¿Qué es una lente en física? Lente cóncavo-convexa

tipos de lentes

La reflexión y refracción de la luz se utilizan para cambiar la dirección de los rayos o, como suele decirse, para controlar los haces de luz. Esta es la base para la creación de instrumentos ópticos especiales, como una lupa, un telescopio, un microscopio, una cámara y otros. La parte principal de la mayoría de ellos es la lente. Por ejemplo, las gafas son lentes encerradas en una montura. Este ejemplo por sí solo muestra lo importante que es el uso de lentes para una persona.

Por ejemplo, en la primera imagen el matraz es tal y como lo vemos en la vida,

y en el segundo, si lo miramos a través de una lupa (la misma lente).

En óptica, las lentes esféricas se utilizan con mayor frecuencia. Estas lentes son cuerpos de vidrio óptico u orgánico, limitados por dos superficies esféricas.

Las lentes son cuerpos transparentes limitados por ambos lados por superficies curvas (convexas o cóncavas). La recta AB que pasa por los centros C1 y C2 de las superficies esféricas que limitan la lente se llama eje óptico.

Esta figura muestra secciones transversales de dos lentes con centros en el punto O. La primera lente que se muestra en la figura se llama convexa y la segunda cóncava. El punto O, que se encuentra sobre el eje óptico en el centro de estas lentes, se llama centro óptico de la lente.

Una de las dos superficies delimitadoras puede ser plana.

A la izquierda las lentes son convexas,

a la derecha - cóncavo.

Consideraremos únicamente lentes esféricas, es decir, lentes limitadas por dos superficies esféricas.
Lentes limitadas a dos superficies convexas, se llaman biconvexos; Las lentes limitadas por dos superficies cóncavas se llaman bicóncavas.

Dirigiendo un haz de rayos paralelo al eje óptico principal de la lente hacia una lente convexa, veremos que después de la refracción en la lente, estos rayos se recogen en un punto llamado foco principal de la lente.

- punto F. La lente tiene dos focos principales, en ambos lados a la misma distancia de centro óptico. Si la fuente de luz está enfocada, después de la refracción en la lente los rayos serán paralelos al eje óptico principal. Cada lente tiene dos puntos focales, uno a cada lado de la lente. La distancia desde una lente hasta su foco se llama distancia focal de la lente.
Dirijamos un haz de rayos divergentes desde una fuente puntual situada sobre el eje óptico hacia una lente convexa. Si la distancia desde la fuente a la lente es mayor que la distancia focal, entonces los rayos, después de la refracción en la lente, cruzarán el eje óptico de la lente en un punto. En consecuencia, una lente convexa recoge los rayos provenientes de fuentes ubicadas desde la lente a una distancia mayor que su distancia focal. Por lo tanto, una lente convexa también se denomina lente convergente.
Cuando los rayos pasan a través de una lente cóncava, se observa una imagen diferente.
Enviemos un haz de rayos paralelo al eje óptico sobre una lente bicóncava. Notaremos que los rayos emergerán de la lente en un haz divergente. Si este haz de rayos divergentes entra en el ojo, al observador le parecerá que los rayos salen del punto F. Este punto se llama foco imaginario de una lente bicóncava. Una lente de este tipo puede denominarse divergente.

La Figura 63 explica la acción de las lentes convergentes y divergentes. Las lentes se pueden representar como una gran cantidad de prismas. Dado que los prismas desvían los rayos, como se muestra en las figuras, está claro que las lentes con un engrosamiento en el medio recogen los rayos y las lentes con un engrosamiento en los bordes los dispersan. El centro de la lente actúa como una placa plana paralela: no desvía los rayos ni en la lente colectora ni en la divergente.

En los dibujos, las lentes convergentes se designan como se muestra en la figura de la izquierda y las lentes divergentes, en la figura de la derecha.

Entre las lentes convexas se encuentran: biconvexas, plano-convexas y cóncavas-convexas (respectivamente en la figura). Todas las lentes convexas tienen un corte medio más ancho que los bordes. Estas lentes se llaman lentes convergentes. Entre las lentes cóncavas se encuentran las bicóncavas, las planocóncavas y las convexocóncavas (respectivamente en la figura). Todas las lentes cóncavas tienen una sección central más estrecha que los bordes. Estas lentes se llaman lentes divergentes.

