Лінзи — види, характеристика, властивості

Якби не існувало такої деталі, як лінза, фізика, як і інші науки, не змогла б перетворити наш світ.

Люди не змогли б спостерігати нескінченність космосу крізь телескоп і нескінченність життя через мікроскоп, скрупульозно заносячи свої спостереження в різні таблиці, намагаючись при цьому знайти своє місце у Всесвіті і зрозуміти своє походження.

Що таке лінза

Збільшувальні скла були відомі ще з давніх часів. За формою вони дуже нагадували сочевицю (lens на латині), що і дало їм сучасну назву. Застосовувалися вони для збільшення зображень слабозорими.

Лінза в оптиці – це шматок скла або будь-якого іншого прозорого матеріалу з гладкою полірованою поверхнею сферичної форми.

Завдяки цим особливостям вона здатна змінювати напрямок світла, що проходить крізь неї, і тому вона застосовується в безлічі приладів.

Види лінз

Залежно від того, як поводяться промені світла, що проходять через лінзи, вони бувають збиральні і розсіювальні.

Перші мають опуклу форму з обох сторін і називаються двоопуклими. Крім того, бувають:

• плоско-опуклі;
• опукло-увігнуті.

Розсіювальні ж мають увігнуту форму і називаються двоввігнутими. Звичайно, є й інші форми:

• увігнуто-плоскі;
• увігнуто-опуклі.

Головна оптична вісь лінзи

Світло, що проходить через сферичну поверхню, поводиться незвично. У самого краю воно заломлюється сильніше, ніж у центру. Пов’язано це з тим, що біля краю кривина сильніше.

Таким чином, чим ближче до центру буде проходити промінь, тим менше він буде відхилятися в сторону. І в геометричному центрі лінзи, який ще називають оптичним центром, світло взагалі не буде заломлюватися і пройде як через звичайне віконне скло.

Якщо у симетричних лінз цей центр знаходиться всередині, то в інших різновидів він може перебувати за її межами.

Пропущена через цю точку пряма, яка повторить хід пройденого і залишиться незаломленим променем, буде називатися головною оптичною віссю.

Фокус лінзи і фокусна відстань

Щоб зрозуміти, що таке фокус лінзи, найкраще уявити собі її збираючий клас.

Пучки світла, пройшовши через неї, повинні будуть перетнутися в якійсь точці, яка буде знаходитися на головній оптичній осі. Ця точка і називається фокусом.

Вона є і у розсіювальних лінз, але, щоб знайти її, потрібно продовжити промені, що розходяться, у зворотну сторону. Буде здаватися, що вони всі вийшли з однієї точки по цей бік від неї. Це і буде фокус, але в такому випадку він уявний, а не дійсний.

Відстань від оптичного центру до фокуса іменується фокусною відстанню. Вона може бути позитивною і негативною.

Зі знаком “+” ця відстань буде для збиральних лінз, а для розсіювальних – зі знаком “-“.

Для того, щоб легше прораховувати побудову зображення в лінзі, прийнято брати схематичне її позначення, сильно ідеалізоване. Її називають тонкою. Вважається, що її товщина набагато менше, ніж радіуси її кривизни. Це дозволяє спростити багато завдань з оптики.

Хід променів в лінзі

Як згадувалося вище, світло, що проходить через оптичний центр, ніяк не заломлюється. Причому це властивість дотримується, під яким би кутом світло не падало. У таких побічних оптичних осей теж існують свої фокуси, які теж є побічними.

Всі вони, включаючи і головну, лежать на одній площині, яку називають фокальною – вона перпендикулярна головній оптичній осі. Все це справедливо як для збиральної, так і для розсіювальної лінзи.

Тепер, коли основні поняття позначені, можна приступати до розгляду ходу променів:

• Перетинаючи збиральну лінзу, промені зберуться за нею в фокусі.
• Те ж справедливо і для зворотного випадку: якщо у фокусі розмістити джерело світла, то промені від нього будуть спочатку розходитися, а після підуть паралельно один одному.
• У разі увігнутих стекол вони будуть розходитися в різні боки, а по цей бік в уявному фокусі буде світиться точка.
• Якщо промені падають похило, то вони зберуться разом в побічному фокусі. Знайти його легко: через оптичний центр потрібно пропустити пряму під потрібним кутом до фокальної площини.

Якщо промені падають під певним кутом в розсіювальній лінзі, то побічний фокус знаходиться рівно там же, але фокальна площина буде проходити через уявний фокус. Відповідно, пряма від оптичного центру триває до нього, де і буде точка, звідки нібито вони розходяться.

Формула лінзи

Існує закономірність між фокусною відстанню, відстанями від лінзи до предмета і до його зображення. Все це добре описує наступна формула:

Знаки “±” тут не випадкові. Як вже говорилося, все залежить від виду лінзи:

• для збиральної – це «+»;
• для розсіювальної – це буде «-».

Далі:

• d – означає відстань до предмета;
• f – відстань до його зображення;
• F – фокусна відстань.