تعریف ذرهبین لوپ
لوپ یا ذره بین عبارت است از عدسی محدب که برای کمک به چشم در دیدن جسمی که مشاهده مستقیم آن با چشم دشوار است، استفاده میشود. لوپ به دلیل توانایی محدود در بزرگنمایی، یک ذرهبین ساده نامیده میشود. بزرگنمایی تصویر یک جسم. در درس بعدی، در مورد ذرهبینهای غیر ساده مانند میکروسکوپ و غیره خواهید آموخت.
سازوکار
وقتی از فاصله نزدیک به یک جسم نگاه میکنیم، آن جسم بزرگ به نظر میرسد، اما وقتی از فاصله دور به آن نگاه میکنیم، کوچک به نظر میرسد. اجسام نزدیک به هم به دلیل اندازه بزرگ تصویر اجسام تشکیل شده روی شبکیه، بزرگ به نظر میرسند. برعکس، همین جسم، وقتی از فاصله دور به آن نگاه میکنیم، به دلیل اندازه تصویر تشکیل شده روی شبکیه، کوچک به نظر میرسد. بنابراین، اندازه یک جسم قابل مشاهده به اندازه تصویر جسم ایجاد شده روی شبکیه بستگی دارد. تصاویر بزرگ یا کوچک اشیاء ایجاد شده روی شبکیه به زاویه تشکیل شده بین چشم و جسم بستگی دارد، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است.
اشیایی که از چشم دور هستند، به دلیل زاویه کوچکتر (θ) کوچکتر به نظر میرسند (شکل ۱.۱). برعکس، اشیایی که به چشم نزدیک هستند، به دلیل زاویه بزرگتر، برجستهتر به نظر میرسند (شکل ۱.۲). میتوان نتیجه گرفت که با افزایش یا کاهش زاویه (θ)، میتوان اندازه شیء دیده شده توسط چشم را بزرگ یا کوچک کرد. با نزدیک کردن چشم به شیء، زاویه بزرگتر میشود. در غیر این صورت، با دور نگه داشتن چشم از شیء، زاویه به حداقل میرسد.
بررسی فوق را میتوان در مورد مسائل دیگر نیز به کار برد. اگر الفبایی پیدا کنید که آنقدر کوچک است که در خواندن آن مشکل دارید، برای خواندن متن چه میکنید؟ بر اساس بررسی فوق، میتوانید الفبا را به چشم نزدیکتر کنید تا زاویه تشکیل شده بین الفبا و چشمها بزرگتر شود، بنابراین نوشته بزرگتر شده و قابل خواندن میشود. باید توجه داشت که نقطه نزدیک چشم طبیعی یا نزدیکترین فاصلهای که میتوان روی چشم طبیعی متمرکز کرد ۲۵ سانتیمتر است.
بنابراین، اگر فاصله بین الفبا و چشم کمتر از ۲۵ سانتیمتر باشد، الفبا مبهم به نظر میرسد. الفبایی که از فاصله تنها ۲۵ سانتیمتر قابل خواندن است، وقتی به فاصله بین الفبا و چشمها که کمتر از ۲۵ سانتیمتر است نزدیک شود، مبهم به نظر میرسد. پس چگونه میتوان الفبایی را که اندازه فونت کوچکی دارد، قابل خواندن کرد؟ البته، به کمک یک ابزار نوری نیاز دارید که بتواند الفبا را بزرگنمایی کند.
ابزارهای نوری مانند آینههای تخت، آینههای مقعر و آینههای محدب را نمیتوان برای خواندن الفبا استفاده کرد زیرا آینه شفاف نیست. در عوض، عدسی شفاف است، بنابراین میتوان از آن برای خواندن الفبا استفاده کرد. در درس تشکیل تصویر توسط عدسی مقعر، توضیح داده شده است که یک عدسی مقعر فقط میتواند تصویر یک جسم را کوچک کند. در مبحث تشکیل تصویر توسط عدسی محدب، توضیح داده شده است که یک عدسی محدب میتواند تصویر یک جسم را بزرگ کند، بنابراین عدسی محدب را میتوان به عنوان یک ذرهبین یا ذرهبین طراحی کرد.
در شکل ۱.۳، اشیاء مستقیماً با استفاده از چشم دیده میشوند، که در آن اشیاء به دلیل زاویه بین چشمها و دو انتهای جسم، کوچک به نظر میرسند. در شکل ۱.۴، چشم اشیاء را از طریق یک لوپ میبیند. لوپ وظیفه تشکیل تصویر و بزرگنمایی تصویر را بر عهده دارد، به طوری که آنچه توسط چشم دیده میشود، یک تصویر است. تصویر جسم مشاهده شده توسط چشم از طریق لوپ، به دلیل زاویه تشکیل شده بین چشم و دو انتهای تصویر، برجستهتر به نظر میرسد.
