LUẬN văn sư PHẠM vật lý tìm HIỂU các LOẠI máy KINH vĩ

Và để đạt được mục đích trên với độ chính xác cao, rút ngắn thời gian hoàn thành công việc chúng ta không thể không “nhờ” đến sự trợ giúp đắc lực của các dụng cụ quang học mà người ta gọ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

KHOA SƯ PHẠM



Đề Tài:

Luận văn Tốt nghiệp

Lớp: Sư phạm Vật lý 1 k33

Năm 2011

Trước tiên, xin gửi lời biết ơn chân thành nhất đến cha, mẹ và mọi người trong gia đình đã có công sinh thành và nuôi dạy con đến ngày hôm nay

Xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy ThS.GVC Hoàng Xuân Dinh

đã tận tình hướng dẫn, gợi ý và cho những lời khuyên hết sức bổ ích trong việc nghiên cứu và hoàn thành luận văn này

Xin cảm ơn tất cả các quý thầy, cô thuộc Bộ môn Vật lý- Khoa sư phạm đã truyền đạt cho tôi nhiều kiến thức bổ ích trong quá trình theo học tại trường

Cảm ơn thầy Vương Tấn Sĩ – cố vấn học tập Lớp Sư phạm Vật lý 1 K33 đã luôn quan tâm, động viên và tạo điều kiện tốt cho tôi trong suốt quá trình học tập tại trường cũng như trong thời gian thực hiện đề tài

Xin cảm ơn tất cả các bạn Lớp Sư phạm vật lý K33, và mọi thành viên phòng 8B21 Ký túc xá, đã luôn cổ vũ, động viên và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua Xin kính chúc ba mẹ, quý thầy cô, các anh chị dồi dào sức khỏe! Chúc tất cả các bạn Lớp Sư phạm Vật lý K33 báo cáo luận văn thành công tốt đẹp

Tp Cần Thơ, ngày tháng năm 2011

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Cần Thơ, ngày tháng năm 2010 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ký tên)

Ths.GVC Hoàng Xuân Dinh

MỤC LỤC LỜI CẢM TẠ

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

MỤC LỤC

PHẦN MỞ ĐẦU 6

1 Lý do chọn đề tài 6

2 Mục đích nghiên cứu 7

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 7

4 Nhiệm vụ nghiên cứu 7

5 Phương pháp nghiên cứu 8

6 Phương tiện nghiên cứu 8

7 Các bước thực hiện đề tài 8

TÓM TẮT LUẬN VĂN 9

PHẦN NỘI DUNG 10

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ QUANG HỌC 10

1.1 Các hiện tượng truyền sáng 10

1.1.1 Khái niện nguồn sáng và vật được chiếu sáng 10

1.1.2 Định luật truyền thẳng của ánh sáng 10

1.1.3 Định luật phản xạ của ánh sáng 12

1.1.4 Định luật khúc xạ ánh sáng 14

1.1.5 Hiện tượng phản xạ toàn phần 16

1.2 Khái quát về thủy tinh quang học 17

1.2.1 Lịch sử 17

1.2.2 Chiết suất 19

1.2.3 Độ tán sắc cơ bản nF-nC 20

1.2.4 Chỉ số tán sắc 20

1.2.5 Chỉ số tán sắc thành phần 21

1.2.6 Tinh thể 22

1.2.7 Thủy tinh hữu cơ 23

CHƯƠNG 2: ĐẠI CƯƠNG VỀ QUANG CỤ 24

2.1 Phân loại 24

2.2 Các đại lượng đặc trưng của quang cụ 24

2.2.1 Độ phóng đại 24

2.2.2 Cường số 24

2.2.3 Số bội giác 24

2.2.4 Chắn sáng khẩu độ và con ngươi 25

2.2.5 Độ sáng của quang cụ 26

2.2.6 Chắn sáng thị trường và cửa sổ 28

CHƯƠNG 3: CÁC LOẠI MÁY KINH VĨ 30

3.1 Máy kinh vĩ 30

3.1.1 Lịch sử của máy kinh vĩ 30

3.1.2 Định nghĩa 31

3.1.3 Phân loại 32

3.1.4 Cấu tạo chung 33

3.2 Một số loại máy kinh vĩ thông thường 34

3.2.1 Máy kinh vĩ quang học 34

3.2.2 Máy kinh vĩ điên tử 46

CHƯƠNG 4: SỬ DỤNG VÀ BẢO QUẢN MÁY KINH VĨ 60

4.1 Sử dụng 60

4.1.1 Thao tác khi sử dụng máy 60

4.1.2 Kiểm nghiệm máy 63

4.2 Bảo quản máy 66

PHẦN KẾT LUẬN 69

TÀI LIỆU THAM KHẢO 71

Quen thuộc với đời sống hằng ngày là chiếc gương, chiếc kính đeo mắt, máy ảnh, máy chiếu phim, ống nhòm… đã trở thành một phần trong đời sống ngày nay, nó giúp chúng ta ghi lại những hình ảnh, ngoài ra còn giúp ích rất nhiều cho những nhà khoa học,

kỹ thuật, dùng chụp thu nhỏ tài liệu, hình vẽ Máy ảnh, máy quay phim, còn được

“phái đi” những nơi con người không đến được hoặc chưa đến được ở dưới đáy biển sâu, trong vũ trụ, trên các hành tinh, hoặc bên trong những cơ thể sống

