Любопитството и желанието за нови открития на великия учен Г. Галилей даде на света едно прекрасно изобретение, без което е невъзможно да си представим съвременната астрономия - това телескоп. Продължавайки изследванията на холандските учени, италианският изобретател постигна значително увеличение на мащаба на телескопа за много кратко време - това се случи само за няколко седмици.

Зрителната тръба на Галилеоприличаше на съвременни образци само отдалечено - беше обикновена оловна пръчка, в краищата на която професорът постави двойно изпъкнали и двойно вдлъбнати лещи.

Важна характеристика и основната разлика между създаването на Галилео и съществуващите по-рано зрителни тръби беше доброто качество на изображението, получено благодарение на висококачественото смилане на оптичните лещи - професорът лично се занимаваше с всички процеси, не се доверяваше на никого с фина работа. Усърдието и решителността на учения дадоха плод, въпреки че трябваше да се свърши много усърдна работа, за да се постигне приличен резултат - от 300 лещи само няколко опции имаха необходимите свойства и качество.

Пробите, които са оцелели до днес, се възхищават от много експерти - дори по съвременните стандарти качеството на оптиката е отлично и това се взема предвид факта, че лещите съществуват от няколко века.

Въпреки предразсъдъците, преобладаващи през Средновековието, и тенденцията прогресивните идеи да се смятат за "машинациите на дявола", зрителната тръба придобива заслужена популярност в цяла Европа.

Подобрено изобретение направи възможно да се получи тридесет и петкратно увеличение, немислимо за живота на Галилей. С помощта на своя телескоп Галилей направи много астрономически открития, които позволиха да се отвори пътя за съвременната наука и да се събуди ентусиазъм и жажда за изследване в много любознателни и любознателни умове.

Оптичната система, изобретена от Галилей, имаше редица недостатъци - по-специално тя беше обект на хроматична аберация, но последващите подобрения, направени от учените, позволиха да се сведе до минимум този ефект. Заслужава да се отбележи, че по време на изграждането на известната Парижка обсерватория са използвани телескопи, оборудвани с оптичната система на Галилей.

Спирката или шпионката на Галилео има малък ъгъл на видимост - това може да се счита за основния му недостатък. Подобна оптична система в момента се използва в театрални бинокли, които всъщност представляват две зрителни тръби, свързани заедно.

Съвременните театрални бинокли с централна вътрешна система за фокусиране обикновено предлагат 2,5-4x увеличение, което е достатъчно за наблюдение не само на театрални представления, но и на спортни и концертни събития, подходящи за туристически пътувания, свързани с подробно разглеждане на забележителностите.

Малкият размер и елегантният дизайн на модерните театрални бинокли ги правят не само удобен оптичен инструмент, но и оригинален аксесоар.

Ходът на лъчите в Галилеевата тръба.

Чувайки за изобретяването на телескопа, известният италиански учен Галилео Галилей пише през 1610 г.: „Преди около десет месеца до ушите ни достигна слух, че някакъв белгиец е построил перспектива (както Галилео нарича телескопа), с помощта на която видимите обектите, разположени далеч от очите, стават ясно различими, сякаш са близо. Галилей не познавал принципа на действие на телескопа, но добре запознат със законите на оптиката, той скоро се досетил за устройството му и сам проектирал телескоп. „Най-напред направих оловна тръба – пише той, – в краищата на която поставих две стъкла за очила, и двете плоски от едната страна, от другата страна едното беше изпъкнало-сферично, другото вдлъбнато. Като поставих окото си близо до вдлъбнатото стъкло, видях обекти, достатъчно големи и близки. Наистина, те изглеждаха три пъти по-близо и десет пъти по-големи, отколкото когато се гледаха с естествено око. След това разработих по-точна тръба, която представяше обекти, увеличени повече от шестдесет пъти. Зад това, без да пестя труд и средства, постигнах факта, че си изградих толкова превъзходен орган, че нещата изглеждаха през него, когато се гледат, хиляди пъти по-големи и повече от тридесет пъти по-близо, отколкото когато се гледат с помощта на естествени способности . Галилей беше първият, който разбра, че качеството на лещите за очила и за телескопи трябва да бъде напълно различно. От десетте очила само едно беше подходящо за използване в зрителна тръба. Той е усъвършенствал технологията на лещите до степен, която никога не е била достигана досега. Това му позволи да направи телескоп с тридесеткратно увеличение, докато телескопите на майсторите на очила бяха увеличени само три пъти.

