Зрительная труба микроскопа называется. Зрительная труба микроскопа: устройство, принцип работы, виды и применение

Что такое зрительная труба микроскопа. Как устроена и работает зрительная трубка. Какие бывают виды зрительных труб в микроскопах. Для чего используется зрительная трубка в микроскопии.

Что такое зрительная труба микроскопа

Зрительная труба микроскопа — это оптическая система, состоящая из объектива и окуляра, которая позволяет наблюдать увеличенное изображение исследуемого объекта. Она является ключевым элементом оптического микроскопа, обеспечивающим его основную функцию — многократное увеличение мелких деталей образца.

Зрительную трубу также часто называют тубусом микроскопа. Она представляет собой металлический или пластиковый корпус цилиндрической формы, внутри которого размещены линзы объектива и окуляра. Через зрительную трубу наблюдатель рассматривает увеличенное изображение препарата, расположенного на предметном столике микроскопа.

Устройство и принцип работы зрительной трубки микроскопа

Основные элементы зрительной трубы микроскопа:

• Объектив — система линз, обращенная к исследуемому образцу. Создает первичное увеличенное изображение.
• Окуляр — система линз, обращенная к глазу наблюдателя. Дополнительно увеличивает изображение, созданное объективом.
• Корпус трубы — обеспечивает фиксированное расстояние между объективом и окуляром.

Принцип работы зрительной трубы заключается в следующем:

1. Объектив создает действительное увеличенное перевернутое изображение образца.
2. Это изображение располагается внутри фокусного расстояния окуляра.
3. Окуляр формирует мнимое прямое увеличенное изображение, которое наблюдает исследователь.

Общее увеличение микроскопа равно произведению увеличений объектива и окуляра. Например, при 40-кратном объективе и 10-кратном окуляре итоговое увеличение составит 400х.

Виды зрительных труб микроскопов

Существует несколько основных типов зрительных труб, используемых в современных микроскопах:

Монокулярная зрительная труба

Имеет один окуляр для наблюдения одним глазом. Простая и недорогая конструкция, но вызывает быстрое утомление зрения при длительной работе.

Бинокулярная зрительная труба

Оснащена двумя окулярами для наблюдения двумя глазами. Обеспечивает более комфортную работу и объемное восприятие изображения. Наиболее распространенный тип в лабораторных микроскопах.

Тринокулярная зрительная труба

Имеет два окуляра для визуального наблюдения и дополнительный вертикальный тубус для установки фото/видеокамеры. Позволяет одновременно вести наблюдение и фиксировать изображение.

Применение зрительной трубы в микроскопии

Зрительная труба является ключевым элементом оптического микроскопа и используется во всех областях его применения:

• Биологические и медицинские исследования
• Материаловедение и контроль качества
• Криминалистическая экспертиза
• Геологические исследования
• Микроэлектроника
• Образование

Она обеспечивает возможность детального изучения микроструктуры объектов, недоступных невооруженному глазу. Благодаря зрительной трубе микроскопа стали возможны многие научные открытия в биологии, медицине и других областях.

Как правильно пользоваться зрительной трубой микроскопа

Для эффективной работы с зрительной трубой микроскопа рекомендуется соблюдать следующие правила:

1. Настройте межзрачковое расстояние окуляров под свои глаза.
2. Отрегулируйте диоптрии окуляров, если у вас есть нарушения зрения.
3. Начинайте исследование с малого увеличения, постепенно переходя к большему.
4. Настраивайте резкость изображения с помощью макро- и микровинтов фокусировки.
5. Не касайтесь линз пальцами, протирайте их только специальными салфетками.
6. Делайте перерывы каждые 45-60 минут работы для снижения нагрузки на глаза.

Правильное использование зрительной трубы позволяет получить четкое изображение исследуемого объекта и сохранить остроту зрения при длительной работе с микроскопом.

Уход за зрительной трубой микроскопа

Для поддержания зрительной трубы в рабочем состоянии необходимо соблюдать ряд правил по уходу:

• Хранить микроскоп в чехле или специальном шкафу для защиты от пыли
• Регулярно очищать внешние поверхности линз от загрязнений
• Использовать только специальные растворы и салфетки для очистки оптики
• Не разбирать зрительную трубу самостоятельно
• Избегать механических воздействий и падений микроскопа
• При длительном хранении снимать объективы и окуляры

Своевременный и правильный уход позволит сохранить высокое качество изображения и продлить срок службы зрительной трубы микроскопа.

Современные тенденции в разработке зрительных труб

Основные направления совершенствования зрительных труб микроскопов в настоящее время:

• Применение новых оптических материалов для повышения качества изображения
• Разработка асферических линз для уменьшения аберраций
• Создание зум-систем с плавным изменением увеличения
• Интеграция цифровых камер и дисплеев в конструкцию трубы
• Использование лазерных технологий для повышения разрешающей способности
• Разработка компактных складных конструкций для портативных микроскопов

Эти инновации позволяют создавать более совершенные оптические системы с улучшенными характеристиками для решения современных задач микроскопии.