Trong các phòng thí nghiệm, các viện nghiên cứu khoa học, kỹ thuật, trong các nhà máy công nghiệp, cũng như mọi ngành sản xuất khác, không thể không sử dụng ít nhiều một dụng cụ quang học, các dụng cụ quang học đã giúp cho con người biết bao thuận lợi

để làm chủ thiên nhiên, làm chủ cuộc sống

Qua đó ta thấy được tầm quan trọng của các dụng cụ quang học, khi khoa học, kỹ thuật, ngày càng phát triển thì cũng đòi hỏi sự phát triển mạnh mẽ của các loại dụng cụ quang học

Chính vì vậy việc nghiên cứu, tìm hiểu về các loại dụng cụ quang học trở nên hấp

dẫn và phong phú Trong những năm gần đây ở nước ta quá trình đô thị hóa,

công nghiệp hóa, hiện đại hóa diễn ra hết sức nhanh chóng trên mọi vùng miền, các công trình dân dụng, công nghiệp được xây dựng ngày càng nhiều Những công trình này có quy mô phức tạp đòi hỏi những yêu cầu nghiêm ngặt trong xây dựng và khai thác sử dụng, để đáp ứng được yêu cầu của những công trình trên thì công tác đo đạc đóng vài quan trọng ngay từ giai đoạn khảo sát, thiết kế, thi công cho đến khi công trình bắt đầu đi vào sử dụng Và để đạt được mục đích trên với độ chính xác cao, rút ngắn thời gian hoàn thành công việc chúng ta không thể không “nhờ” đến sự trợ giúp

đắc lực của các dụng cụ quang học mà người ta gọi là máy trắc địa trong đó có một loại máy gọi là “Máy kinh vĩ”

Máy kinh vĩ không những phục vụ đắc lực trong ngành xây dựng, mà còn phục vụ trong quân sự, làm máy chuẩn để điều chỉnh các loại máy khác Đó là lý do mà tôi chọn

đề tài “ Tìm hiểu về các loại máy kinh vĩ ” để làm đề tài nghiên cứu

2 Mục đích nghiên cứu

Việc nghiên cứu đề tài này nhằm tìm hiểu cấu tạo, nguyên tắc hoạt động, công dụng của máy kinh vĩ

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Các loại máy kinh vĩ

- Do thời gian thực hiện đề tài ngắn, việc tìm kiếm các máy kinh vĩ để đo đạc lấy số liệu ngoài thực tế gặp nhiều khó khăn, nên đề tài này chỉ thực hiện trên cơ sở tổng hợp,

hệ thống và nghiên cứu về lý thuyết của các máy

4 Nhiệm vụ nghiên cứu

Trong quá trình nghiên cứu đề tài tôi luôn có ý thức thực hiện một cách nghiêm túc,

vì vậy tôi đã đề ra nhiệm vụ phải đạt được khi thực hiện đề tài:

- Thứ nhất: Hiểu được tầm quan trọng của các dụng cụ quang học, trong đời sống hằng ngày, trong nghiên cứu khoa học và trong kỹ thuật, trang bị đầy đủ kiên thức quang học, các định luật, hiện tượng,…

- Thứ hai: Biết được máy kinh vĩ được phân loại, cấu tạo như thế nào? Công dụng

và hoạt động của từng bộ phận

- Thứ ba: Sử dụng được máy kinh vĩ

5 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết: quá trình nghiên cứu đòi hỏi phải sưu tầm nhiều tài liệu liên quan, đọc tài liệu, phân tích tổng hợp lý thuyết từ đó viết nên cơ sở lý thuyết của đề tài

- Nghiên cứu thực tiễn: đây là quá trình tìm kiếm, liên hệ để được quan sát trực tiếp các máy ngoài thực tế

- Ngoài ra còn sử dụng kết hợp nhiều phương pháp: so sánh, đối chiếu, phân tích, tổng hợp,…

6 Phương tiện nghiên cứu

- Sử dụng tài liệu sách tham khảo, sách giáo khoa, internet, báo chí,…có liên quan đến dụng cụ quang học và máy kinh vĩ

- Sử dụng các phương tiện hiện đại chủ yếu là máy tính để hỗ trợ nghiên cứu và trình bày đề tài

7 Các bước thực hiện đề tài

- Nhận đề tài

- Thu thập các tài liệu có liên quan

- Nghiên cứu tài liệu, viết đề cương chi tiết

- Tổng hợp lý thuyết viết thành luận văn và trao đổi với giáo viên hướng dẫn

- Chỉnh sửa hoàn thành luận văn và báo cáo

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Từ thời xưa, các dụng cụ quang học đã được sử dụng rộng rải trong đời sống và trong nghiên cứu khoa học Ngày nay, khoa học công nghệ ngày càng phát triển thì các dụng cụ quang học cũng ngày được cải tiến để phục vụ cho sự phát triển của các ngành khoa học nói chung, của ngành xây dựng nói riêng Với tinh thần đó tôi muốn tìm hiểu về các dụng cụ quang học được sử dụng trong ngành xây dựng, đặc biệt là tìm hiểu kỹ về

máy kinh vĩ Nên tôi đã chọn đề tài “Tìm hiểu các loại máy kinh vĩ” đề làm đề tài nghiên

cứu, với mục đích tìm hiểu cấu tạo, nguyên tắc hoạt động và cách sử dụng máy kinh vĩ

Đề tài nghiên cứu gồm các nội dung chính sau đây:

Thứ nhất, nghiên cứu về cơ sở quang học, các khái niệm, định luật được ứng dụng

trong các dụng cụ quang học (Khái niệm nguồn sáng và vật được chiếu sáng, định luật truyền thẳng của ánh sáng, định luật phản xạ của ánh sáng,…) Ngoài ra, còn nêu sơ lược

về các tính chất và đặc điểm cơ bản của thủy tinh quang học ( lịch sử, chiết suất, chỉ số tán sắc,…)

Thứ hai, nghiên cứu đại cương về quang cụ, ở phần này tôi nêu tổng quát về các đại

lượng đặt trưng của một dụng cụ quang học như: Độ phóng đại, cường số, số bội giác, chắn sáng khẩu độ và con ngươi, độ sáng của quang cụ, chắn sáng thị trường và cửa sổ

Thứ ba, nghiên cứu về các loại máy kinh vĩ, ở nội dung này tôi đi sâu nghiên cứu về

phân loại, cấu tạo, nguyên tắc hoạt động và cách sử dụng các loại máy kinh vĩ (máy kinh

vĩ quang học và máy kinh vĩ điện tử)

Thứ tư, nghiên cứu cách sử dụng và bảo quản máy kinh vĩ, ở phần này tôi nêu cách

sử dụng máy và một số biện pháp bảo quản máy kinh vĩ để máy hoạt động tốt và tăng tuổi thọ cho máy

Trong quá trình nghiên cứu đề tài tôi đã gặt hái được nhiều kiến thức bổ ích, biết được khái quát về thủy tinh quang học, các tính chất vật lí được ứng dụng trong dụng cụ quang học, lịch sử, phân loại, cấu tạo, nguyên tắc hoạt động, cách sử dụng và bảo quản máy kinh vĩ Đề tài này có thể hỗ trở cho các bạn nắm một cách khái quát về cấu tạo, phân loại và cách sử dụng máy kinh vĩ

1.1.1 Khái niệm nguồn sáng và vật được chiếu sáng

c) Vật chắn sáng, vật trong suốt, trong mờ

- Vật chắn sáng là những vật mà không cho ánh sáng đi qua nó như gỗ, đất

- Vật trong suốt là vật mà ánh sáng xuyên qua được như thủy tinh, nước, không khí

- Vật trong mờ là vật chỉ cho một phần ánh sáng đi qua như: nhựa trong, kính mờ, giấy mờ

1.1.2 Định luật truyền thẳng của ánh sáng

a )Tia sáng và chùm sáng

- Một điểm sáng truyền ánh sáng đi mọi hướng trong không gian, nên bất kỳ đường thẳng nào kể từ điểm đó cũng biểu diễn một tia sáng, nó biểu diễn cụ thể hướng truyền của ánh sáng

- Chùm sáng gồm nhiều tia sáng Có ba loại chum sáng: chùm phân kỳ, chùm hội tụ

+ Chùm tia song song: là chùm tia là các tia sáng song song với nhau

b) Định luật truyền thẳng của ánh sáng

Thí nghiệm: dùng 3 tờ bìa có khoét lỗ nhỏ, đặt giữa mắt ta và ngọn nến ta chỉ nhìn thấy ngọn nến khi 3 lỗ nằm trên đường thẳng từ nguồn tới mắt

Hình 1.1 Chùm tia phân kỳ

Hình 1.2 Chùm tia hội tụ

Hình 1.3 Chùm tia song song

Làm thí nghiệm trên theo các hướng khác nhau và nhiều thí dụ trong đời sống hằng ngày cũng có kết quả tương tự từ đó ta rút ra được định luật truyền thẳng ánh sáng Phát biểu:

Trong môi trường trong suốt, đồng tính và đẳng hướng, ánh sáng truyền theo đường thẳng

Hình 1.5 Hiện tượng phản xạ ánh sáng Hình 1.4 Thí nghiệm về hiện tượng truyền thẳng của ánh sáng

- Một phần đi qua mặt nước và truyền đi trong nước theo một phương khác gọi là

chùm sáng khúc xạ

- Đồng thời nếu ánh sáng truyền qua mặt nước trong khoảng thời gian t đủ lớn ta

nhận thấy nước nóng lên, như vậy một phần ánh sáng bị hấp thụ

Tóm lại: khi ánh sáng truyền từ môi trường này sang môi trường khác, thì một phần phản

của chúng luôn bằng nhau, ta gọi hiện tượng này là sự phản xạ ánh sáng

Hiện tượng phản xạ tuân theo:

- Tia phản xạ IR, tia tới SI và pháp tuyến IN của mặt phản xạ, nằm cùng trong một mặt phẳng

- Góc phản xạ i’, tức là góc giữa pháp tuyến IN và tia phản xạ IR, bằng góc tới I tức

là góc giữa IN và tia tới SI: = ̂

- Mặt phẳng chứa tia tới và đường pháp tuyến gọi là mặt phẳng tới

Hiện tượng khúc xạ ánh sáng là hiện tượng tia sáng đột ngột đổi phương khi truyền

từ môi trường trong suốt này sang môi trường trong suốt khác

b) Định luật

Thí nghiệm:

Chiếu một chùm tia sáng nhỏ vào một khối thủy tinh hình trụ đặt ở tâm bàn tròn chia độ Ta thấy bắt đầu từ mặt phân cách giữa thủy tinh và không khí chùm tia SI chia làm hai chùm: một chùm phản xạ IS1 trở lại không khí và một chùm IS2 truyền vào thủy

tinh gọi là chùm tia khúc xạ

Tia khúc xạ IS2 ở cùng một phía của đường pháp tuyến IN với IS1 Góc SIN giữa tia tới và pháp tuyến IN gọi là góc tới, ký hiệu là Góc tới S2IO giữa tia khúc xạ và NI kéo dài gọi là góc khúc xạ, ký hiệu Nếu chiếu tia tới đi là là trên bàn mặt tròn thì tia khúc

xạ cũng đi là là trên mặt bàn đó Vậy: tia khúc xạ cũng ở trong mặt phẳng chứa tia tới và

pháp tuyến (gọi là mặt phẳng tới)

Phát biểu:

- Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới

- Đối với hai môi trường trong suốt nhất định, khi góc tới và góc khúc xạ thay đổi,

tỷ số giữa sin góc tới và sin góc khúc xạ là một đại lượng không đổi, tỷ số đó gọi là chiết suất của môi trường thứ hai đối với môi trường thứ nhất

- Công thức tính chiết suất: n

Trong đó:  là góc tới

 là góc khúc xạ

 n là chiết suất

1.1.5 Hiện tượng phản xạ toàn phần

- Thí nghiệm: Giả sử cho chùm tia sáng hẹp từ trong nước tới gặp mặt phân cách

MN giữa nước và không khí như hình 1.9:

bị bẻ gấp ra xa đường pháp tuyến Góc tới ứng với góc khúc xạ bằng 900 được gọi là góc tới hạn i c Giả sử n2 < n1 khi đó theo định luật Snell ta được:

Hay: =

Nếu các tia đi tới mặt phân cách từ phía có chiết suất lớn hơn với góc tới nhỏ hơn

góc tới hạn thì một phần bị phản xạ và một phần bị khúc xạ, lúc này có cả tia phản xạ và tia khúc xạ

Như vậy, ta thấy các tia đi tới mặt phân cách từ phía có chiết suất lớn hơn, với góc tới lớn hơn góc tới hạn sẽ bị phản xạ hoàn toàn Không tồn tại một tia khúc xạ nào trong

trường hợp này Hiện tượng này được gọi là sự phản xạ toàn phần Chú ý rằng không có

một góc tới hạn nào đối với ánh sáng đi từ môi trường có chiết suất nhỏ hơn sang môi trường có chiết suất lớn hơn Trong trường hợp ấy luôn luôn có chùm khúc xạ

Tóm lại, ở khoảng gặp nhau giữa chùm tia tới và mặt phân cách, một phần chùm tia phản xạ trong nước một phần truyền ra không khí (khúc xạ) Làm tăng dần góc tới, góc khúc xạ cũng tăng theo Khi góc tới đạt đến một giá trị ic nào đó, chùm khúc xạ là là mặt nước Nếu làm tăng góc tới lên nữa, hiện tượng khúc xạ mất, toàn thể chùm tia tới phản

xạ trở lại hoàn toàn trong nước Hiện tượng đó là hiện tượng phản xạ toàn phần

- Góc ứng với lúc bắt đầu xảy ra hiện tượng khúc xạ gọi là góc giới hạn

- Khi ánh sáng truyền từ môi trường này sang một môi trường khác có chiết quang kém hơn, thì xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần khi góc tới lớn hơn góc giới hạn

1.2 Khái quát về thủy tinh quang học

1.2.1 Lịch sử

Từ những năm 1600 con người đã khám phá ra thủy tinh quang học, thủy tinh quang học thường được dùng chủ yếu trong các bộ phận như: thấu kính, lăng kính, trong các ứng dụng tạo hình ảnh, máy chiếu kỹ thuật số, truyền thông, truyền dẫn quang học và

kỹ thuật laze Thủy tinh quang học ban đầu được dùng để tạo ra ống kính và được sử

dụng trong các kính hiển vi đơn giản, và người ta cho rằng thủy tinh không thể tái tạo, không biết được thành phần cấu tạo và tính chất của thủy tinh có liên quan với nhau, cho nên chất lượng của thủy tinh chưa phải là rất tốt, do sự phát triển mạnh mẽ của các dụng

cụ quang học đòi hỏi chất lượng của thủy tinh quang học cần phải được nâng cao lên, nên cần phải tạo ra nhiều loại thủy tinh có tính chất và thành phần hóa học khác nhau

Hiện nay, có khoảng 115 loại thủy tinh, được phân thành các nhóm dựa trên thành phần hóa học, và công dụng của nó Thủy tinh quang học phát triển đã hộ trở những ứng dụng xuất sắc của nó trong nghiên cứu khoa học (chế tạo các dụng cụ như: kính hiễn vi, các dụng cụ đo đạc…), và trong đời sống của con người (chế tạo các máy kỹ thuật số, máy quay phim, ống nhòm, máy chiếu kỹ thuật số, )

Sơ đồ mạng thủy tinh tự nhiên:

Mô hình cấu trúc của thủy tinh:

Một số chỉ tiêu quan trọng của thủy tinh là: chiết suất, độ tán sắc cơ bản nF –nC, chỉ

số tán sắc, chỉ số tán sắc thành phần tương đối ϑ, thủy tinh hữu cơ

Hình 1.12 Cấu trúc thủy tinh Hình 1.11 Mạng thủy tinh tự nhiên

1.2.2 Chiết suất

Chiết suất của thủy tinh quang học phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng (ký hiệu ) Trong miền ánh sáng trắng ( = 380 ÷ 800 ) chiết suất của thủy tinh quang học giảm khi bước sóng ánh sáng tăng lên Chiết suất thủy tinh quang học nằm trong khoảng 1,4÷ 2

