- 1 -

UNIWERSYTET ŚLĄSKI W KATOWICACH

I PRACOWNIA FIZYCZNA

Ć W I C Z E N I E 79

BADANIE WAD SOCZEWEK

CEL ĆWICZENIA

Badanie aberacji sferycznej, chromatycznej i astygmatyzmu soczewek .

WYMAGANIA DO KOLOKWIUM

1.Względny i bezwzględny współczynnik załamania światła - definicje.

2.Zjawisko odbicia i załamania światła na granicy dwóch ośrodków.

3.Dyspersja światła.

4.Bieg promieni świetlnych przez pryzmat i soczewki.

5. Wzory soczewkowe.

6. Wady soczewek.

POMOCE POTRZEBNE DO WYKONANIA ĆWICZENIA

1. Ława optyczna.

2. Zestaw soczewek.

3. Diodowy projektor światła.

4. Trzy matryce do projektora (1,2,3)

5. Pięć przesłon do soczewki (A,B,C,D,E)

- 2 -

Rys.79.1.

Ława optyczna: 1- diodowy projektor światła., 2 – uchwyt soczewki ze wskaźnikiem

kąta skręcenia soczewki, 3 – ekran, 4 – szyna

Rys.79.2.

Diodowy projektor światła z matrycą nr 2 przygotowany do

badania aberacji chromatycznej.

Długość fali dla barwy:

czerwonej..

.

-658nm

żółtej..........

-598nm

zielonej......

.

-524nm

niebieskiej..

-

477nm

1

2

3

4

a

b

- 3 -

Rys.79.3.

Obrazy matryc do projektora światła

Rys .79 .4. Obrazy przesłon do soczewki

1

3

2

- 4 -

PRZEBIEG ĆWICZENIA

I. Aberacja sferyczna.

1.

Skompletuj ławę optyczną zgodnie z rys. 79.1.

2.

Nasuń matrycę nr

1

(rys.79.3.) na projektor światła i przesłonę

A

(rys.79.4.) na soczewkę.

3.

Podłącz przewód zasilacza z czerwoną wtyczką do białego gniazda „

a

” projektora,

a z czarną wtyczką do gniazda czarnego (patrz rys.79.2.).

4.

Włącz projektor przez włożenie wtyczki transformatora do kontaktu elektrycznego.

5.

Ustaw ekran w odległości ok.10 cm od końca szyny. Przesuwając soczewkę uzyskaj ostry

obraz wzoru matrycy. Zanotuj odległość matrycy (przedmiotu) od soczewki –X, oraz

odległości ekranu od soczewki –Y.

6.

Zakładaj kolejno przesłony pierścieniowe

B, C, D, E

na soczewkę i postępuj dalej tak jak

w punkcie 6. Każdorazowo notuj wartości X i Y.

7. Zdjąć matryce z projektora i soczewki.

II. Aberacja chromatyczna.

1. Nasuń matrycę nr

2

na projektor światła.

2.

Podłącz przewód zasilacza z czerwoną wtyczką do żółtego gniazda „

b

” projektora,

a z czarną wtyczką do gniazda czarnego ( patrz rys.79.2.).

3.

Przesuwając ekran, dla ustalonej już pozycji soczewki, uzyskaj ostre obrazy kolejno

dla każdej barwy. Za każdym razem zapisuj odległości ekranu od soczewki – Y, oraz

odległość matrycy od soczewki –X.

III. Astygmatyzm.

1.

Nasuń matrycę nr

3

na projektor światła.

2.

Podłącz przewód zasilacza z czerwoną wtyczką do białego gniazda „

a

” projektora,

a z czarną wtyczką do gniazda czarnego ( patrz rys.79.2.).

3.

Ustaw ekran w odległości ok..10cm od końca szyny. Przesuwając soczewkę uzyskaj

ostry obraz krzyża matrycy. Wskaźnik kąta skręcenia soczewki powinien wskazywać

położenie zerowe na tarczy kątowej uchwytu soczewki. Zapisz odległość matrycy

(przedmiotu) od soczewki –X, oraz odległości ekranu od soczewki – Y

0

.

4.

Nie zmieniając położenia soczewki, obróć soczewkę o kąt

αααα

= 5

o

i przesuwając

ekranem uzyskaj kolejno ostre obrazy dla pionowego i poziomego ramienia krzyża.

Zanotuj odpowiednie wartości Y

α

αα

α

pion

,

Y

α

αα

α

poz.

5.

Zwiększając kąt

αααα

co 5

o

przeprowadź pomiary dla kolejnych kątów

α

, dla których

możliwa będzie obserwacja obrazów dla pionowego i poziomego ramienia krzyża.

UWAGA!

Ustal z prowadzącym ćwiczenie wymagane ilości pomiarów.

- 5 -

OPRACOWANIE WYNIKÓW

I. Aberacja sferyczna

1. Korzystając ze wzoru soczewkowego oblicz ogniskową soczewki F

o

dla świetlnych

promieni przyosiowych (dla przesłony A) i ogniskowe F

rX

*

dla kolejnych przesłon.

2. Jako miarę aberacji sferycznej przyjmij

∆∆∆∆

F

rX

= F

rX

– F

o

.

3. Uzyskane wyniki nanieś na wykres

∆∆∆∆

F (r).

4. Określ niepewności pomiarowe pomierzonych wartości.

*

- rX oznacza średnią wartość geometrycznego promienia pierścienia przesłony.

Przyjmij: r

B

= 0.015m, r

C

= 0.025m, r

D

= 0.035m, r

E

= 0.045m

II. Aberacja chromatyczna.

1. Korzystając ze wzoru soczewkowego oblicz ogniskową soczewki F

b

dla poszczególnych

barw.

2. Oblicz średnią wartość ogniskowej F

śr

. = (F

czerw

. + F

nieb

.)/2.

3. Jako miarę aberacji chromatycznej dla poszczególnych barw przyjmij

∆∆∆∆

F= F

śr

– F

b

.

4. Uzyskane wyniki nanieś na wykres

∆∆∆∆

F (λ). Oś wartości λ określ w granicach od 450nm do

700nm.

5. Określ niepewności pomiarowe pomierzonych wartości.

III. Astygmatyzm.

1. Oblicz osobno dla pionowego i poziomego obrazu ramienia krzyża wartość

∆∆∆∆

Y

α

αα

α

pion.

= Y

α

αα

α

pion.

– Y

o

oraz

∆∆∆∆

Y

α

αα

α

poz.

= Y

α

αα

α

poz.

– Y

o

dla każdego kąta

αααα

.

2.

Za miarę astygmatyzmu przyjmij

∆∆∆∆

Y =

∆∆∆∆

Y

α

αα

α

pion

-

∆∆∆∆

Y

α

αα

α

poz.

Uzyskane w punkcie 1 i 2 wyniki nanieś na wspólny wykres jako funkcję kąta α.

3.

Określ niepewności pomiarowe pomierzonych wartości.

LITERATURA

1.

T. Hanc "Pomiary optyczne"

2.

T Dryński "Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki"

3.

F. Kohlrausch "Fizyka laboratoryjna"

4.

Sz. Szczeniowski " Fizyka doświadczalna cz.IV- optyka"

5.

D. Holliday, R. Resnick "Fizyka"

6.

H. Szydłowski "Pracownia fizyczna”

7.

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/geoopt/aberrcon.html