Sự tò mò và mong muốn thực hiện những khám phá mới của nhà khoa học vĩ đại G. Galileo đã mang đến cho thế giới một phát minh tuyệt vời, nếu không có nó thì không thể tưởng tượng được thiên văn học hiện đại - điều này kính thiên văn. Tiếp tục nghiên cứu của các nhà khoa học Hà Lan, nhà phát minh người Ý đã đạt được sự gia tăng đáng kể về quy mô của kính viễn vọng trong một thời gian rất ngắn - điều này xảy ra chỉ sau vài tuần.

Phạm vi phát hiện của Galileo các mẫu hiện đại chỉ giống nhau từ xa - đó là một thanh chì đơn giản, ở hai đầu mà giáo sư đặt các thấu kính hai mặt lồi và hai mặt lõm.

Một tính năng quan trọng và sự khác biệt chính giữa sáng tạo của Galileo và phạm vi phát hiện trước đây là chất lượng hình ảnh tốt thu được do mài thấu kính quang học chất lượng cao - giáo sư đã đích thân xử lý tất cả các quy trình, không tin tưởng bất kỳ ai có công việc tốt. Sự siêng năng và quyết tâm của nhà khoa học đã mang lại kết quả, mặc dù phải thực hiện rất nhiều công việc khó khăn để đạt được kết quả tốt - trong số 300 ống kính, chỉ một số lựa chọn có các đặc tính và chất lượng cần thiết.

Các mẫu còn tồn tại cho đến ngày nay được nhiều chuyên gia ngưỡng mộ - ngay cả theo tiêu chuẩn hiện đại, chất lượng của quang học là tuyệt vời, và điều này có tính đến thực tế là các ống kính đã tồn tại vài thế kỷ.

Bất chấp những định kiến ​​phổ biến trong thời Trung cổ và xu hướng coi những ý tưởng tiến bộ là "âm mưu của quỷ dữ", phạm vi phát hiện đã trở nên phổ biến xứng đáng trên khắp châu Âu.

Một phát minh được cải tiến giúp có thể đạt được mức tăng gấp ba mươi lăm lần, điều không thể tưởng tượng được đối với cả cuộc đời của Galileo. Với sự trợ giúp của chiếc kính viễn vọng của mình, Galileo đã thực hiện rất nhiều khám phá thiên văn, mở đường cho khoa học hiện đại, khơi dậy lòng nhiệt huyết và khát khao nghiên cứu trong nhiều bộ óc tò mò, ham học hỏi.

Hệ thống quang học do Galileo phát minh có một số nhược điểm - đặc biệt là nó bị quang sai màu, nhưng những cải tiến sau đó của các nhà khoa học đã giúp giảm thiểu hiệu ứng này. Điều đáng chú ý là trong quá trình xây dựng Đài thiên văn Paris nổi tiếng, các kính viễn vọng được trang bị hệ thống quang học của Galileo đã được sử dụng.

Kính gián điệp hoặc kính gián điệp của Galileo có góc nhìn nhỏ - đây có thể được coi là nhược điểm chính của nó. Một hệ thống quang học tương tự hiện đang được sử dụng trong ống nhòm sân khấu, trên thực tế, đó là hai phạm vi phát hiện được kết nối với nhau.

Ống nhòm nhà hát hiện đại với hệ thống lấy nét trung tâm bên trong thường cung cấp độ phóng đại 2,5-4 lần, đủ để quan sát không chỉ các buổi biểu diễn sân khấu mà còn cả các sự kiện thể thao và hòa nhạc, phù hợp cho các chuyến tham quan kết hợp với tham quan chi tiết.

Kích thước nhỏ và thiết kế trang nhã của ống nhòm sân khấu hiện đại khiến chúng không chỉ là một dụng cụ quang học tiện lợi mà còn là một phụ kiện nguyên bản.

Đường đi của các tia trong ống Galilê.

