Ангина

Подзорная труба своими руками в домашних условиях. Ньютоновский телескоп из того, что под рукой

Вам вдруг захотелось своими руками сделать подзорную трубу? Ничего странного. Да, в наше время нетрудно купить почти любой оптический прибор, и не так дорого. Но иногда на человека нападает жажда творчества: хочется разобраться, на каких законах природы основан принцип действия какого-либо прибора, хочется от и до самому сконструировать подобный прибор и испытать радость творчества.

Подзорная труба своими руками

Итак, вы приступаете к делу. Прежде всего вы узнаете, что простейшая подзорная труба состоит из двух двояковыпуклых линз – объектива и окуляра, и что увеличение подзорной трубы получается по формуле K = F / f (отношение фокусных расстояний объектива (F) и окуляра (f)).

Вооружившись этими познаниями, вы идёте копаться в коробках с разным хламом, на чердаке, в гараже, в сарае и т. д. с четко обозначенной целью – найти побольше разных линз. Это могут быть стекла от очков (желательно круглые), часовые лупы, линзы от старых фотоаппаратов и т. д. Набрав запас линз, приступаете к измерениям. Вам нужно подобрать объектив с фокусным расстоянием F побольше и окуляр с фокусным расстоянием f поменьше.

Измерить фокусное расстояние очень просто. Линза направляется на какой-либо источник света (лампочка в комнате, фонарь на улице, солнце в небе или просто освещенное окно), за линзой располагается белый экран (можно лист бумаги, но картон лучше) и передвигается относительно линзы до тех пор, пока на нем не получится резкое изображение наблюдаемого источника света (перевернутое и уменьшенное).

После этого остается измерить линейкой расстояние от линзы до экрана. Это и есть фокусное расстояние. В одиночку вы вряд ли справитесь с описанной процедурой измерения – вам будет не хватать третьей руки. Придется позвать на помощь ассистента.

Подобрав объектив и окуляр, вы приступаете к конструированию оптической системы для увеличения изображения. Берете в одну руку объектив, в другую – окуляр и сквозь обе линзы рассматриваете какой-нибудь удаленный предмет (только не солнце – запросто можно остаться без глаза!). Взаимным перемещением объектива и окуляра (стараясь, чтобы их оси оставались на одной линии) добиваетесь четкого изображения.

Получится увеличенное изображение, но все еще перевернутое. То, что вы сейчас держите в руках, стараясь сохранять достигнутое взаимное положение линз, и есть искомая оптическая система. Осталось только зафиксировать эту систему, например, поместив внутри трубы. Это и будет подзорная труба.

Но не надо торопиться со сборкой. Сделав подзорную трубу, вас не устроит изображение «вверх ногами». Эта проблема решается просто с помощью оборачивающей системы, получаемой добавлением одной или двух линз, идентичных окуляру.

Оборачивающую систему с одной соосной дополнительной линзой получите, поместив ее на расстоянии примерно 2f от окуляра (расстояние определяется подбором).

Интересно отметить, что при этом варианте оборачивающей системы удается получать бóльшее увеличение, плавно отдаляя дополнительную линзу от окуляра. Впрочем, сильного увеличения получить не удастся, если у вас не очень качественный объектив (например, стекло от очков). Мешает явление так называемой «хроматической аберрации», когда изображение окрашивается в радужные оттенки.

Эту проблему в «покупной» оптике решают, составляя объектив из нескольких линз с разными коэффициентами преломления. Но вас эти подробности не волнуют: ваша задача – разобраться в принципиальной схеме прибора и построить по этой схеме простейшую действующую модель (не потратив ни копейки).

Оборачивающую систему с двумя соосными дополнительными линзами получите, расположив их так, чтобы окуляр и эти две линзы отстояли друг от друга на одинаковых расстояниях f.

Теперь вы представляете себе схему подзорной трубы и знаете фокусные расстояния линз, поэтому приступаете к сборке оптического прибора. Самое простое – скрутить трубы (тубусы) из листов ватмана, закрепив их резинками «для денег», а линзы внутри трубок закрепить пластилином. Трубы изнутри надо покрасить матовой черной краской, чтобы не было внешней засветки.

