Оптичні прилади допомагають нам досліджувати навколишній світ. Телескоп дозволяє виявити і розглянути обриси і деталі далеких космічних тіл, а мікроскоп розкриває таємниці нашої планети, такі як будова живих клітин.
Наші очі, по суті, являють собою оптичні прилади. Коли ми дивимося на предмет, лінзова система, розташована в передній частині кожного ока, формує його зображення на сітківці - шарі очного дна, що містить приблизно 125 млн. Світлочутливих клітин. Падаючий на сітківку світло змушує клітини посилати в мозок електричний нервовий сигнал, дозволяючи нам візуально сприймати предмет.
Крім того, очі мають системою регулювання яскравості. При яскравому освітленні зіниця інстинктивно звужується, знижуючи яскравість зображення до прийнятного рівня. При слабкому освітленні зіниця розширюється, збільшуючи яскравість зображення.
Як діє лінза
Лінзова система ока складається з опуклої лінзи кришталика і розташованої перед нею заповненою рідиною викривленою оболонки, яка називається рогівкою. Рогівка забезпечує чотири п'ятих усього процесу фокусування. Тонка регулювання здійснюється кришталиком, чия кривизна поверхні змінюється розташованим довкола нього м'язовим кільцем (капсулою). Коли око не може прийняти необхідну форму, звичайно через порушення в даних м'язах, зображення видимих предметів стають розпливчастими.
Найбільш поширеним недоліком зору є неможливість сфокусувати на сітківці зображення окремих предметів. Якщо лінзова система очі занадто сильна, іншими словами, якщо вона дуже опукла, то вилучені предмети будуть розпливатися, а близькі - давати чіткі зображення. Людей з таким порушенням іменують короткозорими. Якщо опуклість кришталика недостатня, то розпливатися будуть близькі предмети, а чіткими залишаться зображення віддалених предметів. Володарів такого зору називають далекозорими. Обидва порушення можна виправити, користуючись окулярами або контактними лінзами. Короткозорі люди носять окуляри з увігнутими лінзами (більш тонкими посередине), які дозволяють їх очам фокусуватися на віддалених предметах. Далекозорі люди носять окуляри з опуклими лінзами (стовщеними в центрі).
Коли з'явилися збільшувальні стекла, люди, природно, спробували використовувати замість одного два таких скла, щоб отримати ще більше збільшення. Експериментальним шляхом було виявлено, що при певній відстані між лінзами віддалений об'єкт можна побачити зі значним збільшенням. Таке розташування лінз послужило основою для створення першого телескопа, який в той час називався зоровою трубою. Винахід цього приладу іноді приписують жив в XIII столітті англійському філософу і природодослідникові Роджеру Бекону. Але, можливо, пальма першості належить арабським ученим.
Зорова труба, створена в 1608 році голландським оптиком Хансом Ліпперші, привернула увагу італійського вченого Галілея. Протягом короткого часу вчений удосконалив конструкцію Ліпперші і створив кілька труб з поліпшеними характеристиками. З їх допомогою він зробив ряд відкриттів, включаючи гори і долини на Місяці, а також чотири супутники Юпітера.
Відкриття Галілея показали важливість телескопа, а використовуваний їм тип приладу здобув популярність як телескоп Галілея. Опукла лінза його об'єктива збирала світло від спостережуваного об'єкта. А увігнута лінза окуляра відхиляла світлові промені таким чином, що вони створювали збільшене пряме зображення. Лінзи встановлювалися в трубах, одна з яких (меншого діаметра) ковзала всередині іншої. Це дозволяло регулювати відстань між лінзами, одержуючи при цьому чітке зображення.
Телескоп Галілея працює з використанням принципу переломлення (відхилення) світла і тому відомий також як телескоп-рефрактор. Інший вид телескопа-рефрактора характеризується опуклістю обох лінз. Така конструкція створює збільшене, але перевернене зображення і відома як астрономічний телескоп.
При використанні ранніх телескопів-рефракторів виникала одна істотна проблема, яка обумовлена дефектом лінз, називаним хроматичної аберацією і призводить до появи навколо зображень небажаних кольорових ореолів. Для усунення цього недоліку англійський учений Ісаак Ньютон в 1660-і роки сконструював телескоп-рефлектор. Для концентрації світлових променів і створення зображення в ньому замість лінзи об'єктива використовується увігнуте дзеркало, яке не утворює кольорових ореолів. Плоске дзеркало відбиває світло в опуклу лінзу окуляра, встановлену на головній трубі збоку. Прилад такого типу відомий як телескоп Ньютона.
Збільшувальне скло іноді називають простим мікроскопом, т. К. Його використовують при спостереженні дрібних об'єктів.
Складний мікроскоп складається з двох опуклих лінз. Лінза об'єктива створює збільшене зображення, яке потім знову збільшується лінзою окуляра. Як і в астрономічному телескопі, це зображення перевернуто. Багато складні мікроскопи мають комплект об'єктивних лінз з різним ступенем збільшення.