Ορισμός μεγεθυντικού φακού
Ένας μεγεθυντικός φακός, ή απλός μεγεθυντικός φακός, είναι ένας κυρτός φακός που χρησιμοποιείται για να βοηθήσει το μάτι να δει αντικείμενα που είναι δύσκολο να δει άμεσα, όπως πολύ μικρά γράμματα. Ένας μεγεθυντικός φακός ονομάζεται απλός μεγεθυντικός φακός επειδή έχει περιορισμένη ικανότητα να μεγεθύνει την εικόνα ενός αντικειμένου. Στο επόμενο μάθημα, θα μάθετε για μη απλούς μεγεθυντικούς φακούς όπως μικροσκόπια , επίγεια τηλεσκόπια και τηλεσκόπια.
Πώς λειτουργεί ένας μεγεθυντικός φακός
Όταν το βλέπουμε από κοντινή απόσταση, ένα αντικείμενο φαίνεται μεγάλο, αλλά όταν το βλέπουμε από πολύ μακρινή απόσταση, το αντικείμενο φαίνεται μικρό. Τα κοντινά αντικείμενα φαίνονται μεγάλα επειδή το μέγεθος της εικόνας που σχηματίζεται στον αμφιβληστροειδή είναι μεγάλο. Αντίθετα, το ίδιο αντικείμενο όταν το βλέπουμε από πολύ μακρινή απόσταση φαίνεται μικρό επειδή το μέγεθος της εικόνας που σχηματίζεται στον αμφιβληστροειδή είναι μικρό. Έτσι, το μέγεθος ενός αντικειμένου που βλέπει το μάτι εξαρτάται από το μέγεθος της εικόνας που σχηματίζεται στον αμφιβληστροειδή. Το μέγεθος της εικόνας που σχηματίζεται στον αμφιβληστροειδή εξαρτάται από τη γωνία που σχηματίζεται μεταξύ του ματιού και του αντικειμένου, όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα.
Τα αντικείμενα που βρίσκονται μακριά από το μάτι φαίνονται μικρότερα επειδή έχουν μικρότερη γωνία (θ) (Σχήμα 1.1). Αντίθετα, τα αντικείμενα που βρίσκονται κοντά στο μάτι φαίνονται μεγαλύτερα επειδή έχουν μεγαλύτερη γωνία (θ) (Σχήμα 1.2). Μπορεί να συναχθεί το συμπέρασμα ότι το μέγεθος ενός αντικειμένου που βλέπει το μάτι μπορεί να μεγεθυνθεί ή να μειωθεί αυξάνοντας ή μειώνοντας τη γωνία (θ). Η γωνία μεγεθύνεται φέρνοντας το μάτι πιο κοντά στο αντικείμενο, και αντίστροφα η γωνία μειώνεται μετακινώντας το μάτι μακριά από το αντικείμενο.
Η παραπάνω συζήτηση μπορεί να εφαρμοστεί και σε άλλα ζητήματα. Εάν συναντήσετε γραφή τόσο μικρή που είναι δύσκολο να την διαβάσετε, τι κάνετε για να την κάνετε ευανάγνωστη; Με βάση την παραπάνω συζήτηση, μπορείτε να φέρετε τη γραφή πιο κοντά στα μάτια σας για να αυξήσετε τη γωνία μεταξύ της γραφής και του ματιού σας, καθιστώντας τη γραφή μεγαλύτερη και πιο ευανάγνωστη. Είναι σημαντικό να συνειδητοποιήσετε ότι το κοντινότερο σημείο ενός φυσιολογικού ματιού , ή η πλησιέστερη απόσταση που μπορεί να εστιάσει ένα φυσιολογικό μάτι, είναι 25 cm. Επομένως, εάν η απόσταση μεταξύ της γραφής και του ματιού είναι μικρότερη από 25 cm, η γραφή θα φαίνεται θολή. Ακόμα και η γραφή που μπορεί να διαβαστεί από απόσταση 25 cm εμφανίζεται θολή όταν πλησιάσει στην απόσταση μεταξύ της γραφής και του ματιού μικρότερη από 25 cm. Τι γίνεται με τη γραφή που δεν μπορεί να διαβαστεί από απόσταση μικρότερη από 25 cm; Πώς, λοιπόν, μπορείτε να κάνετε τη γραφή με τόσο μικρά γράμματα ευανάγνωστη; Φυσικά, χρειάζεστε τη βοήθεια ενός οπτικού οργάνου που μπορεί να μεγεθύνει τη γραφή.
