Творческое задание, страница 152 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Творческое задание

Подготовьте сообщение по темам (на выбор):

1. Зрительные трубы Галилея и Кеплера: различие и сходство.
2. Виды телескопов.

1. Зрительные трубы Галилея и Кеплера: различие и сходство.

Зрительные трубы Галилео Галилея (1609 г.) и Иоганна Кеплера (описана в 1611 г.) стали первыми практически используемыми телескопами, которые заложили основу для современной наблюдательной астрономии. Оба прибора являются телескопами-рефракторами, то есть используют линзы для преломления света, но их оптические схемы имеют принципиальные отличия.

Сходство:

• Тип телескопа: Оба являются рефракторами, так как их главный светособирающий элемент — линза.

• Объектив: В обеих конструкциях в качестве объектива используется двояковыпуклая (собирающая) линза. Её задача — собрать свет от удалённого объекта и построить его изображение.

• Назначение: Оба инструмента создавались для наблюдения за удалёнными объектами, как земными, так и небесными, и оба привели к революционным открытиям в астрономии (фазы Венеры, спутники Юпитера, горы на Луне и т.д.).

Различие:

Ключевое различие между трубами Галилея и Кеплера заключается в конструкции окуляра и, как следствие, в характеристиках получаемого изображения.

Зрительная труба Галилея:

• Окуляр: В качестве окуляра используется рассеивающая (двояковогнутая) линза.

• Изображение: Даёт прямое (неперевёрнутое) и мнимое изображение. Это свойство делало трубу Галилея очень удобной для наземных наблюдений (например, в военных и морских целях), но для астрономии имело серьёзные недостатки.

• Поле зрения: Очень узкое. При увеличении в 20-30 раз в поле зрения с трудом помещался диск Луны, что сильно затрудняло поиск и наблюдение объектов.

Зрительная труба Кеплера:

• Окуляр: В качестве окуляра используется собирающая (двояковыпуклая) линза, как и в объективе.

• Изображение: Даёт перевёрнутое и действительное изображение. Перевёрнутость не является проблемой для большинства астрономических наблюдений, так как в космосе нет понятий "верх" и "низ".

• Поле зрения: Значительно шире, чем у трубы Галилея, что является огромным преимуществом при наблюдении звёздных полей, туманностей и галактик.

• Дополнительные возможности: Схема Кеплера позволяет разместить в фокальной плоскости объектива (где формируется промежуточное изображение) различные измерительные приспособления, например, окулярный микрометр для измерения угловых расстояний между объектами. В схеме Галилея это невозможно.

Вывод:

Несмотря на то что Галилей был первым, кто использовал телескоп для астрономических открытий, его конструкция имела существенные ограничения. Оптическая схема, предложенная Кеплером, оказалась гораздо более совершенной и перспективной для развития астрономии. Именно она легла в основу всех последующих телескопов-рефракторов.

Ответ: Зрительные трубы Галилея и Кеплера являются телескопами-рефракторами со схожим объективом (собирающей линзой). Основное различие заключается в окуляре: у Галилея он рассеивающий, что дает прямое, но узкое поле зрения, а у Кеплера — собирающий, что дает перевернутое, но широкое поле зрения. Схема Кеплера оказалась более прогрессивной для астрономии и стала основной для создания линзовых телескопов.

2. Виды телескопов.

Телескоп — это прибор, основной задачей которого является сбор излучения от далёких объектов для получения их изображения или анализа характеристик этого излучения. В зависимости от того, какой оптический элемент используется для сбора света, телескопы делятся на три основных типа.

1. Линзовые телескопы (рефракторы)

В этих телескопах в качестве объектива (главного светособирающего элемента) используется линза или система линз. Свет, проходя через объектив, преломляется (рефрагирует) и фокусируется, создавая изображение.

• Преимущества: Высокий контраст и чёткость изображения благодаря отсутствию препятствий на пути света внутри трубы. Герметичная конструкция защищает оптику от пыли и турбулентности воздуха. Просты в эксплуатации и не требуют частой настройки.

• Недостатки: Главный недостаток — хроматическая аберрация (радужные ореолы вокруг ярких объектов), которая исправляется с помощью сложных и дорогих многолинзовых объективов (ахроматов и апохроматов). Производство рефракторов с большим диаметром объектива очень дорогое и технически сложное.

2. Зеркальные телескопы (рефлекторы)

В рефлекторах для сбора света используется вогнутое зеркало. Изобретателем такой схемы считается Исаак Ньютон. Свет отражается от главного зеркала, собирается на вторичном (меньшем) зеркале и направляется в окуляр.

• Преимущества: Полностью лишены хроматической аберрации, так как зеркала отражают все цвета одинаково. Позволяют создавать телескопы с очень большим диаметром (апертурой) при значительно меньших затратах по сравнению с рефракторами.

• Недостатки: Наличие вторичного зеркала и его креплений создает "центральное экранирование", которое незначительно снижает контрастность изображения. Требуют периодической юстировки (настройки соосности зеркал). В некоторых конструкциях (система Ньютона) открытая труба подвержена попаданию пыли.

• Основные типы: система Ньютона, система Кассегрена.

3. Зеркально-линзовые телескопы (катадиоптрики)

Это гибридные системы, которые используют и зеркала, и линзы. Обычно они состоят из главного сферического зеркала и специальной линзы-корректора на входе трубы, которая исправляет оптические искажения (аберрации).

• Преимущества: Сочетают достоинства обоих типов: большую апертуру и отсутствие хроматизма (как у рефлекторов) с закрытой трубой и высокой чёткостью (как у рефракторов). Главное достоинство — очень компактные размеры при большом фокусном расстоянии.

• Недостатки: Более сложная и дорогая конструкция по сравнению с рефлекторами той же апертуры. Имеют самое большое центральное экранирование, что влияет на контраст.

• Основные типы: система Шмидта-Кассегрена (SCT), система Максутова-Кассегрена (MAK).

Кроме оптических телескопов, существуют приборы для всех диапазонов электромагнитного спектра: радиотелескопы, инфракрасные, рентгеновские и гамма-телескопы, использующие свои специфические технологии для сбора и анализа излучения.

Ответ: Основные виды оптических телескопов классифицируются по типу светособирающего элемента: 1) Рефракторы (линзовые) — дают контрастное изображение, но дороги и подвержены хроматической аберрации. 2) Рефлекторы (зеркальные) — свободны от хроматизма и позволяют создавать большие апертуры, но требуют юстировки. 3) Катадиоптрики (зеркально-линзовые) — компактные гибридные системы, сочетающие преимущества первых двух типов, но более сложные и дорогие.