Галилеевият телескоп се състоеше от две стъкла, от които обърнатото към обекта (обектив) беше изпъкнало, тоест събираше светлинни лъчи, а обърнатото към окото (окуляр) беше вдлъбнато, разсейващо стъкло. Лъчите, излизащи от обекта, се пречупвали в обектива, но преди да дадат изображение, попадали върху окуляра, който ги разпръсквал. При такова разположение на очилата лъчите не образуват реално изображение, то вече се формира от самото око, което тук съставлява, така да се каже, оптичната част на самата тръба.

От фигурата може да се види, че лещата O дава във фокуса си реално изображение ba на наблюдавания обект (това изображение е обратното, което може да се види, като се снима на екрана). Но вдлъбнатият окуляр O1, монтиран между изображението и лещата, разпръсква лъчите, идващи от лещата, не им позволява да се пресичат и по този начин предотвратява образуването на реално изображение ba. Разсейващата леща формира виртуален образ на обекта в точките A1 и B1, който се намира на разстоянието на най-добро виждане. В резултат на това Галилей получи въображаемо, увеличено, директно изображение на обекта. Увеличението на телескопа е равно на отношението на фокусното разстояние на обектива към фокусното разстояние на окуляра. Въз основа на това може да изглежда, че можете да получите произволно големи увеличения. Техническите възможности обаче ограничават силното увеличение: много е трудно да се шлифоват чаши с голям диаметър. Освен това за твърде големи фокусни разстояния беше необходима прекалено дълга тръба, с която беше невъзможно да се работи. Изследване на телескопите на Галилей, които се съхраняват в Музея за история на науката във Флоренция, показва, че първият му телескоп е дал увеличение от 14 пъти, вторият - 19,5 пъти, а третият - 34,6 пъти.

Въпреки че Галилей не може да се счита за изобретател на телескопа, той несъмнено е първият, който го е създал на научна основа, използвайки знанията, известни на оптиката в началото на 17 век, и го е превърнал в мощен инструмент за научни изследвания . Той беше първият човек, който погледна нощното небе през телескоп. Така той видя нещо, което никой не беше виждал преди него. Преди всичко Галилей се опита да разгледа луната. На повърхността му имаше планини и долини. Върховете на планини и циркуси блестяха в сребро под лъчите на слънцето, а в долините чернееха дълги сенки. Измерването на дължината на сенките позволи на Галилей да изчисли височината на лунните планини. В нощното небе той откри много нови звезди. Например в съзвездието Плеяди имаше повече от 30 звезди, докато преди бяха само седем. В съзвездието Орион - 80 вместо 8. Млечният път, който преди се смяташе за светещи двойки, се разпадна в телескоп на огромен брой отделни звезди. За голяма изненада на Галилей, звездите в телескопа изглеждат по-малки по размер, отколкото когато са наблюдавани с невъоръжено око, тъй като губят своите ореоли. Планетите, от друга страна, бяха представени като малки дискове, като Луната. Насочвайки тръбата към Юпитер, Галилей забеляза четири малки светила, движещи се в пространството заедно с планетата и променящи позициите си спрямо нея. След два месеца наблюдения Галилей предположи, че това са спътниците на Юпитер и предположи, че Юпитер е многократно по-голям от Земята по размер. Като се има предвид Венера, Галилей открива, че тя има фази, подобни на тези на Луната и следователно трябва да се върти около Слънцето. Накрая, наблюдавайки Слънцето през виолетовото стъкло, той открива петна по повърхността му и от движението им установява, че Слънцето се върти около оста си.

Всички тези невероятни открития са направени от Галилео за относително кратък период от време благодарение на телескопа. Те направиха зашеметяващо впечатление на съвременниците. Изглеждаше, че завесата на тайната е паднала от Вселената и тя е готова да разкрие най-съкровените си дълбини на човека. Колко голям е бил интересът към астрономията по това време може да се види от факта, че само в Италия Галилей веднага получава поръчка за сто уреда от своята система. Един от първите, които оцениха откритията на Галилей, беше друг изключителен астроном от онова време, Йоханес Кеплер. През 1610 г. Кеплер излезе с принципно нов дизайн на телескопа, който се състоеше от две двойно изпъкнали лещи. През същата година той публикува основния труд Dioptric, който разглежда подробно теорията на телескопите и оптичните инструменти като цяло. Самият Кеплер не можеше да сглоби телескоп - за това нямаше нито средства, нито квалифицирани помощници. Въпреки това през 1613 г., според схемата на Кеплер, друг астроном, Шайнер, построи своя телескоп.

