Definice lupy
Lupa neboli jednoduchá lupa je konvexní čočka , která pomáhá oku vidět objekty, které je obtížné přímo vidět, například velmi malé písmo. Lupa se nazývá jednoduchá lupa, protože má omezenou schopnost zvětšit obraz objektu. V příští lekci se dozvíte o nejednoduchých lupách, jako jsou mikroskopy , pozemní dalekohledy a teleskopy.
Jak funguje lupa
Při pohledu zblízka se objekt jeví jako velký, ale při pohledu z velké dálky se objekt jeví jako malý. Blízké objekty se jeví jako velké, protože velikost obrazu vytvořeného na sítnici je velká. Naopak stejný objekt při pohledu z velké dálky se jeví jako malý, protože velikost obrazu vytvořeného na sítnici je malá. Velikost objektu viděného okem tedy závisí na velikosti obrazu vytvořeného na sítnici. Velikost obrazu vytvořeného na sítnici závisí na úhlu, který svírá oko s objektem, jak je znázorněno na obrázku níže.
Předměty, které jsou daleko od oka, se zdají menší, protože mají menší úhel (θ) (obrázek 1.1). Naopak předměty, které jsou blízko oka, se zdají větší, protože mají větší úhel (θ) (obrázek 1.2). Lze usoudit, že velikost předmětu pozorovaného okem lze zvětšit nebo zmenšit zvětšením nebo zmenšením úhlu (θ). Úhel se zvětší přiblížením oka k předmětu, naopak se úhel zmenší jeho oddálením.
Výše uvedenou diskusi lze aplikovat i na jiné problémy. Pokud se setkáte s písmem tak malým, že je obtížné ho číst, co děláte, aby bylo čitelné? Na základě výše uvedené diskuse můžete písmo přiblížit k očím, abyste zvětšili úhel mezi písmem a okem, čímž se písmo zvětší a bude čitelnější. Je důležité si uvědomit, že blízký bod normálního oka neboli nejmenší vzdálenost, na kterou může normální oko zaostřit, je 25 cm. Pokud je tedy vzdálenost mezi písmem a okem menší než 25 cm, písmo se bude jevit rozmazané. I písmo, které lze číst ze vzdálenosti 25 cm, se jeví rozmazané, když se přiblížíte ke vzdálenosti mezi písmem a okem menší než 25 cm. A co písmo, které nelze číst ze vzdálenosti menší než 25 cm? Jak tedy můžete písmo s tak malými písmeny učinit čitelným? Samozřejmě potřebujete pomoc optického přístroje, který dokáže písmo zvětšit.
Optické přístroje, jako např. ploché zrcadlo, konkávní zrcadlo dan konvexní zrcadlo nelze použít ke čtení písma, protože zrcadlo není průhledné. Na druhou stranu je čočka průhledná, takže ji lze použít ke čtení písma. V lekci konkávní čočka, je vysvětleno, že konkávní čočka může pouze zmenšit obraz objektu. Naproti tomu v tématu konvexní čočkový obraz Je vysvětleno, že konvexní čočka může zvětšit obraz objektu. Protože dokáže obraz zvětšit, konvexní čočka lze navrhnout jako lupu.
Pozorujte následující dva obrázky. Na obrázku 1.3 je objekt pozorován přímo okem, přičemž se objekt jeví malý, protože úhel mezi okem a oběma konci objektu je malý. Na obrázku 1.4 oko pozoruje objekt přes lupu. Lupa slouží k vytvoření obrazu a jeho zvětšení, takže to, co oko vidí, je obraz. Obraz objektu pozorovaný okem přes lupu se jeví větší, protože úhel mezi okem a oběma konci obrazu je větší.
Aby oko pozorovatele vidělo obraz skrz lupu, musí být obraz virtuální (obraz je před lupou nebo je obraz na stejné straně jako objekt, jako na obrázku 1.4). V tématu obrazů konvexní čočkou bylo vysvětleno, že aby byl obraz virtuální, musí být vzdálenost objektu (s) menší nebo rovna ohniskové vzdálenosti (f).
Titulek:
s = vzdálenost objektu
s' = vzdálenost obrazu
h = výška objektu
h' = výška stínu
F = ohnisko lupy
θ = úhel mezi čočkou a oběma konci objektu. Na obrázku 1.3 je příslušnou čočkou okulár, zatímco na obrázku 1.4 je příslušnou čočkou konvexní čočka používaná jako lupa.
Na obrázku 1.3 (boční pohled) je objekt vlevo, zatímco oko pozorovatele je vpravo. Na obrázku 1.4 (boční pohled) jsou objekt a jeho obraz vytvořený konvexní čočkou vlevo, zatímco oko pozorovatele je vpravo.
Jak používat lupu
Pokud je vzdálenost objektu (s) stejná jako ohnisková vzdálenost (f), je obraz virtuální a obrazová vzdálenost (s') je nekonečná. Nekonečno je maximální virtuální obrazová vzdálenost, protože vzdálený bod Vzdálenost normálního oka je nekonečno. Na druhou stranu, minimální vzdálenost virtuálního obrazu je 25 cm, protože blízký bod Normální velikost oka je 25 cm.
Když oko pozoruje virtuální obraz v nekonečnu (vzdálený bod), je oko v minimální akomodaci, tj. ciliární svaly jsou nejvíce uvolněné. Aby toho bylo dosaženo, musí být vzdálenost mezi předmětem a lupou rovna ohniskové vzdálenosti lupy. Pokud je ohnisková vzdálenost lupy 25 cm, pak je vzdálenost mezi předmětem a lupou 25 cm.
Na druhou stranu, když oko vidí virtuální obraz ve vzdálenosti 25 cm (blízký bod), oko akomoduje maximálně, resp. ciliární sval oka v nejvíce napjatém stavu. Pokud je ohnisková vzdálenost lupy 25 cm, pak oko vidí virtuální obraz ve vzdálenosti 25 cm, když je vzdálenost objektu stejná jako výsledek výpočtu níže.
Vzorec zakřivené čočky a zrcadla:
1/s = 1/f – 1/s'
Popis: s = vzdálenost objektu, f = ohnisková vzdálenost, s' = vzdálenost obrazu = blízký bod = 25 cm
Lupa je konvexní čočka, takže ohnisková vzdálenost je kladná. Obraz je virtuální, takže s' je záporné.
1/s = 1/f – (-1/s') = 1/f + 1/s'
1/s = 1/25 + 1/25 = 2/25
s = 25/2 = 12,5 cm
Pokud je ohnisková vzdálenost lupy 25 cm, oko vidí virtuální obraz ve vzdálenosti 25 cm, když je vzdálenost objektu 12,5 cm. Vzdálenost mezi objektem a lupou by neměla být menší než 12,5 cm, protože obraz vytvořený lupou není okem jasně viditelný.
Co když je ohnisková vzdálenost lupy 50 cm? Pokud je ohnisková vzdálenost lupy 50 cm, pak oko vidí virtuální obraz ve vzdálenosti 25 cm, když je vzdálenost objektu stejná jako výsledek výpočtu níže.
1/s = 1/f – (-1/s') = 1/f + 1/s'
1/s = 1/50 + 1/25 = 1/50 + 2/50 = 3/50
s = 50/3 = 16,67 cm
Pokud je ohnisková vzdálenost lupy 50 cm, oko vidí virtuální obraz ve vzdálenosti 25 cm, když je vzdálenost objektu 16,7 cm. Vzdálenost mezi objektem a lupou by neměla být menší než 16,7 cm, protože obraz vytvořený lupou není okem jasně viditelný.
Zvětšení úhlu lupy
Je velikost obrazu objektu pozorovaného lupou větší, když jej pozorujete okem s minimální nebo maximální akomodací? Kterou lupu je lepší použít, konvexní čočku s velkou ohniskovou vzdáleností nebo konvexní čočku s malou ohniskovou vzdáleností? Na tyto otázky lze odpovědět poté, co se naučíte vzorec pro lupu.
