Юный техник, 2004 № 05
Шрифт:
Рис. 5
Помните, что накачивать пластиковую бутыль до давления более 3 атм не следует. Она может лопнуть и повредить вашу модель. Поэтому старайтесь пользоваться насосом с манометром, а работать следует в защитных очках.
А.ИЛЬИН
ЗА СТРАНИЦАМИ ШКОЛЬНОГО УЧЕБНИКА
Удивительная оптика
Вы
Телескоп — вы знаете — сложнейший прибор для наблюдения небесных тел. Однако начало он берет от подзорной трубы — прибора настолько простого, что изобрели его… дети.
В 1606 году голландский фабрикант очков Жан Липпершей увидел, что его дети смотрят на колокольню через два очковых стекла — выпуклое и вогнутое. Жан посмотрел в стекла и ахнул от удивления. Верхушка колокольни приблизилась, стали видны даже сидящие на ней воробьи. Фабрикант смекнул, что дети его изобрели нечто очень полезное. Он вставил стекла в трубу и получил прибор, который начали охотно покупать моряки. Так появилась на свет простейшая подзорная труба.
Лип першей получил от короля исключительное право на ее производство, но разбогатеть не сумел: прибор оказался столь прост, что сделать его мог любой.
Три года спустя, руководствуясь рассказами о кем-то виденной подзорной трубе, Галилео Галилей смастерил ее сам и направил в небо. Там он открыл с ее помощью горы на Луне, фазы Венеры, спутники Юпитера и многое другое, что полностью изменило взгляды человека на устройство мира.
Труба Галилея состоит из двух линз: собирательной и рассеивающей (рис. 1). Первая закреплена неподвижно, а вторая установлена в отдельной трубочке — окуляре — и может передвигаться вдоль для наводки на резкость.
Вот как работает труба Галилея.
Допустим, две звезды расположены столь близко друг к другу, что невооруженному глазу кажутся одной. Мысленно наведем на них трубу. Поскольку расстояния до звезд огромны, то приходящие от каждой из них лучи света можно считать практически параллельными.
Пройдя сначала через собирающую, а затем через рассеивающую линзы, пучки света так и остаются параллельными, но сжимаются и резко увеличивают свой наклон по отношению к оси прибора. Когда же эти пучки попадают в наш глаз, он начинает различать, откуда этот свет пришел. А поскольку направление пучков изменилось, глаз увидит звезды на большом угловом расстоянии друг от друга — раздельно.
Конструкцию Галилея применяют сегодня лишь в качестве театрального бинокля. Современные же подзорные трубы сложнее и дороже. Состоят из множества подвижных и неподвижных линз.
Но что такое линза? Во всех учебниках ее рассматривают как совокупность бесконечного числа отдельных призм.
Возможно, это и навело В. Поля на мысль сделать телескоп из одних только призм.
Возьмите две призмы, которые применяют в школе для опытов по разложению света, поставьте их, как показано на рисунке 2, и взгляните через них на удаленные предметы.
Вы
Опыт этот Поль опубликовал более полувека назад. Воспроизводится он за считаные минуты и дает отличные результаты. А поскольку призма гораздо дешевле в изготовлении, чем линза, можно только удивляться, что до сих пор никто не занялся производством простых телескопов и подзорных труб конструкции Поля.
Этот эксперимент с обычной собирательной линзой на подставке начнем, как обычно делают в школе, а закончим так, как рекомендовал бы Вихардт Поль.
Итак, ставим перед линзой лампочку от карманного фонаря. Если рассмотреть изображение лампочки на экране внимательно, то можно заметить, что оно достаточно четко и резко лишь в центре, по краям оно расплывчато и искажено.
Если же поставить после линзы кружок с отверстием — диафрагму (см. рис. 3), то искажения заметно уменьшатся. Чем меньше размеры отверстия, тем четче будет изображение.
Однако при этом сильно уменьшается его яркость. Это явление ставит в затруднительное положение создателей фотоаппаратов и телекамер. На фотопленке или матрице телекамеры всегда желательно иметь не только четкое, но максимально яркое изображение. Поэтому в оптических приборах одиночную линзу заменяют целой их системой. Такой объектив сложен в производстве, зато позволяет обходиться диафрагмами большого размера без потери четкости и яркости.
Но есть и другой путь. Геометрические искажения линзы в значительной мере вызваны ее сферической формой. Если же придать ей форму параболическую, они уменьшатся.
Оптики знают об этом почти два века, но, к сожалению, изготовление стеклянной параболической линзы обходится в десятки раз дороже.
В последние десятилетия промышленность научилась точно, быстро и дешево отливать линзы любой формы из пластика. Их часто применяют не только в дешевых, но и в очень дорогих фотоаппаратах. Так, например, в 70-е годы XX века японская фирма Canon выпустила в продажу объектив, как бы «видящий» мир вдвое ярче, чем человеческий глаз. Достигалось это введением в него одной, но очень хитроумной по форме пластмассовой линзы.
Однако вернемся к лабораторному столу и продолжим эксперимент в соответствии с рекомендациями Поля.
Возьмите еще одну лампочку, поставьте ее позади первой и попробуйте получить на экране изображение сразу обеих. Вы увидите на экране, что та лампочка, которая стоит дальше, выглядит меньше. Казалось бы, иначе и быть не должно. Но если (рис. 4) отодвинуть лампочки подальше (на расстояние больше фокусного) да диафрагму отодвинуть от линзы на расстояние, равное фокусному, или, как принято говорить, разместить ее в заднем фокусе линзы, то размеры изображений станут практически одинаковы.