Теоретичні відомості та опис приладів. Око людини здатне розрізняти дві близькі точки окремо одна від одної, якщо їх видно під кутом зору не менше однієї кутової хвилини (кут зору

Око людини здатне розрізняти дві близькі точки окремо одна від одної, якщо їх видно під кутом зору не менше однієї кутової хвилини (кут зору , утворений прямими, що проходять через дві точки і оптичний центр ока О (рис.1)). Кут зору можна збільшити, наближаючи предмет до ока. Проте це не завжди можливо (наприклад, для астрономічних об’єктів). Крім того, існує обмеження чіткого спостереження предмета при наближенні його до ока внаслідок існування границі акомодації ока (зміни його оптичної сили, що дає можливість фокусувати на сітчастій оболонці зображення по-різному віддалених предметів). Оптична сила ока може змінюватись від 58,64 до 70,57 діоптрій. Оскільки деформація кришталика можлива тільки в певних межах, то для всякого ока існує певна ділянка, в межах якої воно здатне чітко сприймати предмети. Відстань найкращого зору дорівнює 25 см.

Розширити можливості ока можна за допомогою різноманітних оптичних приладів, від простих лінз (лупи) до складних їхніх систем. Для збільшення кута зору при розгляді дрібних об’єктів служать лупа та мікроскопи.

Лупа. Лупа є найпростішим оптичним приладом, за допомогою якого розглядають дрібні предмети. Вона являє собою короткофокусну тонку збиральну лінзу (рис. 1). Якщо предмет AB знаходиться поблизу переднього фокуса лінзи L – між нею і фокальною площиною FF, промені після проходження через неї утворюють уявне зображення A’B’, яке око E бачить на відстані найкращого зору мм. Лупа характеризується її збільшенням і полем зору. Збільшення лупи Г дорівнює відношенню тангенса кута , під яким видно зображення через лупу, до тангенса кута , під яким видно предмет, розміщений на відстані найкращого зору мм:

Рис. 1. Хід променів крізь лупу

З подібності трикутників і запишемо

Оскільки розміщення предмета таке, що а мм, то збільшення лупи

де f – фокусна відстань лінзи в мм.

Збільшення лупи позначається на її оправі. Наприклад, 8* означає восьмикратне збільшення. Теоретичне збільшення лупи нічим не обмежене, однак виготовлення їх з досить малими значеннями величини f практично складне. Тому на практиці застосовують лупи, збільшення яких досягає 40*. Збільшення, що перевищують 40*, дають мікроскопи.

Мікроскоп. В сучасних мікроскопах можна виділити дві частини: механічну і оптичну (рис. 2). До механічної належать основа 1, тубусотримач 10, гвинт 11 для грубого фокусування мікроскопа, предметний столик 5, тубус 8, ірисова діафрагма 3 для регулювання освітлення об’єкта, механізм тонкого фокусування мікроскопа 12, револьвер 7 з закріпленими в ньому об’єктивами. Оптична частина складається з дзеркала 2 і конденсора 4, змінних об’єтивів 6 та окуляра 9. Дзеркало 2 з внутрішнім срібленням має дві сторони, на одній з них – плоска відбиваюча поверхня, а на другій – угнута. Угнуте дзеркало застосовується у мікроскопах слабкого збільшення без конденсора, а плоске – разом з конденсором. Основне призначення освітлювальної системи мікроскопа – створення рівномірно освітленого поля зору мікроскопа. Крім того, роздільна здатність мікроскопа залежить від апертури об’єктива (половина кута між крайніми променями, що йдуть від об’єкта до країв об’єктива). Діафрагма 3 конденсора 4 відіграє роль зіниці входу конденсора. Вона зображується у фокальній задній площині об’єктива. Це зображення її окуляром мікроскопа дає зіниця виходу всього мікроскопа. Змінюючи отвір ірисової діафрагми, можна впливати на розмір апертури об’єктива, що допомагає усунути зайве розсіяне світло. Об’єктив являє собою складну багатолінзову оптичну систему (до 12-13 лінз), поміщену в оправу. Головну роль в одержанні збільшеного зображення відіграє передня, або так звана фронтальна лінза, інші ж служать для усунення недоліків зображення і називаються коригуючими.

Об’єктиви мікроскопів – короткофокусні (1,5 мм і більше), а їх збільшення лежать в межах від 10 до 100.

Окуляр являє собою складну лупу, до якої входить верхня окова лінза і нижня збиральна. Лінзи розташовані на відстані, що дорівнює півсумі їх фокусних відстаней. Ця оптична система також міститься в оправі. Окуляр виготовляють з фокусними відстанями від 0,85 до 12 см і збільшенням від 2 до 25. Окремі окуляри забезпечуються окулярним мікрометром – прозорою пластинкою, на якій нанесено шкалу з поділками від 0 до 8 мм (ціна поділки шкали 1 мм) і рухомі перехрестя та індекс у вигляді біштриха – двох штрихів. Розміщують окулярний мікрометр поблизу фокальної площини окуляра. Окулярний гвинтовий мікрометр призначений для вимірювання величини зображення об’єктів, що розглядаються в мікроскопі.

Підбираючи різні об’єктиви і окуляри, збільшення мікроскопа можна змінювати в широких межах.

Досліджувані предмети кладуть на предметний столик 5. Якщо вони прозорі, спостереження ведеться в прохідному світлі і освітлення здійснюється за допомогою дзеркала 2 і конденсора 4. Непрозорі предмети спостерігають у відбитому світлі при освітленні їх з боку об’єктива за допомогою спеціального освітлювача.

Принципову схему побудови зображення в мікроскопі подано на рис. 3. Досліджуваний предмет AB розміщують недалеко за фокусом об’єктива F₁. Його натуральна лінійна величина h. Об’єктив дає збільшене перевернуте дійсне зображення предмета A₁B₁ за подвійним фокусом об’єктива. Величина зображення h₁. По відношенню до окуляра зображення A₁B₁ є предметом. Окуляр розміщують так, щоб зображення A₁B₁ попадало між його оптичним центром і фокусом.

Рис. 2. Мікроскоп