Úloha II.E... čočkování



Podobné dokumenty
ZOBRAZOVÁNÍ ČOČKAMI. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Septima - Optika

Fyzikální sekce přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM. Fyzikální praktikum 2

Základní pojmy Zobrazení zrcadlem, Zobrazení čočkou Lidské oko, Optické přístroje

Název: Měření ohniskové vzdálenosti tenkých čoček různými metodami

Geometrická optika. předmětu. Obrazový prostor prostor za optickou soustavou (většinou vpravo), v němž může ležet obraz

Čočky Čočky jsou skleněná (resp. plastová) tělesa ohraničená rovinnými nebo kulovými plochami. Pracují na principu lomu. 2 typy: spojky rozptylky

Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/ Zobrazení čočkou

GEOMETRICKÁ OPTIKA. Znáš pojmy A. 1. Znázorni chod význačných paprsků pro spojku. Čočku popiš a uveď pro ni znaménkovou konvenci.

Vypracoval Datum Hodnocení. V celé úloze jsme používali He-Ne laser s vlnovou délkou λ = 632, 8 nm. Paprsek jsme nasměrovali

h n i s k o v v z d á l e n o s t s p o j n ý c h č o č e k

Krafková, Kotlán, Hiessová, Nováková, Nevímová

Optické zobrazování - čočka

Fyzikální sekce přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM. F3240 Fyzikální praktikum 2

Zavádění inovativních metod a výukových materiálů do přírodovědných předmětů na Gymnáziu v Krnově 07_10_Zobrazování optickými soustavami 1

Obr. 1: Optická lavice s příslušenstvím při měření přímou metodou. 2. Určení ohniskové vzdálenosti spojky Besselovou metodou

SBÍRKA ŘEŠENÝCH FYZIKÁLNÍCH ÚLOH

17. března Optická lavice s jezdci a držáky čoček, světelný zdroj pro optickou lavici, mikroskopický

Fyzikální praktikum FJFI ČVUT v Praze

Fyzikální kabinet GymKT Gymnázium J. Vrchlického, Klatovy

ČOČKY JAKO ZOBRAZOVACÍ SOUSTAVY aneb O spojkách a rozptylkách. PaedDr. Jozef Beňuška jbenuska@nextra.sk

Název: Čočková rovnice

DUM č. 5 v sadě. 12. Fy-3 Průvodce učitele fyziky pro 4. ročník

Paprsková optika. Zobrazení zrcadly a čočkami. Rovinné zrcadlo. periskop zobrazování optickými soustavami.

Úloha 6: Geometrická optika

Zahrádka,Obrdlík,Klouda

ZOBRAZOVÁNÍ ROVINNÝM ZRCADLEM

7.ročník Optika Lom světla

Centrovaná optická soustava

ZOBRAZOVÁNÍ ODRAZEM NA KULOVÉ PLOŠE aneb Kdy se v zrcadle vidíme převrácení. PaedDr. Jozef Beňuška jbenuska@nextra.sk

(1) přičemž všechny veličiny uvažujeme absolutně. Její úpravou získáme vztah + =, (2) Přímé zvětšení Z je dáno vztahem Z = =, a a

Podpora rozvoje praktické výchovy ve fyzice a chemii

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE. Úloha 6: Geometrická optika. Abstrakt

Lupa, mikroskop

I N V E S T I C E D O R O Z V O J E V Z D Ě L Á V Á N Í

Bodový zdroj světla A vytvoří svazek rozbíhajících se paprsků, které necháme projít optickou soustavou.

5.2.3 Duté zrcadlo I. Předpoklady: 5201, 5202

Výfučtení: Jednoduché optické soustavy

Abstrakt: Úloha seznamuje studenty se základními pojmy geometrické optiky

R8.1 Zobrazovací rovnice čočky

1 Základní pojmy a vztahy

5 Geometrická optika

25. Zobrazování optickými soustavami

3. OPTICKÉ ZOBRAZENÍ

Aplikovaná optika I: příklady k procvičení celku Geometrická optika. Jana Jurmanová

Ing. Jakub Ulmann. Zavádění inovativních metod a výukových materiálů do přírodovědných předmětů na Gymnáziu v Krnově

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS Řešené úlohy a postupy: Ampérův zákon

Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/

9. Geometrická optika

UNIVERZITA KARLOVA V PRAZE Přírodovědecká fakulta

6. Geometrická optika

Maticová optika. Lenka Přibylová. 24. října 2010

Zadání. Pracovní úkol. Pomůcky

2. Vyhodnoťte získané tloušťky a diskutujte, zda je vrstva v rámci chyby nepřímého měření na obou místech stejně silná.

5.2.8 Zobrazení spojkou II

5.2.3 Duté zrcadlo I. Předpoklady: 5201, 5202

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE

Úloha č. 1 pomůcky Šíření tepla v ustáleném stavu základní vztahy

3. Optika III Přímočaré šíření světla

ZOBRAZENÍ ČOČKAMI. Studijní text pro řešitele FO a ostatní zájemce o fyziku. Jaroslav Trnka. Úvod 3

Optika CD přehrávače. Zdeněk Bochníček, Přírodovědecká fakulta MU v Brně

MĚŘ, POČÍTEJ A MĚŘ ZNOVU

Zákon odrazu. Úhel odrazu je roven úhlu dopadu, přičemž odražené paprsky zůstávají v rovině dopadu.

4. FRAUNHOFERŮV OHYB NA ŠTĚRBINĚ

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE

EU PENÍZE ŠKOLÁM NÁZEV PROJEKTU : MÁME RÁDI TECHNIKU REGISTRAČNÍ ČÍSLO PROJEKTU :CZ.1.07/1.4.00/

OPTIKA. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Sekunda

Laboratorní práce č.8 Úloha č. 7. Měření parametrů zobrazovacích soustav:

Měření ohniskových vzdáleností čoček, optické soustavy

OPTIKA - NAUKA O SVĚTLE

Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně

Otázky z optiky. Fyzika 4. ročník. Základní vlastnosti, lom, odraz, index lomu

Kolmost rovin a přímek

Optické zobrazení - postup, kterým získáváme optické obrazy bodů a předmětů

M I K R O S K O P I E

Seznam součástek. A. Seznam prvků soupravy GON. Rozměry (cm) nebo Poloměry* (cm) Značka Název prvku

S v ě telné jevy. Optika - nauka - o světle, jeho vlastnostech a účincích - o přístrojích, které jsou založeny na zákonech šíření světla

Fyzikální korespondenční seminář MFF UK

Fyzikální korespondenční seminář MFF UK

Zakřivený nosník. Rovinně zakřivený nosník v rovinné úloze geometrie, reakce, vnitřní síly. Stavební statika, 1.ročník bakalářského studia

VY_32_INOVACE_FY.12 OPTIKA II

Optika nauka o světle

optika0 Světlo jako vlna

Světlo 1) Světlo patří mezi elektromagnetické vlnění (jako rádiový signál, Tv signál) elmg. vlnění = elmg. záření

( ) ( ) ( ) Vzdálenost bodu od přímky II. Předpoklady: 7312

Fyzika 2 - rámcové příklady Geometrická optika

8.1. ELEKTROMAGNETICKÉ ZÁŘENÍ A JEHO SPEKTRUM. Viditelné světlo Rozklad bílého světla:

5.2.7 Zobrazení spojkou I

Zákon lomu světla (Snellův zákon) lze matematicky vyjádřit vztahem: , n2. opticky řidšího do prostředí opticky hustšího, láme se ke kolmici.

Úloha I.E... tři šedé vlasy dědy Aleše

Tabulka I Měření tloušťky tenké vrstvy

Optika pro mikroskopii materiálů I

Nejdůležitější pojmy a vzorce učiva fyziky II. ročníku

2. Optika II Zobrazování dutým zrcadlem

5 Poměr rychlostí autobusu a chodce je stejný jako poměr drah uražených za 1 hodinu: v 1 = s 1

Jméno autora: Mgr. Zdeněk Chalupský Datum vytvoření: Číslo DUM: VY_32_INOVACE_20_FY_C

Odraz světla na rozhraní dvou optických prostředí

EXPERIMENTÁLNÍ METODA URČENÍ ZÁKLADNÍCH PARAMETRŮ OBJEKTIVU ANALAKTICKÉHO DALEKOHLEDU. A.Mikš 1, V.Obr 2

Podle studijních textů k úloze [1] se divergence laserového svaku definuje jako

Měření ohniskové vzdálenosti objektivu přímou metodou

Seriál II.II Vektory. Výfučtení: Vektory

Transkript:

