Жинағыш линза

Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 10 бет
Таңдаулыға:

Қазақстан Республикасы білім және ғылым министрлігі

М. Х. Дулати атындағы Тараз өңірлік университеті

«Ұстаз» институты

«Физика және IT» кафедрасы

Ғылыми жоба тақырыбы:

«Жұқа жинағыш линзаның сфералық және хроматикалық аберрациясын (кемістігін) анықтау»

Тобы: Физика 18-3

Орындаған: Махбуова А, Назарбек Ұ, Құлбарақова Б

Қабылдаған: Кушербаева Майкуль

Тараз-2021ж

Мазмұны

Кіріспе . . . 3

Теориялық бөлімЛинза. Жинағыш линза . . . 4Жұқа жинағыш линзаның көмегімен кескін алу . . . 6
Эксперименттік бөлімЖұқа жинағыш линзаның сфералық және хроматикалық аберрациясын кемістігін анықтау . . . 7

Қорытынды . . . 11

Пайдаланылған әдебиеттер . . . 12

Кіріспе

Геометриялық оптика- оптиканы жарықты геометриялық сызық ретінде қарастыра отырып, жарықтың таралу заңдарын зерттейтін бөлімі. Линза - оптикалық аспап. Оптикалық құралдарда негізгі қызмет атқарушы аспап линза. Оның екі түрі бар жинағыш линза және шашыратқыш линза.

Жобаның мақсаты - Өмірде қолданылататын жұқа жинағыш линзаның сфералық және хроматикалық аберрациясын (кемістігін) анықтау.

Жобаның міндеті - жұқа жинағыш линазың сфералық және хроматикалық аберрациясын (кемістігін) эксперимент жасап, керекті формуланы пайдаланып қателігін анықтау.

Жобаның әдістері - жоба барысында жұқа жинағыш линзаның көмегімен эксперименттік тәжірибе жасау.

Аберрация-физикада жарық сәулесінің линза арқылы өткеннен кейін бір нүктеде түйіспей ауытқуы. Сфералық аберрация айна немесе линзаның қисық фокустауына байланысты түзіледі. Хроматикалық аберрация тек линзаларға тән.

Жобаның құрылымын кіріспеден, теориялық және эксперименттік бөлімнен, пайдаланылған әдебиеттермен қатар қорытындыдан тұрады. Жалпы 10бетті қамтиды. Сонымен қатар, бұл жобада 2кестемен 3сурет арқылы жұмыс жасалған.

1. 1Линза. Жинағыш линза

Линза - екі жағы сфералық немесе жазық және сфералық сындырғыш беттермен шектелген мөлдір дене. Оптикада көбінесе сфералық линзалар қолданылады. Линзалар шашыратқыш немесе жинағыш болып екі класқа бөлінеді. Шашыратқыш линзаның беті - ойыс, ал жинағыш линзаның беті - дөңес болады. Линза жұқа немесе қалың болады. Жұқа линза - қалыңдығы оның қисықтық радиусымен салыстырғанда көп кіші болатын мөлдір дене, бұл шарт орындалмаса қалың линза деп аталады.

Линзадан өткен сәулелер бағытын өзгертпесе, онда сол нүкте линзаның оптикалық центрі деп аталады (1-сурет) .

$О_{1}$ A F F $A_{1}$ $О_{2}$

$B_{1}$

а в

Линзаның оптикалық центрі арқылы өткен кез-келген түзу оптикалық ось, ал осы центрмен қисықтық радиусының центрі ( $C_{1}C_{2}$ ) арқылы (немесе линзаның $O_{1}O_{2}$ ) төбесін өткен түзу бас оптикалық ось деп аталады.

Линзаның центрі арқылы, бас оптикалық оське перпендикуляр өткен жазықтық - бас жазықтық деп аталады. Қалың линзада бас жазықтық және оптикалық центрі екеу болады. Бас оптикалық осьпен параллель болып линзаға түскен сәуле, линзадан сынып бас оптика оське қыйылысқан нүкте ( $F_{1}F_{2}$ ) линзаның бас фокусы, ал линзаның оптикалық центрінен бас фокусқа дейінгі аралық (f) - фокус қашықтығы делінеді, ол линзаның негізгі сипаттамасы болып табылады. Жинағыш линзаның бас фокус қашықтығы - оң шама, ал шашыратқыш линзаның бас фокус қашықтығы - теріс шама. Линзаның оптикалық күші (D) - фокус қашықтығының кері шамасы, өлшем бірлігі - диоптрий.

Параллель түскен жарық сәулелерін бір нүктеге жинайтын линзалар жинағыш линза деп аталады. Жинағыш линзалар қос дөңес, жазық дөңес, ойыс дөңес деп бөлінеді. Жинағыш линзаның фокусы - параллель түскен жарық сәулелері сынған соң қиылысатын нүкте(F-фокус шын) . Жинағыш линза кескіні - шын, төңкерілген, кішірейтілген егер денемен кескін бір жақта орналасса кескін жалған болады. Қандай линза болса да кескін алу үшін екі сәуле жеткілікті. Біреуі бас оптикалық оське параллель өтеді де сынады, екіншісі центр арқылы өтеді осы екеуінің қиылысынан кескін пайда болады. 1-сәуле бас оптикалық оське параллель, линзаның артқы фокусы арқылы өтеді. 2-сәуле линзаның алдыңғы фокусы арқылы, бас оптикалық оське параллель өтеді.

F- линзаның фокус аралығы; d (a) - линза мен дене аралығы; f (b) - линза мен кескін аралығы; O - линзаның центрі; H( $A_{1}B_{1})$ - кескіннің биіктігі; h(AB) - дененің биіктігі.

1. 2 Жұқа жинағыш линзаның көмегімен кескін алу

Жұқа линзаның формуласы:

$\frac{1}{F} = \frac{1}{d} + \frac{1}{f}$ немесе $D = \frac{1}{d} + \frac{1}{f}$ .

Мұндағы: D - линзаның оптикалық күші,

F> 0 - жинағыш линза үшін линза фокусы оң,

F < 0 - шашыратқыш линза үшін линза фокусы теріс.

Линзалардың ұлғаюы - кескін биіктігінің дене биіктігіне қатынасына тең физикалық шама, формуласы:

$Г = \frac{f}{d}$ немесе $Г = \frac{H}{h}$ .

Егер, Г> 1 - дененің кескіні үлкейтілген болса, онда ұлғаю 1-ден үлкен,

Г< 1 - кескін үлкейтілген болса, онда 1-ден кіші.

Линзаның оптикалық күші - фокустық қашықтықтың кері шамасына тең физикалық шама. Оптикалық күштің өлшем бірлігі - диоптрия.

$D = \frac{1}{F}$

Берілген объекттің линзадағы кескінін объекттің әрбір нүктесінен шығатын сәулелерді жүргізу арқылы сызуға болады. Шындығында да біз 3-суреттегі тәрізді арнаулы үш сәулені ғана пайдаланамыз (бұл жерде линзаның қалыңдығы шексіз аз деп алып отырмыз) . 1-сәуле оське параллель жүргізілген. Демек, ол линзада сынғаннан кейін линзаның сыртындағы $F$ фокалдық нүкте арқылы өтеді. 2-сәуле объект орналасқан жақтағы $F'$ фокалдық нүкте арқылы жүргізілген. 3-сәуле линзаның центрі арқылы жүргізілген, ол жерде екі бет те бір-біріне параллель деп алуға болады, сондықтан сәуле өзінің бастапқы бағытын өзгертпей шығады. Шын мәнісінде, осы сәулелердің екеуін-ақ пайдаланып, кескінді салуға болады, ал үшінші сәуле тек тексеру үшін ғана қажет болады. Осындай тәсілмен біз объекттің бір нүктесінің кескінін саламыз. Объекттің қалған нүктелерінің кескіндері де дәл осылай табылады. Олардың жиынтығы объекттің толық кескінін береді. Қарастырылып отырған жағдайда сәулелер кескін арқылы өтетін болғандықтан, кескін шын болып табылады.

2. 1 Жұқа жинағыш линзаның сфералық және хроматикалық аберрациясын кемістігін анықтау

1. Жұмыстың мақсаты:

Жұқа жинағыш линзаның сфералық жіне хроматикалық аберрациясын анықтау.

2. Қажетті-құрал жабдықтар:

Жұқа жинағыш линзаның сфералық және хроматтық аберрацияларын анықтауға арналған ФПВ05-1-5 қондырғысы. Оның құрамында: оптикалық скамья, рейтер-3дана, жарықтандырғыш тормен линза қондырғысы, №6-линза және жарық сүзгісі.

3. Теориядан қысқаша мәлімет.

Сфералық аберрация. Линза оптикалық ось ${(ОО}^{1})$ бойымен түскен жарық шоғын, өте жіңішке етіп бір нүктеге жинақтайды. Линзаға түскен жарық шоғы, линзаның бас оптикалық осьіне жақын түссе, онда сынған жарық шоғы линзадан алыс қашықтыққа осьпен қиылысады. (1-суретте $Р^{1}$ нүктесі)

$Р^{11}$

$Р^{1}$

$в^{1}$

Ал линзаның осіне алыстау түскен болса жарық шоғы осьпен ${\ Р}^{11}$ нүктеде, яғни линзаға жақындау нүктеде осьпен қиылысады. Суреттегі әртүрлі нүктелердегі қиылысу $Р^{1}Р^{11}$ сфералық аберрация деп аталады.

$\mathbf{\delta в =}\mathbf{в}^{\mathbf{1}}\mathbf{- в\ }$ бойлық сфералық аберрация аралығы деп аталады. Бойлық сфералық аберрацияның кескіні экранда нүте орнына көмескі дақ болып көрінеді. Оң линзалар үшін $\delta в < 0$ , а оптикалық күші теріс линзалар үшін $\delta в > 0.$ Олай болса сфералық аберрацияны, линзаларды комбинациялау жолымен жөндеуге болады.

Хроматикалық аберрация.

