Как работает бинокль

Хотите погулять по Луне или посмотреть слону прямо в глаза? Вам помогут бинокли и телескопы. Они могут отправить вас в центр событий без каких либо движений с вашей стороны. Бинокли работают согласно законам оптики, но как именно?

Как работают линзы

Явление преломления лучей света при переходе их из воздуха в воду (или любую другую плотную среду, например, стекло) называется рефракцией. За счет рефракции работают линзы, а бинокли, телескопы или очки работают с использованием линз. Но как прийти от преломления света в воде к биноклю, позволяющему изучать поверхность Луны?

Верхняя граница воды, налитой в стакан, выглядит прямой, хотя она и очень немного искривлена (такая поверхность называется мениском). Если поставить стакан на газету и посмотреть через него вниз, буквы будут выглядеть вполне обычными. Это потому, что верхняя граница воды почти идеально плоская. Но если бы она была искривлена, текст выглядел бы увеличенным. Это можно легко проверить в опыте с "водяной линзой".

Типы линз

Линза – это кусочек стекла с кривыми поверхностями, по форме напоминающий чечевицу. Собственно, слово "линза" восходит к латинскому названию чечевицы. Когда лучи света попадают на линзу, они замедляются и преломляются (отклоняются от прямолинейного пути). Если середина линзы толще ее краев, такая линза называется выпуклой. Лучи, падающие на выпуклую линзу, преломляются так, что собираются на некотором расстоянии от нее в точку. Говорят, что линза собирает лучи света в фокус. Поэтому такие линзы называют собирающими. При рассматривании предметов через собирающую линзу они кажутся крупнее – такие линзы используются в качестве увеличительного стекла, лупы.

Другой тип линз имеет противоположную кривизну – середина их тоньше, чем края. Они называются вогнутыми линзами. Вогнутые линзы заставляют световые лучи распространяться в разные стороны, словно фейерверки. Поэтому такие линзы иногда называются рассеивающими. Рассеивающие линзы используются, например, в проекторах, где они обеспечивают освещение большой площади экрана.

Линзы бывают самых разнообразных размеров и форм. Например, огромная линза Френеля в фонаре уличного освещения предназначена для посылки луча света на большое расстояние. Линзы биноклей работают противоположным образом – они собирают свет от далеких объектов, чтобы их можно было увидеть более четко.

Как работает бинокль

Если мы хотели бы рассмотреть что-то на большом расстоянии, мы могли бы взять две выпуклые линзы и поместить их на одной линии друг за другом. Первая линза будет собирать свет от далекого объекта и строить четкое его изображение на небольшом расстоянии позади себя. Эта линза называется объективом, она расположена ближе к объекту. Вторая линза увеличивает изображение, построенное первой, также как лупа увеличивает газетный текст. Если поместить эти линзы в закрытую трубу – получится телескоп.

Бинокль – это два телескопа, смонтированные вместе и дающие изображения для обоих глаз. Но тут есть подробности. Когда лучи света от далекого объекта проходят через выпуклую линзу, они перекрещиваются. Поэтому далекие объекты, если рассматривать их через лупу, выглядят перевернутыми. Вторые линзы эту проблему не исправляют. Поэтому в биноклях применяют призмы (объемные стеклянные клинья), которые поворачивают изображение на 180 градусов. Одна призма поворачивает изображение на 90 градусов,  и вторая тоже поворачивает на 90 градусов, и таким образом две призмы переворачивают изображение. Призмы могут быть составлены в линию вместе (призмы с крышей) или под углом 90 градусов (призмы Порро).

Наличие призм объясняет то, почему бинокли такие тяжелые и часто достаточно толстые в середине. Впрочем, есть бинокли без призм, театральные, например. Они невелики по размерам, легкие и компактные, но, к сожалению, имеют невысокое качество изображения.