Khi nghe tin về việc phát minh ra kính viễn vọng, nhà khoa học nổi tiếng người Ý Galileo Galilei đã viết vào năm 1610: “Khoảng mười tháng trước, chúng tôi nghe được tin đồn rằng một người Bỉ nào đó đã chế tạo một viễn cảnh (như Galileo gọi là kính viễn vọng), với sự trợ giúp của kính thiên văn có thể nhìn thấy được. các vật thể ở xa mắt trở nên có thể phân biệt rõ ràng, như thể chúng ở gần. Galileo không biết nguyên lý hoạt động của kính viễn vọng, nhưng thông thạo các định luật quang học, ông sớm đoán ra cấu tạo của nó và tự mình thiết kế một chiếc kính thiên văn. “Đầu tiên, tôi làm một ống chì,” anh ấy viết, “ở hai đầu của nó, tôi đặt hai chiếc kính đeo mắt, cả hai mặt phẳng ở một bên, mặt kia một mặt cầu lồi, mặt kia lõm. Bằng cách đặt mắt gần kính lõm, tôi nhìn thấy các vật đủ lớn và gần. Thật vậy, chúng dường như gần gấp ba lần và lớn hơn gấp mười lần so với khi nhìn bằng mắt thường. Sau đó, tôi đã phát triển một loại ống chính xác hơn, thể hiện các vật thể được phóng đại hơn sáu mươi lần. Đằng sau điều này, không tiếc công sức và phương tiện, tôi đã đạt được sự thật rằng tôi đã chế tạo cho mình một cơ quan tuyệt vời đến mức mọi thứ dường như thông qua nó, khi nhìn qua nó, lớn hơn hàng nghìn lần và gần hơn ba mươi lần so với khi nhìn bằng khả năng tự nhiên . Galileo là người đầu tiên hiểu rằng chất lượng của thấu kính cho kính và kính thiên văn phải hoàn toàn khác nhau. Trong số mười chiếc kính, chỉ có một chiếc phù hợp để sử dụng trong phạm vi phát hiện. Ông đã hoàn thiện công nghệ ống kính ở một mức độ chưa từng đạt được trước đây. Điều này cho phép anh ta tạo ra một chiếc kính viễn vọng có độ phóng đại gấp ba mươi lần, trong khi kính viễn vọng của những người thợ thủ công kính chỉ được phóng đại ba lần.

Kính thiên văn Galilê bao gồm hai kính, trong đó kính đối diện với vật thể (vật kính) là kính lồi, tức là thu các tia sáng và kính đối diện với mắt (thị kính) là kính lõm, tán xạ. Các tia phát ra từ vật thể bị khúc xạ trong thấu kính, nhưng trước khi cho ảnh, chúng rơi vào thị kính, khiến chúng bị tán xạ. Với cách sắp xếp kính như vậy, các tia không tạo ra hình ảnh thực, nó đã được hình thành bởi chính mắt, ở đây nó cấu thành phần quang học của chính ống.

Từ hình vẽ có thể thấy rằng thấu kính O đã cho tại tiêu điểm của nó một ảnh thật b của vật được quan sát (ảnh này ngược chiều, có thể quan sát được ảnh này khi hứng trên màn). Tuy nhiên, thị kính lõm O1, được lắp giữa ảnh và thấu kính, làm tán xạ các tia phát ra từ thấu kính, không cho chúng giao nhau, do đó ngăn cản sự hình thành ảnh thật ba. Thấu kính phân kì cho ảnh ảo của vật tại các điểm A1 và B1 cách vật một khoảng nhìn rõ nhất. Kết quả là, Galileo đã nhận được một hình ảnh trực tiếp, được phóng to và tưởng tượng của vật thể. Độ phóng đại của kính thiên văn bằng tỉ số giữa tiêu cự của vật kính với tiêu cự của thị kính. Dựa trên điều này, có vẻ như bạn có thể nhận được mức tăng lớn tùy ý. Tuy nhiên, các khả năng kỹ thuật đặt ra giới hạn cho sự gia tăng mạnh mẽ: rất khó mài kính có đường kính lớn. Ngoài ra, đối với độ dài tiêu cự quá lớn, cần phải có một ống quá dài, không thể hoạt động được. Một nghiên cứu về kính thiên văn của Galileo, được lưu giữ trong Bảo tàng Lịch sử Khoa học ở Florence, cho thấy chiếc kính viễn vọng đầu tiên của ông cho độ phóng đại 14 lần, chiếc thứ hai - 19,5 lần và chiếc thứ ba - 34,6 lần.

Mặc dù Galileo không thể được coi là người phát minh ra kính thiên văn, nhưng chắc chắn ông là người đầu tiên tạo ra nó trên cơ sở khoa học, sử dụng kiến ​​thức đã biết về quang học vào đầu thế kỷ 17 và biến nó thành một công cụ đắc lực cho nghiên cứu khoa học. . Ông là người đầu tiên nhìn bầu trời đêm qua kính viễn vọng. Vì vậy, anh ta đã nhìn thấy một cái gì đó mà không ai đã nhìn thấy trước anh ta. Trước hết, Galileo thử xem xét mặt trăng. Trên bề mặt của nó là những ngọn núi và thung lũng. Những đỉnh núi và vòng cung lấp lánh ánh bạc dưới những tia nắng mặt trời, và những chiếc bóng dài đen kịt trong thung lũng. Đo chiều dài của bóng cho phép Galileo tính toán chiều cao của các ngọn núi trên mặt trăng. Trên bầu trời đêm, anh phát hiện ra rất nhiều ngôi sao mới. Ví dụ, trong chòm sao Thất Tinh có hơn 30 ngôi sao, trong khi trước đó chỉ có 7 ngôi sao. Trong chòm sao Orion - 80 thay vì 8. Dải Ngân hà, trước đây được coi là các cặp phát sáng, đã vỡ vụn trong kính viễn vọng thành một số lượng lớn các ngôi sao riêng lẻ. Trước sự ngạc nhiên lớn của Galileo, các ngôi sao trong kính viễn vọng dường như có kích thước nhỏ hơn so với khi quan sát bằng mắt thường, vì chúng bị mất quầng sáng. Mặt khác, các hành tinh được thể hiện dưới dạng các đĩa nhỏ, giống như Mặt trăng. Hướng cái ống về phía Sao Mộc, Galileo nhận thấy bốn ngôi sao sáng nhỏ di chuyển trong không gian cùng với hành tinh và thay đổi vị trí của chúng so với nó. Sau hai tháng quan sát, Galileo đoán rằng đây là những vệ tinh của Sao Mộc và cho rằng Sao Mộc có kích thước lớn hơn Trái đất nhiều lần. Xem xét Sao Kim, Galileo phát hiện ra rằng nó có các pha tương tự như Mặt Trăng và do đó phải quay quanh Mặt Trời. Cuối cùng, khi quan sát Mặt trời qua tấm kính màu tím, ông tìm thấy những đốm trên bề mặt của nó, và từ chuyển động của chúng, ông xác định rằng mặt trời quay quanh trục của nó.

