Лещи: видове лещи (физика). Видове събиращи, оптични, разсеяни лещи. Как да определите вида на лещата?

Лещите, като правило, имат сферична или близка до сферична повърхност. Те могат да бъдат вдлъбнати, изпъкнали или равни (радиусът е равен на безкрайност). Те имат две повърхности, през които преминава светлината. Те могат да бъдат комбинирани по различни начини, формиращи различни видове лещи (снимката е дадена по-нататък в статията):

• Ако двете повърхности са изпъкнали (извити навън), централната част е по-дебела, отколкото по краищата.
• Обектив с изпъкнала и вдлъбната сфера се нарича менискус.
• Обектив с една плоска повърхност се нарича плосък вдлъбнат или изпъкнал, в зависимост от природата на другата сфера.

Как да определите вида на лещата? Нека разгледаме по-подробно това.

Събиране на лещи: видове лещи

Независимо от комбинацията от повърхности, ако тяхната дебелина в централната част е по-голяма от тази на краищата, те се наричат ​​колектори. Имате положителна фокусно разстояние. Съществуват следните видове събирателни лещи:

• плоско-изпъкнала,
• двойно изпъкнали,
• вдлъбнат-изпъкнал (менискус).

Те се наричат ​​и "положителни".

Разсейващи лещи: видове лещи

Ако тяхната дебелина в центъра е по-тънка, отколкото в ръбовете, те се наричат ​​разпръсквачи. Имате отрицателен резултат фокусно разстояние. Има такива видове разсейващи лещи:

• плоско-вдлъбната,
• биконкавен,
• изпъкнал-вдлъбнат (менискус).

Те се наричат ​​и "отрицателни".

Основни понятия

Лъчите от точков източник се различават от една точка. Те се наричат ​​пакет. Когато лъч влиза в обектива, всеки лъч е пречупен, променяйки посоката му. Поради тази причина лъчът може да остави обектива повече или по-малко разнообразен.

Някои видове оптични лещи променят посоката на лъчите, така че да се сближат в една точка. Ако светлинният източник е разположен най-малко при фокусното разстояние, тогава лъчът се слива в точка, която е поне на същото разстояние.

Реални и въображаеми изображения

Точковият източник на светлина се нарича истински обект и точката на конвергенция на лъча от лъчи, излизащи от лещата, е истинският му образ.

Важно е масивът от точкови източници, разпределени по правило на равна повърхност. Пример за това е картина върху матираното стъкло, подчертано отзад. Друг пример е филмовата лента, осветена отзад, така че светлината от нея да минава през обектива, като умножава изображението на плосък екран.

В тези случаи човек говори за самолет. Точките на равнината на изображението 1: 1 съответстват на точки в равнината на обекта. Същото важи и за геометричните фигури, въпреки че получената картина може да бъде обърната по отношение на обекта от горе до долу или отляво надясно.

Сближаването на лъчите в една точка създава реален образ, а несъответствието е въображаемо. Когато е ясно очертано на екрана - това е реално. Ако изображението може да бъде наблюдавано, гледайки само през обектива в посока на източника на светлина, той се нарича въображаем. Отразяването в огледалото е въображаемо. Снимка, която може да се види и чрез телескоп - също. Но проекцията на обектива на камерата върху филма дава реален образ.

Фокусно разстояние

Фокусът на лещата може да бъде открит чрез преминаване на лъч паралелни лъчи през него. Точката, в която те се сливат, ще бъде фокусът на F. Разстоянието от фокусната точка до обектива се нарича фокусно разстояние f. Паралелните лъчи също могат да бъдат пропуснати от другата страна и по този начин да се намери F от двете страни. Всеки обектив има две F и две f. Ако е сравнително тънка в сравнение с фокусното си разстояние, тогава последните са приблизително равни.

Различия и сближаване

Положителната фокусно разстояние се характеризира със събирателните лещи. Видовете лещи от този тип (плано-изпъкнали, двойно изпъкнали, менискус) намаляват лъчите, излизащи от тях, повече, отколкото са били намалени до преди. Събиращите лещи могат да формират както реално, така и въображаемо изображение. Първият се формира само ако разстоянието от обектива до обекта превишава фокусното разстояние.

Отрицателните фокусни разстояния се характеризират с разсейващи лещи. Видовете лещи от този тип (плоски вдлъбнатини, биконкаве, менискус) разреждат лъчите повече, отколкото са разведени, преди да ударят повърхността им. Разсейващите лещи създават въображаемо изображение. И само когато сближаването на инцидентните лъчи е значимо (те се сливат някъде между обектива и фокусната точка от другата страна), образуваните лъчи все пак могат да се сближат, образувайки реален образ.

Важни разлики

Човек трябва да бъде много внимателен, за да разграничи сближаването или отклонението на лъчите от конвергенцията или отклонението на лещата. Видовете лещи и светлинни лъчи може да не съвпадат. Лъчите, свързани с обект или точка от изображението, се наричат ​​различни, ако "разпръснат" и се сливат, ако се "сглобят" заедно. Във всеки коаксиален оптична система оста представлява пътя на лъчите. Лъчът по тази ос преминава без промяна в посоката на движение поради пречупване. Това всъщност е добро определение на оптичната ос.

Лин, който е отделен от оптичната ос с разстояние, се нарича различен. А този, който се доближава до него, се нарича конвергентен. Лъчите, успоредни на оптичната ос, имат нулева конвергенция или отклонение. По този начин, когато говорим за конвергенцията или дивергенцията на един лъч, тя е корелирана с оптичната ос.

