أشعة حقيقية. صورة افتراضية

الصورة البصرية- صورة تم الحصول عليها نتيجة مرور أشعة الضوء المنتشرة من جسم ما عبر نظام بصري، وإعادة إنتاج معالمه وتفاصيله.

في الممارسة العملية، غالبا ما يقومون بتغيير حجم صورة الكائنات وإسقاطها على بعض السطح.

يتم تحقيق المراسلات مع كائن ما عندما يتم تمثيل كل نقطة من نقاطه بنقطة، على الأقل تقريبًا. وفي هذه الحالة يتم التمييز بين حالتين: صورة حقيقية وصورة افتراضية.

صورة حقيقية يتم إنشاؤه عندما تتجمع الأشعة الخارجة من نقطة واحدة في الجسم في نقطة واحدة، بعد كل الانعكاسات والانكسارات.

لا يمكن رؤية الصورة الفعلية مباشرة، ولكن يمكن رؤية إسقاطها ببساطة عن طريق وضع شاشة نشر. يتم إنشاء الواقع بواسطة أنظمة بصرية مثل العدسة (على سبيل المثال، جهاز عرض فيلم أو كاميرا) أو عدسة إيجابية واحدة.

صورة افتراضية- شيء يمكن رؤيته بالعين. في هذه الحالة، تتوافق كل نقطة من الجسم مع شعاع من الأشعة الخارجة من النظام البصري، والتي إذا امتدت للخلف في خطوط مستقيمة، فإنها ستتقارب عند نقطة واحدة؛ يبدو أن الشعاع يخرج من هناك. يتم إنشاء الصورة الافتراضية بواسطة الأنظمة البصرية مثل المناظير والمجاهر والعدسات السلبية أو الإيجابية (النظارات المكبرة) وكذلك المرآة المسطحة.

في أي نظام بصري حقيقي، توجد انحرافات حتما، ونتيجة لذلك لا تتقارب الأشعة (أو امتداداتها) بشكل مثالي عند نقطة واحدة، وبالإضافة إلى ذلك، فإنها لا تتقارب قدر الإمكان في المكان الذي ينبغي أن تتقارب فيه بالضبط. تظهر الصورة ضبابية إلى حد ما ولا تشبه الكائن تمامًا من الناحية الهندسية؛ عيوب أخرى ممكنة.

تسمى حزمة الأشعة التي تتباعد أو تتقارب عند نقطة واحدة متجانسة المركز. وهو يتوافق مع موجة الضوء الكروية. تتمثل مهمة معظم الأنظمة البصرية في تحويل الحزم المتباعدة متجانسة المركز إلى أشعة متجانسة المركز، وبالتالي إنشاء صورة خيالية أو حقيقية، في أغلب الأحيان على نطاق مختلف بالنسبة للكائن.

صورة وصمة عار (من اليونانية القديمة. στίγμα - وخز، ندبة) - صورة بصرية، تتوافق كل نقطة منها مع نقطة واحدة من الكائن الذي يصوره النظام البصري.

الصورة الوصمة ليست بالضرورة مشابهة هندسيًا للكائن المصور، ولكن إذا كانت مشابهة، فإن هذه الصورة تسمى مثالية. وهذا ممكن فقط بشرط غياب جميع الانحرافات أو إزالتها في النظام البصري، وإمكانية إهمال الخصائص الموجية للضوء. يسمى النظام البصري الذي ينتج صورة مثالية بالنظام البصري المثالي. يمكن اعتبار الأنظمة المركزية، التي يتم فيها الحصول على الصورة باستخدام أشعة ضوئية أحادية اللون ومجاورة للمحور، مثالية تقريبًا.

ملحوظات

الأدب

الموسوعة الفيزيائية، المجلد الثاني. م." الموسوعة السوفيتية"، 1990. (مقالة "صورة بصرية.")
يافورسكي بي إم، ديتلاف أ.دليل الفيزياء. - م: "العلم"، أد. شركة "Phys.-mat. مضاءة." ، 1996.
سيفوخين د.دورة الفيزياء العامة. بصريات. م.، العلوم، 1985.
فولوسوف د.البصريات الفوتوغرافية. م.، "إيسكوستفو"، 1971.

أنظر أيضا

مؤسسة ويكيميديا.

2010.

تعرف على معنى "الصورة الافتراضية" في القواميس الأخرى: - (انظر الصورة البصرية). القاموس الموسوعي المادي. م: الموسوعة السوفيتية. رئيس التحرير أ.م.بروخوروف. 1983. صورة فيماري...

الموسوعة الفيزيائية

القاموس الموسوعي الكبيرصورة فيماري - سم…

موسوعة البوليتكنيك الكبيرة انظر الصورة البصرية. * * * صورة VIMARY صورة VIMARY، انظر الصورة البصرية (انظر الصورة البصرية) ...

القاموس الموسوعيصورة افتراضية

- menamasis vaizdas Statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. صورة ظاهرة؛ الصورة الافتراضية فوك. شينباريس بيلد، ن؛ فضيلة بيلد، ن روس. الصورة الافتراضية، ن برانك. الصورة الفضيلة، f … Fizikos terminų žodynas يتشكل الجسم (الذي تدركه العين كجسم) من تقاطعات الامتدادات الهندسية لأشعة الضوء التي تمر عبر النظام البصري في اتجاهات معاكسة للمسار الفعلي لهذه الأشعة. انظر الصورة للتفاصيل... ...

الموسوعة السوفيتية الكبرى

شاهد الصورة البصرية... الصورة البصرية، صورة كائن باستخدام جهاز بصري. تتكون الصورة الفعلية من مجموعة من النقاط التي تتقارب عندها أشعة الضوء التي تمر عبر جهاز بصري. من خلال النقاط التي تشكل صورة افتراضية... ...

صورة كائن تم الحصول عليها نتيجة لعمل بصري أنظمة على أشعة الضوء المنبعثة أو المنعكسة من جسم ما. التمثيل يعيد إنتاج ملامح وتفاصيل كائن ما مع بعض التشوهات (انحرافات الأنظمة البصرية). هناك صالحة و… … العلوم الطبيعية. القاموس الموسوعي

الصورة البصرية هي صورة تم الحصول عليها نتيجة انتشار أشعة الضوء من جسم يمر عبر نظام بصري ويعيد إنتاج معالمه وتفاصيله. من الناحية العملية، غالبًا ما يغيرون حجم صور الأشياء و... ... ويكيبيديا

تتميز الصور الموجودة في العدسة بثلاثة عوامل:

الموسعخيالي
صورة مباشرة

مقاس:
- مخفضيتم الحصول على صورة الجسم في العدسة عندما تكون أبعاده الخطية أصغر من أبعاد المصدر؛
- الموسعيتم الحصول على صورة الجسم في العدسة عندما تكون أبعاده الخطية أكبر من أبعاد المصدر؛
- يتم الحصول على صورة بالحجم الحقيقي عندما تتطابق أبعادها مع أبعاد مصدر الضوء نفسه

يتم تقليل الصورة في العدسة المجمعة فقط عندما يقع المصدر على مسافة أكبر من ضعف البعد البؤري. ولهذا السبب، إذا نظرت من خلال عدسة مكبرة إلى "الواقع المحيط"، فإن هذا الواقع سيبدو مقلوبًا ومختزلًا.
هكذا، د> 2و، سيتم تقليل صورته(حقيقي ومقلوب).
إذا قمنا بتقريب الجسم من العدسة المجمعة، فإن صورته ستنمو تدريجيًا وفي اللحظة التي يصبح فيها المصدر ضعف البعد البؤري، ستصبح الصورة مساوية في الحجم للمصدر نفسه.
ومع اقتراب المصدر أكثر، سيتم تكبير صورته وستصبح أكبر فأكبر حتى يقع الجسم في المستوى البؤري. من الناحية النظرية، في هذه اللحظة تصبح الصورة كبيرة بلا حدود وتكون بعيدة بلا حدود.
هكذا، عندما يكون الكائن على مسافة و d f ، تم تكبير صورته(حقيقي ومقلوب).

عندما يقترب الجسم من العدسة بشكل أكبر - بعد مروره عبر المستوى البؤري - لا يمكن للصورة أن تنمو، لأنها كبيرة بالفعل بشكل لا نهائي، وتبدأ في الانكماش. وفي الوقت نفسه، يصبح الأمر خياليًا من الواقع، لكنه لا يزال مكبرًا. فقط عندما يصل الجسم إلى المستوى البصري الرئيسي (مستوى العدسة)، تتم مقارنة حجم الصورة بالجسم.
هكذا، عندما يكون الكائن على مسافة د f، تم تكبير صورته(خيالي ومباشر).

توجيه:
- مباشريتم الحصول على صورة الكائن عندما يتم الحفاظ على اتجاهه (يظل الجزء العلوي في الأعلى، ويظل الجانب الأيمن على اليمين). عند إنشاء صورة على مستوى، يجب أن يكون الجسم وصورته على جانب واحد من المحور البصري الرئيسي؛
- مقلوب; يتم الحصول على صورة لكائن عندما يتغير اتجاهه (يصبح أعلى لأسفل، ويصبح اليمين يسارًا). عند تركيبه على مستوى، يجب أن يكون الجسم وصورته على جوانب مختلفة من المحور البصري الرئيسي للعدسة.

