Apakah keadaan yang boleh dibantu oleh kanta biconvex? Sistem optik mata

Siapa yang tidak tahu kaca pembesar biasa, serupa dengan sebutir lentil. Jika kaca sedemikian - ia juga dipanggil kanta biconvex - diletakkan di antara objek dan mata, maka imej objek itu seolah-olah dibesarkan beberapa kali kepada pemerhati.

Apakah rahsia peningkatan sedemikian? Bagaimana untuk menerangkan bahawa objek, apabila dilihat melalui kanta biconvex, nampaknya lebih besar daripada saiz sebenar mereka?

Untuk memahami dengan baik punca fenomena ini, kita mesti ingat bagaimana sinaran cahaya merambat.

Pemerhatian setiap hari meyakinkan kita bahawa cahaya bergerak dalam garis lurus. Ingat, sebagai contoh, bagaimana kadangkala matahari, yang disembunyikan oleh awan, menembusi mereka dengan pancaran sinar yang jelas dan jelas.

Tetapi adakah sinaran cahaya sentiasa lurus? Ternyata tidak selalu.

Lakukan, sebagai contoh, eksperimen sedemikian.

Dalam pengatup yang menutup rapat tingkap bilik anda, buat Rajah. 6< прямолинейный

Lubang kecil. Sinar cahaya, sinar cahaya, mengenai yang lain -

Setelah melalui lubang ini, “Saya melalui persekitaran - Ke dalam air, DARI -

Melukis "di dalam bilik gelap secara langsung - menukar arahnya,

G "dan 1 dibiaskan,

Jejak linear. Tetapi memakai

Laluan rasuk ke balang air, dan anda akan melihat bahawa rasuk, memukul air, akan mengubah arahnya, atau, seperti yang mereka katakan, "membiaskan" (Rajah 6).

Oleh itu, pembiasan sinar cahaya dapat diperhatikan apabila ia memasuki medium lain. Jadi, selagi sinar berada di udara, ia adalah rectilinear. Tetapi sebaik sahaja beberapa medium lain, seperti air, ditemui di laluan mereka, cahaya dibiaskan.

Ini adalah pembiasan yang sama yang dialami oleh sinar cahaya dalam kes apabila ia melalui kaca pembesar biconvex. Dalam kes ini, kanta mengumpul sinar cahaya
menjadi rasuk tajam yang sempit (ini, dengan cara ini, menerangkan fakta bahawa dengan bantuan kaca pembesar yang mengumpul sinar cahaya ke dalam rasuk sempit, anda boleh membakar rokok, kertas, dll. di bawah sinar matahari).

Tetapi mengapa kanta membesarkan imej objek?

Inilah sebabnya. Lihat dengan mata kasar pada objek, seperti daun pokok. Sinar cahaya melantun dari daun dan menumpu di mata anda. Sekarang letakkan kanta biconvex di antara mata dan daun. Sinaran cahaya yang melalui kanta akan dibiaskan (Rajah 7). Walau bagaimanapun, mereka tidak kelihatan patah pada mata manusia. Pemerhati masih merasakan kelurusan sinaran cahaya. Nampaknya meneruskannya lebih jauh, di luar kanta (lihat garis putus-putus dalam Rajah 7), dan objek yang diperhatikan melalui kanta biconvex nampaknya diperbesarkan kepada pemerhati!

Nah, apa yang berlaku jika sinaran cahaya, bukannya jatuh ke mata pemerhati, terus

Lebih jauh? Selepas menyeberang pada satu titik, dipanggil fokus kanta, sinar akan menyimpang semula. Jika kita meletakkan cermin di jalan mereka, kita akan melihat di dalamnya imej yang diperbesarkan dari helaian yang sama (Gamb. 8). Walau bagaimanapun, ia akan muncul kepada kita dalam bentuk terbalik. Dan ini cukup difahami. Lagipun, selepas menyeberang pada fokus kanta, sinaran cahaya pergi lebih jauh dalam arah rectilinear yang sama. yeste

Adalah jelas bahawa dalam kes ini sinaran dari bahagian atas helaian diarahkan ke bawah, dan sinaran yang datang dari pangkalannya dipantulkan di bahagian atas cermin.

Sifat kanta biconvex ini - keupayaan untuk mengumpul sinar cahaya pada satu titik - digunakan dalam radas fotografi.

GUNAKAN topik pengekod: kanta

Pembiasan cahaya digunakan secara meluas dalam pelbagai alat optik: kamera, teropong, teleskop, mikroskop. . . Bahagian yang sangat diperlukan dan paling penting bagi peranti sedemikian ialah kanta.

Lensa - ini ialah jasad homogen telus optik, dibatasi pada kedua-dua belah oleh dua permukaan sfera (atau satu sfera dan satu rata).

Kanta biasanya diperbuat daripada kaca atau plastik lutsinar khas. Bercakap tentang bahan kanta, kami akan memanggilnya kaca - ia tidak memainkan peranan khas.

