Bygge et bilde i en tynn linse: tegninger, tynn linseformel

2024 Forfatter: Angel Austin | [email protected]. Sist endret: 2023-12-17 05:37

Linser er gjennomsiktige gjenstander som kan bryte sollys. De er hovedsakelig laget av glass. Ordene "bryte lys" refererer til evnen til å endre retningen for forplantning av innfallende lysstråler. La oss vurdere hvordan bilder er konstruert i en tynn linse.

Historisk bakgrunn

De første linsene kjent for de gamle grekerne og romerne var sfæriske glasskar fylt med vann. Disse prototypene av moderne optiske briller ble brukt til å tenne opp bål.

Det var først på slutten av 1200-tallet at den første glasslinsen ble laget i Europa. Siden den gang har ikke produksjonsprosessen endret seg mye. Den eneste nyvinningen var bruken av tjære av Isaac Newton på 1600-tallet for å polere overflatene til optiske objekter.

Samling og spredning av optiske briller

For å gjøre det lettere å forstå konstruksjonen av bilder i en tynn linse, bør du vurdereSpørsmålet er, hva er optiske briller. Generelt er det bare to typer linser, som er forskjellige i form og evne til å bryte lysstrømmen. Følgende typer skilles:

1. Konvergerende linser. Denne typen har en tykkelse på den sentrale delen som er større enn tykkelsen på kantene. Det resulterende bildet i en konvergerende linse dannes på den andre siden av lyset som faller på den. Denne typen har evnen til å samle lys i ett enkelt punkt (positivt fokus).
2. Divergerende linser. Deres sentrale del er tynnere enn kantene. På grunn av sin form sprer disse optiske brillene lyset som faller inn på dem, noe som fører til at det dannes et bilde på samme side av linsen når strålene fra en gjenstand faller på den. Det genererte bildet er mye mindre enn det faktiske elementet. Hvis strålene spredt av dette optiske glasset fortsetter på en slik måte at de bestemmer deres opprinnelse, vil det se ut til at de dukker opp fra ett punkt foran det. Dette punktet kalles fokus, som er negativt eller imaginært for en divergerende linse.

Ulike former for optiske briller

De eksisterende to typene linser kan lages på flere måter. Følgende 6 skjemaer skilles:

1. Biconvex.
2. Plano-konveks.
3. Med en konveks menisk (konkav-konveks).
4. Biconcave.
5. Plano-concave.
6. Med en konkav menisk (konveks-konkav).

Konvekse glasselementer

For å forstå fysikken til linsen og innbyggingentynne bildelinser, er det nødvendig å kjenne til de grunnleggende elementene i dette optiske objektet. La oss liste dem opp:

• Det optiske senteret (O) er punktet der lyset passerer uten å bli brutt.
• Hovedaksen er en rett linje som går gjennom punktet til det optiske senteret og hovedfokuset.
• Hoved- eller hovedfokuset (F) er punktet som lysstråler eller deres forlengelser passerer hvis de faller på optisk glass parallelt med hovedaksen.
• Hjelpeakse - enhver rett linje som går gjennom det optiske senteret.
• Krumningsradiene er de to radiene, R₁ og R₂, av kulene som danner linsen.
• Krumningssentre - to sfæresentre, C₁ og C₂, som danner overflatene til optisk glass.
• Brennvidde (f) - avstanden mellom brennpunktet og det optiske senteret. Det er en annen definisjon av verdien (f): dette er avstanden fra sentrum av den optiske linsen til bildet, som gir et objekt som befinner seg uendelig langt unna.

Optiske egenskaper

Enten det er et enkelt konvekst glass eller komplekse optiske systemer, som er en samling av individuelle linser, er deres optiske egenskaper avhengig av to parametere: brennvidden og forholdet mellom brennvidden og diameteren på linsen.

Brennvidde måles på to måter:

• I enheter med normal avstand, for eksempel 10cm, 1m, og så videre.
• I dioptrier er dette en verdi som er omvendt proporsjonal med brennvidden, målt i meter.

For eksempel har et optisk glass med en styrke på 1 dioptri en brennvidde på 1 m, mens en linse med en styrke på 2 dioptrier har en brennvidde på bare 0,5 m.

Diameteren til en linse og dens forhold til brennvidden bestemmer evnen til optisk glass til å samle lys eller lyseffekten.

Egenskapene til stråler som passerer gjennom linsen

På skolene i 8. klasse er det å bygge bilder i tynne linser et av de viktige temaene i fysikk. For å lære hvordan man bygger disse bildene, bør man ikke bare kjenne til de grunnleggende konseptene og elementene, men også egenskapene til noen stråler som passerer gjennom et optisk aktivt objekt:

• Enhver stråle som passerer parallelt med hovedaksen brytes på en slik måte at den enten passerer gjennom fokuset (i tilfelle av en konvergerende linse), eller dens imaginære fortsettelse passerer gjennom fokuset (i tilfelle av en divergerende).
• Strålen som går gjennom fokuset brytes slik at den fortsetter sin bevegelse parallelt med hovedaksen. Merk at når det gjelder en divergerende linse, er denne regelen gyldig hvis fortsettelsen av strålen som faller inn på den passerer gjennom fokuset på den andre siden av det optiske objektet.
• Enhver lysstråle som passerer gjennom midten av linsen opplever ingen brytning og endrer ikke retning.