Úloha II.E... čočkování 8 boů; průměr 5,46; řešilo 65 stuentů V obálce jste spolu se zaáním ostali i vě čočky. Vaším úkolem je změřit jejich parametry ruh a ohniskovou vzálenost. Poznámka Poku nejste stávající řešitelé FYKOSu, ale máte zájem se jimi stát, pak neváhejte a objenejte si čočky až omů. A to s ostatečným přestihem, aby vám stihly ojít včas. Objenávejte na emailu cocky@fykos.cz. Karel vykral kateru iaktiky fyziky. Kažý řešitel obržel pro změření jinou vojici čoček, naměřené honoty tey nebuou v tomto řešení uveeným honotám opovíat. V této úloze bueme uvažovat pouze tenké čočky, tey takové čočky, jejichž tloušťka je malá oproti křivosti lámavých ploch. Navíc zanebáme vay čoček (chromatickou vau, sférické zkreslení, koma). Druhy čoček Existují va ruhy kulových čoček spojky a rozptylky. Olišit je o sebe na první pohle je jenouché, spojky jsou ve střeu tlustší než na kraji, rozptylky právě naopak. Další olišnost získáme pohleem skrz čočku na blízký přemět. V přípaě spojky bue přemět zvětšen (spojky se používají jako lupy), skrz rozptylku uviíme přemět naopak zmenšený. Třetí, na první pohle viitelný rozíl, je v orientaci obrazu. Poíváme-li se skrz spojku na vzálený přemět tak, abychom jej viěli ostře, bueme přemět viět převrácený (a zmenšený), zatímco u rozptylky bue přímý (a též zmenšený). Čočky ále iferencujeme pole jejich tvaru, viz tabulka 1. Tabulka 1: Rozělení čoček pole tvaru Spojky vojvypuklá (bikonvexní) ploskovypuklá (plankonvexní) utovypuklá (konkávkonvexní) Rozptylky vojutá (bikonkávní) ploskoutá (plankonkávní) vypukloutá (konvexkonkávní) Kromě kulových čoček existují i jiné ruhy: asférické čočky (používané třeba v objektivech fotoaparátů), Fresnelovy čočky (najeme je třeba v reflektorech, zpětných projektorech, na majácích apo.) at. Těmi se však ále nebueme zabývat. Výpočet ohniskové vzálenosti z poloměrů křivosti Poaří-li se nám změřit poloměry křivosti R 1 a R 2 obou ploch čočky (pro rovné plochy čoček je stře křivosti v nekonečnu, tey např. 1/R 1 = 0) a víme-li, z jakého materiálu je aná 1

čočka vyrobena (známe tey inex lomu n tohoto materiálu), můžeme ohniskovou vzálenost f (resp.optickou mohutnost D) této čočky spočítat ze vztahu D = 1 ( 1 f = (n 1) 1 ). R 2 R 1 Zjistit poloměry křivosti je možné přímo u vypuklých ploch čoček. Upevníme čočku kolmo na milimetrový papír a čočku z větší vzálenosti (kvůli omezení vlivu perspektivy) takto kolmo na milimetrový papír vyfotíme. Na fotografii určíme výšku v a élku tětivy l (viz obrázek 1) a poloměr plochy spočítáme jako r = v2 + t 2 4. 2v t v Obr. 1: Výpočet poloměru křivosti Je zřejmé, že tuto metou můžeme použít pouze u vypuklých ploch čoček. U utých zakřivených ploch bueme muset použít složitější metou měření. Využijeme toho, že část světla se na této ploše oráží, a ta se tak chová jako uté zrcalo. Umístíme-li pře takovouto čočku přemět, vznikne na téže straně čočky skutečný (tey převrácený) obraz tohoto přemětu. Ze vzálenosti přemětu a obrazu o zrcala okážeme určit jeho ohniskovou vzálenost, a tey i poloměr křivosti. Niéně stále neznáme inex lomu materiálu, ze kterého je čočka vyrobená, tey nemůžeme určit její ohniskovou vzálenost. Tato metoa je tey vhoná spíše pro určení inexu lomu po změření ohniskové vzálenosti některou z alších meto. Teorie Bueme používat násleující znaménkovou konvenci: ohnisková vzálenost (označovaná f) spojky je klaná, rozptylky záporná, přemětová vzálenost a je vžy klaná, vzniká-li obraz na opačné straně čočky, než se nachází zobrazovaný přemět, je obrazová vzálenost a klaná, vzniká-li obraz na stejné straně čočky, na níž leží přemět, je obrazová vzálenost a záporná. Pro zobrazování tenkými čočkami platí zobrazovací rovnice 1 f = 1 a + 1 a, ke f je ohnisková vzálenost čočky, a je vzálenost přemětu o střeu čočky a a je vzálenost obrazu o střeu čočky. Při použití výše zmiňované znaménkové konvence tato rovnice platí pro zobrazování tenkou spojkou i pro zobrazování tenkou rozptylkou. Je viět, že a a a můžeme zaměnit, platí tey princip záměnnosti přemětu a jeho obrazu. Měření ohniskové vzálenosti spojky teorie Měření pomocí polohy přemětu a jeho obrazu Po upravení zobrazovací rovnice ostáváme vztah pro ohniskovou vzálenost (označení viz obrázek 2) f = aa a + a, 2