Не твърде отдалечени обекти?

Да кажем, че искаме да разгледаме добре някакъв сравнително близък обект. С помощта на тръбата на Кеплер това е напълно възможно. В този случай изображението, създадено от лещата, ще бъде малко по-далеч от задната фокална равнина на лещата. И окулярът трябва да бъде разположен така, че това изображение да е в предната фокална равнина на окуляра (фиг. 17.9) (ако искаме да наблюдаваме без да напрягаме очите си).

Задача 17.1.Тръбата на Кеплер е настроена на безкрайност. След като окулярът на тази тръба се отдалечи от обектива на разстояние D л= 0,50 см, предметите, разположени на разстояние, стават ясно видими през тръбата д. Определете това разстояние, ако фокусното разстояние на лещата Е 1 = 50,00 см.

след като лещата беше преместена, това разстояние стана равно на

f = F 1+D л= 50,00 см + 0,50 см = 50,50 см.

Нека напишем формулата на лещата за лещата:

Отговор: д» 51 м.

СПРИ СЕ! Решете сами: B4, C4.

Тръбата на Галилей

Първата зрителна тръба все пак е проектирана не от Кеплер, а от италианския учен, физик, механик и астроном Галилео Галилей (1564–1642) през 1609 г. разсейванелеща и затова пътят на лъчите в нея е по-сложен (фиг. 17.10).

Лъчи, идващи от обект AB, преминават през обектива - събирателна леща О 1 , след което образуват събиращи се лъчи. Ако темата ABе в безкрайност, тогава реалният му образ абтрябваше да се случи във фокалната равнина на лещата. Освен това това изображение щеше да се окаже намалено и обърнато. Но по пътя на събиращите се лъчи има окуляр - разсейваща леща О 2 , за което изображението абе въображаем източник. Окулярът преобразува събиращия се сноп лъчи в разходящ се и създава виртуално директно изображение А¢ AT¢.

Ориз. 17.10

Зрителен ъгъл b, под който виждаме изображението И 1 AT 1, ясно по-голям от зрителния ъгъл a, под който се вижда обектът ABпросто око.

Читател: Някак си е много сложно ... И как можете да изчислите ъгловото увеличение на тръбата?

Ориз. 17.11

Обективът дава реален образ И 1 AT 1 във фокалната равнина. Сега нека си спомним окуляра - разсейваща леща, за която изображението И 1 AT 1 е въображаемият източник.

Нека изградим изображение на този въображаем източник (фиг. 17.12).

1. Начертайте лъч AT 1 Опрез оптичния център на лещата – този лъч не се пречупва.

Ориз. 17.12

2. Чертайте от точка AT 1 лъч AT 1 ОТуспоредна на главната оптична ос. Преди пресичане с обектива (раздел CD) е съвсем реална греда, а на секцията DB 1 - това е чисто "ментална" линия - до точката AT 1 в реалноРей CDне достига! Пречупва се така, че продължениепречупен лъч преминава през главния преден фокус на разсейваща леща - точка Е 2 .

пресичане на лъча 1 с удължение на лъча 2 образуват точка AT 2 - виртуално изображение на виртуален източник AT 1 . Отпадане от точка AT 2 перпендикулярно на главната оптична ос, получаваме точка И 2 .

Сега обърнете внимание на ъгъла, под който се вижда изображението от окуляра И 2 AT 2 е ъгълът И 2 OV 2 = b. От Д И 1 OV 1 ъгъл. Стойност | д| можете да намерите от формулата на лещата на окуляра: тук въображаемизточникът дава въображаемизображението е в разсейваща леща, така че формулата на лещата е:

.

Ако искаме да можем да наблюдаваме без напрежение в очите, виртуално изображение И 2 AT 2 трябва да се "изпрати" до безкрайност: | f| ® ¥. Тогава от окуляра ще излязат успоредни снопове лъчи. И въображаемият източник И 1 AT 1 трябва да е в задната фокална равнина на разсейващата леща. Наистина, когато | f | ® ¥

.

Този "ограничаващ" случай е показан схематично на фиг. 17.13.