حقيقي تناقص
مقلوبصورة

الصورة المباشرة في العدسة المجمعة هي الصورة التي يمكن ملاحظتها، على سبيل المثال، باستخدام عدسة مكبرة. يتم الحصول على مثل هذه الصورة إذا كان الكائن يقع بين مستوى العدسة (المستوى البصري الرئيسي) والتركيز (المستوى البؤري). في هذه الحالة، تظهر الصورة مكبرة. وهذا هو السبب في أن العدسة المجمعة غالبًا ما تسمى بشكل مبتذل عدسة مكبرة.

لذا: يتم الحصول على صورة مباشرة لنقطة ما في العدسة المجمعة عندما تكون النقطة على مسافة دو - بين المستويات البصرية والبؤرية الرئيسية- بين العدسة والتركيز. وفي الوقت نفسه، فهي مكبرة وخيالية.
إذا تم نقل جسم ما بعيدًا عن العدسة على مسافة أكبر من البعد البؤري، فسيتم قلب الصورة وبالتالي تصبح مقلوبة.
هكذا، الصورة على مسافة د > ومقلوب(وحقيقي). يمكن تقليله أو زيادته (انظر أعلاه)

الموسع حقيقي
صورة معكوسة

"الواقع":
- صالحويتم الحصول على الصورة في العدسة إذا كانت عند تقاطع الأشعة الخارجة من مصدر الضوء؛
- خيالييتم الحصول عليها في العدسة عندما لا تتقاطع الأشعة نفسها (الخطوط التي تنتشر عبرها طاقة الإشعاع)، ولكن امتدادات الأشعة؛

الصورة الحقيقية هي، على سبيل المثال، صورة فيلم على شاشة السينما. كل نقطة من الفيلم هي نقطة مصدر للضوء، الصورة منها هي نقطة تقاطع الأشعة المنبعثة من المصدر. عند المرور عبر عدسة التجميع يتم الحصول على الصورة الفعلية عندما يكون الجسم على مسافة أكبر من البعد البؤري: د > و . علاوة على ذلك، فهي دائمًا مقلوبة ويمكن أن تكون أكبر أو أصغر حجمًا من النسخة الأصلية (انظر أعلاه).
يتم الحصول على صورة افتراضية إذا كان المصدر أقرب إلى العدسة من تركيزها: دو. وفي هذه الحالة لا يمكن للأشعة الصادرة من أي نقطة أن تتقاطع عند مرورها عبر العدسة، بل تتقاطع امتداداتها.

عند المرور عبر العدسة، يمكن أن تنكسر الأشعة بطرق مختلفة، واعتمادًا على مكان وجود مصدر الضوء، يمكن تمييز صورتها بشكل مختلف. على سبيل المثال، صورة الجسم الذي يقع بين التركيز الرئيسي والمستوى البصري الرئيسي للعدسة المجمعة ستظهر بشكل مباشر وافتراضي ومكبر. ومع ذلك، لا يمكن الحصول على بعض مجموعات أنواع الصور. على سبيل المثال، في العدسة المجمعة، تكون الصورة الحقيقية مقلوبة دائمًا، لكن الصورة الافتراضية لا يتم تقليلها أبدًا.
تعد القدرة على تحديد أنواع الصور التي يتم الحصول عليها في العدسات بمختلف أنواعها إحدى المهارات التي تم اختبارها في امتحان الدولة الموحدة.

يمارس:

يتكون التمرين التفاعلي من 8 أجزاء، والتي تتطلب:

القدرة على تحديد موضع مصدر الضوء النقطي حيث توجد الصورة؛
تحديد نوع الصورة التي تم الحصول عليها في عدسة ذات قوة بصرية موجبة.

لإكمال المهمة، يجب عليك النقر بالتتابع على عنصرين متطابقين من الصورة أو الجدول.

تحميل التمرين

مؤلفو التمارين التفاعلية المميزة بـ © CC-BY-SA هم الأشخاص المشار إليهم في الموقع. التمارين التفاعلية مرخصة إسناد المشاع الإبداعي - المشاركة بالمثل 3.0
الإسناد-المشاركة بالمثل (by-sa)- رخصة الإسناد - الحقوق المتروكة. يسمح هذا الترخيص للآخرين بإعادة مزج العمل ومراجعته والبناء عليه، حتى للأغراض التجارية، طالما أن الإسناد يُنسب إلى المؤلف وأن أعمالهم المشتقة مرخصة بموجب شروط مماثلة. هذا الترخيص هو ترخيص الحقوق المتروكة. جميع الأعمال الجديدة المبنية على ما تم ترخيصه بموجبه سيكون لها ترخيص مماثل، لذلك سيتم السماح بتعديل جميع المشتقات واستخدامها لأغراض تجارية. عند إعادة إنتاج الأعمال الموزعة بموجب هذا الترخيص، يلزم وجود رابط للموقع!

تم تحديث التمرين في 19/06/2013

أسئلة لضبط النفس:

ما أنواع الصور التي يمكن أن تنتجها العدسة المجمعة؟
- حسب الحجم،
- حسب التوجه،
- من حيث "الواقع"؟
تحت أي ظروف سيتم تكبير صورة الجسم؟
هل يمكن للعدسة المكبرة أن تنتج صورة أصغر؟
في أي حالة تكون الصورة ومصدرها بنفس الحجم؟
متى لا توجد صورة في العدسة المجمعة ولماذا؟
ما الفرق بين الصورة الحقيقية والافتراضية لجسم ما في أداة بصرية؟
هل يمكن الحصول على صورة افتراضية ومقلوبة باستخدام عدسة واحدة؟

إن قواعد مسار الأشعة في العدسات الرقيقة، التي تم صياغتها في القسم السابق، تقودنا إلى العبارة الأكثر أهمية.

نظرية الصورة. إذا كانت هناك نقطة مضيئة S أمام العدسة، فبعد الانكسار في العدسة، تتقاطع جميع الأشعة 7 (أو استمراراتها) عند نقطة واحدة S0.

تسمى النقطة S0 صورة النقطة S.

إذا تقاطعت الأشعة المنكسرة نفسها عند النقطة S0، فإن الصورة تسمى حقيقية. ويمكن الحصول عليها على الشاشة، حيث أن طاقة الأشعة الضوئية تتركز عند النقطة S0.

إذا لم تكن الأشعة المنكسرة نفسها هي التي تتقاطع عند النقطة S0، بل استمرارها (يحدث هذا عندما تتباعد الأشعة المنكسرة بعد العدسة)، فإن الصورة تسمى افتراضية. ولا يمكن الحصول عليها على الشاشة، حيث لا تتركز الطاقة عند النقطة S0. ولنتذكر أن الصورة الافتراضية تنشأ بسبب خصوصية دماغنا في استكمال الأشعة المتباينة إلى تقاطعها الوهمي ورؤية نقطة مضيئة عند هذا التقاطع. الصورة الخيالية موجودة فقط في أذهاننا.

تعتبر نظرية الصورة بمثابة الأساس لبناء الصور في العدسات الرقيقة. سنثبت هذه النظرية لكل من العدسة المتقاربة والمتباعدة.

4.6.1 العدسة المجمعة: الصورة الحقيقية للنقطة

أولاً، دعونا ننظر إلى العدسة المجمعة. ولتكن أ هي المسافة من النقطة S إلى العدسة، f البعد البؤري للعدسة. هناك حالتان مختلفتان بشكل أساسي: a > f وa< f (а также промежуточный случай a = f). Мы разберём эти случаи поочерёдно; в каждом из них мы обсудим свойства изображений точечного источника и протяжённого объекта.

الحالة الأولى: أ > و. يقع المصدر النقطي للضوء S بعيدًا عن العدسة عن المستوى البؤري الأيسر (الشكل 4.39).








أرز. 4.39. الحالة a > f: الصورة الحقيقية للنقطة S

لا ينكسر شعاع SO الذي يمر عبر المركز البصري. سنأخذ شعاعًا اعتباطيًا SX، وننشئ نقطة S0 يتقاطع عندها الشعاع المنكسر مع الشعاع SO، ثم نبين أن موضع النقطة S0 لا يعتمد على اختيار الشعاع SX (وبعبارة أخرى، النقطة S0

7 لنتذكر مرة أخرى أن هذا لا ينطبق على جميع الأشعة بشكل عام، بل على الأشعة المجاورة للمحور فقط، أي تلك التي تشكل زوايا صغيرة مع المحور البصري الرئيسي. في القسم السابق، اتفقنا على أننا نأخذ في الاعتبار الأشعة المحورية فقط. قواعدنا الخاصة بمرور الأشعة عبر العدسات الرقيقة تناسبهم فقط.

هو نفسه بالنسبة لجميع الأشعة الممكنة SX). وبذلك يتبين أن جميع الأشعة الصادرة من النقطة S، بعد الانكسار في العدسة، تتقاطع عند النقطة S0، وسيتم إثبات نظرية الصورة للحالة قيد النظر a > f.

