Искривление линий. Применение диафрагм

Искривление линий. Прямые линии предмета оказываются на его изображении изогнутыми. Это явление обусловлено разницей в увеличении, даваемой линзой в разных местах своей поверхности, т. е. для различных лучей, идущих под разными углами к оптической оси.

Если у краев стекла увеличение получается больше, чем в середине, то прямые линии изображаются в виде кривых, обращенных выпуклостью к оптической оси (рис. 356, II). Если увеличение у краев меньше, то диагонали изображаемого квадрата уменьшаются, и его стороны кажутся выпуклыми (рис. 356, III).

Рис. 356. Искажение изображений

Чтобы наблюдать искривления изображений, берут стекло, покрытое слоем желатина (проявленная и закрепленная фотопластинка), и тушью чертят квадратную сетку, ряд концентрических окружностей и две диагонали, у которых одна проведена лишь наполовину, чтобы получить несимметричную фигуру, позволяющую заметить обратность изображения (рис. 357).

Рис. 357. Диапозитив для исследования качества линз

При помощи исследуемой линзы получают изображение начерченных фигур, осветив их источником света. Перемещая экран, наблюдают изображения в разных местах и следят, как резкость изображения различных мест предмета и искажения линий меняются с положением экрана.

Применение диафрагм. Все недостатки линз, обусловленные действием краевых лучей, ослабляются при помощи диафрагм, пропускающих только центральные лучи. Чтобы выяснить роль диафрагм, проделывают ряд наблюдений.

Берут двояковыпуклую линзу со сравнительно небольшим фокусным расстоянием (10—15 см) и предмет (§ 27, 7) в виде металлической сетки (не очень мелкой; ширина ячейки около 2 мм). Линзу надо укрепить в куске фанеры или картона, чтобы свет помимо линзы не мог попасть на экран. Если применяется линза в металлической оправе на штативе (рис. 350), то надо к оправе привязать защитную ширму с отверстием по размеру линзы.

Для опыта нужно приготовить из жести 7 диафрагм в виде кружков с тремя отростками, при помощи которых диафрагма или навешивается на оправу линзы, или на самую линзу. Диафрагмы окрашиваются в черный цвет. Три диафрагмы должны иметь в центре по круглому отверстию (рис. 358, I) в 6 см, 3 см и 1,5 см диаметром, если диаметр отверстия самой линзы не менее 8 см.

Рис. 358. Диафрагмы

Если этот последний диаметр окажется меньше 8 см, то диаметры отверстий диафрагм надо соответственно уменьшить. Можно воспользоваться диафрагмой „Ирис“ с переменным отверстием (рис. 359), если она имеется в кабинете. Три другие кольцеобразные диафрагмы вырезаются согласно рисунку 358, II, диаметры внутренних кружков — такие же, как у отверстий, т. е. 6 см, 3 см и 1,5 см.

Рис. 359. Диафрагма «Ирис»

Последняя (седьмая) диафрагма имеет пять щелей (b = 2—3 мм), расположенных вдоль одного из диаметров (рис. 358, III). Весьма желательно сделать две крайние щели цветными, заклеив их или цветным желатином, или полосками цветных (тонких) стекол.

Случай 1. Поместив предмет (сетку, освещенную электролампой) в двойном фокусе линзы, получают на экране действительное изображение сетки. Изображение имеет размытые края и вообще не очень отчетливо по той причине, что краевые лучи дают изображение в иной плоскости (ближе к стеклу), чем центральные лучи.

Случай 2. Непосредственно около линзы ставят диафрагму так, чтобы центр ее отверстия совпал с оптической осью линзы. Начинают с наибольшего отверстия и постепенно переходят к наименьшему. Изображение по мере уменьшения отверстия становится все отчетливее и приобретает все более резкие очертания, но яркость изображения уменьшается. Происходит это по той причине, что диафрагма не пропускает краевые лучи.

По мере того как пучок центральных лучей делается более узким, он все точнее сходится в одной точке. Чтобы увидеть конус сходящихся лучей и проследить за его ходом, надо экран расположить вдоль оптической оси стекла (начиная от самого стекла) и немного отклонить его от оси так, чтобы на нем получилось осевое сечение конуса лучей.

Случай 3. Три другие диафрагмы (кольцеобразные, с кружком в центре) производят обратное действие — пропускают только краевые лучи и потому изображения, образованные этими лучами, отличаются большой неясностью и лежат ближе к стеклу, чем в случае 2. Опыты начинают с диафрагмы, имеющей в середине чтобы проследить за получением изображения, надо экран каждый раз сперва помещать у самого стекла и затем уже постепенно отодвигать до получения изображения сетки. Полезно и в этом случае исследовать конус тени и лучей, проектируя их осевое сечение на экран.

Случай 4. Чтобы проследить различие в ходе краевых и центральных лучей, на линзу надевают седьмую диафрагму (со щелями) и экран помещают около самой линзы—на экране видны 5 (по числу щелей) маленьких полосок, расположенных так же, как и на диафрагме. По мере удаления экрана полоски сближаются, сдвигаясь к средней; на некотором расстоянии крайние полоски совпадут со средней, но промежуточные боковые чуть-чуть не доходят до средней.

При дальнейшем удалении экрана крайние полоски опять отойдут от середины, но поменяются своими местами (прежняя нижняя перейдет наверх); эго очень хорошо заметно, если крайние полоски цветные.

Случай 5. Все перечисленные опыты можно проделать и с двояковогнутой линзой, только придется исследовать не изображение, а резкость и размеры светлого круга, даваемого на экране расходящимся пучком света, прошедшего через линзу. Получая на экране след осевого сечения конуса лучей, можно изучить свойства этого конуса.

Чтобы проследить ход различных лучей, надо применить диафрагму с 5 щелями; измерение взаимных расстояний лучей показывает, какие лучи сильнее расходятся, какие-—слабее; отсюда можно вывести заключение о расположении мнимых изображений, даваемых центральными и краевыми лучами.