Anong kondisyon ang tinutulungan ng biconvex lens? Optical system ng mata

Sino ang hindi nakakaalam ng karaniwang magnifying glass, katulad ng isang butil ng lentil. Kung ang gayong baso - tinatawag din itong biconvex lens - ay inilalagay sa pagitan ng isang bagay at ng mata, kung gayon ang imahe ng bagay ay tila pinalaki ng maraming beses sa nagmamasid.

Ano ang sikreto ng gayong pagtaas? Paano ipaliwanag na ang mga bagay, kapag tiningnan sa pamamagitan ng isang biconvex lens, ay tila sa amin ay mas malaki kaysa sa kanilang aktwal na sukat?

Upang maunawaan nang mabuti ang sanhi ng hindi pangkaraniwang bagay na ito, dapat nating tandaan kung paano lumaganap ang mga sinag ng liwanag.

Ang araw-araw na mga obserbasyon ay nakakumbinsi sa atin na ang liwanag ay naglalakbay sa isang tuwid na linya. Tandaan, halimbawa, kung paano kung minsan ang araw, na nakatago ng mga ulap, ay tinutusok sila ng direkta, malinaw na nakikitang mga sinag ng mga sinag.

Ngunit ang mga sinag ng liwanag ay palaging tuwid? Hindi naman pala palagi.

Gawin, halimbawa, ang gayong eksperimento.

Sa shutter na mahigpit na tumatakip sa bintana ng iyong silid, gawin ang Fig. 6< прямолинейный

Maliit na butas. Isang sinag ng liwanag, isang sinag ng liwanag, tumatama sa isa pa -

Nang dumaan sa butas na ito, "Dumaan ako sa kapaligiran - Sa tubig, MULA -

Gumuhit "sa isang madilim na silid nang direkta - binabago ang direksyon nito,

G "at ang 1 ay repraksyon,

Linear na bakas. Ngunit ilagay sa

Ang landas ng sinag sa isang banga ng tubig, at makikita mo na ang sinag, na tumama sa tubig, ay magbabago sa direksyon nito, o, tulad ng sinasabi nila, "refract" (Larawan 6).

Kaya, ang repraksyon ng mga sinag ng liwanag ay maaaring maobserbahan kapag pumasok sila sa isa pang daluyan. Kaya, hangga't ang mga sinag ay nasa hangin, sila ay rectilinear. Ngunit sa sandaling ang ilang iba pang daluyan, tulad ng tubig, ay nakatagpo sa kanilang landas, ang liwanag ay na-refracted.

Ito ang parehong repraksyon na nararanasan ng isang sinag ng liwanag sa kaso kapag ito ay dumaan sa isang biconvex na magnifying glass. Sa kasong ito, ang lens ay nangongolekta ng mga light ray
sa isang makitid na matulis na sinag (ito, sa pamamagitan ng paraan, ay nagpapaliwanag ng katotohanan na sa tulong ng isang magnifying glass na nangongolekta ng mga sinag ng liwanag sa isang makitid na sinag, maaari mong sunugin ang mga sigarilyo, papel, atbp. sa araw).

Ngunit bakit pinalaki ng lens ang imahe ng isang bagay?

Narito kung bakit. Tumingin gamit ang mata sa isang bagay, tulad ng isang dahon ng isang puno. Ang mga sinag ng liwanag ay tumalbog sa dahon at nagtatagpo sa iyong mata. Ngayon maglagay ng biconvex lens sa pagitan ng mata at ng dahon. Ang mga liwanag na sinag na dumadaan sa lens ay ire-refract (Larawan 7). Gayunpaman, hindi sila mukhang sira sa mata ng tao. Nararamdaman pa rin ng nagmamasid ang tuwid ng mga sinag ng liwanag. Tila ipagpatuloy ang mga ito nang higit pa, lampas sa lens (tingnan ang mga tuldok na linya sa Fig. 7), at ang bagay na naobserbahan sa pamamagitan ng biconvex lens ay tila pinalaki sa nagmamasid!

Buweno, ano ang mangyayari kung ang mga sinag ng liwanag, sa halip na mahulog sa mata ng nagmamasid, ay magpatuloy

mas malayo? Pagkatapos tumawid sa isang punto, na tinatawag na pokus ng lens, ang mga sinag ay muling maghihiwalay. Kung maglalagay tayo ng salamin sa kanilang daan, makikita natin dito ang isang pinalaki na imahe ng parehong sheet (Larawan 8). Gayunpaman, ipapakita nito ang sarili nito sa atin sa isang baligtad na anyo. At ito ay lubos na nauunawaan. Pagkatapos ng lahat, pagkatapos tumawid sa pokus ng lens, ang mga sinag ng liwanag ay lalakad pa sa parehong rectilinear na direksyon. yeste

Malinaw na sa kasong ito ang mga sinag mula sa tuktok ng sheet ay nakadirekta pababa, at ang mga sinag na nagmumula sa base nito ay makikita sa itaas na bahagi ng salamin.

Ang pag-aari na ito ng isang biconvex lens - ang kakayahang mangolekta ng mga sinag ng liwanag sa isang punto - ay ginagamit sa isang photographic apparatus.

GAMITIN ang mga paksa ng codifier: mga lente

Ang repraksyon ng liwanag ay malawakang ginagamit sa iba't-ibang mga optical na instrumento: mga kamera, binocular, teleskopyo, mikroskopyo. . . Ang isang kailangang-kailangan at pinakamahalagang bahagi ng naturang mga aparato ay ang lens.

Lens - ito ay isang optically transparent homogenous body, na nakatali sa magkabilang panig ng dalawang spherical (o isang spherical at isang flat) na ibabaw.