От Д И 1 О 1 AT 1

ч 1 = Е 1 а, (1)

От Д И 1 О 2 AT 1

ч 1 = |Е 1 |б, (2)

Приравняваме десните части на равенства (1) и (2), получаваме

.

И така, получихме ъгловото увеличение на тръбата на Галилей

Както можете да видите, формулата е много подобна на съответната формула (17.2) за тръбата на Кеплер.

Дължината на тръбата на Галилей, както се вижда от фиг. 17,13 е равно на

l = F 1 – |Е 2 |. (17.14)

Задача 17.2.Обективът на театралния бинокъл е събирателна леща с фокусно разстояние Е 1 \u003d 8,00 cm, а окулярът е разсейваща леща с фокусно разстояние Е 2 = -4,00 см . Какво е разстоянието между лещата и окуляра, ако изображението се гледа от окото от най-доброто разстояние за зрение? Докъде трябва да се премести окулярът, за да може изображението да се гледа с окото, акомодирано до безкрайност?

Това изображение играе по отношение на окуляра ролята на въображаем източник, разположен на разстояние азад равнината на окуляра. Въображаем образ С 2, дадена от окуляра, е на разстояние д 0 пред равнината на окуляра, където д 0 – разстояние на най-добро виждане на нормално око.

Нека напишем формулата на лещата за окуляра:

Разстоянието между обектива и окуляра, както е показано на фиг. 17,14, равно на

л = Е 1 – а\u003d 8,00 - 4,76 "3,24 см.

В случай, че окото е акомодирано до безкрайност, дължината на тръбата по формула (17.4) е равна на

л 1 = Е 1 – |Е 2 | = 8.00 - 4.00 » 4.00 cm.

Следователно отместването на окуляра е

д l = l – l 1 \u003d 4,76 - 4,00 "0,76 см.

Отговор: л» 3,24 см; д л» 0,76 см.

СПРИ СЕ! Решете сами: B6, C5, C6.

Читател: Може ли тръбата на Галилео да даде изображение на екрана?

Ориз. 17.15

Знаем, че разсейващата леща може да създаде реално изображение само в един случай: ако въображаемият източник е зад лещата пред задния фокус (фиг. 17.15).

Задача 17.3.Лещата на Галилеевата тръба дава реален образ на Слънцето във фокалната равнина. На какво разстояние между лещата и окуляра може да се получи образ на Слънцето на екрана с диаметър три пъти по-голям от действителния образ, който би се получил без окуляра. Фокусно разстояние на обектива Е 1 = 100 см, окуляр - Е 2 = -15 см.

На екрана се създава дивергентна леща валиденизображението на този въображаем източник е сегментът И 2 AT 2. На изображението Р 1 е радиусът на действителното изображение на Слънцето на екрана и Ре радиусът на действителното изображение на Слънцето, създадено само от обектива (при липса на окуляр).

От приликата Д И 1 OV 1 и Г И 2 OV 2 получаваме:

.

Нека запишем формулата на лещата на окуляра, като вземем предвид това д< 0 – источник мнимый, f > 0 - изображението е валидно:

|д| = 10 см.

Тогава от фиг. 17.16 намерете желаното разстояние лмежду окуляра и обектива:

l = F 1 – |д| = 100 – 10 = 90 см.

Отговор: л= 90 см.

СПРИ СЕ! Решете сами: C7, C8.

Теми на USE кодификатора: оптични устройства.

Както знаем от предишната тема, за по-детайлно разглеждане на обекта трябва да увеличите зрителния ъгъл. Тогава изображението на обекта върху ретината ще бъде по-голямо, а това ще доведе до дразнене на по-голям брой нервни окончания на зрителния нерв; повече визуална информация ще бъде изпратена до мозъка и ще можем да видим нови детайли на въпросния обект.

Защо зрителният ъгъл е малък? Има две причини за това: 1) самият обект е малък; 2) обектът, макар и достатъчно голям по размер, се намира далече.

Оптични устройства - Това са устройства за увеличаване на зрителния ъгъл. За изследване на малки предмети се използват лупа и микроскоп. За разглеждане на отдалечени обекти се използват зрителни тръби (както и бинокли, телескопи и др.)

Невъоръжено око.

Започваме с гледане на малки предмети с просто око. По-нататък окото се счита за нормално. Спомнете си, че нормалното око в ненапрегнато състояние фокусира паралелен лъч светлина върху ретината, а разстоянието на най-добро виждане за нормално око е cm.

Нека малък по размер обект да бъде на най-добро виждане от окото (фиг. 1). На ретината се появява обърнат образ на обект, но, както си спомняте, този образ след това се преобръща отново в мозъчната кора и в резултат на това ние виждаме обекта нормално - не с главата надолу.

Поради малкия размер на обекта, зрителният ъгъл също е малък. Спомнете си, че малък ъгъл (в радиани) е почти същият като неговия тангенс: . Следователно:

. (1)

Ако rразстояние от оптичния център на окото до ретината, тогава размерът на изображението върху ретината ще бъде равен на:

. (2)

От (1) и (2) имаме също:

. (3)

Както знаете, диаметърът на окото е около 2,5 см, така че. Следователно от (3) следва, че когато малък обект се гледа с просто око, изображението на обекта върху ретината е около 10 пъти по-малко от самия обект.

Лупа.

Можете да увеличите изображението на обект върху ретината с помощта на лупа (лупа).

лупа - това е просто събирателна леща (или система от лещи); Фокусното разстояние на лупата обикновено е в диапазона от 5 до 125 mm. Обект, наблюдаван през лупа, се поставя в неговата фокална равнина (фиг. 2). В този случай лъчите, излизащи от всяка точка на обекта, след преминаване през лупата, стават успоредни и окото ги фокусира върху ретината, без да изпитва напрежение.

Сега, както виждаме, зрителният ъгъл е . Тя също е малка и приблизително равна на тангентата си:

. (4)

Размерът лизображения на ретината сега е равно на:

. (5)

или, като се вземе предвид (4):

. (6)

Както на фиг. 1, червената стрелка на ретината също сочи надолу. Това означава, че (като вземем предвид вторичното преобръщане на образа от нашето съзнание) през лупа виждаме непреобърнат образ на обекта.

Лупа е съотношението на размера на изображението при използване на лупа към размера на изображението при гледане на обект с просто око:

. (7)

Замествайки тук изрази (6) и (3), получаваме:

. (8)

Например, ако фокусното разстояние на лупа е 5 cm, тогава нейното увеличение е . Когато се гледа през такава лупа, обектът изглежда пет пъти по-голям, отколкото когато се гледа с невъоръжено око.
Също така заместваме отношения (5) и (2) във формула (7):

По този начин увеличението на лупа е ъглово увеличение: то е равно на съотношението на зрителния ъгъл при гледане на обект през лупа към зрителния ъгъл при гледане на този обект с невъоръжено око.

Имайте предвид, че увеличението на лупа е субективна стойност - в края на краищата стойността във формула (8) е разстоянието на най-добро зрение за нормално око. В случай на късогледство или далекогледство, разстоянието на най-добро виждане ще бъде съответно по-малко или по-голямо.

От формула (8) следва, че увеличението на лупата е толкова по-голямо, колкото по-малко е фокусното й разстояние. Намаляването на фокусното разстояние на събирателна леща се постига чрез увеличаване на кривината на пречупващите повърхности: лещата трябва да стане по-изпъкнала и по този начин да намали размера си. Когато увеличението достигне 40-50, размерът на лупата става равен на няколко милиметра. При още по-малък размер на лупата ще стане невъзможно използването й, поради което се счита за горната граница на лупата.

Микроскоп.

В много случаи (например в биологията, медицината и т.н.) е необходимо да се наблюдават малки обекти с увеличение от няколкостотин. С лупа не може да се мине и хората прибягват до използването на микроскоп.

Микроскопът съдържа две събирателни лещи (или две системи от такива лещи) - обектив и окуляр. Лесно е да се запомни: лещата е обърната към обекта, а окулярът е обърнат към окото (око).

Идеята за микроскоп е проста. Въпросният обект е между фокуса и двойния фокус на лещата, така че лещата дава уголемен (всъщност обърнат) образ на обекта. Това изображение се намира във фокалната равнина на окуляра и след това се гледа през окуляра като през лупа. В резултат на това е възможно да се постигне крайно увеличение от много повече от 50.

Пътят на лъчите в микроскопа е показан на фиг. 3 .

Обозначенията на фигурата са ясни: - фокусно разстояние на обектива - фокусно разстояние на окуляра - размер на обекта; - големината на изображението на обекта, дадено от лещата. Разстоянието между фокалните равнини на обектива и окуляра се нарича оптична дължина на тръбатамикроскоп.

