Cannocchiale fai da te per bambini. Telescopio e cannocchiale fai da te

A volte trovi ogni sorta di spazzatura nei bidoni. Nei cassetti dei comò in campagna, nelle cassapanche in soffitta, tra le cose sotto un vecchio divano. Ecco gli occhiali della nonna, ecco una lente d'ingrandimento pieghevole, ecco uno spioncino danneggiato dalla porta d'ingresso, ed ecco un mucchio di obiettivi di fotocamere smontate e lavagne luminose. È un peccato buttarlo via e tutta questa ottica rimane inattiva, occupando solo spazio.
Se hai voglia e tempo, prova a creare una cosa utile da questa spazzatura, ad esempio un cannocchiale. Vuoi dire che l'hai già provato, ma le formule nei libri di aiuto si sono rivelate dolorosamente complicate? Proviamo di nuovo, utilizzando la tecnologia semplificata. E tutto funzionerà per te.
Invece di indovinare a occhio cosa accadrà, proveremo a fare tutto secondo la scienza. Le lenti ingrandiscono e minimizzano. Dividiamo tutti gli obiettivi disponibili in due pile. In un gruppo ci sono quelli ingrandenti, nell'altro gruppo ci sono quelli minuscoli. Lo spioncino smontato dalla porta ha sia lenti di ingrandimento che di minimizzazione. Lenti così piccole. Saranno utili anche a noi.
Ora testeremo tutte le lenti d'ingrandimento. Per fare questo, hai bisogno di un lungo righello e, ovviamente, di un pezzo di carta per gli appunti. Sarebbe bello se fuori dalla finestra splendesse ancora il sole. Con il sole, i risultati sarebbero più accurati, ma andrà bene anche una lampadina accesa. Testiamo le lenti come segue:
-Misurare la lunghezza focale della lente d'ingrandimento. Posizioniamo la lente tra il sole e il pezzo di carta e, allontanando il pezzo di carta dalla lente o la lente dal pezzo di carta, troviamo il più piccolo punto di convergenza dei raggi. Questa sarà la lunghezza della messa a fuoco. Lo misuriamo (mettiamo a fuoco) su tutti gli obiettivi in ​​millimetri e annotiamo i risultati, in modo da non doverci preoccupare in seguito di determinare l'idoneità dell'obiettivo.
Affinché tutto continui ad essere scientifico, ricordiamo una semplice formula. Se dividiamo 1000 millimetri (un metro) per la lunghezza focale della lente in millimetri, otteniamo la potenza della lente in diottrie. E se conosciamo le diottrie delle lenti (da un negozio di ottica), dividendo il metro per diottrie otteniamo la lunghezza focale. Le diottrie su lenti e lenti d'ingrandimento sono indicate da un simbolo di moltiplicazione immediatamente dopo il numero. 7x; 5x; 2,5x; eccetera.
Tali test non funzioneranno con obiettivi miniaturizzati. Ma sono anche indicati in diottrie e hanno anche una messa a fuoco in base alle diottrie. Ma il focus sarà già negativo, ma per nulla immaginario, del tutto reale, e ora ne saremo convinti.
Prendiamo la lente d'ingrandimento con la lunghezza focale più lunga del nostro kit e combiniamola con la lente riduttrice più potente. La lunghezza focale totale di entrambi gli obiettivi diminuirà immediatamente. Ora proviamo a guardare attraverso entrambe le lenti assemblate, minuscole per noi stessi.
Ora allontaniamo lentamente la lente d'ingrandimento dalla lente minuscola e alla fine, forse, otterremo un'immagine leggermente ingrandita degli oggetti fuori dalla finestra.
La condizione obbligatoria qui deve essere la seguente. Il fuoco della lente minuscola (o negativa) deve essere più piccolo della lente d'ingrandimento (o positiva).
Introduciamo nuovi concetti. La lente positiva, detta anche lente anteriore, è chiamata anche lente obiettiva, mentre la lente negativa o posteriore, quella più vicina all'occhio, è chiamata oculare. La potenza del telescopio è uguale alla lunghezza focale dell'obiettivo divisa per la lunghezza focale dell'oculare. Se dalla divisione risulta un numero maggiore di uno, il telescopio mostrerà qualcosa; se è inferiore a uno, non vedrai nulla attraverso il telescopio.
Invece di una lente negativa, negli oculari è possibile utilizzare lenti positive a fuoco corto, ma l'immagine sarà già invertita e il telescopio sarà leggermente più lungo.
A proposito, la lunghezza del telescopio è uguale alla somma delle lunghezze focali dell'obiettivo e dell'oculare. Se l'oculare è una lente positiva, il fuoco dell'oculare viene aggiunto al fuoco della lente. Se l'oculare è costituito da una lente negativa, allora più-meno è uguale a meno e dal fuoco della lente viene già sottratto il fuoco dell'oculare.
Ciò significa che i concetti e le formule di base sono i seguenti:
-Lunghezza focale e diottrie dell'obiettivo.
-Ingrandimento del telescopio (il fuoco dell'obiettivo è diviso per il fuoco dell'oculare).
-La lunghezza del telescopio (la somma dei punti focali della lente e dell'oculare).
QUESTA È LA COMPLESSITÀ!!!
