Opbygning af et billede i en tynd linse: tegninger, tynd linseformel

2024 Forfatter: Angel Austin | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-17 05:21

Linser er gennemsigtige genstande, der kan bryde sollys. De er hovedsageligt lavet af glas. Ordene "brydende lys" refererer til evnen til at ændre retningen for udbredelse af indfaldende lysstråler. Lad os overveje, hvordan billeder er konstrueret i en tynd linse.

Historisk baggrund

De første linser, som de gamle grækere og romere kendte, var sfæriske glasbeholdere fyldt med vand. Disse prototyper af moderne optiske briller blev brugt til at tænde bål.

Det var først i slutningen af det 13. århundrede, at den første glaslinse blev fremstillet i Europa. Siden da har processen med deres fremstilling ikke ændret sig meget. Den eneste nyskabelse var Isaac Newtons brug af tjære i det 17. århundrede til at polere overfladerne på optiske objekter.

Samling og spredning af optiske briller

For at gøre det nemmere at forstå opbygningen af billeder i en tynd linse, skal du overvejespørgsmålet er, hvad er optiske briller. Generelt er der kun to typer linser, som adskiller sig i deres form og evne til at bryde lysstrømmen. Der skelnes mellem følgende typer:

1. Konvergerende linser. Denne type har en tykkelse af sin centrale del, der er større end tykkelsen af kanterne. Det resulterende billede i en konvergerende linse dannes på den anden side af lyset, der falder på den. Denne type har evnen til at samle lys i et enkelt punkt (positivt fokus).
2. Divergerende linser. Deres centrale del er tyndere end kanterne. På grund af deres form spreder disse optiske briller lyset, der falder ind på dem, hvilket fører til dannelsen af et billede på samme side af linsen, når strålerne fra en genstand falder på den. Det genererede billede er meget mindre end det faktiske element. Hvis de af dette optiske glas spredte stråler fortsættes på en sådan måde, at de bestemmer deres oprindelse, så vil det se ud til, at de kommer frem fra et punkt foran det. Dette punkt kaldes fokus, som er negativt eller imaginært for en divergerende linse.

Forskellige former for optiske briller

De eksisterende to typer linser kan laves på flere måder. Der skelnes mellem følgende 6 former:

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

Konvekse glaselementer

For at forstå linsens fysik og indbygningtynde billedlinser, er det nødvendigt at kende de grundlæggende elementer i dette optiske objekt. Lad os liste dem:

• Det optiske center (O) er det punkt, hvorigennem lyset passerer uden at blive brudt.
• Hovedaksen er en lige linje, der passerer gennem punktet for det optiske center og hovedfokus.
• Hoved- eller hovedfokus (F) er det punkt, hvorigennem lysstråler eller deres forlængelser passerer, hvis de falder på optisk glas parallelt med dets hovedakse.
• Hjælpeakse - enhver lige linje, der passerer gennem det optiske center.
• Krumningsradierne er de to radier, R₁ og R₂, af kuglerne, der danner linsen.
• Krumningscentre - to centre af kugler, C₁ og C₂, som danner overfladerne af optisk glas.
• Brændvidde (f) - afstanden mellem brændpunktet og det optiske center. Der er en anden definition af værdien (f): dette er afstanden fra midten af den optiske linse til billedet, hvilket giver et objekt, der er placeret uendeligt langt væk.

Optiske egenskaber

Uanset om det er et simpelt konveks glas eller komplekse optiske systemer, som er en samling af individuelle linser, afhænger deres optiske egenskaber af to parametre: brændvidden og forholdet mellem brændvidden og linsens diameter.

Brændvidde måles på to måder:

• I enheder med normal afstand, såsom 10 cm, 1m, og så videre.
• I dioptrier er dette en værdi, der er omvendt proportional med brændvidden, målt i meter.

For eksempel har et optisk glas med en styrke på 1 dioptri en brændvidde på 1 m, mens en linse med en styrke på 2 dioptrier har en brændvidde på kun 0,5 m.

Diameteren af et objektiv og dets forhold til brændvidden bestemmer det optiske glass evne til at opsamle lys eller dets lysoutput.

egenskaber ved stråler, der passerer gennem linsen

I skoler i 8. klasse er det at bygge billeder i tynde linser et af de vigtige emner i fysik. For at lære at bygge disse billeder, bør man ikke kun kende de grundlæggende begreber og elementer, men også egenskaberne af nogle stråler, der passerer gennem et optisk aktivt objekt:

• Enhver stråle, der passerer parallelt med hovedaksen, brydes på en sådan måde, at den enten passerer gennem fokus (i tilfælde af en konvergerende linse), eller dens imaginære fortsættelse passerer gennem fokus (i tilfælde af en divergent).
• Strålen, der passerer gennem fokus, brydes, så den fortsætter sin bevægelse parallelt med hovedaksen. Bemærk, at i tilfælde af en divergerende linse er denne regel gyldig, hvis fortsættelsen af strålen, der falder ind på den, passerer gennem fokus placeret på den anden side af det optiske objekt.
• Enhver lysstråle, der passerer gennem midten af linsen, oplever ingen brydning og ændrer ikke retning.

Funktioner ved at bygge billeder i tynde linser

Skønt indsamling og spredning optiskbriller har lignende egenskaber, konstruktionen af billeder i hver af dem har sine egne karakteristika.

Når du konstruerer billeder, er den tynde linseformel:

1/f=1/d_o+1/d_i, hvor d_o og d_i er afstanden fra det optiske center til objektet og til dets billede.

Bemærk, at brændvidden (f) er positiv for konvergerende linser og negativ for divergerende linser.

Anvendelsen af ovennævnte egenskaber for stråler, der passerer gennem et opsamlende optisk glas, fører til følgende resultater:

• Hvis objektet er placeret i en afstand på mere end 2f, opnås et rigtigt billede, som har en mindre størrelse end objektet. Vi ser det på hovedet.
• En genstand placeret i en afstand af 2f fra linsen resulterer i et ægte omvendt billede af samme størrelse som selve objektet.
• Hvis objektet er i en afstand på mere end f, men mindre end 2f, opnås et reelt omvendt og forstørret billede af det.
• Hvis objektet er i brændpunktet, bliver strålerne, der passerer gennem det optiske glas, parallelle, hvilket betyder, at der ikke er noget billede.
• Hvis et objekt er tættere på end én brændvidde, vil dets billede vise sig at være imaginært, direkte og større end selve objektet.

Da egenskaberne for stråler, der passerer gennem en konvergerende og divergerende linse, er ens, udføres konstruktionen af billeder givet af en tynd linse af denne type efter lignende regler.

Tegningerbilledbehandling til forskellige lejligheder

På tegningerne er en konvergerende linse angivet med en linje i enderne af, hvis ender der er pile, der peger udad, og en divergerende linse er angivet med en linje med pile i enderne, der er rettet indad, dvs. på hinanden.

Forskellige varianter af tegningerne til at konstruere billeder i tynde linser, som blev diskuteret i det foregående afsnit, er vist i figuren nedenfor.

Som det kan ses af figuren, er alle billeder (for enhver type optisk glas og objektets placering i forhold til dem) bygget på to bjælker. Den ene er rettet parallelt med hovedaksen, og den anden passerer gennem det optiske center. Brugen af disse stråler er praktisk, fordi deres adfærd efter at have passeret gennem linsen er kendt. Bemærk også, at den nederste kant af objektet (rød pil i dette tilfælde) er placeret på den optiske hovedakse, så det er nok kun at bygge billedet af objektets øverste punkt. Hvis objektet (rød pil) er placeret vilkårligt i forhold til det optiske glas, så er det nødvendigt at bygge et billede af både dets øvre og nedre del uafhængigt.

To bjælker er nok til at bygge ethvert billede. Hvis der er usikkerhed om resultatet, så kan det kontrolleres ved hjælp af den tredje stråle. Den skal rettes gennem fokus (foran den konvergerende linse og bag den divergerende linse), så efter at have passeret gennem det optiske glas og brydning i det, vil strålen være parallel med den optiske hovedakse. Hvis problemet med at bygge et billede i en tynd linse er løsthøjre, så vil den passere gennem det punkt, hvor de to hovedstråler skærer hinanden.

Processen med at fremstille optiske objekter

De fleste linser er lavet af specielle typer glas kaldet optiske linser. Der er ingen indre spændinger, luftbobler og andre ufuldkommenheder i sådanne glas.

Processen med at fremstille linser foregår i flere trin. Først skæres en konkav eller konveks genstand af den ønskede form ud af en blok af optisk glas ved hjælp af passende metalværktøjer. Det poleres derefter med tjære. På det sidste trin ændres størrelsen på det optiske glas ved hjælp af slibende værktøjer, så tyngdepunktet nøjagtigt falder sammen med det optiske centrum.

På grund af udviklingen af teknologier til fremskaffelse og forarbejdning af forskellige typer plastik fremstilles linser nu i stigende grad af gennemsigtige plasttyper, som er billigere, lettere og mindre skrøbelige end deres glasmodstykker.

Anvendelsesområder

Optiske briller bruges til at løse forskellige synsproblemer. Til dette bruges både plastikkontaktlinser og glas (med briller).

Derudover bruges optiske briller i fotografiske kameraer, mikroskoper, teleskoper og andre optiske instrumenter. De bruger et helt system af linser. For eksempel, i tilfælde af det enkleste mikroskop, der består af to optiske glas, danner det første et rigtigt billede af objektet, ogden anden bruges til at forstørre sit billede. Derfor er det andet glas placeret i passende afstand fra det første i henhold til reglerne for at konstruere billeder i en tynd linse.