Quan hệ giữa chiết suất ( ) và bước sóng ánh sáng được thể hiện qua một số công thức thực nghiệm:

1.2.3 Độ tán sắc cơ bản n F –n C

Độ tán sắc cơ bản được quy định theo hiệu số giữa chiết suất của thủy tinh ứng với hai tia cơ bản và

Thủy tinh quang học có độ tán sắc cơ bản dương vì nF > nC

Thủy tinh kron có nF – nC vào khoảng 0,0065 0,013

Thủy tinh flin có nF – nC vào khoảng 0,009 0,044

Các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của độ tán sắc cơ bản thuộc loại thủy tinh đặc biệt

Thủy tinh quang học được chia làm hai loại chính : kron và flin

Thủy tinh flin có vd<50

Chỉ số Abbe càng lớn thì độ tán sắc càng yếu Chỉ số Abbe của thủy tinh quang học nằm trong khoảng 20 100 Chỉ số Abbe của thủy tinh thông dụng 30 60

Từ hai loại chính, thủy tinh quang học được chia thành gần 200 loại khác nhau

1.2.5 Chỉ số tán sắc thành phần tương đối

Khi tính thiết kế hệ quang (các hệ phải được chữa sai sắc) ta cần biết chỉ số tán sắc thành phần của các loại thủy tinh

Chỉ số này được quy định theo: ,

−

−Quan hệ giữa chỉ số Abbe và độ tán sắc thành phần tương đối được xác định theo hàm số thực nghiệm:

= 1,648 − 0,00175

Thủy tinh quang học cũng được quy định chặt chẽ về độ bọt, rỗ, ứng suất, giãn nở nhiệt, về chống ăn mòn hóa học, về tán màu, về phân cực về truyền qua và hấp thụ ánh sáng

1,51872 1,52458 1,51045 1,57125 1,62555 1,62286

1,51472 1,52024 1,50633 1,56625 1,62025 1,61777

63,96 59,22 60,98 55,85 57,79 60,08

1,62408 1,65222 1,81265 1,73430

1,61582 1,64297 1,79750 1,72200

36,11 33,60 25,24 28,19

Bảng 2 Một số loại thủy tinh quang học

1.2.6 Tinh thể

Các chi tiết quang còn được chế tạo từ tinh thể tự nhiên hoặc tinh thể nhân tạo, chúng được sử dụng rộng rãi trong các dụng cụ quang ở miền hồng ngoại và miền tử ngoại Ở các miền này hệ số cho qua lớn hơn ở miền ánh sáng khả kiến Các tinh thể nhân tạo ngày càng được sử dụng rộng rãi hơn

Bảng 3 Một số tinh thể được sử dụng để chế tạo các chi tiết quang

1.2.7 Thủy tinh hữu cơ

Một số loại thủy tinh hữu cơ cũng được sử dụng chế tạo các chi tiết quang học

Trước hết phải kể đến polystirol (chiết suất nd=1,590, chỉ số Abbe vd=30,8) có tính chất tương tự như flin

Thủy tinh poly methyl methacrylat (chiết suất nd=1,491, chỉ số Abbe vd=57,2) viết tắt là PMMA hay plexiglas có tính chất như thủy tinh kron

Hai loại polystirol và PMMA được sử dụng nhiều để chế tạo ống kính tạo ảnh diglycol carbonat- CR-39 (chiết suất nd=1,499, chỉ số Abbe vd=57,8) cứng hơn hai loại trên Chúng được sử dụng đúc ép kính mắt các loại nhiều hơn so với duroplast

allyl-Poly carbonat (chiết suất nd=1,585, chỉ số Abbe vd=30,0) chịu nhiệt tốt hơn là polystirol

Nhờ độ chênh lệch cao về chiết suất và độ tán, nên thủy tinh hữu cơ cùng được sử dụng để lập hệ quang có chất lượng cao Trong số đó thì PMMA được dùng rộng rãi nhất Các chi tiết quang với hình dạng phức tạp (các thấu kính Fresnel, các thấu kính mặt parabol, hyperbol… lăng kính tổ hợp) được đúc ép bằng thủy tinh hữu cơ không phải qua nguyên công mài đánh bóng lần cuối nên đã giảm giá thành các hệ quang một cách đáng

CHƯƠNG 2: ĐẠI CƯƠNG VỀ QUANG CỤ 2.1 Phân loại

Tỷ số P giữa góc trông ′ và độ dài l của vật là một đại lượng đặc trưng cho quang

cụ, được gọi là cường số của quang cụ

P bằng nghịch đảo của một độ dài, vậy là đại lượng cùng loại với độ tụ, do đó cũng được đo bằng đi-ốp Muốn tính P ra đi-ốp, phải đo ′ bằng radian và l bằng mét

Trong kính, cường số thường có đại số âm vì kính thường cho ảnh ngược so với vật

dưới góc Thương số:

Số bội giác bằng tích của cường số với khoảng nhìn rõ ngắn nhất

Số bội giác phụ thuộc vào khoảng nhìn rõ của mắt (d), cho nên nó sẽ thay đổi theo người quan sát và không phải là hằng số đặc trưng cho quang cụ

b)Vật ở xa

Khi quan sát một vật ở vô cực, ta nhìn nó dưới góc không đổi Qua quang cụ, ta nhìn ảnh cuối cùng của nó dưới góc ′, thay đổi theo cách điều chỉnh quang cụ, và số bội giác vẫn là:

=

′

Trong trường hợp này, ta thường điều chỉnh quang cụ để ảnh cuối cùng của vật ở vô cực Khi đó, ′ không phụ thuộc người quan sát, và G trở thành hằng số đặc trưng của quang cụ

Ví dụ: khi ta nói: “kinh hiển vi phóng to lên 500 lần , ống nhòm phóng to lên 20 lần”, thì ta hiểu đó là số bội giác của kính hiển vi và của ống nhòm

2.2.4 Chắn sáng khẩu độ và con ngươi

Chùm tia sáng qua quang cụ để tới mắt không rộng vô hạn mà bị giới hạn bởi nhiều chắn

sáng Trong số này có cái chắn sáng thực sự , chẳng hạn như: chắn sáng con ngươi trong máy ảnh, có cái chỉ là cái vành của thấu kính hoặc của gương Chắn sáng thường có một

lỗ tròn, mà tâm ở trên trục chính của quang hệ

Hình 2.1: Chắn sáng và con ngươi

Mọi chắn sáng đều làm cho chùm sáng bị thu hẹp, nhưng không đều nhau Trong các chắn sáng ấy, sẽ có ít nhất một cái chẳng hạn D ( hình 2.1), hoặc khép nhỏ chùm sáng hơn cả, D được gọi là chắn sáng khẩu độ D chia quang hệ làm hai phần, một phần ở trước nó và một phần ở sau nó đối với phương truyền sáng Ảnh P (thật hoặc ảo) của D đối với phần trước của quang hệ được gọi là con ngươi vào, ảnh P’ của D đối với phần sau là con ngươi ra Mọi tia sáng lọt qua D đều đồng thời lọt qua được P và P’, nghĩa là chùm tia sáng đi qua quang hệ phải tựa lên mép của chắn sáng khẩu độ và của hai con ngươi

Một trong hai con ngươi có thể trùng với chắn sáng khẩu độ

Khi nhìn một vật qua quang cụ, muốn cho mắt nhận được nhiều ánh sáng nhất, phải đặt mắt ở chỗ con ngươi ra Nếu đường kính con ngươi ra nhỏ hơn, hoặc bằng đường kính con ngươi của mắt, thì mắt thu nhận được toàn bộ chùm sáng qua quang hệ Ít có quang cụ mà con ngươi ra lớn hơn con ngươi của mắt

2.2.5 Độ sáng của quang cụ

Khi đi qua một quang cụ để vào mắt, ánh sáng phải đi qua nhiều môi trường chiết suất khác nhau, ngăn cách nhau bằng những mặt phẳng hoặc mặt cong Tới mỗi mặt ngăn cách, một phần năng lượng ánh sáng bị phản xạ, qua mỗi môi trường (mỗi thấu kính hoặc lăng kính), một phần năng lượng lại bị môi trường hấp thụ Do đó chùm sáng ló ra khỏi quang cụ bao giờ cũng có năng lượng nhỏ hơn so với chùm sáng tới Ta gọi tỷ số giữa

B

A

DP

năng lượng chùm sáng ló ra và năng lượng chùm sáng đi vào quang cụ là hệ số truyền của quang cụ Hệ số truyền k bao giờ cũng nhỏ hơn 1, và càng nhỏ nếu quang hệ càng phức tạp

Vì hệ số k nhỏ hơn 1, nên khi nhìn ảnh của một vật trong quang cụ, ta thấy nó không chói sáng bằng khi nhìn trực tiếp bằng mắt Nếu hai môi trường trước và sau quang hệ là giống nhau, thì độ chói B’ của ảnh bằng tích số độ chói B của vật với hệ số truyền

′ =Khi quang cụ cho ảnh thật (quang cụ khách quan) thì ảnh thật của một vật là một hình phẳng, có diện tích S Năng lượng của chùm sáng phát ra từ vật đi vào quang cụ được phân phối trên diện tích S ấy Năng lượng E mà một đơn vị diện tích của ảnh nhận

được của chùm sáng gọi là độ rọi của ảnh Độ rọi có thể đo trực tiếp bằng lux-kế, lux

(lu- xơ) là đơn vị độ rọi

Độ sáng của một quang cụ khách quan được đo chính bằng độ rọi của ảnh mà quang

cụ cho ta Ví dụ: Quang hệ là một thấu kính hội tụ, có hệ số truyền k, và chùm sáng được giới hạn bởi một chắn sáng khẩu độ đường kính D, nếu ảnh A’B’ của vật AB được thu trên một màn M đặt cách thấu kính một khoảng p (hình 2.2), và nếu vật có độ chói B, thì

độ rọi E của ảnh ( độ sáng của thấu kính) được tính bằng: =

Mắt cũng là một quang cụ, mà chắn sáng khẩu độ, tức là con ngươi, có đường kính

d Khi nhìn một vật, thì ảnh thật của vật được tạo thành trên võng mạc, ở cách quang tâm của mắt một khoảng f

SVTH: Võ Thị Tuyết Mai MSSV:1070236 Trang 28

Độ rọi E của ảnh đó, cũng được tính theo công thức :

=

4 .

′

k’: hệ số truyền của quang hệ mắt

Khi nhìn cùng vật ấy, nhưng qua một quang cụ, thì ảnh cuối cùng của vật cũng được tạo thành trên võng mạc, nhưng có kích thước khác, và có độ rọi E’ khác

2.2.6 Chắn sáng thị trường và cửa sổ

Giả sử P là con ngươi vào của quang hệ, M là mặt phẳng chứa vật, vuông góc với quang

trục, trước hoặc sau P còn có nhiều chắn sáng khác

Giả sử rằng S là chắn sáng được nhìn từ tâm của P dưới góc nhỏ nhất

Gọi B1, B2 là giao điểm của M với hai đường thẳng nối mép ngoài của hai lỗ P và S Chùm tia sáng phát đi từ một điểm I bất kỳ trên đoạn AB1 và giới hạn bởi lỗ P hoàn toàn qua được S1 và do đó hoàn toàn qua được quang hệ Ta nói là I ở trong trường tỏa sáng hay trường đầy khẩu độ B1 là điểm giới hạn của trường tỏa sáng này

Chùm tia sáng phát đi từ một điểm bất kỳ H trên đoạn B1B2 và giới hạn bởi lỗ P chỉ qua được một phần, còn một phần bị S chắn lại Ta nói là H ở trong trường mép, hay trường khẩu độ thu hẹp Chùm tia phát đi từ những điểm ở xa hơn B2 bị S chắn hoàn toàn Vậy qua quang cụ ta chỉ nhìn thấy phần mặt phẳng M nằm trong đường tròn bán kính AB2 đường tròn này là trường toàn phần của quang cụ

Chắn sáng ( S xác định thị trường của quang cụ gọi là chắn sáng thị trường ), lỗ của

nó gọi là cửa sổ vào, ảnh của nó đối với phần quang hệ ở sau nó, gọi là cửa sổ ra

Cửa sổ vào, cũng như cửa sổ ra, có thể là thật hoặc là ảnh của một lỗ màn chắn, của vành một thấu kính

CHƯƠNG 3: CÁC LOẠI MÁY KINH VĨ 3.1 Máy kinh vĩ

3.1.1 Lịch sử máy kinh vĩ

Tất cả các máy kinh vĩ hiện đại ngày này đều được cải tiến và phát triển cùng với

sự phát triển của khoa học và đời sống Cách đây khoảng 3000 năm trước Công nguyên, người Ai Cập thường phải “phân chia đất đai” giữa các bộ tộc sau các trận lũ của sông Nil.Thuật ngữ “trắc địa” tức là “phân chia đất đai” được ra đời từ đây

Khoảng 300 năm trước Công nguyên, nhà thiên văn học Eratosten đã cho rằng quả đất có dạng hình cầu, và có thể đo được độ dài cung kinh tuyến

Thế kỷ thứ 13, Trung quốc đã tìm ra la bàn và ứng dụng la bàn vào việc thành lập bản đồ hàng hải bằng phương pháp sao hỏa tâm

Thế kỷ thứ 16, nhà bản đồ học Mecartor đã tìm ra phép chiếu phương vị ngang đồng góc để vẽ bản đồ

Trong những thập kỉ gần đây, những thành tựu mới về khoa học kĩ thuật đã làm cho ngành khoa học trắc địa có bước phát triển mạnh: kỹ thuật thăm dò từ xa (viễn thám) đã cho phép thành lập bản đồ từ ảnh máy bay, ảnh vệ tinh Nhiều nước công nghiệp phát triển đã chế tạo ra nhiều máy trắc địa có kích cỡ nhỏ, nhiều tính năng, có độ chính xác cao, sử dụng máy tính điện tử vào việc giải các bài toán trắc địa có khối lượng lớn v.v… là những thành tựu mới nhất của khoa học áp dụng trong trắc địa nói chung và trong việc cải tiến máy kinh vĩ nói riêng

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học và xã hội từ chiếc máy kinh vĩ thô

sơ đầu tiên, các máy kinh vĩ đã được cải tiến ngày càng hoàn thiện, gọn nhẹ, dễ vận

chuyển và dễ dàng trong sử dụng với độ chính xác cao,…

3.1.2 Định nghĩa

Máy kinh vĩ là một dụng cụ trắc địa dùng để đo góc ngang, góc đứng trên thực địa,

nguyên lý cấu tạo của máy kinh vĩ ngoài việc thỏa mãn các yêu cầu, để đo được các góc

trên thực địa, chúng cần phải thỏa mãn các đặc điểm:

- Tiện lợi và gọn nhẹ, dễ vận chuyển và bảo quản

- Các phần chính của máy được bảo vệ chắc chắn, tránh bị đốt nóng, bụi bẩn, ẩm

ướt và hỏng hóc cơ học

- Các bộ phận thao tác trên máy bố trí hợp lý sao cho người sử dụng không phải

thay đổi vị trí khi thao tác - Máy có độ chắc chắn và ổn định cao, ít phải điều chỉnh thêm ngay cả khi sử dụng

một thời gian dài trong điệu kiện khó khăn

- Hệ thống quang học có chất lượng lý tưởng, cho ảnh rỏ nét ( độ tương phản cao)

ngay cả khi điều kiện chiếu sáng kém

Hình 3.1.Máy kinh vĩ xưa và nay

- Hình dạng đơn giản, đạt chất lượng kiểu dáng công nghiệp cao

Ngoài ra máy kinh vĩ còn được dùng để đo chiều dài và sự chênh lệch độ cao theo phương pháp đo cao lượng giác, máy còn có thể đo các cự ly trên mặt đất

Máy kinh vĩ cùng họ với phương hướng bàn, nó có hệ thống quang học phức tạp, tinh vi, những bộ phận cơ khí có độ chính xác cao, sai số đo góc khá nhỏ nên máy kinh vĩ được sử dụng làm máy chuẩn cho các loại khí tài, thông thường khi cần hiệu chỉnh sai số,

nó kiểm tra độ chính xác cho phương hướng bàn, pháo đội kính, kính ngắm pháo

3.1.3 Phân loại

Máy kinh vĩ được chia làm 3 loại:

a) Phân loại theo vật liệu làm bàn độ

+ Máy kinh vĩ kim loại: vành độ được làm bằng kim loại, bộ phận đọc số bằng kính

lúp, có thể đọc trực tiếp bằng mắt các giá trị hướng đo trên bàn độ ở hai vị trí đối diện qua tâm, cho phép loại trừ ảnh hưởng lệch tâm của các số đọc

Ví dụ: Máy kinh vĩ T-50; TT-5; TH (Liên xô cũ), Meopta( Tiệp khắc cũ)…

+ Máy kinh vĩ quang học: Các vành độ được làm bằng kính quang học (thủy tinh

chất lượng cao), các vạch chia độ được khắc hoặc in chụp trên đĩa thủy tinh và được bảo

vệ bởi một vỏ bọc kim loại, các giá trị hướng ngấm trên bàn độ được đọc thông qua một

hệ thống quang học và gương chiếu sáng, số trên bàn độ được đọc bằng kính hiển vi, loại máy này trong một thời gian dài được sử dụng rất phổ biến Các loại máy kinh vĩ quang học được sử dụng rộng rải ở nước ta như: T2; Tb1; T5; T30; 3T5K (liên xô cũ); Theo 020; Theo 080; Dahlta (CHDC Đức); Transit (Mỹ); Wild (Thụy Sĩ)…

+ Máy kinh vĩ điện tử: Vành độ là các đĩa từ còn các vành du xích là các tế bào

quang điện, việc chia và đọc số hoàn toàn tự động Người sử dụng chỉ cần ấn nút là các

số đọc sẽ được hiện ra Nhờ số hóa các tín hiệu và tự động hóa tối đa chương trình đo và tính, nên khi đo ngắm chỉ cần bấm vào các nút chức năng là có thể nhận được các số liệu

cần thiết ( góc ngang, góc đứng, khoảng cách, độ cao, tọa độ, ) những số liệu ấy được hiện bằng số trên màn hình nhỏ

b)Phân loại theo độ chính xác

+ Máy kinh vĩ có độ chính xác thấp: Khi sai số trung phương một lần đo góc đạt

m

β=15’’ đến 30’’, như TT-5, T30, Theo-080, WildT16…

+ Máy kinh vĩ có độ chính xác trung bình: Khi sai số trung phương một lần đo góc

đạt m

β=5’’ đến 10’’, như T5, TE01, Theo020…

+ Máy kinh vĩ có độ chính xác cao: Khi sai số trung phương một lần đo góc đạt m

β ≤ 2’’, như T05, T1, T2, Theo02, Theo010, Wild-T3…

c) Phân loại theo phương pháp đo

+ Máy kinh vĩ đo lặp

+ Máy kinh vĩ đo thông thường

3.1.4 Cấu tạo chung

Máy kinh vĩ tuy có nhiều loại, nhưng về cấu tạo cơ bản chúng đều có những bộ chính như sau:

Hình 3.2

Máy kinh vĩ quang học Máy kinh vĩ điện tử

- Trục quay của máy kinh vĩ

- Trục của ống thủy dài

Tất cả các bộ phận của máy đều được bố trí theo một mối liên hệ kết cấu chặc chẽ, tất cả những loại máy kinh vĩ hiện nay đều có những bộ phận chủ yếu nêu trên, chúng chỉ khác nhau ở những cấu tạo chi tiết cụ thể của từng bộ phận tùy thuộc vào độ chính xác và mục đích sử dụng của từng loại máy

3.2 Một số loại máy kinh vĩ thông thường

3.2.1 Máy kinh vĩ quang học

Máy kính vĩ quang học (quang cơ): Là loại

máy có vành độ được chế tạo từ thủy tinh quang

học, bộ phận đọc số bằng hệ thống lăng kính,

thấu kính, kính mắt của kính hiển vi đọc số được

bố trí bên cạnh kính mắt của ống kính Tuy

nhiên, sơ đồ cấu tạo bộ phận đọc số của các loại

máy lại không giống nhau

Ở đây ta chỉ tìm hiểu những máy kinh vĩ thông

thường có độ chính xác trung bình, người ta hay

dùng trong đo đạc công trình

a) Cấu tạo chung: Một máy kinh vĩ quang học

chủ yếu được cấu tạo như sau:

HH: Trục phụ (trục ngang, trục quay ống kính)

CC: Trục ngắm

LL: Trục ống bọt nước dài

-Trục chính: Là trục sau khi cân bằng sẽ trùng với phương thẳng đứng khi đi qua đỉnh góc đo

- Trục phụ: Là trục quay của ống kính, nó vuông góc với trục chính

- Trục ngắm: Trục ngắm của ống kính vuông góc với trục phụ, khi quay trục ngắm

sẽ tạo nên mặt phẳng đứng

- Vành độ ngang: Vành độ ngang có tâm nằm trên trục chính dùng để đo góc bằng

- Vành độ đứng: Vành độ đứng có tâm nằm trên trục phụ dùng để đo góc đứng

 Nhìn chung, một máy kinh vĩ quang học có 3 bộ phận chính:

- (1) Kính vật: Là một hệ thấu kính hội tụ để tạo hình ảnh thật của vật và bé hơn vật

Hình 3.4 Ống kính