| Line 35... |
Line 35... |
| 35 |
\begin {table}[tbp]
|
35 |
\begin {table}[tbp]
|
| 36 |
\begin {center}
|
36 |
\begin {center}
|
| 37 |
\begin{tabular}{|l|l|}
|
37 |
\begin{tabular}{|l|l|}
|
| 38 |
\hline
|
38 |
\hline
|
| 39 |
\multicolumn{ 2}{|c|}{\Large \bfseries FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE \huge\strut} \\ \hline
|
39 |
\multicolumn{ 2}{|c|}{\Large \bfseries FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE \huge\strut} \\ \hline
|
| 40 |
\textbf{Datum měření:} {11.3.2011} & \textbf{Jméno:} {Jakub Kákona} \\ \hline
|
40 |
\textbf{Datum měření:} {10.5.2011} & \textbf{Jméno:} {Jakub Kákona} \\ \hline
|
| 41 |
\textbf{Pracovní skupina:} {4} & \textbf{Ročník a kroužek:} {Pa 9:30} \\ \hline
|
41 |
\textbf{Pracovní skupina:} {4} & \textbf{Ročník a kroužek:} {Pa 9:30} \\ \hline
|
| 42 |
\textbf{Spolupracovníci:} {Jana Navrátilová} & \textbf{Hodnocení:} \\ \hline
|
42 |
\textbf{Spolupracovníci:} {Jana Navrátilová} & \textbf{Hodnocení:} \\ \hline
|
| 43 |
\end{tabular}
|
43 |
\end{tabular}
|
| 44 |
\end {center}
|
44 |
\end {center}
|
| 45 |
\end {table}
|
45 |
\end {table}
|
| 46 |
|
46 |
|
| 47 |
\begin{center} \Large{Geometrická optika - Ohniskové vzdálenosti čoček a zvětšení optických přístrojů} \end{center}
|
47 |
\begin{center} \Large{Geometrická optika - Ohniskové vzdálenosti čoček a zvětšení optických přístrojů} \end{center}
|
| 48 |
|
48 |
|
| 49 |
\begin{abstract}
|
49 |
\begin{abstract}
|
| 50 |
Úloha se zabývá měřením základních geometrických parametrů zobrazovacích elementů.
|
50 |
V úloze bylo použito několik metod měření ohniskových vzdáleností spojných čoček. Určili jsme ohniskovou vzdálenost rozptylky, Zkonstruovali jsme vlastní dalekohled a mikroskop. Změřili jsme zvětšení obou těchto přístrojů a porovnali s teoretickým výpočtem.
|
| 51 |
\end{abstract}
|
51 |
\end{abstract}
|
| 52 |
|
52 |
|
| 53 |
\section{Úvod}
|
53 |
\section{Úvod}
|
| - |
|
54 |
|
| - |
|
55 |
Geometrická optika popisuje základní jevy při šíření světla a zanedbává jeho vlnové projevy. Proto nelze stejným způsobem popisovat i složitější děje, jako je polarizace či interference světla. V této úloze budeme proto zkoumat pouze základní optické elementy, jako jsou čočky a jejich soustavy.
|
| - |
|
56 |
|
| 54 |
\subsection{Zadání}
|
57 |
\subsection{Zadání}
|
| 55 |
\begin{enumerate}
|
58 |
\begin{enumerate}
|
| 56 |
\item Určete ohniskovou vzdálenost tenké spojky následujícími metodami: odhadem, autokolimací, ze znalosti polohy předmětu a jeho obrazu (pro čtyři různé polohy předmětu; provést též graficky). Pokud jste se v Základech fyzikálních měření již s těmito metodami seznámili, je pro Vás tento úkol nepovinný.
|
59 |
\item Určete ohniskovou vzdálenost tenké spojky následujícími metodami: odhadem, autokolimací, ze znalosti polohy předmětu a jeho obrazu (pro čtyři různé polohy předmětu; provést též graficky). Pokud jste se v Základech fyzikálních měření již s těmito metodami seznámili, je pro Vás tento úkol nepovinný.
|
| 57 |
\item Besselovou metodou určete ohniskovou vzdálenost tenké spojky. V přípravě odvoďte rovnici č.(8) a načrtněte chod paprsků v obou případech, kdy je vidět ostrý obraz. Proč je nutná podmínka $e>4f$? Na čem závisí ohnisková vzdálenost čočky?
|
60 |
\item Besselovou metodou určete ohniskovou vzdálenost tenké spojky. V přípravě odvoďte rovnici č.(8) a načrtněte chod paprsků v obou případech, kdy je vidět ostrý obraz. Proč je nutná podmínka $e>4f$? Na čem závisí ohnisková vzdálenost čočky?
|
| 58 |
\item Určete ohniskovou vzdálenost tenké rozptylky.