a a f f F S F Obr. 2: Měření polohy přemětu a jeho obrazu tey pro určení ohniskové vzálenosti potřebujeme změřit vzálenost přemětu o optického střeu čočky a vzálenost jeho obrazu o optického střeu čočky. Jako přemět můžeme použít napříkla svíčku, kterou umístíme o vzálenosti a o optického střeu čočky. Na opačné straně čočky pohybujeme se stínítkem, oku na něm neostaneme ostrý obraz svíčky. Poté změříme vzálenost a stínítka o optického střeu čočky. Pro větší přesnost je vhoné toto měření opakovat pro různé honoty vzálenosti a. Přímé měření ohniskové vzálenosti Ze zobrazovací rovnice je zřejmé, že je-li a a (paprsky joucí o přemětu jsou téměř rovnoběžné), bue platit f a. Poku jako přemět použijeme např. Slunce, paprsky se spojí přibližně přímo v ohnisku. V tomto přípaě navíc není třeba zobrazovat žáný přemět posvítíme-li kolmo o čočky rovnoběžným svazkem ostatečného průměru (např. laserovým), spojí se také v ohnisku. Besselova metoa Besselova metoa měření ohniskové vzálenosti spojky využívá principu záměnnosti chou paprsků. Zvolíme při ní pevnou vzálenost (musí platit > 4f, tey volíme ostatečně velké) přemětu a stínítka. Existují vě polohy čočky mezi přemětem a stínítkem, při nichž se na stínítku zobrazí ostrý obraz přemětu. Vzálenost s těchto poloh změříme. Všimněme si, že v tomto přípaě měříme jen změnu polohy čočky, nikoliv absolutně její polohu, čímž eliminujeme chybu určení optického střeu čočky. Zvolíme-li označení pole obrázku 3, platí a 1 = a 2 a a 1 = a 2. Dále s ohleem na znaménkovou konvenci platí oku = a 1 a 1 = a 2 a 2, s = a 1 a 2, a 1 = 1 2 ( + s), a1 = 1 ( s), 2 z čehož již můžeme spočítat ohniskovou vzálenost f = 2 s 2 4. 3

stínítko a 1 a 1 a 2 a 2 s Obr. 3: Schématické znázornění Besselovy metoy Měření pomocí zvětšení Změřit ohniskovou vzálenost čočky je možné i pomocí určení jejího zvětšení. Pro zvětšení Z platí Z = a a = f a f, oku f = a 1 + Z = az 1 + Z. Zvětšení zjistíme jako poměr velikostí přemětu a obrazu, tey jako přemět zvolíme např. milimetrové měřítko a stínítko též opatříme milimetrovým měřítkem. Jestliže se n ílků stupnice na stínítku kryje s n ílky zobrazované stupnice, zvětšení určíme jako Z = n/n. Měření ohniskové vzálenosti spojky experiment Nyní k samotnému experimentu. Měřena byla ohnisková vzálenost neznámé tenké spojky poobné těm, které byly rozesílány spolu se zaáním. Pro měření byla použita Besselova metoa. Pro několik různých vzáleností přemětu (čelovky) o stínítka (zi) byly hleány takové polohy spojky, ky se na zi zobrazil ostrý obraz io čelovky. Byly změřeny vzálenosti a 1 a a 2 (označení viz obrázek 3). Jelikož nás zajímá pouze rozíl těchto vzáleností, byly měřeny o okraje čočky, čímž jsme se vyhnuli chybě při určování optického střeu čočky. Z naměřených honot pak byla určena ohnisková vzálenost měřené čočky na (28,1 ± 0,6). Měření ohniskové vzálenosti rozptylky teorie Změřit ohniskovou vzálenost rozptylky není možné pomocí vzálenosti obrazů, jelikož obraz zobrazený rozptylkou není skutečný, nelze jej tey zachytit na stínítko. Využijeme principu záměnnosti přemětu a jeho obrazu. Vytvoříme spojkou skutečný obraz, který bue sloužit jako zánlivý přemět pro zobrazení rozptylkou. Ta pak vytvoří skutečný obraz, lze jej tey zachytit na stínítku (cho paprsků viz obrázek 4). 4

