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:} {10.5.2011} & \textbf{Jméno:} {Jakub Kákona} \\ \hline
|
40 |
\textbf{Datum měření:} {19.3.2011} & \textbf{Jméno:} {Jakub Kákona} \\ \hline
|
41 |
\textbf{Pracovní skupina:} {4} & \textbf{Ročník a kroužek:} {Pa 9:30} \\ \hline
|
41 |
\textbf{Pracovní skupina:} {2} & \textbf{Hodina:} {Po 7:30} \\ \hline
|
42 |
\textbf{Spolupracovníci:} {Jana Navrátilová} & \textbf{Hodnocení:} \\ \hline
|
42 |
\textbf{Spolupracovníci: Viktor Polák} {} & \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{Ohniskové vzdálenosti a vady čoček a zvětšení optických přístrojů} \end{center}
|
48 |
|
48 |
|
49 |
\begin{abstract}
|
49 |
\begin{abstract}
|
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.
|
50 |
V úloze bylo použito několik metod měření ohniskových vzdáleností spojných čoček. Určili jsme ohniskovou vzdálenost spojky, okuláru a objektivu. Nasledně jsme sestavili 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 |
|
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.
|
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 |
|
56 |
|
57 |
\subsection{Zadání}
|
57 |
\subsection{Zadání}
|
58 |
\begin{enumerate}
|
58 |
\begin{enumerate}
|
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.
|
59 |
\item Určete ohniskovou vzdálenost spojné čočky +200 Besselovou metodou a ze znaloasti polohy předmětu a jeho obrazu (minimálně pro 5 různých konfigurací; provést též graficky) V přípravě odvoďte rovnici č. 8, načrtněte chod paprsků pro obě metody a zdůvodněte nutnost podmínky $e>4f$.
|
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?
|
60 |
|
61 |
\item Určete ohniskovou vzdálenost tenké rozptylky.
|
- |
|
62 |
\item Besselovou metodou změřte ohniskovou vzdálenost mikroskopického objektivu a Ramsdenova okuláru. V přípravě vysvětlete rozdíl mezi Ramsdenovým a Huygensovým okulárem.
|
61 |
\item Změřte ohniskovou vzdálenost mikroskopického objektivu a Ramsdenova okuláru Besselovou metodou. V přípravě vysvětlete rozdíl mezi Ramsdenovým a Huygensovým okulárem.
|
63 |
\item Abyste mohli určit optický interval mikroskopu v pracovním úkolu č. 7, určete nejprve polohy ohniskových rovin okuláru a objektivu. Rozmyslete si, zda potřebujete znát polohy jejich předmětových nebo obrazových ohniskových rovin.
|
- |
|
- |
|
62 |
|
64 |
\item Změřte zvětšení lupy při akomodaci oka na normální zrakovou vzdálenost. Stanovte z ohniskové vzdálenosti lupy zvětšení při oku akomodovaném na nekonečno.
|
63 |
\item Změřte zvětšení lupy při akomodaci oka na konvenční zrakovou vzdálenost. Stanovte z ohniskové vzdálenosti lupy zvětšení při oku akomodovaném na nekonečno.
|
- |
|
64 |
|
- |
|
65 |
\item Určete polohy ohniskových rovin tlustých čoček (mikroskopický objektiv a Ramsdenův okulár) nutných pro výpočet zvětšení mikroskopu.
|
- |
|
66 |
|
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.
|
67 |
\item Z mikroskopického objektivu a Ramsdenova okuláru sestavte na optické lavici mikroskop a změřte jeho zvětšení.
|
- |
|
68 |
|
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.
|
69 |
\item Ze spojky +200 a Ramsdenova okuláru sestavte na optické lavici dalekohled. Změřte jeho zvětšení přímou metodou a z průměru pupil. V přípravě vysvětlete rozdíl mezi Galileovým a Keplerovým dalekohledem.
|
- |
|
70 |
|
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.
|
71 |
\item Výsledky měření zvětšení mikroskopu a dalekohledu porovnejte s hodnotami vypočítanými z ohniskových vzdáleností.