La luz es una radiación electromagnética percibida por el ojo a través de una sensación visual.

• Ley de propagación rectilínea de la luz: la luz se propaga rectilíneamente en un medio homogéneo
• Una fuente de luz cuyas dimensiones son pequeñas en comparación con la distancia a la pantalla se denomina fuente de luz puntual.

• El haz incidente y el haz reflejado se encuentran en el mismo plano con la perpendicular restablecida a la superficie reflectante en el punto de incidencia. Ángulo de incidencia igual al ángulo reflexiones.
• Si se intercambian un objeto puntual y su reflejo, la trayectoria de los rayos no cambiará, sólo cambiará su dirección.

Una superficie reflectante abierta se llama espejo plano, si un haz de rayos paralelos que incide sobre él permanece paralelo después de la reflexión.

• Una lente cuyo espesor es mucho menor que los radios de curvatura de sus superficies se llama lente delgada.
• Una lente que convierte un haz de rayos paralelos en uno convergente y lo reúne en un punto se llama lente convergente.
• Una lente que convierte un haz de rayos paralelos en uno divergente: divergente.

Para una lente colectora

Para una lente divergente:

En todas las posiciones del objeto, la lente proporciona una imagen reducida, virtual y directa que se encuentra en el mismo lado de la lente que el objeto.

Propiedades del ojo:

• acomodación (lograda cambiando la forma de las lentes);
• adaptación (adaptación a diferentes condiciones iluminación);
• agudeza visual (la capacidad de distinguir por separado dos puntos cercanos);
• campo de visión (el espacio observado cuando los ojos se mueven pero la cabeza permanece estacionaria)

Impedimentos visuales

miopía (corrección - lente divergente);

hipermetropía (corrección - lente convergente).

Una lente delgada representa el sistema óptico más simple. Las lentes delgadas y simples se utilizan principalmente en forma de gafas para gafas. Además, es bien conocido el uso de una lente como lupa.

La acción de muchos instrumentos ópticos (una lámpara de proyección, una cámara y otros dispositivos) se puede comparar esquemáticamente con la acción lentes delgadas. Sin embargo, una lente delgada proporciona una buena imagen sólo en áreas relativamente en un caso raro, cuando puede limitarse a un haz estrecho de un solo color que proviene de la fuente a lo largo del eje óptico principal o en un ángulo grande con respecto a él. En la mayoría problemas prácticos, donde no se cumplen estas condiciones, la imagen proporcionada por una lente delgada es bastante imperfecta.
Por ello, en la mayoría de los casos se recurre a la construcción de sistemas ópticos más complejos que tengan Número grande superficies refractivas y no limitado por el requisito de proximidad de estas superficies (un requisito que satisface una lente delgada). [ 4 ]

4.2 Aparatos fotográficos. Instrumentos ópticos.

Todos los instrumentos ópticos se pueden dividir en dos grupos:

1) Dispositivos con los que se obtienen imágenes ópticas en una pantalla. Éstas incluyen dispositivos de proyección, cámaras fotográficas, cámaras de cine, etc.

2) dispositivos que funcionan sólo en conjunto con a través de ojos humanos y no forme imágenes en la pantalla. Entre ellos se incluyen una lupa, un microscopio y diversos instrumentos del sistema telescópico. Estos dispositivos se denominan visuales.

Cámara.

Las cámaras modernas tienen complejos y estructura variada, veremos en qué elementos básicos consta una cámara y cómo funcionan.

La imagen de una lente formada por un sistema óptico o parte de un sistema óptico. Utilizado en el cálculo de sistemas ópticos complejos.

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Historia

La lente más antigua tiene más de 3.000 años y se llama lente de Nimrud. Fue encontrado durante las excavaciones de una de las antiguas capitales de Asiria en Nimrud por Austin Henry Layard en 1853. La lente tiene una forma cercana a un óvalo, toscamente esmerilada, un lado es convexo y el otro plano, y tiene un aumento de 3x. La Lente Nimrud se exhibe en el Museo Británico.

Primera mención de lentes se puede encontrar en la antigua obra griega "Las nubes" de Aristófanes (424 a. C.), donde se producía fuego utilizando vidrio convexo y luz solar.