Ora un po' più di tecnologia. Ricorda, probabilmente, che i telescopi sono realizzati piegando, da due, tre o più parti: i gomiti. Queste ginocchia sono realizzate non solo per comodità, ma anche per la regolazione specifica della distanza dall'obiettivo all'oculare. Pertanto, la lunghezza massima del telescopio è leggermente maggiore della somma dei fuochi e le parti mobili del telescopio consentono di regolare la distanza tra le lenti. Più e meno rispetto alla lunghezza teorica del tubo.
La lente e l'oculare devono trovarsi sullo stesso asse (ottico). Pertanto, non dovrebbe esserci alcun allentamento dei gomiti dei tubi l'uno rispetto all'altro.
La superficie interna dei tubi deve essere verniciata di nero opaco (non lucido), oppure la superficie interna del tubo può essere ricoperta con carta nera (verniciata).
È auspicabile che la cavità interna del telescopio sia sigillata, quindi il tubo non trasuda all'interno.
E gli ultimi due consigli:
-non lasciarti trasportare dai grandi ingrandimenti.
-se vuoi realizzare un telescopio fatto in casa, probabilmente le mie spiegazioni non ti basteranno, leggi la letteratura speciale.
Se non capisci cosa c'è in un libro, prendine un altro, un terzo, un quarto e in qualche libro otterrai comunque la risposta alla tua domanda. Se non trovi la risposta nei libri (o su Internet), allora congratulazioni! Hai raggiunto un livello in cui ci si aspetta già la risposta da TE.
Su internet ho trovato un articolo molto interessante sullo stesso argomento:
http://herman12.narod.ru/Index.html
Una buona aggiunta al mio articolo è offerta dall'autore di prozy.ru Kotovsky:
Affinché anche un lavoro così piccolo non vada sprecato, non bisogna dimenticare il diametro della lente, da cui dipende la pupilla di uscita dell'apparecchio, calcolato come il diametro della lente diviso l'ingrandimento del tubo .
Per un telescopio, la pupilla di uscita può essere di circa un millimetro. Ciò significa che da una lente con un diametro di 50 mm è possibile ottenere (scegliendo un oculare adatto) un ingrandimento di 50x. A un ingrandimento maggiore, l'immagine si deteriorerà a causa della diffrazione e perderà luminosità.
Per un tubo “terrestre”, la pupilla di uscita deve essere di almeno 2,5 mm (preferibilmente più grande. I binocoli militari BI-8 hanno 4 mm). Quelli. per l'uso “terrestre”, non si dovrebbe ottenere un ingrandimento superiore a 15-20x da un obiettivo da 50 mm. Altrimenti, l'immagine si scurirà e sarà sfocata.
Ne consegue che lenti con un diametro inferiore a 20 mm non sono adatte all'obiettivo. Forse per te è sufficiente un ingrandimento 2-3x.
In generale, una lente realizzata con lenti per occhiali non è comme il faut: distorsioni del menisco dovute alla concavità-convessa. Deve essere presente un obiettivo duplex o anche un triplex se è a fuoco corto. Non puoi trovare un buon obiettivo semplicemente nella spazzatura. Forse c'è un obiettivo da "pistola fotografica" in giro (super!), il collimatore di una nave o un telemetro di artiglieria :)
A proposito di oculari. Per un tubo galileiano (un oculare con lente divergente), dovresti utilizzare un diaframma (un cerchio con un foro) con un diametro pari alla dimensione calcolata della pupilla di uscita. Altrimenti, quando la pupilla si allontana dall'asse ottico, si verificherà una grave distorsione. Per un tubo di Keplero (oculare convergente, l'immagine è invertita), gli oculari a lente singola producono grandi distorsioni. È necessario almeno un oculare Huygens o Ramsden a due lenti. Meglio preparati: dal microscopio. Come ultima risorsa, puoi utilizzare l'obiettivo di una fotocamera (non dimenticare di aprire completamente l'apertura della lama!)
Sulla qualità delle lenti. Tutto, dagli spioncini delle porte, finisce nella spazzatura! Tra i restanti, scegli lenti con rivestimento antiriflesso (caratteristico riflesso viola). L'assenza di schiarimento è consentita sulle superfici rivolte verso l'esterno (verso l'occhio e l'oggetto di osservazione). Le lenti migliori provengono da strumenti ottici: cineprese, microscopi, binocoli, ingranditori fotografici, proiettori per diapositive - nel peggiore dei casi. Non abbiate fretta di smontare oculari e obiettivi finiti composti da più obiettivi! È meglio usare tutto: tutto è selezionato nel miglior modo possibile.
E inoltre. Ad alti ingrandimenti (>20) è difficile fare a meno del treppiede. L'immagine balla: non riesci a distinguere nulla.
Non dovresti provare ad accorciare il tubo. Maggiore è la lunghezza focale dell'obiettivo (più precisamente, il suo rapporto rispetto al diametro), minori sono i requisiti di qualità di tutte le ottiche. Ecco perché in passato i telescopi erano molto più lunghi dei moderni binocoli.