سنجد النقطة S0 من خلال بناء المسار الإضافي للشعاع SX. نحن نعرف كيفية القيام بذلك: نرسم المحور البصري الثانوي OP الموازي للحزمة SX حتى يتقاطع مع المستوى البؤري عند

التركيز الجانبي P، وبعد ذلك نرسم الشعاع المنكسر XP حتى يتقاطع مع الشعاع SO عند النقطة S0.

الآن سنبحث عن المسافة b من النقطة S0 إلى العدسة. وسنبين أن هذه المسافة يتم التعبير عنها فقط بدلالة a وf، أي أنها تتحدد فقط من خلال موضع المصدر وخصائص العدسة، وبالتالي لا تعتمد على الشعاع المحدد SX.

دعونا نخفض العمودين SA وS0A0 إلى المحور البصري الرئيسي. لنرسم أيضًا SK موازيًا للمحور البصري الرئيسي، أي عموديًا على العدسة. نحصل على ثلاثة أزواج من المثلثات المتشابهة:

ساو S0 A0 O؛
SXS0 أوب S0 ;

ونتيجة لذلك، لدينا سلسلة المساواة التالية (يشير رقم الصيغة الموجود أعلى علامة التساوي إلى أي زوج من المثلثات المتشابهة تم الحصول على هذه المساواة منه).

أو(4.6)SO

(4.7) إس إكس

(4.8) كورونا

لكن AO = SK = a، OA0 = b، OF = f، لذلك تتم إعادة كتابة العلاقة (4.9) على النحو التالي:

كما نرى، فإن الأمر لا يعتمد حقًا على اختيار شعاع SX. وبالتالي فإن أي شعاع SX بعد انكساره في العدسة سوف يمر عبر النقطة S0 التي أنشأناها، وستكون هذه النقطة صورة حقيقية للمصدر S.

تم إثبات نظرية الصورة في هذه الحالة.

الأهمية العملية لنظرية الصورة هي هذه. طالما أن جميع أشعة المصدر S تتقاطع بعد العدسة عند نقطة واحدة في صورتها S0، فإنه يكفي لبناء الصورة أخذ الشعاعين الأكثر ملاءمة. أي منها بالضبط؟

إذا كان المصدر S لا يقع على المحور البصري الرئيسي، فإن الأشعة التالية تكون مناسبة كأشعة ملائمة:

لا ينكسر الشعاع الذي يمر عبر المركز البصري للعدسة؛

شعاع موازي للمحور البصري الرئيسي بعد انكساره يمر عبر البؤرة. يظهر الشكل بناء الصورة باستخدام هذه الأشعة. 4.40.





أرز. 4.40. تكوين صورة للنقطة S التي لا تقع على المحور البصري الرئيسي

إذا كانت النقطة S تقع على المحور البصري الرئيسي، فلن يتبقى سوى شعاع واحد مناسب يمتد على طول المحور البصري الرئيسي. كالشعاع الثاني عليك أن تأخذ الشعاع "غير المناسب" (الشكل 4.41).

أرز. 4.41. بناء صورة للنقطة S الواقعة على المحور البصري الرئيسي

دعونا ننظر مرة أخرى إلى التعبير (4.10). ويمكن كتابتها في شكل مختلف قليلا، وأكثر من ذلك

لطيف ولا تنسى. لنحرك الوحدة أولاً إلى اليسار:

الآن دعونا نقسم طرفي هذه المساواة على:

تسمى العلاقة (4.12) بصيغة العدسة الرقيقة (أو ببساطة صيغة العدسة). حتى الآن، تم الحصول على صيغة العدسة لحالة العدسة المتقاربة وللعدسة > f. وفي المستقبل، سوف نستمد تعديلات على هذه الصيغة لحالات أخرى.

الآن دعونا نعود إلى العلاقة (4.11). أهميتها تتجاوز حقيقة أنها تثبت نظرية الصورة. ونرى أيضًا أن b لا يعتمد على المسافة SA (الشكل 4.39، 4.40) بين المصدر S والمحور البصري الرئيسي!

هذا يعني أنه بغض النظر عن النقطة M من المقطع SA التي نأخذها، فإن صورتها ستكون على نفس المسافة b من العدسة. وسوف تقع على القطعة S0 A0، أي عند تقاطع القطعة S0 A0 مع الشعاع MO، الذي سيمر عبر العدسة دون انكسار. على وجه الخصوص، ستكون صورة النقطة A هي النقطة A0.

وهكذا نكون قد أثبتنا حقيقة مهمة: صورة المقطع SA هي المقطع S0 A0. من الآن فصاعدا، نسمي الجزء الأصلي، الذي تهمنا صورته، كائنًا ونشير إليه في الرسومات بسهم أحمر. سنحتاج إلى اتجاه السهم لنتمكن من مراقبة ما إذا كانت الصورة مستقيمة أم مقلوبة.

4.6.2 العدسة المجمعة: الصورة الفعلية لجسم ما

دعنا ننتقل إلى النظر إلى صور الأشياء. دعونا نتذكر أننا الآن في إطار الحالة a > f. ويمكن هنا التمييز بين ثلاث حالات نموذجية.

1. و< a < 2f. Изображение предмета является действительным, перевёрнутым, увеличенным (рис. 4.42؛ يشار إلى التركيز المزدوج بواسطة 2F). ويترتب على صيغة العدسة أنه في هذه الحالة سيكون هناك b > 2f (لماذا؟).





أرز. 4.42. و< a < 2f: изображение действительное, перевёрнутое, увеличенное

يتم تحقيق هذا الوضع، على سبيل المثال، في أجهزة عرض الشرائح وكاميرات الأفلام؛ حيث توفر هذه الأجهزة البصرية صورة مكبرة لما هو موجود على الفيلم على الشاشة. إذا سبق لك أن عرضت شرائح، فأنت تعلم أنه يجب إدخال الشريحة في جهاز العرض مقلوبة حتى تبدو الصورة على الشاشة صحيحة، ولا تنتهي مقلوبة رأسًا على عقب.

تسمى نسبة حجم الصورة إلى حجم الجسم بالتكبير الخطي للعدسة ويشار إليها (هذا هو الحرف اليوناني الكبير ¾gamma¿):

أ 0 ب 0 :أ ب

من تشابه المثلثين ABO و A0 B0 O نحصل على:

تستخدم الصيغة (4.13) في العديد من المسائل التي يظهر فيها التكبير الخطي للعدسة.

2. أ = 2و. ومن الصيغة (4.11) نجد أن b = 2f. التكبير الخطي للعدسة حسب (4.13) يساوي الوحدة، أي أن حجم الصورة يساوي حجم الجسم (الشكل 4.43).


أرز. 4.43. أ = 2f: حجم الصورة يساوي حجم الكائن

تشرح البصريات الهندسية العديد من الظواهر البصرية البسيطة، مثل ظهور الظلال وتكوين الصور في الأجهزة البصرية. إنه يجعل من الممكن بسهولة نسبيًا فحص مرور الضوء من خلال أي نظام بصري ويعطيه

القدرة على حل مجموعة واسعة من المشكلات المهمة عمليًا باستخدام وسائل بسيطة.

ومع ذلك، لحل المشكلات الأكثر دقة، مثل توزيع الضوء بالقرب من التركيز أو دقة الأجهزة البصرية، نحتاج إلى الذهاب إلى ما هو أبعد من ذلك. البصريات الهندسيةومراعاة الطبيعة الموجية للضوء. كما ذكرنا سابقًا في الفقرة 33، فإن صورة النجم البعيد في المستوى البؤري لعدسة التلسكوب ليست نقطة، ولكنها بقعة حيود.

البصريات الهندسية والخصائص الموجية للضوء.وفقا لمفاهيم البصريات الهندسية، فإن صورة النقطة على الجسم هي تقاطع شعاع الأشعة. ومع ذلك، بالقرب من نقطة التقاطع هذه، يصبح انحناء سطح الموجة كبيرًا جدًا لدرجة أنه لم يعد من الممكن اعتباره مسطحًا على مسافات بترتيب الطول الموجي. بالقرب من هذه النقاط، من الواضح أن شروط تطبيق البصريات الهندسية غير مستوفاة: لا يمكن جمع التدفق الضوئي عند نقطة واحدة، لأن هذا من شأنه أن يؤدي إلى إضاءة كبيرة بلا حدود، وهو ما لا يحدث في الواقع.

الكاميرا الغامضة.يمكن رؤية المدى الذي تشوه فيه الخصائص الموجية للضوء الصورة التي تنبأت بها البصريات الهندسية في مثال أبسط جهاز بصري - الكاميرا الغامضة.

يظهر جهاز الكاميرا ذات الثقب بشكل تخطيطي في الشكل. 233. هو صندوق به ثقب صغير في أحد جدرانه. إن عمل الكاميرا المظلمة، وكذلك وجود ظلال حادة من أجسام معتمة ذات مصدر ضوء صغير، هي حقائق تشير إلى الانتشار المستقيم للضوء في وسط متجانس.

