Оптические системы. Лупа. Микроскоп. Телескоп.

Оптические системы – совокупность отражающих и преломляющих поверхностей, отделенных друг от друга оптически однородной средой. Оптическая система, образованная сферическими поверхностями, называется центрированной, если центры всех поверхностей лежат на 1 прямой (оптической оси системы).

Линза – прозрачное тело, ограниченное 2-мя сферическими поверхностями. Линзы, толщина которых значительно меньше радиуса поверхностей, называются идеальными или тонкими.

Лучи, проходящие через линзу, которые мало отклоняются от оптической оси, называются параксиальными. Основное свойство идеальной линзы: гомоцентрический пучок лучей после прохождения через линзу вновь собирается в пучок.

Лупа – собирающая линза с малым фокусным расстоянием (F < 10 см). Лупу располагают близко к глазу, а рассматриваемый предмет – в ее фокальной плоскости. Предмет виден через лупу под углом , где h – размер предмета. При рассматривании этого же предмета невооруженным глазом его следует расположить на расстоянии d₀ = 25 см наилучшего зрения нормального глаза. Предмет будет виден под углом . Отсюда следует, что угловое увеличение лупы равно

Микроскоп применяют для получения больших увеличений при наблюдении мелких предметов. Увеличенное изображение предмета в микроскопе получается с помощью оптической системы, состоящей из двух короткофокусных линз – объектива O₁ и окуляра O_2. Объектив даст действительное перевернутое увеличенное изображение предмета. Это промежуточное изображение рассматривается глазом через окуляр, действие которого аналогично действию лупы.

Окуляр располагают так, чтобы промежуточное изображение находилось в его фокальной плоскости; в этом случае лучи от каждой точки предмета распространяются после окуляра параллельным пучком.

Мнимое изображение предмета, рассматриваемое через окуляр, всегда перевернуто. Угловое увеличение микроскопа

, где l – длина тубуса.

Телескопы (зрительные трубы) предназначены для наблюдения удаленных объектов. Они состоят из двух линз – обращенной к предмету собирающей линзы с большим фокусным расстоянием (объектив) и линзы с малым фокусным расстоянием (окуляр), обращенной к наблюдателю. Зрительные трубы бывают двух типов: Зрительная труба Кеплера, предназначенная для астрономических наблюдений. Одна дает увеличенные перевернутые изображения удаленных предметов и поэтому неудобна для земных наблюдений. Зрительная труба Галилея, предназначенная для земных наблюдений, дающая увеличенные прямые изображения. Окуляром в трубе Галилея служит рассеивающая линза.

Угловое увеличение зрительных труб выражается через фокусные расстояния:

В качестве объектива в больших астрономических телескопах применяются не линзы, а сферические зеркала. Такие телескопы называются рефлекторами.