Ho realizzato la migliore tromba fatta in casa in questo modo: molto tempo fa a Salavat ho comprato un giocattolo per bambini economico: un cannocchiale di plastica (Galileo). Aveva un ingrandimento 5x. Ma aveva una lente duplex con un diametro di quasi 50 mm! (Apparentemente, inferiore agli standard dell'industria della difesa).
Molto più tardi, acquistai un piccolo monoculare cinese 8x poco costoso con un obiettivo da 21 mm. C'è un potente oculare e un sistema di avvolgimento compatto su prismi con "tetto".
Li ho "incrociati"! Ho tolto l'oculare dal giocattolo e la lente dal monoculare. Piegato, pinzato. L'interno del giocattolo era precedentemente ricoperto di carta di velluto nero. Ho ottenuto un potente tubo compatto 20x di alta qualità.

Il cannocchiale ha una lunga storia. Per decine di secoli questo oggetto ha permesso di osservare oggetti a lungo raggio. Quante nuove scoperte geografiche sono dovute a questo dispositivo ottico! Nell'era della tecnologia avanzata, non ha perso il suo valore pratico. Il mercato specializzato offre un'abbondanza di tutti i tipi di opzioni per i moderni dispositivi ottici. Non devi spendere soldi per loro. Di seguito parleremo di come realizzare un telescopio a casa.

Processo creativo

Prima di iniziare, è necessario acquistare componenti per il futuro dispositivo ottico. Avrai bisogno:

• un paio di lenti;
• cartone spesso;
• colla a base di resina epossidica o nitrocellulosa;
• colorante nero opaco;
• modello in legno;
• polietilene;
• scotch;
• forbici;
• governate;
• pennello per applicare la colla;
• matita semplice.

Recensione video cannocchiale fai-da-te

Realizzare un telescopio a casa richiede una certa preparazione e comprensione dei principi di funzionamento di questo dispositivo ottico. Come quello di fabbrica, un tubo fatto in casa è composto da due o più parti mobili che regolano la distanza tra lente e oculare. Un funzionamento adeguato richiede il rispetto dell'asse ottico. Pertanto, le parti retrattili devono adattarsi perfettamente l'una all'altra.

Gli occhiali per occhiali possono essere usati come lenti. Le diottrie dovrebbero essere variate. Scegli una lente positiva con un diametro di 5 cm e un valore di 6 diottrie. Il diametro di una lente negativa con un valore di 21 diottrie non deve superare i 3 cm È possibile utilizzare un obiettivo a fuoco lungo di una fotocamera sopravvissuta alla sua età o una vecchia lente d'ingrandimento.

La lente positiva viene utilizzata come lente periferica, mentre la lente negativa, chiamata oculare, si trova più vicino all'occhio. Invece di una lente negativa, puoi utilizzare una lente positiva a fuoco corto. Ma in questo caso, la lunghezza del tubo dovrebbe essere aumentata, l'immagine risulterà capovolta.

Per evitare il rischio di appannamento della cavità interna, è necessario prestare attenzione alla tenuta del tubo. Non è consigliabile lasciarsi trasportare dai grandi ingrandimenti. In un dispositivo ottico fatto in casa, obiettivi potenti possono ridurre significativamente la qualità dell'immagine.

Algoritmo delle azioni

Riassumere! Un cannocchiale fai-da-te e la sua fabbricazione richiedono molta perseveranza e ancora più precisione. Con un po' di impegno, puoi creare un dispositivo ottico bello e utile che non solo ti servirà bene, ma ti porterà vera soddisfazione!

Se non sei riuscito a realizzare da solo un cannocchiale, ti consigliamo di andare alla sezione e scegliere il modello appropriato.

Ho assemblato il telescopio secondo questo schema, solo con due lenti da +0,5 diottrie nell'obiettivo a una distanza di 3 cm l'una dall'altra e un diaframma al centro. Innanzitutto tutti i telescopi possono essere suddivisi in base al tipo di progettazione del sistema di avvolgimento.

Prendi l'obiettivo in una mano, l'oculare nell'altra e attraverso entrambe le lenti guardi un oggetto distante (non il sole: puoi facilmente rimanere senza occhio!). Ciò che ora tenete tra le mani, cercando di mantenere la posizione relativa raggiunta delle lenti, è il sistema ottico desiderato.

