Оптика (стр. 4 из 4)
В современных фотоаппаратах для наводки на резкость используется выдвижной объектив, связанный с дальномером. При этом неизменными остаются все величины, входящие в формулу линзы, изменяются расстояние между объективом и пленкой до совпадения с f. Для увеличения глубины резкости – расстояний вдоль главной оптической оси, на которых предметы изображаются резко, – диафрагмируют объектив, т. е. уменьшают его отверстие. Но это уменьшают количество света, попадающее в аппарат, и увеличивает время необходимой экспозиции.
Освещенность изображения, для которого источником света является объектив, прямо пропорциональна площади его отверстия, которая, в свою очередь, пропорциональна квадрату диаметра d2. Освещенность также обратно пропорционально квадрату расстояния от источника до изображения, в нашем случае почти квадрату фокусного расстояния F. Итак, освещенность пропорционально дроби d2/F2, которую называют светосилой объектива. Корень квадратный из светосилы называют относительным отверстием и обычно указывают на объективе в виде надписи: 1:F:d. Современные фотоаппараты снабжаются целым рядом приспособлений, облегчающих труд фотографа и расширяющих его возможности (автозапуск, набор объективов с разными фокусными расстояниям, экспонометры, в том числе автоматические, автоматическая или полуавтоматическая наводка на резкость и т.д.). Широко распространена цветная фотография. В процессе освоения – фотография объемная.
§6. Глаз.
Человеческий глаз с оптической точки зрения представляет собой такой же фотоаппарат (рис. 23). Такое же (действительное, уменьшенное, перевернутое) изображение создается на задней стенке глаза – на светочувствительном желтом пятне, в котором сосредоточены особые окончание зрительных нервов – колбочки и палочки. Их раздражение светом передается нервам в мозг и вызывает ощущение видения. У глаза есть объектив – хрусталик, диафрагма – зрачок, даже крышка объектива веко. Во многих отношениях глаз совершеннее современных фотоаппаратов. Он автоматически наводится на резкость – измерением кривизны хрусталика под действием глазных мускулов, т. е. изменением фокусного расстояния. Автоматически диафрагмируются – сужением зрачка при переходе из темного помещения в светлое. Глаз дает цветное изображение, «запоминает» зрительные образы. Вообще, биологи и медики пришли к выводу, что глаз – вынесенная на периферию часть мозга.
Зрение двумя глазами позволяет видеть предмет с разных сторон, т. е. осуществлять объемное зрение. Экспериментально доказано, сто при видении одним глазом картина с 10 м кажется плоской (при базе – расстояние между крайними точками зрачка, – равной диаметру зрачка). Глядя двумя глазами, мы видим плоской картину с 500 м (база – расстояние между оптическими центрами хрусталиков), т. е. можем на глаз определить размеры предметов, какой и на сколько ближе или дальше.
Для увеличения этой способности надо увеличить базу, это осуществляется в призматическом бинокле и в разного рода дальномерах (рис. 24).
Рис.24.
Но, как все на свете, даже такое совершенное создание природы, как глаз, не лишено недостатков. Во-первых, глаз реагирует только на видимый свет (и при этом с помощью зрения мы воспринимаем до 90% всей информации). Во-вторых, глаз подвержен многим заболеваниям, самым распространенным из которых является близорукость – лучи сводятся ближе сетчатки (рис. 25) и дальнозоркость – резкое изображение за сетчаткой (рис. 26).
Рис.25. Рис.26.
В обоих случаях на сетчатке создается нерезкое изображение. Оптика позволяет помочь этим недугам. В случае близорукости надо подобрать очки с вогнутыми линзами соответствующей оптической силы. При дальнозоркости, наоборот, надо помочь глазу свести лучи на сетчатке, очки должны быть выпуклыми и тоже соответствующей оптической силы.
Приложения
Задача:
Отражаясь от зеркала гальванометра, луч света попадает на нулевое деление шкалы, расположенной на расстоянии 5 м от него. При измерениях «зайчик» остановился на расстоянии 20 см от нулевого деления (шкала имеет радиус кривизны 5 м). На какой угол повернулось зеркало?
Решение:
α1=β1; α2=β2.