Οπτικά όργανα όπως επίπεδος καθρέφτης, κοίλος καθρέφτης dan κυρτό κάτοπτρο δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για ανάγνωση γραφής επειδή ο καθρέφτης δεν είναι διαφανής. Από την άλλη πλευρά, ο φακός είναι διαφανής, επομένως μπορεί να χρησιμοποιηθεί για ανάγνωση γραφής. Στο μάθημα εικόνα κοίλου φακού, εξηγείται ότι ένας κοίλος φακός μπορεί μόνο να μειώσει την εικόνα ενός αντικειμένου. Αντίθετα, στο θέμα εικόνα κυρτού φακού Εξηγείται ότι ένας κυρτός φακός μπορεί να μεγεθύνει την εικόνα ενός αντικειμένου. Επειδή μπορεί να μεγεθύνει την εικόνα, κυρτός φακός μπορεί να σχεδιαστεί ως μεγεθυντικός φακός.
Παρατηρήστε τις ακόλουθες δύο εικόνες. Στο Σχήμα 1.3, το αντικείμενο φαίνεται απευθείας με το μάτι, όπου το αντικείμενο φαίνεται μικρό επειδή η γωνία μεταξύ του ματιού και των δύο άκρων του αντικειμένου είναι μικρή. Στο Σχήμα 1.4, το μάτι βλέπει το αντικείμενο μέσα από έναν μεγεθυντικό φακό. Ο μεγεθυντικός φακός λειτουργεί για να σχηματίσει μια εικόνα και να μεγεθύνει αυτήν την εικόνα, επομένως αυτό που βλέπει το μάτι είναι η εικόνα. Η εικόνα του αντικειμένου που παρατηρείται από το μάτι μέσα από τον μεγεθυντικό φακό φαίνεται μεγαλύτερη επειδή η γωνία που σχηματίζεται μεταξύ του ματιού και των δύο άκρων της εικόνας είναι μεγαλύτερη.
Για να δει το μάτι του παρατηρητή την εικόνα μέσα από τον μεγεθυντικό φακό, η εικόνα πρέπει να είναι εικονική (η εικόνα να βρίσκεται μπροστά από τον μεγεθυντικό φακό ή η εικόνα να βρίσκεται στην ίδια πλευρά με το αντικείμενο, όπως στο σχήμα 1.4). Στο θέμα των εικόνων με κυρτούς φακούς, έχει εξηγηθεί ότι για να είναι η εικόνα εικονική, η απόσταση του αντικειμένου (s) πρέπει να είναι μικρότερη ή ίση με την εστιακή απόσταση (f).
Λεζάντα:
s = απόσταση αντικειμένου
s' = απόσταση εικόνας
h = ύψος αντικειμένου
h' = ύψος σκιάς
F = εστιακό σημείο του μεγεθυντικού φακού
θ = η γωνία μεταξύ του φακού και των δύο άκρων του αντικειμένου. Στο Σχήμα 1.3, ο εν λόγω φακός είναι το προσοφθάλμιο, ενώ στο Σχήμα 1.4, ο εν λόγω φακός είναι ένας κυρτός φακός που χρησιμοποιείται ως μεγεθυντικός φακός.
Στο Σχήμα 1.3 (πλάγια όψη), το αντικείμενο βρίσκεται στα αριστερά ενώ το μάτι του παρατηρητή βρίσκεται στα δεξιά. Στο Σχήμα 1.4 (πλάγια όψη), το αντικείμενο και η εικόνα του που παράγεται από τον κυρτό φακό βρίσκονται στα αριστερά ενώ το μάτι του παρατηρητή βρίσκεται στα δεξιά.
Πώς να χρησιμοποιήσετε έναν μεγεθυντικό φακό
Όταν η απόσταση του αντικειμένου (s) είναι η ίδια με την εστιακή απόσταση (f), η εικόνα είναι εικονική και η απόσταση της εικόνας (s') είναι άπειρη. Το άπειρο είναι η μέγιστη εικονική απόσταση εικόνας επειδή μακρινό σημείο Η απόσταση ενός φυσιολογικού ματιού είναι άπειρη. Από την άλλη πλευρά, η ελάχιστη απόσταση εικονικής εικόνας είναι 25 cm επειδή κοντά στο σημείο Το φυσιολογικό μάτι είναι 25 cm.