Ang mga lente ay karaniwang gawa sa salamin o mga espesyal na transparent na plastik. Sa pagsasalita tungkol sa materyal ng lens, tatawagin natin itong salamin - hindi ito gumaganap ng isang espesyal na papel.

Biconvex lens.

Isaalang-alang muna ang isang lens na nakatali sa magkabilang panig ng dalawang matambok na spherical na ibabaw (Larawan 1). Ang nasabing lens ay tinatawag biconvex. Ang aming gawain ngayon ay upang maunawaan ang kurso ng mga sinag sa lens na ito.

Ang pinakamadaling paraan ay kasama ang isang sinag pangunahing optical axis- mga axes ng simetrya ng lens. Sa fig. 1 ang sinag na ito ay umalis sa punto. Ang pangunahing optical axis ay patayo sa parehong spherical na ibabaw, kaya ang sinag na ito ay dumadaan sa lens nang hindi na-refract.

Ngayon ay kumuha tayo ng isang sinag na tumatakbo parallel sa pangunahing optical axis. Sa punto ng pagkahulog
ang sinag sa lens ay iginuhit nang normal sa ibabaw ng lens; habang ang sinag ay dumadaan mula sa hangin patungo sa optically denser na salamin, ang anggulo ng repraksyon ay mas mababa kaysa sa anggulo ng saklaw. Dahil dito, ang refracted beam ay lumalapit sa pangunahing optical axis.

Ang isang normal ay iginuhit din sa punto kung saan lumabas ang sinag sa lens. Ang sinag ay pumasa sa optically mas mababa siksik na hangin, kaya ang anggulo ng repraksyon ay mas malaki kaysa sa anggulo ng saklaw; Ray
nagre-refract muli patungo sa pangunahing optical axis at nagsalubong dito sa punto.

Kaya, ang anumang ray na kahanay sa pangunahing optical axis, pagkatapos ng repraksyon sa lens, ay lumalapit sa pangunahing optical axis at tumatawid dito. Sa fig. 2 ay nagpapakita na ang pattern ng repraksyon ay sapat na malawak light beam parallel sa pangunahing optical axis.

Tulad ng nakikita mo, isang malawak na sinag ng liwanag hindi nakatutok lens: mas malayo sa pangunahing optical axis ang incident beam ay matatagpuan, mas malapit sa lens ito tumatawid sa pangunahing optical axis pagkatapos ng repraksyon. Ang kababalaghang ito ay tinatawag spherical aberration at tumutukoy sa mga disadvantages ng mga lente - pagkatapos ng lahat, gusto ko pa ring bawasan ng lens ang isang parallel beam ng ray sa isang punto.

Ang isang napaka-katanggap-tanggap na pokus ay maaaring makamit gamit ang makitid isang light beam na dumadaan malapit sa pangunahing optical axis. Pagkatapos spherical aberration halos hindi mahahalata - tingnan ang fig. 3 .

Malinaw na nakikita na ang isang makitid na sinag na kahanay sa pangunahing optical axis ay nakolekta sa humigit-kumulang isang punto pagkatapos na dumaan sa lens. Para sa kadahilanang ito, ang aming lens ay tinatawag pagkolekta.

Ang punto ay tinatawag na pokus ng lens. Sa pangkalahatan, ang isang lens ay may dalawang foci na matatagpuan sa pangunahing optical axis sa kanan at kaliwa ng lens. Ang mga distansya mula sa foci hanggang sa lens ay hindi kinakailangang pantay sa isa't isa, ngunit palagi nating haharapin ang mga sitwasyon kung saan ang foci ay matatagpuan sa simetriko na may kinalaman sa lens.

Biconcave lens.

Ngayon ay isasaalang-alang natin ang isang ganap na magkaibang lens, na limitado ng dalawa malukong spherical surface (Larawan 4). Ang nasabing lens ay tinatawag biconcave. Tulad ng nasa itaas, susubaybayan natin ang takbo ng dalawang sinag, na ginagabayan ng batas ng repraksyon.

Ang sinag na umaalis sa punto at dumaan sa pangunahing optical axis ay hindi na-refracted - pagkatapos ng lahat, ang pangunahing optical axis, bilang ang axis ng symmetry ng lens, ay patayo sa parehong spherical surface.

Ang sinag na kahanay sa pangunahing optical axis, pagkatapos ng unang repraksyon, ay nagsisimulang lumayo mula rito (mula noong dumadaan mula sa hangin patungo sa salamin), at pagkatapos ng pangalawang repraksyon, mas lumalayo ito mula sa pangunahing optical axis (mula noong pumasa mula sa salamin sa hangin).

Ang isang biconcave lens ay nagko-convert ng isang parallel beam ng liwanag sa isang divergent beam (fig. 5) at samakatuwid ay tinatawag na nakakalat.

Ang spherical aberration ay sinusunod din dito: ang mga pagpapatuloy ng diverging rays ay hindi nagsalubong sa isang punto. Nakikita namin na mas malayo ang sinag ng insidente mula sa pangunahing optical axis, mas malapit sa lens ang pagpapatuloy ng refracted beam ay tumatawid sa pangunahing optical axis.

Tulad ng kaso ng isang biconvex lens, ang spherical aberration ay halos hindi mahahalata para sa isang makitid na paraxial beam (Larawan 6). Ang mga pagpapatuloy ng mga sinag na diverging mula sa lens ay bumalandra sa humigit-kumulang isang punto - sa focus mga lente.

Kung ang gayong divergent beam ay pumasok sa ating mata, makikita natin ang isang maliwanag na punto sa likod ng lens! Bakit? Alalahanin kung paano lumilitaw ang isang imahe patag na salamin: ang ating utak ay may kakayahang magpatuloy sa pag-iiba ng mga sinag hanggang sa magsalubong ang mga ito at lumikha ng ilusyon ng isang makinang na bagay sa intersection (ang tinatawag na haka-haka na imahe). Ito ay tiyak na tulad ng isang virtual na imahe na matatagpuan sa pokus ng lens na makikita natin sa kasong ito.