|
61 |
\item Určete ohniskovou vzdálenost tenké rozptylky.
|
| Line 62... |
Line 65... |
| 62 |
\item Z mikroskopického objektivu a Ramsdenova okuláru sestavte na optické lavici mikroskop a změřte jeho zvětšení. Rozmyslete si, jak velký optický interval je vhodné zvolit.
|
65 |
\item Z mikroskopického objektivu a Ramsdenova okuláru sestavte na optické lavici mikroskop a změřte jeho zvětšení. Rozmyslete si, jak velký optický interval je vhodné zvolit.
|
| 63 |
\item Ze spojky +200 a Ramsdenova okuláru sestavte na optické lavici dalekohled a změřte jeho zvětšení přímou metodou a z poměru průměrů vstupní a výstupní pupily. V přípravě vysvětlete rozdíl mezi Galileovým a Keplerovým dalekohledem, načrtněte chod paprsků v obou případech.
|
66 |
\item Ze spojky +200 a Ramsdenova okuláru sestavte na optické lavici dalekohled a změřte jeho zvětšení přímou metodou a z poměru průměrů vstupní a výstupní pupily. V přípravě vysvětlete rozdíl mezi Galileovým a Keplerovým dalekohledem, načrtněte chod paprsků v obou případech.
|
| 64 |
\item Výsledky měření zvětšení mikroskopu a dalekohledu porovnejte s hodnotami vypočítanými z ohniskových vzdáleností a optického intervalu. Ohniskové vzdálenosti jste naměřili s určitou chybou, můžete proto spočítat i chybu vypočítaných zvětšení.
|
67 |
\item Výsledky měření zvětšení mikroskopu a dalekohledu porovnejte s hodnotami vypočítanými z ohniskových vzdáleností a optického intervalu. Ohniskové vzdálenosti jste naměřili s určitou chybou, můžete proto spočítat i chybu vypočítaných zvětšení.
|
| 65 |
\end{enumerate}
|
68 |
\end{enumerate}
|
| 66 |
|
69 |
|
| 67 |
\section{Experimentální uspořádání a metody}
|
- |
|
| 68 |
|
- |
|
| 69 |
\subsection{Pomůcky}
|
- |
|
| 70 |
Optická lavice s jezdci a držáky čoček, žárovka, mikroskopický objektiv, Ramsdenův okulár v držáku s Abbeho kostkou, spojné čočky +100, +200, rozptylka -100, matnice, clona s otvorem, clona se šipkou, pomocný světelný zdroj s milimetrovou stupnicí, objektivový mikrometr se stupnicí 100 x 0,01 mm, matnice se stupnicí 50 x 0,1 mm, pomocný mikroskop se stupnicí v zorném poli, pomocný dalekohled.
|
- |
|
| 71 |
|
- |
|
| 72 |
|
- |
|
| 73 |
\subsection{Teoretický úvod}
|
70 |
\subsection{Teoretický úvod}
|
| 74 |
|
71 |
|
| 75 |
Pro tenkou spojnou čočku platí v případě geometrické optiky čočková zobrazovací rovnice
|
72 |
Pro tenkou spojnou čočku platí v případě geometrické optiky čočková zobrazovací rovnice
|
| 76 |
\begin{equation} \frac{1}{a}+\frac{1}{a'}=\frac{1}{f}, \end{equation}
|
73 |
\begin{equation} \frac{1}{a}+\frac{1}{a'}=\frac{1}{f}, \end{equation}
|
| 77 |
obdobnou rovnici můžeme zapsat i pro rozptylku
|
74 |
obdobnou rovnici můžeme zapsat i pro rozptylku
|
| Line 90... |
Line 87... |
| 90 |
\begin{equation} Z_2 = \frac{l}{f_2 }. \end{equation}
|
87 |
\begin{equation} Z_2 = \frac{l}{f_2 }. \end{equation}
|
| 91 |
Zvětšení mikroskopu spošteme vztahem
|
88 |
Zvětšení mikroskopu spošteme vztahem
|
| 92 |
\begin{equation} Z = Z_1 Z_2 = \frac{\Delta l}{f_1 f_2 }, \end{equation}
|
89 |
\begin{equation} Z = Z_1 Z_2 = \frac{\Delta l}{f_1 f_2 }, \end{equation}
|
| 93 |
Oboje je vztaženo k takzvané konvenční zrakové vzdálenosti, která je l=25cm.
|
90 |
Oboje je vztaženo k takzvané konvenční zrakové vzdálenosti, která je l=25cm.