Обърнете внимание, че червената стрелка на ретината сочи нагоре. Мозъкът ще го обърне отново и в резултат на това обектът ще изглежда с главата надолу, когато се гледа през микроскоп. За да не се случи това, микроскопът използва междинни лещи, които допълнително обръщат изображението.

Увеличението на микроскопа се определя точно по същия начин, както при лупата: . Тук, както по-горе, и са размерът на изображението върху ретината и зрителният ъгъл, когато обектът се гледа през микроскоп, и са същите стойности, когато обектът се гледа с просто око.

Все още имаме , а ъгълът , както се вижда от фиг. 3 е равно на:

Разделяйки на , получаваме увеличение на микроскопа:

. (9)

Това, разбира се, не е окончателната формула: тя съдържа и (стойности, свързани с обекта), но бих искал да видя характеристиките на микроскопа. Ще елиминираме връзката, от която не се нуждаем, използвайки формулата на лещата.
Първо, нека да разгледаме фиг. 3 и използвайте подобието на правоъгълни триъгълници с червени крака и :

Ето разстоянието от изображението до лещата, - а- разстояние от обекта чкъм обектива. Сега използваме формулата на лещата за лещата:

от което получаваме:

и заместваме този израз в (9):

. (10)

Това е крайният израз за увеличението, дадено от микроскопа. Например, ако фокусното разстояние на лещата е cm, фокусното разстояние на окуляра е cm, а оптичната дължина на тръбата е cm, тогава съгласно формула (10)

Сравнете това само с увеличението на лещата, което се изчислява по формула (8):

Увеличението на микроскопа е 10 пъти по-голямо!

Сега преминаваме към обекти, които са достатъчно големи, но твърде далеч от нас. За да се видят по-добре се използват зрителни тръби - далекогледи, бинокли, телескопи и др.

Обективът на телескопа е събирателна леща (или система от лещи) с достатъчно голямо фокусно разстояние. Но окулярът може да бъде както събирателна, така и разсейваща леща. Съответно има два вида зрителни тръби:

Кеплерова тръба - ако окулярът е събирателна леща;
- Галилеева тръба - ако окулярът е разсейваща леща.

Нека да разгледаме по-отблизо как работят тези зрителни тръби.

Кеплерова тръба.

Принципът на работа на тръбата на Кеплер е много прост: лещата дава изображение на отдалечен обект в неговата фокална равнина и след това това изображение се гледа през окуляра като през лупа. Така задната фокална равнина на обектива съвпада с предната фокална равнина на окуляра.

Ходът на лъчите в тръбата на Кеплер е показан на фиг. четири .

Ориз. четири

Обектът е далечна стрелка, сочеща вертикално нагоре; не е показано на снимката. Лъчът от точката преминава по главната оптична ос на обектива и окуляра. От точката има два лъча, които поради отдалечеността на обекта могат да се считат за успоредни.

В резултат на това изображението на нашия обект, дадено от лещата, се намира във фокалната равнина на лещата и е реално, обърнато и намалено. Да обозначим размера на изображението.

Обектът се вижда с просто око под ъгъл. Съгласно фиг. четири:

, (11)

където е фокусното разстояние на лещата.

Виждаме изображението на обекта в окуляра под ъгъл , който е равен на:

, (12)

където е фокусното разстояние на окуляра.

Увеличение на телескопа е отношението на зрителния ъгъл, когато се гледа през тръба, към зрителния ъгъл, когато се гледа с просто око:

Съгласно формули (12) и (11) получаваме:

(13)

Например, ако фокусното разстояние на обектива е 1 m, а фокусното разстояние на окуляра е 2 cm, тогава увеличението на телескопа ще бъде: .

Пътят на лъчите в тръбата на Кеплер е по същество същият като в микроскопа. Изображението на обекта върху ретината също ще бъде стрелка, насочена нагоре, и следователно в тръбата на Кеплер ще видим обекта с главата надолу. За да се избегне това, в пространството между лещата и окуляра се поставят специални обръщащи системи от лещи или призми, които отново обръщат образа.

Тръбата на Галилей.

Галилей изобретява своя телескоп през 1609 г. и неговите астрономически открития шокират съвременниците му. Той откри спътниците на Юпитер и фазите на Венера, различи лунния релеф (планини, падини, долини) и петна по Слънцето, а привидно твърдият Млечен път се оказа струпване на звезди.