Questo problema viene risolto nell'ottica "acquistata" componendo una lente da più lenti con diversi indici di rifrazione. La cosa più semplice è torcere i tubi (tubi) da fogli di carta Whatman, fissandoli con elastici “per soldi” e fissare le lenti all'interno dei tubi con la plastilina. L'interno dei tubi deve essere verniciato con vernice nera opaca per evitare l'esposizione esterna. Il telescopio è composto da due unità ottiche: una lente e un oculare.

Quanto costa un tubo ingranditore?

Come corpo, puoi utilizzare due tubi di carta spessa, uno corto - circa 20 cm (unità oculare), il secondo circa 1 m (la parte principale del tubo). Questo cilindro sarà fissato all'interno del tubo con due dischi di diametro pari al diametro interno dell'oculare con un foro di diametro pari a quello dell'oculare.

Vale sempre la pena ricordare che non bisogna guardare il sole attraverso un telescopio o qualsiasi altro dispositivo ottico. Ma una lente d'ingrandimento può benissimo fungere da oculare: il diametro della lente dovrebbe essere il più grande possibile. Con gli oculari di un microscopio, dava appena circa 50x. === Vladimir ha notato correttamente: un paio di obiettivi e un diaframma nel posto giusto danno la migliore qualità dell'immagine! Ho comprato Magnifer (LED Double-multiple Jewelry Identification Type) come oculare, beh, in generale, questa è spazzatura con due obiettivi: uno 30*22mm, l'altro 60*22mm.

Metodo 2: utilizzare strumenti visivi come lenti.

Le ottiche di qualsiasi ingranditore fotografico sono ottime come oculare; personalmente ne ho smontate due e il principio della disposizione delle lenti è lo stesso. Ma nell'ingranditore fotografico ci sono tre lenti, di cui una biconcava, quindi bisogna lasciare la lente biconcava e la lente biconvessa che si adatta perfettamente ad essa e posizionarle nel telescopio con la lente concava rivolta verso l'oculare.

Sì, al giorno d'oggi non è difficile acquistare quasi tutti i dispositivi ottici e non così costosi. Questa è la lunghezza focale. È improbabile che tu possa affrontare da solo la procedura di misurazione descritta: avrai bisogno di una terza mano. Dovrai chiamare un assistente per chiedere aiuto. Dopo aver selezionato obiettivo e oculare, inizi a costruire il sistema ottico per ingrandire l'immagine. Muovendo reciprocamente la lente e l'oculare (cercando di mantenere i loro assi sulla stessa linea), si ottiene un'immagine nitida.

Questo problema viene risolto semplicemente con un sistema di avvolgimento ottenuto aggiungendo una o due lenti identiche all'oculare. È possibile ottenere un sistema avvolgente con una lente aggiuntiva coassiale posizionandola ad una distanza di circa 2f dall'oculare (la distanza è determinata dalla selezione). È interessante notare che con questa versione del sistema di inversione è possibile ottenere un ingrandimento maggiore allontanando dolcemente la lente aggiuntiva dall'oculare.

Quando l'immagine è dipinta nei toni dell'arcobaleno interferisce il fenomeno della cosiddetta “aberrazione cromatica”. Ma questi dettagli non ti interessano: il tuo compito è comprendere lo schema elettrico del dispositivo e costruire il modello di funzionamento più semplice secondo questo schema (senza spendere un centesimo). Elettricità fai-da-te per una dacia?

Ma prima, per acquisire conoscenze e abilità di base e finalmente capire se l'astronomia fa davvero per te, dovresti provare a costruire un telescopio da solo. In molte enciclopedie per bambini e altre pubblicazioni scientifiche puoi trovare una descrizione di come realizzare un semplice telescopio. La lente raccoglie la luce dagli oggetti; il suo diametro determina direttamente l'ingrandimento massimo del telescopio e il modo in cui possono essere osservati gli oggetti deboli.

Esistono diversi tipi di telescopi ottici, due dei più comuni sono il rifrattore e il riflettore. La lente riflettente è rappresentata da uno specchio e la lente rifrattiva è rappresentata da un sistema di lenti. A casa, realizzare uno specchio per un riflettore è un processo piuttosto laborioso e preciso che non tutti possono eseguire. A differenza di un riflettore, le lenti economiche per un rifrattore sono facili da acquistare in un negozio di ottica.

L'oculare viene installato nel gruppo oculare più vicino al bordo. Per fare questo, dovrai realizzare un supporto per oculare in cartone. Sarà costituito da un cilindro di diametro uguale all'oculare. Puoi anche sperimentare il diametro dell'apertura del diaframma e trovare quello ottimale. Esistono altre opzioni di telescopi realizzate con lenti per occhiali o teleobiettivi. Va tenuto presente che un potere della lente di 1 diottria corrisponde a una lunghezza focale di 1 m, 0,5 diottrie - 2 m, ecc.