|
- |
|
72 |
|
68 |
\end{enumerate}
|
73 |
\end{enumerate}
|
69 |
|
74 |
|
70 |
\subsection{Teoretický úvod}
|
75 |
\subsection{Teoretický úvod}
|
71 |
|
76 |
|
72 |
Pro tenkou spojnou čočku platí v případě geometrické optiky čočková zobrazovací rovnice
|
77 |
Pro tenkou spojnou čočku platí v případě geometrické optiky čočková zobrazovací rovnice
|
- |
|
78 |
|
- |
|
79 |
\begin{equation}
|
73 |
\begin{equation} \frac{1}{a}+\frac{1}{a'}=\frac{1}{f}, \end{equation}
|
80 |
\frac{1}{a}+\frac{1}{a'}=\frac{1}{f},
|
- |
|
81 |
\end{equation}
|
- |
|
82 |
|
74 |
obdobnou rovnici můžeme zapsat i pro rozptylku
|
83 |
obdobnou rovnici můžeme zapsat i pro rozptylku
|
75 |
\begin{equation} \frac{1}{a'}-\frac{1}{a}=-\frac{1}{f}. \end{equation}
|
- |
|
76 |
V obou případech je a i a' předmětová a obrazová vzdálenost.
|
- |
|
77 |
|
84 |
|
- |
|
85 |
\begin{equation}
|
- |
|
86 |
\frac{1}{a'}-\frac{1}{a}=-\frac{1}{f}.
|
- |
|
87 |
\end{equation}
|
- |
|
88 |
|
- |
|
89 |
V obou případech je $a$ i $a'$ předmětová a obrazová vzdálenost.
|
- |
|
90 |
|
78 |
Boční zvětšení je definováno vztahem
|
91 |
Boční zvětšení je pak definováno vztahem
|
- |
|
92 |
|
- |
|
93 |
\begin{equation}
|
79 |
\begin{equation} \beta =\frac{y'}{y}. \end{equation}
|
94 |
\beta =\frac{y'}{y}.
|
- |
|
95 |
\end{equation}
|
- |
|
96 |
|
80 |
Kde y a y' jsou velikosti objektu a a obrazu.
|
97 |
Kde $y$ a $y'$ jsou velikosti objektu a obrazu.
|
81 |
|
98 |
|
82 |
Pro měření Besselovou metodou použijeme výraz
|
99 |
Pro měření Besselovou metodou použijeme výraz (odvozeno dále v \ref{bessel_metoda}).
|
- |
|
100 |
|
- |
|
101 |
\begin{equation}
|
83 |
\begin{equation} f=\frac{e^2 - d^2}{4e}. \end{equation}
|
102 |
f=\frac{e^2 - d^2}{4e}.
|
- |
|
103 |
\end{equation}
|
- |
|
104 |
|
84 |
e je pak celková vzdálenost mezi předmětem a stínítkem a d je vzdálenost mezi polohami čočky v kterých bylo možné na stínítku pozorovat ostrý obraz.
|
105 |
$e$ je pak celková vzdálenost mezi předmětem a stínítkem a $d$ je vzdálenost mezi polohami čočky v kterých je možné na stínítku pozorovat ostrý obraz.
|
85 |
|
106 |
|
86 |
Zvětšení okuláru je dáno vztahem
|
107 |
Zvětšení okuláru je dáno vztahem
|
- |
|
108 |
|
- |
|
109 |
\begin{equation}
|
87 |
\begin{equation} Z_2 = \frac{l}{f_2 }. \end{equation}
|
110 |
Z_2 = \frac{l}{f_2}.
|
- |
|
111 |
\end{equation}
|
- |
|
112 |
|
88 |
Zvětšení mikroskopu spošteme vztahem
|
113 |
Zvětšení mikroskopu spočteme vztahem
|
- |
|
114 |
|
- |
|
115 |
\begin{equation}
|
89 |
\begin{equation} Z = Z_1 Z_2 = \frac{\Delta l}{f_1 f_2 }, \end{equation}
|
116 |
Z = Z_1 Z_2 = \frac{\Delta l}{f_1 f_2 },
|
- |
|
117 |
\end{equation}
|
- |
|
118 |
|
90 |
Oboje je vztaženo k takzvané konvenční zrakové vzdálenosti, která je l=25cm.
|
119 |
Oboje je vztaženo k takzvané konvenční zrakové vzdálenosti, která je $l=25$cm.
|
91 |
|
120 |
|
92 |
\section{Experimentální uspořádání a metody}
|
121 |
\section{Experimentální uspořádání a metody}
|
93 |
|
122 |
|
94 |
\subsection{Pomůcky}
|
123 |
\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.
|
124 |
Optická lavice s jezdci a držáky čoček, žárovka, mikroskopický objektiv, Ramsdenův okulár v držáku s Abbeho kostkou, spojná čočka +200, matnice, clona se šipkou, pomocný světelný zdroj s milimetrovou stupnicí, objektivový mikrometr / clona se stupnicí 100 x 0,01 mm, matnice se stupnicí 50 x 0,1 mm, pomocný mikroskop se stupnicí v zorném poli, pomocný dalekohled.
|
96 |
|
125 |
|
97 |
\subsection{Ohnisková vzdálenost tenké spojky}
|
126 |
\subsection{Ohnisková vzdálenost tenké spojky}
|
98 |
|
127 |
|
99 |
\subsubsection{Odhadem}
|
128 |
\subsubsection{Odhadem}
|
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.
|
129 |
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.
|
Line 107... |
Line 136... |
107 |
|
136 |
|
108 |
Vyjdeme z čočkové rovnice
|
137 |
Vyjdeme z čočkové rovnice
|
109 |
\begin{equation}
|
138 |
\begin{equation}
|
110 |
\frac{1}{a}+\frac{1}{a'}=\frac{1}{f}. \label{1}
|
139 |
\frac{1}{a}+\frac{1}{a'}=\frac{1}{f}. \label{1}
|
111 |
\end{equation}
|
140 |
\end{equation}
|
112 |
kde $a, a'$ jsou vzdálenosti předmětu, resp. obrazu od čočky, f je ohnisková vzdálenost.
|
141 |
kde $a, a'$ jsou vzdálenosti předmětu, resp. obrazu od čočky, $f$ je ohnisková vzdálenost.
|
113 |
Z rovnice \eqref{1} vyjádříme
|
142 |
Z rovnice \eqref{1} vyjádříme
|
- |
|
143 |
|
114 |
\begin{equation}
|
144 |
\begin{equation}
|
115 |
f=\frac{aa'}{a+a'}
|
145 |
f=\frac{aa'}{a+a'}
|
116 |
\label{predmet_obraz}
|
146 |
\label{predmet_obraz}
|
117 |
\end{equation}
|
147 |
\end{equation}
|
118 |
|
148 |
|
119 |
Tuto metodu lze modifikovat tak, že je možné ji řešit graficky.
|
149 |
Tuto metodu lze modifikovat tak, že je možné ji řešit graficky.
|
120 |
|
150 |
|
121 |
\subsubsection{Besselova metoda} \label{co}
|
- |
|
122 |
|
151 |
|
- |
|
152 |
\begin{figure}[htbp]
|
- |
|
153 |
\includegraphics[width=80mm]{predmet_obraz.jpg}
|
- |
|
154 |
\caption{Grafické znázornění chodu paprsků při měření ohniskové vzdálenosti ze znalosti polohy předmětu a obrazu}
|
- |
|
155 |
\end{figure}
|
- |
|
156 |
|
- |
|
157 |
\subsubsection{Besselova metoda}
|
- |
|
158 |
\label{bessel_metoda}
|
- |
|
159 |
|
123 |
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:
|
160 |
Pokud máme spojnou čočku s ohniskovou vzdáleností $f$. A vzdálenost předmětu od stínítka $e$ větší, než $4 \cdot f$. 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:
|
124 |
|
161 |
|
125 |
\begin{equation}
|
162 |
\begin{equation}
|
126 |
f=\frac{e^2-d^2}{4e}.
|
163 |
f=\frac{e^2-d^2}{4e}.
|
127 |
\label{b}
|
164 |
\label{bessel}
|
128 |
\end{equation}
|
165 |
\end{equation}
|
129 |
|
166 |
|
130 |
Pro ostrý obraz předmětu na stínítku platí vztah mezi vzdáleností předmětu a obrazu od čočky ($a, a'$) vztah:
|
167 |
Pro ostrý obraz předmětu na stínítku platí mezi vzdáleností předmětu a obrazu od čočky ($a, a'$) vztah: $a+a'=e$
|
- |
|
168 |
|
131 |
$a+a'=e.$ Vyjádřením $a'= e-a$ a dosazením do čočkové rovnice \eqref{1} dostaneme postupně
|
169 |
Vyjádřením $a'= e-a$ a dosazením do čočkové rovnice \eqref{1} dostaneme postupně
|
132 |
|
170 |
|
133 |
\begin{equation}
|
171 |
\begin{equation}
|
134 |
\frac{a'+a}{aa'}&=\frac{1}{f} \nonumber \\
|
172 |
\frac{a'+a}{aa'}=\frac{1}{f} \nonumber \\
|
- |
|
173 |
\end{equation}
|
- |
|
174 |
|
- |
|
175 |
|
- |
|
176 |
\begin{equation}
|
135 |
\frac{e}{a(e-a)}&=\frac{1}{f} \nonumber \\
|
177 |
\frac{e}{a(e-a)}=\frac{1}{f} \nonumber \\
|
136 |
\end{equation}
|
178 |
\end{equation}
|
137 |
|
179 |
|
138 |
\begin{equation}
|
180 |
\begin{equation}
|
139 |
a^2-ae+ef&=0. \label{4}
|
181 |
a^2-ae+ef=0. \label{4}
|
140 |
\end{equation}
|
182 |
\end{equation}
|
141 |
|
183 |
|
142 |
|
- |
|
143 |
Podle předpokladu $e>4f$, 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:
|
184 |
Podle předpokladu $e>4f$, 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:
|
144 |
|
185 |
|
145 |
\begin{equation}
|
186 |
\begin{equation}
|
146 |
d&=\frac{e+\sqrt{e^2-4ef}}{2}-\frac{e-\sqrt{e^2-4ef}}{2} \nonumber \\
|
187 |
d=\frac{e+\sqrt{e^2-4ef}}{2}-\frac{e-\sqrt{e^2-4ef}}{2} \nonumber \\
|
147 |
d&=\sqrt{e^2-4ef}. \label{5}
|
188 |
d=\sqrt{e^2-4ef}. \label{5}
|
148 |
\end{equation}
|
189 |
\end{equation}
|
149 |
|
190 |
|
150 |
Vztah \eqref{b} pak dostaneme vyjádřením $f$.
|
191 |
Rovnici \eqref{bessel} pak dostaneme vyjádřením $f$.
|
- |
|
192 |
|
- |
|
193 |
\begin{figure}[htbp]
|
- |
|
194 |
\includegraphics[width=100mm]{bessel.png}
|
- |
|
195 |
\caption{Grafické znázornění chodu paprsků při měření ohniskové vzdálenosti Besselovou metodou}
|
- |
|
196 |
\end{figure}
|
151 |
|
197 |
|
152 |
\subsubsection{Určení poloh ohniskových rovin tlustých čoček}
|
198 |
\subsubsection{Určení poloh ohniskových rovin tlustých čoček}
|
153 |
Provedeme pomocí dalekohledu zaostřeného na nekonečno. Předmět se bude nacházet v ohniskové rovině čočky, když skrz čočku a dalekohled uvidíme ostrý obraz předmětu.
|
199 |
Provedeme pomocí dalekohledu zaostřeného na nekonečno. Předmět se bude nacházet v ohniskové rovině čočky, když skrz čočku a dalekohled uvidíme ostrý obraz předmětu.
|
154 |
|
200 |
|
155 |
\subsubsection{Stanovení ohniskové vzdálenosti tenké rozptylky} \label{dc}
|
201 |
\subsubsection{Stanovení ohniskové vzdálenosti tenké rozptylky}
|
- |
|
202 |
|
156 |
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
|
203 |
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
|
- |
|
204 |
|
157 |
\begin{equation}
|
205 |
\begin{equation}
|
158 |
\frac{1}{a}-\frac{1}{a'}=-\frac{1}{f}.
|
206 |
\frac{1}{a}-\frac{1}{a'}=-\frac{1}{f}.
|
159 |
\end{equation}
|
207 |
\end{equation}
|
160 |
|
208 |
|
161 |
|
209 |
|
162 |
\section{Optické přístroje}
|
210 |
\section{Optické přístroje}
|
- |
|
211 |
|
163 |
\subsection{Lupa}
|
212 |
\subsection{Lupa}
|
164 |
Lupa je jeden z nejjednodušších optických přístrojů.
|
213 |
Lupa je jeden z nejjednodušších optických přístrojů.
|
165 |
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
|
214 |
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
|
- |
|
215 |
|
166 |
\begin{equation}
|
216 |
\begin{equation}
|
167 |
Z=\frac{\tan u'}{\tan u}.
|
217 |
Z=\frac{\tan u'}{\tan u}.
|
168 |
\end{equation}
|
218 |
\end{equation}
|
169 |
|
219 |
|
170 |
\begin{itemize}
|
220 |
\begin{itemize}
|
171 |
\item \textit{Při akomodaci oka na nekonečno:} $Z_{\infty}=\frac{l}{f}$
|
221 |
\item Při akomodaci oka na nekonečno: $Z_{\infty}=\frac{l}{f}$
|
172 |
\item \textit{Při akomodaci oka na konvenční zrakovou vzdálenost:} $Z_{l}=\frac{y'}{y}$, což je poměr mezi velikostí obrazu a předmětu.
|
222 |
\item Při akomodaci oka na konvenční zrakovou vzdálenost: $Z_{l}=\frac{y'}{y}$, což je poměr mezi velikostí obrazu a předmětu.
|
173 |
\end{itemize}
|
223 |
\end{itemize}
|
174 |
|
224 |
|
175 |
\subsection{Mikroskop}
|
225 |
\subsection{Mikroskop}
|
176 |
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 $\Delta$.
|
226 |
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 $\Delta$.
|
177 |
|
227 |
|
178 |
|
- |
|
179 |
Celkové zvětšení mikroskopu je dáno vztahem
|
228 |
Celkové zvětšení mikroskopu je dáno vztahem
|
180 |
\begin{equation}
|
229 |
\begin{equation}
|
181 |
Z_{mik}=\frac{\Delta l}{f_{1}f_{2}} \label{mm}
|
230 |
Z_{mik}=\frac{\Delta l}{f_{1}f_{2}} \label{mm}
|
182 |
\end{equation}
|
231 |
\end{equation}
|
183 |
|
232 |
|
Line 193... |
Line 242... |
193 |
|
242 |
|
194 |
|
243 |
|
195 |
\section{Výsledky a postup měření}
|
244 |
\section{Výsledky a postup měření}
|
196 |
|
245 |
|
197 |
\subsection{Měření ohniskových vzdáleností čoček}
|
246 |
\subsection{Měření ohniskových vzdáleností čoček}
|
198 |
\subsubsection{Odhadem} \label{odhad}
|
- |
|
199 |
Měřili jsme spojnou čočku označenou číslem +150. Její ohniskovou vzdálenost jsme určili odhadem vzdálenosti obrazu vzdálené lampy jako 13,5$\pm$0,5cm.
|
- |
|
200 |
|
- |
|
201 |
\subsubsection{Autokolimací}
|
- |
|
202 |
Ohnisková vzdálenost čočky +150 určená autokolimační metodou je 14$\pm$0.4cm. Chyba měření je odhadnuta s ohledem na tloušťku čočky a ostrost obrazu zobrazovaného otvoru.
|
- |
|
203 |
|
247 |
|
204 |
\subsubsection{Z polohy předmětu a obrazu}
|
248 |
\subsubsection{Z polohy předmětu a obrazu}
|
205 |
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{predmet_obraz}.
|
249 |
Změřili jsme tři různé polohy předmětu a jeho obrazu vzhledem k čočce +200 (v tabulce \ref{ob}). Příslušné ohniskové vzdálenosti jsme vypočítali ze vztahu \eqref{predmet_obraz}.