Mga uri ng converging at diverging lens.

Isinaalang-alang namin ang dalawang lens: isang biconvex lens, na nagtatagpo, at isang biconcave lens, na divergent. Mayroong iba pang mga halimbawa ng converging at diverging lens.

Ang isang kumpletong hanay ng mga converging lens ay ipinapakita sa Fig. 7.

Bilang karagdagan sa biconvex lens na alam natin, narito ang: plano-matambok isang lens kung saan ang isa sa mga ibabaw ay patag, at malukong-matambok isang lens na pinagsasama ang malukong at matambok na hangganang ibabaw. Tandaan na sa isang concave-convex lens, ang convex surface ay mas hubog (mas maliit ang radius ng curvature nito); samakatuwid, ang converging effect ng convex refractive surface ay mas malaki kaysa sa scattering effect ng concave surface, at ang lens sa kabuuan ay converging.

Ang lahat ng posibleng diffusing lens ay ipinapakita sa Fig. walo .

Kasama ang biconcave lens, nakikita natin plano-malukong(isa sa mga ibabaw na kung saan ay patag) at matambok-malukong lente. Ang malukong ibabaw ng convex-concave lens ay mas kurbado, kaya ang scattering effect ng concave boundary ay nananaig sa converging effect ng convex boundary, at ang lens sa kabuuan ay divergent.

Subukang bumuo ng landas ng mga sinag sa iyong sarili sa mga uri ng mga lente na hindi namin isinasaalang-alang, at siguraduhin na ang mga ito ay talagang nagtatagpo o nagkakalat. ito mahusay na ehersisyo, at walang kumplikado dito - eksakto ang parehong mga konstruksyon na ginawa namin sa itaas!

Layunin ng Aralin: pagbuo ng mga ideya tungkol sa istraktura ng mata at ang mga mekanismo ng optical system ng mata; pagpapaliwanag ng kondisyon ng istraktura ng optical system ng mata sa pamamagitan ng mga batas ng pisika; pagbuo ng kakayahang pag-aralan ang mga pinag-aralan na phenomena; pagbuo ng mapagmalasakit na saloobin sa sariling kalusugan at kalusugan ng iba.

Kagamitan: talahanayan "Organ ng pangitain", modelo "mata ng tao"; light-collecting lens, lens na may malaking curvature, lens na may maliit na curvature, light source, task card; sa mga talahanayan ng mga mag-aaral: isang light-collecting lens, isang light-diffusing lens, isang screen na may slot, isang light source, isang screen.

SA PANAHON NG MGA KLASE

Guro ng biology. Ang isang tao ay may sistema ng oryentasyon sa nakapaligid na mundo - sistemang pandama, na tumutulong hindi lamang sa pag-navigate, ngunit din upang umangkop sa pagbabago ng mga kondisyon sa kapaligiran. Sa nakaraang aralin, nagsimula kang maging pamilyar sa istraktura ng organ ng pangitain. Tingnan natin ang bagay na ito. Upang gawin ito, dapat mong kumpletuhin ang gawain sa card at sagutin ang mga tanong.

Suriin ang mga tanong

Bakit kailangan ng isang tao ang pangitain?
Anong organ ang gumaganap ng function na ito?
- Saan matatagpuan ang mata?
Pangalanan ang mga lamad ng mata at ang kanilang mga pag-andar.
Pangalanan ang mga bahagi ng mata na nagpoprotekta dito mula sa pinsala.

May table sa board Organ ng pangitain”, sa mesa ng guro - isang modelo ng "Mata ng Tao". Pagkatapos kolektahin ang mga card na may mga sagot ng mga mag-aaral, ang guro ng biology ay susuriin ang kanilang pagkumpleto, kasama ang mga mag-aaral, pinangalanan at ipinapakita ang mga bahagi ng mata sa modelo at poster.

Ang mga mag-aaral ay binibigyan ng pangalawang card.

Guro ng biology. Batay sa kaalaman anatomikal na istraktura mata, pangalanan kung aling mga bahagi ng mata ang maaaring gumanap ng optical function.

(Ang mga mag-aaral, na tumutukoy sa modelo ng mata, ay dumating sa konklusyon na ang optical system ng mata ay binubuo ng cornea, lens, vitreous body at retina.)

Guro sa pisika. Aling optical device ang nagpapaalala sa iyo ng isang lens?

Mga mag-aaral. Biconvex lens.

Guro sa pisika. Anong mga uri ng lente ang alam mo pa, at ano ang mga katangian ng mga ito?

Mga mag-aaral. Ang biconvex lens ay isang converging lens, i.e. Ang mga sinag na dumadaan sa isang lens ay nagtatagpo sa isang puntong tinatawag na focus. Ang biconcave lens ay isang diverging lens, ang mga sinag na dumadaan sa lens ay nakakalat sa paraang ang pagpapatuloy ng mga sinag ay nakolekta sa isang haka-haka na pokus.

(Gumuguhit ang guro sa pisika(kanin. isa) sa pisara, at mga mag-aaral sa kuwaderno, ang landas ng mga sinag sa pagkolekta at pagkakalat ng lente.)

kanin. 1. Ray path sa converging at diverging lens (F - focus)

Guro sa pisika. Ano ang magiging hitsura ng imahe kung ang bagay ay lampas sa dalawang beses sa focal length ng converging lens?