Características de las lentes simples

Dependiendo de las formas hay coleccionando(positivo) y dispersión lentes (negativas). El grupo de lentes colectoras suele incluir lentes cuyo centro es más grueso que sus bordes, y el grupo de lentes divergentes incluye lentes cuyos bordes son más gruesos que su centro. Cabe señalar que esto sólo es cierto si el índice de refracción del material de la lente es mayor que el de ambiente. Si el índice de refracción de la lente es menor, la situación será la inversa. Por ejemplo, una burbuja de aire en agua es una lente divergente biconvexa.

Las lentes suelen caracterizarse por su potencia óptica (medida en dioptrías) y su distancia focal.

Para construir dispositivos ópticos con aberración óptica corregida (principalmente cromática, causada por la dispersión de la luz, acromáticas y apocromáticas), también son importantes otras propiedades de las lentes y sus materiales, por ejemplo, el índice de refracción, el coeficiente de dispersión, el índice de absorción y el índice de dispersión de el material en el rango óptico seleccionado.

A veces, las lentes/sistemas ópticos de lentes (refractores) están diseñados específicamente para su uso en entornos con relativamente alta tasa refracción (ver microscopio de inmersión, líquidos de inmersión).

Una lente convexa-cóncava se llama menisco y puede ser colectiva (se espesa hacia el medio), difusa (se espesa hacia los bordes) o telescópica (la distancia focal es infinita). Así, por ejemplo, las lentes de las gafas para la miopía son, por regla general, meniscos negativos.

Contrariamente a la creencia popular, el poder óptico de un menisco con radios iguales no es cero, sino positivo, y depende del índice de refracción del vidrio y del grosor de la lente. Un menisco, cuyos centros de curvatura de cuyas superficies se encuentran en un punto, se denomina lente concéntrica (la potencia óptica siempre es negativa).

Una propiedad distintiva de una lente colectora es la capacidad de recolectar los rayos que inciden sobre su superficie en un punto ubicado al otro lado de la lente.

Los elementos principales de la lente: NN - eje óptico - una línea recta que pasa por los centros de las superficies esféricas que limitan la lente; O - centro óptico - el punto que para lentes biconvexas o bicóncavas (con los mismos radios de superficie) se encuentra en el eje óptico dentro de la lente (en su centro).
Nota. La trayectoria de los rayos se muestra como en una lente idealizada (delgada), sin indicar refracción en la interfaz real. Además, se muestra una imagen algo exagerada de una lente biconvexa.

Si se coloca un punto luminoso S a cierta distancia frente a la lente colectora, entonces un rayo de luz dirigido a lo largo del eje atravesará la lente sin ser refractado, y los rayos que no pasen por el centro se refractarán hacia el eje óptico y se cruzan con él en algún punto F, que será la imagen del punto S. Este punto se llama foco conjugado, o simplemente enfocar.

Si la luz incide sobre la lente desde una fuente muy distante, cuyos rayos se pueden representar como si vinieran en un haz paralelo, al salir de ella, los rayos se refractarán en un ángulo mayor y el punto F se acercará en el eje óptico a la lente. En estas condiciones, el punto de intersección de los rayos que emergen de la lente se llama enfocar F', y la distancia desde el centro de la lente al foco es la distancia focal.

Los rayos que inciden sobre una lente divergente se refractarán hacia los bordes de la lente al salir de ella, es decir, se dispersarán. Si estos rayos continúan en la dirección opuesta como se muestra en la figura con una línea de puntos, entonces convergerán en un punto F, que será enfocar esta lente. Este truco imaginario.

1 u + 1 v = 1 f (\displaystyle (1 \over u)+(1 \over v)=(1 \over f))

Dónde tu (\displaystyle u)- distancia de la lente al objeto; v (\displaystyle v) f (displaystyle f)- la distancia focal principal de la lente. En el caso de una lente gruesa, la fórmula permanece sin cambios con la única diferencia de que las distancias no se miden desde el centro de la lente, sino desde los planos principales.

Para encontrar una u otra cantidad desconocida con dos conocidas, use las siguientes ecuaciones:

f = v ⋅ u v + u (\displaystyle f=((v\cdot u) \over (v+u))) tu = f ⋅ v v − f (\displaystyle u=((f\cdot v) \over (v-f))) v = f ⋅ u u − f (\displaystyle v=((f\cdot u) \over (u-f)))

Cabe señalar que los signos de las cantidades. tu (\displaystyle u), v (\displaystyle v), f (displaystyle f) se seleccionan en función de las siguientes consideraciones: para una imagen real de un objeto real en una lente convergente, todas estas cantidades son positivas. Si la imagen es imaginaria, la distancia a ella se considera negativa; si el objeto es imaginario, la distancia a él es negativa; si la lente es divergente, la distancia focal es negativa.

