میکروسکوپ مرکب: طول لوله و بزرگنمایی
1 · پیش‌بینی
عدسی شیئی و عدسی چشمی میکروسکوپ مرکب فاصله‌های کانونی ثابتی دارند، اما موقعیت عدسی چشمی — طول لوله — همچنان قابل‌تنظیم است. آیا تغییر طول لوله، بزرگنمایی کل (سامانه‌ای) میکروسکوپ را تغییر می‌دهد، با اینکه فاصله کانونی هیچ‌کدام از عدسی‌ها تغییر نمی‌کند؟
- نه — طول لوله بر بزرگنمایی کل اثر ندارد، فقط فواصل کانونی عدسی‌های فرد دارند.
- فقط فاصلهٔ کانونی عینکی مهم است، نه اینکه چقدر از شیئی فاصله دارد.
- بله — افزایش طول لوله، عدسی چشمی را به کانون خودش (نسبت به تصویر حقیقی‌ای که شیئی می‌سازد) نزدیک‌تر می‌کند، که بزرگنمایی خود عدسی چشمی را زیاد می‌کند و در بزرگنمایی کل سامانه ضرب شده، آن را بزرگ‌تر می‌سازد.
2 · آماده‌سازی
- پیش‌تنظیم microscope را باز کنید و Reset را بفشارید. عدسی شیئی (f_o = 8 cm، در فاصلهٔ ثابت از نمونه) تصویری حقیقی می‌سازد؛ عدسی چشمی f_e = 25 cm دارد.
- قرائت بزرگنمایی سامانه (M کلی زنجیرهٔ تصویرسازی دو عدسی) را فعال کنید.
- طول لوله (فاصلهٔ شیئی تا عینکی) را برای هر آزمایش تنظیم کنید و بزرگنمایی سامانهٔ حاصل را ثبت کنید.
3 · گردآوری داده
| طول لوله L (cm) | بزرگنمایی سامانه M |
|---|---|
| 56.00 | |
| 61.00 | |
| 66.00 |
برای سه آزمایش، بزرگنمایی سامانه M (محور y) را بر حسب طول لوله L (محور x) رسم کنید. آیا رابطه خطی مستقیم است؟
4 · تحلیل
- برای یک آزمایش، ابتدا فاصلهٔ تصویر شیئی d_i1 را از 1/f_o = 1/d_o1 + 1/d_i1 بیابید (d_o1 = 9.6 cm، f_o = 8 cm — در هر طول لوله‌ای ثابت می‌ماند). سپس فاصلهٔ شیء عینکی d_o2 = L − d_i1 و فاصلهٔ تصویر آن d_i2 را از 1/f_e = 1/d_o2 + 1/d_i2 بیابید (f_e = 25 cm). در نهایت M = (−d_i1/d_o1)·(−d_i2/d_o2). M را با جدول مقایسه کنید.
- توضیح دهید چرا بزرگنمایی خود شیئی در هر سه آزمایش ثابت می‌ماند، در حالی که بزرگنمایی عینکی — و در نتیجه بزرگنمایی کل سامانه — با طول لوله تغییر می‌کند.
5 · گسترش
- بزرگنمایی سامانهٔ این آزمایش را با M = N/f آزمایش simple-magnifier مقایسه کنید. توضیح دهید چرا زنجیرکردن دو تصویر واقعی عدسی می‌تواند بزرگنمایی را بسیار فراتر از آنچه هر عدسی به‌تنهایی می‌داد، چند برابر کند.
- میکروسکوپ‌های واقعی تاریخی روی طول لوله‌های استانداردی (مثل 160 mm) توافق کردند تا شیئی‌ها و عینکی‌های سازندگان مختلف قابل‌تعویض و پیش‌بینی‌پذیر باشند. توضیح دهید چرا استانداردکردن طول لوله — نه فقط فاصلهٔ کانونی هر عدسی — برای قطعات تعویض‌پذیر میکروسکوپ مهم است.
فیزیک پشت این آزمایش
بزرگنمایی سامانهٔ میکروسکوپ مرکب
بزرگنمایی کل میکروسکوپ مرکب حاصل‌ضرب بزرگنمایی‌های تصویر خودِ شیئی و عینکی است، M = m_o × m_e — هرکدام با معادلهٔ عدسی نازک و با استفاده از زنجیرهٔ واقعی تصویر دو عدسی به‌دست می‌آید، نه فرمول ایدئال بزرگنمایی زاویه‌ای.
اپتیک
- عدسی همگرا: تصاویر حقیقی فراتر از 2f
- نقطهٔ کانونی: جایی که تصاویر به بینهایت میگریزند
- عدسی بهعنوان ذرهبین
- عدسی واگرا: همیشه مجازی، همیشه کوچکشده
- آینهٔ مقعر: تصاویر حقیقی مثل عدسی همگرا
- آینهٔ محدب: همیشه تصویری مجازی و کوچکشده
- آینهٔ تخت: حالت خاص و ناوردا
- عمق ظاهری: چرا استخر سطحیتر از واقع دیده میشود
- بازتاب کامل درونی: زاویهٔ حدی
- رلهٔ دو عدسی: زنجیرکردن تصویرها
- میکروسکوپ مرکب: دو عدسی برای بزرگنمایی بالا
- بزرگکنندهٔ عکس: دو عدسی برای تصویر حقیقی و بزرگ‌تر