θ 1 θ 2 γ γ = β ( n 2 α + n 2 β = l R α l s γ l s 22 LINSSIT JA LINSSIJÄRJESTELMÄT 22.1 Linssien kuvausyhtälö



Samankaltaiset tiedostot
LINSSI- JA PEILITYÖ TEORIAA. I Geometrisen optiikan perusaksioomat

eli HUOM! - VALEASIAT OVAT AINA NEGATIIVISIA ; a, b, f, r < 0 - KOVERALLE PEILILLE AINA f > 0 - KUPERALLE PEILILLE AINA f < 0

5.4 Ellipsi ja hyperbeli (ei kuulu kurssivaatimuksiin, lisätietoa)

2.4 Pienimmän neliösumman menetelmä

x k 1 Riemannin summien käyttö integraalin approksimointiin ei ole erityisen tehokasta; jatkuvasti derivoituvalle funktiolle f virhe b

Riemannin integraalista

601 Olkoon tuntematon kateetti a ja tuntemattomat kulmat α ja β Ratkaistaan kulmat. 8,4 = 12. Ratkaistaan varjon pituus x. 14 x = 44,

OSA 1: POLYNOMILASKENNAN KERTAUSTA, BINOMIN LASKUSÄÄNTÖJÄ JA YHTÄLÖNRATKAISUA

RATKAISUT: 16. Peilit ja linssit

Ristitulo ja skalaarikolmitulo

Painopiste. josta edelleen. x i m i. (1) m L A TEX 1 ( ) x 1... x k µ x k+1... x n. m 1 g... m n g. Kuva 1. i=1. i=k+1. i=1

( ) Pyramidi 4 Analyyttinen geometria tehtävien ratkaisut sivu 321 Päivitetty Saadaan yhtälö. 801 Paraabeli on niiden pisteiden ( x,

Sinilause ja kosinilause

Teoreettisia perusteita I

Kuvausta f sanotaan tällöin isomorfismiksi.

11. MÄÄRÄTTY INTEGRAALI JA TILAVUUS

Numeeriset menetelmät TIEA381. Luento 9. Kirsi Valjus. Jyväskylän yliopisto. Luento 9 () Numeeriset menetelmät / 29

Reaalinen lukualue. Millainen on luku, jossa on päättymätön ja jaksoton desimaalikehitelmä?

34. Geometrista optiikkaa

VALTIOTIETEELLINEN TIEDEKUNTA TILASTOTIETEEN VALINTAKOE Ratkaisut ja arvostelu

TYÖ 30. JÄÄN TIHEYDEN MÄÄRITYS. Tehtävänä on määrittää jään tiheys.

Pythagoraan lause. Pythagoras Samoslainen. Pythagoraan lause

FYSI1040 Fysiikan perusteet III / Harjoitus 1 1 / 6

7.4 PERUSPISTEIDEN SIJAINTI

6 Integraalilaskentaa

Mikrotalousteoria 2, 2008, osa III

5. Vääristymä - Suurennus muuttuu akselilta ulospäin siirryttäessä

7.lk matematiikka. Geometria 1

Sähkömagneettinen induktio

766319A Sähkömagnetismi, 7 op Kertaustehtäviä, 1. välikokeen alue Vastaukset tehtävien jälkeen

Riemannin integraali

Neliömatriisin A determinantti on luku, jota merkitään det(a) tai A. Se lasketaan seuraavasti: determinantti on

Paraabelikin on sellainen pistejoukko, joka määritellään urakäsitteen avulla. Paraabelin jokainen piste toteuttaa erään etäisyysehdon.

763333A KIINTEÄN AINEEN FYSIIKKA Ratkaisut 1 Kevät 2014

2.1 Vaillinaiset yhtälöt

Työ 2324B 4h. VALON KULKU AINEESSA

ICS-C2000 Tietojenkäsittelyteoria Kevät 2016

MITEN MÄÄRITÄN ASYMPTOOTIT?

Näytä tai jätä tarkistettavaksi tämän jakson tehtävät viimeistään tiistaina ylimääräisessä tapaamisessa.

T Syksy 2002 Tietojenkäsittelyteorian perusteet Harjoitus 5 Demonstraatiotehtävien ratkaisut. ja kaikki a Σ ovat säännöllisiä lausekkeita.

MATEMATIIKAN KOE, PITKÄ OPPIMÄÄRÄ PISTEYTYSKOKOUS

Esimerkki 8.1 Määritellään operaattori A = x + d/dx. Laske Af, kun f = asin(bx). Tässä a ja b ovat vakioita.

