Такая многоликая дрель. Сантехнические работы. Водоснабжение...("Сделай сам" №1∙2008) - [38]

Андерсен Г.Х. Капля воды

Очень часто при чтении книг и журналов с мелким шрифтом, рассматривании произведений искусства и карт, изучении растений и насекомых в биологии, изготовлении и ремонте ювелирных изделий, деталей и узлов точной механики, микроэлектроники, микромакетов всевозможных устройств, выполнении граверных работ, в криминалистике и т. д. пользуются лупой, которая, увеличивая изображение предметов, позволяет обозревать их с необходимой отчетливостью. Лупа представляет из себя металлическую оправу с рукояткой или без нее, в которую установлена стеклянная линза. А лупы с более сильным увеличением состоят из системы линз. Лупой пользуются, держа ее в руке или устанавливая в штатив. На рис. 1 показаны однолинзовые лупы с рукояткой и без нее и штатив для их закрепления, выполненные автором статьи.

Рис. 1. Лупы:

_{1, 2 — с рукояткой и без нее, 3 — штатив для луп (вид сверху)}

Сначала ознакомимся с линзами, их характеристиками и принципами образования в них увеличенного изображения предметов, а затем приступим к изготовлению луп и штативов

Линзы и их характеристики

Линза — удивительное творение человеческой мысли и рук, благодаря которой созданы микроскопы, телескопы, фотоаппараты, бинокли, лупы, очки и т. д. Невозможно представить нашу жизнь без перечисленных выше оптических приборов, которые окружают нас везде: дома, на работе, в учебе и во время отдыха. Человек благодаря им проникает в неведомые и трудновоображаемые просторы космоса, рассматривает невидимые существа и предметы, приближает всевозможные неблизко расположенные объекты к себе, рассматривает предметы, увеличивая их изображения, фотоаппараты позволяют сохранить существовавшую действительность на долгие времена. А у кого слабое зрение, тот всю жизнь благодарит очки.

Линза (от латинского lens — чечевица) — прозрачное тело, изготовленное из оптического стекла и ограниченное сферическими поверхностями с одинаковыми или разными величинами радиусов или, в частном случае, одна из поверхностей — плоскость, которую можно рассматривать как сферическую поверхность бесконечно большого радиуса. Линзы можно представлять как геометрические тела, получаемые от пересечения двух шаров или шаров с плоскостями. На рис. 2 представлены разновидности линз.

Рис. 2.Разновидности линз:

_{а — собирающие; б — рассеивающие, 1 — двояко-выпуклая; 2 — плоско-выпуклая; 3 — вогнуто-выпуклая (мениск); 4 — двояко-вогнутая; 5 — плоско-вогнутая; 6 — выпукло-вогнутая (мениск); R1 и R2 — радиусы сферических поверхностей; О — оптический центр линзы, O1O2 — толщина линзы в центре; AВ — главная оптическая ось; CD — оптическая ось линзы}

Точки С₁ и С₂ — центры шаровых поверхностей и О₁C₁ и O₂С₂ — их радиусы, равные R₁ и R₂. В оптических приборах широкое применение находят тонкие линзы, в которых их толщина O₁O₂ очень мала по сравнению с радиусами R₁ и R₂, в таких линзах точки О₁ и O₂ можно считать сливающимися в точку О, которая называется оптическим центром линзы. Прямая АВ, проходящая через центры С₁ и С₂ шаровых поверхностей, называется главной оптической осью, а всякая прямая, проходящая через оптический центр линзы О, например прямая CD, называется оптической осью линзы.

По форме ограничивающих поверхностей различают шесть разновидностей линз: двояковыпуклая, плоско-выпуклая, вогнуто-выпуклая (мениск), двояковогнутая, плоско-вогнутая и выпукло-вогнутая (мениск), среди которых первые три представляют собирающие (положительные) линзы, а последние три — рассеивающие (отрицательные) (рис. 2). Сравнивая сечения собирающих и рассеивающих линз замечаем, что в собирающей линзе середина O₁O₂ толще, чем ее края, а в рассеивающей — наоборот, середина O₁O₂ тоньше краев.

Собирающие линзы широко применяют в оптических приборах, в частности, хрусталик нашего глаза также представляет собирающую линзу, а линзы-мениски служат в качестве очков у людей с ослабленным зрением.

Линзы изготавливают не только из стекла, а из любого прозрачного вещества, например перед экранами первых телевизоров, выпускавшихся в 50-е годы минувшего века, для увеличения изображения ставили линзы, которые изготавливались из двух выпуклых стекол и наполнялись водой. В специальных оптических приборах линзы выполняют из кварца, каменной соли, горного хрусталя и т. д.

Фокусы в собирающих линзах. Если направить на собирающую линзу слева пучок параллельных лучей, например от солнечного света, то лучи света после выхода из линзы, отклоняясь от своего первоначального направления, собираются в точке F₁ на главной оптической оси MN, которая называется фокусом линзы, а расстояние OF₁ — фокусным расстоянием и обозначается буквой f₁ (рис. 3).

Рис. 3.Фокусы в собирающих линзах:

_{а, б — фокусы F и F1 и фокусные расстояния f и f1; в, г, д — разбивка линзы на трапецеидальные и прямоугольную призмы и прохождение световых лучей через них}

Существо опыта не изменяется, если на линзу направить пучок параллельных лучей справа, и в этом случае лучи, проходя линзу, собираются в фокусе F. Фокусы F и F₁ называются передним и задним фокусами и, соответственно, f и f₁ — передним и задним фокусными расстояниями; как увидим дальше, они по величине равны: