Геометриялық оптика
жүктеу/скачать 269,5 Kb.
|
1 2
|
ГЕОМЕТРИЯЛЫҚ ОПТИКА ЛИНЗАЛАР. ЛИНЗАНЫҢ ОПТИКАЛЫҚ КҮШІ І. Жарықтың шағылу және сыну қасиетін жарық шоқтарын басқаруға пайдаланады. Ол үшін арнайы жасалған фотоаппарат, лупа, көзілдірік, микроскоп, дүрбі, телескоп тәрізді оптикалық аспаптар пайдаланылады Бұл аспаптардағы негізгі бөлік линза болып табылады. Линзалар деп екі сфералық немесе бір сфералық және бір жазық бетпен шектелген мөлдір шыны денелерді атайды. Линзалардың екі түрі бар: өзінен өткен жарықты жинағыш және шашыратқыш. Жинағыш линзалардың шеттеріне қарағанда ортасы қалыңдау, ал шашыратқыш линзалардың ортасы шеттеріне қарағанда жұқалау болып келеді. Сыну беттерінің пішініне қарай линзаларды жазық, дөңес, қосдөңес, қосойыс, жазықойыс және т. б. деп атайды. Қосдөңес линзаны екі шардың жанасуынан пайда болған дене тәрізді елестетуге болады. Линзаларды сипаттау үшін бірқатар ұрымдар енгізіледі. Линзаны шектеп тұрған сфералық беттердің С1 және С2 центрлері арқылы өтетін түзуді линзаның бас оптикалық осі деп атайды. Оптикалық осьтің бойында линзаның центрінде жатқан О нүктесін линзаның оптикалық центрі деп атайды. Бұдан былай, біздер линзаның қалыңдығы, оның радиусымен салыстырғанда кішірек болатын жұқа линзаларды қарастырамыз. Кез келген оптикалық осьті бойлай өтетін жұқа линзадағы жарық сәулесі линзадан өзінін бағытын өзгертпей өтеді. Жинағыш линзаның бас оптикалық осіне параллель жарық шоқтарын бағыттаймыз. Шоктар линзадан өтіп, әрбір беттен сына отырып, линзаның оптикалық осінде жатқан бір нүктеде жиналады Бұл нүктені линзаның бас фокусы деп атайды. Линзаның центрінен, фокусқа дейінгі OF арақашықтықты линзаның Ғ фокустық қашықтығы деп атайды 2Ғ нүктесі екі еселенген фокустық қашықтық деп аталады. Линза фокусында бас оптикалық оське перпендикуляр фокустық жазықтық орналасқан. Қосдөңес линзаның әр жағында бір-бірден фокусы бар. Шашыратқыш линзаларда сынғаннан кейін, сәулелер линзадан жинақсыз шоқ түрінде шығады. Мұндай линзалардың фокусы — жалған, өйткені, онда линзадан өткен сәулелер емес олардың созындылары қиылысады. ІІ. Лннзаның негізгі сипаттамаларына оның Ғ фокустық қашықтығы мен фокустың қашықтығына кері шама - линзаның D оптикалық күші жатады: D = . Оптикалық күш D линзаның сыну қабілетінің өлшемі болып табылады. Оптикалық күштің бірлігі үшін бір диоптрия (1 дптр) алынған. Бұл— фокустық қашықтығы 1 м-ге тең линзаның оптикалық күші. Линзаның беті неғұрлым дөнестеу болса, онда линза соғұрлым сәулелерді күштірек сындырады. Демек, оның фокустық қашықтығы соғұрлым аз болады. Шашыратқыш линзалардың фокустық қашықтығы мен оптикалық күші теріс сандармен өрнектеледі. ЛИНЗАМЕН КЕСКШ ШЫҒАРЫП АЛУ Линзалардың көмегімен тек жарық сәулелерін жинап, шашырату, яғни басқару ғана емес сонымен қатар нәрселердің әр түрлі кескіндерін де шығарып алуға болады. Линзалардың осы қабілеті оларды оптикалық аспаптарда кенінен қолдануға мүмкіндік береді. I. Линзаның көмегімен әр түрлі кескіндер қалай алынады? Нәрседен линзаға дейінгі қашықтықты d әрпімен, ал линзадан кескінге дейінгі қашықтықты f әрпімен белгілейді. Нәрсені линзадан әр түрлі қашықтықта, мысалы, екі еселенген фокустық қашықтықтың ар жағына (d > 2Ғ), линзаның фокусы мен оптикалық центрінің арасына (d < Ғ), линза фокусының сыртына (2F>d>F), линза фокусына (d-F) немесе екі еселенген фокуста (d= 2F) орналастыруға болады. Жинағыш линзамен тәжірибе жасаймыз. Жұқа қағаздан жасалған ақ экранда нәрсенің линзадағы кескінін аламыз. 1. Нәрсені, мысалы, жанып тұрған шамды, линзаның екі еселенген фокустық қашықтығынан артық қашықтыққа орналастырамыз, яғни d >2F. Шамның жарығы линзадан өтіп, олардың фокусы мен екі еселенген фокусында түйіседі, яғни: 2Ғ > f > Ғ. Сол жерге қойылған экранда шамның шын, төнкерілген және кішірейтілген кескіні көрінеді. 2. Шамды d =2F қашыктыққа орналастырамыз. Линзаның екінші жағында нәрсе орналасқан ара қашыктықта, яғни f = 2Ғ аралықта шамның кескіні болады. Осы жерге орналасқан экранда шын, төнкерілген және өлшемдері нәрсенің өлшемдеріне тең кескін шығады. 3. Май шамды линзаның фокусына, яғни фокусқа тең қашықтыққа (d =Ғ) орналастырса, кескіннің жоғалып кеткенін көруге болады. Экранда тек жарықталынған дөңгелек дақты ғана көруге болады. 4. Егер шам линза мен оның фокусының арасына, яғни d Шашыратқыш линза нәрсенің барлық жағдайларында, линзаның нәрсе тұрған жағында жататын кішірейтілген түзу және жалған кескін беретінін тәжірибе көрсетіп,.ал салу дәлелдеп отыр. II. Линзаларда нәрселердің кескіндерін салу ыңғайлы болу үшін жинағыш линзаны 175, а-суреттегі белгімен, ал шашыратқыш линзаны 175, ә-суреттегі белгімен көрсетеді. Жұқа линзада нәрсенің кескінін алу үшін сәулелердің мынадай қасиеттетін пайдалануға болады. • Оптикалық оське паралдель сәуле линзада сынғаннан кейін линзаның Ғ фокусы арқылы өтеді. • Линзаның оптикалық центрі О арқылы өткен сәуле одан сынбай шығады. • Линзаның Ғ фокусы арқылы өтетін сәуле сынғаннан кейін оның бас оптикалық осіне параллель жүреді. Осындай әдіспен сынған сәулелер, линзаның сыртында жарықтың S нүктелік көзінің шын кескіні болып табылатын S1 нүктесінде қиылысады. Жарқыраған нүктенің кескіні линзада қалай салынатынын біле отырып, нәрсенің созылыңқы кескінің оңай салуға болады. Ол үшін нәрсені табаны бас оптикалық оське орналасқан нұсқа түріндегі түзу кесінді ретінде қарастырады. Нәрсенің кескінін алу үшін өздеріне белгілі сәуле жолдарының екі бағытын пайдалана отырып, оның А және В екі шеткі нүктелерінің кескіндерін алу жеткілікті (176-сурет). АВ = Н – нәрсенін биіктігі; А1В1 = h -нәрсе кескінінің биіктігі. Кескінді А1 нүктесіне салып, оптикалық бас оське перпендикуляр түсіріп, В1 нүктесін табамыз. Ол В нүктесінің кескіні болып табылады және линза центрінен f қашықтықта орналасады. Осыдан кейін кескіннің сипаттамасын береміз, мысалы, 176-суретте нәрсенің кескіні шын, төңкерілген нәрсемен салыстырғанда үлкейтілген болып табылады. 1. d = 3F; d = 2F; F 2. Шашыратқыш (қосойыс) жұқа линзадағы нәрсенің кескінің салыңдар. Қандай кескін алынады? 3. Линза көмегімен экранда балауыз шамның айқын кескіні алынды. Экран мен шамның орнын ауыстырса, онда кескін қалай өзгереді? 4. Екі жинағыш линза берілген. Өзара параллель сәулелер екі линзадан да өтіп, сол параллель күйінде қалу үшін линзаларды қалай орналастыру керек? 5. Жинағыш линза қандай жағдайда нәрсенің кескінін көрсететін сәулелерді шашыратып жібереді? 