(Ang mga mag-aaral ay gumuhit ng landas ng mga sinag sa kanilang mga notebook sa kasong ito (Larawan 2) at siguraduhin na ang imahe ay nabawasan, totoo, baligtad.)

kanin. 2. Konstruksyon ng imahe sa isang converging lens

Pangharap na eksperimento

Sa bawat mesa, ang mga mag-aaral ay may converging at divergent lens, isang kasalukuyang pinagmumulan, isang electric light bulb sa isang stand, isang screen na may puwang sa hugis ng letrang G, at isang screen.

Inaanyayahan ng guro ng pisika ang mga mag-aaral na pumili ng isang biconvex, i.e. converging lens at i-verify sa eksperimento na ang converging lens ay nagbibigay ng baligtad na imahe. Binubuo ng mga mag-aaral ang pag-install (Larawan 3) at, inilipat ang lens na may kaugnayan sa screen, makamit ang isang malinaw na imahe ng baligtad na titik G.

(Ang mga mag-aaral ay kumbinsido sa pamamagitan ng karanasan na ang imahe ay tunay na baligtad at malinaw na nakuha sa screen lamang sa isang tiyak na lokasyon ng screen na may kaugnayan sa lens..)

kanin. 3. Pag-install ng scheme para sa pagpapakita ng landas ng mga sinag sa isang converging lens

Guro ng biology. Dahil ang lens, cornea at vitreous na katawan- ito ay isang converging lens, pagkatapos ay ang optical system ng mata ay nagbibigay ng isang baligtad na pinababang imahe, at dapat nating makita ang mundo na baligtad. Ano ang nagpapahintulot sa iyo na makita ang mga bagay na baligtad?

Mga mag-aaral. Normal, at hindi baligtad, ang paningin ng mga bagay ay dahil sa kanilang paulit-ulit na "pagtalikod" sa cortical section ng visual analyzer.

Guro ng biology. Nakikita natin nang maayos ang mga bagay sa iba't ibang distansya. Ito ay dahil sa mga kalamnan na nakakabit sa lens at, sa pamamagitan ng pagkontrata, kinokontrol ang kurbada nito.

Guro sa pisika. Isaalang-alang natin sa eksperimento kung paano nagbabago ang mga katangian ng isang lens depende sa kurbada nito. Ang mas maliit ang radius ng curvature, mas maliit Focal length, - ang mga naturang lens ay tinatawag na mga short-focus lens, mga lente na may maliit na curvature, i.e. na may malaki radius ng curvature, ay tinatawag na long-focus (Fig. 4).

kanin. 4. Pagbabago ng mga katangian ng isang lens depende sa kurbada nito

Guro ng biology. Kapag tumitingin sa mga kalapit na bagay, ang lens ay may pinababang radius ng curvature at gumaganap bilang isang maikling focus lens. Kapag tumitingin ng malalayong bagay, ang lens ay may tumaas na radius ng curvature at gumaganap bilang telephoto lens. Sa parehong mga kaso, ito ay kinakailangan upang matiyak na ang imahe ay palaging nakatutok sa retina. Ang kakayahang malinaw na makakita ng mga bagay sa iba't ibang distansya dahil sa pagbabago sa kurbada ng lens ay tinatawag na akomodasyon (isulat ng mga mag-aaral ang kahulugan sa isang kuwaderno).

May mga paglihis sa istraktura ng mata o sa gawain ng lens.

Sa myopia, ang imahe ay nakatutok sa harap ng retina dahil sa sobrang kurbada ng lens o pagpahaba ng axis ng mata. Sa farsightedness, ang imahe ay nakatutok sa likod ng retina dahil sa hindi sapat na curvature ng lens o isang pinaikling axis ng mata.

Guro sa pisika. Aling mga lente ang kailangan para itama ang nearsightedness at aling mga lente ang kailangan para itama ang farsightedness?

Mga mag-aaral. Ang Nearsightedness ay isang diverging lens, ang farsightedness ay isang converging lens.

(Ang guro ng pisika, sa pamamagitan ng pagpapakita ng karanasan, ay eksperimento na nagpapatunay sa bisa ng mga konklusyon ng mga mag-aaral.)

Guro ng biology. May isa pang paglihis mula sa pamantayan sa pagpapatakbo ng optical system mata ng tao ay astigmatism. Ang astigmatism ay ang imposibilidad ng convergence ng lahat ng ray sa isang punto, sa isang focus. Ito ay dahil sa mga deviations sa curvature ng cornea mula sa spherical. Ang mga cylindrical lens ay ginagamit upang iwasto ang astigmatism.

mga konklusyon

Ang mga mag-aaral, kasama ang isang guro ng biology, ay bumalangkas ng mga pangunahing patakaran ng visual na kalinisan:

- protektahan ang mga mata mula sa mga mekanikal na impluwensya;
– magbasa sa isang maliwanag na silid;
- hawakan ang libro sa isang tiyak na distansya (33-35 cm) mula sa mga mata;
- ang ilaw ay dapat mahulog sa kaliwa;
- hindi ka maaaring sumandal malapit sa libro, dahil ito ay maaaring humantong sa pag-unlad ng myopia;
- hindi mo maaaring basahin sa isang gumagalaw na sasakyan, dahil. dahil sa kawalang-tatag ng posisyon ng libro, ang haba ng focal ay nagbabago sa lahat ng oras, na humahantong sa isang pagbabago sa kurbada ng lens, isang pagbawas sa pagkalastiko nito, bilang isang resulta kung saan ang ciliary na kalamnan ay humina at may kapansanan sa paningin. .

biconvex lens

Plano-convex lens

Mga katangian ng manipis na lente

Depende sa mga form, mayroon sama-sama(positibo) at nakakalat(negatibong) mga lente. Ang grupo ng mga converging lens ay kadalasang kinabibilangan ng mga lens, kung saan ang gitna ay mas makapal kaysa sa kanilang mga gilid, at ang grupo ng mga diverging lens ay mga lens, ang mga gilid nito ay mas makapal kaysa sa gitna. Dapat tandaan na ito ay totoo lamang kung ang refractive index ng materyal ng lens ay mas malaki kaysa sa kapaligiran. Kung ang refractive index ng lens ay mas mababa, ang sitwasyon ay mababaligtad. Halimbawa, ang bula ng hangin sa tubig ay isang biconvex diffusing lens.