|
| 94 |
|
91 |
|
| - |
|
92 |
\section{Experimentální uspořádání a metody}
|
| - |
|
93 |
|
| - |
|
94 |
\subsection{Pomůcky}
|
| - |
|
95 |
Optická lavice s jezdci a držáky čoček, žárovka, mikroskopický objektiv, Ramsdenův okulár v držáku s Abbeho kostkou, spojné čočky +100, +200, rozptylka -100, matnice, clona s otvorem, clona se šipkou, pomocný světelný zdroj s milimetrovou stupnicí, objektivový mikrometr se stupnicí 100 x 0,01 mm, matnice se stupnicí 50 x 0,1 mm, pomocný mikroskop se stupnicí v zorném poli, pomocný dalekohled.
|
| 95 |
|
96 |
|
| 96 |
\section{Výsledky a postup měření}
|
- |
|
| 97 |
\subsection{Ohnisková vzdálenost tenké spojky}
|
97 |
\subsection{Ohnisková vzdálenost tenké spojky}
|
| 98 |
|
98 |
|
| - |
|
99 |
\subsubsection{Odhadem}
|
| 99 |
Ohniskovou vzdálenost tenké spojky jsme měřili Besselovou metodou. Pro dostatečně velkou vzdálenost stínítka a předmětu, v našem případě e=76cm jsme nalezli dvě polohy čočky, které na stínítku dávaly výsledný obraz vzdálenost mezi těmito pozicemi byla 11,8cm. Dosazením do vzorce pak dostaneme ohniskovou vzdálenost spojky f=18,54cm.
|
100 |
Využijeme-li toho, že obraz dostatečně vzdáleného objektu vzniká přibližně v ohniskové rovině čočky. Jako přibližný odhad ohniskové vzdálenosti čočky pak bereme vzdálenost čočky od vzniklého obrazu.
|
| - |
|
101 |
|
| - |
|
102 |
\subsubsection{Autokolimační metoda}
|
| 100 |
|
103 |
|
| - |
|
104 |
V této metodě se využívá faktu, že paprsky bodového zdroje umístěného v ohnisky spojné čočky se lámou rovnoběžně. Po odrazu od rovinného zrcadla se vytvoří obraz. Je-li bodový zdroj realizovaný pomocí Malého kruhového otvoru, můžeme nepatrným vychýlením zrcátka docílit toho, že se zobrazí těsně vedle kruhového otvoru. Nyní stačí nastavit čočku do takové vzdálenosti, aby vznikl ostrý obraz (bod stejný, jako je velikost původního otvoru). Hledaná ohnisková vzdálenost pak odpovídá vzdálenosti čočky od kruhového otvoru.
|
| - |
|
105 |
|
| - |
|
106 |
\subsubsection{Z polohy předmětu a jeho obrazu}
|
| - |
|
107 |
|
| - |
|
108 |
Vyjdeme z čočkové rovnice
|
| - |
|
109 |
\begin{equation}
|
| - |
|
110 |
\frac{1}{a}+\frac{1}{a'}=\frac{1}{f}. \label{1}
|
| - |
|
111 |
\end{equation}
|
| - |
|
112 |
kde $a, a'$ jsou vzdálenosti předmětu, resp. obrazu od čočky, f je ohnisková vzdálenost.
|
| - |
|
113 |
Z \eqref{1} vyjádříme
|
| - |
|
114 |
\begin{equation}
|
| - |
|
115 |
f=\frac{aa'}{a+a'} \label{o}
|
| - |
|
116 |
\end{equation}
|
| - |
|
117 |
|
| - |
|
118 |
Tuto metodu lze modifikovat tak, že je možné ji řešit graficky.
|
| - |
|
119 |
|
| - |
|
120 |
\subsubsection{Besselova metoda} \label{co}
|
| - |
|
121 |
|
| - |
|
122 |
Pokud máme spojnou čočku s ohniskovou vzdáleností \textbf{f}. A vzdálenost předmětu od stínítka \textbf{e} větší, než $4$\textbf{$\cdot$f}. Potom, je možné čočku umístit do dvou pozic mezi stínítko a předmět, tak aby na stínítku vznikl ostrý obraz. Pro ohniskovou vzdálenost čočky přitom platí:
|
| - |
|
123 |
|
| - |
|
124 |
\begin{equation}
|
| - |
|
125 |
f=\frac{e^2-d^2}{4e}.\label{b}
|
| - |
|
126 |
\end{equation}
|
| - |
|
127 |
|
| - |
|
128 |
Pro ostrý obraz předmětu na stínítku platí vztah mezi vzdáleností předmětu a obrazu od čočky ($a, a'$) vztah:
|
| - |
|
129 |
$a+a'=e.$ Vyjádřením $a'= e-a$ a dosazením do čočkové rovnice \eqref{1} dostaneme postupně
|
| - |
|
130 |
|
| - |
|
131 |
\begin{equation}
|
| - |
|
132 |
\frac{a'+a}{aa'}&=\frac{1}{f} \nonumber \\
|
| - |
|
133 |
\frac{e}{a(e-a)}&=\frac{1}{f} \nonumber \\
|
| - |
|
134 |
a^2-ae+ef&=0. \label{4}
|
| - |
|
135 |
\end{equation}
|
| - |
|
136 |
|
| - |
|
137 |
|
| - |
|
138 |
Podle předpokladu $e>4f$, a tedy má rovnice \eqref{4} právě dvě řešení, které tvoří hledanou dvojici poloh, při kterých vzniká na stínítku ostrý obraz. Pro vzdálenost obou kořenů platí vztah:
|
| - |
|
139 |
|
| - |
|
140 |
\begin{equation}
|
| - |
|
141 |
d&=\frac{e+\sqrt{e^2-4ef}}{2}-\frac{e-\sqrt{e^2-4ef}}{2} \nonumber \\
|
| - |
|
142 |
d&=\sqrt{e^2-4ef}. \label{5}
|
| - |
|
143 |
\end{equation}
|
| - |
|
144 |
|
| - |
|
145 |
Vztah \eqref{b} dostaneme vyjádřením $f$.