Получилось вроде бы нечто примитивное, но как нулевой вариант очень удобное: легко переделать, что-то поменять. Когда этот нулевой вариант есть, его можно совершенствовать как угодно долго (хотя бы заменить ватман на более приличный материал).

Телескоп заводского производства стоит достаточно дорого, поэтому покупать его целесообразно в случаях серьезного увлечения астрономией. А любителям можно попробовать собрать телескоп своими руками.

Как известно, существует два вида телескопов:

Рефлекторные . В этих приборах роль светособирающих элементов выполняют зеркала.
Рефракторные – оснащены системой оптических линз.

Телескоп-рефрактор своими руками

Схема телескопа-рефрактора достаточно проста. На одном конце прибора имеется объектив – линза, собирающая и фокусирующая лучи света. На другом конце расположен окуляр – линза, позволяющая рассматривать изображение, которое исходит от объектива. Объектив помещают в основную трубу, называемую тубусом, а окуляр – в меньшую трубу, именуемую окулярным узлом.

Обычный телескоп из лупы

Делаем основную трубу . Берем лист плотной бумаги и сворачиваем в трубку с помощью ровной палки или подходящей трубы диаметром 5 см. Бумага внутри должна быть выкрашена черной краской и не блестеть. Трубу делаем длиной 1,9 метра.
Делаем окулярную трубу . Она должна надеваться на конец основной. Ее сворачиваем из листа бумаги длиной 25 см и проклеиваем. Внутренний диаметр окулярной трубы должен совпадать с наружным диаметром основной трубы, чтобы она без усилий двигалась по ней.
Работа с линзами . Из плотной бумаги делаем две крышечки. Первую разместим там, где будет объектив, а вторую укрепим на конце окулярной трубы. Посередине каждой крышечки проделаем отверстие диаметром немного меньше, чем диаметр линз. Линзы устанавливаем выпуклостью наружу.

Чтобы делать интересные фотографии звездного неба, можно прикрепить веб-камеру к телескопу.

Телескоп из бинокля

Из обычного восьмикратного бинокля можно соорудить телескоп, дающий увеличение свыше 100 раз. Трубы можно склеить из ватмана. Линзы подойдут от старых фильмоскопов или аналогичные по увеличению. Используем расчет простого телескопа, а длину прибора и расстояние между линзами окуляра подбираем опытным путем.

Бинокль при этом разбирать не нужно – трубки надеваются прямо на него. Для удобства использования можно сделать треногу. Такой телескоп из бинокля позволяет увидеть горы и кратеры на поверхности Луны, спутники Юпитера и т.д.

Выводы

Изготовить самодельный телескоп в домашних условиях не представляет особой сложности. Выполнить такую работу может даже старшеклассник. Для ребенка достаточно будет прибора с увеличением 30 – 100 крат.

Однако есть домашние умельцы, которые могут самостоятельно собрать трехсоткратный качественный телескоп. Такие навыки приходят с опытом и могут пригодиться тем, кто серьезно увлекается астрономией.

Как вообще устроен телескоп

Многие думают, что телескоп просто большая лупа, которая всё увеличивает, но на самом деле телескоп устроен как глазное яблоко. Его первоочередная задача — собрать и сфокусировать свет.

Как известно, свет не только падает на объекты, но и отражается от них. Мы способны видеть предметы, потому что наши глаза улавливают отражённый от них свет. Кстати, именно поэтому мы не видим в полной темноте. Так же работает линза объектива, но она мощнее, а потому может собрать гораздо больше света с удалённых объектов. А вот окуляр уже предназначен для увеличения полученной картинки.

Сделать телескоп Галилея совсем не сложно — и даже проще, чем это было ему самому, ведь у физика XVII века не было скотча, клея ПВА и прочих благ современности! Начнём с самого хлопотного: найдём линзы.

