Ответьте на вопросы, страница 149 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопрос

Почему линзы с линейным увеличением более 40 не получили практического применения?

Линзы с линейным увеличением более 40, используемые в качестве простого увеличительного стекла (лупы), не получили широкого практического применения по нескольким взаимосвязанным причинам, связанным с фундаментальными законами оптики.

1. Оптические аберрации. С увеличением кривизны поверхностей линзы, что необходимо для большого увеличения, резко возрастают искажения изображения, называемые аберрациями. Основные из них — это сферическая аберрация, при которой лучи света, проходящие через края и центр линзы, фокусируются на разном расстоянии, делая изображение нечётким, и хроматическая аберрация, из-за которой лучи разного цвета фокусируются в разных точках, создавая цветные ореолы по краям изображения. При увеличении более 40 эти искажения становятся настолько сильными, что практически полностью разрушают качество изображения.

2. Малое фокусное и рабочее расстояние. Линейное увеличение $Γ$ лупы связано с её фокусным расстоянием $\text{F}$ и расстоянием наилучшего зрения $\text{d}$ (обычно принимается равным 25 см) по формуле: $Γ ≈ d/F$. Чтобы получить увеличение в 40 раз, фокусное расстояние линзы должно быть очень малым: $F ≈ 25 \text{ см} / 40 = 0.625 \text{ см} = 6.25 \text{ мм}$. Такое короткое фокусное расстояние означает, что рабочее расстояние (расстояние от линзы до объекта) также будет крайне малым. Это делает практически невозможным освещение объекта и любые манипуляции с ним.

3. Малое поле зрения и глубина резкости. Линзы с высоким увеличением имеют очень узкое поле зрения, то есть одновременно можно видеть лишь крошечный участок объекта. Кроме того, у них очень малая глубина резкости — только очень тонкий срез объекта будет в фокусе, а всё, что находится чуть ближе или дальше, будет размыто. Это делает наблюдение объемных предметов крайне затруднительным.

4. Существование более эффективных решений. Для получения высоких увеличений (более 20–30) вместо одной сильной линзы гораздо эффективнее использовать оптические системы, состоящие из нескольких линз. Ярким примером является составной микроскоп. В нём объектив создаёт увеличенное промежуточное изображение, которое затем дополнительно увеличивается окуляром. Такая система позволяет достигать увеличений в сотни и тысячи раз, при этом аберрации корректируются за счёт использования сложных, специально рассчитанных комбинаций линз.

Ответ: Одиночные линзы с линейным увеличением более 40 не получили практического применения, так как при таком увеличении становятся неприемлемо сильными оптические аберрации (искажения), которые делают изображение некачественным. Кроме того, такие линзы имеют очень малое фокусное расстояние, что приводит к крайне неудобному малому рабочему расстоянию, узкому полю зрения и малой глубине резкости. Для высоких увеличений используют более сложные и эффективные оптические приборы, например, микроскопы.