Kanta biconvex.

Pertimbangkan dahulu sebuah kanta yang dibatasi pada kedua-dua belah oleh dua permukaan sfera cembung (Rajah 1). Kanta sedemikian dipanggil biconvex. Tugas kita sekarang adalah untuk memahami perjalanan sinar dalam kanta ini.

Cara yang paling mudah ialah dengan sinar yang pergi bersama paksi optik utama- paksi simetri kanta. Pada rajah. 1 sinar ini meninggalkan titik. Paksi optik utama adalah berserenjang dengan kedua-dua permukaan sfera, jadi rasuk ini melalui kanta tanpa dibiaskan.

Sekarang mari kita ambil rasuk yang berjalan selari dengan paksi optik utama. Pada titik kejatuhan
rasuk ke kanta dilukis normal ke permukaan kanta; apabila rasuk melalui udara ke kaca optik yang lebih tumpat, sudut biasan adalah kurang daripada sudut tuju. Akibatnya, rasuk terbias menghampiri paksi optik utama.

Normal juga dilukis pada titik di mana rasuk keluar dari kanta. Rasuk melepasi udara optik kurang tumpat, jadi sudut biasan lebih besar daripada sudut tuju; Ray
membias semula ke arah paksi optik utama dan memotongnya pada titik .

Oleh itu, sebarang sinar yang selari dengan paksi optik utama, selepas pembiasan dalam kanta, menghampiri paksi optik utama dan melintasinya. Pada rajah. 2 menunjukkan corak biasan sudah mencukupi lebar pancaran cahaya selari dengan paksi optik utama.

Seperti yang anda lihat, pancaran cahaya yang luas tidak fokus kanta: semakin jauh dari paksi optik utama rasuk tuju terletak, semakin dekat dengan kanta ia melintasi paksi optik utama selepas pembiasan. Fenomena ini dipanggil penyimpangan sfera dan merujuk kepada keburukan kanta - lagipun, saya masih mahu kanta itu mengurangkan pancaran sinar selari kepada satu titik.

Tumpuan yang sangat boleh diterima boleh dicapai menggunakan sempit pancaran cahaya yang melalui dekat paksi optik utama. Kemudian penyimpangan sfera hampir tidak dapat dilihat - lihat rajah. 3 .

Jelas kelihatan bahawa rasuk sempit selari dengan paksi optik utama dikumpulkan pada kira-kira satu titik selepas melalui kanta. Atas sebab ini, kanta kita dipanggil mengumpul.

Titik itu dipanggil fokus kanta. Secara amnya, kanta mempunyai dua fokus yang terletak pada paksi optik utama di sebelah kanan dan kiri kanta. Jarak dari fokus ke kanta tidak semestinya sama antara satu sama lain, tetapi kita akan sentiasa menangani situasi di mana fokus terletak secara simetri berkenaan dengan kanta.

Kanta biconcave.

Sekarang kita akan mempertimbangkan kanta yang sama sekali berbeza, terhad oleh dua cekung permukaan sfera (Rajah 4). Kanta sedemikian dipanggil biconcave. Sama seperti di atas, kita akan mengesan laluan dua sinar, berpandukan hukum pembiasan.

Rasuk yang meninggalkan titik dan pergi sepanjang paksi optik utama tidak dibiaskan - lagipun, paksi optik utama, sebagai paksi simetri kanta, berserenjang dengan kedua-dua permukaan sfera.

Rasuk selari dengan paksi optik utama, selepas pembiasan pertama, mula bergerak darinya (sejak apabila melalui udara ke kaca), dan selepas pembiasan kedua, ia bergerak menjauhi paksi optik utama lebih banyak lagi (sejak apabila melepasi dari kaca ke udara).

Kanta biconcave menukarkan pancaran cahaya selari kepada pancaran mencapah (rajah 5) dan oleh itu dipanggil berselerak.

Penyimpangan sfera juga diperhatikan di sini: kesinambungan sinaran yang menyimpang tidak bersilang pada satu titik. Kami melihat bahawa semakin jauh rasuk tuju dari paksi optik utama, semakin dekat dengan kanta penerusan rasuk terbias melintasi paksi optik utama.

Seperti dalam kes kanta biconvex, penyimpangan sfera akan hampir tidak dapat dilihat untuk rasuk paraxial sempit (Rajah 6). Kesinambungan sinaran yang menyimpang dari kanta bersilang pada kira-kira satu titik - di fokus kanta .

Jika pancaran mencapah seperti itu memasuki mata kita, maka kita akan melihat titik bercahaya di belakang kanta! kenapa? Ingat bagaimana imej muncul cermin rata: otak kita mempunyai keupayaan untuk meneruskan sinaran menyimpang sehingga ia bersilang dan mencipta ilusi objek bercahaya di persimpangan (apa yang dipanggil imej khayalan). Ia adalah imej maya yang terletak pada fokus kanta yang akan kita lihat dalam kes ini.

Jenis kanta menumpu dan mencapah.