Если вы не знаете, сколько диоптрий в линзе, то можете измерить их сами. Понадобятся линейка и источник света (например, фонарик или настольная лампа). Положите линейку так, чтобы её край касался стены,— она будет служить экраном. Направьте свет прямо на линзу. Видите, как она преломляет луч? Двигайте линзу параллельно линейке до тех пор, пока свет на экране не сойдётся в точку. Расстояние от стены, на котором окажется линза, называется фокусным. Количество диоптрий рассчитывается по следующей формуле:

Например, если между линзой и экраном получилось 50 см, то есть 1:2 м, значит, оптическая сила равна 1:(1:2) — 2 диоптрии.

Собираем телескоп

1. В качестве объектива возьмём обычную лупу в +2 диоптрии диаметром 100 мм — такую можно найти в канцелярском магазине или даже в ящике вашего стола. Для окуляра надо будет обзавестись отрицательной линзой в –20 диоптрий диаметром 25–50 мм — продаётся в любой оптике. В качестве оптической трубы — это основа нашего телескопа, на которую крепятся линзы,— подойдут круглые коробки из-под чипсов, пластиковые трубы или просто скрученные в цилиндр плотные листы бумаги.

Подбираем увеличение

Обязательно ли брать именно такие линзы? Вовсе нет! Мы подобрали параметры, которые не требуют особо длинной оптической трубы, но дают существенное увеличение. Если вы хотите его изменить, подберите линзы по формуле:

Наш телескоп имеет следующие параметры: F = 0,5 м, f = 0,05 м, следовательно, его увеличение составляет 0,5 / 0,05 = 10 крат.

Диаметр отверстия сделаем на пару миллиметров больше, чем диаметр линзы объектива, чтобы удобнее было её вставлять. Длина трубы должна быть равна фокусному расстоянию объектива — скрепите несколько цилиндров скотчем, если понадобится. В нашем случае это 50 см.

2. Сворачиваем бумагу в цилиндр. С помощью клея закрепляем линзу объектива на конце оптической трубы выпуклой стороной внутрь.

Совет: Чем темнее изнутри оптическая труба, тем выше контрастность изображения. Покрасьте её чёрной краской или используйте тёмную бумагу.

3. Делаем держатель для маленькой линзы — окуляра. Это может быть пластиковая крышка или картонный круг с отверстием нужного размера.

4. Приклейте держатель с линзой к другому краю оптической трубы. Телескоп готов! Украсьте по своему вкусу.

Немного истории

Иоганн Липерсгей

А вы знали, что телескоп придумал не Галилей? Он «всего лишь» первым решил направить его на небо. По сути, телескоп — это обычная подзорная труба, как те, что использовали моряки и путешественники. Его изобретение обычно приписывают голландцу Иоганну Липерсгею, который в 1608 году подал заявку на соответствующий патент. Галилей собрал для себя копию этого прибора годом позднее.

Устройство первого телескопа было совсем простым: две линзы, закреплённые в полой трубке. Объективом называется большая линза, направленная в сторону объекта, который вы хотите рассмотреть (потому он и объектив). А линза, в которую вы непосредственно смотрите, называется окуляром.

В XVII веке бал правили линзовые телескопы (они же рефракторы, так как работают за счёт рефракции — преломления), но в XVIII веке им на смену пришло изобретение другого великого физика — Исаака Ньютона. Он заменил линзу объектива на вогнутое зеркало, чтобы избежать погрешности изображения. Такие телескопы получили название рефлекторы — отражатели.

Наблюдение звезд и других астрономических тел на небосклоне – процесс очень занимательный. Планеты Солнечной системы, спутники, созвездия, «падающие звезды» – все это лишь маленькая часть необозримой и до конца непознанной Вселенной. Наиболее хорошо видна Луна – ближайшее к нам космическое тело, если не считать созданные человеком искусственные спутники Земли. Однако даже Луну детально рассмотреть невооруженным глазом довольно непросто. Для этой цели человечеством изобретено специальное устройство – телескоп, который позволяет «приблизить» наблюдаемый объект и изучить его более подробно. Давайте попробуем разобраться, как можно своими руками сделать простейший телескоп.

