Подготовка аппарата к работе
Подготовку аппарата к работе следует начинать с установки источника света. Для этого открывают корпус осветителя, закреплённого на одном конце скамьи (рис. 2), вставляют в гнёзда колодки лампу и, пользуясь регулировочными винтами, располагают лампу таким образом, чтобы её волосок находился на главной оптической оси конденсора. Затем придвигают по скамье к корпусу осветителя конденсор так, чтобы нить лампы оказалась приблизительно в главном фокусе задней линзы конденсора (рис. 3).
Если после установки лампы и перемещения конденсора получают на экране с помощью объектива изображение круга (проекция передней линзы конденсора), равномерно освещённого по всей поверхности, расположение лампы можно считать правильным.
В зависимости от содержания опытов дальше на скамью устанавливают другие приспособления (дисковую диафрагму, щель, рамку для диапозитивов и т.д.) в тех или иных сочетаниях, причём все они должны быть правильно расположены рейторах относительно оптической оси конденсора. Подобранное по высоте этих приспособлений фиксируется с помощью упорных колец с винтами, надетых на стержни 15 (рис. 1). Это значительно облегчает в дальнейшем сборку всевозможных других установок.
При подготовке прибора для демонстрации горизонтально расположенных объектов поступают так. После установки лампы в корпусе осветителя из конденсора вынимают переднюю линзу (она для этой цели вделана в отдельную оправу), плотно надевают на него приспособление для горизонтальной проекции и кладут сверху конденсора в соответствующее гнездо ранее вынутую линзу. Затем на вертикальный стержень надевают ширму с объективом и оборотной призмой или зеркалом и закрепляют её винтом (рис.4).
Чтобы проверить установку, включают ток и, перемещая объектив вверх и вниз, проецируют на экран верхнюю линзу конденсора для получения равномерно освещённого круга.
Перед включением тока необходимо выяснить, какое напряжение в электрической сети. Если напряжение 127 В, то кинопроекционные лампы «К-12» или «К-18» могут включиться непосредственно в сеть: при напряжении сети 220 В питание ламп осуществляется через понижающий трансформатор 110-127 В, 300 ва.
В случае отсутствия электрической сети в качестве источника света может быть использована автомобильная лампочка «А-20» напряжением 6 В с питанием от аккумулятора или сухих элементов. С этим источником света можно вполне удовлетворительно демонстрировать значительную часть опытов.
Работа с аппаратом
Описанный универсальный прибор даёт возможность поставить ряд разнообразных демонстраций, часть которых приводится ниже.
1. Демонстрация вертикальных объектов. На скамью аппарата, подготовленного для вертикального проецирования, как это было описано выше, устанавливают тот или иной прибор. Передвигают прибор по скамье к конденсору и располагают на таком расстоянии, чтобы он был весь освещён. Поперечное сечение конуса света, выходящего из конденсора, должно быть несколько больше поперечного сечения объекта.
Затем на скамью устанавливают с помощью рейтора объектив и, перемещая его вдоль оптической оси конденсора, получают на экране резкое изображение объекта. На рисунке 5 показана такая установка.
В вертикальной плоскости можно также демонстрировать различные диапозитивы. Для этого, как было показано на рисунке 6, в рейтор устанавливается двойная рамка на ширме 8.,
2. Демонстрация горизонтальных объектов. На конденсорную линзу аппарата, подготовленного для горизонтального проецирования (рис. 4), помещают соответствующий объект: прибор для демонстрации модели броуновского движения, или кристаллизатор с водой для наблюдения изменения поверхностного натяжения, или ванну для иллюстрации обтекания тел разной формы и т.д. Затем с помощью объектива получают резкое изображение на экране всех деталей проецируемого прибора.
3. Дисперсия света. Для получения на экране сплошного спектра собирают сначала установку по схеме, показанной на рисунке 7, но только без призмы, и на экране, расположенном в положении эь получают резкое изображение щели. Затем перед объективом, на столик, устанавливают обычную трёхгранную призму из флинтгласа или призму прямого зрения.
В первом случае лучи света, пойдя призму, не только разложатся на цветные, но и отклонятся в сторону от оптической оси. Поэтому, чтобы получить изображение спектра, следует экран перенести в положение Э2, приблизительно на такое же расстояние от призмы.
Во втором случае, когда берётся призма прямого зрения, переносить экран не нужно, но всю установку следует расположить так, чтобы экран был хорошо виден аудитории.
Внешний вид установки для демонстрации сплошного спектра с трёхгранной призмой показан на рисунке 8.
Для демонстрации линейчатых спектров установку оставляют такой же, как описано выше, но только вместо кинолампы в качестве источника света берут лампу ртутную, например «СВДШ-250», или лампу дуговую с углями, в которой предварительно введены те или иные соли. В последнем случае на экране получается сплошной спектр, а на его фоне будут выделятся яркие линии линейчатого спектра.
Следует иметь в виду, что все опыты по дисперсии света значительно лучше получаются с призмой прямого зрения.
4. Интерференция света. На рисунке 9 изображена схема расположения приборов для демонстрации интерференции света с бипризмой, а на рисунке 10 представлена и сама установка, которая собирается в следующем порядке, сначала с помощью конденсора получают на поверхности щели, установленной на его главной оптической оси, изображение источника света такого размера, чтобы вся щель была полностью закрыта ярким, светящимся пятном. Затем на расстоянии 200-250 мм от освещённой щели устанавливают бипризму (при этом скамью приходится несколько раздвинуть), а за ней приблизительно на расстоянии одного метра - экран.
Ребро призмы должно быть строго параллельно щели и находиться с ней в одной вертикальной плоскости, проходящей вдоль оптической оси конденсора, чтобы плоский пучок лучей от щели освещал только ребро призмы.
Уменьшая ширину щели до 0,15-0,1 мм, получают на экране интерференционную картину шириной 1,5-2 см. При этом рекомендуется экран поставить не перпендикулярно лучам света, а под тупым углом, как показано на схеме пунктиром (рис. 9). В этом случае изображение «вытянется» в ширину и полосы интерференции будут хорошо заметны на экране. Успех этой демонстрации зависит исключительно от тщательности установки на скамье указанных выше деталей. Поэтому и щель и бипризма должны быть вставлены в рейторе с регулировочными винтами. Без возможности плавного поперечного перемещения щели и бипризмы, которое обеспечивается рейтором, и без одновременной возможности вращения бипризмы относительно оптической оси в ширме, на которой она укреплена, проведение этого опыта было бы крайне затруднительно.
Интерференционную картину в виде колец Ньютона можно продемонстрировать всей аудитории с помощью установки, показанной на рисунке 11, где выдвижная часть скамьи поставлена под некоторым углом к основной части. Расположение приборов ясно видно на схеме (рис. 12), представляющей всю установку в плане.
В этом опыте можно одновременно получить два изображения колец Ньютона на двух экранах Э1 и Э2, причём первое - в проходящем свете, а второе - в отражённом.
5. Дифракция света. Установку на скамье аппарата собирают для этого опыта в таком же порядке, как и для демонстрации дисперсии света, с той лишь разницей, что вместо призмы ставят перед объективом дифракционную решётку, имеющую 50 или 100 штрихов на миллиметр. При этом щель должна быть установлена параллельно штрихам дифракционной решётки.
Демонстрацию дифракции света от нити проводят аналогично опыту с бипризмой, причём нить (тонкий волос) располагают в том месте установки, где должно находиться ребро бипризмы в описанном выше опыте.
При демонстрации явлений интерференции и дифракции света необходимо обратить внимание на тщательность затемнения аудитории, где проводятся опыты.
6. Поляризация света. Схема расположения приборов для демонстрации явлений поляризации света показана на рисунке 13. Сама же установка представлена на рисунке 14, где между поляроидами помещён небольшой винтовой пресс, сжимающий пластинку из органического стекла.
В этой установке объектив располагают за поляроидом так, чтобы на экране получилось резкое изображение объекта, освещённого с помощью конденсора. Затем постепенно вращают один из поляроидов в его оправе. Тогда на экране будут наблюдаться явления интерференции поляризованного света в виде разноцветно окрашенной картины, по которой, в частности, можно судить о распределений напряжений при сдавливании пластинки из органического стекла винтовым прессом.
Хранение аппарата и уход за ним
Хранить проекционный фонарь со всеми деталями к нему рекомендуется в закрытом шкафу.
Оптика аппарата (линзы объектива, призма или плоское зеркало, линзы конденсора) должна быть всегда чистой. Нельзя касаться полированных поверхностей оптики пальцами, протирать бумагой, а также и замшей, как это рекомендуется в некоторых руководствах. Для чистки оптики необходимо иметь чистую, стиранную полотняную ткань.
Если поверхность линз загрязнена настолько, что при рассмотрении в отражённом свете на ней виды пятна (обычно следы прикосновения пальцев), то перед протиркой ткань можно слегка смочить в денатурированном спирте. Если поверхность стекла покрыта только пылью, то для чистки лучше всего воспользоваться мягкой кисточкой.
Необходимо также содержать в чистоте и металлические части аппарата. Во время демонстрации на металлические части аппарата (направляющие трубки скамьи, выдвижные стержни, рейторы и т.д.) может попасть вода, что обычно приводит при плохом уходе к ржавлению отдельных частей. Поэтому прибор надо после работы насухо вытереть. Трущиеся детали (например, направляющие трубки и стержни скамьи, приспособление для регулировки положения источника света, приспособление у рейтеров для регулировки положения объектива) должны быть всегда смазаны тонким слоем бескислотного технического вазелина.
Вакуумный насос Комовского