Ответьте на вопросы, страница 106 - 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 как одиночный оптический элемент (например, в качестве лупы), не получили практического применения из-за совокупности фундаментальных физических и технических ограничений.

Во-первых, для получения большого увеличения требуется линза с очень коротким фокусным расстоянием. Угловое увеличение лупы $\Gamma$ определяется формулой $\Gamma \approx \frac{d_0}{f}$, где $d_0$ — расстояние наилучшего зрения (стандартно принимается равным 25 см), а $\text{f}$ — фокусное расстояние линзы. Чтобы получить увеличение $\Gamma > 40$, необходимо, чтобы фокусное расстояние было $f < \frac{25 \text{ см}}{40} = 0.625$ см. Изготовить линзу с таким малым фокусным расстоянием технически сложно и дорого, так как это требует очень большой кривизны ее поверхностей.

Во-вторых, и это является главной причиной, одиночные линзы с большой кривизной поверхностей страдают от сильных оптических искажений, называемых аберрациями. Наиболее значимыми из них являются сферическая аберрация (лучи света, проходящие через центральную и краевую части линзы, фокусируются в разных точках, что приводит к размытию и нечеткости изображения) и хроматическая аберрация (показатель преломления стекла зависит от длины волны света, в результате чего свет разных цветов фокусируется на разном расстоянии от линзы, создавая цветные контуры и снижая резкость). С увеличением оптической силы линзы эти аберрации нарастают настолько стремительно, что качество изображения падает до неприемлемого уровня.

В-третьих, такие линзы крайне неудобны в практическом использовании. Короткое фокусное расстояние означает, что исследуемый объект необходимо помещать почти вплотную к линзе. Это создает серьезные проблемы с его освещением и любыми манипуляциями. Кроме того, наблюдателю также приходится держать глаз очень близко к линзе, что вызывает быстрое утомление, а поле зрения при этом оказывается чрезвычайно узким.

Из-за этих ограничений для получения больших увеличений (уже свыше 20–30 крат) используют не одиночные линзы, а сложные оптические системы — микроскопы. Они состоят из нескольких линз (объектива и окуляра), конструкция которых специально рассчитана для минимизации аберраций и обеспечения высокого качества изображения.

Ответ: Одиночные линзы с линейным увеличением более 40 не получили практического применения, главным образом, из-за неприемлемо высокого уровня оптических искажений (сферической и хроматической аберраций), которые возникают в короткофокусных линзах и делают изображение нечетким и размытым. Дополнительными недостатками являются практические неудобства: крайне малое рабочее расстояние, узкое поле зрения и необходимость располагать глаз вплотную к линзе.