1.3 Toispuoleiset ja epäoleelliset raja-arvot

Geometrinen optiikka. Tasopeili. P = esinepiste P = kuvapiste

9 A I N. Alkuperäinen piiri. Nortonin ekvivalentti R T = R N + - U T = I N R N. Théveninin ekvivalentti DEE SÄHKÖTEKNIIKAN PERUSTEET

Tehtävä 1. Jatka loogisesti oheisia jonoja kahdella seuraavaksi tulevalla termillä. Perustele vastauksesi

10. MÄÄRÄTYN INTEGRAALIN KÄYTTÖ ERÄIDEN PINTA-ALOJEN LASKEMISESSA

II.1. Suppeneminen., kun x > 0. Tavallinen lasku

Integraalilaskentaa. 1. Mihin integraalilaskentaa tarvitaan? MÄNTÄN LUKIO

Geometrinen algebra: kun vektorien maailma ei riitä

SUORAKULMAINEN KOLMIO

Tasogeometriassa käsiteltiin kuvioita vain yhdessä tasossa. Avaruusgeometriassa tasoon tulee kolmas ulottuvuus, jolloin saadaan kappaleen tilavuus.

Matematiikan tukikurssi

Kieli, merkitys ja logiikka, kevät 2011 HY, Kognitiotiede. Vastaukset 2.

8.4 Gaussin lause Edellä laskettiin vektorikentän v = rf(r) vuo R-säteisen pallon pinnan läpi, tuloksella

. P A Sähkömagnetismi, 7 op Vanhoja tenttitehtäviä

A-Osio. Valitse seuraavista kolmesta tehtävästä kaksi, joihin vastaat. A-osiossa ei saa käyttää laskinta.

Integraalilaskenta. Määrätty integraali

1. Derivaatan Testi. Jos funktio f on jatkuva avoimella välillä ]a, b[ ja x 0 ]a, b[ on kriit. tai singul. piste niin. { f (x) > 0, x ]a, x 0 [

3.3 KIELIOPPIEN JÄSENNYSONGELMA Ratkaistava tehtävä: Annettu yhteydetön kielioppi G ja merkkijono x. Onko

.) (b) Vertaa p :tä vastaavaa kineettistä energiaa perustilan kokonaisenergiaan. ( ) ( ) = = Ek

Preliminäärikoe Pitkä Matematiikka

Matematiikan tukikurssi

3.5 Kosinilause. h a c. D m C b A

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 (CHEM) Laskuharjoitus 4 / vko 47, mallivastaukset

Vastaa tehtäviin 1-4 ja valitse toinen tehtävistä 5 ja 6. Vastaat siis enintään viiteen tehtävään.

Polynomien laskutoimitukset

Käydään läpi: ääriarvo tarkastelua, L Hospital, integraalia ja sarjoja.

Kognitiivinen mallintaminen I, kevät Harjoitus 1. Joukko-oppia. MMIL, luvut 1-3 Ratkaisuehdotuksia, MP

Teoriaa tähän jaksoon on talvikurssin luentomonisteessa luvussa 10. Siihen on linkki sivulta

Digitaalinen videonkäsittely Harjoitus 5, vastaukset tehtäviin 25-30

Syksyn 2015 Pitkän matematiikan YO-kokeen TI-Nspire CAS -ratkaisut

Ratkaisu: Maksimivalovoiman lauseke koostuu heijastimen maksimivalovoimasta ja valonlähteestä suoraan (ilman heijastumista) tulevasta valovoimasta:

5 Epäoleellinen integraali

lim + 3 = lim = lim (1p.) (3p.) b) Lausekkeen täytyy supistua (x-2):lla, joten osoittajan nollakohta on 2.

Laskennan mallit (syksy 2010) 1. kurssikoe, ratkaisuja

ICS-C2000 Tietojenkäsittelyteoria Kevät 2015

Ratkaisu: Taittuminen ensimmäisessä pinnassa on tietysti sama kuin edellisessä esimerkissä. Säteet taittuvat ja muodostaisivat kuva 40 cm:n

y=-3x+2 y=2x-3 y=3x+2 x = = 6

Tekijä Pitkä matematiikka

MS-A010{3,4} (ELEC*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 7: Integraali ja analyysin peruslause

2.6 SÄÄNNÖLLISET LAUSEKKEET Automaattimalleista poikkeava tapa kuvata yksinkertaisia kieliä. Olkoot A ja B aakkoston Σ kieliä. Perusoperaatioita:

TEHTÄVÄ 1. Olkoon (f n ) jono jatkuvia funktioita f n : [a, b] R, joka suppenee välillä [a, b] tasaisesti kohti funktiota f : [a, b] R.

