Побудова зображень в лінзах

Побудова зображень в лінзах — види, правила, формули



Під лінзою мається на увазі деталь, виконана з прозорого і однорідного матеріалу, у якої є дві поліровані поверхні:

  1. плоска;
  2. сферична.

У сучасній фізиці і оптиці частіше застосовуються асферичні предмети з відмінною від сфери формою поверхні.

Матеріали для їх виготовлення – це кристали, скло, оптична пластмаса. Для побудови зображень в лінзах потрібно виконати креслення на площині.

Зображення в лінзі

Принципи класифікації

Поняття застосовується до інших оптичних приладів і явищ, які вивчаються на уроках фізики в 11 класі. Подібна дія спостерігається в плоских лінзах. При їх виготовленні застосовується матеріал зі змінним показником заломлення. Він змінюється з урахуванням відстані від центру. У зонній платівці Френкеля використовується явище дифракції (відхилення пучка світла від прямолінійного поширення поблизу перешкоди).

Картинка, що сприймається, вважається дійсною. Передбачена подібна побудова зображення у збиральній лінзі. Уявні аналоги утворюються пучками, що розходяться. Їх промені не перетинаються в геометричній системі координат. Дійсне і уявне зображення може давати збиральне дзеркало. Розсіювальний аналог створює уявну картинку.

Головні і загальні характеристики лінз:

  • оптична сила;
  • фокусна відстань.

Деякі оптичні системи фокального, фокусного, опуклого видів використовуються в середовищі з відносно високим показником заломлення.

Відмітна властивість збиральної лінзи – з’єднання падаючих прямих в одній точці. Це можна застосовувати до лінзи будь-якою стороною.

Висновок – світло, проходячи через екран з дзеркалами, збирається з двох сторін від приладу.

Для лінзи характерні 2 фокуса:

  • задній;
  • передній.

Вони знаходяться на оптичній осі з двох сторін і на фокусній відстані від головної точки. В ході падіння променів на розсіювальну лінзу і виходу з неї світло заломлюється, при цьому розсіюючись. У техніці використовуються лупи, що позначають 2x, 3x.

Щоб збільшити картинку, використовується формула:

Ud=F + d/F

Лінзи - опис

Збиральні лінзи

При побудові зображення у збиральній лінзі і розташуванні предмета за подвійним фокусом необхідно опустити 2 променя. На склі відбувається заломлення променя з подальшим його проходженням через фокус. Інший промінь направляється з верхньої точки предмета через центр. Він проходить без викривлення, не заломлюючись. При перетині прямих утворюється верхня точка предмета.

За аналогічною схемою будується картинка нижньої точки. При такій побудові виходить перевернуте, зменшене і дійсне фото.

Щоб побудувати картинку, коли предмет знаходиться в точці подвійного фокуса, знадобляться 2 промені:

  • Перший заломлюється, пропускаючись через фокус.
  • Другий направляється з верхньої частини через оптику. Він не заломлюється.

На їх перетині ставиться крапка, за допомогою якої утвориться картинка верхньої частини предмета. За аналогічною схемою будується креслення нижніх точок. Таким способом виходить картинка з висотою, рівній висоті самого виробу.

Типи лінз

При розташуванні предмета в просторі один промінь проходить паралельно основній осі, а другий направляється через центр.

В основі проєкційного апарату знаходиться основна властивість збиральних лінз: в процесі наближення виробу до лінзи змінюються параметри фото.

Складніше виконати креслення, використовуючи точку, що світиться, яка розташована на основній оптичній осі. Для побудови точки використовується промінь, спрямований довільно на лінзу. У місці перетину площини і побічної осі формується інший фокус. В дану точку піде заломлена пряма після самої лінзи.

При побудові зображення в розсіювальній лінзі відбувається заломлення так, що продовження прямої йде в фокус. Друга пряма потрапляє в центр, перетинаючи продовження першої. На основі такого закону заломлення виходить картинка уявна, пряма і зменшена.

Збиральна лінза

Практичні завдання

Для розглянутих пристроїв існують наступні типи завдань: на побудову в розсіювальній або збиральній лінзі, формула для тонкої поверхні.

Для вирішення першого завдання потрібно побудувати хід променя від джерела та відшукати перетин заломлених прямих.

Якщо дана збиральна лінза, промінь має наступні кольори:

  • Синій. Йде уздовж основної осі, а після заломлення надходить у фокус.
  • Зелений. Проходить крізь оптичний центр, без заломлення.
  • Червоний. Проходячи через фокус, заломлюючись, поширюється паралельно основній осі.

При їх перетині утворюється відповідне зображення. У розсіювальних лінзах використовуються промені синього, зеленого відтінків. Перший паралельний головній прямій, заломлюється. Зелений йде крізь оптичну центральну точку, не відчуваючи заломлення. Променям властиво перетинатися, видаючи картинку.

Розсіювальна лінза

Як і сферичне дзеркало, можна отримати кілька картинок від предмета, що знаходяться на різних відстанях (d). Припустимо, що довжина відрізка від фото до лінзи позначається через f, а від фокуса до лінзи через F.

При збиральній лінзі значення першого показника d буде прагнути до нескінченності. Джерело розташоване далеко від дзеркала. Промені розташовані паралельно відносно один одного.

Якщо пустити 2 прямі паралельно основній осі, тоді, заломлюючись, вони пройдуть через фокус. Він є точковим зображенням.

Формула тонкої лінзи

Різні значення показників

Якщо d більше 2°F, джерело розташоване за фокусним відрізком. Щоб візуалізувати картинку, предмет описується через стрілку. У точці схрещення променів з’являється зображення. Коли d= 2°F, джерело розміщене у фокусі. Якщо d Більше F, але менше 2°F, тоді джерело знаходиться між подвійним і одинарним фокусом. При відсутності побічних предметів, розміщенні дзеркала з урахуванням відстані d=F, коли джерело збігається з фокусом.

Якщо лінза розсіювальна, при побудові не враховується положення предмета. В такому випадку потрібно обмежуватися його довільним розміщенням і характеристиками фото. Якщо d наближається до нескінченності, тоді промені йдуть від джерела паралельно відносно один одного.

Після заломлення вони розходяться, а у фокусі їх продовження сходяться. Точки перетину і фокусу збігаються. Таким способом виходить уявна картинка.

Інший тип завдань пов’язаний з формулою тонкої лінзи. Вони засновані на числових параметрах, за допомогою яких характеризується положення джерела, фокуса або картинки.

Якщо розглянути довільну систему, тоді за положення джерела можна взяти d, а за фото – f. Фокусна система задається через F.

Оптична сила тонкої лінзи

Взаємозв’язок між усіма параметрами, які використовуються при побудові зображень в тонких лінзах, описується за допомогою наступної формули:

±1/F = ±1/d±1/f

де:

  • F – відстань фокусна;
  • d – відстань між дзеркалом і предметом;
  • f – відрізок між дзеркалом і картинкою.

Щоб скористатися формулою, потрібно враховувати правило постановки знаків. Якщо прилад збиральний, тоді F більше нуля, а якщо розсіювальний, то менше. Коли предмети і картинки дійсні, тоді d>0, f=0.

При уявних фото і предметах показання інші: d<0, f<0. Через останній параметр характеризуються лінзи або цілі системи.

Для знаходження оптичної сили використовується формули:

D = 1/F

де:

  • D – оптична сила або система лінз;
  • F – фокус системи або окремого скла.

Лінзи у житті

Для розмірності оптичної сили застосовуються діоптрії (дптр). Для збиральних лінз характерно позитивне значення D, а для розсіювальних — негативне. У фізиці завдання з лінзами розділені на 2 класи.

Щоб побудувати креслення, необхідно проаналізувати хід світла, виміряти радіус, знайти картинку. На основі чисельних значень підбирається відповідна формула для обчислення невідомої.

Leave a Reply

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *