Jadi bagaimana teropong berfungsi?
Dalam panduan komprehensif ini, saya akan membincangkan sains di sebalik bagaimana optik dalam sepasang teropong dapat mengumpul cahaya dan kemudian memberikan anda imej yang diperbesarkan bagi pandangan di hadapan anda. Dalam artikel akan datang, saya juga bercadang untuk membincangkan mekanik utama di sebalik cara fokus dan mekanisme cawan mata berfungsi dan julat pilihan berbeza yang tersedia.
Dengan cara ini, saya pasti bahawa pada penghujungnya anda akan memahami cara teropong berfungsi dan dengan itu lebih bersedia apabila memilih instrumen yang sesuai untuk keperluan anda dan kemudian apabila ia tiba, dapat menyediakannya dengan betul dan menggunakannya supaya bahawa anda mendapat yang terbaik daripada menggunakannya. Mari kita mulakan:
Dua Teleskop
Pada bentuk yang paling mudah, satu set teropong pada asasnya terdiri daripada dua teleskop yang diletakkan bersebelahan. Oleh itu, untuk memulakan dan menjadikan perkara lebih mudah, marilah kita memotong teropong kita kepada separuh dan mula-mula belajar bagaimana teleskop berfungsi dan kemudian kita akan menyusunnya semula pada akhirnya:
Kanta, Cahaya & Biasan
Pada asasnya cara teropong berfungsi dan membesarkan pandangan adalah dengan menggunakan kanta yang menyebabkan cahaya melakukan sesuatu yang dikenali sebagai pembiasan:
Melalui vakum ruang, cahaya bergerak dalam garis lurus, tetapi apabila ia melalui bahan yang berbeza ia mengubah kelajuan.
Jadi apabila cahaya melalui medium tebal seperti kaca atau air, ia menjadi perlahan. Ini secara amnya menyebabkan gelombang cahaya membengkok dan lenturan cahaya inilah yang dipanggil pembiasan. Pembiasan cahaya inilah yang menyebabkan straw kelihatan seperti bengkok apabila berada di dalam segelas air. ia juga mempunyai banyak tujuan berguna dan merupakan kunci untuk dapat membesarkan perkara yang anda sedang lihat.
Kanta
Daripada hanya menggunakan kepingan rata atau blok kaca yang ringkas, instrumen seperti teleskop, teropong dan juga cermin mata membaca menggunakan kanta kaca berbentuk khas yang selalunya terdiri daripada beberapa elemen kanta individu yang lebih mampu mengawal lenturan gelombang cahaya. .
Kanta objektif
(yang paling dekat dengan objek yang anda lihat) pada teropong adalah berbentuk Convex, bermakna bahagian tengahnya lebih tebal daripada bahagian luar. Dikenali sebagai kanta menumpu, ia menangkap cahaya dari objek yang jauh dan kemudian melalui pembiasan, ia menyebabkan cahaya itu membengkok dan berkumpul (menumpu) semasa ia melalui kaca. gelombang cahaya kemudian memfokus pada satu titik di belakang kanta.
Kanta mata
kemudian mengambil cahaya yang difokuskan ini dan membesarkannya, di mana ia kemudian menyalurkan ke mata anda.
Pembesaran
Pertama, cahaya bergerak dari subjek dan imej sebenarAdihasilkan oleh kanta objektif. Imej ini kemudiannya dibesarkan oleh kanta kanta mata dan dilihat sebagai imej mayaB. Hasilnya ialah objek yang diperbesarkan kelihatan seolah-olah berada di hadapan anda dan lebih dekat daripada subjek.
6x, 7x, 8, 10x atau lebih.
Jumlah imej yang diperbesarkan ditentukan oleh nisbah panjang fokus kanta objektif dibahagikan dengan panjang fokus kanta kanta mata.
Jadi faktor pembesaran 8, sebagai contoh, akan menghasilkan imej maya yang kelihatan 8 kali lebih besar daripada subjek.
Berapa banyak pembesaran yang anda perlukan bergantung pada penggunaan yang dimaksudkan dan selalunya adalah kesilapan untuk menganggap bahawa semakin tinggi kuasa, semakin baik teropong kerana pembesaran yang lebih tinggi juga membawa banyak keburukan. Untuk lebih lanjut, sila lihat artikel ini: Pembesaran, Kestabilan, Medan Pandangan & Kecerahan
Seperti yang anda juga boleh lihat dalam rajah di atas, imej maya adalah terbalik. Di bawah ini kita akan melihat mengapa ini berlaku dan cara ia diperbetulkan:
Imej Terbalik
Ini bagus dan ceritanya boleh berakhir di sini jika anda hanya membuat teleskop untuk kegunaan seperti astronomi.
Sebenarnya, anda boleh membuat teleskop ringkas dengan mudah dengan mengambil dua kanta dan memisahkannya dengan tiub tertutup. Memang inilah cara teleskop pertama dicipta.
Walau bagaimanapun, apa yang anda akan perhatikan apabila melihat melaluinya ialah imej yang anda lihat akan terbalik dan dicerminkan. Ini kerana kanta cembung menyebabkan cahaya bersilang semasa ia menumpu.
Sebenarnya anda boleh menunjukkan ini dengan mudah jika anda memegang kaca pembesar pada kira-kira panjang lengan dan melihat beberapa objek jauh melaluinya. Anda akan melihat bahawa imej akan terbalik dan dicerminkan terbalik.
Untuk melihat bintang yang jauh, ini sebenarnya tidak menjadi masalah dan sememangnya banyak teleskop astronomi menghasilkan imej yang tidak diperbetulkan, tetapi untuk kegunaan darat, ini adalah masalah. Nasib baik terdapat beberapa penyelesaian:
Pembetulan Imej
Untuk teropong dan kebanyakan teleskop terestrial (skop pengesanan) terdapat dua cara utama untuk melakukan ini, dengan menggunakan kanta cekung untuk kanta mata atau prisma penegak imej:
Optik Galilea
Digunakan dalam teleskop Galileo Galilei yang dicipta pada Abad ke-17, Galilean Optik menggunakan kanta objektif cembung dengan cara biasa, tetapi menukarnya kepada sistem kanta cekung untuk kanta mata.
Juga dikenali sebagai kanta mencapah, kanta cekung membuat sinaran cahaya tersebar (mencapah). Jadi jika diletakkan pada jarak yang betul dari kanta objektif cembung, ia boleh menghalang cahaya daripada bersilang dan dengan itu menghalang imej daripada terbalik.
Kos rendah dan mudah dibuat, sistem ini masih digunakan pada Opera & Teater Teropong sehingga kini.
Walau bagaimanapun kelemahannya ialah sukar untuk mendapatkan pembesaran yang tinggi, anda mendapat medan pandangan yang agak sempit dan anda mendapat tahap kekaburan imej yang tinggi pada tepi imej.
Atas sebab-sebab inilah kebanyakan penggunaan sistem prisma dilihat sebagai alternatif yang lebih baik:
Optik Keplerian dengan Prisma
Tidak seperti Galileo Optik yang menggunakan kanta cekung dalam kanta mata, sistem optik Keplerian menggunakan kanta cembung untuk objektif serta kanta kanta mata dan secara amnya dianggap penambahbaikan pada reka bentuk Galileo.
Walau bagaimanapun imej masih perlu diperbetulkan dan ini dicapai dengan menggunakan prisma:
Betulkan Imej Terbalik
Berfungsi seperti cermin, kebanyakan teropong moden menggunakan tegak prisma yang memantulkan cahaya dan dengan itu mengubah orientasi, membetulkan imej.
Walaupun cermin standard sesuai untuk melihat diri anda pada waktu pagi, dalam teropong adalah tidak baik jika cahaya dipantulkan 180 darjah dan kembali ke tempat asalnya kerana anda tidak akan dapat melihat imej itu.
Prisma Porro
Masalah ini mula-mula diselesaikan dengan menggunakan sepasang prisma Porro. Dinamakan sempena pencipta Itali Ignazio Porro, prisma Porro tunggal, seperti cermin juga memantulkan cahaya 180 darjah dan kembali ke arah asalnya, tetapi ia selari dengan cahaya kejadian dan tidak terus di sepanjang laluan yang sama.
Jadi ini sangat membantu kerana ia membolehkan anda meletakkan dua prisma Porro ini pada sudut tepat antara satu sama lain, yang seterusnya bermakna anda kemudiannya boleh memantulkan cahaya supaya ia bukan sahaja mengorientasikan semula imej terbalik tetapi juga membolehkannya untuk meneruskan dengan berkesan ke arah yang sama dan ke arah kanta mata.
Sesungguhnya, kedua-dua prisma Porro yang diletakkan pada sudut tepat inilah yang memberikan teropong bentuk tradisional dan ikonik mereka dan itulah sebabnya kanta mata mereka lebih rapat berbanding kanta objektif.
Prisma Bumbung
Selain prisma Porro, terdapat beberapa reka bentuk lain yang masing-masing mempunyai kelebihan tersendiri.
Dua daripadanya, prisma Abbe-Koenig dan prisma Schmidt-Pechan merupakan jenis prisma bumbung yang kini biasa digunakan dalam teropong.
Daripada jumlah ini, prisma Schmidt-Pechan adalah yang paling biasa kerana ia membolehkan pengeluar menghasilkan teropong yang lebih padat dan lebih langsing dengan kanta mata selaras dengan objektif. Kelemahannya ialah mereka memerlukan beberapa salutan khas untuk mencapai pantulan dalaman total dan menghapuskan fenomena yang dikenali sebagai peralihan fasa.
Mengapa Teropong Lebih Pendek daripada Teleskop
Faedah kedua menggunakan prisma ialah kerana cahaya diterbalikkan dua kali apabila ia melalui prisma dan seterusnya kembali ke atas dirinya sendiri, jarak yang dilaluinya dalam ruang itu bertambah.
Oleh itu, panjang keseluruhan teropong boleh dipendekkan kerana jarak yang diperlukan antara kanta objektif dan kanta mata juga dikurangkan dan inilah sebabnya teropong lebih pendek daripada teleskop pembiasan dengan pembesaran yang sama kerana ia tidak mempunyai prisma.