Ang mga lente ay nailalarawan, bilang panuntunan, sa pamamagitan ng kanilang optical power (sinusukat sa diopters), o focal length.

Upang makabuo ng mga optical device na may naitama na optical aberration (pangunahing chromatic, dahil sa light dispersion, - achromats at apochromats), ang iba pang mga katangian ng mga lente / kanilang mga materyales ay mahalaga din, halimbawa, refractive index, dispersion coefficient, transmittance ng materyal sa napiling optical range.

Minsan ang mga lens/lens optical system (refractors) ay partikular na idinisenyo para gamitin sa media na may medyo mataas na refractive index (tingnan ang immersion microscope, immersion liquids).

Mga uri ng lens:
Pagtitipon:
1 - biconvex
2 - flat-convex
3 - concave-convex (positibong meniscus)
Nagkalat:
4 - biconcave
5 - flat-concave
6 - convex-concave (negatibong meniscus)

Ang isang convex-concave lens ay tinatawag meniskus at maaaring kolektibo (tumipot patungo sa gitna) o scattering (tumipot patungo sa mga gilid). Ang meniscus, na ang ibabaw na radii ay pantay, ay may optical power, sero(ginagamit para sa dispersion correction o bilang isang cover lens). Kaya, ang mga lente ng myopic na salamin ay karaniwang negatibong menisci.

Ang isang natatanging katangian ng isang converging lens ay ang kakayahang mangolekta ng mga sinag na insidente sa ibabaw nito sa isang punto na matatagpuan sa kabilang panig ng lens.

Ang mga pangunahing elemento ng lens: NN - ang pangunahing optical axis - isang tuwid na linya na dumadaan sa mga sentro ng spherical surface na naglilimita sa lens; O - optical center - isang punto na, para sa biconvex o biconcave (na may parehong surface radii) lens, ay matatagpuan sa optical axis sa loob ng lens (sa gitna nito).
Tandaan. Ang landas ng mga sinag ay ipinapakita tulad ng sa isang idealized (flat) lens, nang hindi nagpapahiwatig ng repraksyon sa tunay na hangganan ng bahagi. Bukod pa rito, ipinapakita ang isang medyo pinalaking larawan ng isang biconvex lens.

Kung ang isang maliwanag na puntong S ay inilagay sa ilang distansya sa harap ng nagtatagpo na lens, kung gayon ang isang sinag ng liwanag na nakadirekta sa axis ay dadaan sa lens nang hindi na-refract, at ang mga sinag na hindi dumaan sa gitna ay ire-refracte patungo sa optical. axis at bumalandra dito sa isang punto F, na magiging imahe ng punto S. Ang puntong ito ay tinatawag na conjugate focus, o simpleng focus.

Kung ang liwanag mula sa isang napakalayo na pinagmumulan ay bumagsak sa lens, ang mga sinag nito ay maaaring ilarawan bilang naglalakbay sa isang parallel beam, pagkatapos ay sa paglabas ng lens, ang mga sinag ay ire-refracte sa mas malaking anggulo at ang punto F ay lilipat sa optical. axis na mas malapit sa lens. Sa ilalim ng mga kondisyong ito, ang punto ng intersection ng mga sinag na umuusbong mula sa lens ay tinatawag pangunahing pokus F ', at ang distansya mula sa gitna ng lens hanggang sa pangunahing pokus - ang pangunahing haba ng focal.

Ang insidente ng ray sa isang diverging lens, sa paglabas nito, ay ire-refracte patungo sa mga gilid ng lens, iyon ay, sila ay makakalat. Kung magpapatuloy ang mga sinag na ito sa magkasalungat na daan tulad ng ipinapakita sa figure sa pamamagitan ng isang may tuldok na linya, pagkatapos ay magtatagpo sila sa isang punto F, na magiging focus ang lens na ito. Ang pokus na ito ay haka-haka.

Maliwanag na pokus ng isang diverging lens

Ang nasabi tungkol sa pagtutok sa pangunahing optical axis ay nalalapat nang pantay-pantay sa mga kasong iyon kapag ang imahe ng isang punto ay matatagpuan sa isang pangalawa o hilig na optical axis, ibig sabihin, isang linya na dumadaan sa gitna ng lens sa isang anggulo sa pangunahing optical axis. Ang eroplano na patayo sa pangunahing optical axis, na matatagpuan sa pangunahing pokus ng lens, ay tinatawag pangunahing focal plane, at sa conjugate focus - lang Focal plane.

Ang pagkolekta ng mga lente ay maaaring idirekta sa bagay sa magkabilang panig, bilang isang resulta kung saan ang mga sinag na dumadaan sa lens ay maaaring makolekta mula sa isa o sa kabilang panig nito. Kaya, ang lens ay may dalawang foci - harap at likuran. Matatagpuan ang mga ito sa optical axis sa magkabilang panig ng lens sa focal length mula sa gitna ng lens.

Imaging na may manipis na converging lens

Kapag inilalarawan ang mga katangian ng mga lente, ang prinsipyo ng pagbuo ng isang imahe ng isang maliwanag na punto sa pokus ng lens ay isinasaalang-alang. Ang insidente ng sinag sa lens mula sa kaliwa ay dumadaan sa back focus nito, at ang insidente ng sinag mula sa kanan ay dumadaan sa front focus. Dapat pansinin na sa magkakaibang mga lente, sa kabaligtaran, ang back focus ay matatagpuan sa harap ng lens, at ang harap ay nasa likod.

