Optiikka

Tähtitieteellinen kaukoputki

Afokaalit linssit ovat etäisyydellä f_objective + f_eyepiece; M = −f_objective/f_eyepiece on kulmasuurennus kaukaiselle objektille, kun taas penkillä oleva kuva lähellä olevasta objektista näyttää lateraalisen suurennuksen f_eyepiece/f_objective.

Tähtitieteellinen kaukoputki – interaktiivinen Optiikka-simulaatio. Afokaalit linssit ovat etäisyydellä f_objective + f_eyepiece; M = −f_objective/f_eyepiece on kulmasuurennus kaukaiselle objektille, kun taas penkillä oleva kuva lähellä olevasta objektista näyttää lateraalisen suurennuksen f_eyepiece/f_objective. Ilmainen selaimessa toimiva virtuaalinen fysiikkalaboratorio, jossa on reaaliaikaiset SI-mittaukset ja opastettu tutoriaali.

Tähtitieteellinen kaukoputki

Afokaali kaukoputki sijoittaa linsseinsä etäisyydelle f_objective + f_eyepiece; M = −f_objective/f_eyepiece.

Objektiivin polttotaso osuu yhteen okulaarin polttotason kanssa, joten linssien etäisyys on f_objective + f_eyepiece ja rinnakkainen sisääntulo poistuu rinnakkaisena. Kulmasuurennus on polttovälien suhde; sen negatiivinen etumerkki merkitsee käänteisyyttä.

• M = −f_obj/f_eye
• Kulmasuurennus

Tutkimustiivistelmä

Suunnittele kysymys ennen laboratorion avaamista

Tiivistelmä vastaa esirendattua sivua: tutkimuskysymys, kilpailevat ennusteet, muuttujien roolit, hallitsevat lait, kokoonpano sekä analyysi- ja laajennuskysymykset pysyvät näkyvissä tässä järjestyksessä.

Tutkimuskysymys

Afokaali (Keplerin) kaukoputki sijoittaa objektiivinsa ja okulaarinsa niin, että niiden polttopisteet osuvat yhteen – rinnakkainen valo sisään, rinnakkainen valo ulos. Antaako lyhyempi okulaarin polttoväli korkeamman vai matalamman kaukoputken suurennuksen?

Punniteltavat ennusteet

• Lyhyempi okulaari antaa matalamman suurennuksen.
• Okulaarin polttoväli ei vaikuta suurennukseen.
• Korkeamman – suurennus on objektiivin ja okulaarin polttovälien suhde, joten okulaarin polttovälin pienentäminen kasvattaa suhdetta.

Muuttujien roolit

Mitä asetat:

• Okulaarin polttoväli f_e (cm)

Mitä mittaat:

• Kulmasuurennus M

Miten tutkimus etenee

1. Avaa kaukoputki-esiasetus ja paina Nollaa. Objektiivilla on f = 100 cm; kaksi linssiä on erotettu niiden yhdistetyillä polttoväleillä (afokaaliehto).
2. Ota käyttöön kulmasuurennuksen lukema.
3. Aseta okulaarin polttoväli jokaiselle suoritukselle (objektiivi kiinnitettynä arvoon f = 100 cm) ja kirjaa syntyvä suurennus.

Hallitseva yhtälö

Kaukoputken kulmasuurennus — M = −f_o/f_e

Afokaalin Keplerin kaukoputken kulmasuurennus on M = −f_o/f_e, objektiivin polttovälin suhde okulaariin. Pidempi objektiivi tai lyhyempi okulaari kasvattavat molemmat suurennusta.

Mitä tulostettava työarkki pyytää opiskelijoita selvittämään

• Yhdelle suoritukselle laske M = −f_o/f_e arvolla f_o = 100 cm. Vertaa taulukkoon.
• Selitä, miksi suurennus on negatiivinen (käänteinen kuva, tyypillinen yksinkertaiselle Keplerin kaukoputkelle) ja miksi lyhyempi okulaarin polttoväli kasvattaa M:n suuruutta.

Missä tämä näkyy laboratorion ulkopuolella

• Toisin kuin okulaari (joka määrää suurennuksen), OBJEKTIIVIN halkaisija (ei näytetty tässä vain-polttovälimallissa) määrää, kuinka paljon valoa kaukoputki kerää ja sen lopullisen erotuskyvyn. Selitä, miksi tähtitieteilijöitä kiinnostaa kaukoputken aukko (objektiivin halkaisija) enemmän kuin pelkkä suurennus.
• ”Afokaali” tarkoittaa, että rinnakkainen valo sisään tuottaa rinnakkaisen valon ulos – kaukoputkella ei ole yhtä kokonaispolttoväliä itsessään, toisin kuin kameralinssillä tai suurennuslasilla. Selitä, miksi tämä suunnittelu on ideaali erittäin kaukaisten objektien (efektiivisesti äärettömyydessä) katseluun levolla silmällä.

• AP Physics 2 — Unit 13: Geometric Optics
• General High School Physics — Light & optics
• NGSS High School Physics — Wave properties

1. Tervetuloa kaukoputkeen
2. Valitse objektiivilinssi
3. Paina Toista
4. Kaukaisten objektien kulmakoko
5. Avaa Ominaisuudet-paneeli
6. Onnistuit!

Avaa interaktiivinen simulaatio rakentaaksesi kohtauksen, paina Toista ja tutki reaaliaikaisten mittausten ja opastetun tutoriaalin kanssa.

Avaa interaktiivinen laboratorio →

Lataa työarkki →

Ohuen linnssin yhtälö