Aparate optice

a)Ochiul omenesc, ca aparat optic:

Din punct de vedere anatomic, ochiul este, dupa cum se ºtie, un organ deosebit de complex, servind la transformarea imaginilor geometrice ale corpurilor in senzaþii vizuale. Privind insa numai din punctul de vedere al opticii geometrice, el constituie un sistem optic format din trei medii transparente: umoarea apoasa, cristalinul ºi umoarea sticloasa (sau vitroasa):

Aceastea se gasesc in interiorul globului ocular, marginit in exterior de o membrana rezistenta, numita sclerotica. Sclerotica este opaca peste tot, exceptand o porþiune din faþa, care este transparenta ºi de forma sferica, numita corneea transparenta. Lumina patrunde in ochi prin cornee, strabate cele trei medii transparente ºi cade pe retina, unde se formeaza o imagine reala ºi rasturnata a obiectelor privite. Fluxul luminos este reglat automat prin acþiunea involuntara (reflexa) a irisului. Aceasta este o membrana (ai carei pigmenþi dau “culoarea ochilor”) perforata in centru printr-o deschidere circulara, de diametrul variabil, numita pupila. La lumina prea intensa, irisul iºi mareºte pupila, penru a proteja retina, iar la lumina prea slaba, irisul iºi mareºte pupila pentru a mari iluminarea imaginilor de pe retina. Retina este o membrana subþire, alcatuita din prelungirile nervului optic ºi conþinand un numar mare de celule senzaþionale, care percep lumina, numite conuri ºi bastonaºe. Conurile sunt celule specializate in perceperea luminii de intensitate slaba, fiind practic incapabile sa distinga culorile. Ochiul omenesc conþine aproximativ 7 milioane conuri ºi 130 milioane bastonaºe, foarte neuniform raspandite. Conurile ocupa mai ales partea centrala a retinei, in timp ce densitatea bastonaºelor creºte spre periferie. In partea centrala, puþin mai sus de axa optica, exista o regiune numita pata galbena (macula lutea) in mijlocul careia se afla o mica adancitura – foveea centralis – populata exclusiv de conuri, in numar de 13000 – 15000. Sub acþiunea involuntara a unor muºchi speciali ai ochilului, globul ocular sufera miºcari de rotaþie in orbita sa, astfel incat imaginea sa se formeze totdeauna in regiunea petei galbene, cea mai importanta regiune fotosensibila a ochiului.

Cristalinul are forma unei lentile nesimetric biconvexe ºi poate fi mai bombat sau mai puþin bombat sub acþiunea reflexa a muºchilor ciliari, modificandu-ºi astfel convergenþa, incat imaginea sa cada pa retina. El are o structura stratificata, prezentand spre margine indicele de refracþie de aproximativ 1,38 , iar in interior de aproximativ 1,41.

Acomodarea. Un ochi normal, aflat in stare de repaus, are focarul situat pe retina. Din aceasta cauza, pentru obiectele situatea la infinit (practic, la distanþe mai mari decat circa 15 m) ochiul formeaza imaginile pe retina fara nici un efort de modificare a cristalinului.

Apropiind obiectul, cristalinul se bombeaza sub acþiunea muºchilor ciliari, aºa fel incat imaginea sa ramana tot pe retina. Fenomenul se numeºte acomodare. Cristalinul insa nu se poate bomba oricat ºi de aceea obiectul poate fi adus doar pana la o anumita distanþa minima – distanþa minima de vedere – sub care ochiul nu mai poate forma imaginea pe retina. Acomodarea ochiului este deci posibila in tre un punct aflat la o distanþa maxima (punctul remotum), care, pentru ochiul normal este la infinit (practic, peste 15 m) ºi un punct aflat la o distanþa minima (punctul proximum), care pentru ochiul normal este de 10–15 cm la tineri ºi aproximativ 25 cm la adulþi. In mod normal, ochiul vede cel mai bine, putand distinge cele mai multe detalii, la o distanþa mai mare decat distanþa minima de vedere ºi anume la aproximativ 25 cm, numita distanþa vederii optime.

Defecte de convergenþa ale ochiului:

Ochiul miop este mai alungit decat cel normal, astfel ca focarul sau se afla in faþa retinei. Cu alte cuvinte imaginile obiectelor in departate (situate la infinit) nu se formeaza pe retina, ci in faþa ei. Prin bombarea cristalinului situaþia nu se imbunataþeºte, deoarece aceste imagini nu se duc pe retina, ci se indeparteaza de ea. Obiectul trebuie apropiat pana la o anumita distanþa (caþiva metrii, in funcþie de gradul de miopie) pentru ca imaginea sa se formeze pe retina cu ochiul neacomodat.

Apropiind mai mult obiectul, ochiul poate pastra, prin acomodare, imaginea pe retina, pana la o distanþa minima de circa 5 cm. Ociul miop are aºadar atat punctul remotum cat ºi cel proximum mai apropiate decat ochiul normal.

El nu poate vedea clar obiecte mai departate decat punctul sau remotum. Defectul se corecteaza cu ochelari alcatuiþi din lentile divergente, construite astfel incat focarul lor (virtual) sa se afle in punctul remotum ol ochiului miop.