Il tubo corto viene inserito in quello lungo. Realizzare un binocolo con le tue mani non è così difficile. Il tubo di terra fornisce un'immagine diretta ma di qualità inferiore. La messa a fuoco verrà effettuata modificando la distanza tra la lente e l'oculare, a causa del movimento del gruppo oculare nel tubo principale, e la fissazione avverrà a causa dell'attrito.

I tempi in cui chiunque poteva fare una scoperta scientifica sono quasi del tutto passati. Tutto ciò che un dilettante può scoprire in chimica, fisica, biologia è noto, riscritto e calcolato da tempo. L’astronomia è un’eccezione a questa regola. Dopotutto, questa è la scienza dello spazio, uno spazio indescrivibilmente vasto in cui è impossibile studiare tutto, e anche non lontano dalla Terra ci sono ancora oggetti da scoprire. Tuttavia, per praticare l'astronomia è necessario uno strumento ottico costoso. Un telescopio fatto in casa è un compito semplice o difficile?

Forse il binocolo aiuterebbe?

È troppo presto per un astronomo alle prime armi che sta appena iniziando a dare un'occhiata più da vicino al cielo stellato per realizzare un telescopio con le proprie mani. Lo schema potrebbe sembrare troppo complicato per lui. All'inizio puoi cavartela con un normale binocolo.

Non si tratta di un dispositivo così frivolo come potrebbe sembrare, e ci sono astronomi che continuano ad usarlo anche dopo essere diventati famosi: ad esempio, l'astronomo giapponese Hyakutake, lo scopritore della cometa che porta il suo nome, divenne famoso proprio per la sua dipendenza dalla potente binocolo.

Per i primi passi di un astronomo alle prime armi - per capire se questo è mio o no - andrà bene qualsiasi potente binocolo marino. Piu 'grande e', meglio 'e. Con il binocolo puoi osservare la Luna (con un dettaglio davvero impressionante), vedere i dischi dei pianeti vicini, come Venere, Marte o Giove, ed esaminare comete e stelle doppie.

No, è pur sempre un telescopio!

Se prendi sul serio l'astronomia e vuoi comunque realizzare un telescopio da solo, il design che sceglierai potrebbe appartenere a una delle due categorie principali: rifrattori (usano solo lenti) e riflettori (usano lenti e specchi).

Per i principianti sono consigliati i rifrattori: si tratta di telescopi meno potenti, ma più facili da realizzare. Quindi, quando acquisisci esperienza nella realizzazione di rifrattori, puoi provare ad assemblare un riflettore: un potente telescopio con le tue mani.

Cosa rende diverso un potente telescopio?

Che domanda stupida, chiedi. Naturalmente - mediante ingrandimento! E ti sbaglierai. Il fatto è che non tutti i corpi celesti possono, in linea di principio, essere ingranditi. Ad esempio, non ingrandirai in alcun modo le stelle: si trovano a una distanza di molti parsec e da tale distanza si trasformano praticamente in punti. Nessun avvicinamento è sufficiente per vedere il disco di una stella lontana. Puoi solo "ingrandire" gli oggetti nel sistema solare.

E il telescopio, prima di tutto, rende le stelle più luminose. E questa proprietà è responsabile della sua prima caratteristica più importante: il diametro della lente. Quante volte la lente è più larga della pupilla dell'occhio umano, quante volte diventano più luminosi tutti i luminari. Se vuoi realizzare un potente telescopio con le tue mani, dovrai cercare, prima di tutto, una lente di diametro molto grande per l'obiettivo.

Lo schema più semplice di un telescopio rifrattore

Nella sua forma più semplice, un telescopio rifrattore è costituito da due lenti convesse (d'ingrandimento). Il primo, quello grande, rivolto verso il cielo, è chiamato lente, e il secondo, quello piccolo, in cui guarda l'astronomo, è chiamato oculare. Dovresti realizzare un telescopio fatto in casa con le tue mani esattamente secondo questo schema se questa è la tua prima esperienza.

La lente del telescopio dovrebbe avere un potere ottico di una diottria e un diametro quanto più grande possibile. Puoi trovare una lente del genere, ad esempio, in un laboratorio di occhiali, dove ne vengono ritagliati occhiali per occhiali di varie forme. È meglio se la lente è biconvessa. Se non ce n'è una biconvessa, puoi utilizzare un paio di lenti semidiottriche piano-convesse, poste una dopo l'altra, con rigonfiamenti in direzioni diverse, a una distanza di 3 centimetri l'una dall'altra.