Funksjoner for å bygge bilder i tynne linser

Selv om innsamling og spredning optiskbriller har lignende egenskaper, konstruksjonen av bilder i hver av dem har sine egne egenskaper.

Når du konstruerer bilder, er formelen for tynne linser:

1/f=1/d_o+1/d_i, der d_o og d_i er avstanden fra det optiske senteret til objektet og dets bilde.

Merk at brennvidden (f) er positiv for konvergerende linser og negativ for divergerende.

Anvendelse av egenskapene ovenfor til stråler som passerer gjennom et samlende optisk glass, fører til følgende resultater:

• Hvis objektet er plassert i en avstand på mer enn 2f, oppnås et ekte bilde, som har en mindre størrelse enn objektet. Vi ser det opp ned.
• Et objekt plassert i en avstand på 2f fra linsen resulterer i et reelt invertert bilde av samme størrelse som selve objektet.
• Hvis objektet er i en avstand på mer enn f, men mindre enn 2f, oppnås et reelt invertert og forstørret bilde av det.
• Hvis objektet er i brennpunktet, blir strålene som passerer gjennom det optiske glasset parallelle, noe som betyr at det ikke er noe bilde.
• Hvis et objekt er nærmere enn én brennvidde, vil bildet vise seg å være imaginært, direkte og større enn selve objektet.

Siden egenskapene til stråler som passerer gjennom en konvergerende og divergerende linse er like, blir konstruksjonen av bilder gitt av en tynn linse av denne typen utført i henhold til lignende regler.

Tegningerbildebehandling for ulike anledninger

På tegningene er en konvergerende linse indikert med en linje i endene der det er piler som peker utover, og en divergerende linse er indikert med en linje med piler i endene som er rettet innover, dvs. mot hverandre.

Ulike varianter av tegningene for å konstruere bilder i tynne linser, som ble diskutert i forrige avsnitt, er vist i figuren nedenfor.

Som det fremgår av figuren, er alle bilder (for alle typer optisk glass og plasseringen av objektet i forhold til dem) bygget på to bjelker. Den ene er rettet parallelt med hovedaksen, og den andre går gjennom det optiske senteret. Bruken av disse strålene er praktisk fordi deres oppførsel etter å ha passert gjennom linsen er kjent. Vær også oppmerksom på at den nedre kanten av objektet (rød pil i dette tilfellet) er plassert på den optiske hovedaksen, så det er nok å bygge bare bildet av objektets topppunkt. Hvis objektet (rød pil) er plassert vilkårlig i forhold til det optiske glasset, er det nødvendig å bygge et bilde av både øvre og nedre deler uavhengig.

To bjelker er nok til å bygge bilder. Hvis det er usikkerhet om resultatet, kan det kontrolleres ved hjelp av den tredje strålen. Den skal rettes gjennom fokuset (foran den konvergerende linsen og bak den divergerende linsen), og etter å ha passert gjennom det optiske glasset og brytningen i det, vil strålen være parallell med den optiske hovedaksen. Hvis problemet med å bygge et bilde i en tynn linse er løsthøyre, så vil den passere gjennom punktet der de to hovedstrålene krysser hverandre.

Prosessen med å produsere optiske objekter

De fleste linser er laget av spesielle glasstyper som kalles optiske linser. Det er ingen indre spenninger, luftbobler og andre ufullkommenheter i slike glass.

Prosessen med å lage linser foregår i flere stadier. Først kuttes en konkav eller konveks gjenstand med ønsket form ut av en blokk med optisk glass ved hjelp av passende metallverktøy. Den poleres deretter med tjære. På det siste stadiet endres størrelsen på det optiske glasset ved hjelp av slipeverktøy slik at tyngdepunktet nøyaktig sammenfaller med det optiske senteret.

På grunn av utviklingen av teknologier for å skaffe og bearbeide ulike typer plast, blir linser nå i økende grad laget av gjennomsiktige plasttyper, som er billigere, lettere og mindre skjøre enn glassmotpartene.

Bruksområder

Optiske briller brukes til å løse ulike synsproblemer. Til dette brukes både plastkontaktlinser og glass (med briller).

I tillegg brukes optiske briller i fotografiske kameraer, mikroskoper, teleskoper og andre optiske instrumenter. De bruker et helt system med linser. For eksempel, i tilfellet med det enkleste mikroskopet, som består av to optiske glass, danner det første et ekte bilde av objektet, ogden andre brukes til å forstørre bildet. Derfor er det andre glasset plassert i passende avstand fra det første, i henhold til reglene for å konstruere bilder i en tynn linse.