Pagbuo ng larawan ng lens ng mga bagay na mayroon tiyak na anyo at mga sukat, ay nakuha bilang mga sumusunod: sabihin nating ang linya AB ay isang bagay na matatagpuan sa ilang distansya mula sa lens, na mas malaki kaysa sa focal length nito. Mula sa bawat punto ng bagay sa pamamagitan ng lens ay magpapasa ng isang hindi mabilang na bilang ng mga sinag, kung saan, para sa kalinawan, ang figure ay nagpapakita ng eskematiko ng kurso ng tatlong ray lamang.

Ang tatlong sinag na nagmumula sa punto A ay dadaan sa lens at mag-intersect sa kani-kanilang mga nawawalang punto sa A 1 B 1 upang bumuo ng isang imahe. Ang resultang imahe ay wasto at baliktad.

Sa kasong ito, ang imahe ay nakuha sa conjugate focus sa ilang focal plane FF, medyo malayo sa pangunahing focal plane F'F', na dumadaan parallel dito sa pangunahing focus.

Kung ang bagay ay nasa isang walang katapusang distansya mula sa lens, kung gayon ang imahe nito ay nakuha sa back focus ng lens F ' wasto, baliktad at nabawasan sa isang katulad na punto.

Kung ang isang bagay ay malapit sa lens at nasa layo na higit sa dalawang beses ang focal length ng lens, ang imahe nito ay magiging wasto, baliktad at nabawasan at matatagpuan sa likod ng pangunahing focus sa segment sa pagitan nito at ng double focal length.

Kung ang isang bagay ay nakalagay sa dalawang beses ang focal length ng lens, ang resultang imahe ay nasa kabilang panig ng lens sa dalawang beses ang focal length mula dito. Ang imahe ay nakuha wasto, baliktad at pantay ang sukat paksa.

Kung ang isang bagay ay inilagay sa pagitan ng front focus at double focal length, ang imahe ay kukunin nang higit pa sa double focal length at magiging wasto, baliktad at pinalaki.

Kung ang bagay ay nasa eroplano ng harap na pangunahing pokus ng lens, kung gayon ang mga sinag, na dumaan sa lens, ay magkakatulad, at ang imahe ay makukuha lamang sa kawalang-hanggan.

Kung ang isang bagay ay inilagay sa layo na mas mababa kaysa sa pangunahing focal length, pagkatapos ay iiwan ng mga sinag ang lens sa isang divergent beam, nang walang intersecting kahit saan. Nagreresulta ito sa isang imahe haka-haka, direkta at pinalaki, ibig sabihin, sa kasong ito, ang lens ay gumagana tulad ng isang magnifying glass.

Madaling makita na kapag ang isang bagay ay lumalapit mula sa infinity hanggang sa front focus ng lens, ang imahe ay lumalayo mula sa back focus, at kapag ang object ay umabot sa front focus plane, ito ay lumalabas na nasa infinity mula dito.

Ang pattern na ito ay may pinakamahalaga sa pagsasanay iba't ibang uri photographic na trabaho, samakatuwid, upang matukoy ang kaugnayan sa pagitan ng distansya mula sa bagay sa lens at mula sa lens sa eroplano ng imahe, ito ay kinakailangan upang malaman ang pangunahing formula ng lens.

Formula ng Manipis na Lens

Ang mga distansya mula sa punto ng bagay hanggang sa gitna ng lens at mula sa punto ng imahe hanggang sa gitna ng lens ay tinatawag na conjugate focal length.

Ang mga dami na ito ay nakasalalay sa isa't isa at tinutukoy ng isang formula na tinatawag pormula manipis na lente :

nasaan ang distansya mula sa lens hanggang sa bagay; - distansya mula sa lens hanggang sa imahe; ay ang pangunahing focal length ng lens. Sa kaso ng isang makapal na lens, ang formula ay nananatiling hindi nagbabago na may pagkakaiba lamang na ang mga distansya ay sinusukat hindi mula sa gitna ng lens, ngunit mula sa mga pangunahing eroplano.

Upang mahanap ang isa o isa pang hindi kilalang dami na may dalawang kilala, ang mga sumusunod na equation ay ginagamit:

Dapat pansinin na ang mga palatandaan ng dami u , v , f ay pinili batay sa mga sumusunod na pagsasaalang-alang - para sa isang tunay na larawan mula sa aktwal na paksa sa isang converging lens - lahat ng mga dami na ito ay positibo. Kung ang imahe ay haka-haka - ang distansya dito ay kinuha na negatibo, kung ang bagay ay haka-haka - ang distansya dito ay negatibo, kung ang lens ay divergent - ang focal length ay negatibo.

Iskala ng Larawan

Ang iskala ng imahe () ay ang ratio ng mga linear na dimensyon ng imahe sa mga katumbas na linear na dimensyon ng bagay. Ang ratio na ito ay maaaring hindi direktang ipahayag bilang isang fraction , kung saan ang distansya mula sa lens sa imahe; ay ang distansya mula sa lens hanggang sa bagay.

Dito mayroong isang kadahilanan ng pagbabawas, ibig sabihin, isang numero na nagpapakita kung gaano karaming beses ang mga linear na sukat ng imahe ay mas mababa kaysa sa aktwal na mga linear na sukat ng bagay.

Sa pagsasagawa ng mga kalkulasyon, mas madaling ipahayag ang ratio na ito sa mga tuntunin ng o , kung saan ang focal length ng lens.

