Definisjon av forstørrelsesglass
En lupe eller forstørrelsesglass er en konveks linse som brukes til å hjelpe øyet med å se et objekt som er vanskelig å observere direkte med øyet. Lupen kalles en enkel forstørrelsesglass fordi den har begrenset evne til å forstørre bildet av et objekt. I neste leksjon skal du lære om ikke-enkle forstørrelsesglass som mikroskoper osv.
Hvordan fungerer det
Når man ser på nært hold, virker et objekt stort, men når man ser det fra stor avstand, virker det lite. Objekter i nærheten virker store på grunn av den store størrelsen på bildet av objekter som dannes på netthinnen. Omvendt virker det samme, når man ser på stor avstand, lite på grunn av bildestørrelsen som dannes på netthinnen, nemlig liten. Så størrelsen på et synlig objekt avhenger av bildestørrelsen til objektet som dannes på netthinnen. Store eller små bilder av objekter som dannes på netthinnen, avhenger av vinkelen som dannes mellom øyet og objektet, som vist i figuren nedenfor.
Objekter som er langt unna øyet virker mindre fordi de har mindre vinkler (θ) (figur 1.1). Omvendt ser objekter som er nær øynene mer betydningsfulle ut fordi de har en større vinkel (figur 1.2). Det kan konkluderes med at objektstørrelsen som øyet ser, kan forstørres eller reduseres ved å øke eller redusere vinkelen (θ). Vinkelen forstørres ved å bringe øyet nærmere objektet. Ellers minimeres vinkelen ved å holde øyet borte fra objektet.
Gjennomgangen ovenfor kan anvendes på andre problemstillinger. Hvis du finner et alfabet som er så lite at du har problemer med å lese, hva gjør du for å lese teksten? Basert på gjennomgangen ovenfor, kan du bringe alfabetet nærmere øyet slik at vinkelen som dannes mellom alfabetet og øynene blir større, slik at skriften blir større og kan leses. Det bør være klart at det nærmeste punktet for et normalt øye, eller den korteste avstanden som kan fokuseres på for et normalt øye, er 25 cm.
Derfor, hvis avstanden mellom alfabetet og øyet er mindre enn 25 cm, ser alfabetet uskarpt ut. Et alfabet som kan leses fra en avstand på bare 25 cm, virker uskarpt når det bringes nærmere enn en avstand mellom alfabetet og øynene som er mindre enn 25 cm. Hvordan kan man da få et alfabet med en liten skriftstørrelse til å leses? Selvfølgelig trenger man hjelp av et optisk instrument som kan forstørre alfabetet.
Optiske instrumenter som plane speil, konkave speil og konvekse speil kan ikke brukes til å lese alfabetet fordi speilet ikke er gjennomsiktig. I stedet er linsen gjennomskinnelig, så den kan brukes til å lese alfabetet. I leksjonen om bildedannelse med den konkave linsen forklares det at en konkav linse bare kan minimere bildet av et objekt. I emnet bildedannelse med den konvekse linsen forklares det at en konveks linse kan forstørre bildet av et objekt, så den konvekse linsen kan utformes som en lupe eller et forstørrelsesglass.
I figur 1.3 sees objekter direkte ved hjelp av øyet, mens objekter virker små på grunn av vinkelen mellom øynene og de to endene av objektet, som er liten. I figur 1.4 ser øyet objekter gjennom en lupe. Lupen fungerer ved å danne bildet og forstørre bildet slik at det som sees av øyet er et bilde. Bildet av objektet som observeres av øyet gjennom lupen, virker mer signifikant fordi vinkelen som dannes mellom øyet og de to endene av bildet er mer signifikant.
For at observatørens øye skal se bilde via lupeden bilde må være virtuell (den bilde er foran loupeEller bilde er på samme side som objektet, som i figur 1.4). Angående bildedannelsen av konveks linse, har det blitt forklart at for bilde å være virtuell, den objekt avstanden (do) må være mindre enn eller lik fokuspunktet lengde (f).
s = do = objektavstanden
s' = di = bildeavstanden
h = ho = objektets høyde
h' = hi = bildehøyden
F = fokuspunktet
θ = vinkelen mellom linsen og de to endene av objektet. I figur 1.3 er linsen det gjelder okularet, mens i figur 1.4 er linsen det gjelder en konveks linse som brukes som en lupe.
I figur 1.3 (figuren ser sidelengs) er objektet til venstre mens observatørens øye er til høyre. I figur 1.4 (bildet ser sidelengs) er objekter og bilde av objekter produsert av en konveks linse til venstre mens observatørens øye er til høyre.
Slik bruker du loupe
Når objektavstanden (do) er lik brennvidden (f), er bildet virtuelt og bildeavstanden (di) er uendelig. Uendelig er den maksimale virtuelle bildeavstanden fordi det fjerne punktet til det normale øyet er uendelig. I stedet er den minste virtuelle bildeavstanden 25 cm fordi det nærmeste punktet til det normale øyet er 25 cm.
Når øyet ser et virtuelt bilde på uendelig avstand (fjernt punkt), har øynene en minimal akkommodasjon, eller øyets ciliarmuskler er mest avslappede. For å oppnå dette må avstanden mellom objektet og lupen være den samme som brennvidden. Hvis brennvidden til lupen er 25 cm, er avstanden mellom objekter og lupen 25 cm.
Motsatt, når øyet ser et virtuelt bilde på en avstand på 25 cm (nærpunkt), tilpasser øynene seg maksimale eller ciliære muskler i den mest spente tilstanden. Hvis brennvidden til lupen er 25 cm, ser øyet et virtuelt bilde på en avstand på 25 cm når objektavstanden er den samme som beregningsresultatet nedenfor.
Ligningen for linsen og det konvekse speilet:
1/do = 1/f – 1/di
do = objektavstand, f = brennvidde, di = bildeavstand = nærpunkt = 25 cm
Lupen er en konveks linse, slik at brennvidden er positiv. Det virtuelle bildet er slik at bildeavstanden (di) er negativ.
1/do = 1/f – (-1/di) = 1/f + 1/di
1/do = 1/25 + 1/25 = 2/25
gjør = 25/2 = 12.5 cm
Hvis brennvidden til lupen er 25 cm, ser øyet et virtuelt bilde på en avstand på 25 cm når avstanden er 12.5 cm. Avstanden mellom objektet og lupen bør ikke være mindre enn 12.5 cm fordi øyet ikke kan se bildet som produseres av lupen.
Hva om lupens brennvidde er 50 cm? Hvis lupens brennvidde er 50 cm, ser øyet et virtuelt bilde på en avstand på 25 cm når avstanden er den samme som beregningsresultatet nedenfor.
1/do = 1/f – (-1/di) = 1/f + 1/di
1/do = 1/50 + 1/25 = 1/50 + 2/50 = 3/50
gjør = 50/3 = 16.67 cm
Hvis brennvidden til lupen er 50 cm, ser øyet et virtuelt bilde på en avstand på 25 cm når avstanden til objektet er 16.7 cm. Avstanden mellom objektet og lupen bør ikke være mindre enn 16.7 cm, fordi bildet som produseres av lupen ikke kan sees tydelig av øyet.