|
| - |
|
146 |
|
| - |
|
147 |
\subsubsection{Určení poloh ohniskových rovin tlustých čoček}
|
| - |
|
148 |
Provedeme pomocí dalekohledu zaostřeného na nekonečno. Předmět se bude nacházet v ohniskové rovině čočky, když skrz čočku a dalekohled uvidíme ostrý obraz předmětu.
|
| - |
|
149 |
|
| - |
|
150 |
\subsubsection{Stanovení ohniskové vzdálenosti tenké rozptylky} \label{dc}
|
| - |
|
151 |
Měření ohniskové vzdálenosti rozptylky provedeme výpočtem ze znalosti polohy obrazu a předmětu. K měření ale musíme pomocnou spojkou nejprve vytvořit reálný obraz, jehož polohu je možné změřit. Z naměřených vzdáleností $l1, l2, l3$ (vzdálenosti předmětu od spojky, od obrazu s rozptylkou a obrazu bez rozptylky) pak vypočteme $a, a'$. (Vzdálenosti obrazů od rozptylky) Ohniskovou vzdálenost pak získáme z čočkové rovnice pro rozptylku
|
| - |
|
152 |
\begin{equation}
|
| - |
|
153 |
\frac{1}{a}-\frac{1}{a'}=-\frac{1}{f}.
|
| - |
|
154 |
\end{equation}
|
| - |
|
155 |
|
| - |
|
156 |
|
| - |
|
157 |
\section{Optické přístroje}
|
| - |
|
158 |
\subsection{Lupa}
|
| - |
|
159 |
Lupa je jeden z nejjednodušších optických přístrojů.
|
| - |
|
160 |
Úhlové zvětšení lupy je poměr mezi $\tan$ zorného úhlu $u'$, pod kterým vidíme předmět lupou k tangentě úhlu $u$, pod kterým pozorujeme předmět v tzv. \textit{konvenční zrakové vzdálenosti} $l=25 \,cm$. Tj. lze psát
|
| - |
|
161 |
\begin{equation}
|
| - |
|
162 |
Z=\frac{\tan u'}{\tan u}.
|
| - |
|
163 |
\end{equation}
|
| - |
|
164 |
|
| - |
|
165 |
\begin{itemize}
|
| - |
|
166 |
\item \textit{Při akomodaci oka na nekonečno:} $Z_{\infty}=\frac{l}{f}$
|
| - |
|
167 |
\item \textit{Při akomodaci oka na konvenční zrakovou vzdálenost:} $Z_{l}=\frac{y'}{y}$, což je poměr mezi velikostí obrazu a předmětu.
|
| - |
|
168 |
\end{itemize}
|
| - |
|
169 |
|
| - |
|
170 |
\subsection{Mikroskop}
|
| - |
|
171 |
Mikroskop ve své základní konfiguraci je tvořen dvojicí čoček: objektivem a okulárem. Důležitou roli hraje vzájemná vzdálenost ohniskových rovin obou čoček, kterou nazýváme \textit{optickým intervalem soustavy} a značíme $\Delta$.
|
| - |
|
172 |
|
| - |
|
173 |
|
| - |
|
174 |
Celkové zvětšení mikroskopu je dáno vztahem
|
| - |
|
175 |
\begin{equation}
|
| - |
|
176 |
Z_{mik}=\frac{\Delta l}{f_{1}f_{2}} \label{mm}
|
| - |
|
177 |
\end{equation}
|
| - |
|
178 |
|
| - |
|
179 |
Zvětšuje se tedy s větší velikostí optického intervalu.