برای اینکه چشم ناظر بتواند ببیند تصویر از طریق loupeاز تصویر باید مجازی باشد ( تصویر جلوی l استاوپه، و یا تصویر در همان سمت جسم است، همانطور که در شکل ۱.۴ نشان داده شده است. تشکیل تصویر توسط عدسی محدب، توضیح داده شده است که برای تصویر مجازی بودن، هدف فاصله (do) باید کوچکتر یا مساوی نقطه کانونی باشد طول (و).
s = do = فاصله جسم
s' = di = فاصله تصویر
h = ho = ارتفاع جسم
h' = hi = ارتفاع تصویر
F = نقطه کانونی
θ = زاویه بین عدسی و دو انتهای جسم. در شکل ۱.۳، عدسی مورد نظر، عدسی چشمی است، در حالی که در شکل ۱.۴، عدسی مورد نظر یک عدسی محدب است که به عنوان ذرهبین استفاده میشود.
در شکل ۱.۳ (شکل از پهلو دیده میشود)، جسم در سمت چپ و چشم ناظر در سمت راست قرار دارد. در شکل ۱.۴ (تصویر از پهلو دیده میشود)، اجسام و تصویر اجسام تولید شده توسط یک عدسی محدب در سمت چپ و چشم ناظر در سمت راست است.
نحوه استفاده از لاوپه
وقتی فاصله جسم (do) برابر با فاصله کانونی (f) باشد، تصویر مجازی است و فاصله تصویر (di) در بینهایت قرار دارد. بینهایت حداکثر فاصله تصویر مجازی است زیرا نقطه دور چشم طبیعی بینهایت است. در عوض، حداقل فاصله تصویر مجازی ۲۵ سانتیمتر است زیرا نقطه نزدیک چشم طبیعی ۲۵ سانتیمتر است.
وقتی چشم یک تصویر مجازی را در فاصله بینهایت (نقطه دور) میبیند، چشمها حداقل تطابق را دارند، یا عضلات مژگانی چشم در بیشترین حالت آرامش قرار دارند. برای رسیدن به این هدف، فاصله بین جسم و لوپ باید برابر با فاصله کانونی باشد. اگر فاصله کانونی لوپ ۲۵ سانتیمتر باشد، فاصله بین اجسام و لوپ ۲۵ سانتیمتر است.
برعکس، وقتی چشم یک تصویر مجازی را در فاصله ۲۵ سانتیمتری (نزدیک نقطه) میبیند، چشمها حداکثر یا عضلات مژگانی را در منقبضترین حالت خود جای میدهند. اگر فاصله کانونی لوپ ۲۵ سانتیمتر باشد، چشم یک تصویر مجازی را در فاصله ۲۵ سانتیمتری میبیند، زمانی که فاصله جسم با نتیجه محاسبه زیر یکسان باشد.
معادله عدسی و آینه محدب:
۱/انجام = ۱/ج – ۱/دی
do = فاصله جسم، f = فاصله کانونی، di = فاصله تصویر = نقطه نزدیک = 25 سانتیمتر
ذرهبین یک عدسی محدب است به طوری که فاصله کانونی مثبت است. تصویر مجازی به طوری که فاصله تصویر (di) منفی است.
1/do = 1/f – (-1/di) = 1/f + 1/di
۱/دو = ۱/۲۵ + ۱/۲۵ = ۲/۲۵
انجام دهید = 25/2 = 12.5 سانتی متر
اگر فاصله کانونی لوپ ۲۵ سانتیمتر باشد، چشم وقتی فاصله ۱۲.۵ سانتیمتر باشد، تصویری مجازی در فاصله ۲۵ سانتیمتر میبیند. فاصله بین جسم و لوپ نباید کمتر از ۱۲.۵ سانتیمتر باشد زیرا چشم نمیتواند تصویری را که لوپ تولید میکند، ببیند.
اگر فاصله کانونی لوپ ۵۰ سانتیمتر باشد چه؟ اگر فاصله کانونی لوپ ۵۰ سانتیمتر باشد، چشم یک تصویر مجازی در فاصله ۲۵ سانتیمتر میبیند، زمانی که فاصله مشابه نتیجه محاسبه زیر باشد.
1/do = 1/f – (-1/di) = 1/f + 1/di
۱/دو = ۱/۵۰ + ۱/۲۵ = ۱/۵۰ + ۲/۵۰ = ۳/۵۰
انجام دهید = 50/3 = 16.67 سانتی متر
اگر فاصله کانونی لوپ ۵۰ سانتیمتر باشد، چشم وقتی فاصله جسم ۱۶.۷ سانتیمتر باشد، یک تصویر مجازی در فاصله ۲۵ سانتیمتر میبیند. فاصله بین جسم و لوپ نباید کمتر از ۱۶.۷ سانتیمتر باشد زیرا تصویر تولید شده توسط لوپ به وضوح توسط چشم دیده نمیشود.