Угол между падающим на зеркало лучом и лучом, отраженным на шкалу, равен 2α1 или 2α2. Угол между отраженными на шкалу лучами 2α2-2α1=l/L. Следовательно,
рад.Задача:
Водолаз, стоящий на дне реки, видит отражение от поверхности воды ближайшего предмета, лежащего на дне, на расстоянии 9,4 м. Определить глубину реки, если расстояние от дна до глаз водолаза 1,75 м.
Решение:
i=i1
Как видно из рисунка, tgi = (l + L)/(2h); tgi = l/ho, следовательно,
h = (l + L)/(2tgi) = (hotgi + L)/(2tgi) = ho/2 + L/(2tgi).
Угол i предельный: i = 1/n = 1/1,33 = 0,752; находим 48o40' и tgi = 1,14, значит,
.Задача:
Луч света внутри трехгранной стеклянной призмы с преломляющим углом 60о и показателем преломления 1,7 идет параллельно основанию. Найти угол отклонения луча.
Решение:
sin i /sin r=n21; n21=1/n12.
Угол, образованный перпендикулярно к преломляющим граням, равен β = 180о – φ = 120о.
В равнобедренном треугольнике ADB углы при основании r и i1 в сумме равны 180о – β = 60о; каждый из них r = i1 = 30o. Внешний по отношению к треугольнику AMB угол f равен сумме двух других углов этого треугольника: f = i – r + r1 – i1. Но r = i1, следовательно, f = i + r1 – 2r.
По определению показателя преломления sin i/sin r = n и sin i1/sin r1 = 1/n, откуда sin i = n sin r и sin r1 = n sin i1 = sin i; значит, i = r1/.
Из
ADBr = (180o – 180o + φ)/2 = φ/2.
Тогда sin i = n sin (φ/2) = 1,7 * sin 30o = 0,85 и i = 58o. Искомый угол f = 2(i – r) = =2(58o – 30o) = 56o.
Задача:
Расстояние между предметом и экраном равно 2 м. Собирающая линза помещена так, чтобы на экране было шестикратно увеличенное резкое изображение предмета. На какое расстояние нужно передвинуть линзы (не сдвигая ни экран, ни предмет), чтобы на экране было резкое половинное изображение?
Решение:
; 
.По определению линейного увеличения k1=f1/d1; k2=f2/d2. Из рисунка k1d1=l – d1; d1 (k1 + 1) = l и d1 = l/(k1 + 1).
Аналогично d2 = l/(k2 + 1).
Искомое расстояние
.Задача:
Для определения фокусного расстояния рассеивающей линзы между предметом и экраном расположенными на расстоянии 1,71 м, помещают исследуемую линзу на расстоянии 20 см от предмета; между рассеивающей линзой и экраном помещают собирающую линзу с фокусным расстоянием 0,3 м. Перемещая эту линзу, добиваются четкого изображения предмета на экране. При этом расстоянии от собирающей линзы до экрана оказывается равным 40 см. Найти фокусное расстояние рассеивающей линзы.
Решение:
Изображение от первой линзы является предметом для второй:
1/F1 = 1/f1 – 1/d1; 1/F2 = 1/f2 + 1/d2.
Найдем из второй формулы d2 = f2F2/(f2 – F2), из рисунка f1 = d2 – (l – f2 – d1) и подставим в первую формулу:
Задача:
От источника света, представляющего собой круглое отверстие диаметром 6 см, прикрытое матовым стеклом, световой поток равномерно распределяется по экрану. На расстоянии 3 м от источника помещают собирающую линзу радиусом 15 см с фокусным расстоянием 1м, так что на экране возникает резкое изображение источника. Во сколько раз изменится освещенность экрана?
Решение:
Световой поток Ф, падающий на поверхность круга радиусом R, линза сводит в изображение источника диаметром D1. Освещенности Е1=Ф/(πR2); Е2=4Ф/(πD21); k = D/D=f/d; отсюда D1=Df/d. По формуле линзы f=dF/(d – f),
D1 = DdF/[(d – F)s] = DF/(d – F).
Из подобия треугольников R/e = (d + f)/d = 1 + F/(d – F) = d/(f – F); R = rd/(d – – F). Следовательно,
.Вывод:
Во время составления моего реферата я узнала много нового об оптике, о ее применении в разных областях человеческой деятельности. Так же я узнала строение фотоаппарата и глаза.
Список литературы:
«Курс физики. Учебное пособие для подготовительных отделений вузов» Н.Н.Евграфова, В.Л.Каган. 1984г.