|
| - |
|
180 |
|
| - |
|
181 |
\subsection{Dalekohled}
|
| - |
|
182 |
Dalekohled slouží ke zvětšování zorného úhlu vzdálených předmětů Konstrukce je podobná jako u mikroskopu, s tím rozdílem, že optický interval $\Delta$ je roven nule. Přístroj tedy příčně nezvětšuje.
|
| - |
|
183 |
|
| - |
|
184 |
Uhlové zvětšení dalekohledu je popsáno rovnicí
|
| - |
|
185 |
\begin{equation}
|
| - |
|
186 |
Z=\frac{f_{1}}{f_{2}}.
|
| - |
|
187 |
\end{equation}
|
| - |
|
188 |
|
| - |
|
189 |
|
| - |
|
190 |
\section{Výsledky a postup měření}
|
| - |
|
191 |
|
| - |
|
192 |
\subsection{Měření ohniskových vzdáleností čoček}
|
| - |
|
193 |
\subsubsection{Odhadem} \label{odhad}
|
| - |
|
194 |
Měřili jsme spojnou čočku označenou číslem +150. Její ohniskovou vzdálenost jsme určili odhadem vzdálenosti obrazu vzdálené lampy jako $\vys{13.5}{0.5}\jed{cm}$.
|
| - |
|
195 |
|
| - |
|
196 |
\subsubsection{Autokolimací}
|
| - |
|
197 |
Ohnisková vzdálenost čočky +150 určená autokolimační metodou je $\vys{14}{0.4}\jed{cm}$. Chyba měření je odhadnuta s ohledem na tloušťku čočky a ostrost obrazu zobrazovaného otvoru.
|
| - |
|
198 |
|
| - |
|
199 |
\subsubsection{Z polohy předmětu a obrazu}
|
| - |
|
200 |
Změřili jsme tři různé polohy předmětu a jeho obrazu vzhledem k čočce +150 (v tabulce \ref{ob}). Příslušné ohniskové vzdálenosti jsme vypočítali ze vztahu \eqref{o}.
|
| - |
|
201 |
\begin{table}[htbp]
|
| - |
|
202 |
\begin{center}
|
| - |
|
203 |
\begin{tabular}{|cccc|}
|
| - |
|
204 |
\hline
|
| - |
|
205 |
\# & $a$ [cm] & $a'$ [cm] & $f$ [cm] \\ \hline
|
| - |
|
206 |
1 & 23.0 & 35.5 & 14.0 $\pm$ 0.1 \\
|
| - |
|
207 |
2 & 30.0 & 26.5 & 14.1 $\pm$ 0.1\\
|
| - |
|
208 |
3 & 32.5 & 25.0 & 14.1 $\pm$ 0.1\\ \hline
|
| - |
|
209 |
\end{tabular}
|
| - |
|
210 |
\end{center}
|
| - |
|
211 |
\caption{Určení ohniskové vzdálenosti spojné čočky +150 z pozic vzoru a obrazu. }
|
| - |
|
212 |
\label{ob}
|
| - |
|
213 |
\end{table}
|
| - |
|
214 |
|
| 101 |
\subsection{Ohnisková vzdálenost tenké rozptylky}
|
215 |
Celkový výsledek dostaneme jako aritmetický průměr hodnot; chybu odhadneme $\sqrt{\sigma_{1}^{2}+\sigma_{2}^{2}}$, kde $\sigma_{1}$ je chyba aritmetického průměru a $\sigma_{2}$ je chyba nepřímého měření. Ohnisková vzdálenost čočky +150 tedy vychází
|
| - |
|
216 |
\begin{equation*}
|
| - |
|
217 |
f=\vys{14.1}{0.1}
|
| - |
|
218 |
\end{equation*}
|
| - |
|
219 |
|
| - |
|
220 |
|
| - |
|
221 |
\subsubsection{Besselova metoda}
|
| - |
|
222 |
Touto metodou jsme změřili ohniskovou vzdálenost tenké spojky +200, Ramsdenova okuláru a mikroskopového objektivu.
|
| - |
|
223 |
Nejprve jsme pozorovali čočkou +200 předmět vytvořený otvorem a promítaný na matnici. Výpočet chyby jsme provedli podle vzorce chyb nepřímých měření. Neurčitost vzdálenosti předmětu od stínítka jsme brali 1\jed{mm}, neurčitost vzdálenosti dvou \textit{ostrých} poloh 2\jed{mm}.
|
| - |
|
224 |
|
| - |
|
225 |
\begin{table}[htbp]
|
| - |
|
226 |
\begin{center}
|
| - |
|
227 |
\begin{tabular}{|ccc|}
|
| - |
|
228 |
\hline
|
| - |
|
229 |
$d$ [cm] & $e'$ [cm] & $f$ [cm] \\ \hline
|
| - |
|
230 |
37.6 & 90.0 & \hod{18.6}{0.1} \\
|
| - |
|
231 |
29.8 & 85.0 & \hod{18.6}{0.1} \\
|
| - |
|
232 |
43.8 & 95.0 & \hod{18.7}{0.1} \\ \hline
|
| - |
|
233 |
\end{tabular}
|
| - |
|
234 |
\end{center}
|
| - |
|
235 |
\caption{Besselova metoda, čočka +200.}
|
| - |
|
236 |
\label{c}
|
| - |
|
237 |
\end{table}
|
| - |
|
238 |
|
| - |
|
239 |
Ohniskovou vzdálenost čočky +200 jsme tedy stanovili na \vys{18.6}{0.1}\jed{cm}.
|
| - |
|
240 |
|
| - |
|
241 |
U ostatních elementů v důsledku toho, že ohnisková vzdálenost mikroskopového objektivu a Ramsdenova okuláru je poměrně malá, pozorovali jsme obraz pomocným mikroskopem. výsledky měření jsou v tabulce \ref{m}.
|
| - |
|
242 |
|
| - |
|
243 |
\begin{table}[htbp]
|
| - |
|
244 |
\begin{center}
|
| - |
|
245 |
\begin{tabular}{|ccc|ccc|}
|
| - |
|
246 |
\hline
|
| - |
|
247 |
\multicolumn{3}{|c|}{mikroskopový objektiv}
|
| - |
|
248 |
& \multicolumn{3}{c|}{Ramsdenův okulár} \\ \hline
|
| - |
|
249 |
$d$ [cm] & $e'$ [cm] & $f$ [cm] & $d$ [cm] & $e'$ [cm] & $f$ [cm] \\ \hline
|
| - |
|
250 |
3.40 & 10.5 & 2.36 $\pm$ 0.05& 2.65 & 12.5 & 2.99 $\pm$ 0.04\\
|
| - |
|
251 |
4.10 & 11.0 & 2.38 $\pm$ 0.05& 7.60 & 15.5 & 2.95 $\pm$ 0.04\\
|
| - |
|
252 |
2.45 & 10.0 & 2.36 $\pm$ 0.05& 2.90 & 12.5 & 2.96 $\pm$ 0.04\\ \hline
|
| - |
|
253 |
\end{tabular}
|
| - |
|
254 |
\end{center}
|
| - |
|
255 |
\caption{Besselova metoda; mikroskopový objektiv, Ramsdenův okulár}
|
| - |
|
256 |
\label{m}
|
| - |
|
257 |
\end{table}
|
| - |
|
258 |
|
| 102 |
Pro měření ohniskové vzdálenosti rozptylky bylo nutné požít ještě spojku, neboť rozptylka nedovede sama o sobě vytvářet skutečný obraz. Jako spojku jsme použili čočku s označením +100. Naměřili jsme vzdálenosti optických elementů $l_1$=47,7cm $l_2$=43,9cm $l_3$=50,9cm. Použitím zobrazovací rovnice pak dostáváme ohniskovou vzdálenost rozptylky f=8,31cm.
|
259 |
Ohnisková vzdálenost mikroskopového objektivu vychází \vys{2.38}{0.05}\jed{cm}, Ramsdenova okuláru \vys{2.97}{0.04}\jed{cm}.
|
| - |
|
260 |
|
| - |
|
261 |
|
| - |
|
262 |
\subsubsection{Ohnisková vzdálenost rozptylky}
|
| - |
|
263 |
Měřená rozptylka byla označena číslem -100, pomocná spojka byla použita čočka +100. Naměřené hodnoty jsou uvedeny v tabulce \ref{r}.
|
| - |
|
264 |
\begin{table}[htbp]
|
| - |
|
265 |
\begin{center}
|
| - |
|
266 |
\begin{tabular}{|cccccc|}
|
| - |
|
267 |
\hline
|
| - |
|
268 |
$l_1$\jed{cm} & $l_2$\jed{cm} & $l_3$\jed{cm} & a\jed{cm} & a'\jed{cm} & f\jed{cm} \\ \hline
|
| - |
|
269 |
47.8 & 40.0 & 71.0 & 7.8 & 31.0 & 10.4 $\pm$ 0.4\\
|
| - |
|
270 |
46.7 & 42.0 & 51.0 & 4.7 & 9.0 & 9.8 $\pm$ 0.9\\
|
| - |
|
271 |
47.7 & 42.0 & 55.6 & 5.7 & 13.6 & 9.8 $\pm$ 0.6\\ \hline
|
| - |
|
272 |
\end{tabular}
|
| - |
|
273 |
\end{center}
|
| - |
|
274 |
\caption{Měření ohniskové vzdálenosti tenké rozptylky}
|
| - |
|
275 |
\label{r}
|
| - |
|
276 |
\end{table}
|
| - |
|
277 |
Ohnisková vzdálenost rozptylky vychází \vys{10.0}{0.5}\jed{cm}.
