnificativă.
În concluzie, în acest caz, putem să spunem despre imaginea obiectivului.
Deci...
Pentru că beta1 este negativ și mai mare.
Pentru că modulului beta1 este mai mare decât 1.
Pentru a continua cu imaginea formată în ocular, trebuie să calculăm P2, poziția obiectului ocularului, adică imaginei obiectivului, din mărimele pe care le avem.
Se poate observa din schema precedentă că P2 este f1 f2 prim minus f2 prim minus f1 a prim.
Care se poate scrie ca delta, intervalul optic, minus f2 prim minus P1 prim minus f1 prim.
Introducând valorile pentru acești parametri, obținem că P2, în acest caz, este egal cu 1.6 cm.
Și deci putem aplica legea de cart pentru ocular, adică 1 supra P2 prim minus 1 supra P2 este egal cu 1 supra f2 prim.
De aici putem scrie că 1 supra P2 prim este egal cu 1 supra f2 prim, adică 1 supra 2 cm plus 1 supra P2 care are semn negativ, adică minus 1,6.
Deci 1 supra P2 prim este egal cu minus 0,4 împărțit la 2 ori 1,6.
De aici deducem că P2 prim este egal cu minus 8 cm și mărirea lineară beta2 este egal cu P2 prim împărțit la P2 care este minus 8 împărțit la minus 1,6.
Deci este egal cu plus 5.
Pentru că P2 prim este mai mic decât 0, după cum am văzut în schema precedentă, dreaptă, pentru că beta2 este mai mare decât 0,
dreaptă înseamnă care are același sens cu imaginea obiectivului, care este obiectul ocularului, și mai mare.
Puterea acumulată a acestui microscop este legată de mărirea lineară acumulată a acestui microscop, beta, care este produsul beta1 ori beta2.
Și în acest caz, acest parametru este minus 35.
Deci mărirea lineară a microscopului cu acești parametri este 35.
Avem o imagine de 35 de ori mai mare decât obiectul.
Este interesant de notat că cele mai performante microscope optice moderne pot atinge magnificări de până la 1000.
Deci se pot atinge magnificări beta de 1000.
Și că cea mai mică dimensiune sezizabilă ochiului uman atinge valori de ozecime sau douăzecimi de milimetru.
Deci aceste microscope optice permit observarea unor dimensiuni de ordinul micronilor sau zecilor de microni.
Și e interesant de remarcat că o celulă albă din sânge, cum vedeți în această imagine,
are dimensiunea de aproximativ 10-20 de microni.
Din nou amintesc că un micron este a miea parte dintr-un milimetru.
Deci un milimetru împărțit la o mie.
Iar o celulă albă are între 10 și 20 de microni.
Aceste celule albe sunt observabile cu microscope optice moderne.
Un ultim subiect legat de sisteme optice, sisteme de lentile, este ochiul uman.
Ochiul uman conține și el două lentile și o diafragmă pe care le vom identifica în această poză.
Corneea este lentila principală a ochiului, principală în sensul că 80% din convergența ochiului se întâmplă în cornee.
Ea este o lentilă convergentă, concav, convexă.
Următorul instrument optic din ochiul uman este irisul,
care este o diafragmă în fața cristalinului, foarte importantă pentru obținerea unui bun stigmatism al imaginilor formate în ochi.
Și în fine, al doilea sistem optic de tip lentil al ochiului este cristalinul.
Ea este o lentilă auxiliară, convergentă, biconvexă și care are capacitatea foarte importantă de acomodare.
Acomodarea este capacitatea cristalinului de a-și varia curbura.
În felul acesta variind distanța focală a ochiului, ceea ce permite o bună vedere a obiectelor aflate atât foarte aproape cât și foarte departe.
Comentarii (0)
Niciun comentariu încă.