Окулярът на тръбата на Галилей е разсейваща леща; задната фокална равнина на обектива съвпада със задната фокална равнина на окуляра (фиг. 5).

Ориз. пет.

Ако нямаше окуляр, тогава изображението на дистанционната стрелка щеше да бъде вътре
фокална равнина на лещата. На фигурата това изображение е показано с пунктирана линия - в края на краищата, в действителност го няма!

Но го няма, защото лъчите от точката, които след като са преминали през лещата, са се събрали в точката, не достигат и попадат върху окуляра. След окуляра те отново стават успоредни и затова се възприемат от окото без напрежение. Но сега виждаме изображението на обекта под ъгъл, който е по-голям от зрителния ъгъл при гледане на обекта с просто око.

От фиг. 5 имаме

и за да увеличим Галилеевата тръба, получаваме същата формула (13) като за тръбата на Кеплер:

Обърнете внимание, че при същото увеличение Галилеевата тръба е по-малка от тази на Кеплер. Следователно едно от основните приложения на тръбата на Галилей е бинокълът за театър.

За разлика от микроскопа и тръбата на Кеплер, в тръбата на Галилей виждаме обекти с главата надолу. Защо?

Зрителната тръба е оптичен инструмент, предназначен да наблюдава много отдалечени обекти с окото. Подобно на микроскопа, той се състои от обектив и окуляр; и двете са повече или по-малко сложни оптични системи, макар и не толкова сложни, колкото в случая с микроскопа; ние обаче ще ги изобразим схематично с тънки лещи. В телескопите лещата и окулярът са разположени така, че задният фокус на лещата почти съвпада с предния фокус на окуляра (фиг. 253). Обективът създава истинско намалено обратно изображение на безкрайно отдалечен обект в задната му фокална равнина; това изображение се гледа през окуляра, като през лупа. Ако предният фокус на окуляра съвпада със задния фокус на обектива, тогава при гледане на отдалечен обект от окуляра излизат лъчи от успоредни лъчи, което е удобно за наблюдение с нормално око в спокойно състояние (без настаняване) ( срв. § 114). Но ако зрението на наблюдателя е малко по-различно от нормалното, тогава окулярът се премества, настройвайки го "според очите". Чрез преместване на окуляра телескопът се „насочва“ и при наблюдение на обекти, разположени на различни не много големи разстояния от наблюдателя.

Ориз. 253. Местоположението на обектива и окуляра в телескопа: заден фокус. Обективът съвпада с предния фокус на окуляра

Обективът на телескопа винаги трябва да бъде конвергираща система, докато окулярът може да бъде или конвергираща, или дивергентна система. Зрителна тръба със събирателен (положителен) окуляр се нарича тръба на Кеплер (фиг. 254, а), тръба с разклоняващ се (отрицателен) окуляр се нарича галилеева тръба (фиг. 254, б). Обективът на телескопа 1 дава истинско обратно изображение на отдалечен обект в неговата фокална равнина. Разминаващ се сноп лъчи от точка пада върху окуляр 2; тъй като тези лъчи идват от точка във фокалната равнина на окуляра, от нея излиза лъч, успореден на вторичната оптична ос на окуляра под ъгъл спрямо главната ос. Веднъж попаднали в окото, тези лъчи се събират в неговата ретина и дават реален образ на източника.

Ориз. 254. Ходът на лъчите в телескопа: а) тръба на Кеплер; б) тръбата на Галилей

Ориз. 255. Пътят на лъчите в призменния бинокъл (а) и неговият вид (б). Промяната в посоката на стрелката показва "обръщане" на изображението след преминаване на лъчите през част от системата

(При галилеевата тръба (b) окото не е показано, за да не се затрупва картината.) Ъгъл - ъгълът, който падащите върху лещата лъчи сключват с оста.

Тръбата на Галилей, често използвана в обикновения театрален бинокъл, дава директен образ на обекта, тръбата на Кеплер - обърната. В резултат на това, ако тръбата на Кеплер трябва да служи за наземни наблюдения, тогава тя е оборудвана с въртяща се система (допълнителна леща или система от призми), в резултат на което изображението става право. Пример за такова устройство е бинокъл с призма (фиг. 255). Предимството на тръбата на Кеплер е, че тя има реално междинно изображение, в равнината на което може да се постави измервателна скала, фотографска плака за снимане и т. н. В резултат на това в астрономията и във всички случаи, свързани с измервания , използва се тръбата на Кеплер.