Tất cả những khám phá tuyệt vời này được Galileo thực hiện trong một khoảng thời gian tương đối ngắn nhờ kính thiên văn. Họ đã gây ấn tượng tuyệt vời đối với những người đương thời. Dường như bức màn bí mật đã rơi xuống từ vũ trụ và nó đã sẵn sàng để tiết lộ những điều sâu kín nhất của nó cho con người. Có thể thấy sự quan tâm lớn đến thiên văn học vào thời điểm đó như thế nào khi chỉ ở Ý, Galileo đã ngay lập tức nhận được đơn đặt hàng cho một trăm thiết bị trong hệ thống của mình. Một trong những người đầu tiên đánh giá cao những khám phá của Galileo là một nhà thiên văn học xuất sắc khác vào thời điểm đó, Johannes Kepler. Năm 1610, Kepler đã đưa ra một thiết kế kính viễn vọng mới về cơ bản, bao gồm hai thấu kính hai mặt lồi. Cùng năm đó, ông xuất bản tác phẩm lớn Dioptric, trong đó xem xét chi tiết lý thuyết về kính thiên văn và các dụng cụ quang học nói chung. Bản thân Kepler không thể lắp ráp kính viễn vọng - vì điều này, ông không có phương tiện cũng như trợ lý có trình độ. Tuy nhiên, vào năm 1613, theo sơ đồ Kepler, một nhà thiên văn học khác, Scheiner, đã chế tạo kính viễn vọng của mình.

Không phải đối tượng quá xa?

Giả sử chúng ta muốn nhìn rõ một số đối tượng tương đối gần. Với sự trợ giúp của ống Kepler, điều này là hoàn toàn có thể. Trong trường hợp này, ảnh do thấu kính tạo ra sẽ xa hơn một chút so với mặt phẳng tiêu cự phía sau của thấu kính. Và thị kính phải được định vị sao cho ảnh này nằm trong tiêu diện phía trước của thị kính (Hình 17.9) (nếu ta muốn quan sát mà không mỏi mắt).

Vấn đề 17.1.Ống Kepler được đặt ở vô cực. Sau khi dịch chuyển thị kính của ống này ra xa vật kính một khoảng D tôi= 0,50 cm, các vật thể ở khoảng cách xa trở nên rõ ràng qua đường ống đ. Xác định khoảng cách này nếu tiêu cự của thấu kính F 1 = 50,00 cm.

sau khi thấu kính được di chuyển, khoảng cách này trở nên bằng

f = f 1+D tôi= 50,00 cm + 0,50 cm = 50,50 cm.

Hãy viết công thức thấu kính cho thấu kính:

Câu trả lời: đ» 51 m.

DỪNG LẠI! Quyết định cho chính mình: B4, C4.

Tiếng kèn của Galileo

Tuy nhiên, kính ngắm đầu tiên không phải được thiết kế bởi Kepler, mà bởi nhà khoa học, vật lý, cơ học và nhà thiên văn học người Ý Galileo Galilei (1564–1642) vào năm 1609. tán xạ thấu kính, và do đó đường đi của các tia sáng trong nó phức tạp hơn (Hình 17.10).

Tia tới từ một vật thể AB, đi qua vật kính - thấu kính hội tụ Ô 1 , sau đó chúng tạo thành chùm tia hội tụ. Nếu chủ đề ABở vô cực thì ảnh thật của nó ab lẽ ra phải xảy ra trong mặt phẳng tiêu cự của thấu kính. Hơn nữa, hình ảnh này sẽ bị thu nhỏ và đảo ngược. Nhưng trên đường đi của chùm tia hội tụ có thị kính - thấu kính phân kỳ. Ô 2 , mà hình ảnh ab là một nguồn tưởng tượng. Thị kính biến đổi chùm tia hội tụ thành chùm tia phân kỳ và tạo ra ảnh trực tiếp ảo A¢ TẠI¢.

Cơm. 17.10

Góc xem b, theo đó chúng ta nhìn thấy hình ảnh VÀ 1 TẠI 1 , lớn hơn rõ ràng so với góc xem a, theo đó có thể nhìn thấy vật thể AB mắt thường.

Người đọc: Bằng cách nào đó, nó rất phức tạp ... Và làm thế nào bạn có thể tính toán mức tăng góc trong đường ống?

Cơm. 17.11

Thấu kính cho ảnh thật VÀ 1 TẠI 1 trong mặt phẳng tiêu cự. Bây giờ chúng ta hãy nhớ thị kính - một thấu kính phân kỳ mà hình ảnh VÀ 1 TẠI 1 là nguồn tưởng tượng.

Hãy xây dựng một hình ảnh của nguồn tưởng tượng này (Hình 17.12).

1. Vẽ một tia TẠI 1 Ô qua quang tâm của thấu kính - chùm tia này không bị khúc xạ.

Cơm. 17.12

2. Vẽ từ một điểm TẠI 1 chùm TẠI 1 TỪ song song với trục chính. Trước khi vượt qua ống kính (phần đĩa CD) là một tia rất thực, và trên mặt cắt ĐB 1 - đây hoàn toàn là một dòng "tinh thần" - đến mức TẠI 1 trong thực tế cá đuối đĩa CD Không đạt được! Nó bị khúc xạ sao cho tiếp tục chùm tia khúc xạ đi qua tiêu điểm chính của thấu kính phân kỳ - một điểm F 2 .

tia vượt 1 với phần mở rộng chùm 2 tạo thành một điểm TẠI 2 - ảnh ảo của nguồn ảo TẠI 1 . Rơi từ một điểm TẠI 2 vuông góc với trục chính, ta được một điểm VÀ 2 .

Bây giờ lưu ý rằng góc mà hình ảnh được nhìn thấy từ thị kính VÀ 2 TẠI 2 là góc VÀ 2 ov 2 = b. Từ D VÀ 1 ov 1 góc. Giá trị | đ| có thể được tìm thấy từ công thức thấu kính thị kính: tại đây tưởng tượng nguồn cho tưởng tượngảnh nằm trong thấu kính phân kì nên công thức của thấu kính là:

.

Muốn ta có thể quan sát không mỏi mắt thì ảnh ảo VÀ 2 TẠI 2 nên được "gửi" đến vô cực :| f| ®¥. Khi đó các chùm tia sáng song song sẽ đi ra khỏi thị kính. Và nguồn tưởng tượng VÀ 1 TẠI 1 phải nằm trong tiêu diện sau của thấu kính phân kì. Thật vậy, khi | f | ® ¥

.

Trường hợp "giới hạn" này được thể hiện dưới dạng sơ đồ trong Hình. 17.13.

Từ D VÀ 1 Ô 1 TẠI 1

h 1 = F 1 a, (1)

Từ D VÀ 1 Ô 2 TẠI 1

h 1 = |F 1 |b, (2)

Đẳng thức các phần bên phải của đẳng thức (1) và (2), ta được

.

Vì vậy, chúng tôi đã nhận được sự gia tăng góc trong đường ống của Galileo

Như bạn có thể thấy, công thức này rất giống với công thức tương ứng (17.2) cho ống Kepler.

Chiều dài của ống Galileo, như trong hình. 17,13, bằng

tôi = F 1 – |F 2 |. (17.14)

Vấn đề 17.2. Vật kính của ống nhòm sân khấu là một thấu kính hội tụ có tiêu cự F 1 \u003d 8,00 cm và thị kính là thấu kính phân kỳ có tiêu cự F 2 = -4,00cm . Khoảng cách giữa thấu kính và thị kính là bao nhiêu nếu ảnh được quan sát bởi mắt ở khoảng cách nhìn rõ nhất? Phải dịch chuyển thị kính một đoạn bao nhiêu để mắt có thể quan sát được ảnh khi mắt điều tiết đến vô cực?

Hình ảnh này liên quan đến thị kính đóng vai trò của một nguồn tưởng tượng nằm ở khoảng cách xa một sau mặt phẳng của thị kính. hình ảnh tưởng tượng S 2 cho bởi thị kính là ở một khoảng cách đ 0 ở phía trước mặt phẳng thị kính, trong đó đ 0 – khoảng nhìn rõ nhất của mắt bình thường.

Hãy viết công thức thấu kính cho thị kính:

Khoảng cách giữa vật kính và thị kính, như trong hình. 17,14, bằng

tôi = F 1 – một\u003d 8,00 - 4,76 "3,24 cm.

Trong trường hợp mắt điều tiết đến vô cực thì chiều dài của ống theo công thức (17.4) bằng

tôi 1 = F 1 – |F 2 | = 8,00 - 4,00 » 4,00 cm.

Do đó, độ lệch thị kính là

D l = l – l 1 \u003d 4,76 - 4,00 "0,76 cm.

Câu trả lời: tôi» 3,24cm; D tôi» 0,76 cm.

DỪNG LẠI! Quyết định cho chính mình: B6, C5, C6.

Người đọc: Ống của Galileo có thể cho hình ảnh trên màn hình không?

Cơm. 17.15

Chúng ta biết rằng thấu kính phân kỳ chỉ có thể tạo ra ảnh thật trong một trường hợp: nếu nguồn ảo ở phía sau thấu kính trước tiêu điểm sau (Hình 17.15).

Vấn đề 17.3. Thấu kính của ống Galilê cho ảnh thật của Mặt trời trong tiêu diện. Hỏi ở khoảng cách nào giữa thấu kính và thị kính thì có thể thu được ảnh của Mặt trời trên màn có đường kính lớn gấp 3 lần ảnh thật thu được nếu không có thị kính. tiêu cự ống kính F 1 = 100 cm, thị kính - F 2 = -15 cm.

Thấu kính phân kì tạo trên màn có giá trị hình ảnh của nguồn tưởng tượng này là đoạn VÀ 2 TẠI 2. trên hình ảnh r 1 là bán kính của hình ảnh thực tế của Mặt trời trên màn hình và r là bán kính của ảnh thật của Mặt trời, chỉ tạo bởi vật kính (khi không có thị kính).

Từ sự tương đồng D VÀ 1 ov 1 và D VÀ 2 ov 2 chúng tôi nhận được:

.

Hãy để chúng tôi viết ra công thức thấu kính cho thị kính, đồng thời tính đến điều đó đ< 0 – источник мнимый, f > 0 - hình ảnh hợp lệ:

|đ| = 10 cm.

Sau đó từ hình. 17.16 tìm khoảng cách mong muốn tôi giữa thị kính và vật kính:

tôi = F 1 – |đ| = 100 – 10 = 90 cm.

Câu trả lời: tôi= 90 cm.

DỪNG LẠI! Quyết định cho chính mình: C7, C8.

Các chủ đề của bộ mã hóa USE: thiết bị quang học.

Như chúng ta đã biết từ chủ đề trước, để kiểm tra đối tượng chi tiết hơn, bạn cần tăng góc nhìn. Sau đó, hình ảnh của vật thể trên võng mạc sẽ lớn hơn và điều này sẽ dẫn đến kích thích một số lượng lớn các đầu dây thần kinh của dây thần kinh thị giác; nhiều thông tin hình ảnh hơn sẽ được gửi đến não và chúng ta sẽ có thể nhìn thấy các chi tiết mới của đối tượng được đề cập.

Tại sao góc nhìn nhỏ? Có hai lý do cho việc này: 1) bản thân đối tượng nhỏ; 2) đối tượng, mặc dù có kích thước đủ lớn, nhưng nằm ở rất xa.

thiết bị quang học - Đây là những thiết bị để tăng góc nhìn. Kính lúp và kính hiển vi được sử dụng để xem xét các vật thể nhỏ. Để quan sát các vật thể ở xa, người ta sử dụng kính ngắm (cũng như ống nhòm, kính thiên văn, v.v.)

Bằng mắt thường.

Chúng ta bắt đầu bằng cách nhìn những vật thể nhỏ bằng mắt thường. Sau đây, mắt được coi là bình thường. Nhớ lại rằng mắt bình thường ở trạng thái không bị căng thẳng hội tụ một chùm tia sáng song song trên võng mạc và khoảng cách nhìn rõ nhất của mắt bình thường là cm.

Để một vật nhỏ có kích thước ở khoảng cách nhìn tốt nhất từ ​​​​mắt (Hình 1). Hình ảnh đảo ngược của một vật thể xuất hiện trên võng mạc, nhưng như bạn nhớ, hình ảnh này sau đó sẽ được lật ngược lại ở vỏ não và kết quả là chúng ta nhìn thấy vật thể đó một cách bình thường - không bị lộn ngược.

Do độ nhỏ của vật thể nên góc nhìn cũng nhỏ. Nhớ lại rằng một góc nhỏ (tính bằng radian) gần giống như tiếp tuyến của nó: . Vì vậy:

. (1)

Nếu r khoảng cách từ quang tâm của mắt đến võng mạc thì độ lớn của ảnh trên võng mạc sẽ bằng:

. (2)

Từ (1) và (2) ta có:

. (3)

Như bạn đã biết, đường kính của mắt khoảng 2,5 cm, vì vậy. Do đó, từ (3) suy ra rằng khi nhìn một vật nhỏ bằng mắt thường, ảnh của vật đó trên võng mạc nhỏ hơn chính vật đó khoảng 10 lần.

Kính lúp.

