Instrumente optice

Instrumente optice

Instrumentele optice sunt sisteme centrate, formate din lentile, oglinzi i diafragme utilizate pentru a se obine imagini ale diferitelor obiecte sau pentru a mbunti condiiile de observare ale acestora.

Principalele pri component ale unui instrument optic sunt:

Obiectivul ndreptat spre obiectul de cercetat.

Ocularul ndreptat spre ochiul observatorului.

Obiectivul este un sistem optic convergent ce formeaz o imagine real a obiectului. Aceast imagine constituie obiectul pentru lentila ocularului, care va da imaginea definitiv, preluat de ochiul observatorului

Din punct de vedere al naturii imaginilor, instrumentele optice se clasific n: instrumente care dau imagini reale: ochiul, aparatul fotografic si aparatul de proiectii. Aceste imagini pot fi prinse pe un ecran de proiectie, pe o placa sau pe un film fotografic. instrumente care dau imagini virtuale. Fiind folosite, de obicei, pentru examinarea directa, cu ochiul, a obiectelor, aceste instrumente sunt formate din doua parti: un obiectiv indreptat spre obiectul de cercetat si un ocular indreptat spre ochiul observatorului. Obiectivul este un sistem optic convergent si formeaza o imagine reala a obiectului. Aceasta imagine joaca rolul de obiect pentru ocular care va da imaginea definitiva, virtuala, "preluata" de ochiul observatorului.

Un instrument optic se caracterizeaz prin mrimi care permit compararea ntre dou instrumente de acelai tip i deci s se aleag cel ce ndeplinete anumite cerine. Aceste mrimi sunt:

Mrirea este caracteristica specific instrumentelor optice care dau imagini reale. Mrirea liniar transversal este definit prin raportul dintre o anumit dimensiune liniar a imaginii (de obicei, lungimea ei) i dimensiunea corespunztoare a obiectelor. unde: - dimensiunea obiectului

- dimensiunea nlimii

Puterea optic este caracteristica specific instrumentelor optice care dau imagini virtuale, observabile cu ajutorul ochiului (valoarea sa depinde de poziia obiectului). unde: - tangenta unghiului sub care se vede prin instrument

obiectul

- dimensiunea obiectului Grosismentul (mrirea unghiular) este utilizat tot pentru caracterizarea instrumentelor optice care dau imagini virtuale unde: - tangenta unghiului sub care se vede obiectul privit

cu ochiul liber aezat la distana optim de vedere clar.

Puterea separatoare este capacitatea instrumentului de a forma imagini distincte, separate, a dou puncte vecine ale obiectului. Cu ct valoarea sa este mai mare, cu att pot fi distinse puncte mai apropiate ale obiectului.

LUPA

Lupa este un sistem optic simplu, constnd din una sau mai multe lentile cu distan focal relativ mic (ntre 10 i 100mm). Lupa se aeaz ntre obiect i ochi. Obiectul, de lungime y(, se afl n apropierea focarului astfel nct imaginea virtual, de lungime y2 s se afle la distana vederii clare de 25 cm. Lupele folosite curent au grosismentul cuprins ntre 2,5 si 25.

Obinerea imaginii virtuale, mrite cu ajutorul lupei

MICROSCOPUL

Un microscop este un instrument optic de mare precizie, care folosete o combinaie de lentile, pentru a produce imagini mult mrite ale unor obiecte de mici dimensiuni, de regul mult prea mici pentru a le observa cu ochiul liber. El ne-a deschis o lume ntreag, invizibil ochilor notrii. Prile componente ale unui microscop

Mersul razelor de lumin ntr-un microscop

Primul microscop a fost fabricat de opticianul olandez Zacharias Janssen, n jurul anului 1590. n 1609 Galileo a mbuntit microscopul adugnd un instrument de focalizare a luminii.

Anton von Leeuwenhoek este considerat printele microscoapelor datorit transformrilor pe care le-a adus n design-ul i n domeniul de utilizare al microscopului. Acesta lucra ucenic ntr-un magazin n care lentilele de mrire erau folosite pentru a observa estura hainelor. Anton a fost inspirat de aceste lentile i a nvat singur metode noi de finisare pentru lentile mici care mreau de pn la 270 ori. Anton a fost primul care a putut vedea i descrie bacterii, mucegaiuri, plante sau viaa dintr-o pictur de ap.

TELESCOPUL

Un telescop este un instrument care colecteaz lumina de la un obiect ndeprtat, o concentreaz ntr-un punct (focar) i produce o imagine mrit. Dup principiul de funcionare exist dou tipuri principale de telescoape optice: reflector i refractor. n telescopul reflector imaginea este observat de o oglind ntr-un sistem de prisme i apoi la o lentil ocular, aezat de obicei pe partea lateral a instrumentului. n telescopul refractor se folosete refracia n lentile.

Mersul razelor de lumin printr-un telescop (a) telescop reflector i (b) telescopul refractor

Telescopul construit de Galilei n 1609

Principiul optic al telescopului a fost descris pentru prima oar de cercettorul britanic Roger Bacon n secolul 13. Invenia telescopului i este atribuit magicianului olandez Hans Lippershey n anul 1608, cnd a descoperit c un obiect deprtat aprea mai apropiat cnd era vizionat printr-o lentil concav i o lentil convex inut n faa ei. El a montat lentilele ntr-un tub pentru a construi primul telescop. Tehnicile de lustruire a sticlei cunoscute nc din secolul 13 au fcut uoar construirea i dezvoltarea telescopului. Istoricii spun c, Galileo Galilei a folosit pentru prima oar telescopul pentru a observa obiectele cereti. Acesta a folosit n 1609 un telescop fcut de el nsui cu care putea mri obiectele de 20 de ori.

