A. Instrumente optice care dau imagini virtuale PDF Imprimare Email

 

Lupa


Relativ puternice, lentilele convexe sunt adesea folosite ca lupe. Lupa este alcatuita dintr-o lentila convergenta cu distanta focala de cativa centimetri. Lupa se foloseste pentru a mari obiecte. Ea da o imagine virtuala, dreapta si marita a obiectului. Acesta se afla intre lentila si focar. Lupa trebuie tinuta cat mai aproape de ochi.


Lupa
Lupa
Prima intentie de marire a unui obiect a aparut acum aproape 2000 de ani in urma. Vechile documente grecesti si romane descriu cum un vas rotund de sticla umplut cu apa poate fi folosit pentru a mari obiecte. Lentilele de sticla au aparut mult mai tarziu si au fost folosite probabil prima data in anii 1000 de calugarii care scriau manuscrise. Dupa anii 1200 , ochelarii cu lentile slabe au inceput sa fie folositi pentru a corecta hipermetropia. Dar numai prin anii 1400 s-a descoperit tehnica fabricarii ochelarilor cu lentile concave pentru a corecta miopia.


Microscopul


Microscop
Microscop
Microscopul utilizeaza doua lentile convergente : obiectivul (cu o distanta focala de sub un centimetru) si ocularul (cu o distanta focala de cativa centimetri). Cele doua lentile convergente sunt separate de o distanta mult mai mare decat distantele focale.
Lupa este adeseori numita microscop simplu, pentru ca este utila in observarea obiectelor mici. Pentru o marire accentuata cu un minimum de deformare a imaginii este folosit un sistem de doua sau mai multe lentile. Un astfel de dispozitiv este numit microscop compus.


Cel mai simplu microscop compus contine doua lentile convexe. Imaginea marita de lentilele obiective este marita mai departe de lentilele ocheanului. Ca si la telescopul astronomic, imaginea este rasturnata, dar acest lucru nu este important la vizualizarea unor monstre minuscule. Multe microscoape compuse au o gama de lentile obiective de diferite puteri.

Luneta


Luneta
Luneta
Luneta este un instrument optic alcatuit din mai multe lentile si prisme dispuse intr-un tub; ea serveste- in astronomie, in topografie, in tehnica militara etc.- la observarea obiectelor foarte indepartate. Cel care a introdus folosirea lunetei in astronomie este Galileo Galilei. Dar la aparitia si perfectionarea lunetei au contribuit multi inventataori ai epocii, mai ales ca instrumentul era deja cunoscut si utilizat, intr-o forma primitiva, in Olanda si Franta.

Telescopul


Cand lupele au ajuns la indemana oricui s-a incercat sa se foloseasca cate doua lupe, una peste alta, pentru a obtine o marire mai mare. In timp ce se experimenta acest lucru, cineva a descoperit ca o distanta corespunzatoare intre lentile poate determina imagini marite ale obiectelor de la distanta. Un asemenea aranjament de lentile a pus baza primului telescop. Inventia telescopului se datoreaza filozofului englez Roger Bacon, care a trait in anii 1200. Dar este posibil ca aceasta inventie sa fi fost facuta mai devreme de oameni de stiinta arabi.


Luneta a deschis calea inventarii telescopului, teoria acestuia fiind facuta in 1663 de matematicianul si astronomul scotian James Gregory (1638 - 1675). Cateva telescoape s-au fabricat in 1720, dar a fost nevoie de o perioada de maturizare de inca circa 60 de ani pentru ca opticienii sa poata pune la punct tehnica de producere a lentilelor si oglinzilor de buna calitate, iar aparatura optica de observatie stiintifica sa faca intr-adevar un mare salt. Problema construirii de oglinzi cu diametru cat mai mare, care sa fie slefuite cu foarte mare precizie, este esentiala pentru producerea de telescoape cu rezolutii si mariri bune, pentru observatii astronomice. In secolul al XVIII-lea s-au facut numeroase cercetari pentru obtinerea unor aliaje metalice potrivite pentru fabricarea oglinzilor de telescop.


Astronomul anglez William Herschel a pus la punct constructia telescoapelor si slefuirea oglinzilor metalice. Ca amator, a realizat numeroase telescoape si a descoperit, cu ajutorul lor planeta Uranus si doi sateliti ai ei, apoi doi sateliti ai lui Saturn. Pe urma, cu un telescop a carui oclinda avea distanta focala de 16 m si diametrul de 122 cm, el a descoperit la 24 octombrie 1788, cel de-al saselea satelit al planetei Saturn.
Telescoapele s-au dezvoltat in epoca moderna, ajungand la dimensiuni impresionante si puteri de separare a detaliilor, foarte mari. Astfel, la observatorul astronomic de pe muntele Palomar in S.U.A. a fost instalat un telescop, avand o oglinda cu diamterul de 5m.


O data cu intrarea in epoca cu satelitii artificiali si ai explorarii Cosmosului de catre om, s-a pus problema utilizarii telescoapelor in afara atmosferei terestre, astfel incat imaginile astronomice sa nu fie influentate de aberatiile produse cand lumina strabate un mediu neomogen. In acest scop a fost lansat in S.U.A., pe orbita in jurul pamantului un satelit artificial in care a fost instalat telescopul „Hubble”, ce furnizeaza imagini deosebit de clare colectate de la planete si din diferite zone ale Universului. Telescoapele moderne au permis extinderea limitei la care poate privi omul in Cosmos pana la circa 15 miliarde de ani lumina, practic limita Universului nostru, asa cum rezulta din teoriile moderne privind aparitia si evolutia lumii noastre.