Хроматикалық аберрацияның болу себебі, линза затының сыну көрсеткішінің жарық жиілігіне байланыстылығында. Сондықтанда ақ денелердің кескіні түрлі түске боялған болады. Бойлық сфералық аберрацияны $\ \mathbf{\delta В}$ анықтау үшін, линзаның қызыл және көк сәулелердің фокус қашықтықтарын анықтау үшін құрылғыны (2-сурет) бойынша жинаймыз.

Көрсетілген оптикалық скамьяға қажетті құралдарды орнатамыз.

Жүйені монохроматты жарық сәулесімен жарықтандырып линзаның фокус қашықтығын мына формуламен анықтаймыз.

$\frac{1}{n} = (n - 1) (\frac{1}{R_{1}} + \frac{1}{R_{2}})$

Мұндағы, n -сыну көрсеткіші, $R_{1}$ мен $R_{2}$ -линза бетінің қисықтық радиустері.

Жарықтың күрделі құрамында, n-сыну көрсеткішінің коэффиценті толқын ұзындыққа байланыстылығын есепке алу қажет. Толқын ұзындық артқанда сыну көрсеткіші кемиді қалыпты дисперсия. Кәдімгі линзада қызыл сәулеге қарағанда, көк сәуленің оптикалық күші үлкен, сондықтанда көк сәуленің сыну көрсеткіші қызыл сәулеге қарағанда үлкен болады. Көк сәуле линзның бас оптикалық осьімен қиылысу нүктесі, қызыл сәуленің қиылысу нүктесіне қарағанда линзаға жақын болады. Нәтижесінде ақ жарық көзінен алынған кескін бұлынғыр болып шеттері түрлі түсте болады. Бұл құбылыс хроматикалық аберрация деп аталады. 3-суретте көк сәуле үшін $Р_{к}^{1}$ кескін ал қызыл үшін $Р_{қ}^{11}$ нүктеде.

1 $\mathbf{1}^{\mathbf{1}}$

$\mathbf{1}^{\mathbf{11}}$

$\mathbf{2}^{\mathbf{11}}$ $\mathbf{р}^{\mathbf{1}}$ $\mathbf{р}^{\mathbf{11}}$

2 $\mathbf{2}^{\mathbf{1}}$

Қондырғының жұмыс істеу принципі.

Қондырғының құрамында оптикалық скамья, рейтерлер, жарықтандырғыш, қоректену көзі ИП-1, жинағыш линза, қызыл және көк жарық сүзгісі, дискі және сақиналы диаграма, экран және линза ұстатқыш.

1. Оптикалық скамьяның ұзындығы 1200мм станинадан сұтады. Оптикалық скамьяға сұлба бойынша негізігі элементтер құрлдар рейтер арқылы орнатылған. Шкала миллиметрлік шкаламен бөлінген.

2. Экранға түскен нәрсе кескіні бақылауға және өлшеуге. Экран бетінде интерференциялық және дифракциялық бейне бақылауға арналаған. Оның беті күңгірт, оған вертикаль және горизонталь бағыттар бойынша миллиметрлік шакалалар жүогізілген, оның бөлік құны 11мм.

3. Линза ұстатақышы жартылай дөңгелек түрінде жасалған, оның ңшкң диаметрі 75мм, ол рейтерге бекітілген.

4. Тор оптикалық жүйеде нәрсе қыз метін ақарады. Ол шкалаға бекітілген жиектігінің диаметрі, жарықтандырғыштың конденсары бекіітілген жиекке лайықтап жасалған.

5. Жарық көзі гологендік қыздыру лампасынан тұрады, ал конленсор жиегі жарық көзіне жақын орналасады.

6. Жарықтандырғаш лампасының қоректену көзі ИП-1. Оның қорабы пласмассадан жасалған, салқында тұру үшін қорабында тесіктер бар. Қорабының артқы панелінде ток көзіне қосқыш ажыратқыш орнатылған. Алдыңғы панелінде жарық көзінің жарықтылығын реттеу үшін айнымалы резстор орнатылған.

7. Жарықтандырғыш жолына көк немесе қызыл диапазондағы жарық сүзгңсын (КС, ҚС) қою арқылы хроматикалық абберацияны зерттейміз.

8. Дискілі дөңгелек немесе сақиналы диафрагмаларды пайдалана отырып, сфералық аберрацияны зерттейміз. Диафрагма №6 линзаның жиектігіне бекітіледі.

9. Скамьядағы рейтерлердің орнын жазып алу үшін қол фанары қолданылады.

Жұмыстың орындалу тәртібі

Құрылғының құрамындағыларды центрлерін бірдей биіктікте орналастырамыз. Ол үшін алғыш жарық сүзгісі 3 алынып тасталады. Экран бетінен тордың кескінін алу үшін линзаның реттейміз.

Линзамен (4) жарық көзінің (1) арасында көк жарық сүзгісін орналастырып экран бетінен жарық көзінің анық кескінін аламыз. Осы кескін анық болып шығуы үшін линзаны экранмен жарық көзініңиарасында жылжыта отырып реттейміз. Экран бетіндегі кескіннен линзаға дейінгі $в_{к}$ аралықты өлшеп алып, $f_{1}$ -фокус қашықтығын мына формуламен анықтаймыз.