Порядок выполнения работы. Измерение стрелки прогиба эталонной плоскости
Измерение стрелки прогиба эталонной плоскости
1. Осторожно установить сферометр с измерительным кольцом на эталонную плоскость – плоское пробное стекло. Для лучшей освещенности шкалы свет должен падать на зеркало 5 слева.
2. Открепить стопорный винт 9 с левой стороны, и придерживая маховичок 2, плавно его вращать от себя до соприкосновения пиноли с эталонной плоскостью.
3. Посмотреть в окуляр микроскопа со спиральным микрометром. В поле зрения отсчетного микроскопа (рис. 3) одновременно видны изображения двух-трех штрихов миллиметровой шкалы, обозначенных крупными цифрами, например, «11», «12», «13», неподвижной шкалы десятых долей миллиметра с делениями от «0» до «10», круговой шкалы для отсчета сотых и тысячных долей миллиметра и двойные витки спиральной сетки.
Чтобы произвести отсчет стрелки прогиба h, необходимо маховичком 11 (рис. 1) подвести двойной виток спиральной сетки так, чтобы миллиметровый штрих с крупными цифрами оказался точно посередине между линиями витка спиральной сетки. Индексом для отсчета числа миллиметров служит штрих «0» вертикальной шкалы. Число десятых долей миллиметра отсчитывается по вертикальной шкале от «0» до цифры, сразу за которой находится миллиметровый штрих между витками спиральной сетки. Сотые и тысячные доли миллиметра отсчитываются по круговой шкале, цена деления которой равна 0,001 мм; указателем для отсчета по шкале служит стрелка.
Измеренное значение стрелки прогиба h0 для эталонной плоскости занести в таблицу измерений и результатов расчетов.
Например, на рис. 3 окончательный отсчет равен h = 12,2725 мм.
4. Поднять пиноль маховичком 2 и закрепить ее стопорным винтом. Опять опустить пиноль и сделать еще четыре измерения h0 для эталонной плоскости.
Измерение стрелки прогиба измеряемой сферической поверхности
1. Подняв пиноль и осторожно переставив сферометр на измеряемую сферическую поверхность, произвести отсчет стрелки прогиба h1 не менее пяти раз и записать в таблицу измерений и результатов расчетов.
2. По результатам пяти измерений стрелки прогиба эталонной h0 и измеряемой h1 поверхностей найти средние значения <h0> и<h1>. Модуль разности двух средних арифметических значений даст величину стрелки прогиба h измеряемого изделия:
h = |<h0> -<h1>| .
3. Радиус кривизны R измеряемой выпуклой сферической поверхности рассчитать по формуле (2), где радиус кольца r = 150 мм, а радиус шарика кольца r = 5,148 мм.
Таблица измерений и результатов расчетов
| № | h0, мм | <h0>, мм | h1, мм | <h1>, мм | h, мм | R, мм | DR, мм | dR, % |
Контрольные вопросы
1. Как устроен сферометр и для чего он предназначен?
2. Почему измерение стрелки прогиба сначала проводится на эталонной плос-
кости?
3. Какие методы определения радиусов кривизны объектов небольших размеров
Вы знаете?
3. Вывести рабочую формулу для расчета радиуса кривизны выпуклой сфериче-
ской поверхности.
Литература
1. Афанасьев В. А. Оптические измерения. М.: Высш. шк., 1981. Гл. 2, § 11.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 4-12
ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСКОПА
Цель работы: изучить устройство и принцип работы микроскопа, его параметры, экспериментально определить угловое увеличение и разрешающую способность микроскопа, а также линейные размеры малых тел с помощью микроскопа.
Приборы и принадлежности: микроскоп биологический (БИОЛАМ С-11), объекты наблюдения, объект-микрометр, окулярный микрометр, миллиметровый масштаб.
Теория работы
Микроскоп - оптический прибор для получения сильно увеличенных изображений малых предметов (или деталей их структуры), невидимых невооруженным глазом. Различные типы микроскопов предназначены для обнаружения и изучения бактерий, органических клеток, мелких кристаллов, структуры объектов, размеры которых меньше разрешения глаза, равного 0,1 мм (10-4 м). Современные оптические микроскопы позволяют различать структуры с расстоянием между элементами до 0,2 мкм (2×10-7 м), т.е. дают увеличение до 2000 раз.
Оптическая система микроскопа состоит из двух линз: короткофокусного объектива Л1 (фокусное расстояние несколько мм) и длиннофокусного окуляра Л2 (фокусное расстояние несколько см) и представлена на рис. 1.
Рис. 1
Предмет АВ помещают между фокусным и двойным фокусным расстоянием объектива Л1 , но очень близко к фокусу F1, в результате чего получают сильно увеличенное действительное обратное изображение А/ В/ предмета АВ, которое
рассматривают через окуляр Л2. Окуляр располагают таким образом, чтобы изображение А/ В/ находилось между окуляром и его фокусом F2. При этом получается наблюдаемое глазом мнимое изображение А// В//, которое расположено на расстоянии наилучшего зрения D = 25 см от глаза наблюдателя.
И объектив, и окуляр микроскопа состоят из нескольких линз, что необходимо для устранения недостатков толстых линз (сферической, хроматической аберрации, астигматизма и др.). Хороший объектив может иметь свыше 10 линз. Какими бы сложными ни были объектив и окуляр данного микроскопа, расстояние между задним фокусом F1/ объектива и передним фокусом F2 окуляра остается неизменным и называется оптической длиной тубуса D = F1/ F2.
Как видно из рис. 1, изображение в окуляре мнимое и его невозможно измерить. Поэтому говорить о том, во сколько раз размер изображения больше размера самого предмета, не имеет смысла. Основной характеристикой микроскопа является величина, называемая угловым увеличением Г, или просто увеличением микроскопа. Увеличение Г равно отношению угла зрения, под которым виден предмет при наблюдении через микроскоп, к углу зрения при наблюдении этого же предмета невооруженным глазом с расстояния D наилучшего зрения. Оно численно равно линейному увеличению.
Увеличение микроскопа равно произведению увеличения объектива Г1 и окуляра Г2:
Г = Г1× Г2. (1)
Т.к. 
то 
. (2)
 Рис. 2 | Из рис. 2 видно, что  . (3) Увеличение объектива и окуляра обозначается соответствующим числом со знаком умножения (х), например, 15 х, и указывается на их оправах. Обычно объективы биологических микроскопов имеют увеличение от 6,3 до 100, а окуляров - от 7 до 15, поэтому общее увеличение лежит в пределах от 44 до 1500 раз. |
Если фокусное расстояние объектива f1, а окуляра f2, то фокусное расстояние всей системы есть 
, где D= F1/ F2 - расстояние между фокусами объектива и окуляра. Тогда увеличение, даваемое микроскопом, равно
. (4)
При одних и тех же параметрах линз увеличение будет разным для глаза с нормальной остротой зрения (D = 25 см), для близорукого (D <25 см) и дальнозоркого(D >25 см): у близорукого оно будет меньше, чем у дальнозоркого, у нормального будет иметь промежуточное значение.
Величину полезного увеличения, даваемого микроскопом, ограничивают дифракционные явления. В результате дифракции нарушается геометрическое подобие между предметом и его изображением, при очень малых размерах предмета изображение не формируется, и наблюдается лишь дифракционная картина, состоящая из светлых и темных пятен.
Пределом разрешения называется наименьшее расстояние - линейное DU или угловое Dj - между двумя точками, при котором они еще могут быть видимы раздельно. Обратная пределу разрешения величина называется разрешающей способностью R оптического прибора. Для наименьшего предела разрешения теория дает
 Рис. 3 | выражение  , (5) где А =  - числовая апертура, l - длина световой волны (для белого света принимается значение l = 555 нм), n - показатель преломления среды между |
предметом и объективом, a - угол между крайними лучами, идущими от краев предмета к центру линзы (рис. 3). Для повышения разрешающей способности 
микроскопа необходимо либо применять более короткие длины волн (ультрафиолет), либо увеличивать его апертуру.
При применении микроскопов с ультрафиолетовым источником света изображение глазом не наблюдается, поэтому такой микроскоп используется в микрофотографии или микропроекции.
Числовую апертуру А = увеличивают применением иммерсионных систем, у которых пространство между предметом и объективом заполняется средой с показателем преломления n >1, чаще всего кедровым маслом (n=1,5). Апертуры иммерсионных объективов достигают величины А=1,3 (у обычных «сухих» объективов А ~ 0,9). Увеличение микроскопа в пределах 500А - 1000А называется полезным, т.к. при нем глаза различают все элементы структуры объекта. При увеличении свыше 1000 А не выявляются никакие новые структуры рассматриваемого объекта из-за явления дифракции, которое ограничивает разрешающую способность микроскопа.
На рис. 4 представлен микроскоп БИОЛАМ С-11 и его элементы. Оптическая схема микроскопа состоит из объектива (обращенного к объекту) и окуляра (обращенного к глазу), которые размещены на концах цилиндрической трубки - тубуса. Для установки на резкое изображение тубус поднимают или опускают с помощью винта кремальеры 6 (грубая наводка) или микрометрического винта 7 (точная наводка). Объект помещается на предметном столике и освещается снизу с помощью зеркала.