6. Жинағыш шыны линза суға батырылды. Осы жағдайда линзаның оптикалық күші өзгере ме? ЖҰҚА ЛИНЗАНЫҢ ФОРМУЛАСЫ. ЛИНЗАНЫҢ ҮЛКЕЙТУІ. I. Әр түрлі оптикалық аспаптарда линзаны қолдану оның Ғ фокустық қашықтығының қандай болатынына тәуелді. Линзаның D оптикалық күшімен қатар, фокустық қашықтығы да, берілген линза үшін оның оптикалық қасиетін сипаттайтын, маңызды тұрақты шама болып есептеледі. Линзаның фокустық қашықтығын анықтайтын әр түрлі әдістер бар. Солардың ішінде ең қарапайымы — линзаның көмегімен кескін алғанда, Ғ фокусты өлшеу әдісі. Линзаның фокустық қашықтығын d, f және Ғ арасындағы белгілі қатынастарды ала отырып, математикалық есептеулер арқылы да анықтауға болады, оны линзаның формуласы деп атайды: Берілген формулада геометриялық салудың жалған элементтерін сипаттайтын кейбір мүшелерінің алдында «минус» таңбасы пайда болуы мүмкін. II. Линзада алынған кескіндердің өлшемдері нәрсенің өзінің өлшемдерімен сәйкес келмейтінін бақылаған болатынсыңдар. Нәрсе мен кескін өлшемдерінің айырмашылығы үлкейтумен сипатталады. Кескін өлшемінің h (биіктік) нәрсе өлшеміне Н (биіктікке) қатынасын сызықтық үлкейту Г деп атайды. 176-суретке қарап, бұл қатынасты оңай анықтай аламыз. ОАВ және ОА1В1 үшбұрыштарының ұқсастығынан линзаның үлкейтуі: шығады. ОПТИКАЛЫҚ АСПАПТАР I. Проекциялық аппарат линза арқылы нәрселердің шын кескінін алу оптика техникасында кең қолданылады. Экранда нәрсенін үлкейтілген шын кескінін алуға арналған оптикалық аспаптарды проекциялық аспаптар немесе аппараттар дейді. Құрылысы бірдей көптеген проекциялық аппараттар бар (диапроектор, кинопроектор, фотоүлкейткіш және т.б.). Оларда кескіні алынантын нәрсені фокус пен екі еселенген фокустық қашықтыққа қойып жарық түсіреді. Сонда экранда нәрсенің үлкейтілген, шын кескіні пайда болады. 177-суретте проекциялық аппараттың оптикалық құрылысының сұлбасы берілген. Аспапта жарықтандыратын және проекциялайтын негізгі екі бөлік бар. Жарық беретін бөлігі — проекциялайтын объектіні бірқалыпты жарықтандыруға арналған. Ол ойыс айнаның (А) рефлектордың фокусына қойылатын жарық S көзінен тұрады. Жарық көзінен айнаға түскен жарық параллель шоқ түрінде кондетор (К) деп аталатын жазықдөңес линзалар жүйесінде шағылады. Рефлектордан жарық конденсор арқылы өткен соң, D диалозитивте біркелкі таралады да, объвктивте (06) шоғырланады. Объектив экранда кескін алу үшін қажет. Ол бір қосдөңес линза сияқты жұмыс істейтін бірнеше линзадан тұрады. Объектив кері кескін беретіндіктен, диапозитивті төңкеріл қояды. ІІ. Фотоаппарат — бұл проекциялық аппарат болып табылады. Ол жарық өткізбейтін жабық камерадан құрылған. Фотоаппараттың негізгі бөлігі — линзалар жүйесінен (екіден тоғызға дейін) тұратын объектив. Объективтің көмегімен жарықталынған нәрселер фотопленка немесе жарықты сезгіш қабаты бар фотопластинка арқылы экранға түседі (178-сурет). Жарық проекциясына арналған нәрсе әрқашан аппараттан тыс орналасады: d>2F. Фотопластинка аппараттың ішіндегі кассетада объективтен F Фотоаппараттың негізгі бөлшегі — диафрагма. Ол нәрсенің жарықтандырылуы мен айқындығын реттеп отырады. ІІІ. Лупа - бұл шыныдан жасалтан қосдөңес, қысқа фокусты линза. Ол арқылы кішкентай нәрселердің бөлшектерін көре аламыз. Бұл үшін нәрсені оның линзасы мен фокусының арасына қояды, яғни: d IV. Микроскоп 500—600 есе үлкейтуге көмектеседі. Бұл - күрделі оптикалық аспап (180-сурет). Микроскоптың оптикалық жүйесі екі жинағыш линзадан тұрады (181-сурет). Оның біреуі кішкене фокустық қашықтықпен АВ нәрсеге бағытталған және объектив (Об) деп аталады. Екінші линза бақылаушының көзіне бағытталған және окуляр (Ок) деп аталады. Екі линзаның да оптикалық осьтері сәйкес келіп, көздің көру осімен беттесіп, жалпы MN ортак ось құрайды. Микроскоптың тубустағы объективі қозғалмайды, ал окуляр қозғалады, оны ауыстыруға болады. жүктеу/скачать 269,5 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|
1 2