Все оптические телескопы можно разделить на две группы: телескопы рефракторы, в которых используются линзы, преломляющие и тем самым собирающие свет, и телескопы-рефлекторы, в которых в качестве такого элемента используются зеркала. Своими руками проще сделать телескоп-рефрактор, так как для этого нужны собирающие линзы, которые найти нетрудно в отличие от специальных собирающих зеркал. Изготовлением такого телескопа с 50-кратным увеличением мы и займемся, для чего нам потребуется: плотная бумага (ватман), картон, черная краска, клей и две собирающие линзы.

Сначала разберемся в устройстве простейшего телескопа-рефрактора. Главная его часть – объектив – двояковыпуклая линза, находящаяся в передней части телескопа и собирающая излучение. Основными его характеристиками являются: диаметр объектива (апертура) , чем больше апертура, тем больше телескоп собирает излучения, то есть больше его разрешающая способность, и, как следствие, можно использовать большие увеличения; фокусное расстояние объектива . Другая важная часть телескопа – окуляр. Увеличение телескопа рассчитывается как величина, равная отношению фокусного расстояния объектива к фокусному расстоянию окуляра ¸ и выражается в кратах:

Кроме того существует такое понятие как максимальное полезное увеличение телескопа, которое равно удвоенному значению диаметра объектива , выраженного в миллиметрах. Делать телескоп с бόльшим увеличением не имеет смысла, так как новых деталей, скорее всего, увидеть не удастся, а общая яркость изображения существенно снизится. Таким образом, если нужно сделать телескоп с 50-кратным увеличением, то диаметр объектива должен быть не меньше 25 мм. Но небольшой диаметр уменьшает разрешающую способность, поэтому для 50-кратного телескопа целесообразно использовать объектив диаметром 60 мм.

Минимальное значение полезного увеличения телескопа определяется диаметром его окуляра , который не должен превышать диаметр полностью раскрывшегося зрачка глаза наблюдателя, иначе не весь собранный телескопом свет попадет в глаз и будет потерян. Максимальный диаметр зрачка глаза наблюдателя обычно составляет 5-7 мм, поэтому минимальное полезное увеличение составляет 10 крат (апертура, умноженная на 0,15).

Приступаем непосредственно к изготовлению телескопа. Сделать телескоп из ватмана больших размеров не получится, так как ватман не обладает достаточной жесткостью, что приведет к проблемам с настройкой телескопа. Оптимальный размер составляет примерно около 1м. Следовательно, фокусное расстояние объектива тоже должно быть около 1м, что соответствует оптической силе +1дптр. Для объектива нужно сделать из ватмана трубу длиной 60-65 см и диаметром, соответствующим диаметру линзы объектива (6 см). Внутреннюю часть трубы следует перед склеиванием покрасить в черный цвет, чтобы в окуляр не попадало лишнее излучение. Линзу в трубе объектива можно закрепить при помощи двух вырезанных из картона ободков с зубчиками.

Для окуляра нужно сделать трубу длиной 50-55 см. Соединение между собой труб объектива и окуляра также осуществляется при помощи картонных ободков, позволяющих трубе окуляра двигаться относительно трубы объектива с применением небольшого усилия. Чтобы обеспечить 50-кратное увеличение телескопа, линза окуляра должна иметь фокусное расстояние 2-3 см.

Получившийся телескоп обладает одним недостатком – он дает перевернутое изображение. Чтобы это исправить, потребуется еще одна собирающая линза, имеющая такое же фокусное расстояние, что и линза окуляра. Дополнительную линзу нужно установить в трубу окуляра.

При изготовлении телескопа также следует учитывать, что у телескопов с большим увеличением сильнее проявляются различные дифракционные явления, что значительно ухудшает видимость. Подобное увеличение обычно используется для наблюдения деталей дисков планет и Луны, а также при наблюдении двойных звезд. Поэтому для снижения этого эффекта нужна диафрагма (черная пластина с отверстием диаметра 2 – 3 см), которая размещается в том месте, где лучи от объектива сходятся в фокусе. После этого усовершенствования изображение станет менее ярким, но более четким.

По предложенному методу мы предлагаем вам решить задачу:

Какими должны быть основные параметры телескопа, имеющего 100-кратное увеличение?

Многие люди считают телескоп очень сложным прибором, который самостоятельно в домашних условиях сделать не получится. Это верно по отношению к современным устройствам с очень сложной конструкцией, но сделать простейший телескоп своими руками – реально. В данной статье вы узнаете, как сделать телескоп всего за пару часов.