Элементарный учебник физики Т3

Элементарный учебник физики Т3

Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики. Т.3. Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика. — М.: Наука, 1985. — 656 c. Один из лучших курсов элементарной физики, завоевавший огромную популярность. Достоинством курса является глубина изложения физической стороны рассматриваемых процессов и явлений в природе и технике. В новом издании структура курса осталась прежней, однако в изложении проведена система единиц СИ, модернизированы терминология и единицы физических величин, устранены отдельные неточности предыдущего издания (1975 г.) Для слушателей и преподавателей подготовительных отделений и курсов вузов, старшеклассников общеобразовательных и профессиональных школ, а также лиц, занимающихся самообразованием и готовящихся к поступлению в вуз. Оглавление Предисловие к первому изданию Раздел первый. Колебания и волны Глава I. Основные понятия. Механические колебания § 1. Периодические движения. Период § 2. Колебательные системы § 3. Маятник; кинематика его колебаний § 4. Колебания камертона § 5. Гармоническое колебание. Частота § 6. Сдвиг фаз § 7. Динамика колебаний маятника § 8. Формула периода математического маятника § 9. Упругие колебания § 10. Крутильные колебания § 11. Влияние трения. Затухание § 12. Вынужденные колебания § 13. Резонанс § 14. Влияние трения на резонансные явления § 15. Примеры резонансных явлений § 16. Резонансные явления при действии негармонической периодической силы § 17. Форма периодических колебаний и ее связь с гармоническим составом этих колебаний Глава II. Звуковые колебания § 18. Звуковые колебания § 19. Предмет акустики § 20. Музыкальный тон. Громкость и высота тона § 21. Тембр § 22. Акустический резонанс § 23. Запись и воспроизведение звука § 24. Анализ и синтез звука § 25. Шумы Глава III. Электрические колебания § 26. Электрические колебания. Методы их наблюдения § 27. Колебательный контур § 28. Аналогия с механическими колебаниями. Формула Томсона § 29. Электрический резонанс § 30. Незатухающие колебания. Автоколебательные системы § 31. Ламповый генератор электрических колебаний Глава IV. Волновые явления § 32. Учение о колебаниях § 33. Волновые явления § 34. Скорость распространения волн § 35. Радиолокация, гидроакустическая локация и звукометрия § 36. Поперечные волны в шнуре § 37. Продольные волны в столбе воздуха § 38. Волны на поверхности жидкости § 39. Перенос энергии волнами § 40. Отражение волн § 41. Дифракция § 42. Направленное излучение Глава V. Интерференция волн § 43. Наложение волн § 44. Интерференция волн § 45. Условия образования максимумов и минимумов § 46. Интерференция звуковых волн § 47. Стоячие волны § 48. Колебания упругих тел как стоячие волны § 49. Свободные колебания струны § 50. Стоячие волны в пластинках и других протяженных телах § 51. Резонанс при наличии многих собственных частот § 52. Условия хорошего излучения звука § 53. Бинауральный эффект. Звукопеленгация Глава VI. Электромагнитные волны § 54. Электромагнитные волны § 55. Условия хорошего излучения электромагнитных волн § 56. Вибратор и антенны § 57. Опыты Герца по получению и исследованию электромагнитных волн. Опыты Лебедева § 58. Электромагнитная теория света. Шкала электромагнитных волн § 59 Опыты с электромагнитными волнами § 60. Изобретение радио Поповым § 61. Современная радиосвязь § 62. Другие применения радио § 63. Распространение радиоволн § 64. Заключительные замечания Раздел второй. Геометрическая оптика Глава VII. Общая характеристика световых явлений § 65. Разнообразные действия света § 66. Интерференция света. Цвета тонких пленок § 67. Краткие сведения из истории оптики Глава VIII. Фотометрия и светотехника § 68. Энергия излучения. Световой поток § 69. Точечные источники света § 70. Сила света и освещенность § 71. Законы освещенности § 72. Единицы световых величин § 73. Яркость источников § 74. Задачи светотехники § 75. Приспособления для концентрации светового потока § 76. Отражающие и рассеивающие тела § 77. Яркость освещенных поверхностей § 78. Световые измерения и измерительные приборы Глава IX. Основные законы геометрической оптики § 79. Прямолинейное распространение волн § 80. Прямолинейное распространение света и световые лучи § 81. Законы отражения и преломления света § 82. Обратимость световых лучей § 83. Показатель преломления § 84. Полное внутреннее отражение § 85. Преломление в плоскопараллельной пластинке § 86. Преломление в призме Глава X. Применение отражения и преломления света для получения изображений § 87. Источник света и его изображение § 88. Преломление в линзе § 89. Изображение в линзе точек, лежащих на главной оптической оси. Формула линзы. § 90. Применения формулы тонкой линзы. Действительные и мнимые изображения. § 91. Изображение точечного источника и протяженного объекта в плоском зеркале. Изображение точечного источника в сферическом зеркале § 92. Фокус и фокусное расстояние сферического зеркала § 93. Связь между положениями источника и его изображения на главной оси сферического зеркала § 94. Способы изготовления линз и зеркал § 95. Изображение протяженных объектов в сферическом зеркале и линзе § 96. Увеличение при изображении объектов в сферическом зеркале и линзе § 97. Построение изображений в сферическом зеркале и линзе § 98. Оптическая сила линз Глава XI. Оптические системы и их погрешности § 99. Оптическая система § 100. Главные плоскости и главные точки системы § 101. Построение изображений в системе § 102. Увеличение системы § 103. Недостатки оптических систем § 104. Сферическая аберрация § 105. Астигматизм § 106. Хроматическая аберрация § 107. Ограничение пучков в оптических системах § 108. Светосила линзы § 109. Яркость изображения Глава XII. Оптические приборы § 110. Проекционные оптические приборы § 111. Фотографический аппарат § 112. Глаз как оптическая система § 113. Оптические приборы, вооружающие глаз § 114. Лупа § 115. Микроскоп § 116. Разрешающая способность микроскопа § 117. Зрительные трубы § 118. Увеличение зрительной трубы § 119. Телескопы § 120. Яркость изображения