Bạn có thể phóng to hình ảnh của một vật thể trên võng mạc bằng kính lúp (kính lúp).

kính lúp - nó chỉ là thấu kính hội tụ (hay hệ thấu kính); Tiêu cự của kính lúp thường nằm trong khoảng từ 5 đến 125 mm. Một vật nhìn qua kính lúp được đặt trong mặt phẳng tiêu cự của nó (Hình 2). Trong trường hợp này, các tia phát ra từ mỗi điểm của vật thể sau khi đi qua kính lúp sẽ trở nên song song và mắt sẽ hội tụ chúng trên võng mạc mà không bị căng.

Bây giờ, như chúng ta thấy, góc nhìn là . Nó cũng nhỏ và xấp xỉ bằng tiếp tuyến của nó:

. (4)

Kích cỡ tôiảnh trên võng mạc lúc này bằng:

. (5)

hoặc, có tính đến (4):

. (6)

Như trong hình. 1, mũi tên màu đỏ trên võng mạc cũng hướng xuống dưới. Điều này có nghĩa là (có tính đến sự đảo ngược thứ cấp của hình ảnh bởi ý thức của chúng ta) thông qua kính lúp, chúng ta nhìn thấy một hình ảnh không bị đảo ngược của vật thể.

Kính lúp là tỉ số giữa kích thước ảnh khi dùng kính lúp với kích thước ảnh khi nhìn vật bằng mắt thường:

. (7)

Thay biểu thức (6) và (3) vào đây, ta được:

. (8)

Ví dụ: nếu tiêu cự của kính lúp là 5 cm thì độ phóng đại của nó là . Khi nhìn qua kính lúp như vậy, một vật thể có vẻ lớn hơn năm lần so với khi nhìn bằng mắt thường.
Ta cũng thế quan hệ (5) và (2) vào công thức (7):

Như vậy, độ phóng đại của kính lúp là độ phóng đại góc: nó bằng tỉ số giữa góc trông vật khi nhìn một vật qua kính lúp với góc trông vật khi nhìn vật này bằng mắt thường.

Lưu ý rằng độ phóng đại của kính lúp là một giá trị chủ quan - xét cho cùng, giá trị trong công thức (8) là khoảng cách nhìn rõ nhất của mắt bình thường. Đối với mắt cận thị hoặc viễn thị thì khoảng nhìn rõ nhất sẽ nhỏ hơn hoặc lớn hơn tương ứng.

Từ công thức (8) suy ra số bội giác của kính lúp càng lớn thì tiêu cự của nó càng nhỏ. Việc giảm độ dài tiêu cự của thấu kính hội tụ đạt được bằng cách tăng độ cong của các bề mặt khúc xạ: thấu kính phải được làm lồi hơn và do đó làm giảm kích thước của nó. Khi độ phóng đại đạt 40-50, kích thước của kính lúp sẽ bằng vài milimét. Với kích thước thậm chí còn nhỏ hơn của kính lúp, sẽ không thể sử dụng nó, do đó, nó được coi là giới hạn trên của kính lúp.

kính hiển vi.

Trong nhiều trường hợp (ví dụ trong sinh học, y học, v.v.) cần quan sát các vật thể nhỏ với độ phóng đại vài trăm. Bạn không thể sử dụng kính lúp và mọi người sử dụng kính hiển vi.

Kính hiển vi chứa hai thấu kính hội tụ (hoặc hai hệ thấu kính như vậy) - vật kính và thị kính. Thật dễ nhớ: ống kính hướng về vật thể và thị kính hướng về mắt (mắt).

Ý tưởng về kính hiển vi rất đơn giản. Vật đang nói đến nằm giữa tiêu điểm và tiêu điểm kép của thấu kính, do đó thấu kính cho ảnh phóng to (thực tế ngược chiều) của vật. Ảnh này nằm trong tiêu diện của thị kính rồi nhìn qua thị kính như qua kính lúp. Kết quả là, có thể đạt được mức tăng cuối cùng hơn 50.

Đường đi của các tia trong kính hiển vi được thể hiện trong hình. 3 .

Các ký hiệu trong hình rất rõ ràng: - tiêu cự thấu kính - tiêu cự thị kính - kích thước vật thể; - độ lớn của ảnh của vật cho bởi thấu kính. Khoảng cách giữa hai tiêu diện của vật kính và thị kính gọi là chiều dài quang ống kính hiển vi.

Lưu ý rằng mũi tên màu đỏ trên võng mạc hướng lên trên. Bộ não sẽ lật ngược nó lại, và kết quả là vật thể sẽ lộn ngược khi nhìn qua kính hiển vi. Để ngăn điều này xảy ra, kính hiển vi sử dụng các thấu kính trung gian có thể lật thêm hình ảnh.

Độ phóng đại của kính hiển vi được xác định giống hệt như đối với kính lúp: . Ở đây, như trên, và là kích thước của ảnh trên võng mạc và góc nhìn khi vật được nhìn qua kính hiển vi và là các giá trị giống nhau khi vật được nhìn bằng mắt thường.