Chiar şi azi oamenii de ştiinţă continua să se bazeze pe telescop în studierea stelelor , nebuloaselor şi galaxiilor aflate la mare distanta. Majoritatea telescoapelor funcţionează colectând lumina emisă de stele sau reflectată de suprafaţa planetelor . Acestea se numesc telescoape optice . Ele folosesc o lentilă curbă sau o oglindă sferică sau parabolică pentru a colecta razele de lumină şi a le trimite spre o lentilă mică plasată în focar care face posibilă observarea obiectului.


În cercetările astronomice se aşează lângă focar camere de luat vederi pentru a înregistra imaginile adunate de telescop.
Lumina vizibilă adunată de telescop e descompusă în radiaţiile componente cu ajutorul unui spectroscop, în acest fel obţinându-se informaţii despre temperatura obiectului, mişcare, compoziţie chimică sau prezenţa unor câmpuri magnetice. Multe telescoape sunt construite în observatoare astronomice în jurul Pamântului dar numai undele radio, lumina vizibilă şi radiaţia infraroşie pot penetra atmosfera Pământului şi pot ajunge la suprafaţa planetei.


Pentru a depăşi această problemă au fost lansate în spaţiu telescoape care pot colecta unde din alte regiuni ale spectrului electromagnetic.


Telescopul este de doua feluri : de refractie (cand lumina este captata de obiectivul aflat la capatul unui tub optic ce formeaza imaginea in planul sau focal.Aceasta imagine devine obiect pentru ocular care va forma imaginea finala, virtuala marita ) si de reflexie ( cand este utilizata ca principal element optic o oglinda concava. Lumina nu traverseaza lentilele, ci este reflectata de un sistem de oglinzi).

Refractorul lui Galileo Galilei


Telescopul
Telescopul
Un telescop construit in 1608 de opticianul olandez Hans Lippershey a atras atentia omului de stiinta italian Galileo, care a realizat cat de util ar fi acesta in astronomie. Galileo a imbunatatit rapid modelul lui Lippershey si a inceput sa construiasca o serie din ce in ce mai mai buna de telescoape. Cu ele, el a facut o serie de descoperiri, incluzand muntii si vaile de pe luna si patru din lunile lui Jupiter.


Dupa ce descoperirea lui Galileo a aratat cat de important este telescopul, modelul folosit de el a devenit cunoscut ca fiind telescopul lui Galileo. Lentilele lui convexe adunau lumina de la obiecte, facandu-le astfel vizibile. Iar lumina concava a ocheanului inclina razele de lumina incat forma o imagine marita si verticala. Lentilele erau montate in tuburi, una alunecand in cealalta. Aceasta a permis ca separarea dintre lentile sa poata fi ajustata pentru focalizarea imaginii. Acest tip de telescop sta la baza binoclului modern.

Reflectorul lui Newton


Telescopul
Telescopul
Una din problemele telescopului refractar era ca din cauza unui defect de lentila numit aberatie cromatica, se producea o margine colorata nedorita in jurul imaginii. Ca sa elimine aceasta problema omul de stiinta englez Isaac Newton a proiectat un telescop reflexiv, in 1660. In locul lentilei obiective a folosit o lentila concava care colecta lumina si forma o imagine care nu mai avea acea margine colorata nedorita. O oglinda plata reflecta lumina intr-o lentila convexa aflata in ochean si montata pe latura tubului principal. Acest tip de telescop este cunoscut ca telescopul lui Newton si este folosit de astronomii amatori.

Telescoape refractatoare


Acestea folosesc o lentilă de sticlă pentru a forma imaginea în focar . Lentila este convexă iar puterea de a aduna razele de lumină a unui astfel de telescop este proporţională cu mărimea obiectivului . Aceste telescoape sunt împiedicate de aberaţii cromatice care cauzează venirea fiecărei culori într-un focar diferit pentru că fiecare culoare are propriul său unghi de refracţie. O altă limitare fundamentală a acestor telescoape este faptul că lentilele cu diametre mai mari de 1 metru sunt impractice deoarece cântăresc mai mult de jumătate de tonă şi se prăbuşesc sub propria lor greutate. Acestea nu pot fi sprijinite de dedesupt ca oglinzile.

Telescoape reflectătoare


Interferometrul optic
Interferometrul optic
Acestea folosesc o oglindă concavă pentru a aduna razele de lumină şi formează imaginea într-un focar aflat deasupra oglinzii. Telescoapele reflectătoare sunt în special folositoare pentru a aduna lumina de la obiecte intunecate. Sensibilitatea luminii unui astfel de telescop creşte cu pătratul diametrului oglinzii telescopului . Rezoluţia unui telescop optic creşte cu mărimea oglinzii sau a lentilei dar atmosfera terestră impune o limită acestei rezoluţii pentru că înceţoşează razele de lumină . Acest efect face ca stelele să licărească noaptea. Cu ajutorul calculatoarelor astronomii pot filtra aceste raze .


Interferometrele optice sunt folositoare pentru a vedea obiecte stralucitoare dar foarte apropiate cum ar fi stelele duble.