для протяженных и точечных источников § 121. «Ночезрительная труба» Ломоносова § 122. Зрение двумя глазами и восприятие глубины пространства. Стереоскоп. Раздел третий. Физическая оптика Глава XIII. Интерференция света § 123. Геометрическая и физическая оптика § 124. Опытное осуществление интерференции света § 125. Объяснение цветов тонких пленок § 126. Кольца Ньютона § 127. Определение длины световой волны с помощью колец Ньютона Глава XIV. Дифракция света § 128. Пучки лучей и форма волновой поверхности § 129. Принцип Гюйгенса § 130. Законы отражения и преломления света на основе принципа Гюйгенса § 131. Принцип Гюйгенса в толковании Френеля § 132. Простейшие дифракционные явления § 133. Объяснение дифракции по методу Френеля § 134. Разрешающая сила оптических инструментов § 135. Дифракционные решетки § 136. Дифракционная решетка как спектральный прибор § 137. Изготовление дифракционных решеток § 138. Дифракция при косом падении света на решетку Глава XV. Физические принципы оптической голографии § 139. Фотография и голография § 140. Запись голограммы с помощью плоской опорной волны § 141. Получение оптических изображений по методу восстановления волнового фронта § 142. Голографирование по методу встречных световых пучков § 143. Использование голографии в оптической интерферометрии Глава XVI. Поляризация света и поперечность световых волн § 144. Прохождение света через турмалин § 145. Гипотезы, объясняющие наблюдаемые явления. Понятие о поляризованном свете § 146. Механическая модель явлений поляризации § 147. Поляроиды § 148. Поперечность световых волн и электромагнитная теория света Глава XVII. Шкала электромагнитных волн § 149. Способы исследования электромагнитных волн различной длины § 150. Инфракрасное и ультрафиолетовое излучение § 151. Открытие рентгеновских лучей § 152. Различные действия рентгеновских лучей § 153. Устройство рентгеновской трубки § 154. Происхождение и природа рентгеновских лучей § 155. Шкала электромагнитных волн Глава XVIII. Скорость света § 156. Первые попытки определения скорости света § 157. Определение скорости света Рёмером § 158. Определение скорости света по методу вращающегося зеркала Глава XIX. Дисперсия света и цвета тел § 159. Состояние вопроса о цвете тел до исследований Ньютона § 160. Основное открытие Ньютона в оптике § 161. Истолкование наблюдений Ньютона § 162. Дисперсия показателя преломления различных материалов § 163. Дополнительные цвета § 164. Спектральный состав света различных источников § 165. Свет и цвета тел § 166. Коэффициенты поглощения, отражения и пропускания § 167. Цветные тела, освещенные белым светом § 168. Цветные тела, освещенные цветным светом § 169. Маскировка и демаскировка § 170. Насыщенность цветов § 171. Цвет неба и зорь Глава XX. Спектры и спектральные закономерности § 172. Спектральные аппараты § 173. Типы спектров испускания § 174. Происхождение спектров различных типов § 175. Спектральные закономерности § 176. Спектральный анализ по спектрам испускания § 177. Спектры поглощения жидких и твердых тел § 178. Спектры поглощения атомов. Линии Фраунгофера § 179. Излучение накаленных тел. Абсолютно черное тело § 180. Зависимость излучения накаленных тел от температуры. Лампы накаливания § 181. Оптическая пирометрия XXI. Действия света § 182. Действия света на вещество. Фотоэлектрический эффект § 183. Законы фотоэлектрического эффекта § 184. Понятие о световых квантах § 185. Применение фотоэлектрических явлений § 186. Фотолюминесценция. Правило Стокса § 187. Физический смысл правила Стока § 188. Люминесцентный анализ § 189. Фотохимические действия света § 190. Роль длины волны в фотохимических процессах § 191. Фотография § 192. Фотохимическая теория зрения § 193. Длительность зрительного ощущения Раздел четвертый. Атомная и ядерная физика Глава XXII. Строение атома § 194. Представление об атомах § 195. Постоянная Авогадро. Размеры и массы атомов § 196. Элементарный электрический заряд § 197. Единицы заряда, массы и энергии в атомной физике § 198. Измерение массы заряженных частиц. Масс-спектрограф § 199. Масса электрона. Зависимость массы от скорости § 200. Закон Эйнштейна § 201. Массы атомов; изотопы § 202. Разделение изотопов. Тяжелая вода § 203. Ядерная модель атома § 204. Энергетические уровни атомов § 205. Вынужденное излучение света. Квантовые генераторы § 206. Атом водорода. Своеобразие законов движения электрона в атоме § 207. Многоэлектронные атомы. Происхождение оптических и рентгеновских спектров атомов § 208. Периодическая система элементов Менделеева § 209. Квантовые и волновые свойства фотонов § 210. Понятие о квантовой (волновой) механике Глава XXIII. Радиоактивность § 211. Открытие радиоактивности. Радиоактивные элементы § 212. L-, B-, Г- излучение. Камера Вильсона § 213. Способы регистрации заряженных частиц § 214. Природа радиоактивного излучения § 215. Радиоактивный распад и радиоактивные превращения § 216. Применения радиоактивности § 217. Ускорители Глава XXIV. Атомные ядра и ядерная энергия § 218. Понятие о ядерных реакциях § 219. Ядерные реакции и превращение элементов § 220. Свойства нейтронов § 221. Ядерные реакции под действием нейтронов § 222. Искусственная радиоактивность § 223. Позитрон § 224. Применение закона Эйнштейна к процессам аннигиляции и образования пар § 225. Строение атомного ядра § 226. Ядерная энергия. Источник энергии звезд. § 227. Деление урана § 228. Применения незатухающей цепной реакции деления. Атомная и водородная бомбы § 229. Ядерные реакторы и их применения Глава XXV. Элементарные частицы § 230. Общие замечания § 231. Нейтрино § 232. Ядерные силы. Мезоны § 233. Частицы и античастицы § 234. Частицы и взаимодействия § 235. Детекторы элементарных частиц § 236. Парадокс часов § 237. Космическое излучение (космические лучи) Глава XXVI. Новые достижения в физике элементарных частиц § 238. Ускорители и экспериментальная техника § 239. Адроны и кварки § 240. Кварковая структура андронов § 241. Кварковая модель и процессы образования и распада адронов § 242. Лептоны. Промежуточные бозоны. Единство всех взаимодействий Заключение