|
| - |
|
278 |
|
| - |
|
279 |
\subsection{Polohy ohniskových rovin}
|
| - |
|
280 |
Změřili jsme polohy ohniskové roviny Ramsdenova okuláru a mikroskopového objektivu. Vždy jsme měřili \textit{vnitřní} rovinu; tu, která se normálně nachází uvnitř přístroje a je zapotřebí pro určení optického intervalu. Vzdálenost jsme odečítali od konce osazení součástky.
|
| - |
|
281 |
|
| - |
|
282 |
\begin{tabular}{|lc|}
|
| - |
|
283 |
\hline
|
| - |
|
284 |
Vzdálenost ohniskové roviny Ramsdenova okuláru od jeho kraje: & \vys{0.53}{0.05}\jed{cm}. \\
|
| - |
|
285 |
Vzdálenost ohniskové roviny mikroskopového objektivu od jeho kraje: & \vys{1.04}{0.05}\jed{cm}. \\ \hline
|
| - |
|
286 |
\end{tabular}
|
| 103 |
|
287 |
|
| 104 |
|
288 |
|
| 105 |
\subsection{Ohnisková vzdálenost mikroskopického objektivu a Ramsdenova okuláru}
|
- |
|
| 106 |
Ohniskové vzdálenosti optických soustav okuláru a objektivu jsme měřili opět Besselovou metodou. Pro objektiv jsme naměřili hodnoty e=31,5cm a d=25,5cm pro okulár bylo e=25,5cm a d=18,3cm.
|
- |
|
| 107 |
Vyčíslením vzorce pak dostáváme ohniskovou vzdálenost okuláru 3,09 cm a v případě objektivu 2,71cm.
|
- |
|
| 108 |
|
289 |
|
| 109 |
\subsection{Zvětšení lupy}
|
290 |
\subsection{Zvětšení lupy}
|
| 110 |
|
291 |
|
| 111 |
Měření zvětšení lupy jsme provedli přímou metodou měřením poměru dvou stupnic zobrazených na sebe pomocí Abbeho kostky. Tím jsme určili zvětšení lupy na hodnotu 8x. Z námi změřené ohniskové vzdálenosti okuláru který byl použitý, jako lupa vyplývá ze vzorce hodnota zvětšení při akomodaci oka na nekonečno 8,09x.
|
292 |
Měření zvětšení lupy jsme provedli přímou metodou měřením poměru dvou stupnic zobrazených na sebe pomocí Abbeho kostky. Tím jsme určili zvětšení lupy na hodnotu 8,8 $\pm$ 0,3. Z námi změřené ohniskové vzdálenosti okuláru který byl použitý, jako lupa vyplývá ze vzorce hodnota zvětšení při akomodaci oka na nekonečno 8,42x.
|
| 112 |
|
293 |
|
| 113 |
\subsection{Zvětšení mikroskopu}
|
294 |
\subsection{Zvětšení mikroskopu}
|
| - |
|
295 |
Obdobným způsobem (pomocí zobrazované a referenční stupnice) jsme určili i zvětšení námi postaveného mikroskopu. Použitý optický interval měl velikost \vys{14.3}{0.1}\jed{cm}. Změřené zvětšení má hodnotu $Z_{l}= 50\,\pm\, 1$. Teoretick0 zvětšení by podle vzorce \eqref{mm} mělo být $Z_{teor}= 51\,\pm\, 2$.
|
| 114 |
|
296 |
|
| - |
|
297 |
\subsection{Zvětšení dalekohledu}
|
| 115 |
Pro výpočet zvětšení bylo třeba zjistit vzdálenosti ohniskových rovin okuláru a objektivu. Ty jsme určili jako 0,6cm a 1,08cm Potom jsme z okuláru a objektivu na optické lavici sestavili mikroskop a změřili jeho zvětšení za použití velmi jemné stupnice. Pro zvolenou vzdálenost objektivu a okuláru 23,2cm nám vyšlo zvětšení 44x.
|
298 |
Dále jsme měřili zvětšení dalekohledu. Pozorovali jsme stupnici ve vzdálenosti přibližně 9 m skrz dalekohled a zároveň (pomocí Abbeho kostky přes zrcátko) přímo (tj nezvětšenou). Získané zvětšení dalekohledu je $Z=6.7\, \pm \,0.2$. Teoretická hodnota vychází $Z_{teor}= 6.4\,\pm\,0.1$.