Kami mempertimbangkan dua kanta: kanta biconvex, yang menumpu, dan kanta biconcave, yang mencapah. Terdapat contoh lain kanta menumpu dan mencapah.

Satu set lengkap kanta menumpu ditunjukkan dalam Rajah. 7.

Sebagai tambahan kepada kanta biconvex yang kita ketahui, berikut adalah: plano-cembung kanta di mana salah satu permukaannya rata, dan cekung-cembung kanta yang menggabungkan permukaan sempadan cekung dan cembung. Perhatikan bahawa dalam kanta cekung-cembung, permukaan cembung lebih melengkung (jejari kelengkungannya lebih kecil); oleh itu, kesan penumpuan permukaan biasan cembung melebihi kesan serakan permukaan cekung, dan kanta secara keseluruhannya menumpu.

Semua kemungkinan kanta meresap ditunjukkan dalam Rajah. lapan.

Bersama-sama dengan kanta biconcave, kita lihat plano-cekung(salah satu permukaannya rata) dan cembung-cekung kanta. Permukaan cekung bagi kanta cembung-cembung lebih melengkung, supaya kesan serakan sempadan cekung mengatasi kesan penumpuan sempadan cembung, dan kanta secara keseluruhan adalah berbeza.

Cuba bina sendiri laluan sinar dalam jenis kanta yang belum kita pertimbangkan, dan pastikan ia benar-benar menumpu atau meresap. ia senaman yang hebat, dan tidak ada yang rumit di dalamnya - pembinaan yang sama seperti yang kami lakukan di atas!

Objektif Pelajaran: pembentukan idea tentang struktur mata dan mekanisme sistem optik mata; penjelasan tentang syarat struktur sistem optik mata oleh undang-undang fizik; membangunkan keupayaan untuk menganalisis fenomena yang dikaji; membina sikap prihatin terhadap kesihatan diri sendiri dan kesihatan orang lain.

peralatan: jadual "Organ penglihatan", model "Mata manusia"; kanta pengumpul cahaya, kanta dengan kelengkungan besar, kanta dengan kelengkungan kecil, sumber cahaya, kad tugas; di atas meja pelajar: kanta pengumpul cahaya, kanta meresap cahaya, skrin dengan slot, sumber cahaya, skrin.

SEMASA KELAS

cikgu biologi. Seseorang mempunyai sistem orientasi di dunia sekeliling - sistem deria, yang membantu bukan sahaja untuk mengemudi, tetapi juga untuk menyesuaikan diri dengan keadaan persekitaran yang berubah-ubah. Dalam pelajaran sebelumnya, anda mula membiasakan diri dengan struktur organ penglihatan. Mari kita lihat perkara ini. Untuk melakukan ini, anda mesti menyelesaikan tugas pada kad dan menjawab soalan.

Ulangkaji soalan

Mengapa seseorang memerlukan penglihatan?
Apakah organ yang melaksanakan fungsi ini?
- Di manakah terletaknya mata?
Namakan selaput mata dan fungsinya.
Namakan bahagian mata yang melindunginya daripada kecederaan.

Terdapat meja di atas papan Organ penglihatan", di atas meja guru - model "Mata Manusia". Selepas mengumpul kad yang mengandungi jawapan pelajar, guru biologi menyemak kesiapan mereka, bersama-sama pelajar, menamakan dan menunjukkan bahagian mata pada model dan poster.

Pelajar diberi kad kedua.

cikgu biologi. Berdasarkan pengetahuan struktur anatomi mata, namakan bahagian mata yang boleh melakukan fungsi optik.

(Pelajar, merujuk kepada model mata, membuat kesimpulan bahawa sistem optik mata terdiri daripada kornea, kanta, badan vitreous dan retina.)

cikgu fizik. Peranti optik manakah yang mengingatkan anda tentang kanta?

pelajar. Kanta biconvex.

cikgu fizik. Apakah jenis kanta yang anda masih tahu, dan apakah sifatnya?

pelajar. Kanta biconvex ialah kanta menumpu, i.e. Sinaran yang melalui kanta menumpu pada satu titik yang dipanggil fokus. Kanta biconcave ialah kanta mencapah, sinaran yang melalui kanta diserakkan sedemikian rupa sehingga kesinambungan sinaran terkumpul dalam fokus khayalan.

(Guru fizik melukis(nasi. satu) di papan tulis, dan pelajar dalam buku nota, laluan sinar dalam kanta pengumpulan dan penyebaran.)

nasi. 1. Laluan sinar dalam kanta menumpu dan mencapah (F - fokus)

cikgu fizik. Apakah rupa imej jika objek melebihi dua kali panjang fokus kanta menumpu?

(Pelajar melukis laluan sinar dalam buku nota mereka dalam kes ini (Gamb. 2) dan pastikan imej itu dikurangkan, nyata, songsang.)

nasi. 2. Pembinaan imej dalam kanta menumpu

Eksperimen hadapan

Pada setiap meja, pelajar mempunyai kanta menumpu dan mencapah, sumber arus, mentol lampu elektrik pada dirian, skrin dengan slot dalam bentuk huruf G, dan skrin.

Guru fizik menjemput pelajar untuk memilih biconvex, i.e. kanta penumpu dan sahkan secara eksperimen bahawa kanta penumpu memberikan imej terbalik. Pelajar memasang pemasangan (Gamb. 3) dan, menggerakkan kanta secara relatif kepada skrin, mencapai imej yang jelas bagi huruf terbalik G.

(Pelajar yakin dengan pengalaman bahawa imej adalah terbalik sebenar dan diperolehi dengan jelas pada skrin hanya pada lokasi tertentu skrin berbanding dengan kanta..)

nasi. 3. Skim pemasangan untuk menunjukkan laluan sinar dalam kanta menumpu

cikgu biologi. Sejak kanta, kornea dan badan vitreous- ini adalah kanta menumpu, maka sistem optik mata memberikan imej terbalik yang dikurangkan, dan kita harus melihat dunia terbalik. Apakah yang membolehkan anda melihat perkara secara terbalik?

pelajar. Penglihatan objek yang normal dan tidak terbalik adalah disebabkan oleh "terbalik" berulang di bahagian kortikal penganalisis visual.

cikgu biologi. Kami melihat objek dengan baik pada jarak yang berbeza. Ini disebabkan oleh otot yang melekat pada kanta dan, dengan mengecut, mengawal kelengkungannya.

cikgu fizik. Mari kita pertimbangkan secara eksperimen bagaimana sifat kanta berubah bergantung pada kelengkungannya. Semakin kecil jejari kelengkungan, semakin kecil Panjang fokus, - kanta sedemikian dipanggil kanta fokus pendek, kanta dengan kelengkungan kecil, i.e. dengan besar jejari kelengkungan, dipanggil fokus panjang (Rajah 4).

nasi. 4. Menukar sifat kanta bergantung pada kelengkungannya

cikgu biologi. Apabila melihat objek berhampiran, kanta mempunyai jejari kelengkungan yang dikurangkan dan bertindak sebagai kanta fokus pendek. Apabila melihat objek jauh, kanta mempunyai jejari kelengkungan yang meningkat dan bertindak sebagai kanta telefoto. Dalam kedua-dua kes, ini adalah perlu untuk memastikan imej sentiasa tertumpu pada retina. Keupayaan untuk melihat dengan jelas objek pada jarak yang berbeza disebabkan oleh perubahan kelengkungan kanta dipanggil akomodasi (pelajar menulis definisi dalam buku nota).

Terdapat penyelewengan dalam struktur mata atau dalam kerja kanta.

Dengan rabun, imej difokuskan di hadapan retina kerana kelengkungan kanta yang berlebihan atau pemanjangan paksi mata. Dengan rabun jauh, imej difokuskan di belakang retina kerana kelengkungan kanta yang tidak mencukupi atau paksi mata yang dipendekkan.

cikgu fizik. Kanta yang manakah diperlukan untuk membetulkan rabun dekat dan kanta yang manakah diperlukan untuk membetulkan rabun jauh?

pelajar. Rabun dekat ialah kanta mencapah, rabun jauh ialah kanta menumpu.

(Guru fizik, dengan menunjukkan pengalaman, secara eksperimen membuktikan kesahihan kesimpulan pelajar.)

cikgu biologi. Terdapat satu lagi penyelewengan dari norma dalam operasi sistem optik mata manusia adalah astigmatisme. Astigmatisme adalah ketidakmungkinan penumpuan semua sinar pada satu titik, pada satu fokus. Ini disebabkan oleh penyelewengan dalam kelengkungan kornea dari sfera. Kanta silinder digunakan untuk membetulkan astigmatisme.

kesimpulan

Pelajar, bersama dengan guru biologi, merumuskan peraturan asas kebersihan visual:

- melindungi mata daripada pengaruh mekanikal;
– baca di dalam bilik yang terang;
- pegang buku pada jarak tertentu (33–35 cm) dari mata;
- lampu harus jatuh di sebelah kiri;
- anda tidak boleh bersandar dekat dengan buku, kerana ini boleh membawa kepada perkembangan miopia;
- anda tidak boleh membaca dalam kenderaan yang bergerak, kerana. disebabkan oleh ketidakstabilan kedudukan buku, panjang fokus berubah sepanjang masa, yang membawa kepada perubahan dalam kelengkungan kanta, penurunan keanjalannya, akibatnya otot ciliary melemah dan penglihatan terganggu .

kanta biconvex

Kanta plano-cembung

Ciri-ciri kanta nipis

Bergantung pada borang, ada kolektif(positif) dan berselerak kanta (negatif). Kumpulan kanta menumpu biasanya termasuk kanta, di mana bahagian tengahnya lebih tebal daripada tepinya, dan kumpulan kanta pencapah adalah kanta, yang bahagian tepinya lebih tebal daripada bahagian tengah. Perlu diingatkan bahawa ini adalah benar hanya jika indeks biasan bahan kanta lebih besar daripada indeks biasan persekitaran. Jika indeks biasan kanta kurang, keadaan akan bertukar. Sebagai contoh, gelembung udara dalam air ialah kanta meresap biconvex.

Kanta dicirikan, sebagai peraturan, oleh kuasa optiknya (diukur dalam diopter), atau panjang fokus.

Untuk membina peranti optik dengan penyimpangan optik yang diperbetulkan (terutamanya kromatik, disebabkan oleh penyebaran cahaya, - akromat dan apokromat), sifat kanta lain / bahannya juga penting, contohnya, indeks biasan, pekali penyebaran, penghantaran bahan dalam bahan terpilih. julat optik.

Kadangkala sistem optik kanta/kanta (pembias) direka khusus untuk digunakan dalam media dengan indeks biasan yang agak tinggi (lihat mikroskop rendaman, cecair rendaman).

Jenis-jenis kanta:
Berkumpul:
1 - biconvex
2 - cembung rata
3 - cekung-cembung (meniskus positif)
berselerak:
4 - biconcave
5 - rata-cekung
6 - cembung-cekung (meniskus negatif)

Kanta cembung-cekung dipanggil meniskus dan boleh menjadi kolektif (menebal ke arah tengah) atau berselerak (menebal ke arah tepi). Meniskus, yang jejari permukaannya adalah sama, mempunyai kuasa optik, sifar(digunakan untuk pembetulan penyebaran atau sebagai kanta penutup). Jadi, kanta cermin mata rabun biasanya menisci negatif.

Sifat tersendiri bagi kanta menumpu ialah keupayaan untuk mengumpul kejadian sinar pada permukaannya pada satu titik yang terletak di sisi lain kanta.

Unsur-unsur utama kanta: NN - paksi optik utama - garis lurus yang melalui pusat permukaan sfera yang mengehadkan kanta; O - pusat optik - titik yang, untuk kanta biconvex atau biconcave (dengan jejari permukaan yang sama), terletak pada paksi optik di dalam kanta (di tengahnya).
Catatan. Laluan sinar ditunjukkan seperti dalam kanta ideal (rata), tanpa menunjukkan pembiasan pada sempadan fasa sebenar. Selain itu, imej kanta biconvex yang agak berlebihan ditunjukkan.

Jika titik bercahaya S diletakkan pada jarak yang agak jauh di hadapan kanta menumpu, maka pancaran cahaya yang diarahkan sepanjang paksi akan melalui kanta tanpa dibiaskan, dan sinar yang tidak melalui pusat akan dibiaskan ke arah optik. paksi dan bersilang di atasnya pada satu titik F, yang dan akan menjadi imej titik S. Titik ini dipanggil fokus konjugat, atau ringkasnya fokus.

Jika cahaya dari sumber yang sangat jauh jatuh pada kanta, sinar yang boleh diwakili sebagai bergerak dalam rasuk selari, maka apabila keluar dari kanta, sinar akan dibiaskan pada sudut yang lebih besar dan titik F akan bergerak pada optik. paksi lebih dekat dengan kanta. Di bawah keadaan ini, titik persilangan sinar yang muncul dari kanta dipanggil fokus utama F ', dan jarak dari pusat kanta ke fokus utama - panjang fokus utama.

Kejadian sinar pada kanta mencapah, apabila keluar darinya, akan dibiaskan ke arah tepi kanta, iaitu, ia akan bertaburan. Jika sinar ini berterusan ke arah terbalik seperti yang ditunjukkan dalam rajah dengan garis putus-putus, maka mereka akan menumpu pada satu titik F, yang akan menjadi fokus lensa ini. Fokus ini akan khayalan.

Fokus jelas bagi kanta mencapah

Apa yang telah diperkatakan tentang fokus pada paksi optik utama terpakai sama pada kes-kes tersebut apabila imej titik terletak pada paksi optik sekunder atau condong, iaitu, garisan yang melalui pusat kanta pada sudut ke utama. paksi optik. Satah berserenjang dengan paksi optik utama, terletak pada fokus utama kanta, dipanggil satah fokus utama, dan dalam fokus konjugat - hanya satah fokus.

Kanta pengumpul boleh diarahkan ke objek oleh mana-mana sisi, akibatnya sinaran yang melalui kanta boleh dikumpulkan dari satu atau sisi lainnya. Oleh itu, kanta mempunyai dua fokus - depan dan belakang. Ia terletak pada paksi optik pada kedua-dua belah kanta pada jarak fokus dari pusat kanta.

Pengimejan dengan kanta menumpu nipis

Apabila menerangkan ciri-ciri kanta, prinsip membina imej titik bercahaya pada fokus kanta telah dipertimbangkan. Insiden sinar pada kanta dari kiri melepasi fokus belakangnya, dan sinaran sinaran dari kanan melepasi fokus hadapan. Perlu diingatkan bahawa dalam kanta divergen, sebaliknya, fokus belakang terletak di hadapan lensa, dan yang depan berada di belakang.