Някои видове лещи, чиято физика е такава, че гредата се отклонява повече към оптичната ос, събират. В тях конвергентните лъчи се сливат още повече и различаващите се лъчи се оттеглят по-малко. Те дори са в състояние, ако силата им е достатъчна за това, да направи лъча паралелен или дори да се сближи. Аналогично, разсейващата леща може да разсейва още повече дифракционните лъчи, а сближаващите се могат да бъдат успоредни или различни.

Увеличителни очила

Обектив с две изпъкнали повърхности е по-дебел в центъра, отколкото по ръбовете и може да се използва като обикновен лупа или лупа. В същото време наблюдателят го преглежда във въображаемо разширено изображение. Обективът на камерата обаче представлява реален, обикновено намален размер на филма или сензора в сравнение с обекта.

очила

Способността на лещата да променя конвергенцията на светлината се нарича силата й. Тя се изразява в диоптри D = 1 / f, където f е фокусното разстояние в метри.

При обектива със сила 5 диоптъра f = 20 см. Това е диоптър, който показва окултиста, написвайки очилата за рецепта. Кажи, той записва 5.2 диоптъра. В сервиза вземете готов запас от 5 диоптъра, получен в завода, и полирайте малко една повърхност, за да добавите 0,2 диоптъра. Принципът е, че при тънки лещи, при които две сфери се намират близо една до друга, се спазва правилото, според което тяхната обща сила е равна на сумата от диоптриите на всяко от тях: D = D₁ + D₂.

Тръбата "Галилео"

Във времена на "Галилео" (началото на XVII век) точките в Европа са широко достъпни. Те, като правило, са били произведени в Холандия и разпространявани от улични търговци. Галилео чу, че някой в ​​Холандия поставя два вида лещи в епруветката, така че отдалечените обекти изглеждат по-големи. В единия край на епруветката използваше обектива за събиране на дълги фокуси, а в другия край - окулярен дифузен окуляр. Ако фокусното разстояние на обектива е равно на f_о и окуляра f_д, тогава разстоянието между тях трябва да е f_о-е_д, и силата (ъглово увеличение) f_о/ f_д. Такава схема се нарича галилейска тръба.

Телескопът има увеличение от 5 до 6 пъти, което е сравнимо с модерния ръчен бинокъл. Това е достатъчно за много вълнуващи астрономически наблюдения. Можете лесно да видите лунните кратери, четири луни на Юпитер, пръстени на Сатурн, фази на Венера, мъглявини и звездни клъстери, както и слаби звезди в Млечния път.

Телескопът на Кеплер

Кеплер чул за всичко това (той и Галилео са в кореспонденция) и построява друг вид телескоп с две колекционни лещи. Този с голяма фокусно разстояние е обектива, а този с по-малка фокусно разстояние е окуляр. Разстоянието между тях е f_о + е_д, а ъгловото увеличение е f_о/ f_д. Този телескоп на Кеплериан (или астрономически) създава обратен образ, но за звездите или луната няма значение. Тази схема осигурява по-еднообразно осветяване на зрителното поле от телескопа на Галилея и е по-удобно да се използва, тъй като позволяваше да се държат очите в неподвижно положение и да се види цялото зрително поле от край до край. Устройството позволява да се постигне по-голямо увеличение от тръбата "Галилео", без сериозно влошаване на качеството.

И двата телескопа страдат от сферична аберация, в резултат на което изображенията не са напълно фокусирани, и хроматична аберация, създавайки ореол. Кеплер (и Нютон) вярват, че тези дефекти не могат да бъдат преодолени. Те не предполагаха, че са възможни ахроматични видове лещи, чиято физика ще бъде известна едва през XIX век.

Огледални телескопи

Григорий предполага, че огледалата могат да се използват като телескопни лещи, тъй като в тях няма цвят. Нютон се възползва от тази идея и създаде форма на Нютонов телескоп от вдлъбнато огледално огледало и положителен окуляр. Той предаде мострата на Кралското дружество, където все още е.

Телескопът с един обектив може да проектира изображение върху екран или филм. За правилното уголемяване е необходима положителна леща с голяма фокусно разстояние, например 0,5 м, 1 м или много метри. Тази подредба често се използва в астрономическата фотография. За хората, които не са запознати с оптиката, може да изглежда парадоксална ситуация, когато по-слабият обектив с дълъг фокус дава по-голямо увеличение.

сфери

Предполага се, че древните култури може би са имали телескопи, защото са правили малки стъклени топки. Проблемът е, че не е известно за какво са били използвани и със сигурност не са могли да формират основата на добър телескоп. Точките могат да се използват за увеличаване на малки обекти, но качеството не е задоволително.

Фокусното разстояние на една идеална стъклена сфера е много къса и образува реално изображение, много близо до сферата. В допълнение, аберациите (геометрични изкривявания) са значителни. Проблемът е в разстоянието между двете повърхности.

Въпреки това, ако направите дълбок екваторен жлеб, за да блокирате лъчите, които причиняват дефекти в изображението, той се превръща от много посредствен лупа в отличен. Такова решение се приписва на Коддингтън и увеличителят на неговото име може да бъде закупен днес под формата на малки ръчни вериги за изучаване на много малки предмети. Но няма доказателства, че това е било направено преди 19 век.