Что можно увидеть в микроскоп, подзорную трубу и бинокль?

Если вспомнить сухое определение из раздела физики, то можно сказать, что оптика – это именно то, с помощью чего человек может изучать не только явления и закономерности электромагнитных волн, но и природу оптического излучения света.

Понятно, что невооруженным взглядом не увидеть многих интересных нам объектов, именно поэтому были созданы оптические приборы, помогающие познать другой мир. Достаточно увеличить угол зрения и откроются новые возможности, которые станут доступны с помощью обычной трубы, бинокля и микроскопа.

Подзорная или зрительная труба.

Именно этот прибор делает возможным разглядеть в мелких деталях удаленные предметы, а весь секрет такого фокуса очень прост и кроется в двух собирающих линзах. Первая – расположенная ближе к рассматриваемому предмету, не что иное, как – объектив, уменьшающий изображение. Вторая собирающая линза – это окуляр, который находится непосредственно возле глаза человека и играет роль лупы. Получается, что изображение предмета находится в главном фокусе окуляра и при помощи увеличения угла света приближает удаленный от объекта предмет. Чем длиннее фокус объектива и короче фокус окуляра, тем больше увеличение - вот и весь секрет. 

Бинокль

Такой популярный прибор как бинокль имеет схожее строение с подзорной трубой, суть одна, но эффект разный. Существенное отличие бинокля в наблюдении удаленного предмета двумя глазами, что из-за стереоскопического эффекта не только увеличивает обзор, но и снижает повышенную утомляемость глаз, которая особенно выражается при использовании зрительной трубы. Особенностью бинокля является «центральный винт» или центральная фокусировка, с помощью которой можно достигнуть синхронности в перемещении двух окуляров.  

Микроскоп

Но все вышеописанное не может сравниться в масштабах открытий, сделанных предметом, который еще в Средние Века придумал пытливый ученый человек. Имя этому великому предмету – микроскоп!

Микроскоп один из самых первых оптических приборов, созданных для того, чтобы человек смог увидеть объекты микромира. Главное отличие микроскопа в его линзе, размер которой отличается от размера линз подзорной трубы или бинокля. Но это и понятно, ведь микроскоп имеет другое предназначение и направлен на рассматривание мелких объектов. В этом приборе используются короткофокусные линзы, имеющие огромную оптическую силу, что дает большой пучок лучей. А чтобы прибавить резкость изображению достаточно прибегнуть к комбинации различных линз и эффект будет достигнут.

За 5 столетий микроскоп прошел огромный путь эволюции от простого оптического, с его простеньким набором линз, и увеличивающий всего в несколько раз, до электронного, который позволяет получать изображение с увеличением до 10⁶ раз. Рекорд электронного микроскопа Титан – 0,05 нанометра!

Из всех известных приборов, микроскоп – лучшее изобретение и совершенная конструкция с максимальным увеличением, получить которое стало возможным из-за высочайшего качества обработки стекла. Такая работа заслуживает наивысшей награды и сравнится только с изделиями ювелира. Поэтому сам микроскоп нельзя назвать просто орудием труда ученых. Это тотем, который только для избранных откроет лишь им одним известный микромир.

2.9: Микроскопы и телескопы — Физика LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Идентификатор страницы

4879

• OpenStax
• OpenStax

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Объяснять физику работы микроскопов и телескопов
• Опишите изображение, создаваемое этими инструментами, и рассчитайте их увеличение

Микроскопы и телескопы являются основными инструментами, которые внесли огромный вклад в наше современное понимание микро- и макроскопических миров. Изобретение этих устройств привело к многочисленным открытиям в таких дисциплинах, как физика, астрономия и биология. В этом разделе мы объясняем основные физические принципы работы этих инструментов.

Микроскопы

Хотя глаз обладает удивительной способностью видеть большие и маленькие объекты, он, очевидно, ограничен в мельчайших деталях, которые он может обнаружить. Стремление заглянуть за пределы возможного невооруженным глазом привело к использованию оптических приборов. Мы видели, что простая выпуклая линза может создать увеличенное изображение, но с такой линзой трудно получить большое увеличение. Увеличение более чем в 5 раз затруднительно без искажения изображения. Чтобы получить большее увеличение, мы можем комбинировать простое увеличительное стекло с одной или несколькими дополнительными линзами. В этом разделе мы рассмотрим микроскопы, которые увеличивают детали, которые мы не можем увидеть невооруженным глазом.

Микроскопы были впервые разработаны в начале 1600-х годов производителями очков в Нидерландах и Дании. Простейший составной микроскоп состоит из двух выпуклых линз (рис. \(\PageIndex{1}\)). Объектив представляет собой выпуклую линзу с коротким фокусным расстоянием (т. е. с большим увеличением) с типичным увеличением от 5× до 100×. Окуляр, также называемый окуляром, представляет собой выпуклую линзу с большим фокусным расстоянием.

Целью микроскопа является создание увеличенных изображений мелких объектов, и обе линзы способствуют конечному увеличению. Кроме того, конечное увеличенное изображение создается на достаточном расстоянии от наблюдателя, чтобы его можно было легко рассмотреть, поскольку глаз не может сфокусироваться на объектах или изображениях, которые находятся слишком близко (то есть ближе, чем ближняя точка глаза).

Рисунок \(\PageIndex{1}\): Составной микроскоп состоит из двух линз: объектива и окуляра. Объектив формирует первое изображение, которое больше объекта. Это первое изображение находится внутри фокусного расстояния окуляра и служит объектом для окуляра. {глаз}\), так что он может увеличить изображение еще больше. В некотором смысле он действует как увеличительное стекло, увеличивающее промежуточное изображение, создаваемое объективом. Изображение, создаваемое окуляром, представляет собой увеличенное виртуальное изображение. Окончательное изображение остается перевернутым, но находится дальше от наблюдателя, чем объект, что упрощает просмотр. 9{глаз}\) — фокусные расстояния объектива и окуляра соответственно. Будем считать, что итоговое изображение формируется в ближней точке глаза, обеспечивающей наибольшее увеличение. Обратите внимание, что угловое увеличение окуляра такое же, как и полученное ранее для простого увеличительного стекла. Это не должно удивлять, потому что окуляр по сути представляет собой увеличительное стекло, и здесь действует та же физика. Чистое увеличение \(M_{net}\) составного микроскопа является произведением линейного увеличения объектива и углового увеличения окуляра: 9{\mathrm{глаз}}} \label{2. {obj}_i\) до объектива. 9{глаз}} \\[5pt] &=−\dfrac{(18,6\,см)(5,00\,см+25\,см)}{(0,600\,см)(5,00\,см)} \\[ 5pt] &=−186 \end{align*}

Значимость

Как объектив, так и окуляр вносят свой вклад в общее увеличение, которое является большим и отрицательным, что соответствует рисунку \(\PageIndex{1}\), где изображение кажется большим и перевернутым. В этом случае изображение виртуальное и перевернутое, что не может произойти для одного элемента.

Рисунок \(\PageIndex{2}\): Составной микроскоп с изображением, созданным на бесконечности. 9{\mathrm{obj}}} \label{2.35}. \]

Если конечное изображение находится в бесконечности, то изображение, создаваемое объективом, должно располагаться в фокусе окуляра. Это можно увидеть, рассмотрев уравнение тонкой линзы с \(d_i = \infty\) или вспомнив, что лучи, проходящие через фокальную точку, выходят из линзы параллельно друг другу, что эквивалентно фокусировке на бесконечность. Для многих микроскопов стандартное расстояние между фокальной точкой объектива со стороны изображения и фокальной точкой окуляра со стороны объекта составляет L = 16 см. Это расстояние называется 9{объект}}. \label{eq2.36} \]

Теперь нам нужно рассчитать угловое увеличение окуляра с изображением на бесконечности. Для этого мы берем отношение угла \(\theta_{image}\), образуемого изображением, к углу \(\theta_{object}\), образуемому объектом в ближней точке глаза (это самое близкое, что невооруженный глаз может видеть объект, и, таким образом, это положение, где объект будет формировать самое большое изображение на сетчатке невооруженного глаза). Используя рисунок \(\PageIndex{2}\) и работая в 9{глаз}}. \label{2.38} \]

Фокусные расстояния должны быть указаны в сантиметрах. Знак минус указывает на то, что конечное изображение инвертировано. Обратите внимание, что единственными переменными в уравнении являются фокусные расстояния окуляра и объектива, что делает это уравнение особенно полезным.

Телескопы

Телескопы предназначены для наблюдения за удаленными объектами и дают изображение, превышающее изображение, получаемое невооруженным глазом. Телескопы собирают гораздо больше света, чем глаз, что позволяет наблюдать за тусклыми объектами с большим увеличением и лучшим разрешением. Телескопы были изобретены около 1600 года, и Галилей был первым, кто использовал их для изучения неба, что имело монументальные последствия. Он наблюдал спутники Юпитера, кратеры и горы на Луне, детали солнечных пятен и тот факт, что Млечный Путь состоит из огромного количества отдельных звезд.

Рисунок \(\PageIndex{3}\): (a) Галилей изготовил телескопы с выпуклым объективом и вогнутым окуляром. Они создают вертикальное изображение и используются в подзорных трубах. (b) Большинство простых телескопов-рефракторов имеют две выпуклые линзы. Объектив формирует реальное перевернутое изображение в фокальной плоскости окуляра (или непосредственно в ней). Это изображение служит объектом для окуляра. Окуляр формирует мнимое перевернутое изображение, которое увеличивается.

На рисунке \(\PageIndex{3a}\) показан телескоп-рефрактор, состоящий из двух линз. Первый объектив, названный объектив , формирует реальное изображение в пределах фокусного расстояния второй линзы, которая называется окуляром . Изображение объектива служит объектом для окуляра, который формирует увеличенное мнимое изображение, наблюдаемое глазом. Именно эту схему использовал Галилей для наблюдения за небом.

Хотя расположение линз в телескопе-рефракторе похоже на расположение линз в микроскопе, между ними есть важные отличия. В телескоп реальный объект находится далеко, а промежуточное изображение меньше объекта. В микроскоп реальный объект находится очень близко, а промежуточное изображение больше объекта. И в телескопе, и в микроскопе окуляр увеличивает промежуточное изображение; однако в телескопе это единственное увеличение. 9{obj} \nonumber \]

, как показано на рисунке, и невелик по сравнению с тем, что вы могли бы увидеть, глядя прямо на объект. Однако окуляр телескопа (как и окуляр микроскопа) позволяет вам приблизиться к этому первому изображению ближе, чем ваша близкая точка, и, таким образом, увеличивает его (поскольку вы находитесь рядом с ним, он вытягивается под большим углом от вашего глаза и, таким образом, образует увеличенное изображение на сетчатке). Что касается простой лупы, угловое увеличение телескопа представляет собой отношение угла, образуемого изображением (\(\theta_{image}\) в \(\PageIndex{3b}\)) к углу, образуемому реальным объект (\(\theta_{object}\) в \(\PageIndex{3b}\)):

\[ M=\dfrac{θ_{изображение}}{θ_{объект}}. \label{2.39} \]

Чтобы получить выражение для увеличения, учитывающее только параметры объектива, обратите внимание, что фокальная плоскость объектива расположена очень близко к фокальной плоскости окуляра. Если мы предположим, что эти плоскости наложены друг на друга, мы получим ситуацию, показанную на рисунке \(\PageIndex{4}\).

Рисунок \(\PageIndex{4}\): Фокальная плоскость объектива телескопа очень близка к фокальной плоскости окуляра. Угол \(\theta_{изображение}\), образуемый изображением, наблюдаемым через окуляр, больше, чем угол \(\theta_{объект}\), образуемый объектом при наблюдении невооруженным глазом. 9{\mathrm{глаз}}} \label{2.40}. \]

Таким образом, для получения наибольшего углового увеличения лучше всего иметь объектив с большим фокусным расстоянием и окуляр с коротким фокусным расстоянием. Чем больше угловое увеличение \(M\), тем больше объект будет казаться при просмотре в телескоп, что позволит увидеть больше деталей. Ограничения наблюдаемых деталей накладываются многими факторами, в том числе качеством линз и атмосферными возмущениями. Типичные окуляры имеют фокусное расстояние 2,5 см или 1,25 см. Если объектив телескопа имеет фокусное расстояние 1 метр, то эти окуляры дают увеличения в 40 и 80 раз соответственно. Таким образом, угловые увеличения заставляют изображение казаться в 40 или 80 раз ближе, чем реальный объект.

Знак минус в увеличении указывает на то, что изображение перевернуто, что неважно для наблюдения за звездами, но представляет реальную проблему для других применений, таких как телескопы на кораблях или оптические прицелы. Если необходимо вертикальное изображение, можно использовать расположение Galileo в \(\PageIndex{3a}\). Но чаще используется третья выпуклая линза в качестве окуляра, увеличивающая расстояние между первыми двумя и снова инвертирующая изображение, как показано на рисунке \(\PageIndex{5}\).

Рисунок \(\PageIndex{5}\): Такое расположение трех линз в телескопе дает вертикальное конечное изображение. Первые две линзы расположены достаточно далеко друг от друга, чтобы вторая линза инвертировала изображение первой. Третья линза действует как лупа и удерживает изображение в вертикальном положении в удобном для просмотра месте.

Крупнейшим рефрактором в мире является телескоп Yerkes диаметром 40 дюймов, расположенный на Женевском озере, штат Висконсин (рис. \(\PageIndex{6}\)), которым управляет Чикагский университет.

Строить большие телескопы-рефракторы очень сложно и дорого. Вам нужны большие бездефектные объективы, что само по себе является технически сложной задачей. Телескоп-рефрактор в основном выглядит как труба с опорной конструкцией для вращения в разные стороны. Рефракторный телескоп страдает от нескольких проблем. Аберрация линз приводит к размытию изображения. Кроме того, по мере того, как линзы становятся толще для линз большего размера, поглощается больше света, что затрудняет наблюдение за слабыми звездами. Большие линзы также очень тяжелые и деформируются под собственным весом. Некоторые из этих проблем с преломляющими телескопами решаются путем избегания преломления для сбора света и вместо этого использования изогнутого зеркала, разработанного Исааком Ньютоном. Эти телескопы называются телескопами-рефлекторами.