ومع ذلك، فإن القانون الأساسي للبصريات الهندسية - الانتشار المستقيم للضوء - صالح فقط لأشعة الضوء الواسعة وغير المحدودة. أي تقييد لعرض شعاع الضوء، وهو أمر لا مفر منه في أي جهاز بصري، يؤدي بالضرورة إلى انحرافات عن البصريات الهندسية ومظاهر خصائص موجة الضوء.

أرز. 233. رسم تخطيطي للكاميرا ذات الثقب

يعد اختيار قطر الثقب الأمثل للحصول على الصورة الأكثر وضوحًا للأشياء البعيدة على الشاشة بمثابة بحث عن حل وسط معين بين البصريات الموجية والهندسية. إذا كان الضوء يخضع حقًا لقوانين البصريات الهندسية، فستكون المشكلة تافهة: كلما كان الثقب أصغر، كانت الصورة أكثر وضوحًا. في الواقع، يمكن تقسيم الجسم البعيد عقليًا إلى العناصر الفرديةوتعامل مع كل عنصر كمصدر نقطي. يؤدي وجود ثقب في الجدار الأمامي للكاميرا إلى قطع شعاع الأشعة من المصدر الذي يصل إلى الشاشة. شعاع من الأشعة من جهاز التحكم عن بعد

لكن من المستحيل تقليل الثقب إلى أجل غير مسمى، ليس فقط لأن هذا يقلل من التدفق الضوئي وبالتالي إضاءة الصورة، ولكن أيضًا لأن الطبيعة الموجية للضوء ستبدأ في التأثير عاجلاً أم آجلاً. يؤدي حيود الضوء عن طريق الثقب إلى عدم وضوح الصورة. إذا قمت بتقليل حجم الثقب إلى حجم مماثل للطول الموجي للضوء، فإن الصورة تختفي تمامًا وتصبح الشاشة مضاءة بشكل موحد تقريبًا.

دعونا نقدر حجم بقعة الحيود على الشاشة، والتي يمكن اعتبارها صورة لمصدر نقطي بعيد، في الحالات التي يكون فيها من الضروري استخدام البصريات الموجية. ويمكن القيام بذلك بنفس الطريقة تمامًا كما في الفقرة 33، حيث تم تقدير حجم صورة حيود النجم في التلسكوب. وفقا للصيغة (1) § 33، بالنسبة لزاوية الحيود 0، أي الاتجاه نحو حافة بقعة الحيود المركزية، لدينا

أين هو قطر ثقب الكاميرا الغامضة؟ تحدد هذه الزاوية الحجم الخطي لبقعة الحيود على شاشة الكاميرا ذات الثقب. إذا كانت المسافة من الثقب إلى الشاشة متساوية

من الواضح أنه يجب تقليل حجم الثقب فقط حتى يصبح حجم بقعة الحيود مساويًا لحجم الصورة التي تم الحصول عليها في التقريب البصري الهندسي. إن المزيد من تقليل الثقب لن يؤدي إلا إلى عدم وضوح الصورة، أي إلى تدهور الحدة.

لذلك، يتم تحقيق أفضل وضوح للصورة عندما يكون قطر الثقب وحجم بقعة الحيود متساويين:

عند L = 25 سم للضوء المرئي الحجم الأمثلالثقوب 0.5 ملم.

أشعة متماثلة المركز واللابؤرية من الأشعة.عند تصوير الكائنات في الأجهزة البصرية وفقًا لقواعد البصريات الهندسية، يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن التمويه والتشويه لا ينشأان فقط بسبب الحيود. ويرجع ذلك في المقام الأول إلى انتهاك تجانس أشعة الأشعة. تسمى حزمة الأشعة التي تمر عبر نقطة واحدة متماثلة المركز (الشكل 1).

234). جميع الحزم الخارجة من النقاط الفردية للجسم تكون متجانسة المركز قبل دخول النظام البصري.

عندما تنعكس الأشعة في مرآة مسطحة، يتغير اتجاهها، ولكن تظل الأشعة متجانسة المركز. ويبدو للراصد أن الأشعة المنعكسة من المرآة تخرج من نقطة واحدة A تقع خلف المرآة بشكل متناظر مع النقطة A.

أرز. 234. الحزم المتباعدة (أ) والمتقاربة (6) متجانسة المركز

بعد المرور عبر النظام البصري، تفقد الحزم، كقاعدة عامة، خاصية مركزيتها المتجانسة. يحدث هذا حتى عندما ينكسر الضوء عند واجهة مسطحة بين وسطين. ونتيجة لذلك، يصبح الشعاع الاستجماتيزم. في الحزم الاستجماتيكية (الشكل 235) ، تتقاطع الأشعة الموجودة في قسمين محوريين متعامدين في أماكن مختلفة - على طول جزأين مزاحين على طول الشعاع بمسافة معينة. تحتوي الأسطح الموجية للحزمة الاستجماتيكية المتعامدة مع الأشعة على انحناء مزدوج (أنصاف أقطار مختلفة في الشكل 235) على عكس الحزم المتجانسة المركز ذات الأسطح الموجية الكروية. على الرغم من أنه، بالمعنى الدقيق للكلمة، عند المرور عبر نظام بصري، يتم فقدان خاصية تماثل مركزية الحزم، إلا أنها يتم الحفاظ عليها تقريبًا في الحالة المهمة عمليًا لحزم الأشعة المحورية في الأنظمة البصرية المركزية، أي في الأنظمة التي تتكون من أسطح انكسارية وعاكسة كروية التي يقع مركزاها على خط مستقيم واحد يسمى المحور البصري. تسمى حزم الأشعة مجاورة للمحور إذا كانت الأشعة تشكل زوايا صغيرة مع المحور البصري وتتقاطع مع الأسطح على مسافات من المحور تكون صغيرة مقارنة بنصف قطر انحناء الأسطح. من خلال المرور عبر النظام البصري، تشكل الحزم المحورية من نقاط مختلفة من الجسم صورتها البصرية، بحيث تتوافق كل نقطة من الكائن مع نقطة صورة محددة (الشكل 236).

أرز. 235. شعاع الاستجماتيزم من الأشعة

أرز. 236. تكوين الصورة في النظام البصري

مرآة كروية.يتم تجميع شعاع متوازي من الأشعة الساقطة على مرآة كروية مقعرة، بعد الانعكاس، في بؤرة (الشكل 237 أ). يقع التركيز في منتصف الجزء الذي يربط المركز O لسطح المرآة - المركز البصري - وقمة المرآة P - القطب. البعد البؤري للمرآة هو حيث يقع نصف قطر انحناء المرآة.

لبناء صورة لنقطة تعسفية A في مرآة كروية، من المناسب استخدام الأشعة التالية (الشكل 2376):

أرز. 237. مرآة مقعرة

1) شعاع يمر عبر المركز البصري O؛ يسير الشعاع المنعكس على نفس الخط المستقيم للخلف؛

2) الشعاع الذي يمر عبر التركيز، يكون الشعاع المنعكس موازيا للمحور البصري؛

3) شعاع موازي للمحور البصري. يمر الشعاع المنعكس عبر التركيز

4) حادثة شعاع على عمود المرآة؛ يكون الشعاع المنعكس متناظرًا مع الشعاع الساقط بالنسبة للمحور البصري

ترتبط المسافة من الجسم إلى المرآة والمسافة من المرآة إلى الصورة بالبعد البؤري بالعلاقة

والتي تسمى صيغة المرآة الكروية.

عندما يقع الكائن على مسافات من "z إلى" تكون الصورة مقلوبة بالفعل. صورة كائن يقع بالقرب من التركيز، وهمي مباشر، مكبر. يقع خلف المرآة (الشكل 231 ج). الصيغة (1) صالحة أيضًا في هذه الحالة، إذا كان من المفترض أن تكون المسافة إلى الصورة الافتراضية سالبة

ينعكس شعاع متوازي من الأشعة الساقط على مرآة محدبة كما لو أن جميع الأشعة تترك البؤرة (الشكل 238) الموجودة خلف المرآة على مسافة

أرز. 238. مرآة محدبة

ومهما كان موقع الجسم فإن صورته في المرآة المحدبة تكون صورية مباشرة ومصغرة وتقع خلف المرآة (أقرب إلى البؤرة).

لبناء الصورة، يتم استخدام أشعة مشابهة لتلك المذكورة في المرآة المقعرة. الصيغة (1) صالحة أيضًا للمرآة المحدبة إذا كان البعد البؤري لها سالبًا

دعونا نؤكد مرة أخرى أن القواعد المصاغة لبناء الصور صالحة فقط للأشعة المحورية. في الشعاع العريض، تشكل ثلاثة أشعة زوايا كبيرة مع بعضها البعض ولا تتقاطع عند نقطة واحدة.

العدسات.المحور البصري الرئيسي للعدسة هو خط مستقيم يمر عبر مراكز انحناء الأسطح الكروية التي تربط العدسة. تكون العدسات المتقاربة أكثر سمكًا في المنتصف منها عند الحواف؛ وعلى العكس من ذلك، تكون العدسات المتباعدة أرق في المنتصف (الشكل 239)، عندما يكون معامل انكسار مادة العدسة أكبر من. بيئة. تسمى العدسة رقيقة عندما يكون سمكها ضئيلا مقارنة بنصف قطر انحناء أسطحها والمسافة من الجسم إلى العدسة. في هذه الحالة، تكون نقاط تقاطع الأسطح الكروية للعدسة مع المحور البصري (الشكل 240 أ) قريبة جدًا بحيث يتم اعتبارها نقطة واحدة O، تسمى المركز البصري للعدسة.