Tee B-osion konseptiin etusivulle pisteytysruudukko! Muista kirjata nimesi ja ryhmäsi. Välivaiheet perustelevat vastauksesi!

MS-A010{2,3,4,5} (SCI,ELEC*, ENG*) Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Luento 7: Integraali ja analyysin peruslause

4 DETERMINANTTI JA KÄÄNTEISMATRIISI

Kertymäfunktio. Kertymäfunktio. Kertymäfunktio: Mitä opimme? 2/2. Kertymäfunktio: Mitä opimme? 1/2. Kertymäfunktio: Esitiedot

1.1. Laske taskulaskimella seuraavan lausekkeen arvo ja anna tulos kolmen numeron tarkkuudella: tan 60,0 = 2, ,95

Valo, valonsäde, väri

6 GEOMETRISTA OPTIIKKAA

Tekijä Pitkä matematiikka Suoran pisteitä ovat esimerkiksi ( 5, 2), ( 2,1), (1, 0), (4, 1) ja ( 11, 4).

Sarjaratkaisun etsiminen Maplella

missä t on matkaan raosta varjostimelle kuluva aika. Jos suihkun elektronien liikemäärä x- sunnassa on p x,on min y0min 0min

ellipsirata II LAKI eli PINTA-ALALAKI: Planeetan liikkuessa sitä Aurinkoon yhdistävä jana pyyhkii yhtä pitkissä ajoissa yhtä suuret pinta-alat.

4 Pinta-alasovelluksia

OUML6421B tilaohjattu venttiilimoottori KÄYTTÖKOHTEET TEKNISET TIEDOT OMINAISUUDET SOPIVAT VENTTIILIT TUOTETIEDOT

6 Kertausosa. 6 Kertausosa

Kuvan etäisyys tässä tapauksessa on ns. polttoväli (focal length): ja kuvausyhtälö (6.3.2) voidaan kirjoittaa mukavaan muotoon + =. (6.3.

2.4. Juurifunktio ja -yhtälöt

Transkriptio:

22 LINSSIT JA LINSSIJÄRJSTLMÄT 22. Linssien kuvusyhtälö Trkstelln luksi vlon tittumist pllopinnll (krevuussäde R j krevuuskeskipiste C) kuvn mukisess geometriss. Tässä vlo siis tulee ineest ineeseen 2 j krevuussäde R on positiivinen, kosk vlon kulkusuuntn kuljettess krevuuskeskipiste sijitsee tittvn pinnn tkn. θ A α l β θ 2 γ P' P n n 2 C s R s' uv : Vlon tittuminen pllopinnll Pisteestä P lähtee kksi vlonsädettä, joist pistettä A kohti kulkev säde tittuu j koht suorn kulkevn säteen pisteessä P, ts. piste P kuvutuu pisteeksi P. Oletetn, että kulmt α, β, θ j θ 2 ovt pieniä. Tällöin tittumislki (ks. työ 2) n sinθ =n 2 sinθ 2 () voidn pproksimoid kvll n θ = n 2 θ 2. (2) uvn mukn kolmioiss PAC j P AC on θ = α+ β β =θ 2 + γ. (3) ulmt θ j θ 2 voidn nyt eliminoid yhtälöstä (2), jok muuntuu muotoon n α + n 2 γ = β ( n 2 n ). (4) delleen kuvn geometrist seur kren pituuden l vull β = l R α l s, (5) γ l s jok sijoitettun yhtälöön (4) nt n s + n 2 s' = n 2 n R. (6)