Рисунок \(\PageIndex{6}\): В 1897 году обсерватория Йеркса в Висконсине (США) построила большой телескоп-рефрактор с объективом диаметром 40 дюймов и длиной трубы 62 фута. (Фото: Обсерватория Йеркса, Чикагский университет)

Телескопы-рефлекторы

Исаак Ньютон сконструировал первый телескоп-рефлектор примерно в 1670 году, чтобы решить проблему хроматической аберрации, которая возникает во всех телескопах-рефракторах. При хроматической аберрации свет разных цветов преломляется в линзе немного по-разному. В результате вокруг изображения появляется радуга, и изображение кажется размытым. В телескопе-рефлекторе лучи света от удаленного источника падают на поверхность вогнутого зеркала, закрепленного на нижнем конце трубы. Использование зеркала вместо линзы устраняет хроматические аберрации. Вогнутое зеркало фокусирует лучи в своей фокальной плоскости. Проблема проектирования заключается в том, как наблюдать сфокусированное изображение. Ньютон использовал конструкцию, в которой сфокусированный свет от вогнутого зеркала отражался на одну сторону трубы в окуляр (рис. \(\PageIndex{7a}\)). Такое расположение распространено во многих любительских телескопах и называется ньютоновской схемой.

Некоторые телескопы отражают свет обратно к середине вогнутого зеркала, используя выпуклое зеркало. При таком расположении светособирающее вогнутое зеркало имеет отверстие посередине (\(\PageIndex{7b}\)). Затем свет падает на линзу окуляра. Такое расположение объектива и окуляра называется конструкция Кассегрена . Большинство больших телескопов, в том числе космический телескоп Хаббл, имеют такую ​​конструкцию. Возможны и другие договоренности. В некоторых телескопах детектор света размещается прямо в том месте, где свет фокусируется изогнутым зеркалом.

Рисунок \(\PageIndex{7}\): Телескопы-рефлекторы: (a) В ньютоновской конструкции окуляр расположен сбоку телескопа; б) в схеме Кассегрена окуляр расположен за отверстием в главном зеркале.

Большинство астрономических исследовательских телескопов в настоящее время относятся к рефлекторному типу. Один из первых крупных телескопов такого рода — 200-дюймовый (или 5-метровый) телескоп Хейла, построенный на горе Паломар в Южной Калифорнии, с зеркалом диаметром 200 дюймов. Одним из крупнейших телескопов в мире является 10-метровый телескоп Кека в обсерватории Кека на вершине спящего вулкана Мауна-Кеа на Гавайях. В обсерватории Кека работают два 10-метровых телескопа. Каждое из них не является отдельным зеркалом, а состоит из 36 шестиугольных зеркал. Кроме того, два телескопа на Кеке могут работать вместе, что увеличивает их мощность до эффективного 85-метрового зеркала. Телескоп «Хаббл» (рис. \(\PageIndex{8}\)) — еще один большой телескоп-рефлектор с главным зеркалом диаметром 2,4 метра. Хаббл был выведен на орбиту вокруг Земли в 1990.

Рисунок \(\PageIndex{8}\): Космический телескоп Хаббл, вид с космического корабля «Дискавери». (кредит: модификация работы НАСА)

Угловое увеличение \(M\) телескопа-рефлектора также определяется уравнением \ref{eq2.36}. Для сферического зеркала фокусное расстояние составляет половину радиуса кривизны, поэтому создание большого зеркала объектива не только помогает телескопу собирать больше света, но и увеличивает увеличение изображения.

---

Эта страница под названием 2.9: Microscopes and Telescopes распространяется под лицензией CC BY 4.0, автором, ремиксом и/или курированием OpenStax является исходный контент, отредактированный в соответствии со стилем и стандартами платформы LibreTexts; подробная история редактирования доступна по запросу.

1. Наверх

• Была ли эта статья полезной?

1. Тип изделия

   Раздел или Страница

   Автор

   ОпенСтакс

   Лицензия

   СС BY

   Версия лицензии

   4,0

   Программа OER или Publisher

   ОпенСтакс

   Показать оглавление

   нет

2. Теги

   1. Кассегрен
   2. составной микроскоп
   3. окуляр
   4. Микроскопы
   5. чистое увеличение
   6. Ньютоновский дизайн
   7. объектив
   8. источник@https://openstax. org/details/books/university-physics-volume-3
   9. Телескопы
   10. длина трубки

Телескопы и микроскопы

Телескопы и микроскопы

Телескоп-рефрактор — это оптический прибор, имеющий два оптических элементы, объектив и окуляр. У нас есть две тонкие линзы в воздухе. объектив представляет собой большую линзу, которая собирает свет от удаленного объекта и создает изображение в фокальной плоскости, которое является точным представлением объекта. Окуляр представляет собой сложное увеличительное стекло, через которое мы рассматриваем это изображение.