|
- |
|
250 |
|
206 |
\begin{table}[htbp]
|
251 |
\begin{table}[htbp]
|
207 |
\begin{center}
|
252 |
\begin{center}
|
208 |
\begin{tabular}{|cccc|}
|
253 |
\begin{tabular}{|ccc|}
|
- |
|
254 |
\hline
|
- |
|
255 |
$a$ [cm] & $a'$ [cm] & $f$ [cm] \\ \hline
|
- |
|
256 |
44,55 & 30,9 & 18,2 $\pm$ 0.1 \\
|
- |
|
257 |
34,6 & 40,1 & 18,6 $\pm$ 0.1 \\
|
- |
|
258 |
41,45 & 33,85 & 18,6 $\pm$ 0.1 \\
|
- |
|
259 |
39,7 & 35,1 & 18,6 $\pm$ 0.1 \\
|
209 |
\hline
|
260 |
\hline
|
210 |
\# & $a$ [cm] & $a'$ [cm] & $f$ [cm] \\ \hline
|
- |
|
211 |
1 & 23.0 & 35.5 & 14.0 $\pm$ 0.1 \\
|
- |
|
212 |
2 & 30.0 & 26.5 & 14.1 $\pm$ 0.1\\
|
- |
|
213 |
3 & 32.5 & 25.0 & 14.1 $\pm$ 0.1\\ \hline
|
- |
|
214 |
\end{tabular}
|
261 |
\end{tabular}
|
215 |
\end{center}
|
262 |
\end{center}
|
216 |
\caption{Určení ohniskové vzdálenosti spojné čočky +150 z pozic vzoru a obrazu. }
|
263 |
\caption{Určení ohniskové vzdálenosti spojné čočky +200 z pozic předmětu a obrazu.}
|
217 |
\label{ob}
|
264 |
\label{ob}
|
218 |
\end{table}
|
265 |
\end{table}
|
219 |
|
266 |
|
220 |
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 f=14.1$\pm$0.1cm
|
267 |
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 +200 tedy vychází f=18.5$\pm$0.1cm
|
221 |
|
268 |
|
222 |
|
269 |
|
223 |
\subsubsection{Besselova metoda}
|
270 |
\subsubsection{Besselova metoda}
|
224 |
Touto metodou jsme změřili ohniskovou vzdálenost tenké spojky +200, Ramsdenova okuláru a mikroskopového objektivu.
|
271 |
Touto metodou jsme změřili ohniskovou vzdálenost tenké spojky +200, Ramsdenova okuláru a mikroskopového objektivu.
|
225 |
Nejprve jsme pozorovali čočkou +200 předmět vytvořený otvorem a promítaný na matnici. Výpočet chyby jsme provedli podle vzorce chyb nepřímých měření. Neurčitost vzdálenosti předmětu od stínítka jsme brali 1mm, neurčitost vzdálenosti dvou \textit{ostrých} poloh 2mm.
|
272 |
Nejprve jsme pozorovali čočkou +200 předmět vytvořený otvorem ve tvaru šipky a promítaný na matnici. Výpočet chyby jsme provedli podle vzorce chyb nepřímých měření. Neurčitost vzdálenosti předmětu od stínítka jsme brali 1mm, neurčitost vzdálenosti dvou \textit{ostrých} poloh 2mm. Ohniskovou vzdálenost čočky +200 jsme tedy stanovili na 18.6$\pm$0.1 cm.
|
226 |
|
273 |
|
227 |
\begin{table}[htbp]
|
274 |
\begin{table}[htbp]
|
228 |
\begin{center}
|
275 |
\begin{center}
|
229 |
\begin{tabular}{|ccc|}
|
276 |
\begin{tabular}{|ccc|}
|
230 |
\hline
|
277 |
\hline
|
231 |
$d$ [cm] & $e'$ [cm] & $f$ [cm] \\ \hline
|
278 |
$d$ [cm] & $e'$ [cm] & $f$ [cm] \\ \hline
|
232 |
37.6 & 90.0 & 18.6$\pm$0.1 \\
|
279 |
40,2 & 92 & 18,61 $\pm$0.1 \\
|
- |
|
280 |
34,55 & 88 & 18,61 $\pm$0.1 \\
|
233 |
29.8 & 85.0 & 18.6$\pm$0.1 \\
|
281 |
21,5 & 80 & 18,56 $\pm$0.1 \\
|
234 |
43.8 & 95.0 & 18.7$\pm$0.1 \\ \hline
|
282 |
11 & 76 & 18,60 $\pm$0.1 \\
|
- |
|
283 |
\hline
|
- |
|
284 |
|
235 |
\end{tabular}
|
285 |
\end{tabular}
|
236 |
\end{center}
|
286 |
\end{center}
|
237 |
\caption{Besselova metoda, čočka +200.}
|
287 |
\caption{Besselova metoda, čočka +200.}
|
238 |
\label{c}
|
288 |
\label{c}
|
239 |
\end{table}
|
289 |
\end{table}
|
240 |
|
290 |
|
- |
|
291 |
U ostatních elementů jsme v důsledku toho, že ohnisková vzdálenost mikroskopového objektivu a Ramsdenova okuláru je poměrně malá, pozorovali obraz pomocným mikroskopem. výsledky měření jsou v tabulce \ref{m}.
