Lentilele sunt obiecte transparente care pot refracta lumina soarelui. Sunt fabricate în principal din sticlă. Cuvintele „refracta luminii” se referă la capacitatea de a schimba direcția de propagare a razelor de lumină incidente. Să luăm în considerare modul în care sunt construite imaginile într-o lentilă subțire.
Context istoric
Primele lentile cunoscute de vechii greci și romani erau vase sferice de sticlă pline cu apă. Aceste prototipuri de ochelari optici moderni au fost folosite pentru a aprinde focul.
Abia la sfârșitul secolului al XIII-lea a fost făcută prima lentilă de sticlă în Europa. De atunci, procesul de fabricare a acestora nu s-a schimbat prea mult. Singura inovație a fost utilizarea gudronului de către Isaac Newton în secolul al XVII-lea pentru a lustrui suprafețele obiectelor optice.
Colectarea și împrăștierea ochelarilor optici
Pentru a facilita înțelegerea construcției imaginilor într-un obiectiv subțire, luați în considerareîntrebarea este ce sunt ochelarii optici. În general, există doar două tipuri de lentile, care diferă prin forma și capacitatea lor de a refracta fluxul luminos. Se disting următoarele tipuri:
- Lentile convergente. Acest tip are o grosime a părții sale centrale mai mare decât grosimea marginilor. Imaginea rezultată într-o lentilă convergentă se formează pe ceal altă parte a luminii care cade pe ea. Acest tip are capacitatea de a colecta lumina într-un singur punct (focalizare pozitivă).
- Lentile divergente. Partea lor centrală este mai subțire decât marginile. Datorită formei lor, acești ochelari optici împrăștie lumina incidentă asupra lor, ceea ce duce la formarea unei imagini pe aceeași parte a lentilei în care razele unui obiect cad pe acesta. Imaginea generată este mult mai mică decât articolul real. Dacă razele împrăștiate de această sticlă optică sunt continuate în așa fel încât să le determine originea, atunci se va părea că ies dintr-un punct din fața lui. Acest punct se numește focalizare, care este negativ sau imaginar pentru o lentilă divergentă.
Diferitele forme de ochelari optici
Cele două tipuri de lentile existente pot fi realizate în mai multe moduri. Se disting următoarele 6 forme:
- Biconvex.
- Plano-convex.
- Cu un menisc convex (concav-convex).
- Biconcave.
- Plano-concav.
- Cu un menisc concav (convex-concav).
Elemente din sticlă convexe
Pentru a înțelege fizica lentilei și a construcțieilentile de imagine subțiri, este necesar să se cunoască elementele de bază ale acestui obiect optic. Să le enumerăm:
- Centrul optic (O) este punctul prin care trece lumina fără a fi refractată.
- Axa principală este o linie dreaptă care trece prin punctul centrului optic și prin focalizarea principală.
- Focalizarea principală sau principală (F) este punctul prin care trec razele de lumină sau prelungirile lor dacă cad pe sticla optică paralelă cu axa sa principală.
- Axa auxiliară - orice linie dreaptă care trece prin centrul optic.
- Razele de curbură sunt cele două razele, R1 și R2, ale sferelor care formează lentila.
- Centre de curbură - două centre de sfere, C1 și C2, care formează suprafețele sticlei optice.
- Lungime focală (f) - distanța dintre punctul focal și centrul optic. Există o altă definiție a valorii (f): aceasta este distanța de la centrul lentilei optice la imagine, care dă un obiect situat la infinit depărtare.
Proprietăți optice
Fie că este vorba de o sticlă convexă simplă sau de sisteme optice complexe, care sunt o colecție de lentile individuale, proprietățile lor optice depind de doi parametri: distanța focală și relația dintre distanța focală și diametrul lentilei.
Lungimea focală este măsurată în două moduri:
- În unități de distanță normală, cum ar fi 10 cm, 1 m și așa mai departe.
- În dioptrii, aceasta este o valoare care este invers proporțională cu distanța focală, măsurată în metri.
De exemplu, un sticla optic cu o putere de 1 dioptrie are o distanta focala de 1 m, in timp ce un obiectiv cu o putere de 2 dioptrii are o distanta focala de numai 0,5 m.
Diametrul unei lentile și relația sa cu distanța focală determină capacitatea sticlei optice de a colecta lumina sau puterea sa de lumină.
Proprietățile razelor care trec prin lentilă
În școlile din clasa a VIII-a, construirea de imagini în lentile subțiri este unul dintre subiectele importante din fizică. Pentru a învăța cum să construiești aceste imagini, trebuie să cunoști nu numai conceptele și elementele de bază, ci și proprietățile unor raze care trec printr-un obiect optic activ:
- Orice rază care trece paralelă cu axa principală este refractă în așa fel încât fie trece prin focar (în cazul unei lentile convergente), fie continuarea ei imaginară trece prin focar (în cazul unui unul divergent).
- Fasciculul care trece prin focar este refractat astfel încât să-și continue mișcarea paralel cu axa principală. Rețineți că în cazul unei lentile divergente, această regulă este valabilă dacă continuarea fasciculului incident asupra acesteia trece prin focarul situat pe ceal altă parte a obiectului optic.
- Orice rază de lumină care trece prin centrul lentilei nu experimentează nicio refracție și nu își schimbă direcția.
Funcții de creare a imaginilor în lentile subțiri
Deși colectează și împrăștie opticeochelarii au proprietăți similare, construcția imaginilor în fiecare dintre ei are propriile caracteristici.
La construirea imaginilor, formula lentilelor subțiri este:
1/f=1/do+1/di, unde do și di este distanța de la centrul optic la obiect și la imaginea acestuia.
Rețineți că distanța focală (f) este pozitivă pentru lentilele convergente și negativă pentru cele divergente.
Aplicarea proprietăților de mai sus ale razelor care trec printr-o sticlă optică colectoare duce la următoarele rezultate:
- Dacă obiectul este situat la o distanță mai mare de 2f, atunci se obține o imagine reală, care are o dimensiune mai mică decât obiectul. O vedem cu susul în jos.
- Un obiect plasat la o distanță de 2f de lentilă are ca rezultat o imagine reală inversată de aceeași dimensiune cu obiectul însuși.
- Dacă obiectul se află la o distanță mai mare de f, dar mai mică de 2f, atunci se obține o imagine reală inversată și mărită a acestuia.
- Dacă obiectul se află în punctul focal, atunci razele care trec prin sticla optică devin paralele, ceea ce înseamnă că nu există nicio imagine.
- Dacă un obiect este mai aproape de o distanță focală, atunci imaginea lui se va dovedi a fi imaginară, directă și mai mare decât obiectul în sine.
Deoarece proprietățile razelor care trec printr-o lentilă convergentă și divergentă sunt similare, construcția imaginilor date de o lentilă subțire de acest tip se realizează după reguli similare.
Deseneimagini pentru diverse ocazii
În desene, o lentilă convergentă este indicată printr-o linie la capetele căreia există săgeți îndreptate spre exterior, iar o lentilă divergentă este indicată printr-o linie cu săgeți la capete care sunt îndreptate spre interior, adică unul la altul.
Diferitele variante ale desenelor pentru construirea de imagini în lentile subțiri, care au fost discutate în paragraful anterior, sunt prezentate în figura de mai jos.
După cum se poate observa din figură, toate imaginile (pentru orice tip de sticlă optică și locația obiectului în raport cu acestea) sunt construite pe două fascicule. Unul este îndreptat paralel cu axa principală, iar celăl alt trece prin centrul optic. Utilizarea acestor fascicule este convenabilă deoarece comportamentul lor după trecerea prin lentilă este cunoscut. De asemenea, rețineți că marginea inferioară a obiectului (săgeata roșie în acest caz) este situată pe axa optică principală, deci este suficient să construiți doar imaginea punctului superior al obiectului. Dacă obiectul (săgeata roșie) este situat în mod arbitrar în raport cu sticla optică, atunci este necesar să construiți o imagine a părților sale superioare și inferioare în mod independent.
Două grinzi sunt suficiente pentru a construi orice imagine. Dacă există incertitudine cu privire la rezultat, atunci acesta poate fi verificat folosind a treia rază. Ar trebui să fie îndreptat prin focalizare (în fața lentilei convergente și în spatele lentilei divergente), apoi după trecerea prin sticla optică și refracția în acesta, fasciculul va fi paralel cu axa optică principală. Dacă se rezolvă problema construirii unei imagini într-o lentilă subțiredreapta, apoi va trece prin punctul în care cele două grinzi principale se intersectează.
Procesul de fabricare a obiectelor optice
Majoritatea lentilelor sunt fabricate din tipuri speciale de sticlă numite lentile optice. Nu există tensiuni interne, bule de aer și alte imperfecțiuni în astfel de sticlă.
Procesul de realizare a lentilelor are loc în mai multe etape. Mai întâi, un obiect concav sau convex de forma dorită este tăiat dintr-un bloc de sticlă optică folosind unelte metalice adecvate. Este apoi lustruit cu gudron. În etapa finală, sticla optică este redimensionată folosind unelte abrazive, astfel încât centrul de greutate să coincidă exact cu centrul optic.
Datorită dezvoltării tehnologiilor de obținere și prelucrare a diferitelor tipuri de plastic, lentilele sunt fabricate acum din tipuri de plastic transparente, care sunt mai ieftine, mai ușoare și mai puțin fragile decât omologii lor din sticlă.
Domenii de aplicare
Ochelarii optici sunt folosiți pentru a rezolva diverse probleme de vedere. Pentru aceasta se folosesc atât lentile de contact din plastic, cât și cele din sticlă (cu ochelari).
În plus, ochelarii optici sunt folosiți în camerele fotografice, microscoape, telescoape și alte instrumente optice. Ei folosesc un întreg sistem de lentile. De exemplu, în cazul celui mai simplu microscop, format din doi ochelari optici, primul formează o imagine reală a obiectului șial doilea este folosit pentru a-și mări imaginea. Prin urmare, al doilea pahar este situat la o distanță adecvată față de primul, conform regulilor de construire a imaginilor într-o lentilă subțire.
