Luubi definitsioon
Luup ehk lihtne luup on kumer lääts , mida kasutatakse silma abistamiseks objektide nägemisel, mida on raske otse näha, näiteks väga väikest kirja. Luupi nimetatakse lihtsaks luubiks, kuna sellel on piiratud võime objekti kujutist suurendada. Järgmises õppetükis õpid tundma mitte-lihtsaid luupe, nagu mikroskoobid , maapealsed teleskoobid ja teleskoobid.
Kuidas luup töötab
Lähedalt vaadatuna paistab objekt suur, aga väga kaugelt vaadatuna väike. Lähedal asuvad objektid paistavad suured, kuna võrkkestale tekkinud kujutis on suur. Seevastu väga kaugelt vaadatuna paistab sama objekt väike, kuna võrkkestale tekkinud kujutis on väike. Seega sõltub silma poolt nähtava objekti suurus võrkkestale tekkinud kujutise suurusest. Võrkkestale tekkinud kujutise suurus sõltub silma ja objekti vahelise nurga suurusest, nagu on näidatud alloleval pildil.
Silmast kaugel asuvad objektid paistavad väiksemad, kuna neil on väiksem nurk (θ) (joonis 1.1). Seevastu silmale lähedal asuvad objektid paistavad suuremad, kuna neil on suurem nurk (θ) (joonis 1.2). Võib järeldada, et silmaga nähtava objekti suurust saab suurendada või vähendada nurga (θ) suurendamise või vähendamise teel. Nurk suureneb silma objektile lähemale toomisel ja vastupidi, nurk väheneb silma objektist eemale nihutamisel.
Eelnevat arutelu saab rakendada ka teistele probleemidele. Kui puutute kokku nii väikese kirjaga, et seda on raske lugeda, mida teete, et see loetavamaks muuta? Eelneva arutelu põhjal võiksite kirja silmadele lähemale tuua, et suurendada kirja ja silma vahelist nurka, muutes kirja suuremaks ja loetavamaks. Oluline on mõista, et normaalse silma lähim punkt ehk lähim kaugus, millele normaalne silm suudab fokuseerida, on 25 cm. Seega, kui kirja ja silma vaheline kaugus on väiksem kui 25 cm, paistab kiri udune. Isegi kiri, mida on võimalik lugeda 25 cm kauguselt, paistab udune, kui seda tuua kirja ja silma vahelisele kaugusele lähemale kui 25 cm. Aga kirjaga, mida ei saa lugeda vähem kui 25 cm kauguselt? Kuidas siis muuta nii väikeste tähtedega kiri loetavaks? Loomulikult vajate optilise instrumendi abi, mis suudab kirja suurendada.
Optilised instrumendid, näiteks lame peegel, nõguspeegel dan kumer peegel ei saa kirja lugemiseks kasutada, kuna peegel ei ole läbipaistev. Teisest küljest on lääts läbipaistev, seega saab seda kirja lugemiseks kasutada. Tunnis nõgusläätse pilt, selgitatakse, et nõguslääts saab objekti kujutist ainult vähendada. Seevastu teemas kumera läätse pilt Selgitatakse, et kumer lääts suudab objekti kujutist suurendada. Kuna see suudab kujutist suurendada, kumer lääts saab kujundada luubina.
Vaatlege järgmisi kahte pilti. Joonisel 1.3 vaadatakse objekti otse silmaga, kusjuures objekt paistab väike, kuna silma ja objekti kahe otsa vaheline nurk on väike. Joonisel 1.4 vaatab silm objekti läbi luubi. Luubi ülesanne on moodustada pilt ja suurendada seda, seega näeb silm kujutist. Objekti kujutis, mida silm läbi luubi näeb, paistab suurem, kuna silma ja pildi kahe otsa vaheline nurk on suurem.
