yavor2 (553175), страница 36
Текст из файла (страница 36)
Последние настолько далеки и угол зрения на них столь мал, что и после увеличения в телескопе он оказывается меньше минимального разрешаемого глазом угла ~р,ж1' $66.4). В результате даже в самых сильных телескопах изображение звезды падает на одну нервную клетку, и мы воспринимаем ее как точку. Но освещенность этой точки окажется во столько раз больше той, которая воспринималась невооруженным глазом, во сколько раз площадь объектива больше площади зрачка. У пятиметрового объектива при дневном зрении это увеличение составляет примерно (5000 мм!3 мм)' ж жЗ 10', следовательно, и освещенность сетчатки возрастет в несколько миллионов раз. Это позволяет с помощью телескопа наблюдать очень слабые нли удаленные звезды, которые невооруженным глазом не воспринимаются.
176 й 66.8. Разрешающая способность оптического прибора 1. До сих пор мы молчаливо подразумевали, что изображением светящейся точки в оптическом приборе (например, в линзе) является также точка. Между тем, строго говоря, это неверно, даже если все аберрации устранены. В самом деле, линза вырезает из фронта волны определенный участок, и возникающее благодаря этому дифракционное изображение точки имеет сложный характер (Я 57.8, 57.9): в центре наблюдается главный максимум, вокруг которого чередуются светлые и темные кольца. Первый минимум наблюдается под углом, который определяется из условия (57.40), если в нем положить т=1; получим $1ПО=-)д), (66.16) где 7 — длина световой волны, Π— диаметр линзы. Пусть иа линзу падает свет от удаленных точечных источников, Если угловое расстояние между двуми источниками мало, то дифракционные изображения обоих источников частично пере- кроются, и может случиться, что мы не сможем различить картйиы, относящиеся к разным точкам (на рис.
66.12 сфотографировань1 три источника, и два из них дают на рис. 66.12, а сливающиеся изображения). В этом слу- Рис. 66.12. чае говорят, что линза не разрешает(не позволяет различить) изображения двух точек. Заметим, что последующее увеличение этого изображения уже ничего не дает; если изображения двух или нескольких точек не разрешаются хотя бы в одной линзе, то и весь прибор их не разрешает.
Однако если увеличить диаметр линзы, то разрешающая способность увеличится (рис. 66.12, б и в). 2. Для того чтобы количественно охарактеризовать разрешающую способность объектива оптического прибора, воспользуемся критерием Рзлея $62.4): изображения двух точек будут видны раздельно, если главный максимум одного из них расположен не ближе первого минимума другого. Итак, угол ~р между направле- 177 виями на оба точечных источника должен быть не меньше угла 6, определяемого условием (66.16)1 отсюда з(п гр)з)пй =Л/17. А так как диаметр линзы всегда много больше длины световой волны, то углы гр и 6 весьма малы, и можно синус заменить радианной мерой угла: р~в=Л/В. (66.17) Как видно, телескопы с большими диаметрами имеют большую разрешающую способность А =-1/гржо/Х.
У телескопа с зеркалом диаметра 6 — 6 м минимальный разрешаемый угол гр„„„ .10-' рад ж 0,02 угловой секунды. Под таким углом видна спичка на расстоянии 600 км! Но и этого недостаточно, чтобы разрешить детали даже на ближайшей к нам звезде. 3. Разрешающую способность микроскопа принято характеризовать не минимальным углом, а расстоянием в между двумя ближайшими точками, которые еще видны раздельно. Строгая теория вопроса здесь не может быть рассмотрена, но приближенно можно рассуждать у~ следующим образом.
Пусть две точки М и Дг, находящиеся на расстоянии в, расположены вблизи фокальной плоскости /г/ и объектива (рис. 66.13). Их изобрел жения М' и /т' будут видны раздельгд/ но, если выполнено условие (66.16). Обозначив расстояние от предмета до линзы МС= г(, имеем Рис. 66.!3. Ы е=г(!я Чз ) г(з!игрив —. (66 18) 0 Угол ЛМС= и, под которым в точке М виден радиус линзы, называется апертурным углом. )чак видно из рисунка, )7/г(= 1ц и, где /с — радиус линзы. Подставив в (66. 18), получим Л е ),—, -2!ди' (66.19) 4.
По строгой теории в знаменателе должен стоять не тангенс, а синус апертурного угла, е) —. Л (66.20) 2шпи' У хороших современных микроскопов предмет располагается вблизи фокальиой плоскости, т. е. г(гм/= 2 мм; радиус объектива )7ж 2 — 3 мм. В этом случае зшиы 0,9, следовательно в микроскопе можно разрешить детали размером около полуволны. Если пространство между объективом и линзой заполнить так называемой иммарсиолиой ягидкастью, то в числителе выражения (66.20) стоит длина волны в жидкости Л= Л,/л, где Лр — длина волны в вакууме и л — показатель преломления жидкости. Мы получим: е) —. Ла 2пюп и ' (66.2!) При л= 1,5 (кедровое масло) и шли= 0,9 получим а.-ь0,37Л,. Глаз наиболее чувствителен к свету с Л = 555 нч 6 66.