Come oculare, è preferibile qualsiasi lente d'ingrandimento potente, idealmente una lente d'ingrandimento in un oculare sul manico, prodotto in precedenza. Andrà bene anche un oculare di qualsiasi dispositivo ottico prodotto in fabbrica (binocolo, dispositivo geodetico).

Per scoprire quale ingrandimento fornirà il telescopio, misurare la lunghezza focale dell'oculare in centimetri. Quindi dividi 100 cm (la lunghezza focale di una lente da 1 diottria, cioè la lente) per questa cifra e ottieni l'ingrandimento desiderato.

Fissare le lenti in qualsiasi tubo resistente (andrà bene il cartone, spalmato di colla e dipinto all'interno con la vernice più nera che si trova). L'oculare dovrebbe poter scorrere avanti e indietro entro pochi centimetri; questo è necessario per l'affilatura.

Il telescopio deve essere fissato su un treppiede di legno, la cosiddetta montatura Dobson. Un suo disegno può essere facilmente trovato in qualsiasi motore di ricerca. Questo è il supporto per telescopio più semplice da produrre e allo stesso tempo affidabile, quasi tutti i telescopi fatti in casa lo utilizzano.

Il telescopio è progettato in modo tale che una persona, guardando attraverso di esso, veda gli oggetti da un angolo di visione maggiore di quello che li vede ad occhio nudo.

Un aumento dell'angolo di visione si ottiene combinando un vetro biconvesso con un vetro biconcavo o due vetri biconvessi. Questi occhiali sono anche chiamati lenti e lenticchie.

Una lente biconvessa, come suggerisce il nome, è convessa su entrambi i lati ed è più spessa al centro che ai bordi. Se tale lente viene rivolta verso un oggetto distante, posizionando un foglio di carta bianca dietro la lente a una certa distanza, noterai che produce un'immagine dell'oggetto verso cui è rivolta la lente. Ciò è particolarmente evidente se si gira l'obiettivo verso il Sole: su un foglio bianco si ottiene un'immagine del Sole sotto forma di un cerchio luminoso e si può vedere che i raggi luminosi, dopo aver attraversato l'obiettivo, vengono raccolti da Esso. Se mantieni la carta in questa posizione per un po ', può bruciarsi: qui viene raccolta così tanta energia radiante.)

Il punto attraverso il quale passa un qualsiasi raggio senza rifrazione è chiamato centro ottico della lente (per una lente biconvessa il centro ottico coincide con quello geometrico).

Il centro della sfera di cui fa parte la superficie della lente è chiamato centro di curvatura. In una lente biconvessa simmetrica, entrambi i centri di curvatura si trovano a uguale distanza dal centro ottico. Tutte le linee rette che passano per il centro ottico dell'obiettivo sono chiamate assi ottici. La linea retta che collega il centro di curvatura al centro ottico è chiamata asse ottico principale dell'obiettivo.

Il punto in cui vengono raccolti i raggi che attraversano la lente è chiamato fuoco.

La distanza dal centro ottico dell'obiettivo al piano in cui si trova il fuoco (il cosiddetto piano focale) è chiamata lunghezza focale. Si misura in misure lineari.

La lunghezza focale di uno stesso obiettivo varia a seconda di quanto lontano dall'obiettivo stesso si trova l'oggetto a cui è rivolto. Esiste una certa legge secondo cui la lunghezza focale dipende dalla distanza dall'oggetto. Per calcolare i telescopi, la cosa più importante è la lunghezza focale principale, cioè la distanza dal centro ottico dell'obiettivo al fuoco principale. Il fuoco principale è il punto in cui, dopo la rifrazione, converge un fascio di raggi parallelo all'asse ottico principale. Si trova sull'asse ottico principale, tra il centro ottico e il centro di curvatura. L'immagine di un oggetto si ottiene alla lunghezza focale principale, o, come si dice, "al fuoco principale" (il che non è del tutto accurato, perché il fuoco è un punto e l'immagine di un oggetto è una figura piatta ), quando l'oggetto è così lontano dalla lente che i raggi provenienti da esso cadono sulla lente in un fascio parallelo.

Lo stesso obiettivo ha sempre la stessa lunghezza focale principale. Lenti diverse, a seconda della loro convessità, hanno lunghezze focali principali diverse. Le lenti biconvesse sono spesso chiamate lenti “convergenti”.

Il potere convergente di ciascuna lente è misurato dalla sua lunghezza focale principale. Spesso, quando si parla della proprietà di raccolta di una lente biconvessa, invece delle parole “lunghezza focale principale” si dice semplicemente “lunghezza focale”.