Selleks, et vaatleja silm näeks kujutist läbi luubi, peab kujutis olema virtuaalne (kujutis asub luubi ees või objektiga samal küljel, nagu joonisel 1.4). Kumerläätse kujutiste teemas on selgitatud, et virtuaalse kujutise saamiseks peab objekti kaugus (s) olema väiksem või võrdne fookuskaugusega (f).
Pealkiri:
s = objekti kaugus
s' = kujutise kaugus
h = objekti kõrgus
h' = varju kõrgus
F = luubi fookuspunkt
θ = nurk läätse ja objekti mõlema otsa vahel. Joonisel 1.3 on kõnealuseks läätseks okulaar, joonisel 1.4 aga kumer lääts, mida kasutatakse luupina.
Joonisel 1.3 (külgvaade) on objekt vasakul ja vaatleja silm paremal. Joonisel 1.4 (külgvaade) on objekt ja kumera läätse tekitatud kujutis vasakul ja vaatleja silm paremal.
Kuidas luupi kasutada
Kui objekti kaugus (s) on sama kui fookuskaugus (f), on kujutis virtuaalne ja kujutise kaugus (s') on lõpmatu. Lõpmatus on maksimaalne virtuaalse kujutise kaugus, sest kauge punkt Normaalse silma kaugus on lõpmatu. Teisest küljest on minimaalne virtuaalse kujutise kaugus 25 cm, sest lähedal asuv punkt Normaalse silma pikkus on 25 cm.
Kui silm vaatab virtuaalset kujutist lõpmatuses (kaugeimas punktis), on silm minimaalses akommodatsioonis ehk ripslihased kõige lõdvestunud olekus. Selle saavutamiseks peab objekti ja luubi vaheline kaugus olema võrdne luubi fookuskaugusega. Kui luubi fookuskaugus on 25 cm, siis on ka objekti ja luubi vaheline kaugus 25 cm.
Teisest küljest, kui silm näeb virtuaalset kujutist 25 cm kaugusel (lähipunkt), siis silm akommodeerub maksimaalselt või silma ripslihas kõige pingelisemas olukorras. Kui luubi fookuskaugus on 25 cm, siis näeb silm virtuaalset kujutist 25 cm kaugusel, kui objekti kaugus on sama, mis allpool toodud arvutustulemus.
Kumer lääts ja peegelvalem:
1/s = 1/f – 1/s'
Kirjeldus: s = objekti kaugus, f = fookuskaugus, s' = kujutise kaugus = lähim punkt = 25 cm
Luup on kumer lääts, seega on fookuskaugus positiivne. Kujutis on virtuaalne, seega s' on negatiivne.
1/s = 1/f – (-1/s') = 1/f + 1/s'
1/s = 1/25 + 1/25 = 2/25
s = 25/2 = 12,5 cm
Kui luubi fookuskaugus on 25 cm, näeb silm virtuaalset kujutist 25 cm kaugusel, kui objekti kaugus on 12,5 cm. Objekti ja luubi vaheline kaugus ei tohiks olla väiksem kui 12,5 cm, sest luubi tekitatud kujutist silm selgelt ei näe.
Mis saab siis, kui luubi fookuskaugus on 50 cm? Kui luubi fookuskaugus on 50 cm, siis näeb silm virtuaalset kujutist 25 cm kaugusel, kui objekti kaugus on sama, mis allolev arvutustulemus.
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
Kui luubi fookuskaugus on 50 cm, näeb silm virtuaalset kujutist 25 cm kaugusel, kui objekti kaugus on 16,7 cm. Objekti ja luubi vaheline kaugus ei tohiks olla väiksem kui 16,7 cm, sest luubi tekitatud kujutist silm selgelt ei näe.
Luubi nurga suurendus
Kas luubi kaudu nähtava objekti kujutis on suurem minimaalse või maksimaalse akommodatsiooniga silmaga vaatlemisel? Kumba on parem luupina kasutada, kas suure fookuskaugusega kumerat läätse või väikese fookuskaugusega kumerat läätse? Nendele küsimustele saab vastuse pärast luubi valemi õppimist.