Trkstelln sitten linssiä, jok muodostuu khdest pllopinnst (kuv 2). nsimmäisellä pllopinnll (R > 0) yhtälö (6) voidn kirjoitt kuvn 2 merkinnöin n + n 2 = n 2 n, (7) s s R j se kuv vlon kulku ineest ineeseen 2 kupern pinnn läpi. P R b R C b C s' b P' s t s' -s b uv 2: Vlon tittuminen linssissä, jot rjoitt kksi krevuussäteeltään erilist pllopint nsimmäisen pllopinnn muodostm kuv toimii esineenä toiselle pllopinnlle (R b ). On syytä huomt, että etäisyydet mittn nyt linssin tkpinnst ts. -s b =s -t. Jos linssi on ohut, voidn pproksimoid s b =-s, j toisen pllopinnn kuvusyhtälöksi tulee n 2 + n = n n 2. (8) s s b R b Yhtälö (8) kuv säteen kulku ineest 2 ineeseen kovern pinnn läpi, jolloin krevuussäde R b on negtiivinen. Yhdistämällä kvt (7) j (8) sdn linssille kuvusyhtälö n s + n s b, = n 2 n ( ) R R b. (9) Trkstelln linssiä yhtenä kokonisuuten, jolle esineen etäisyys on s = j kuvn etäisyys s b = b. Määritellään polttopiste kuvn pikksi b silloin, kun esine on äärettömän kukn linssistä ( = ). Linssin polttopisteen nt nyt yhtälö n ( ) = n 2 n R R b, (0) jot käyttäen linssin kuvusyhtälö sdn muotoon + b =. () Tätä Gussin linssiyhtälöä johdettess on oletettu seurvt merkkisäännöt: - esineen etäisyys on positiivinen, kun esine on sillä puolell linssiä, jost vlo tulee - kuvn etäisyys b on positiivinen, kun kuv on sillä puolell linssiä, jonne vlo menee Näitä merkkisääntöjä on käytettävä yhtälöä () sovellettess. Tässä lbortoriotyössä määritetään eri menetelmillä yhtälöä () sovelten erilisten linssien j linssijärjestelmien polttoväli.

Nämä ohuille linsseille johdetut lusekkeet edellyttävät, että linssin pksuus on noll. äytännössä näin ei tietenkään ole, j tämä vikutt esineen j kuvn mitttuihin etäisyyksiin. Ohuill linsseillä etäisyydet voidn mitt joko linssin pinnst ti linssin keskipisteestä. Teorin yleispätevyyttä kuv se, että linssillä, jonk pksuus on n. 5% polttovälistä, edellä esitetty teori vst kokeit 0.%:n trkkuudell.

22.2 Ohuen kupern linssin polttoväli 22.2. Peilimenetelmä Peilimenetelmässä koejärjestely on kuvn 3 mukinen. upern linssin L polttotso on PT, linssin polttoväli on, on esine, kuv j P peili. un esine on linssin polttotsoss, esineestä lähtevät vlonsäteet ovt linssin toisell puolell yhdensuuntiset. Jos vlonsäteen tielle setetn peili, vlonsäteet heijstuvt tkisin j tittuvt linssissä jälleen polttotsoon. Tutkittv linssi setetn esineen j peilin väliin, j linssille etsitään pikk, joss esineen kohdll näkyvä ylöslisin olev kuv on terävin. PT L P kuv () esine () uv 3: Ohuen kupern linssin polttovälin määrääminen peilimenetelmällä 22.2.2 Besselin menetelmä Besselin menetelmässä käytetään kuvn 4 mukist koejärjestelyä. on esine j on vrjostin, jolle kuv syntyy. un esineen j vrjostimen välimtk on riittävän suuri (>4), esineen j vrjostimen väliltä on mhdollist löytää linssille sem L(), joss vrjostimelle syntyy suurennettu kuv j sem L(2), jolloin vrjostimelle syntyy pienennetty kuv. uvn 4 mukn on nyt + b = d b = e (2) jost seur = d e 2 b = d + e. (3) 2 un nämä rvot sijoitetn linssiyhtälöön (), sdn polttoväliksi = d 2 e 2 4d. (4)

Polttovälin lskemiseksi voidn siis mitt :n j b:n sijst etäisyydet d j e. Tämä on perusteltu vrsinkin sellisiss tpuksiss, missä kuvn j esineen pikk on jostin syystä hyvin tunnettu. L() L(2) b d e b uv 4: Ohuen kupern linssin polttovälin määrääminen Besselin menetelmällä

22.3 Linssijärjestelmän polttoväli j päätsot 22.3. uvn muodostuminen linssijärjestelmässä Trkstelln kuvn 5 kht linssiä (polttovälit j 2 ), jotk noudttvt linssiyhtälöä (). Tällöin ensimmäiselle linssille pätee + b =. (6) uvss 5 on linssin L muodostm kuv piirretty punisten viivojen vull käyttäen linssin kumpkin polttopistettä, j hvitn, että todellinen kuv syntyy etäisyydelle b linssin tkse. uv on merkitty hrmll nuolell. Toiselle linssille sdn d b + b 2 = 2, (7) sillä ensimmäisen linssin ntm kuv toimii toisen linssin esineenä j 2 = d b. uvss 5 linssin L 2 virtulisest esineestä muodostm kuv on piirretty sinisillä viivoill käyttäen linssin kumpkin polttopistettä. Huom, että kvoiss (6) j (7) etäisyydet mittn eri linsseistä. Toislt kht linssiä voidn jtell myös yhdistelmälinssinä, jolle voidn kirjoitt kv (). Tällöin on yhdistelmälinssin polttoväli j etäisyydet j b on mitttv jostin yhdistelmälinssiin reerenssipisteestä. b L L 2 2 d b 2 2 2 uv 5: uvn muodostuminen khden linssin muodostmss linssijärjestelmässä. Linssi L iheutt esineestä etäisyydelle b kuvn, jok toimii linssin L 2 esineenä j iheutt lopullisen kuvn etäisyydelle b 2 linssisstä L 2. Linssisysteemin polttoväli voidn joht käyttämällä lusekkeit (6) j (7) j määrittämällä polttopisteiden pikt olettmll esineen ti kuvn olevn äärettömän kukn. Mikäli linssien välinen etäisyys on pieni verrttun linssin polttoväleihin, sdn linssijärjestelmän polttovälille luseke [] = + d. (8) 2 2 [] Leo Levi, Applied Optics: Guide to opticl system design (Wiley, New York)

Mikäli linssit ovt niin lähellä toisin, että d 0, sdn edellisestä likirvoluseke = + 2. (9) 22.3.2 Pääpisteet, polttopisteet j polttoväli Tutkittess pksuj linssejä ti linssijärjestelmiä on trpeellist määritellä linssin pääpisteet, joist linssiyhtälöä käytettäessä etäisyydet mittn. Pääpisteiden kutt kulkevi linssin kseli vstn kohtisuori tsoj kutsutn päätsoiksi. uvn 5 kksi kuper linssiä on esitetty kuvss 6 linssijärjestelmänä, jonk polttovälit ovt j =- j joss pääpisteet ovt A j A j päätsot H j H. Hhmoteltess kuvn muodostumist linssijärjestelmissä säteet eivät enää käänny linssien keskipisteen kohdll vn päätsojen kohdll. Lisäksi on huomttv, että yhteen polttopisteeseen liittyy vin yksi päätso. uvss 6 ylempi säde on piirretty päätson H j polttopisteen F vull j lempi säde päätson H j polttopisteen F vull. dellä esitetyn vull voidn ohueksi linssiksi määritellä linssi, joss molemmt pääpisteet yhtyvät geometriseen keskipisteeseen. Pksun linssin pääpisteet ovt toisistn erillään. Linssijärjestelmälle päätsot voivt jossin erikoistpuksess yhtyä, mutt yleisesti ne ovt toisistn erillään. Ne voivt sijit jop linssien ulkopuolell, kuten kuvss 6 on tilnne. un etäisyydet mittn pääpisteistä, on Gussin linssiyhtälö () edelleen voimss. Jos sen sijn etäisyydet mittn polttopisteistä, voidn linssiyhtälö kirjoitt yksinkertiseen muotoon x x = 2, (20) jok tunnetn Newtonin linssiyhtälönä. H b L x A A' F x' F' ' H' L 2 uv 5: Linssijärjestelmän pääpisteet j -tsot

22.4 Mittukset Lbortoriotyössä linssijärjestelmän (linssit L j L 2 ) polttopisteet, polttoväli j päätsot etsitään seurvsti. nsimmäisessä viheess (kuv 6) käytetään pun tunnettu kuper pulinssiä L 3, jonk polttopisteeseen 3 tuodn esine. Tällöin kuv syntyy L 3 :n etäisyydestä riippumtt linssijärjestelmän L L 2 polttopisteeseen, j polttopisteen etäisyys linssisysteemin mielivltisest kiintopisteestä M voidn mitt. Tämän jälkeen esine j pulinssi siirretään vstkkiselle puolelle linssijärjestelmää, jolloin sdn selville toisen polttopisteen F etäisyys s kiintopisteestä M. L 3 L 2, F F' M L H' H 3 s' s uv 6: Linssijärjestelmän L L 2 polttopisteiden määrääminen tunnetun kupern pulinssin L 3 vull Toisess viheess (kuv 7) pulinssi poistetn j etsitään linssijärjestelmän esineestä ntmn kuvn pikk. Mittn esineen j kuvn etäisyydet kiintopisteestä M eli kuvn 7 mukn etäisyydet x+s j x +s. Linssijärjestelmän polttoväli sdn lskettu Newtonin linssiyhtälön vull. Suureet s, s j määräävät pääpisteiden A j A sijinnin pisteeseen M nähden. L L 2 F' M F H' H x' s' s x uv 7: Linssijärjestelmän esineestä ntmn kuvn pikn määrääminen