1), следовательно, еж 200 им. Так как живая клетка имеет размеры более !000 нм, то ее можно изучать в микроскоп. Вирусы размерами от 275 ни до 10 нм в оптическом микроскопе уже не видны, их изучают с помощью электронного микроскопа. Г)Е 9 66.9. Электронный микроскоп 1. Чтобы увеличить разрешающую способность микроскопа, следует перейти к более коротким волнам.
В некоторых случаях применяют микроскоп с кварцевой оптикой, работающей в ультрафиолетовом свете,— ультрамикроскоп. Здесь диапазон длин волн— около 250 им, что вдвое короче длины волны видимого света, следовательно, вдвое больше и его разрешающая способность. Н М УНулрр ууьй!ад 1 ! ! !П ~ЯЯ~~!!!~~ Нт4иншр ~ф !! ! Я~ / Нг!за4иФ суевп ~ ! ч~лгьпраюд Рас.
66.!4. Значителыю ббльшую разрешающую способность можно было бы получить, воспользовавшись рентгеновскими лучами. Однако для этих лучей показатель преломления (см. (63.15) при а-+ оо) практически не отличается от единицы, и поэтому создать зеркала и линзы, работающие в диапазоне рентгеновских лучей, не удается. !79 2. Как будет показано в гл. 69, частицам вещества присущи волновые свойства. Соответствующая этим частицам волна !волна де-Бройля) очень мала. Она определяется по формуле ) =Ытп (69.2), где й — постоянная Планка, т — масса и о — скорость частицы. Например электронам, разогнанным в электрическом поле с разностью потенциалов 1000 В, соответствует длина волны Х= = 0„4 А, что короче длины волны рентгеновских лучей. Вместе с тем электронными пучками, в отличие от рентгеновских лучей, легко управлять, их можно фокусировать с помощью электрических или магнитных линз 5 65.9).
На этом принципе основано действие электронных микроскопов. 3. На рис. 66.14 изображена схема устройства электронного микроскопа с магнитной фокусировкой; для сравнения рядом изображена схема оптического микроскопа. Здесь окуляр даетдействительное изображение предмета, которое фотографируется или наблюдается на люминесцирующем экране.
Апертурный угол у электронного микроскопа значительно меньше, чем у оптического. Если у последнего з!пи 0,9, то у электронного микроскопа з)пиж0,01 — 0,02. Следовательно, с его помощью можно различать детали размерами около 10 — 20 А. Зто не позволяет увидеть атомы или небольшие молекулы, однако можно наблюдать крупные белковые молекулы, например вирусы 1см. рис. 33.14). 9 66.10. Проекционная аппаратура !. С помощью линзы можно получить действительное изображение предмета на экране !рис.
65.8). Зто используется в фотоаппаратах, проекционных фонарях, киноаппаратах и т. п. Фотоаппарат устроен аналогично глазу. С помощью объектива получаем уменьшенное действительное изображение предмета на Рис, бб.15. светочувствительной пленке или пластинке. Величина проходящего светового потока регулируется с помощью диафрагмы. Фокусировка производится путем перемещения объектива (рис.
66.15). Под действием света происходят фотохимические реакции в светочувствительном слое фотопленки. После химической обработки 180 на пленке появляется негативное изображение; получаемый с него позитив печатается на фотобумаге. 2. С помощью проекционного фонаря на экране получают действительное увеличенное изображение рисунков, чертежей, фотографий и т. п. Проектирование прозрачных объектов (диафильмов, диапозитивов) называется диапроекцией, непрозрачных объектов (рисунков, фотографий, мелких предметов) — эпипроекцией.
3. Сетчатка глаза обладает некоторой инерционностью, сохраняя примерно 0,1 с возникшее зрительное ощущение. Зрительные раздражения, следующие друг за другом с промежутками менее 0,1 с, сливаются в одно непрерывно меняющееся ощущение. На этом основано кино. Ряд фотографий с движущегося предмета снимают на одну ленту; обычно производится 24 снимка за секунду. Однако если нужно получить замедленную картину очень быстрого процесса или, наоборот, ускоренную картину медленного процесса, то съемку ведут с очень большой (до нескольких тысяч кадров за секунду) или очень малой (1 кадр в час) скоростью. Затем их проектируют с нормальной скоростью. С помощью этого метода, который образно называется лупой времени, удается наблюдать, например, за развитием цветка растения или за разрушением брони под действием снаряда.
/ / / Рис. бб.!б. Кинопроектор отличается от диапроектора тем, гго имеющийся у кинопроектора лентопротяжный механизм продергивает кинопленку со скоростью 24 кадра за секунду. В момент перемещения кадра объектив перекрывается обтюратором О (рис. 66.16). 8 66.11. Ионный проектор 1. Мы уже говорили, что разрешающая способность электронного микроскопа 10 — 20 А. Более мелкие детали, размерами около одного атома (1,2 — 1,6 А), удается наблюдать с помощью ионного проектора (автоионного микроскопа), который изобрел Э. Мюллер в 1950 †гг. Схема прибора изображена на рис. 66.17. В сосуд, где создано давление 10 ' мм рт. ст.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