أرز. 239. العدسات المتقاربة (أ) والمتباعدة (ب).

يتم جمع شعاع من الأشعة الساقطة على عدسة مجمعة، موازية للمحور البصري، عند بؤرة العدسة (الشكل 240أ). يعتمد البعد البؤري للعدسة على نصف قطر انحناءها

الأسطح الانكسارية ومعامل الانكسار لمادة العدسة. بالنسبة للعدسة ثنائية التحدب، يتم حسابها بواسطة الصيغة

ويفترض أن العدسة موجودة في وسط معامل انكساره يساوي الوحدة (الفراغ، الهواء). إذا كان أحد الأسطح مستويًا، فإن نصف قطر انحناءه يساوي

أرز. 240. (انظر المسح) العدسة المتقاربة

بالنسبة للعدسة المحدبة المقعرة، ينبغي افتراض أن نصف قطر السطح المقعر في الصيغة (2) يكون سالبًا

البعد البؤري يسمى القوة البصرية للعدسة:

يتم التعبير عن القوة البصرية بالديوبتر (Dopters). عدسة ذات 1 ديوبتر، البعد البؤري لها 1 متر.

إذا تم توجيه شعاع من الأشعة الموازي للمحور البصري نحو عدسة من الجانب المقابل، فسوف تتقارب عند نقطة تكون على نفس المسافة من العدسة إذا كان هناك نفس الوسط على جانبي العدسة.

لإنشاء صورة يكون من المناسب استخدام الأشعة التالية (الشكل 240 ب):

1) الشعاع الذي يمر عبر المركز البصري للعدسة دون انكسار؛

2) شعاع موازي للمحور البصري. بعد الانكسار يمر عبر التركيز

3) الشعاع المار بالبؤرة الأمامية F بعد انكساره يكون موازيا للمحور البصري.

يتم جمع شعاع متوازي من الأشعة الساقطة على العدسة بزاوية مع المحور البصري عند نقطة تقع في المستوى البؤري للعدسة (الشكل 240ج).

ترتبط المسافة من الجسم إلى العدسة والمسافة من العدسة إلى الصورة بالبعد البؤري بنفس الصيغة كما في حالة المرآة الكروية:

وتسمى هذه العلاقة صيغة العدسة.

أرز. 241. عدسة منتشرة

إذا كانت المسافة إلى الكائن أكبر من البعد البؤري للعدسة، فإن الصورة مقلوبة بالفعل وتقع على الجانب الآخر من العدسة (الشكل 2406). يتم تصغير الصورة وتكبيرها إذا كانت المسافة إلى الجسم أقل من البعد البؤري، تكون الصورة وهمية مباشرة ومكبرة وتقع على نفس جانب العدسة الذي يوجد به الجسم (الشكل 240 د). الصيغة (3) صالحة أيضًا للصورة الافتراضية إذا كان من المفترض أن تكون المسافة إليها سالبة.

شعاع من الأشعة يسقط على عدسة متباعدة، موازية للمحور البصري، بعد الانكسار يتباعد كما لو كانت الأشعة تترك البؤرة أمام العدسة (الشكل 241أ).

الصورة المتكونة بواسطة عدسة متباعدة يتم تصغيرها بشكل وهمي مباشر لأي موضع للجسم (الشكل 2416). ركز

يتم حساب مسافة العدسة المتباعدة باستخدام نفس الصيغة (2). يتم استبدال نصف قطر انحناء الأسطح المقعرة بعلامة ناقص، وبالنسبة للعدسة المتباينة يتم الحصول عليها القوة البصريةسلبي أيضا. تم العثور على موضع الصورة باستخدام الصيغة (3). لأنه يعطي، أي صورة افتراضية تقع على نفس الجانب من العدسة مثل الكائن.

إن تكوين صورة حقيقية لجسم ما بواسطة عدسة مجمعة يفسر مبدأ تصميم وتشغيل العديد من الأجهزة البصرية، مثل الكاميرا وأجهزة العرض وما إلى ذلك.

آلة تصوير. يتم إنشاء صورة الكائنات التي تم تصويرها في الكاميرا (في الواقع مقلوبة، وعادةً ما يتم تصغيرها) بواسطة العدسة (الشكل 242).

أرز. 242. الكاميرا

تحتوي العدسة الواحدة على انحراف لوني وكروي، والاستجماتيزم وعيوب أخرى؛ ولذلك فإن العدسة عبارة عن نظام متعدد العدسات يتم فيه تصحيح بعض الانحرافات. أسطح العدسات مغلفة بطبقة مضادة للانعكاس، مما يقلل من فقدان الضوء بسبب الانعكاسات. يعتمد عمل الطبقة على ظاهرة تداخل الضوء.

في مستوى الفيلم، يتم الحصول على صور حادة للأشياء الموجودة على مسافة معينة من الكاميرا (النقطة أ في الشكل 242). ويتم التركيز عن طريق تحريك العدسة. يتم الحصول على صور النقاط التي لا تقع في مستوى الهدف (النقطة B في الشكل 242) على شكل دوائر متناثرة. ويتناقص حجم هذه الدوائر عندما تنفتح فتحة العدسة، أي عندما تقل الفتحة النسبية، مما يؤدي إلى زيادة عمق المجال.

ومع ذلك، عندما يتم تقليل فتحة العدسة، يتناقص تدفق الضوء المتضمن في تكوين الصورة، الأمر الذي يتطلب زيادة في سرعة الغالق للتعرض العادي للفيلم. تحدد أكبر فتحة نسبية atlx/P (مع فتح الفتحة بالكامل) فتحة العدسة. نسبة الفتحة تساوي مربع النسبة

جهاز الإسقاط.في جهاز العرض، يتم وضع الجسم (الشريحة D) على مسافة تتراوح من

افعل ذلك من العدسة بحيث يتم إنشاء صورة مقلوبة مكبرة حقيقية على الشاشة E (الشكل 243). زيادة خطية، يساوي النسبةحجم الصورة إلى حجم الجسم، وبالتالي يمكن كتابة النسبة باستخدام صيغة العدسة (3) في الصورة

ويزداد مع زيادة المسافة إلى الشاشة. كلما كان البعد البؤري للعدسة أصغر، كلما زاد التكبير.

يعمل المكثف K والمرآة 3 على التركيز تدفق مضيئةمن المصدر إلى العدسة.

أرز. 243. جهاز الإسقاط

تم تصميم المكثف بحيث تكون الصورة الفعلية لجسم المصدر المضيء الذي يقوم بإنشائه موجودة في فتحة العدسة. يقع المصدر في مركز انحناء مرآة كروية.

أدوات للملاحظات البصرية.الأدوات البصرية المستخدمة للملاحظات البصرية لها خصائصها الخاصة.

يتم تحديد الحجم الظاهري للجسم المعني من خلال حجم صورته على شبكية العين، اعتمادًا على الزاوية التي يُرى بها الجسم. تعريف زاوية الرؤية 0 واضح من الشكل. 244. لا يجوز أن تكون زاوية البصر أقل من قيمة دنيا معينة، تساوي 1 تقريبًا، وإلا فلن تتمكن العين من تمييز نقطتين، أي تراهما منفصلتين.

يمكن زيادة زاوية الرؤية عن طريق تقريب العين من الجسم. بالنسبة للعين العادية، من المنطقي تقريب الجسم بما لا يزيد عن 25 سم، أي إلى مسافة أفضل رؤية، والأكثر ملاءمة لعرض تفاصيل الكائن.

وعلى مسافات أقصر، فإن الشخص ذو الرؤية الطبيعية لا يجد سوى صعوبة في استيعاب عينه. لكن إذا وضعت عدسة مجمعة (عدسة مكبرة) أمام عينك، فيمكن أن يكون الجسم المعني متضررًا بشكل كبير

أرز. 244. زاوية الرؤية

وتقريبها من العين وبالتالي زيادة زاوية الرؤية. تسمى نسبة زاوية الرؤية عند مراقبة جسم ما من خلال جهاز بصري إلى زاوية الرؤية عند المراقبة بالعين المجردة على مسافة أفضل رؤية بتكبير الجهاز.

المكبر.يظهر في الشكل مسار الأشعة عند عرض جسم ما من خلال عدسة مكبرة. 245. يتم وضع جسم أمام العدسة على مسافة أقل بقليل من البعد البؤري. تشكل الأشعة الصادرة من أي نقطة على الجسم، بعد انكسارها في العدسة، حزمة من الأشعة المتباينة، التي تتقاطع استمراريتها عند نقطة واحدة، لتكوين صورة افتراضية. يتم عرض هذه الصورة بالعين الموضوعة مباشرة خلف العدسة المكبرة.

أرز. 245. مسار الأشعة في عدسة مكبرة

عندما يتحرك كائن ما قليلاً بالقرب من التركيز البؤري، يتغير موضع الصورة الافتراضية بشكل ملحوظ، وعندما تتم محاذاة الكائن مع التركيز، فإنه يتحرك عمومًا بعيدًا إلى ما لا نهاية. ومع ذلك، فإن الحجم الزاوي للصورة هو 0، كما يتبين من الشكل 1. 245، لكنه لم يتغير تقريبا. ولذلك، فإن موضع الجسم ليس له أي تأثير تقريبًا على تكبير العدسة المكبرة، ولكنه يؤثر فقط على مكان إقامة العين عند عرض صورة افتراضية. من السهل أن نرى أن تكبير العدسة المكبرة يساوي نسبة المسافة من أفضل رؤية إلى البعد البؤري

عدسة مكبرة بعد بؤري 10 سم تعطي تكبير بعد بؤري 5 سم - تكبير

مجهر.ويستخدم المجهر للحصول على تكبير عالي. يتكون النظام البصري للمجهر (الشكل 246) من هدف معقد متعدد العدسات يبلغ طوله البؤري عدة ملليمترات وعدسة عينية يبلغ طولها البؤري عدة سنتيمترات. تقوم العدسة بإنشاء صورة مكبرة مقلوبة لجسم يقع مباشرة أمام تركيز العدسة. يتم عرض الصورة المتوسطة من خلال العدسة، كما لو كان من خلال عدسة مكبرة. للقيام بذلك، يتم وضع العدسة بحيث تكون الصورة في المستوى البؤري (أو على مسافة أقل قليلاً من المستوى البؤري).

التكبير الموضوعي حيث يكون طول أنبوب المجهر، حيث أن الصورة المتوسطة تقع داخل الأنبوب أمام العدسة العينية، ويكون تكبير العدسة بمثابة العدسة المكبرة. التكبير المجهري العام

لمطابقة النظام البصري للمجهر مع عين الراصد، يجب اختيار البعد البؤري للعدسة العينية (لطول بؤري معين للعدسة) بحيث يكون قطر الشعاع الموازي للأشعة الخارجة من العدسة العينية، المنبعث من نقطة معينة على الجسم يساوي قطر حدقة العين (أو أكبر بأربع مرات منه عند مراقبة الأجسام الساطعة). يفرض هذا الشرط قيودًا على التكبير المسموح به للمجهر عند التكبير العالي، يصبح أصغر من قطر بؤبؤ العين وتقل إضاءة الصورة على شبكية العين.

يتم تحديد الحد الأدنى لحجم تفاصيل الكائن المرئية من خلال المجهر من خلال الطبيعة الموجية للضوء: صورة النقطة المضيئة لها شكل دائرة الحيود. ونتيجة لذلك، لا يمكن تحديد نقاط الجسم التي تكون مسافاتها بترتيب الطول الموجي للضوء. استخدام التكبير فوق 100x يؤدي فقط إلى زيادة في حجم دوائر الحيود المرصودة ولا يكشف عن أي تفاصيل جديدة للكائن.

أرز. 246. المجهر

عند استخدام عدسة مكبرة ومجهر، يتم تحقيق زيادة في زاوية الرؤية عن طريق تقريب الجسم من النظام البصري. لكن في بعض الأحيان يكون من المستحيل الاقتراب من الجسم.

وهذا هو الحال، على سبيل المثال، عند مراقبة الأجرام السماوية. ثم، باستخدام عدسة كبيرة تسمى الهدف، يتم الحصول على صورة حقيقية للجسم البعيد. هذه الصورة أصغر بكثير من الجسم نفسه، ولكن يمكنك تقريب عينك منه وبالتالي زيادة زاوية الرؤية. وهذا يخلق تلسكوبًا بعدسة واحدة. إذا تم عرض هذه الصورة من خلال عدسة مكبرة (تسمى العدسة)، فيمكن تقريب العين من الصورة الفعلية لجسم بعيد وبالتالي زيادة زاوية الرؤية.

يظهر في الشكل مسار الأشعة في أبسط تلسكوب ثنائي العدسات. 247. من كل نقطة من الجسم البعيد، يدخل شعاع من الأشعة متوازي تقريبًا إلى العدسة، مما يعطي صورة لهذه النقطة في المستوى البؤري للعدسة. لتجنب إجهاد عينيك أثناء المراقبة، عادةً ما يتم دمج المستوى البؤري للعدسة المكبرة (العدسة العينية) مع المستوى البؤري للعدسة.

أرز. 247. مسار الأشعة في التلسكوب

ثم يخرج شعاع متوازي من الأشعة الساقط على العدسة من العدسة بشكل متوازي أيضًا.

دع الجسم يرى بالعين المجردة بزاوية ج. تسمى نسبة الزاوية التي يمكن رؤية الجسم بها من خلال التلسكوب إلى الزاوية بتكبير التلسكوب. من الشكل. 247 ومن الواضح أن هذا التكبير يساوي نسبة الأطوال البؤرية للعدسة والعدسة العينية

للحصول على تكبير عالي، تحتاج إلى عدسة ذات تركيز طويل وعدسة عينية ذات تركيز قصير. من خلال تقليل البعد البؤري للعدسة، يمكنك الحصول على تكبير أكبر باستخدام هذه العدسة.

تكبير التلسكوب العادي.ومع ذلك، لا ينبغي عليك دائمًا أن تسعى جاهدة لتحقيق التكبير العالي فقط. وهذا مفيد فقط عندما ننظر إلى جسم ساطع ينبعث منه الكثير من الضوء. وفي حالة الأجسام ذات الإضاءة الخافتة، تختلف المتطلبات. لنفترض أننا لا نفكر في الأجسام النقطية، مثل النجوم، بل الأجسام الممتدة، مثل سطح الكوكب. من الضروري أن تكون إضاءة الصورة التي تم الحصول عليها على شبكية العين عالية قدر الإمكان.

من السهل التحقق من أن إضاءة صورة الجسم الممتد عند ملاحظتها من خلال التلسكوب لا يمكن أن تكون أكبر منها عند ملاحظتها بالعين المجردة. في الواقع، إذا كان تكبير التلسكوب يساوي G، فإن مساحة الصورة على شبكية العين تكون أكبر بعدة مرات من المراقبة بدون تلسكوب. ما هو أقصى تدفق ضوئي يمكن أن يدخل العين عند تكبير معين؟ لا يمكن أن يكون قطر شعاع الأشعة المتوازي الذي يدخل العين أكبر من قطر حدقة العين، كما يتبين من الشكل 1. 248 لا يجوز أن يكون لشعاع الأشعة التي تدخل العين أمام التلسكوب قطر أكبر من

لا يمكن أن يزيد التدفق أكثر من عامل ما يتم ملاحظته بالعين المجردة. لذا فإن كلاً من مساحة الصورة على الشبكية وتدفق الضوء الساقط على هذه المنطقة يزيدان بمعامل اثنين، وإذا كان من الممكن إهمال فقدان الضوء أثناء الانعكاس والامتصاص في العدسات، فإن إضاءة العين الصورة لا تتغير.

أرز. 248. لتحديد التدفق الضوئي الذي يدخل عين الراصد

يتضح من الاعتبارات المذكورة أعلاه أنه للحصول على تكبير معين Γ، ينبغي للمرء استخدام عدسة بقطر معين، والذي يتجاوز قطر حدقة العين بمقدار Γ مرات. إذا أخذنا عدسة ذات قطر أكبر، فسيتم جمع جزء من تدفق الضوء بها، كما يتبين من الشكل. 249، فهو ببساطة لن يدخل في العين. إذا كنت تأخذ عدسة ذات قطر أصغر، فعند نفس التكبير، سينخفض تدفق الضوء الذي يدخل العين وستصبح إضاءة الصورة أقل. ويمكن أيضًا صياغة ذلك بشكل مختلف: بالنسبة للعدسة القطر المعطىبغض النظر عن البعد البؤري، هناك تكبير مثالي معين، وهو ما يسمى عادي. هذا هو أعلى تكبير يتم من خلاله الحصول على صورة بأقصى إضاءة ممكنة.

أرز. 249. نحو تعريف التكبير الطبيعي

وهكذا يشكل التلسكوب وعين الراصد نظامًا واحدًا، يجب أن تكون جميع عناصره متسقة مع بعضها البعض. يؤخذ هذا دائمًا في الاعتبار عند تصميم الأجهزة البصرية. على سبيل المثال، إذا أردنا الحصول على مناظير ميدانية ذات تكبير عشرة أضعاف، فيجب أن يكون قطر العدسات الشيئية أكبر بـ 10 مرات من قطر حدقة العين. إذا أخذنا أن متوسط قطر حدقة العين هو 5 مم، فيجب أن يكون قطر العدسة 5 سم.

قطر بؤبؤ العين ليس قيمة ثابتة؛ يتغير من 6-8 ملم في الظلام الدامس إلى 2 ملم في الضوء ضوء النهار. لذلك، عند العمل باستخدام تلسكوب له قطر عدسة معين، على سبيل المثال 200 مم، يجب عليك دائمًا أن تأخذ في الاعتبار الوضع الذي يحدد حجم حدقة العين. إذا تمت ملاحظة جسم خافت في ليلة مظلمة، عندما يكون قطر حدقة العين 6 مم على الأقل، فمن المستحسن اختيار عدسة عينية بحيث يكون تكبير التلسكوب مساويًا لـ ولكن عند المراقبة أثناء النهار، عندما يكون حدقة العين يبلغ قطرها حوالي 2 مم، فمن المستحسن زيادتها

ثلاثة أضعاف. إذا كان البعد البؤري A لعدستنا متساويًا، ففي الحالة الأولى تكون العدسة ذات البعد البؤري سم مطلوبة، وفي الحالة الثانية - 3 سم.

عند مراقبة الأجسام الممتدة من خلال التلسكوب، يجب أن تسعى جاهدة للتأكد من أن كل الضوء الصادر من الجسم الذي يدخل العدسة بزوايا مختلفة يدخل إلى تلميذ العين. للقيام بذلك، يجب وضع العين على مسافة معينة من العدسة. في الواقع، توفر العدسة العينية، باعتبارها عدسة مجمعة، الصورة الفعلية لإطار عدسة التلسكوب. نظرًا لأنه في التلسكوب، توجد هذه الصورة P دائمًا تقريبًا في المستوى البؤري للعدسة (الشكل 250). ومن الواضح أن الأشعة التي تدخل العدسة من زوايا مختلفة ستمر داخل هذه الصورة. إذا تحقق شرط مطابقة التلسكوب والعين فيكفي وضع حدقة العين في المكان الذي توجد فيه الصورة P من الإطار بحيث تصل جميع الأشعة إلى العين.

نظرًا لأن مثل هذه الصورة لأسطوانة العدسة تقع بعيدًا جدًا خلف العدسة، فمن غير الملائم تقريبًا استخدام هذه التوصية. وللتخلص من هذا العيب، تم تضمين عدسة تجميع أخرى تسمى الجماعية في النظام البصري للتلسكوب. يتم وضعها بين العدسة والعدسة بالقرب من الصورة الحقيقية المتوسطة للكائن. بدون تغيير التكبير الزاوي للنظام بأكمله، تعمل هذه العدسة على تقريب الصورة P لإطار العدسة من العدسة وبالتالي تسمح بوضع العين مباشرة خلف العدسة.

أرز. 250. عند المراقبة من خلال التلسكوب، يجب أن تكون العين قريبة من صورة إطار العدسة P.

يتمثل دور هذه العدسة الإضافية في زيادة مجال الرؤية وفي هذا الصدد فهي تشبه مكثف جهاز العرض. من الناحية الهيكلية، عادة ما يتم وضع المجموعة في نفس الإطار مع العدسة.

تنتج التلسكوبات الفلكية صورة مقلوبة. إن مناظير الإكتشاف الأرضية تشبه في الأساس التلسكوبات الفلكية، إلا أن صورها يجب أن تكون صحيحة. لقلب الصورة، يمكنك استخدام المنشورات، كما هو الحال في المنظار الميداني، أو العدسات الإضافية.

تشويه المنظور وثلاثية الأبعاد للصورة.عند مراقبة الفضاء من خلال التلسكوب ذو التكبير العالي

يحدث تشويه قوي للمنظور: تبدو المسافات المرئية أقل عمقًا إلى حد كبير. الأجسام الموجودة على مسافات مختلفة تبدو وكأنها على نفس المسافة، والأشياء ثلاثية الأبعاد تبدو مسطحة بقوة. نفس التشوهات متأصلة في الصور الملتقطة بعدسة طويلة (عدسة مقربة).

يزداد الإحساس بحجم المشهد المكاني بشكل كبير عند المشاهدة بكلتا العينين. ويرجع ذلك إلى اختلاف المنظر: حيث ترى إحدى العينين الأشياء من نقطة مختلفة قليلاً عن الأخرى. ولذلك، يحاولون في المناظير الميدانية فصل المحاور البصرية للتلسكوبين اللذين يشكلانه قدر الإمكان، و"تكسير" هذه المحاور بمساعدة منشورات الانعكاس الكلي. يتم تحقيق تأثير أكبر لزيادة الحجم في أنبوب الاستريو، وهو في الأساس مناظير مزدوجة.

التكبير الطبيعي والحد الحيود.نظرًا للطبيعة الموجية للضوء، فإن صورة نقطة بعيدة في المستوى البؤري لعدسة التلسكوب، كما هو موضح بالفعل، لها شكل بقعة حيود. يمكن حل صور نقطتين في المستوى البؤري للعدسة إذا كانت المسافة الزاوية بينهما، على النحو التالي من الصيغة (3) § 33، لا تقل عن القيمة التي ينبغي اختيارها للتلسكوب من أجل الحصول على كامل استخدام قوة حل العدسة؟

دع المسافة الزاوية بين نقطتين بعيدتين تكون مساوية تمامًا للقيمة المحددة التي لا يزال بإمكان عدسة التلسكوب تحليلها. وفي التلسكوب ذو التكبير G ستكون هذه النقاط مرئية بزاوية معينة، ولكي تدرك العين هذه النقاط على أنها منفصلة، يجب ألا تقل هذه الزاوية عن الزاوية التي تستطيع العين رؤيتها. لذلك أين

تتوافق علامة المساواة في هذا التعبير مع التكبير الطبيعي، حيث يتم استخدام تدفق الضوء الداخل إلى عدسة التلسكوب بشكل أكثر فعالية. عند التكبير الأقل من الطبيعي، كما رأينا، يتم استخدام جزء فقط من العدسة، مما يؤدي إلى انخفاض الدقة. يعد استخدام التكبيرات الأكبر من المعتاد أمرًا غير عملي، لأنه في هذه الحالة لا تزداد دقة النظام بأكمله، التي يحددها حد دقة العدسة، وتنخفض إضاءة الصورة على شبكية العين، كما هو موضح أعلاه.

الأحجام الزاوية لجميع النجوم تقريبًا أصغر بكثير من الأحجام الزاوية التي تم تحديدها حتى لأكبر التلسكوبات. ولذلك، فإن صورة النجم الموجود في المستوى البؤري لعدسة التلسكوب لا يمكن تمييزها عن صورة مصدر الضوء النقطي وهي عبارة عن دائرة حيود. ومع ذلك، فإن قطر هذه الدائرة صغير جدًا لدرجة أنه عند استخدام التكبير العادي، فإنه يشبه نفسه

فالنجم، بالنسبة للعين، لا يمكن تمييزه عن مصدر الضوء النقطي: حجم بقعة الحيود على شبكية العين لا يعتمد على ما إذا كان النجم يتم ملاحظته من خلال التلسكوب أو مباشرة. إذا كان التلسكوب لا يستطيع تمييز نجم من مصدر نقطي، فما هي ميزته في رصد النجوم مقارنة بالعين المجردة؟

والحقيقة هي أنه من خلال التلسكوب يمكنك رؤية النجوم الخافتة جدًا والتي تكون غير مرئية عمومًا بالعين المجردة. وبما أن حجم صورة حيود النجم على شبكية العين لا يتغير عند استخدام التلسكوب، فإن إضاءة هذه الصورة تتناسب مع تدفق الضوء الذي يدخل العين. لكن عند استخدام التلسكوب يكون هذا التدفق أكبر بعدة مرات من تدفق الضوء الذي يمر عبر حدقة العين المجردة، وكم مرة تكون مساحة فتحة العدسة أكبر من مساحة حدقة العين .

حول حل المشكلات.هناك العديد من التحديات المختلفة التي ينطوي عليها انتشار الأشعة الضوئية في ظل ظروف مختلفة وتكوين الصور في الأنظمة البصرية. دون الخوض في هذه المسألة، نشير فقط إلى أن حلها في إطار البصريات الهندسية يتلخص في تطبيق قوانين انعكاس وانكسار الضوء، الانشاءات الهندسيةمسار الأشعة، وكذلك استخدام الصيغ المذكورة أعلاه لمرآة كروية وعدسة رقيقة. في الواقع، يقتصر حل هذه المشكلات، كقاعدة عامة، على التطبيق المتسق لمعلومات معينة من الهندسة. في بعض الحالات، يمكن أن تساعد المبادئ الفيزيائية العامة في حلها، على سبيل المثال، اعتبارات التماثل، وعكس مسارات الأشعة، ومبدأ فيرما، وما إلى ذلك.

أساسيات القياس الضوئي.أعلاه، دون شرح مفصل، استخدمنا بالفعل مرارا وتكرارا خصائص الطاقة للإشعاع الضوئي، مثل الإضاءة، والتدفق الضوئي. دراستهم هي موضوع القياس الضوئي.

أرز. 251. كفاءة الإضاءة الطيفية (منحنى الرؤية)

المفهوم الرئيسي هنا هو تدفق الإشعاع، أي إجمالي الطاقة المنقولة الإشعاع الكهرومغناطيسي. تختلف حساسية العين للإشعاع ذي الأطوال الموجية المختلفة: فهي تصل إلى الحد الأقصى في المنطقة الخضراء من الطيف وتنخفض بسلاسة إلى الصفر عند الانتقال إلى الأشعة تحت الحمراء (نانومتر) والأشعة فوق البنفسجية (نانومتر) (الشكل 251). تسمى قوة الإشعاع البصري، المقدرة بالإحساس البصري، بالتدفق الضوئي F.

يعتبر مصدر الضوء مصدرًا نقطيًا إذا كان يرسل الضوء بالتساوي في جميع الاتجاهات وكانت أبعاده أصغر بكثير

المسافات التي يتم تقييم عملها. يتم قياس شدة الإضاءة I لمصدر من خلال التدفق الضوئي المنتشر من المصدر ضمن زاوية صلبة قدرها ستراديان واحد: إجمالي التدفق الضوئي المنتشر في جميع الاتجاهات (أي في الزاوية الصلبة يرتبط بكثافة الإضاءة بالعلاقة

الوحدة الأساسية لكميات الضوء (الضوئية) هي وحدة شدة الإضاءة (كانديلا). هذه هي شدة الإضاءة لمصدر معين، مقبولة كمعيار بموجب اتفاقية دولية. وحدة التدفق الضوئي، التجويف، هي التدفق الضوئي من مصدر شدة الإضاءة 1 كانديلا، ينتشر على زاوية صلبة قدرها 1 ستيراديان.

أرز. 252. الإضاءة السطحية الناتجة عن مصدر نقطي

الإضاءة E لسطح ما هي نسبة التدفق الضوئي F الحادث على مساحة معينة من السطح إلى مساحة هذه المنطقة: وحدة الإضاءة هي لوكس. الإضاءة تساوي واحد لوكس، إذا كان واحدا متر مربعيتلقى السطح المضاء بشكل موحد تدفقًا قدره لومن واحد. تتناسب إضاءة السطح المتعامد مع الأشعة القادمة من المصدر (النقطة A في الشكل 252) عكسًا مع مربع المسافة من المصدر:

تعتمد إضاءة السطح مع حدوث مائل للأشعة (النقطة B في الشكل 252) على زاوية الإصابة أ:

هنا المسافة من المصدر إلى نقطة المراقبة - ارتفاع المصدر فوق السطح المستوي المضيء. في حالة وجود عدة مصادر مستقلة (غير متماسكة)، فإن إضاءة أي سطح تساوي مجموع الإضاءة الناتجة عن كل مصدر على حدة.

لقياس الإضاءة، يتم استخدام أجهزة خاصة - مقاييس الضوء، والتي يمكن أن يعتمد تشغيلها على مبادئ فيزيائية مختلفة. أحد أنواع أجهزة قياس الضوء هو مقياس التعرض للصور، والذي يستخدم لتحديد التعرض عند التقاط الصور.

ما هي القيود التي تفرضها الطبيعة الموجية للضوء على إمكانية تطبيق مفاهيم البصريات الهندسية؟

لماذا في الكاميرا ذات الثقب، عندما يتم تقليل حجم الثقب، تزداد حدة الصورة أولاً ثم تبدأ في الانخفاض حتى تصبح غير واضحة تمامًا ويتم الحصول على شاشة مضاءة بشكل موحد؟

عند أي قطر للثقب في الكاميرا ذات الثقب ستكون الصورة أكثر وضوحًا؟

أثبت أن شعاع الأشعة المنبعث من نقطة واحدة يتوقف عن أن يكون متجانس المركز بعد انكساره عند حد مسطح.

تحت أي ظروف يمكن اعتبار الأشعة التي تمر عبر نظام بصري مجاورة للمحور؟

أثبت أن البعد البؤري لمرآة كروية مقعرة يساوي نصف نصف قطر تقوسها.

اشرح لماذا نرى صورًا مميزة للأشياء في مرايا منحنية عشوائيًا (تذكر "غرفة الضحك")، على الرغم من وجود أشعة غير محورية بشكل واضح هنا. ما الذي يسبب التشوهات الهندسية في الصور في هذه الحالة؟

بناء صور للكائن الذي تم إنشاؤه عدسة رقيقةلاختلاف مواضع الجسم بالنسبة للعدسة والتحقق من صحة الأقوال الواردة في نص هذه الفقرة دون إثبات.

اشرح لماذا عند فتح عدسة الكاميرا يزداد عمق مجال الرؤية؟

ما الذي يحدد أقصى تكبير يمكن تحقيقه للمجهر الضوئي؟

ما هو تكبير التلسكوب الطبيعي؟ لماذا من غير المناسب استخدام درجات تكبير أكبر من المعتاد عند ملاحظة الأجسام الممتدة؟

اشرح سبب استحالة زيادة إضاءة الصورة المرصودة لجسم ما باستخدام نظام بصري.

اشرح التشابه بين مكثف جهاز الإسقاط والعدسة الجماعية للتلسكوب.

لماذا يتناقص عمق المجال عند المراقبة من خلال عدسة مكبرة أو مجهر، أي أن الأشياء الموجودة على نفس المسافة تقريبًا تكون مرئية بوضوح في نفس الوقت؟ لماذا يحدث التأثير المعاكس في نطاق الإكتشاف أو المنظار؟

لماذا يتشوه المنظور بشكل كبير عند المراقبة بالمنظار؟ وصف وشرح تأثير كون المنظار "مقلوبًا" عند النظر إليه من الجانب الخلفي.

لماذا يمكنك رؤية النجوم الساطعة من خلال التلسكوب حتى أثناء النهار؟ ناقش هذا الموضوع من حيث إضاءة صورة النجمة والخلفية (السماء الزرقاء).

أظهر أن الصيغتين (10) و(11) للإضاءة السطحية تتبعان مباشرة من تعريفات الإضاءة والتدفق الضوئي وشدة الإضاءة.

صورة حقيقية

في الممارسة العملية، غالبا ما يقومون بتغيير حجم صورة الكائنات وإسقاطها على بعض السطح.

صورة حقيقيةيتم إنشاؤه عندما تتجمع الأشعة الخارجة من نقطة واحدة في الجسم في نقطة واحدة، بعد كل الانعكاسات والانكسارات.

صورة افتراضية- شيء يمكن رؤيته بالعين. في هذه الحالة، تتوافق كل نقطة من الجسم مع شعاع من الأشعة الخارجة من النظام البصري، والتي إذا امتدت للخلف في خطوط مستقيمة، فإنها ستتقارب عند نقطة واحدة؛ يبدو أن الشعاع يخرج من هناك. يتم إنشاء الصورة الافتراضية بواسطة الأنظمة البصرية مثل المناظير والمجاهر والعدسات السلبية أو الإيجابية (النظارات المكبرة) وكذلك المرآة المسطحة.

ملحوظات

الأدب

الموسوعة الفيزيائية، المجلد الثاني. م.، "الموسوعة السوفيتية"، 1990. (مقالة "صورة بصرية".)
يافورسكي بي إم، ديتلاف أ.دليل الفيزياء. - م: "العلم"، أد. شركة "Phys.-mat. مضاءة." ، 1996.
سيفوخين د.دورة الفيزياء العامة. بصريات. م.، العلوم، 1985.
فولوسوف د.البصريات الفوتوغرافية. م.، "إيسكوستفو"، 1971.

أنظر أيضا

مؤسسة ويكيميديا.

تعرف على "الصورة الحقيقية" في القواميس الأخرى:

انظر الفن. الصورة الضوئية... الموسوعة الفيزيائية

- (انظر الصورة البصرية). القاموس الموسوعي المادي. م: الموسوعة السوفيتية. رئيس التحرير أ.م.بروخوروف. 1983... - (انظر الصورة البصرية). القاموس الموسوعي المادي. م: الموسوعة السوفيتية. رئيس التحرير أ.م.بروخوروف. 1983. صورة فيماري...

انظر المقال الصورة البصرية. * * * الصورة الفعلية الصورة الفعلية، انظر الفن. الصورة البصرية (انظر الصورة البصرية) ... انظر الصورة البصرية. * * * صورة VIMARY صورة VIMARY، انظر الصورة البصرية (انظر الصورة البصرية) ...

صورة حقيقية- Realusis vaizdas Statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. صورة حقيقية؛ الصورة الحقيقية فوك. ريليس بيلد، ن؛ Wirkliches Bild، n rus. صورة حقيقية، ن؛ الصورة الحقيقية، ن برانك. الصورة الحقيقية، f … Fizikos terminų žodynas

الموسوعة السوفيتية الكبرى يتشكل الجسم (الذي تدركه العين كجسم) من تقاطعات الامتدادات الهندسية لأشعة الضوء التي تمر عبر النظام البصري في اتجاهات معاكسة للمسار الفعلي لهذه الأشعة. انظر الصورة للتفاصيل... ...

انظر الفن. الصورة الضوئية...

صورة تم الحصول عليها نتيجة مرور الأشعة المنتشرة من جسم ما عبر نظام بصري، مما يعيد إنتاج معالمه وتفاصيله. عملياً باستخدام I.o. الاستفادة من إمكانية تغيير حجم صور الكائنات... ... - (انظر الصورة البصرية). القاموس الموسوعي المادي. م: الموسوعة السوفيتية. رئيس التحرير أ.م.بروخوروف. 1983. صورة فيماري...