|
- |
|
292 |
|
- |
|
293 |
\begin{table}[htbp]
|
- |
|
294 |
\begin{center}
|
- |
|
295 |
\begin{tabular}{|ccc|}
|
- |
|
296 |
\hline
|
- |
|
297 |
$d$ [cm] & $e'$ [cm] & $f$ [cm] \\ \hline
|
- |
|
298 |
18 & 41,7 & 8,48 $\pm$ 0.04\\
|
- |
|
299 |
26,6 & 50 & 8,96 $\pm$ 0.04\\
|
- |
|
300 |
10,9 & 35 & 7,90 $\pm$ 0.04\\
|
- |
|
301 |
\hline
|
- |
|
302 |
|
- |
|
303 |
\end{tabular}
|
- |
|
304 |
\end{center}
|
241 |
Ohniskovou vzdálenost čočky +200 jsme tedy stanovili na 18.6$\pm$0.1\jed{cm}.
|
305 |
\caption{Besselova metoda - mikroskopový objektiv}
|
- |
|
306 |
\label{m}
|
- |
|
307 |
\end{table}
|
242 |
|
308 |
|
243 |
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}.
|
- |
|
244 |
|
309 |
|
245 |
\begin{table}[htbp]
|
310 |
\begin{table}[htbp]
|
246 |
\begin{center}
|
311 |
\begin{center}
|
247 |
\begin{tabular}{|ccc|ccc|}
|
312 |
\begin{tabular}{|ccc|}
|
- |
|
313 |
\hline
|
- |
|
314 |
$d$ [cm] & $e'$ [cm] & $f$ [cm] \\ \hline
|
- |
|
315 |
3.40 & 10.5 & 2.36 $\pm$ \\
|
- |
|
316 |
4.10 & 11.0 & 2.38 $\pm$ \\
|
- |
|
317 |
2.45 & 10.0 & 2.36 $\pm$ \\
|
248 |
\hline
|
318 |
\hline
|
249 |
\multicolumn{3}{|c|}{mikroskopový objektiv}
|
- |
|
250 |
& \multicolumn{3}{c|}{Ramsdenův okulár} \\ \hline
|
- |
|
251 |
$d$ [cm] & $e'$ [cm] & $f$ [cm] & $d$ [cm] & $e'$ [cm] & $f$ [cm] \\ \hline
|
- |
|
252 |
3.40 & 10.5 & 2.36 $\pm$ 0.05& 2.65 & 12.5 & 2.99 $\pm$ 0.04\\
|
- |
|
253 |
4.10 & 11.0 & 2.38 $\pm$ 0.05& 7.60 & 15.5 & 2.95 $\pm$ 0.04\\
|
- |
|
254 |
2.45 & 10.0 & 2.36 $\pm$ 0.05& 2.90 & 12.5 & 2.96 $\pm$ 0.04\\ \hline
|
- |
|
255 |
\end{tabular}
|
319 |
\end{tabular}
|
256 |
\end{center}
|
320 |
\end{center}
|
257 |
\caption{Besselova metoda; mikroskopový objektiv, Ramsdenův okulár}
|
321 |
\caption{Besselova metoda - Ramsdenův okulár}
|
258 |
\label{m}
|
322 |
\label{m}
|
259 |
\end{table}
|
323 |
\end{table}
|
260 |
|
324 |
|
261 |
Ohnisková vzdálenost mikroskopového objektivu vychází 2.38$\pm$0.05cm, Ramsdenova okuláru 2.97$\pm$0.04cm.
|
- |
|
262 |
|
325 |
|
- |
|
326 |
Ohnisková vzdálenost mikroskopového objektivu vychází 2.38$\pm$0.05cm, Ramsdenova okuláru 2.97$\pm$0.04cm.
|
263 |
|
327 |
|
264 |
\subsubsection{Ohnisková vzdálenost rozptylky}
|
328 |
\subsubsection{Ohnisková vzdálenost rozptylky}
|
265 |
Měřená rozptylka byla označena číslem -100, pomocná spojka byla použita čočka +100. Naměřené hodnoty jsou uvedeny v tabulce \ref{r}.
|
329 |
Měřená rozptylka byla označena číslem -100, pomocná spojka byla použita čočka +100. Naměřené hodnoty jsou uvedeny v tabulce \ref{r}.
|
266 |
\begin{table}[htbp]
|
330 |
\begin{table}[htbp]
|
267 |
\begin{center}
|
331 |
\begin{center}
|