кеплерианский телескоп                            Галилеев телескоп

A Кеплеровский телескоп имеет окуляр с собирающей линзой и Телескоп Галилея имеет окуляр с рассеивающей линзой. Расстояние между изображением и окуляром это сумма фокусных расстояний двух линз. (Помните, что для рассеивающей линзы фокусное расстояние отрицательно.) Телескоп сам по себе не является система формирования изображения. Глаз наблюдателя или камера, прикрепленная к телескоп формирует изображение.

Мы используем телескоп, чтобы собрать свет и увеличить угол, под которым объект стягивается на глазах. Если глаз расслаблен для наблюдения вдаль, телескоп просто дает угловое увеличение. Инцидент (примерно) параллельный луч от удаленной точки источника, который составляет угол θ относительно оптической оси возникает как параллельный пучок, образующий больший угол θ’ относительно оси.

Матрица преобразования для кеплеровского телескопа равна

.

 

Здесь f 1 — фокусное расстояние объектива, а f 2 — фокусное расстояние окуляра. Телескопическая система характеризуется M 12 = 0. Угловое увеличение M 11 = m θ = -f 1 /f 2 , это отрицательное отношение фокусного расстояния объектива к фокусному длины окуляра. Изображение, наблюдаемое через кеплеровский телескоп, инвертировано, а изображение, формируемое объективом, находится во втором фокальном плоскость этой линзы, которая также является первой фокальной плоскостью линзы окуляра. Изображение, формируемое окуляром, находится на бесконечности. Телескоп не является систему формирования изображения, пока мы не добавим другую оптическую систему, такую ​​как линза глаз или фотоаппарат. Угловое увеличение телескопа Галилея положительное, а изображение вертикальное.	(а) (б) Кеплерианец (а) и галилеянин (б) телескоп с таким же угловым увеличением.
Для наземный телескоп, построенный только с собирающими линзами, можно вставить обводную линзу между объективом и окуляра, так что изображение, формируемое объективом, выступает в качестве объекта для выпрямляющая линза, которая, в свою очередь, формирует перевернутое изображение в первом фокусе линза окуляра. Матрица этой системы будет иметь M 12 = 0, и угловое увеличение будет положительным.
Существует два основных типа телескопов: Телескоп-рефрактор , в котором для сбора света используется большая линза. Телескоп-рефлектор , в котором для сбора света используется большое зеркало.	Ньютоновское отражение Телескоп

Проблема:

Телескоп Галилея имеет линзу объектива с f ₁ = 20 см и линза окуляра с f ₂ = -5 см. Линзы разделены на 15 см. Вычислите матрицу для этой системы и найдите m _θ .

Решение: Линзы разделены расстоянием f 1 + ф 2 . Поэтому М 11 = m θ = +4 – угловой увеличение.

Собрать как можно больше света — основная функция астрономических наблюдений. телескопы. Чем больше площадь π(D/2) ² объектива, тем больше света телескоп может собрать. К сравните светосилу (LGP) двух телескопов, мы сравним площади их объективов. Для глаза цель просто зрачок диаметром всего ~0,8 см.

Разрешающая способность или разрешающая способность телескопа — это наименьшее угловое расстояние между двумя видимыми объектами. Чем меньше разрешающая способность телескопа, тем лучше телескоп. Если два объекта в небе имеют меньшее угловое расстояние, чем разрешение мощность телескопа, два объекта появится как один. Однако, если их угловое расстояние больше, чем разрешающей способности, то они будут разрешены и предстанут как два отдельных объекта.

Разрешение зависит от длины волны света, попадающего в объектив а также от диаметра объектива. Чем больше диаметр объектива, тем меньше его разрешающая способность. Для телескопа теоретический собственный минимальный угловой разнос равен предоставлено

θ _мин = 1,22 λ/D

где λ — длина волны света, а D — диаметр объектива. Для человеческого глаза и видимого света D = 0,8 см и λ = 500 нм, поэтому θ _мин = 7,62*10 ^-5 рад = 4,37*10 ^-3 градусов. Наземные телескопы редко достигают своих теоретических ограничение разрешения из-за размытия изображений из-за турбулентности атмосферы.

Увеличение MP телескопа – это (кажущееся) увеличение размер объекта относительно его размера при взгляде невооруженным глазом. MP равна величине углового увеличения m _θ = -f ₁ /ф ₂ . Отношение диаметра входного зрачка к выходному зрачку также равно к МП. Увеличение следует выбирать таким образом, чтобы диаметр выходной зрачок примерно равен диаметру зрачка глаза.

Микроскопы

В сложном микроскопе используется простая комбинация двух собирающих линз для производят очень эффективное лупа. Эскиз показан ниже. линза, ближайшая к объекту, называется объективом, а вторая линза — окуляр. Объект находится между f _или и 2f _или . Промежуточное изображение формируется линзой объектива вблизи фокуса объекта. плоскость окуляра. Длина тюбика г. это расстояние между вторичным фокусом объектива и основной фокус окуляра. Промежуточное изображение служит как объект для окуляра.

Чтобы иметь длину трубы g объект расстояние x _o удовлетворительное 1/x _o = 1/f _o — 1/(g + f _o ) необходим. Если промежуточное изображение находится в фокальной плоскости объекта окуляр, то линейное увеличение объектив -g/f ₀ и угловое увеличение объектива окуляр d _v /f _e .