Pagkalkula ng focal length at optical power ng lens

Ang mga lente ay simetriko, iyon ay, mayroon silang parehong focal length anuman ang direksyon ng liwanag - kaliwa o kanan, na, gayunpaman, ay hindi nalalapat sa iba pang mga katangian, tulad ng mga aberration, ang magnitude nito ay depende sa kung aling bahagi ng ang lens ay nakabukas patungo sa liwanag.

Kumbinasyon ng Maramihang Lens (Nakasentro na System)

Ang mga lente ay maaaring pagsamahin sa isa't isa upang bumuo ng mga kumplikadong optical system. Ang optical power ng isang sistema ng dalawang lens ay matatagpuan bilang simpleng kabuuan optical powers ng bawat lens (sa kondisyon na ang parehong lens ay maituturing na manipis at sila ay matatagpuan malapit sa isa't isa sa parehong axis):

Kung ang mga lente ay matatagpuan sa ilang distansya mula sa isa't isa at ang kanilang mga palakol ay nag-tutugma (isang sistema ng isang di-makatwirang bilang ng mga lente na may katangiang ito ay tinatawag na isang nakasentro na sistema), kung gayon ang kanilang kabuuang optical power ay matatagpuan na may sapat na antas ng katumpakan mula sa sumusunod na expression:

saan ang distansya sa pagitan ng mga pangunahing eroplano ng mga lente.

Mga disadvantages ng isang simpleng lens

Sa modernong kagamitan sa photographic, mataas ang hinihingi sa kalidad ng imahe.

Ang imahe na ibinigay ng isang simpleng lens, dahil sa isang bilang ng mga pagkukulang, ay hindi nakakatugon sa mga kinakailangang ito. Ang pag-aalis ng karamihan sa mga pagkukulang ay nakakamit sa pamamagitan ng naaangkop na pagpili ng isang bilang ng mga lente sa isang nakasentro na optical system - layunin. Ang mga larawang kinunan gamit ang mga simpleng lente ay may iba't ibang disadvantages. Ang mga kawalan ng optical system ay tinatawag na aberrations, na nahahati sa mga sumusunod na uri:

Mga geometric na aberration
Diffractive aberration (ang aberration na ito ay sanhi ng iba pang elemento ng optical system, at walang kinalaman sa lens mismo).

Mga lente na may mga espesyal na katangian

Mga organikong polimer na lente

Mga contact lens

mga lente ng kuwarts

Kuwarts na baso - natunaw na purong silica na may maliit na (mga 0.01%) na mga karagdagan ng Al 2 O 3 , CaO at MgO. Ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng mataas na thermal stability at inertness sa maraming kemikal maliban sa hydrofluoric acid.

Ang repraksyon ng liwanag ay malawakang ginagamit sa iba't ibang mga optical na instrumento: mga camera, binocular, teleskopyo, mikroskopyo. . . Ang isang kailangang-kailangan at pinakamahalagang bahagi ng naturang mga aparato ay ang lens.

Ang lens ay isang optically transparent homogenous body na nakatali sa magkabilang panig ng dalawang spherical (o isang spherical at isang flat) na ibabaw.

Ang mga lente ay karaniwang gawa sa salamin o mga espesyal na transparent na plastik. Sa pagsasalita tungkol sa materyal ng lens, tatawagin natin itong salamin, hindi ito gumaganap ng isang espesyal na papel.

4.4.1 biconvex lens

Isaalang-alang muna ang isang lens na nakatali sa magkabilang panig ng dalawang matambok na spherical na ibabaw (Larawan 4.16). Ang nasabing lens ay tinatawag na biconvex lens. Ang aming gawain ngayon ay upang maunawaan ang kurso ng mga sinag sa lens na ito.

kanin. 4.16. Repraksyon sa isang biconvex lens

Ang pinakasimpleng sitwasyon ay ang isang sinag na naglalakbay kasama ang pangunahing optical axis ng lens symmetry axis. Sa fig. 4.16 ang sinag na ito ay umalis sa puntong A0 . Ang pangunahing optical axis ay patayo sa parehong spherical na ibabaw, kaya ang sinag na ito ay dumadaan sa lens nang hindi na-refract.

Ngayon ay kumuha tayo ng isang beam AB, tumatakbo parallel sa pangunahing optical axis. Sa punto B ng insidente ng sinag sa lens, ang normal na MN sa ibabaw ng lens ay iguguhit; dahil ang sinag ay dumadaan mula sa hangin patungo sa optically denser na salamin, ang anggulo ng repraksyon ng CBN ay mas maliit kaysa sa anggulo ng saklaw ng ABM. Samakatuwid, ang refracted ray BC ay lumalapit sa pangunahing optical axis.

Sa puntong C ng paglabas ng sinag mula sa lens, iginuhit din ang isang normal na P Q. Ang sinag ay pumasa sa optically mas kaunting siksik na hangin, kaya ang anggulo ng repraksyon na QCD ay mas malaki kaysa sa anggulo ng saklaw na P CB; ang sinag ay muling na-refracte patungo sa pangunahing optical axis at tumatawid ito sa punto D.

Kaya, ang anumang ray na kahanay sa pangunahing optical axis, pagkatapos ng repraksyon sa lens, ay lumalapit sa pangunahing optical axis at tumatawid dito. Sa fig. Ipinapakita ng 4.17 ang pattern ng repraksyon ng isang sapat na malawak na light beam na kahanay sa pangunahing optical axis.

kanin. 4.17. Spherical aberration sa isang biconvex lens

Tulad ng nakikita mo, ang isang malawak na sinag ng liwanag ay hindi nakatutok sa pamamagitan ng lens: mas malayo ang insidente beam ay mula sa pangunahing optical axis, mas malapit sa lens ito tumatawid sa pangunahing optical axis pagkatapos ng repraksyon. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay tinatawag na spherical aberration at tumutukoy sa mga pagkukulang ng mga lente, dahil gusto pa rin naming bawasan ng lens ang isang parallel beam ng ray sa isang punto5.