|
| 116 |
|
299 |
|
| 117 |
|
300 |
|
| - |
|
301 |
\begin{table}[htbp]
|
| - |
|
302 |
\begin{center}
|
| - |
|
303 |
\begin{tabular}{|c|cc|}
|
| - |
|
304 |
\hline
|
| - |
|
305 |
přístroj & změřené zvětšení [--] & teoretické zvětšení [--] \\ \hline
|
| - |
|
306 |
lupa, akomodace na $l$ & $Z_{l}= 8.8\,\pm\, 0.3$ & \\
|
| - |
|
307 |
lupa, akomodace na $\infty$ & & $Z_{\infty}= 8.42\,\pm\, 0.02$\\
|
| - |
|
308 |
mikroskop & $Z_{l}= 50\,\pm\, 1$ & $Z_{teor}= 51\,\pm\, 2$\\
|
| - |
|
309 |
dalekohled & $Z= 6.7\,\pm\, 0.2$ & $Z_{teor}= 6.4\,\pm\, 0.1$ \\ \hline
|
| - |
|
310 |
\end{tabular}
|
| - |
|
311 |
\end{center}
|
| - |
|
312 |
\caption{Zvětšení optických přístrojů.}
|
| - |
|
313 |
\label{vv}
|
| - |
|
314 |
\end{table}
|
| - |
|
315 |
|
| 118 |
\section{Závěr}
|
316 |
\section{Diskuze}
|
| 119 |
Besselovou metodou jsme určili ohniskovou vzdálenost spojky s označením +150 na f=18,54cm. Dále jsme určili ohniskovou vzdálenost rozptylky -100 jako f=8,31cm a také ohniskové vzdálenosti mikroskopového okuláru f=3,09cm a objektivu f=2,71cm. Při měření zvětšení okuláru použitého, jako lupa nám vyšla hodnota zvětšení 8x.
|
317 |
\subsection{Určování ohniskových vzdáleností čoček}
|
| 120 |
Změřit parametry dalekohledu sestaveného na stativu se nám z časových důvodů nepodařilo. I přes to, že jsme z důvodu úspory času v každém úkolu měřili pouze jednu hodnotu a nemůžeme tak statisticky určit chybu měření.
|
318 |
Jako velice přesná metoda se ukázala být metoda Besselova. Výhodou této metody je, že není třeba znát geometrický střed zkoumaného elementu, který ze obtížně určuje; stačí změřit vzdálenost \textit{ostrých} poloh čočky. Nevýhodou je komplikovanější výpočet. Dobré výsledky dává i autokolimační metoda, která umožňuje dobře určit i absolutní pozici ohniskové roviny vzhledem k čočce.
|
| 121 |
|
319 |
|
| - |
|
320 |
Poněkud méně přesné bylo měření rozptylky. Je to dáno tím, že ohniskovou vzdálenost rozptylky nelze měřit tak jednoduše, jako u spojky. Složitější uspořádání s větším množstvím vad pak vneslo do výsledku další chyby.
|
| - |
|
321 |
|
| - |
|
322 |
Přesnost všech našich měření byla obecně snížena vadami typickými pro reálně čočky, zejména \textit{barevnou vadou} (používali jsme bílé světlo) a sférickou vadou (zobrazený předmět nebyl bod).
|
| - |
|
323 |
|
| - |
|
324 |
\subsection{Zvětšení optických přístrojů}
|
| - |
|
325 |
|
| - |
|
326 |
Změřené zvětšení mikroskopu se dobře shoduje s teoretickou hodnotou. V případě dalekohledu vychází jeho zvětšení poněkud větší, než teoreticky vypočítaná hodnota. Výsledek mohla ovlivnit některá zobrazovací vada. Při výpočtu se také předpokládá, že je oko umístěno hned u okuláru, což v praxi nebylo možné, neboť před okulárem byla ještě Abbeho kostka.
|
| - |
|
327 |
|
| - |
|
328 |
\section{Závěr}
|
| - |
|
329 |
Několika metodami jsme určili ohniskovou vzdálenost tenké spojky +150, odhadem, autokolimací a Besselovou metodou. Dále jsme za použití pomocné čočky určili ohniskovou vzdálenost rozptylky -100. Zkoumali jsme také zvětšení základních optických přístrojů, jako lupa, mikroskop a dalekohled.
|
| 122 |
|
330 |
|
| 123 |
\begin{thebibliography}{10} %REFERENCE
|
331 |
\begin{thebibliography}{10} %REFERENCE
|
| 124 |
\bibitem{3} {http://praktika.fjfi.cvut.cz/GeomOptika/}{ -Zadání úlohy}
|
332 |
\bibitem{3} {http://praktika.fjfi.cvut.cz/GeomOptika/}{ -Zadání úlohy}
|
| 125 |
\end{thebibliography}
|
333 |
\end{thebibliography}
|
| 126 |
|
334 |
|