Πώς λειτουργούν τα κιάλια;

Τα κιάλια χρησιμοποιούν έξυπνα την έννοια της οπτικής για να μας επιτρέψουν να βλέπουμε μακρινά αντικείμενα με ευκολία. Ο σχεδιασμός τους βασίζεται στις αρχές της διάθλασης του φωτός.

Ως παιδί, πάντα ήθελα να έχω ένα υπέρ-cool ζευγάρι κιάλια που το S.H.I.E.L.D. πράκτορες που χρησιμοποιούνται σε ταινίες της Marvel. Φανταστείτε ότι μπορείτε να κοιτάξετε μέσα από τοίχους και να δείτε κάθε τεχνική λεπτομέρεια του περιβάλλοντός σας.

Τα κιάλια μπορεί να μην είναι εργαλεία σε επίπεδο υπερήρωων, αλλά χρησιμοποιούν έξυπνα την επιστήμη της οπτικής για να σας μεγεθύνουν μέσα σε μια μυρμηγκοφωλιά ή μέχρι τη μέση του Γαλαξία. Σε αυτό το άρθρο, θα μάθουμε πώς ακριβώς λειτουργεί αυτό το υπέροχο gadget, έτσι ώστε την επόμενη φορά που θα συναντήσετε ένα ζευγάρι, θα ξέρετε τι πραγματικά συμβαίνει!

Τα κιάλια είναι ουσιαστικά ένα ζευγάρι τηλεσκοπίων τοποθετημένα σε ένα μόνο πλαίσιο. Αν και τα τηλεσκόπια ανιχνεύουν την ιστορία τους πίσω στον 15ο αιώνα, ο J.P. Lemeire πιστώνεται με το σχέδιο και το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας των διοπτρών, τα οποία αναπτύχθηκαν το 1825. Γρήγορα προς τα εμπρός στο 1854, όταν ο Ignazio Porro βρήκε την ιδέα των διοπτρών πρίσματος, που έθεσε το θεμέλιο για τις απίστευτες τεχνολογικές προόδους των διόπτρων.

Οπτικά πίσω από τα κιάλια

Τα κιάλια λειτουργούν στην έννοια της διάθλασης του φωτός και το «μαγικό» στοιχείο είναι πώς οι φακοί/πρίσματα εφαρμόζουν αποτελεσματικά αυτήν την ιδιότητα του φωτός.

Διάθλαση

Όταν το φως διέρχεται από διαφορετικά μέσα, κάμπτεται προς τα έξω ή προς τα μέσα, ανάλογα με την πυκνότητα του μέσου μέσω του οποίου ταξιδεύει. Αυτό ονομάζεται διάθλαση του φωτός. Εάν το φως ταξιδεύει σε ένα πιο πυκνό μέσο, ​​κάμπτεται προς τα μέσα, ενώ εάν ταξιδεύει σε ένα πιο σπάνιο μέσο, ​​κάμπτεται προς τα έξω.

Το διάγραμμα δείχνει τον μηχανισμό διάθλασης του φωτός μέσω διαφορετικών μέσων (Photo Credit :Amalakanti Satya Sarada/Shutterstock)

Το γυαλί στον αντικειμενικό φακό της διόπτρας δέχεται το προσπίπτον φως και όταν το φως περνά μέσα από αυτά κάμπτεται ή διαθλάται για να σχηματίσει μια εικόνα. Επομένως, η ποσότητα φωτός μπορεί να ελεγχθεί αλλάζοντας τον αντικειμενικό φακό. Το γυαλί στον προσοφθάλμιο φακό δέχεται περαιτέρω φως μέσω του αντικειμενικού φακού και επεξεργάζεται την εικόνα του στην τελική εικόνα που γίνεται αντιληπτή από τον παρατηρητή.

Φακοί και μεγέθυνση

Η λέξη φακός προέρχεται από τη λατινική λέξη για τη φακή, σε σχέση με το σχήμα της. Επομένως, ένας φακός είναι ένα κομμάτι κυρτού γυαλιού μέσω του οποίου το φως μπορεί να μεταδοθεί ή να διαθλαστεί.

Κυρίως, υπάρχουν δύο τύποι φακών — οι κυρτές και οι κοίλοι.

Ένας κυρτός φακός είναι επίσης γνωστός ως συγκλίνοντας φακός, ενώ ο κοίλος φακός είναι γνωστός ως αποκλίνων φακός (Photo Credit :VectorMine/Shutterstock)

Ο κυρτός φακός είναι πιο παχύς στη μέση και πιο λεπτός προς τα πλάγια. Αυτή η κατασκευή βοηθά το φως να διαθλάται προς τα μέσα και επιτρέπει την εστίαση των απομακρυσμένων ακτίνων σε μια μικρότερη περιοχή, σχηματίζοντας μια μικρή εικόνα του απομακρυσμένου αντικειμένου. Χρησιμοποιείται ως αντικειμενικός φακός της διόπτρας.

Ο κοίλος φακός, από την άλλη, είναι πιο λεπτός στη μέση και πιο χοντρός προς το πλάι. Το φως διαθλάται προς τα έξω, σχηματίζοντας συγκριτικά μεγαλύτερες εικόνες μικρότερων αντικειμένων. Ως εκ τούτου, συμπεριφέρεται σαν μεγεθυντικός φακός. Το προσοφθάλμιο των διοπτρών είναι κατασκευασμένο από αυτόν τον τύπο φακού, ώστε να μπορούμε να βλέπουμε καθαρά την εικόνα του αντικειμένου.

Πρίσματα και η διάταξη τους

Ολόκληρη η κατασκευή των διοπτρών συγκεντρώνεται τώρα, αλλά υπάρχει μια σύλληψη. Συμβαίνει ότι όταν το φως από ένα πολύ μακρινό αντικείμενο περνά μέσα από τον κυρτό αντικειμενικό φακό, παράγει μια ανάποδη εικόνα, που προκύπτει από τη διέλευση του φωτός. Το προσοφθάλμιο δεν μπορεί επίσης να επιλύσει αυτό το πρόβλημα, επομένως η τελική ανάποδη εικόνα δεν θα είναι χρήσιμη. Εδώ έρχονται να σώσουν τα πρίσματα!

Ένα πρίσμα είναι ένα τρισδιάστατο κομμάτι γυαλιού που μπορεί να περιστρέφεται και να αντανακλά μια εικόνα. Έτσι, τα πρίσματα αναπτύσσονται σε κιάλια για να περιστρέψουν την ανεστραμμένη εικόνα κατά 180⁰ και να λάβουν μια όρθια εικόνα στο προσοφθάλμιο. Κάθε πρίσμα μπορεί να περιστρέφει το φως κατά γωνία 90⁰.

Ένα σύνολο δύο πρισμάτων σε κάθε σωλήνα χρησιμοποιείται για να ληφθεί η επιθυμητή εικόνα σε ένα ζευγάρι κιάλια. Υπάρχουν δύο τύποι διατάξεων για τα πρίσματα, συγκεκριμένα τα πρίσματα Porro και τα πρίσματα οροφής.

Τα κιάλια βασίζονται σε δύο τύπους διατάξεων πρίσματος - Porro Prisms και Roof Prisms (Photo Credit :Dn Br/Shutterstock)

Στα πρίσματα Porro, τα δύο πρίσματα είναι διατεταγμένα δίπλα-δίπλα σε 90⁰. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μια πιο ογκώδη δομή για τα κιάλια.

Στα πρίσματα οροφής, τα δύο πρίσματα είναι διατεταγμένα σε ευθεία γραμμή κατά μήκος της κατεύθυνσης διάδοσης του φωτός, γεγονός που οδηγεί σε πιο συμπαγή κιάλια.

Πώς λειτουργούν τα κιάλια;

Συνδυάζοντας όλα τα παραπάνω συμπεράσματα, συμπεραίνουμε ότι όταν οι ακτίνες φωτός που διέρχονται από τον αντικειμενικό φακό σχηματίζουν μια ανεστραμμένη εικόνα του απομακρυσμένου αντικειμένου, η διάταξη των πρισμάτων το περιστρέφει κατά 180⁰ και το προσοφθάλμιο, με τη σειρά του, παράγει μια μεγεθυμένη εικόνα του αρχική εικόνα, επιτρέποντας στον παρατηρητή να δει εύκολα αυτό το αντικείμενο με σαφήνεια. Αυτό συμβαίνει και για τον αριστερό και τον δεξιό σωλήνα της διόπτρας.

Διαφορετικοί τύποι κιάλια

Με τις εξελίξεις στην επιστήμη και την τεχνολογία, οι συσκευές γίνονται καλύτερες κάθε μέρα. Τα κιάλια έχουν διευρύνει τον ορίζοντα της ευέλικτης χρήσης τους και πλέον ταξινομούνται σε ορισμένες ειδικές κατηγορίες που αναφέρονται παρακάτω:

Μίνι κιάλια

Αυτά είναι φορητά και μπορούν να τοποθετηθούν στο σακίδιο σας αρκετά εύκολα. Μπορεί να μην είναι τόσο ισχυρά όσο τα πλήρους μεγέθους, αλλά εξακολουθούν να εξυπηρετούν πολύ καλά τον σκοπό της μεγέθυνσης.

Τα μίνι κιάλια χρησιμοποιούνται ευρέως και γενικότερα (Φωτογραφία :Grey Carnation/Shutterstock)

Κιάλια ζουμ

Αυτοί οι τύποι κιάλια ειδικεύονται στην αλλαγή της μεγέθυνσης των φακών σύμφωνα με τις απαιτήσεις σας και είναι σε θέση να κάνουν μεγέθυνση σε αντικείμενα.

Τα κιάλια ζουμ χρησιμοποιούνται συχνά για τον εντοπισμό της άγριας ζωής (Πιστωτική φωτογραφία :HTWE/Shutterstock)

Ευρυγώνια κιάλια

Όπως υποδηλώνει το όνομα, αυτά τα κιάλια έχουν ευρύτερο οπτικό πεδίο από τα κανονικά κιάλια, επιτρέποντάς σας να καλύψετε καλύτερη εμβέλεια για να εντοπίσετε αντικείμενα σε ανοιχτούς χώρους. Αυτά είναι ιδανικά για εντοπισμό άγριων ζώων και θηραμάτων.

Τα κιάλια ευρείας γωνίας χρησιμοποιούνται για να παρακολουθούν μεγάλες εκτάσεις εδάφους (Φωτογραφία :Eva Alex/Shutterstock)

Υψηλής ισχύος κιάλια

Αυτά χρησιμοποιούνται ως εναλλακτική λύση στα τηλεσκόπια από τους αστρονόμους. Είναι ιδανικά για προβολή σε μεγάλες αποστάσεις, λόγω του υψηλού επιπέδου μεγέθυνσής τους.

Τα κιάλια υψηλής ισχύος είναι τα καλύτερα στην κατηγορία τους και χρησιμοποιούνται συνήθως για παρατήρηση του ουρανού (Photo Credit :Levranii/Shutterstock)

Κιάλια νυχτερινής όρασης

Αυτά είναι πιθανώς ο πιο cool τύπος κιάλια, καθώς μπορούν να σας επιτρέψουν να δείτε μακρινά αντικείμενα στο σκοτάδι. Χρησιμοποιούνται ειδικά από τον στρατό ή τις ειδικές δυνάμεις, αυτά τα κιάλια χρησιμοποιούν φωτοευαίσθητους φακούς και φωτοκαθόδους. Η θερμική απεικόνιση μπορεί επίσης να είναι διαθέσιμη σε αυτά τα κιάλια.

Τα πιο όμορφα από όλα, τα κιάλια νυχτερινής όρασης χρησιμοποιούνται ευρέως από στρατιωτικές δυνάμεις σε όλο τον κόσμο (Φωτογραφία:Giorgio Rossi/Shutterstock)

Μια τελευταία λέξη

Είτε ένας μυστικός πράκτορας, ένας διάσημος στρατιώτης ή ένας λάτρης της άγριας ζωής, όταν βρίσκεστε σε αποστολή ή περιπέτεια, τα κιάλια είναι το απαραίτητο εργαλείο. Η ικανότητα να βλέπεις αυτό που θέλεις πέρα ​​από τους φυσικούς περιορισμούς του ανθρώπινου ματιού είναι αρκετά συναρπαστική.

Μια ερώτηση προς σκέψη!

Ας ελπίσουμε ότι κάποια μέρα, θα μπορέσουμε να έχουμε μια συσκευή που να ταιριάζει στον φακό των ματιών μας και να τον μετατρέπει αυτόματα σε κιάλια. Αυτή η ικανότητα μπορεί να μην είναι μακριά, καθώς η τεχνολογία εξελίσσεται γρήγορα!