Ang isang napaka-katanggap-tanggap na pagtutok ay maaaring makamit sa pamamagitan ng paggamit ng isang makitid na light beam na dumadaan malapit sa pangunahing optical axis. Pagkatapos ang spherical aberration ay halos hindi mahahalata na tingnan ang fig. 4.18.

kanin. 4.18. Tumutuon sa isang makitid na sinag na may converging lens

Malinaw na nakikita na ang isang makitid na sinag na kahanay sa pangunahing optical axis, pagkatapos na dumaan sa lens, ay nakolekta sa humigit-kumulang isang punto F. Para sa kadahilanang ito, ang aming lens ay tinatawag

pagkolekta.

5 Ang tumpak na pagtutok ng isang malawak na sinag ay posible, ngunit para dito ang ibabaw ng lens ay dapat magkaroon ng isang mas kumplikadong hugis sa halip na isang spherical. Ang paggiling ng gayong mga lente ay nakakaubos ng oras at hindi praktikal. Mas madaling gumawa ng mga spherical lens at harapin ang umuusbong na spherical aberration.

Sa pamamagitan ng paraan, ang pagkaligaw ay tinatawag na spherical na tiyak dahil ito ay lumitaw bilang isang resulta ng pagpapalit ng isang mahusay na tumututok na kumplikadong non-spherical lens na may isang simpleng spherical.

Ang punto F ay tinatawag na pokus ng lens. Sa pangkalahatan, ang isang lens ay may dalawang foci na matatagpuan sa pangunahing optical axis sa kanan at kaliwa ng lens. Ang mga distansya mula sa foci hanggang sa lens ay hindi kinakailangang pantay sa isa't isa, ngunit palagi nating haharapin ang mga sitwasyon kung saan ang foci ay matatagpuan sa simetriko na may kinalaman sa lens.

4.4.2 Biconcave lens

Ngayon ay isasaalang-alang natin ang isang ganap na magkakaibang lens, na napapalibutan ng dalawang malukong spherical na ibabaw (Larawan 4.19). Ang nasabing lens ay tinatawag na biconcave lens. Tulad ng nasa itaas, susubaybayan natin ang takbo ng dalawang sinag, na ginagabayan ng batas ng repraksyon.

kanin. 4.19. Repraksyon sa isang biconcave lens

Ang sinag na umaalis sa puntong A0 at dumaan sa pangunahing optical axis ay hindi na-refracted dahil ang pangunahing optical axis, bilang axis ng symmetry ng lens, ay patayo sa parehong spherical surface.

Ray AB, parallel sa pangunahing optical axis, pagkatapos magsimulang lumayo ang unang repraksyon mula dito (dahil kapag dumadaan mula sa hangin patungo sa salamin \CBN< \ABM), а после второго преломления удаляется от главной оптической оси ещё сильнее (так как при переходе из стекла в воздух \QCD >\PCB). Ang isang biconcave lens ay nagko-convert ng isang parallel beam ng liwanag sa isang divergent beam (Fig. 4.20) at samakatuwid ay tinatawag na isang diverging.

kanin. 4.20. Spherical aberration sa isang biconcave lens

Tulad ng sa kaso ng isang biconvex lens, ang spherical aberration ay halos hindi mahahalata para sa isang makitid na paraxial beam (Larawan 4.21). Ang mga extension ng mga sinag na diverging mula sa lens ay nagsalubong sa humigit-kumulang isang punto sa focus ng lens F.

kanin. 4.21. Repraksyon ng isang makitid na sinag sa isang diverging lens

Kung ang gayong divergent beam ay pumasok sa ating mata, makikita natin ang isang maliwanag na punto sa likod ng lens! Bakit? Alalahanin kung paano lumilitaw ang isang imahe sa isang patag na salamin: ang ating utak ay may kakayahang magpatuloy sa pag-iiba ng mga sinag hanggang sa magsalubong ang mga ito at lumikha ng ilusyon ng isang makinang na bagay sa intersection (ang tinatawag na imaginary image). Ito ay tiyak na tulad ng isang virtual na imahe na matatagpuan sa pokus ng lens na makikita natin sa kasong ito.

Bilang karagdagan sa biconvex lens na kilala sa amin, narito ang ipinapakita: isang plano-convex lens, kung saan ang isa sa mga surface ay flat, at isang concave-convex lens, na pinagsasama ang concave at convex boundary surface. Tandaan na sa isang concave-convex lens, ang convex surface ay mas hubog (mas maliit ang radius ng curvature nito); samakatuwid, ang converging effect ng convex refractive surface ay mas malaki kaysa sa scattering effect ng concave surface, at ang lens sa kabuuan ay converging.

Ang lahat ng posibleng diffusing lens ay ipinapakita sa Fig. 4.23.

kanin. 4.23. Mga divergent na lente

Kasama ng isang biconcave lens, nakikita natin ang isang plano-concave (isa sa mga ibabaw na kung saan ay flat) at isang convex-concave lens. Ang malukong ibabaw ng convex-concave lens ay mas kurbado, kaya ang scattering effect ng concave boundary ay nananaig sa converging effect ng convex boundary, at ang lens sa kabuuan ay divergent.

Subukang bumuo ng landas ng mga sinag sa iyong sarili sa mga uri ng mga lente na hindi namin isinasaalang-alang, at siguraduhin na ang mga ito ay talagang nagtatagpo o nagkakalat. Ito ay isang mahusay na ehersisyo, at walang mahirap dito nang eksakto ang parehong mga konstruksyon na ginawa namin sa itaas!