В. Сарафанников - Такая многоликая дрель. Сантехнические работы. Водоснабжение...(Сделай сам №1•2008)

— а = f(буква Г ). Изображение предмета, оказавшегося в передней фокальной плоскости (в точке переднего фокуса), находится в бесконечности и неопределенности;

— а < f(буквы Е и Т ). Как только предмет переходит переднюю фокальную плоскость (фокус F ), то его изображение скачком переходит из пространства изображений в пространство предметов и оно становится прямым, мнимым и увеличенным, то есть изображение предмета на экране не образовывается. Глядя сквозь линзы на предмет, мы видим его изображение в увеличенном и прямом виде. По мере приближения предмета к линзе его изображение по величине уменьшается, как видно из рис. 8, высота изображения буквы Т меньше высоты изображения буквы Е . Свойство линзы изображать предметы, находящиеся возле передней фокальной плоскости ( а ~= f ), в прямом и увеличенном виде широко используется в лупах.

Часто предмет, наблюдаемый невооруженным глазом, рассматривается под малым углом зрения и образует на сетчатке глаза столь малое изображение, что подробности предмета не могут восприниматься с необходимой отчетливостью (рис. 9, а ). Казалось бы, в этом случае выходом из затруднительного положения является приближение предмета к глазу, которое увеличивало бы угол его зрения до необходимой степени.

Рис. 9. Рассматривание небольшого предмета невооруженным глазом ( а) и через лупу ( б):

1— глаз; 2— лупа; АВ— рассматриваемый предмет и A I B I и А II, В II — его изображение, даваемое линзой и на сетчатке глаза; fи f1 — фокусные расстояния линзы; L— удобное расстояние зрения; a1 и a2 — рассматриваемые узлы зрения

Однако способности глаза ограничены, они не позволяют приближаться предметам к глазу сколь угодно близко из-за ограничения его аккомодации, то есть свойства хрусталика изменять свою выпуклость и давать отчетливые изображения предметов на сетчатке при рассматривании их на различных расстояниях. Выпуклость хрусталика, соответственно его фокусное расстояние в зависимости от удаленности рассматриваемого предмета от глаза изменяется благодаря растягиванию и сжатию мышечных волокон. У нормального глаза задний фокус хрусталика совпадает с сетчаткой, поэтому глаз в спокойном состоянии резко видит удаленные предметы, то есть он аккомодирован на бесконечность. Для того чтобы резко изобразить на сетчатке предметы, находящиеся на близком расстоянии от глаза, аккомодационные мускулы напрягаются, что сильно утомляет нормальный глаз. В молодом возрасте человек в состоянии аккомодировать на предметы, находящиеся на расстоянии ~ 7 см от глаза. Без особого утомления нормальный глаз может наблюдать предметы, расположенные на расстоянии ~ 250 мм от него, которое называется расстоянием наилучшего зрения. Это расстояние играет особую роль в оптических приборах (лупы, оптические трубы, микроскопы), используемых для вооружения глаза.

Таким образом, способ произвольного приближения рассматриваемого предмета к глазу для увеличения угла его зрения ограничивает аккомодационная способность глаза. Поэтому этот способ для увеличения размеров изображения не применяется.

Наиболее простым решением для увеличения угла зрения рассматриваемого предмета (соответственно, его отчетливости), расположенного более или менее значительно к глазу (причем наблюдение не вызывает утомления последнего), является применение собирающей линзы с фокусным расстоянием f = 1-10 см (рис. 9, б ). При рассматривании предмета линзу располагают перед глазом, а предмет — на расстоянии немного меньше ее фокусного расстояния ( а < f ). Построение изображения предмета для этого случая подробно рассмотрено на рис. 8 (буква Е ), и напомним, что изображение мнимое, прямое, увеличенное и на большом расстоянии от линзы, на котором глаз может наблюдать его без утомления долгое время, то есть аккомодационный аппарат глаза находится в состоянии покоя. Изображение предмета имеет большой угловой размер по сравнению с его рассматриванием без линзы ( α 2> α 1). Такую простую линзу, применяемую для обозревания мелких предметов, монтированную в оправу и снабженную ручкой, называют лупой (на рис. 1 приведены конструкции нескольких таких луп). Лупы с более сильным увеличением обычно состоят из системы линз (рис. 17).

На рис. 9, а показан ход световых лучей в линзе и внутри глаза при рассмотрении предмета АВ . Сначала лучи преломляются в линзе, затем проходят в глаз через хрусталик, отражаются на его сетчатке в виде изображений А II В II. Если бы изучаемый предмет находился на месте А I В Iи имел его величину, то он отражался бы на сетчатке глаза величиной А II В IIпод углом α 2. В результате появления светового возбуждения на сетчатке глаза в нашем сознании создается образ предмета АВ и мы отчетливо видим его.

Увеличение лупы определяют по формуле К= L/ a, в которой L — расстояние наилучшего зрения, оно равно 250 мм, а — расстояние между предметом и линзой, в лупах а = f , тогда приближенное увеличение лупы равно:

K= 250/ f.

Решим несколько примеров из практики.

Пример 4.Фокусное расстояние лупы f = 50 мм. Определить коэффициент увеличения.

K= 250/5 = 5.

Пример 5.Какое увеличение дает лупа, оптическая сила которой Д = 16 дп.

K= L/ f= L∙(1/ f) = L∙ D= 0,25∙16 = 4.

Казалось бы, что с помощью лупы можно получать очень большие увеличения — надо только уменьшать ее фокусное расстояние, например при f = 0,5 мм увеличение должно быть К = 500. Однако пользование лупами с очень малым фокусным расстоянием и, соответственно, с малым диаметром, практически невозможно. Обычно однолинзовые лупы изготавливают с коэффициентом увеличения не более 6.

Изготовление луп.На основе линз, освобожденных из старых, пришедших в негодность оптических устройств (фотоувеличителей, фильмоскопов и т. д.), и луп, вышедших из строя по разным причинам, можно, проявив прилежание и желание, изготовить прекрасные лупы (рис. 10).

Рис. 10. Лупа ( а) и изучаемым предмет ( б):

1— линза в оправе, 2— рукоятка

В качестве материала для их деталей желательно выбирать нержавеющую сталь. Изготовленную основу лупы (оправу и рукоятку) необходимо очистить шкуркой, отшлифовать и отполировать, а затем в оправу вмонтировать линзу и — лупа готова.