Chúng ta vẫn có , và góc , như có thể thấy từ Hình. 3 bằng:

Chia cho , ta được số phóng đại của kính hiển vi:

. (9)

Tất nhiên, đây không phải là công thức cuối cùng: nó chứa và (các giá trị liên quan đến đối tượng), nhưng tôi muốn xem các đặc điểm của kính hiển vi. Chúng tôi sẽ loại bỏ mối quan hệ mà chúng tôi không cần bằng cách sử dụng công thức thấu kính.
Đầu tiên, chúng ta hãy xem Hình. 3 và sử dụng sự đồng dạng của tam giác vuông với chân màu đỏ và:

Đây là khoảng cách từ ảnh đến thấu kính, - một- khoảng cách từ đối tượng hđến thấu kính. Bây giờ chúng ta sử dụng công thức thấu kính cho thấu kính:

từ đó chúng tôi nhận được:

và chúng tôi thay thế biểu thức này trong (9):

. (10)

Đây là biểu thức cuối cùng cho độ phóng đại của kính hiển vi. Ví dụ tiêu cự của thấu kính là cm, tiêu cự của thị kính là cm, quang học của ống là cm thì theo công thức (10)

So sánh giá trị này với độ phóng đại của riêng thấu kính, được tính theo công thức (8):

Độ phóng đại của kính hiển vi lớn hơn gấp 10 lần!

Bây giờ chúng ta chuyển sang các đối tượng đủ lớn nhưng ở quá xa chúng ta. Để quan sát chúng rõ hơn, người ta sử dụng kính ngắm - kính thám hiểm, ống nhòm, kính thiên văn, v.v.

Vật kính của kính thiên văn là một thấu kính (hoặc hệ thấu kính) hội tụ có tiêu cự đủ lớn. Nhưng thị kính có thể vừa là thấu kính hội tụ vừa là thấu kính phân kỳ. Theo đó, có hai loại phạm vi phát hiện:

Ống Kepler - nếu thị kính là thấu kính hội tụ;
- Ống Galileo - nếu thị kính là thấu kính phân kỳ.

Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn cách thức hoạt động của các ống ngắm đốm này.

ống Kepler.

Nguyên lý hoạt động của ống Kepler rất đơn giản: thấu kính cho ảnh của một vật ở xa trong mặt phẳng tiêu cự của nó, sau đó ảnh này được xem qua thị kính như qua kính lúp. Như vậy tiêu diện sau của vật kính trùng với tiêu diện trước của thị kính.

Đường đi của các tia trong ống Kepler được thể hiện trong Hình. bốn .

Cơm. bốn

Đối tượng là một mũi tên ở xa hướng thẳng đứng lên trên; nó không được hiển thị trong hình. Chùm tia từ điểm đi dọc theo trục quang học chính của vật kính và thị kính. Từ điểm có hai tia, do ở xa vật thể, có thể được coi là song song.

Kết quả là ảnh của vật cho bởi thấu kính nằm trong tiêu diện của thấu kính và là ảnh thật, ngược chiều và thu nhỏ. Hãy biểu thị kích thước của hình ảnh.

Một đối tượng có thể nhìn thấy bằng mắt thường ở một góc. Theo hình. bốn:

, (11)

đâu là tiêu cự của thấu kính.

Ta thấy ảnh của vật qua thị kính với một góc bằng:

, (12)

đâu là tiêu cự của thị kính.

độ phóng đại của kính thiên văn là tỷ số giữa góc nhìn khi nhìn qua ống so với góc nhìn khi nhìn bằng mắt thường:

Theo công thức (12) và (11) ta được:

(13)

Ví dụ: nếu tiêu cự của vật kính là 1 m và tiêu cự của thị kính là 2 cm thì độ phóng đại của kính thiên văn sẽ là: .

Đường đi của các tia trong ống Kepler về cơ bản giống như trong kính hiển vi. Hình ảnh của vật thể trên võng mạc cũng sẽ là một mũi tên hướng lên trên, và do đó trong ống Kepler, chúng ta sẽ nhìn thấy vật thể lộn ngược. Để tránh điều này, các hệ thống thấu kính hoặc lăng kính đảo ngược đặc biệt được đặt trong khoảng trống giữa thấu kính và thị kính, giúp đảo ngược hình ảnh một lần nữa.

Tiếng kèn của Galileo.

Galileo đã phát minh ra kính thiên văn của mình vào năm 1609, và những khám phá thiên văn của ông đã gây chấn động cho những người đương thời. Ông đã phát hiện ra các vệ tinh của Sao Mộc và các pha của Sao Kim, tạo ra bức phù điêu Mặt Trăng (núi, chỗ trũng, thung lũng) và các điểm trên Mặt Trời, và Dải Ngân hà dường như rắn chắc hóa ra là một cụm sao.

Thị kính của ống Galileo là một thấu kính phân kỳ; tiêu diện sau của thấu kính trùng với tiêu diện sau của thị kính (Hình 5).

Cơm. số năm.

Nếu không có thị kính thì ảnh của mũi tên từ xa sẽ ở
tiêu diện của thấu kính. Trong hình, hình ảnh này được thể hiện bằng một đường chấm - xét cho cùng, nó không có ở đó trong thực tế!

Nhưng nó không có ở đó vì các tia từ điểm sau khi đi qua thấu kính trở nên hội tụ về điểm không tới được và rơi vào thị kính. Sau thị kính, chúng lại trở nên song song và do đó được mắt cảm nhận mà không bị căng thẳng. Nhưng lúc này ta nhìn thấy ảnh của vật ở một góc , góc trông lớn hơn góc trông khi nhìn vật bằng mắt thường.

Từ hình. 5 chúng tôi có

và để tăng ống Galilean, chúng ta có cùng công thức (13) như đối với ống Kepler:

Lưu ý rằng ở cùng độ phóng đại, ống Galilê nhỏ hơn ống Kepler. Do đó, một trong những ứng dụng chính của ống Galileo là ống nhòm nhà hát.

Không giống như kính hiển vi và ống của Kepler, trong ống của Galileo, chúng ta nhìn thấy các vật lộn ngược. Tại sao?

Phạm vi đốm là một dụng cụ quang học được thiết kế để xem các vật thể ở rất xa bằng mắt. Giống như kính hiển vi, nó bao gồm một vật kính và một thị kính; cả hai đều là những hệ thống quang học ít nhiều phức tạp, mặc dù không phức tạp như trong trường hợp kính hiển vi; tuy nhiên, chúng ta sẽ biểu diễn chúng dưới dạng giản đồ bằng các thấu kính mỏng. Trong kính thiên văn, thấu kính và thị kính được bố trí sao cho tiêu điểm sau của thấu kính gần như trùng với tiêu điểm trước của thị kính (Hình 253). Thấu kính tạo ra hình ảnh nghịch đảo giảm thực sự của một vật thể ở xa vô tận trong mặt phẳng tiêu cự phía sau của nó; hình ảnh này được xem qua thị kính, giống như qua kính lúp. Nếu tiêu điểm trước của thị kính trùng với tiêu điểm sau của vật kính thì khi quan sát vật ở xa, từ thị kính ló ra chùm tia song song, thuận lợi cho việc quan sát bằng mắt thường ở trạng thái yên tĩnh (không điều tiết) ( xem § 114). Nhưng nếu tầm nhìn của người quan sát hơi khác so với bình thường, thì thị kính sẽ được di chuyển, đặt nó "theo mắt". Bằng cách di chuyển thị kính, kính thiên văn cũng được "nhọn" khi quan sát các vật thể nằm ở những khoảng cách không quá lớn so với người quan sát.

Cơm. 253. Vị trí của thấu kính và thị kính trong kính thiên văn: tiêu cự. Vật kính trùng với tiêu điểm phía trước của thị kính

Vật kính của kính thiên văn phải luôn là một hệ thống hội tụ, trong khi thị kính có thể là hệ thống hội tụ hoặc phân kỳ. Ống soi đốm có thị kính thu (dương) được gọi là ống Kepler (Hình 254, a), ống có thị kính phân kỳ (âm) được gọi là ống Galilê (Hình 254, b). Vật kính của kính thiên văn 1 cho ảnh ngược thực của một vật ở xa trong tiêu diện của nó. Một chùm tia phân kì từ một điểm rơi trên thị kính 2; vì những tia này xuất phát từ một điểm trong mặt phẳng tiêu cự của thị kính, nên một chùm tia ló ra từ nó song song với trục chính phụ của thị kính và tạo một góc với trục chính. Khi vào mắt, những tia này hội tụ trên võng mạc của nó và cho hình ảnh thực của nguồn.

Cơm. 254. Đường đi của các tia sáng trong kính thiên văn: a) Ống Kepler; b) Đường ống của Galileo

Cơm. 255. Đường đi của các tia ló trong trường lăng kính (a) và sự xuất hiện của nó (b). Sự thay đổi hướng của mũi tên biểu thị sự "đảo ngược" của hình ảnh sau khi các tia đi qua một phần của hệ thống

(Trong trường hợp của ống Galilê (b), mắt không được hiển thị để không làm lộn xộn hình ảnh.) Góc - góc mà các tia tới trên thấu kính tạo với trục.

Ống của Galileo, thường được sử dụng trong ống nhòm sân khấu thông thường, cho hình ảnh trực tiếp của vật thể, ống của Kepler - bị đảo ngược. Do đó, nếu ống Kepler được dùng để quan sát trên mặt đất, thì nó được trang bị hệ thống quay (thấu kính bổ sung hoặc hệ thống lăng kính), nhờ đó hình ảnh trở nên thẳng. Một ví dụ về thiết bị như vậy là ống nhòm lăng kính (Hình 255). Ưu điểm của ống Kepler là nó có hình ảnh trung gian thực, trong mặt phẳng có thể đặt thang đo, tấm ảnh để chụp ảnh, v.v.. Do đó, trong thiên văn học và trong mọi trường hợp liên quan đến phép đo , ống Kepler được sử dụng.