Автор — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев
Темы кодификатора ЕГЭ: оптические приборы.
Как мы знаем из предыдущей темы, для более подробного разглядывания объекта нужно увеличить угол зрения. Тогда изображение объекта на сетчатке будет крупнее, и это приведёт к раздражению большего числа нервных окончаний зрительного нерва; в мозг направится большее количество визуальной информации, и мы сможем увидеть новые детали рассматриваемого объекта.
Почему угол зрения бывает малым? На то есть две причины: 1) объект сам по себе имеет малый размер; 2) объект, хотя и достаточно велик по размерам, но расположен далеко.
Оптические приборы — это приспособления для увеличения угла зрения. Для рассматривания малых объектов используются лупа и микроскоп. Для рассматривания далёких объектов применяются зрительные трубы (а также бинокли, телескопы и т. д.)
Невооружённый глаз.
Начинаем с рассматривания мелких объектов невооружённым глазом. Здесь и далее глаз считается нормальным. Напомним, что нормальный глаз в ненапряжённом состоянии фокусирует на сетчатке параллельный пучок света, а расстояние наилучшего зрения для нормального глаза равно см.
Пусть небольшой предмет размером находится на расстоянии наилучшего зрения от глаза (рис. 1). На сетчатке возникает перевёрнутое изображение предмета, но, как вы помните, это изображение затем вторично переворачивается в коре головного мозга, и в результате мы видим предмет нормально — не вверх ногами.
| Рис. 1. Рассматривание мелкого предмета невооружённым глазом |
Ввиду малости предмета угол зрения также является малым. Напомним, что малый угол (в радианах) почти не отличается от своего тангенса: . Поэтому:
. (1)
Если r расстояние от оптического центра глаза до сетчатки, то размер изображения на сетчатке будет равен:
. (2)
Из (1) и (2) имеем также:
. (3)
Как известно, диаметр глаза составляет около 2,5 см, так что . Поэтому из (3) следует, что при рассматривании мелкого предмета невооружённым глазом изображение предмета на сетчатке примерно в 10 раз меньше самого предмета.
Лучшие напольные лампы-лупы
Лампа-лупа косметологическая Атис-Мед ЛЛ-5 на штативе с РУ
Рейтинг: 4.9
Лидером становится профессиональный прибор с регистрационным удостоверением, который используют при проведении процедур и исследований, требующих высокой точности и внимания. Им оснащают косметологические и медицинские кабинеты, ювелирные и часовые мастерские. Главное преимущество – это увеличенный диаметр линзы, который составляет 15 см. Стекло имеет отличную четкость, снижает утомляемость, не подвержено механическим воздействиям.
Оптическая степень увеличения – 5 диоптрий. Крышка предохраняет линзу от попадания пыли и солнечных лучей. 60 светодиодов передают равномерное, мягкое освещение, не искажают цвет. Сотрудник может выбрать наиболее оптимальную интенсивность из 5 возможных. Лампа снабжена рукояткой для регулировки положения. Подвижный штатив обеспечивает устойчивость и возможность легкого перемещения.
Модель выполнена из качественных и безопасных материалов. Пластик устойчив к повреждениям, легко моется, влагозащищен. Лампа прошла все клинические и технические испытания и широко используется в крупных медицинских центрах и салонах красоты.
Достоинства
- супертонкое стекло высокой четкости;
- большой размер линзы;
- несколько режимов яркости;
- высокий стандарт качества.
Недостатки
- не выявлены.
Лампа-лупа REXANT 3Х с подсветкой 60 LED
Рейтинг: 4.8
Второй призер – прибор с лаконичной и в то же время очень удобной конструкцией. Он подходит для использования косметологами, мастерами маникюра и тату. Модель универсальна и применяется еще во многих областях. Надежная устойчивость гарантирует безопасность во время проведения процедур при любом положении штатива. Прибор оснащен бестеневой подсветкой, которая обеспечивает полноценную работу при отсутствии другого освещения.
Линза изготовлена из стекла, дает четкое изображение. Оптическая сила – 3 диоптрии. 42 светодиода расположены по кругу. Для настройки положения предусмотрена рукоятка, что помогает исключить соприкосновений с линзой. В модели, как и во многих приборах этого бренда, есть встроенный электронный блок для минимизации мерцания и бликов. Потребляемая мощность – 7 Вт.
Согласно отзывам лампа отличается широкими возможностями регулировки положения, что очень удобно в работе. Она функциональна, проста в управлении и уходе. Все пользователи поставили модели высокие оценки.
Достоинства
- экономичное потребление энергии;
- бестеневая подсветка;
- оптимальное количество диодов;
- рукоятка для изменения положения линзы.
Недостатки
- не выявлены.
Лампа-лупа NUOBI 518C MAX
Рейтинг: 4.7
Третье место достается лампе, которая идеально подойдет для небольших косметических кабинетов и тату-салонов. Небольшой вес позволяет ее передвигать без труда в любое удобное место. При этом устойчивость хорошая. Подставка лампы пустотелая. Для лучшего закрепления на поверхности ее можно наполнить водой. Высота прибора – 180 см. Гибкий держатель фиксируется в любом положении.
Светодиодная подсветка дает яркое равномерное свечение без мерцающих бликов и теней. Регулировка мощности позволяет настроить оптимальный уровень освещения. Управление очень простое, сенсорное. Для удобства конструкция снабжена полочкой для телефонов и двумя USB разъемами. У клиентки всегда будет под рукой мобильный телефон, что очень удобно при длительных процедурах.
Качество и надежность модели удостоились высоких оценок пользователей. Все продумано для комфорта и безопасности и клиента, и мастера. Гибкая стойка позволяет менять любой угол поворота и максимально приближать лампу к объекту. Настройки простые, сама конструкция очень прочная.
Достоинства
- регулировка мощности;
- дополнительные удобства;
- легкое передвижение;
- оптимальная высота.
Недостатки
- не выявлены.
Лампа-лупа DAYLIGHT Магнифисент
Рейтинг: 4.6
На четвертой строчке – универсальный прибор, который можно использовать как в напольном, так и в настольном положении. Три уровня позволяют регулировать высоту в зависимости от места установки. Диапазон: 125/85/50 см. Такая характеристика обеспечивает широкие области применения лампы. Она используется не только в косметических кабинетах, но в часовых и ювелирных мастерских, сервисных центрах бытовой техники и электроники. Чтобы уменьшить высоту, достаточно убрать ножку штатива.
Лампа оснащена светодиодной подсветкой, которая создает яркий бестеневой свет. Лупа достаточно большая. Диаметр 14,5 см дает возможность работать в максимально комфортных условиях. Дизайн лаконичный, современный. Он впишется в любой интерьер. Небольшое потребление электроэнергии является еще одним неоспоримым плюсом прибора.
Бренд DAYLIGHT представил отличный вариант лампы-лупы, заменяющий две конструкции. Прибор быстро трансформируется в настольный и обратно в напольный, максимально устойчив, обладает оптимальными характеристиками для достижения желаемых результатов.
Достоинства
- многофункциональность;
- гибкое крепление;
- объемная лупа;
- стильное исполнение.
Недостатки
- не выявлены.
Лупа.
Укрупнить изображение объекта на сетчатке можно с помощью лупы (увеличительного стекла).
Лупа — это просто собирающая линза (или система линз); фокусное расстояние лупы обычно находится в диапазоне от 5 до 125 мм. Предмет, разглядываемый через лупу, помещается в её фокальной плоскости (рис. 2). В таком случае лучи, исходящие из каждой точки предмета, после прохождения лупы становятся параллельными, и глаз фокусирует их на сетчатке, не испытывая напряжения.
| Рис. 2. Рассматривание предмета через лупу |
Теперь, как видим, угол зрения равен . Он также мал и приблизительно равен своему тангенсу:
. (4)
Размер l изображения на сетчатке теперь равен:
. (5)
или, с учётом (4):
. (6)
Как и на рис. 1, красная стрелочка на сетчатке также направлена вниз. Это означает, что (с учётом вторичного переворачивания изображения нашим сознанием) в лупу мы видим неперевёрнутое изображение предмета.
Увеличение лупы — это отношение размера изображения при использовании лупы к размеру изображения при рассматривании предмета невооружённым глазом:
. (7)
Подставляя сюда выражения (6) и (3), получим:
. (8)
Например, если фокусное расстояние лупы равно 5 см, то её увеличение . При рассматривании через такую лупу объект кажется в пять раз больше, чем при рассматривании его невооружённым глазом. Подставим также в формулу (7) соотношения (5) и (2):
.
Таким образом, увеличение лупы есть угловое увеличение: оно равно отношению угла зрения при рассматривании объекта через лупу к углу зрения при рассматривании этого объекта невооружённым глазом.
Отметим, что увеличение лупы есть величина субъективная — ведь величина в формуле (8) есть расстояние наилучшего зрения для нормального глаза. В случае близорукого или дальнозоркого глаза расстояние наилучшего зрения будет соответственно меньше или больше.
Из формулы (8) следует, что увеличение лупы тем больше, чем меньше её фокусное расстояние. Уменьшение фокусного расстояния собирающей линзы достигается за счёт увеличения кривизны преломляющих поверхностей: линзу надо делать более выпуклой и тем самым уменьшать её размеры. Когда увеличение достигает 40–50, размер лупы становится равным нескольким миллиметрам. При ещё меньших размерах лупы пользоваться ей станет невозможно, поэтому считается верхней границей увеличения лупы.