Membina imej kanta objek yang mempunyai bentuk tertentu dan dimensi, diperoleh seperti berikut: katakan garis AB ialah objek yang terletak pada jarak tertentu dari kanta, jauh lebih besar daripada jarak fokusnya. Dari setiap titik objek melalui kanta akan melepasi bilangan sinar yang tidak terhitung, yang mana, untuk kejelasan, angka tersebut secara skematik menunjukkan perjalanan hanya tiga sinar.

Tiga sinar yang terpancar dari titik A akan melalui kanta dan bersilang pada titik lenyap masing-masing pada A 1 B 1 untuk membentuk imej. Imej yang terhasil ialah sah dan terbalik.

Dalam kes ini, imej diperoleh dalam fokus konjugat dalam beberapa satah fokus FF, agak jauh dari satah fokus utama F'F', melepasi selari dengannya melalui fokus utama.

Jika objek berada pada jarak tak terhingga dari kanta, maka imejnya diperolehi dalam fokus belakang kanta F ' sah, terbalik dan dikurangkan ke titik yang sama.

Jika objek dekat dengan kanta dan berada pada jarak lebih daripada dua kali panjang fokus kanta, maka imejnya akan sah, terbalik dan dikurangkan dan akan terletak di belakang fokus utama pada segmen antaranya dan panjang fokus berganda.

Jika objek diletakkan pada dua kali panjang fokus kanta, maka imej yang terhasil berada di sisi lain kanta pada dua kali panjang fokus daripadanya. Imej diperolehi sah, terbalik dan sama saiz subjek.

Jika objek diletakkan di antara fokus hadapan dan panjang fokus dua kali, maka imej akan diambil melebihi panjang fokus dua kali ganda dan akan sah, terbalik dan diperbesarkan.

Jika objek berada dalam satah fokus utama hadapan kanta, maka sinar, setelah melalui kanta, akan pergi selari, dan imej hanya boleh diperolehi pada infiniti.

Jika objek diletakkan pada jarak kurang daripada jarak fokus utama, maka sinar akan meninggalkan kanta dalam pancaran mencapah, tanpa bersilang di mana-mana. Ini menghasilkan imej khayalan, langsung dan diperbesarkan, iaitu, dalam kes ini, kanta berfungsi seperti kaca pembesar.

Adalah mudah untuk melihat bahawa apabila objek menghampiri dari infiniti ke fokus hadapan kanta, imej bergerak menjauhi fokus belakang, dan apabila objek mencapai satah fokus hadapan, ia ternyata berada dalam infiniti daripadanya.

Corak ini mempunyai sangat penting dalam latihan pelbagai jenis kerja fotografi, oleh itu, untuk menentukan hubungan antara jarak dari objek ke kanta dan dari kanta ke satah imej, adalah perlu untuk mengetahui yang utama. formula kanta.

Formula Kanta Nipis

Jarak dari titik objek ke pusat kanta dan dari titik imej ke pusat kanta dipanggil panjang fokus konjugat.

Kuantiti ini bergantung antara satu sama lain dan ditentukan oleh formula yang dipanggil formula kanta nipis :

di manakah jarak dari kanta ke objek; - jarak dari kanta ke imej; ialah jarak fokus utama kanta. Dalam kes kanta tebal, formula kekal tidak berubah dengan satu-satunya perbezaan bahawa jarak diukur bukan dari pusat kanta, tetapi dari satah utama.

Untuk mencari satu atau satu lagi kuantiti yang tidak diketahui dengan dua yang diketahui, persamaan berikut digunakan:

Perlu diingatkan bahawa tanda-tanda kuantiti u , v , f dipilih berdasarkan pertimbangan berikut - untuk imej sebenar daripada subjek sebenar dalam kanta menumpu - semua kuantiti ini adalah positif. Jika imej adalah khayalan - jarak kepadanya diambil negatif, jika objek adalah khayalan - jarak kepadanya adalah negatif, jika kanta adalah berbeza - jarak fokus adalah negatif.

Skala Imej

Skala imej () ialah nisbah dimensi linear imej kepada dimensi linear objek yang sepadan. Nisbah ini secara tidak langsung boleh dinyatakan sebagai pecahan , di manakah jarak dari kanta ke imej; ialah jarak dari kanta ke objek.

Di sini terdapat faktor pengurangan, iaitu nombor yang menunjukkan berapa kali dimensi linear imej adalah kurang daripada dimensi linear sebenar objek.

Dalam amalan pengiraan, adalah lebih mudah untuk menyatakan nisbah ini dalam sebutan atau , di manakah jarak fokus kanta.

Pengiraan jarak fokus dan kuasa optik kanta

Kanta adalah simetri, iaitu, ia mempunyai panjang fokus yang sama tanpa mengira arah cahaya - kiri atau kanan, yang, bagaimanapun, tidak terpakai kepada ciri-ciri lain, seperti penyimpangan, magnitud yang bergantung pada sisi mana kanta dipusingkan ke arah cahaya.

Gabungan Berbilang Kanta (Sistem Berpusat)

Kanta boleh digabungkan antara satu sama lain untuk membina sistem optik yang kompleks. Kuasa optik sistem dua kanta boleh didapati sebagai jumlah mudah kuasa optik setiap kanta (dengan syarat kedua-dua kanta boleh dianggap nipis dan ia terletak berdekatan antara satu sama lain pada paksi yang sama):

Jika kanta terletak pada jarak yang agak jauh antara satu sama lain dan paksinya bertepatan (sistem bilangan kanta yang sewenang-wenangnya dengan sifat ini dipanggil sistem berpusat), maka jumlah kuasa optik mereka boleh didapati dengan tahap ketepatan yang mencukupi daripada ungkapan berikut:

di manakah jarak antara satah utama kanta.

Kelemahan kanta mudah

Dalam peralatan fotografi moden, permintaan tinggi diletakkan pada kualiti imej.

Imej yang diberikan oleh kanta mudah, disebabkan oleh beberapa kekurangan, tidak memenuhi keperluan ini. Penghapusan kebanyakan kekurangan dicapai dengan pemilihan yang sesuai bagi beberapa kanta dalam sistem optik berpusat - objektif. Imej yang diambil dengan kanta mudah mempunyai pelbagai kelemahan. Kelemahan sistem optik dipanggil penyimpangan, yang dibahagikan kepada jenis berikut:

Penyimpangan geometri
Penyimpangan difraksi (penyimpangan ini disebabkan oleh unsur lain sistem optik, dan tiada kaitan dengan lensa itu sendiri).

Kanta dengan ciri khas

Kanta polimer organik

Kanta sentuh

kanta kuarza

Kaca kuarza - silika tulen cair semula dengan penambahan kecil (kira-kira 0.01%) Al 2 O 3 , CaO dan MgO. Ia dicirikan oleh kestabilan haba yang tinggi dan lengai kepada banyak bahan kimia kecuali asid hidrofluorik.

Pembiasan cahaya digunakan secara meluas dalam pelbagai instrumen optik: kamera, teropong, teleskop, mikroskop. . . Bahagian yang sangat diperlukan dan paling penting bagi peranti sedemikian ialah kanta.

Kanta ialah badan homogen telus optik yang dibatasi pada kedua-dua belah oleh dua permukaan sfera (atau satu sfera dan satu rata).

Kanta biasanya diperbuat daripada kaca atau plastik lutsinar khas. Bercakap mengenai bahan lensa, kami akan memanggilnya kaca, ini tidak memainkan peranan khas.

4.4.1 kanta biconvex

Pertimbangkan dahulu sebuah kanta yang dibatasi pada kedua-dua belah oleh dua permukaan sfera cembung (Rajah 4.16). Kanta sedemikian dipanggil kanta biconvex. Tugas kita sekarang adalah untuk memahami perjalanan sinar dalam kanta ini.

nasi. 4.16. Pembiasan dalam kanta biconvex

Situasi paling mudah ialah dengan rasuk bergerak sepanjang paksi optik utama paksi simetri kanta. Pada rajah. 4.16 sinar ini meninggalkan titik A0 . Paksi optik utama adalah berserenjang dengan kedua-dua permukaan sfera, jadi rasuk ini melalui kanta tanpa dibiaskan.

Sekarang mari kita ambil rasuk AB, berjalan selari dengan paksi optik utama. Pada titik B kejadian rasuk pada kanta, MN normal ke permukaan kanta dilukis; kerana rasuk melepasi dari udara ke kaca optik yang lebih tumpat, sudut biasan CBN adalah lebih kecil daripada sudut tuju ABM. Oleh itu, sinaran biasan BC menghampiri paksi optik utama.

Pada titik C rasuk keluar dari kanta, P Q biasa juga dilukis. Rasuk melewati ke udara optik kurang tumpat, jadi sudut biasan QCD adalah lebih besar daripada sudut tuju P CB; rasuk itu sekali lagi dibiaskan ke arah paksi optik utama dan melintasinya di titik D.

Oleh itu, sebarang sinar yang selari dengan paksi optik utama, selepas pembiasan dalam kanta, menghampiri paksi optik utama dan melintasinya. Pada rajah. 4.17 menunjukkan corak pembiasan pancaran cahaya yang cukup lebar selari dengan paksi optik utama.

nasi. 4.17. Penyimpangan sfera dalam kanta biconvex

Seperti yang anda lihat, pancaran cahaya yang luas tidak difokuskan oleh kanta: semakin jauh rasuk tuju dari paksi optik utama, semakin dekat dengan kanta ia melintasi paksi optik utama selepas pembiasan. Fenomena ini dipanggil penyimpangan sfera dan merujuk kepada kekurangan kanta, kerana kami masih ingin kanta mengurangkan pancaran sinar selari kepada satu titik5.