Όταν το μάτι βλέπει μια εικονική εικόνα στο άπειρο (το μακρινό σημείο), το μάτι βρίσκεται σε ελάχιστη προσαρμογή ή οι ακτινωτοί μύες είναι στο μέγιστο βαθμό χαλαροί. Για να επιτευχθεί αυτό, η απόσταση μεταξύ του αντικειμένου και του μεγεθυντικού φακού πρέπει να είναι ίση με την εστιακή απόσταση του μεγεθυντικού φακού. Εάν η εστιακή απόσταση του μεγεθυντικού φακού είναι 25 cm, τότε η απόσταση μεταξύ του αντικειμένου και του μεγεθυντικού φακού είναι 25 cm.
Από την άλλη πλευρά, όταν το μάτι βλέπει μια εικονική εικόνα σε απόσταση 25 cm (κοντά στο σημείο), προσαρμόζεται στο μέγιστο ή ακτινωτός μυς του ματιού στην πιο τεταμένη κατάσταση. Εάν η εστιακή απόσταση του μεγεθυντικού φακού είναι 25 cm, τότε το μάτι βλέπει μια εικονική εικόνα σε απόσταση 25 cm όταν η απόσταση του αντικειμένου είναι η ίδια με το αποτέλεσμα υπολογισμού παρακάτω.
Φόρμουλα κυρτού φακού και καθρέφτη:
1/s = 1/f – 1/s'
Περιγραφή: s = απόσταση αντικειμένου, f = εστιακή απόσταση, s' = απόσταση εικόνας = κοντινό σημείο = 25 cm
Ένας μεγεθυντικός φακός είναι ένας κυρτός φακός, επομένως η εστιακή απόσταση είναι θετική. Το είδωλο είναι εικονικό, επομένως το s' είναι αρνητικό.
1/s = 1/f – (-1/s') = 1/f + 1/s'
1/s = 1/25 + 1/25 = 2/25
s = 25/2 = 12,5 cm
Εάν η εστιακή απόσταση της μεγεθυντικής λυχνίας είναι 25 cm, το μάτι βλέπει μια εικονική εικόνα σε απόσταση 25 cm όταν η απόσταση του αντικειμένου είναι 12,5 cm. Η απόσταση μεταξύ του αντικειμένου και της μεγεθυντικής λυχνίας δεν πρέπει να είναι μικρότερη από 12,5 cm, επειδή η εικόνα που παράγεται από τη μεγεθυντική λυχνία δεν μπορεί να γίνει καθαρά ορατή από το μάτι.
Τι γίνεται αν η εστιακή απόσταση του μεγεθυντικού φακού είναι 50 cm; Αν η εστιακή απόσταση του μεγεθυντικού φακού είναι 50 cm, τότε το μάτι βλέπει μια εικονική εικόνα σε απόσταση 25 cm όταν η απόσταση του αντικειμένου είναι η ίδια με το αποτέλεσμα υπολογισμού παρακάτω.
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
Εάν η εστιακή απόσταση της μεγεθυντικής λυχνίας είναι 50 cm, το μάτι βλέπει μια εικονική εικόνα σε απόσταση 25 cm όταν η απόσταση του αντικειμένου είναι 16,7 cm. Η απόσταση μεταξύ του αντικειμένου και της μεγεθυντικής λυχνίας δεν πρέπει να είναι μικρότερη από 16,7 cm, επειδή η εικόνα που παράγεται από τη μεγεθυντική λυχνία δεν μπορεί να γίνει καθαρά ορατή από το μάτι.
Γωνία μεγέθυνσης μεγεθυντικού φακού
Είναι το μέγεθος της εικόνας ενός αντικειμένου που φαίνεται μέσα από έναν μεγεθυντικό φακό μεγαλύτερο όταν παρατηρείται από ένα μάτι με ελάχιστη προσαρμογή ή από ένα μάτι με μέγιστη προσαρμογή; Ποιο είναι καλύτερο να χρησιμοποιηθεί ως μεγεθυντικός φακός, ένας κυρτός φακός με μεγάλη εστιακή απόσταση ή ένας κυρτός φακός με μικρή εστιακή απόσταση; Αυτά τα ερωτήματα μπορούν να απαντηθούν αφού μάθετε τον τύπο για έναν μεγεθυντικό φακό.