Как выбрать лупу
При выборе лупы, потребуется изначально определиться, для чего она необходима, какие задачи будут решаться при помощи прибора. Кроме того, важно сразу выделить основные параметры, поскольку от них зависят функциональные возможности:
- Кратность. Этот показатель указывает на приближение объекта. Чем больше значение, тем сильнее приближение и углы обзора. Для многозадачности лучше выбирать модели, которые будут увеличивать в 5-7 крат.
- Конструкция. Лупа включает в себя не только оптический элемент, но и специальные приспособления, что повышают комфорт от использования. На данный момент предлагаются карманные модели с ручками, окуляры для глаз, настольные устройства с подставкой и другие варианты, под разные задачи.
- Подсветка. Ее наличие может помочь рассматривать предметы в условиях плохой освещенности. В классическом использовании применяются диоды, но также есть ИК или УФ фонари, который подходят для работы с электроникой или ювелирными товарами.
- Материал линзы. Производители выпускают оптику из разных материалов, среди которых пластик, стекло и полимер. Самые низкие по стоимости пластиковые модели, но они быстро царапаются. Стекло оказывается дороже, но если упадет на плитку, бетон и другие твердые поверхности, то будет полное уничтожение. Средним вариантом является акриловый полимер, который подходит для большинства людей.
Кроме описанных параметров, необходимо различать возможные виды лупы:
- Измерительные – отличается большой кратностью и шкалой для увеличения. Такой прибор считается отличным выбором для инженеров, мастеров, работающими с мелкими деталями. Может использоваться в большом спектре работ.
- Карманные – хороший выбор на каждый день, особенно если нужно прочитать мелкие буквы в магазине или увидеть дефекты объектов. Все модели небольшие, удобные для использования и отлично подходят для носки в кармане.
- Стационарные – модели идеальны для людей, работающих с электроникой, часами. Чаще приближают в 6-8 крат, оснащаются подставкой, подсветкой и помогают освободить руки для работы.
- Швейные – небольшие приборы, которые не дают высокую кратность, но подходят для вышивки мелких деталей. Чаще оснащаются шнурком для ношения. Размеры минимальные, корпус удобен для работы.
- Ювелирные – позволяют увеличивать до 20 крат, есть несколько вариантов подсветки. Идеальный выбор, когда нужно изучать монеты и другие антикварные вещи.
- Очки – такие лупы характеризуются простотой и удобством использования. Визуально подобны классическим очкам, подойдет для разных задач.
Описанные виды условны, поскольку качественный товар может использоваться для работы с электроникой, выбора ювелирных вещей и т.д., независимо от формы. Какая лучше лупа поможет определиться рейтинг.
Труба Кеплера.
Принцип действия трубы Кеплера очень прост: объектив даёт изображение удалённого обекта в своей фокальной плоскости, а затем это изображение рассматривается в окуляр как в лупу. Таким образом, задняя фокальная плоскость объектива совпадает с передней фокальной плоскостью окуляра.
Ход лучей в трубе Кеплера изображён на рис. 4.
| Рис. 4 |
Объектом служит далеко расположенная стрелка , направленная вертикально вверх; она не показана на рисунке. Луч из точки идёт вдоль главной оптической оси объектива и окуляра. Из точки идут два луча, которые ввиду удалённости объекта можно считать параллельными.
В результате изображение нашего объекта, даваемое объективом, расположено в фокальной плоскости объектива и является действительным, перевёрнутым и уменьшенным. Размер изображения обозначим .
Невооружённым глазом объект виден под углом . Согласно рис. 4:
, (11)
где — фокусное расстояние объектива.
Изображение объекта мы видим в окуляр под углом , который равен:
, (12)
где — фокусное расстояние окуляра.
Увеличение зрительной трубы — это отношение угла зрения при наблюдении в трубу к углу зрения при наблюдении невооружённым глазом:
Согласно формулам (12) и (11) получаем:
(13)
Например, если фокусное расстояние объектива равно 1 м, а фокусное расстояние окуляра равно 2 см, то увеличение зрительной трубы окажется равным: .
Ход лучей в трубе Кеплера принципиально тот же, что и в микроскопе. Изображением объекта на сетчатке также будет стрелочка, направленная вверх, и поэтому в трубе Кеплера мы увидим объект перевёрнутым. Во избежании этого в пространстве между объективом и окуляром ставят специальные оборачивающие системы линз или призм, которые ещё раз переворачивают изображение.
Источник: