Лещите са прозрачни обекти, които могат да пречупват слънчевата светлина. Изработени са предимно от стъкло. Думите "пречупва светлина" се отнасят до способността да се променя посоката на разпространение на падащите светлинни лъчи. Нека разгледаме как се изграждат изображенията в тънка леща.
Историческа справка
Първите лещи, познати на древните гърци и римляни, са сферични стъклени съдове, пълни с вода. Тези прототипи на съвременни оптични очила са били използвани за разпалване на огън.
Едва в края на 13-ти век е произведена първата стъклена леща в Европа. Оттогава процесът на тяхното производство не се е променил много. Единствената иновация е използването на катран от Исак Нютон през 17-ти век за полиране на повърхностите на оптични обекти.
Събиране и разпръскване на оптични очила
За да улесните разбирането на конструкцията на изображения в тънък обектив, помислетевъпросът е какво представляват оптичните очила. Като цяло има само два вида лещи, които се различават по своята форма и способност да пречупват светлинния поток. Разграничават се следните типове:
- Сборни лещи. Този тип има дебелина на централната му част, по-голяма от дебелината на ръбовете. Полученото изображение в събирателна леща се формира от другата страна на падащата върху нея светлина. Този тип има способността да събира светлина в една точка (положителен фокус).
- Разсейващи лещи. Централната им част е по-тънка от краищата. Поради формата си, тези оптични стъкла разпръскват падащата върху тях светлина, което води до образуване на изображение от същата страна на лещата, от която попадат лъчите от обект. Генерираното изображение е много по-малко от действителния елемент. Ако лъчите, разпръснати от това оптично стъкло, се продължат по такъв начин, че да се определи произходът им, тогава ще изглежда, че те излизат от една точка пред него. Тази точка се нарича фокус, който е отрицателен или въображаем за разсейваща леща.
Различни форми на оптични очила
Съществуващите два вида лещи могат да бъдат направени по няколко начина. Разграничават се следните 6 форми:
- Двоизпъкнал.
- Плоско-изпъкнала.
- С изпъкнал менискус (вдлъбнато-изпъкнал).
- Биконкав.
- Плоско-вдлъбнато.
- С вдлъбнат менискус (изпъкнал-вдлъбнат).
Изпъкнали стъклени елементи
За да разберете физиката на обектива и вгражданетотънки образни лещи, е необходимо да се познават основните елементи на този оптичен обект. Нека ги изброим:
- Оптичният център (O) е точката, през която светлината преминава без да се пречупи.
- Главната ос е права линия, която минава през точката на оптичния център и главния фокус.
- Основният или основен фокус (F) е точката, през която преминават светлинни лъчи или техните разширения, ако попаднат върху оптично стъкло успоредно на основната му ос.
- Допълнителна ос - всяка права линия, която минава през оптичния център.
- Радиусите на кривина са двата радиуса, R1 и R2, на сферите, които образуват лещата.
- Центри на кривина - два центъра на сфери, C1 и C2, които образуват повърхностите на оптичното стъкло.
- Фокусно разстояние (f) - разстоянието между фокусната точка и оптичния център. Има и друга дефиниция на стойността (f): това е разстоянието от центъра на оптичната леща до изображението, което дава обект, разположен безкрайно далеч.
Оптични свойства
Независимо дали става дума за обикновено изпъкнало стъкло или сложни оптични системи, които са колекция от отделни лещи, техните оптични свойства зависят от два параметъра: фокусното разстояние и връзката между фокусното разстояние и диаметъра на лещата.
Фокусното разстояние се измерва по два начина:
- В единици за нормално разстояние, като 10 см, 1 м и т.н.
- В диоптри това е стойност, която е обратно пропорционална на фокусното разстояние, измерено в метри.
Например, оптично стъкло с мощност 1 диоптър има фокусно разстояние от 1 m, докато леща с мощност 2 диоптъра има фокусно разстояние само 0,5 m.
Диаметърът на лещата и нейната връзка с фокусното разстояние определя способността на оптичното стъкло да събира светлина или нейната светлинна мощност.
Свойства на лъчите, преминаващи през лещата
В училищата в 8-ми клас изграждането на изображения в тънки лещи е една от важните теми във физиката. За да научите как да създавате тези изображения, трябва да знаете не само основните понятия и елементи, но и свойствата на някои лъчи, преминаващи през оптически активен обект:
- Всеки лъч, минаващ успоредно на главната ос, се пречупва по такъв начин, че или преминава през фокуса (в случай на събирателна леща), или неговото въображаемо продължение преминава през фокуса (в случай на различен).