Quanto più una lente rifrange i raggi, tanto minore è la sua lunghezza focale. Per confrontare obiettivi diversi, puoi calcolare il rapporto tra le loro lunghezze focali. Se, ad esempio, una lente ha una lunghezza focale principale di 50 cm e l'altra 75 cm, allora, ovviamente, la lente con una lunghezza focale principale di 50 cm rifrange più forte. Possiamo dire che le sue proprietà di rifrazione sono maggiori di quelle di un obiettivo con lunghezza focale di 75 cm, tante volte che 75 cm è maggiore di 50 cm, cioè 75/50 = 1,5%

La proprietà rifrattiva di una lente può essere caratterizzata anche dal suo potere ottico. Poiché la proprietà di rifrazione di una lente è tanto maggiore quanto più corta è la sua lunghezza focale, il valore 1:F può essere preso come misura della potenza ottica (F è la lunghezza focale principale). L'unità di potenza ottica di un obiettivo è la potenza ottica di tale obiettivo, la cui lunghezza focale principale è 1 m. Questa unità è chiamata diottria. Pertanto, la potenza ottica di qualsiasi obiettivo può essere trovata dividendo 1 m per la lunghezza focale principale (F) di quell'obiettivo, espressa in metri.

Il potere ottico è solitamente indicato con la lettera D. I poteri ottici delle lenti sopra indicate (uno F1 = 75 cm, l'altro F2 = 50 cm) saranno

D1= 100 cm / 75 cm = 1,33

D2= 100 cm / 50 cm = 2

Se acquisti una lente da 4 diottrie in un negozio (così vengono solitamente designati gli occhiali per occhiali), la sua lunghezza focale principale è ovviamente uguale a: F = 100 cm / 4 = 25 cm.

Di solito, quando si indica la potenza ottica di una lente convergente, davanti al numero di diottrie viene posto un segno “+” (più).

Una lente biconcava ha la proprietà di diffondere anziché raccogliere i raggi. Se si gira una lente del genere verso il Sole, dietro la lente non si ottiene alcuna immagine; i raggi che cadono sulla lente in un raggio parallelo escono da essa in un raggio divergente in direzioni diverse. Se guardi un oggetto attraverso una lente del genere, l'immagine di questo oggetto appare ridotta. Il punto in cui “convergono” le estensioni dei raggi diffusi dalla lente è detto anche fuoco, ma questo fuoco sarà immaginario.

Le caratteristiche di una lente biconcava sono determinate allo stesso modo di una lente biconvessa, ma sono legate al fuoco apparente. Quando si designa la potenza ottica di una lente biconcava, mettere un segno “-” (meno) davanti al numero di diottrie. Riportiamo nella tabella riassuntiva le principali caratteristiche delle lenti biconvesse e biconcave.

Lente biconvessa (convessa)	Lente biconcava (divergente)
Il focus è reale. Il fuoco principale è il punto in cui vengono raccolti i raggi provenienti da un punto luminoso infinitamente distante (o, che è lo stesso, raggi paralleli). L'immagine è reale, invertita. La lunghezza focale principale viene calcolata dal centro ottico dell'obiettivo al fuoco principale e ha un valore positivo. La potenza ottica è positiva.	Il focus è immaginario. Il fuoco principale è il punto in cui si intersecano le continuazioni dei raggi divergenti provenienti da un punto luminoso infinitamente distante. L'immagine è immaginaria, diretta. La lunghezza focale principale viene calcolata dal centro ottico dell'obiettivo al fuoco principale e ha un valore negativo. La potenza ottica è negativa.

Quando si costruiscono strumenti ottici, viene spesso utilizzato un sistema di due o più lenti. Se queste lenti sono fissate l'una all'altra, la potenza ottica di un tale sistema può essere calcolata in anticipo. Il potere ottico richiesto sarà pari alla somma dei poteri ottici delle lenti costituenti o, come si dice anche, la diottria del sistema è pari alla somma delle diottrie delle lenti che lo compongono:

Questa formula permette non solo di calcolare il potere ottico di più occhiali piegati, ma anche di determinare il potere ottico sconosciuto di una lente se esiste un'altra lente con un potere noto.

Usando questa formula, puoi scoprire il potere ottico di una lente biconcava.

Supponiamo, ad esempio, di avere una lente divergente e di volerne determinare il potere ottico. Applichiamo una lente di raccolta in modo che questo sistema produca un'immagine reale. Se, ad esempio, applicando una lente convergente di +3 diottrie ad una lente divergente, ottenessimo un'immagine del Sole ad una distanza di 75 cm, allora la potenza ottica del sistema sarà pari a:

D0=100 cm / 75 cm = +1,33

Poiché il potere ottico della lente convergente è +3 diottrie, il potere ottico della lente divergente è -1,66

Il segno meno indica proprio che la lente è divergente.

Una variazione della distanza dall'oggetto all'obiettivo comporta anche una variazione della distanza dall'obiettivo all'immagine, cioè della lunghezza focale dell'immagine. Per calcolare la lunghezza focale di un'immagine, utilizzare la formula seguente.