Pemfokusan yang sangat boleh diterima boleh dicapai dengan menggunakan pancaran cahaya sempit yang melintas berhampiran paksi optik utama. Kemudian penyimpangan sfera hampir tidak dapat dilihat pada rajah. 4.18.

nasi. 4.18. Memfokuskan rasuk sempit dengan kanta menumpu

Jelas dilihat bahawa rasuk sempit selari dengan paksi optik utama, selepas melalui kanta, dikumpulkan pada kira-kira satu titik F. Atas sebab ini, kanta kita dipanggil

mengumpul.

5 Pemfokusan rasuk lebar yang tepat adalah mungkin, tetapi untuk ini permukaan kanta mesti mempunyai bentuk yang lebih kompleks dan bukannya sfera. Mengisar kanta sedemikian memakan masa dan tidak praktikal. Lebih mudah untuk membuat kanta sfera dan menangani penyimpangan sfera yang muncul.

Dengan cara ini, penyimpangan dipanggil sfera dengan tepat kerana ia timbul akibat menggantikan kanta bukan sfera kompleks yang memfokus secara optimum dengan kanta sfera mudah.

Titik F dipanggil fokus kanta. Secara amnya, kanta mempunyai dua fokus yang terletak pada paksi optik utama di sebelah kanan dan kiri kanta. Jarak dari fokus ke kanta tidak semestinya sama antara satu sama lain, tetapi kita akan sentiasa menangani situasi di mana fokus terletak secara simetri berkenaan dengan kanta.

4.4.2 Kanta biconcave

Sekarang kita akan mempertimbangkan kanta yang sama sekali berbeza, dibatasi oleh dua permukaan sfera cekung (Rajah 4.19). Kanta sedemikian dipanggil kanta biconcave. Sama seperti di atas, kita akan mengesan laluan dua sinar, berpandukan hukum pembiasan.

nasi. 4.19. Pembiasan dalam kanta biconcave

Rasuk yang meninggalkan titik A0 dan pergi sepanjang paksi optik utama tidak dibiaskan kerana paksi optik utama, sebagai paksi simetri kanta, berserenjang dengan kedua-dua permukaan sfera.

Ray AB, selari dengan paksi optik utama, selepas pembiasan pertama mula bergerak menjauhinya (kerana apabila melalui udara ke kaca \CBN< \ABM), а после второго преломления удаляется от главной оптической оси ещё сильнее (так как при переходе из стекла в воздух \QCD >\PCB). Kanta biconcave menukarkan rasuk cahaya selari kepada rasuk mencapah (Rajah 4.20) dan oleh itu dipanggil mencapah.

nasi. 4.20. Penyimpangan sfera dalam kanta biconcave

Seperti dalam kes kanta biconvex, penyimpangan sfera akan hampir tidak dapat dilihat untuk rasuk paraxial sempit (Rajah 4.21). Sambungan sinaran yang menyimpang daripada kanta bersilang pada kira-kira satu titik pada fokus kanta F.

nasi. 4.21. Pembiasan rasuk sempit dalam kanta mencapah

Jika pancaran mencapah seperti itu memasuki mata kita, maka kita akan melihat titik bercahaya di belakang kanta! kenapa? Ingat bagaimana imej muncul dalam cermin rata: otak kita mempunyai keupayaan untuk meneruskan sinaran menyimpang sehingga ia bersilang dan mencipta ilusi objek bercahaya di persimpangan (yang dipanggil imej khayalan). Ia adalah imej maya yang terletak pada fokus kanta yang akan kita lihat dalam kes ini.

Sebagai tambahan kepada kanta biconvex yang diketahui oleh kami, berikut ditunjukkan: kanta plano-cembung, di mana salah satu permukaannya rata, dan kanta cekung-cembung, menggabungkan permukaan sempadan cekung dan cembung. Perhatikan bahawa dalam kanta cekung-cembung, permukaan cembung lebih melengkung (jejari kelengkungannya lebih kecil); oleh itu, kesan penumpuan permukaan biasan cembung melebihi kesan serakan permukaan cekung, dan kanta secara keseluruhannya menumpu.

Semua kemungkinan kanta meresap ditunjukkan dalam Rajah. 4.23.

nasi. 4.23. Kanta divergen

Bersama-sama dengan kanta biconcave, kita melihat plano-concave (salah satu permukaannya rata) dan kanta convex-concave. Permukaan cekung bagi kanta cembung-cembung lebih melengkung, supaya kesan serakan sempadan cekung mengatasi kesan penumpuan sempadan cembung, dan kanta secara keseluruhan adalah berbeza.

Cuba bina sendiri laluan sinar dalam jenis kanta yang belum kita pertimbangkan, dan pastikan ia benar-benar menumpu atau meresap. Ini adalah latihan yang hebat, dan tidak ada yang sukar di dalamnya sama seperti pembinaan yang kami lakukan di atas!