Tabulka 2: Naměřená ata pro určení ohniskové vzálenosti spojky n a 1 a 2 1 230 197 33 2 220 187 34 3 210 177 34 4 200 166 34 5 190 156 34 6 180 145 35 n a 1 a 2 7 170 134 35 8 160 123 36 9 150 112 37 10 140 102 38 11 130 89 41 12 120 76 44 a r a r a s a s f s f s f r f r F s S s F r F s F s S r Obr. 4: Schématické zobrazení soustavy spojky a rozptylky Z obrázku je zřejmé, že platí a r = a s (vzálenost a r je le zmiňované znaménkové konvence záporná). Dosaíme-li o zobrazovací rovnice, ostáváme vztah pro výpočet ohniskové vzálenosti rozptylky f r = a ra r a r + a = a r( a s) r a s + a. r Máme vě možnosti, jak postupovat při měření. Můžeme změřit vzálenost a s, tey vzálenost ostrého obrazu na stínítku o spojky. Poté mezi stínítko a spojku umístíme rozptylku. Dále pohybem rozptylky (ne ve všech polohách rozptylky vzniká obraz) a stínítka nalezneme ostrý obraz a změříme vzálenosti a r (vzálenost obrazu o spojky) a (vzálenost spojky a rozptylky). Druhou možností je změřit pouze vzálenosti a r a a r. Opět je vhoné měření opakovat pro různé a s a. 5

Měření ohniskové vzálenosti rozptylky experiment Popisovanou metoou byla měřena ohnisková vzálenost tenké rozptylky. Jako přemět byla opět použita čelovka a hleal se ostrý obraz io. Všechny vzálenosti byly měřeny právě o io čelovky. Nejříve byla o určité vzálenosti a s vložena spojka a změřena vzálenost a s +a s. Poté byla mezi spojku a ostrý obraz vložena rozptylka o vzálenosti a s + a byla změřena vzálenost a s + + a r ostrého obrazu vytvořeného rozptylkou o přemětu. Z naměřených honot byla určena ohnisková vzálenost měřené rozptylky na ( 12,0 ± 1,1). Je viět, že chyba měření je v tomto přípaě velká, protože jsme měřili čtyři vzálenosti, což bylo v postatě zbytečné (stačilo změřit vzálenosti a r a a r), a všechny byly zaokrouhleny na centimetry. Tabulka 3: Naměřená ata pro určení ohniskové vzálenosti rozptylky n a s a s + a s a s + a s + + a r 1 50 89 80 113 2 50 89 82 99 3 50 89 84 93 4 60 94 87 105 5 60 94 90 96 6 60 94 91 95 7 70 102 92 137 8 70 102 94 116 9 70 102 95 111 10 80 110 100 153 11 80 110 102 126 12 80 110 105 114 Diskuse a chyby měření Při měření ohniskové vzálenosti čočky většinou měříme vzálenosti, které při popisovaných měřeních nabývají honoty o několika centimetrů až po několik metrů. Je viět, že zvolíme-li větší vzálenosti, chyba měření bue menší. Abychom měření zpřesnili, je třeba měření opakovat pro různé počáteční pomínky (např. pro různé vzálenosti přemětu o čočky při měření ohniskové vzálenosti spojky pomocí polohy přemětu a jeho obrazu). Z kažého měření spočítáme ohniskovou vzálenost, určíme aritmetický průměr a ochylku. U některých popisovaných meto je třeba měřit vzálenosti o optického střeu čočky. Ten však nemusí být vžy jenouše přesně určitelný. U měření ohniskové vzálenosti spojné čočky tuto chybu eliminuje Besselova metoa, u níž měříme pouze změnu polohy čočky. V popisované metoě měření ohniskové vzálenosti rozptylky je však třeba polohu optického střeu ohanout. Pro přesnější měření ohniskové vzálenosti rozptylky je možné použít spojku, jejíž 6

ohniskovou vzálenost známe nebo jsme ji změřili přesnější metoou. Tomáš Pikálek pikos@fykos.cz Fyzikální koresponenční seminář je organizován stuenty MFF UK. Je zastřešen Oělením pro vnější vztahy a propagaci MFF UK a poporován Ústavem teoretické fyziky MFF UK, jeho zaměstnanci a Jenotou českých matematiků a fyziků. Toto ílo je šířeno po licencí Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unporte. Pro zobrazení kopie této licence, navštivte http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/. 7