Следуя инструкции можно сделать телескоп с увеличением в 30, 50 или 100 раз. Все три варианта имеют одинаковую конструкцию и отличаются только линзами объектива и длиной в развернутом виде.

Понадобится:

Ватман;
Клей;
Черная тушь или краска;
Две оптические линзы.

Если вы впервые собираете подобные устройства, то для начала лучше попытаться сделать телескоп с 50-кратным увеличением.

Объектив

Из листа ватмана сворачиваем трубу длиной 60-65 см. Диаметр нужно сделать немного больше диаметра линзы объектива. При использовании стандартной очковой линзы, диаметр трубы будет около 6 см. Затем разверните лист и закрасьте внутреннюю часть черной тушью. Таким образом, внутренняя поверхность телескопа будет черной, это исключит возможность попадания стороннего света (не от объекта наблюдения).

После того как определенны размеры, диаметр и одна сторона листа закрашена, можно свернуть лист и закрепить его клеем. Линзу объектива в +1 диоптрию, следует закрепить в торце трубы, с помощью двух ободков из картона с зубчиками (показано на рисунке).

1 - линза объектива,
2 - линза окуляра,
3 - крепление линзы объектива,
4 - крепление трубки для линз окуляра,
5 - дополнительная линза для перевертывания изображения,
6 - диафрагма

Окуляр

Следующим шагом изготовления телескопа своими руками будет создание окуляра.
Линзу для окуляра, к примеру, можно вытащить из сломанного бинокля. Фокусное расстояние (f) линзы должно быть 3 - 4 см. Определяется это расстояние следующим образом: на линзу направьте свет от удаленного источника (например, солнце), отдаляйте линзу от экрана, на который проецируете луч. Расстояние между линзой и экраном при котором пучок света сфокусируется в маленькую точку и будет являться фокусным расстоянием (f).

Сверните лист бумаги в трубочку такого диаметра, чтобы окуляр плотно в нее входил. Если на линзе присутствует металлическая оправа, то никаких дополнительных креплений делать не нужно.

Готовая трубка с окуляром закрепляется в большой трубе с помощью двух картонных кругов с отверстиями в центре. Трубка с окуляром должна двигаться свободно, но с небольшим усилием.

Самодельный телескоп готов. Только он имеет небольшой минус – перевернутое изображение. При наблюдении за небесными объектами это совсем не является недостаток, но если вы будете наблюдать за объектами местности, то будете испытывать определенные неудобства. Чтобы перевернуть изображение, необходимо в трубу окуляра установить еще одну линзу с фокусом 3 – 4 см.

Телескоп с увеличением в 30 раз ничем не отличается от описанного выше, кроме линзы в + 2 диоптрии и длины (около 70 см, в расправленном виде).

Телескоп с увеличением 100 крат , будет около двух метров в длину и для него потребуется линза + 0.5 диоптрии. Такой самодельный телескоп позволит разглядеть «моря», кратеры, равнины залитые лавой, горные массивы у Луны. Также можно отыскать на небе Марс и Венеру, их размер будет с крупную горошину. А если зрение острое, то среди большого числа звезд можно отыскать и Юпитер.

Изображение такого мощного телескопа имеющего малый диаметр объектива, может быть испорчено радужной окраской. Это вызвано явлением дифракции. Частично снизить этот эффект можно с помощью диафрагмы (черная пластина с отверстием диаметра 2 – 3 см). Диафрагма устанавливается в том месте, где лучи от объектива сходятся в фокусе. Определяется это место с помощью экрана.

После такой доработки, изображение станет более четким, но потеряет немного яркости.

Если вы собираете двухметровый телескоп из ватмана, то следует знать, что он будет изгибаться под тяжестью линзы, сбивая настройки. Чтобы сохранить геометрию трубы, следует с двух сторон прикрепить деревянные рейки.

Вот таким образом можно сделать телескоп своими руками. Не самый мощный, но подходящий чтобы разжечь интерес к астрономии.

Интересных и увлекательных вам наблюдений.