Ochiul hipermetrop este mai “turtit” decat ochiul normal, astfel incat focarul sau se afla in spatele retinei. Cu alte cuvinte, in starea relaxata a ochiului hipermetrop, imaginile obiectelor de la infinit nu se formeaza pe retina ci in spatele ei. Nici acest ochi nu vede clar obiectele de la infinit, in stare relaxata. Spre deosebire de cel miop insa, el poate, prin acomodare (bombarea cristalinului) sa aduca imaginea pe retina.

Distanþa minima pana la care poate vedea (acomodat) este insa mai mare decat la ochiul normal. Aºadar, hipermetropul poate vedea clar obiectele indepartate numai cu effort de acomodare, iar obiectele mai apropiate, care intra in limitele de acomodare ale unui ochi normal, nu le poate distinge clar. Folosind ochelari cu lentile convergente, corect calculate (in funcþie de gradul de hipermetropie), aceste lentile il pot ajuta sa aduca imaginea pe retina, atat pentru obiecte indepartate, privind neacomodat, cat ºi pentru obiecte apropiate, privind acomodat.

Ochiul prezbit este ochiul in varsta ºi se datoreºte slabirii cu timpul a capacitaþii de bombare a cristalinului. Avand posibilitaþi mai reduse de bombare a cristalinului, un astfel de ochi va avea punctul proximum mai indepartat decat la un ochi normal. Obiectele mai apropiate vor avea deci imaginile in spatele retinei ºi pentru aducerea lor pe retina se folosesc lentile convergente, care maresc convergenþa ochiului, ca ºi in cazul ochiului hipermetrop.

b)Luneta:

Luneta este destinata observarii obiectelor foarte indepartate. De la oricare punct al unui astfel de obicei ajung la noi fascicule practic paralele. Sa consideram un obiect astronomic AB ºi sa indreptam luneta cu axa optica spre extremitatea A:

Toate razele provenite din A vor fi paralele cu axa optica ºi vor converge in focarul principal imagine F` al obiectivului lunetei. In figura de mai sus am luat o singura raza din acest fascicul ºi anume de-a lungul axei optice principale. De la punctul extrem B va sosi, de asemenea, un fascicul de raze paralele intre ele, dar inclinate cu unghiul º faþa de primul fascicul. ª va fi deci unghiul sub care se vede obiectul ceresc cu ochiul liber. Punctul de convergenþa al fasciculului paralel din B va fi in focarul secundar B`, care va defini astfel in planul focal al obiectivului imaginea reala y`. Trebuie remarcat ca obiectul AB fiind foarte departe de focarul F al obiectivului, imaginea intermediara y` este micºorata, spre deosebire de imaginea intermediara a microscopului, care era mult marita, datorita faptului ca obiectul de cercetat era foarte aproape de focarul F al obiectivului. Din aceasta cauza, imaginea y` se afla destul de departe de focarul imagine F`, in timp ce la luneta aceasta se formeaza, practic chiar in planul focal al obiectivului. Aºadar, ocularul lunetei preia o imagine intermediara, micºorata a obiectivului ºi formeaza o imagine definitiva y virtuala ºi marita faþa de y`. In aceasta figura imaginea intermediara y` a fost construita ducand planul focal perpendicular pe axa in F`ºi afland punctul (B`) in care o raza din B tecand prin varful lentilei obiectiv inþeapa acest plan (este figurata urma acestui plan printr-un segment punctat). Imaginea finala y este obþinuta trasand din B` doua raze cu drum cunoscut; una (r`) paralela cu axa optica, va parasi ocularul trecand prin focarul imagine F` al sau ºi una (r``) trecand prin centrul optic al ocularului, va trece mai departe nederivata (ocularul este luat – ca ºi obiectivul – sub forma unei lentile subþiri, convergente). Dupa aflarea punctului B``, s-a putut construi mersul complet al razei din B pana la pupila ochiului, º fiind unghiul sub care sevede imaginea finala y .

Grosismentul lunetei. Fiind vorba de un aparat ce furnizeaza imagini virtuale ale unor obiecte indepartate, luneta se caracterizeaza prin grosisment:

G=

Grosismentul lunetei este deci egal cu raportul dintre distanþa focala a obiectivului, sau cu produsul dintre distanþa focala a obiectivului ºi puterea ocularului. Se poate mari deci grosismentul marind distanþa focala a obiectivului ºi utilizand oculare cat mai convergente.

Lunetele cu obiective formate din lentile de sticla se mai numesc ºi telescoape dioptrice, iar cele cu obiectivul constand dintr-o oglinda concava – telescoape catoptrice, sau simplu, telescoape.

Calitaþile lunetei cresc, daca se mareºte diametrul obiectivului. Dar, obiective din lentile cu diametru prea mare nu se pot construi. Datorita dificultaþilor de obþinere a omogenitaþii unor mase transparente atat de mari, precum ºi din cauza deformarii lentilelor sub propria lor greutate, obiectivele cu lentile depaºesc cu greudiametrul de 1 metru. De aceea se utilizeaza in acest scop obiective cu oglinzi concave, care alcatuiesc telescoape. Astfel de oglinzi pot atinge diametre pana la 5 m (observatorul de la Palomar). In plus, aceste obiective sunt complet lipsite de aberaþii cromatice, deoarece lipseºte dispersia luminii, imaginile formandu-se numai prin reflexii.

BIBLIOGRAFIE: -“Compendiu de fizica” autori:

- prof. univ. dr. IOAN-IOVIÞ POPESCU

- lect. univ. dr. ION BUNGET

-Editura ªtiinþifica ºi enciclopedica BUCUREªTI, 1988