Construcia telescopului a fcut un pas important n secolul 17, cnd astronomul scoian James Gregory a inventat telescopul reflector. Isaac Newton a fost primul care a construit un astfel de telescop n 1688. La mijlocul secolului 18 astronomul irlandez William Parson a construit un telescop de 180 cm n Irlanda, care a rmas cel mai mare telescop din lume pn la construirea telescopului Hooker de 254 cm de pe muntele Wilson n SUA.PERISCOPULPeriscopul este un instrument optic alctuit din lentile, oglinzi, i/sau prisme cu ajutorul cruia se pot efectua observaii ntre dou nivele diferite ca nlime (tranee, dintr-un submarin, etc.). Periscopul a fost inventat de Jean Rey n anul 1891. n navigaie, periscopul este folosit de submarine pentru a da posibilitatea acestora s supravegheze situaia de la suprafaa apei, fr a fi vzut.

Mersul razelor de lumin ntr-un periscop

Luneta

Luneta este destinata observarii obiectelor foarte ndepartate. De la oricare punct al unui astfel de obicei ajung la noi fascicule practic paralele.

Luneta astronomica (luneta lui Kepler) este formata din dou lentile numite obiectiv i ocular. Lumina cade dinspre stnga pe obiectiv, se refract prin obiectiv i ocular i ajunge n final n ochiul observatorului.

Mersul razelor n luneta lui Kepler

Lunetele cu obiective formate din lentile de sticl se mai numesc i telescoape dioptrice, iar cele cu obiectivul constnd dintr-o oglind concav - telescoape catoptrice, sau simplu, telescoape.

Calitile lunetei cresc, dac se mrete diametrul obiectivului.

Ochiul omenesc - aparat optic

Din punct de vedere anatomic, ochiul este, dup cum se tie, un organ deosebit de complex, servind la transformarea imaginilor geometrice ale corpurilor n senzaii vizuale. Privind ns numai din punctul de vedere al opticii geometrice, el constituie un sistem optic format din trei medii transparente: umoarea apoas, cristalinul i umoarea sticloas (sau vitroas).

Lumina ptrunde n ochi prin cornee, strbate cele trei medii transparente i cade pe retin, unde se formeaz o imagine real i rsturnat a obiectelor privite. Fluxul luminos este reglat automat prin aciunea involuntar (reflexa) a irisului. Aceasta este o membran (ai crei pigmeni dau "culoarea ochilor") perforat n centru printr-o deschidere circular, de diametru variabil, numit pupil. La lumin prea intens, irisul i mrete pupila, pentru a proteja retina, iar la lumin prea slab, irisul i mrete pupila pentru a mri iluminarea imaginilor de pe retin. Retina este o membran subire, alctuit din prelungirile nervului optic i coninnd un numr mare de celule senzaionale, care percep lumina, numite conuri i bastonae. Conurile sunt celule specializate n perceperea luminii de intensitate slab, fiind practic incapabile s disting culorile. Ochiul omenesc conine aproximativ 7 milioane conuri i 130 milioane bastonae, foarte neuniform rspndite. Conurile ocup mai ales partea central a retinei, n timp ce densitatea bastonaelor crete spre periferie. n partea central, puin mai sus de axa optic, exist o regiune numit pata galben (macula lutea) n mijlocul careia se afl o mic adncitur - foveea centralis - populat exclusiv de conuri, n numr de 13000 - 15000. Sub aciunea involuntar a unor muchi speciali ai ochiului, globul ocular sufer micri de rotaie n orbita sa, astfel nct imaginea s se formeze totdeauna n regiunea petei galbene, cea mai important regiune fotosensibil a ochiului.

Cristalinul are forma unei lentile nesimetric biconvexe i poate fi mai bombat sau mai puin bombat sub aciunea reflex a muchilor ciliari, modificndu-i astfel convergena, nct imaginea s cad pe retin. El are o structur stratificat, prezentnd spre margine indicele de refracie de aproximativ 1,38 , iar n interior de aproximativ 1,41.

Acomodarea. Un ochi normal, aflat n stare de repaus, are focarul situat pe retin. Din aceast cauz, pentru obiectele situate la infinit (practic, la distane mai mari dect circa 15 m) ochiul formeaz imaginile pe retin fr nici un efort de modificare a cristalinului.

Apropiind obiectul, cristalinul se bombeaz sub aciunea muchilor ciliari, aa fel nct imaginea s rmn tot pe retin. Fenomenul se numete acomodare. Cristalinul ns nu se poate bomba orict i de aceea obiectul poate fi adus doar pn la o anumit distan minim - distana minim de vedere - sub care ochiul nu mai poate forma imaginea pe retin. Acomodarea ochiului este deci posibil ntre un punct aflat la o distan maxim (punctul remotum), care, pentru ochiul normal este la infinit (practic, peste 15 m) i un punct aflat la o distan minim (punctul proximum), care pentru ochiul normal este de 10-15 cm la tineri i aproximativ 25 cm la aduli. n mod normal, ochiul vede cel mai bine, putnd distinge cele mai multe detalii, la o distan mai mare dect distana minim de vedere i anume la aproximativ 25 cm, numit distana vederii optime.