Linser är genomskinliga föremål som kan bryta solljus. De är huvudsakligen gjorda av glas. Orden "bryta ljus" hänvisar till förmågan att ändra utbredningsriktningen för infallande ljusstrålar. Låt oss överväga hur bilder är konstruerade i en tunn lins.
Historisk bakgrund
De första linserna som de gamla grekerna och romarna kände till var sfäriska glaskärl fyllda med vatten. Dessa prototyper av moderna optiska glasögon användes för att tända eld.
Det var först i slutet av 1200-talet som den första glaslinsen tillverkades i Europa. Sedan dess har tillverkningsprocessen inte förändrats mycket. Den enda innovationen var Isaac Newtons användning av tjära på 1600-talet för att polera ytorna på optiska föremål.
Samla och sprida optiska glasögon
För att göra det lättare att förstå konstruktionen av bilder i en tunn lins, övervägfrågan är vad är optiska glasögon. I allmänhet finns det bara två typer av linser, som skiljer sig åt i sin form och förmåga att bryta ljusflödet. Följande typer särskiljs:
- Konvergerande linser. Denna typ har en tjocklek på sin centrala del som är större än tjockleken på kanterna. Den resulterande bilden i en konvergerande lins bildas på andra sidan av ljuset som faller på den. Den här typen har förmågan att samla ljus i en enda punkt (positivt fokus).
- Divergerande linser. Deras centrala del är tunnare än kanterna. På grund av sin form sprider dessa optiska glasögon ljuset som faller på dem, vilket leder till att det bildas en bild på samma sida av linsen när strålarna från ett föremål faller på den. Den genererade bilden är mycket mindre än det faktiska föremålet. Om strålarna som sprids av detta optiska glas fortsätter på ett sådant sätt att de bestämmer deras ursprung, kommer det att verka som om de kommer fram från en punkt framför den. Denna punkt kallas fokus, som är negativ eller imaginär för en divergerande lins.
Olika former av optiska glasögon
De befintliga två typerna av linser kan tillverkas på flera sätt. Följande 6 former särskiljs:
- Biconvex.
- Plano-convex.
- Med en konvex menisk (konkav-konvex).
- Biconcave.
- Plano-concave.
- Med konkav menisk (konvex-konkav).
Konvexa glaselement
För att förstå fysik av linsen och inbyggnadentunna avbildningslinser, är det nödvändigt att känna till de grundläggande delarna av detta optiska objekt. Låt oss lista dem:
- Det optiska centrumet (O) är den punkt genom vilken ljus passerar utan att brytas.
- Huvudaxeln är en rak linje som passerar genom punkten för det optiska centrumet och huvudfokus.
- Huvud- eller huvudfokus (F) är punkten genom vilken ljusstrålar eller deras förlängningar passerar om de faller på optiskt glas parallellt med dess huvudaxel.
- Hjälpaxel - vilken rät linje som helst som passerar genom den optiska mitten.
- Krökningsradierna är de två radierna, R1 och R2, för sfärerna som bildar linsen.
- Curvature Centers - två centra av sfärer, C1 och C2, som bildar ytorna på optiskt glas.
- Brännvidd (f) - avståndet mellan brännpunkten och det optiska centrumet. Det finns en annan definition av värdet (f): detta är avståndet från mitten av den optiska linsen till bilden, vilket ger ett objekt som ligger oändligt långt borta.
Optiska egenskaper
Oavsett om det är ett enkelt konvext glas eller komplexa optiska system, som är en samling individuella linser, beror deras optiska egenskaper på två parametrar: brännvidden och förhållandet mellan brännvidden och linsens diameter.
Brännvidd mäts på två sätt:
- I enheter med norm alt avstånd, som 10cm, 1m och så vidare.
- I dioptrier är detta ett värde som är omvänt proportionellt mot brännvidden, mätt i meter.
T.ex. har ett optiskt glas med en styrka på 1 dioptri en brännvidd på 1 m, medan en lins med en styrka på 2 dioptrier har en brännvidd på endast 0,5 m.
Diametern på en lins och dess relation till brännvidden avgör det optiska glasets förmåga att samla ljus eller dess ljuseffekt.
Egenskaper hos strålar som passerar genom linsen
I skolor i 8:an är att bygga bilder i tunna linser ett av de viktiga ämnena inom fysiken. För att lära sig hur man bygger dessa bilder bör man inte bara känna till de grundläggande begreppen och elementen, utan också egenskaperna hos vissa strålar som passerar genom ett optiskt aktivt objekt:
- All stråle som passerar parallellt med huvudaxeln bryts på ett sådant sätt att den antingen passerar genom fokus (i fallet med en konvergerande lins), eller så går dess imaginära fortsättning genom fokus (i fallet med en divergent).
- Strålen som passerar genom fokus bryts så att den fortsätter sin rörelse parallellt med huvudaxeln. Observera att i fallet med en divergerande lins är denna regel giltig om fortsättningen av strålen som infaller på den passerar genom fokus som finns på andra sidan av det optiska objektet.
- All ljusstråle som passerar genom mitten av linsen upplever ingen brytning och ändrar inte riktning.
Funktioner för att bygga bilder i tunna linser
Även om insamling och spridning optiskglasögon har liknande egenskaper, konstruktionen av bilder i var och en av dem har sina egna egenskaper.
När man konstruerar bilder är den tunna linsformeln:
1/f=1/do+1/di, do och di är avståndet från det optiska centrumet till objektet och till dess bild.
Observera att brännvidden (f) är positiv för konvergerande linser och negativ för divergerande.
Användningen av ovanstående egenskaper hos strålar som passerar genom ett samlande optiskt glas leder till följande resultat:
- Om objektet är placerat på ett avstånd av mer än 2f, erhålls en riktig bild, som har en mindre storlek än objektet. Vi ser det upp och ner.
- Ett föremål placerat på ett avstånd av 2f från linsen resulterar i en verklig inverterad bild av samma storlek som själva objektet.
- Om objektet är på ett avstånd av mer än f, men mindre än 2f, erhålls en verklig inverterad och förstorad bild av det.
- Om objektet är i brännpunkten blir strålarna som passerar genom det optiska glaset parallella, vilket betyder att det inte finns någon bild.
- Om ett objekt är närmare än en brännvidd, kommer dess bild att visa sig vara imaginär, direkt och större än själva objektet.
Eftersom egenskaperna hos strålar som passerar genom en konvergerande och divergerande lins är likartade, utförs konstruktionen av bilder som ges av en tunn lins av denna typ enligt liknande regler.
Teckningarbildbehandling för olika tillfällen
På ritningarna indikeras en konvergerande lins med en linje i vars ändar det finns pilar som pekar utåt, och en divergerande lins indikeras med en linje med pilar i ändarna som är riktade inåt, dvs. på varandra.
Olika varianter av ritningarna för att konstruera bilder i tunna linser, som diskuterades i föregående stycke, visas i figuren nedan.
Som framgår av figuren är alla bilder (för alla typer av optiskt glas och objektets placering i förhållande till dem) byggda på två strålar. Den ena är riktad parallellt med huvudaxeln och den andra passerar genom det optiska centret. Användningen av dessa strålar är bekväm eftersom deras beteende efter att ha passerat genom linsen är känt. Observera också att den nedre kanten av objektet (röd pil i det här fallet) är placerad på den optiska huvudaxeln, så det räcker att bara bygga bilden av objektets översta punkt. Om objektet (röd pil) är placerat godtyckligt i förhållande till det optiska glaset, är det nödvändigt att bygga en bild av både dess övre och nedre delar oberoende av varandra.
Två strålar räcker för att skapa alla bilder. Om det råder osäkerhet om resultatet kan det kontrolleras med den tredje strålen. Den bör riktas genom fokus (framför den konvergerande linsen och bakom den divergerande linsen), sedan efter att ha passerat genom det optiska glaset och brytning i det, kommer strålen att vara parallell med den optiska huvudaxeln. Om problemet med att bygga en bild i en tunn lins är lösthöger, då kommer den att passera genom punkten där de två huvudstrålarna skär varandra.
Processen att tillverka optiska objekt
De flesta linser är gjorda av speciella typer av glas som kallas optiska linser. Det finns inga inre spänningar, luftbubblor och andra brister i sådant glas.
Processen att tillverka linser sker i flera steg. Först skärs ett konkavt eller konvext föremål av önskad form ut ur ett block av optiskt glas med hjälp av lämpliga metallverktyg. Den poleras sedan med tjära. I slutskedet ändras storleken på det optiska glaset med hjälp av slipverktyg så att tyngdpunkten exakt sammanfaller med den optiska mitten.
På grund av utvecklingen av teknologier för att erhålla och bearbeta olika typer av plast, tillverkas nu linser i allt större utsträckning av genomskinliga typer av plast, som är billigare, lättare och mindre ömtåliga än sina motsvarigheter i glas.
Användningsområden
Optiska glasögon används för att lösa olika synproblem. För detta används både plastkontaktlinser och glas (med glasögon).
Dessutom används optiska glasögon i fotokameror, mikroskop, teleskop och andra optiska instrument. De använder ett helt system av linser. Till exempel, i fallet med det enklaste mikroskopet, som består av två optiska glas, bildar det första en verklig bild av objektet, ochden andra används för att förstora bilden. Därför är det andra glaset placerat på lämpligt avstånd från det första, enligt reglerna för att konstruera bilder i en tunn lins.