Se d è la distanza dell'oggetto dall'obiettivo (più precisamente dal suo centro ottico), f è la lunghezza focale dell'immagine e F è la lunghezza focale principale, allora: 1/d + 1/f = 1/F

Da questa formula segue che se la distanza dell'oggetto dall'obiettivo è molto grande, allora praticamente 1/d=0 e f=F. Se d diminuisce, allora f deve aumentare, cioè aumenta la lunghezza focale dell'immagine data dall'obiettivo, e l'immagine si allontana sempre più dal centro ottico dell'obiettivo. Il valore di F (lunghezza focale principale) dipende dall'indice di rifrazione, dal vetro di cui è composta la lente e dal grado di curvatura delle superfici della lente. La formula che esprime questa dipendenza è:

F=(n-1)(1/R1+1/R2)

In questa formula, n è l'indice di rifrazione del vetro, R1 e R2 sono i raggi di quelle superfici sferiche da cui è limitata la lente, cioè i raggi di curvatura. È utile tenere presente queste dipendenze in modo che anche con un esame superficiale dell'obiettivo si possa giudicare se si tratta di un fuoco lungo (le superfici sono leggermente curve) o di un fuoco corto (le superfici sono notevolmente curve).

Le proprietà delle lenti convergenti e divergenti vengono utilizzate nei telescopi.

Il dispositivo del telescopio mostra il disegno ottico di un telescopio galileiano. Il tubo è costituito da due lenti: una lente biconvessa, rivolta verso l'oggetto, e una lente biconcava, attraverso la quale l'osservatore guarda.

La lente che raccoglie i raggi provenienti dall'oggetto osservato è detta lente obiettiva, la lente attraverso la quale questi raggi escono dal tubo ed entrano nell'occhio dell'osservatore è detta oculare.

Un oggetto distante (non mostrato nel disegno del telescopio) si trova molto a sinistra; i raggi cadono sulla lente dal suo punto superiore (A) e dal suo punto inferiore (B). Dal centro ottico dell'obiettivo, l'oggetto è visibile con un angolo AO B.

Passando attraverso la lente, i raggi avrebbero dovuto essere raccolti, ma il vetro biconcavo, posto tra la lente e il suo fuoco principale, sembra “intercettare” questi raggi e disperderli. Di conseguenza, l'occhio dell'osservatore vede l'oggetto come se i suoi raggi provenissero da un ampio angolo.

L'angolo al quale un oggetto è visibile ad occhio nudo è AOB, e ad un osservatore che guarda attraverso il tubo sembra che l'oggetto sia in ab ed è visibile con un angolo maggiore dell'angolo AOB. Il rapporto tra l'angolo al quale un oggetto è visibile attraverso il telescopio e l'angolo al quale l'oggetto è visibile ad occhio nudo è chiamato ingrandimento del telescopio. L'ingrandimento può essere calcolato conoscendo la focale principale dell'obiettivo F1 e la focale principale dell'oculare F2. In teoria l'ingrandimento W di un tubo galileiano è pari a: W= -F1/F2= -D2/D1, dove D1 e D2 sono rispettivamente i poteri ottici della lente e dell'oculare.

Il segno meno indica che in un tubo galileiano la potenza ottica dell'oculare è negativa.

La lunghezza del tubo Galileiano dovrebbe essere pari alla differenza tra le lunghezze focali dell'obiettivo F1 e dell'oculare F2.

Poiché la posizione della messa a fuoco cambia a seconda della distanza dall'oggetto osservato, quando si osservano oggetti terrestri vicini, la distanza tra l'obiettivo e l'oculare dovrebbe essere maggiore rispetto a quando si osservano i corpi celesti. Per poter installare correttamente l'oculare, viene inserito nel tubo retrattile.

Il disegno di un cannocchiale mostra il disegno ottico di un cannocchiale kepleriano. L'oggetto è molto a sinistra ed è visibile con un angolo AOB. I raggi provenienti dai punti superiore e inferiore dell'oggetto vengono raccolti in O" e O" e, andando oltre, vengono rifratti dall'oculare. Posizionando l'occhio dietro l'oculare, l'osservatore vedrà un'immagine dell'oggetto con un angolo A "NE". In questo caso l'immagine dell'oggetto apparirà capovolta.

Ingrandimento del tubo di Keplero: W= F1/F2= D2/D1,

La distanza tra l'obiettivo e l'oculare in un tubo kepleriano è uguale alla somma delle lunghezze focali dell'obiettivo F1 e dell'oculare F2. Di conseguenza il tubo kepleriano è sempre più lungo del tubo galileiano, che dà lo stesso ingrandimento a parità di focale della lente. Tuttavia, questa differenza di lunghezze diminuisce quanto maggiore è l'ingrandimento.

Nel tubo kepleriano, come in quello galileiano, è previsto il movimento del tubo oculare per la possibilità di osservare oggetti posti a diverse distanze.