- Лъчът, който преминава през фокуса, се пречупва, така че да продължава движението си успоредно на главната ос. Имайте предвид, че в случай на разсейваща леща това правило е валидно, ако продължението на падащия върху него лъч преминава през фокуса, разположен от другата страна на оптичния обект.
- Всеки лъч светлина, който преминава през центъра на лещата, не изпитва никакво пречупване и не променя посоката.
Характеристики за изграждане на изображения в тънки лещи
Въпреки че събира и разсейва оптичноочилата имат сходни свойства, изграждането на изображения във всяко от тях има свои собствени характеристики.
При конструиране на изображения формулата за тънка леща е:
1/f=1/do+1/di, където do и di е разстоянието от оптичния център до обекта и до неговото изображение.
Забележете, че фокусното разстояние (f) е положително за събирателните лещи и отрицателно за разминаващите се.
Прилагането на горните свойства на лъчите, преминаващи през събиращо оптично стъкло, води до следните резултати:
- Ако обектът се намира на разстояние повече от 2f, тогава се получава реално изображение, което има по-малък размер от обекта. Виждаме го с главата надолу.
- Обект, поставен на разстояние 2f от обектива, води до реално обърнато изображение със същия размер като самия обект.
- Ако обектът е на разстояние повече от f, но по-малко от 2f, тогава се получава реално обърнато и увеличено изображение от него.
- Ако обектът е във фокусната точка, тогава лъчите, преминаващи през оптичното стъкло, стават успоредни, което означава, че няма изображение.
- Ако обект е по-близо от едно фокусно разстояние, тогава неговото изображение ще се окаже въображаемо, директно и по-голямо от самия обект.
Тъй като свойствата на лъчите, преминаващи през събирателна и разсейваща леща, са сходни, изграждането на изображения, дадени от тънка леща от този тип, се извършва по подобни правила.
Рисункиизображения за различни поводи
На чертежите събирателната леща е обозначена с линия, в краищата на която има стрелки, сочещи навън, а разсейващата леща е обозначена с линия със стрелки в краищата, които са насочени навътре, т.е. един срещу друг.
Различни варианти на чертежите за конструиране на изображения в тънки лещи, които бяха обсъдени в предишния параграф, са показани на фигурата по-долу.
Както се вижда от фигурата, всички изображения (за всякакъв вид оптично стъкло и местоположението на обекта спрямо тях) са изградени върху два лъча. Едната е насочена успоредно на главната ос, а другата минава през оптичния център. Използването на тези лъчи е удобно, тъй като е известно тяхното поведение след преминаване през лещата. Също така имайте предвид, че долният ръб на обекта (червената стрелка в този случай) е разположен върху главната оптична ос, така че е достатъчно да се изгради само изображението на горната точка на обекта. Ако обектът (червената стрелка) е разположен произволно спрямо оптичното стъкло, тогава е необходимо да се изгради изображение както на горната, така и на долната му част.
Два лъча са достатъчни за изграждане на всякакви изображения. Ако има несигурност относно резултата, тогава той може да се провери с помощта на третия лъч. Той трябва да бъде насочен през фокуса (пред събирателната леща и зад разсейващата леща), след което след преминаване през оптичното стъкло и пречупване в него, лъчът ще бъде успореден на главната оптична ос. Ако проблемът с изграждането на изображение в тънка леща е решенвдясно, тогава ще премине през точката, където двата главни лъча се пресичат.
Процесът на производство на оптични обекти
Повечето лещи са направени от специални видове стъкло, наречени оптични лещи. В такова стъкло няма вътрешни напрежения, въздушни мехурчета и други несъвършенства.
Процесът на изработка на лещи протича на няколко етапа. Първо, вдлъбнат или изпъкнал обект с желаната форма се изрязва от блок от оптично стъкло с помощта на подходящи метални инструменти. След това се полира с катран. На последния етап оптичното стъкло се преоразмерява с помощта на абразивни инструменти, така че центърът на тежестта да съвпада точно с оптичния център.
Поради развитието на технологиите за получаване и обработка на различни видове пластмаса, лещите сега все повече се правят от прозрачни видове пластмаса, които са по-евтини, по-леки и по-малко крехки от своите стъклени аналози.
Области на приложение
Оптичните очила се използват за решаване на различни проблеми със зрението. За това се използват както пластмасови контактни лещи, така и стъклени (с очила).
В допълнение, оптичните очила се използват във фотографски фотоапарати, микроскопи, телескопи и други оптични инструменти. Използват цяла система от лещи. Например, в случая на най-простия микроскоп, състоящ се от две оптични стъкла, първото образува реално изображение на обекта, авторият се използва за увеличаване на изображението му. Следователно второто стъкло е разположено на подходящо разстояние от първото, съгласно правилата за изграждане на изображения в тънка леща.