Imágenes de letras negras a través de una delgada lente convexa con una distancia focal F(en rojo). Mostrando rayos para letras. mi, I Y k(azul, verde y naranja respectivamente). Imagen de letra mi(ubicado a una distancia de 2 F) real e invertido, del mismo tamaño. Imagen I(en F) - en el infinito. Imagen A(en F/2) imaginario, directo, duplicado

Aumento lineal

Aumento lineal m = a 2 b 2 a b (\displaystyle m=((a_(2)b_(2)) \over (ab)))(para el dibujo de la sección anterior) es la relación entre las dimensiones de la imagen y las dimensiones correspondientes del objeto. Esta relación también se puede expresar como una fracción. m = a 2 b 2 a b = v u (\displaystyle m=((a_(2)b_(2)) \over (ab))=(v \over u)), Dónde v (\displaystyle v)- distancia de la lente a la imagen; tu (\displaystyle u)- distancia de la lente al objeto.

Aquí metro (\displaystyle m) es el coeficiente de aumento lineal, es decir, un número que muestra cuántas veces las dimensiones lineales de la imagen son más pequeñas (más grandes) que las dimensiones lineales reales del objeto.

En la práctica de los cálculos, es mucho más conveniente expresar esta relación en valores. tu (\displaystyle u) o f (displaystyle f), Dónde f (displaystyle f)- distancia focal de la lente.

METRO = f tu - f ; m = v − f f (\displaystyle m=(f \over (u-f));m=((v-f) \over f)).

Cálculo de la distancia focal y la potencia óptica de una lente.

Las lentes son simétricas, es decir, tienen la misma distancia focal independientemente de la dirección de la luz, izquierda o derecha, lo que, sin embargo, no se aplica a otras características, por ejemplo, las aberraciones, cuya magnitud depende de qué lado de la lente mira hacia la luz.

Combinación de múltiples lentes (sistema centrado)

Las lentes se pueden combinar entre sí para construir sistemas ópticos complejos. potencia óptica un sistema de dos lentes se puede encontrar como la simple suma de las potencias ópticas de cada lente (siempre que ambas lentes puedan considerarse delgadas y estén ubicadas cerca una de la otra en el mismo eje):

1 F = 1 f 1 + 1 f 2 (\displaystyle (\frac (1)(F))=(\frac (1)(f_(1)))+(\frac (1)(f_(2)) )).

Si las lentes están ubicadas a cierta distancia entre sí y sus ejes coinciden (un sistema de un número arbitrario de lentes con esta propiedad se llama sistema centrado), entonces su potencia óptica total se puede encontrar con un grado suficiente de precisión a partir de la siguiente expresión:

1 F = 1 f 1 + 1 f 2 − L f 1 f 2 (\displaystyle (\frac (1)(F))=(\frac (1)(f_(1)))+(\frac (1) (f_(2)))-(\frac (L)(f_(1)f_(2)))),

Dónde L (\displaystyle L)- la distancia entre los planos principales de las lentes.

Desventajas de una lente simple

Los dispositivos ópticos modernos imponen altas exigencias en cuanto a la calidad de la imagen.

La imagen producida por una lente simple, debido a una serie de deficiencias, no satisface estos requisitos. La eliminación de la mayoría de las deficiencias se logra mediante la selección adecuada de varias lentes en un sistema óptico centrado: la lente. Las desventajas de los sistemas ópticos se denominan aberraciones y se dividen en los siguientes tipos:

• Aberraciones geométricas
• Aberración de difracción (esta aberración es causada por otros elementos del sistema óptico y no tiene nada que ver con la lente en sí).

Lente Se llama cuerpo transparente delimitado por dos superficies curvas (con mayor frecuencia esféricas) o curvas y planas. Las lentes se dividen en convexas y cóncavas.

Las lentes cuyo centro es más grueso que los bordes se llaman convexas. Las lentes cuyo centro es más delgado que los bordes se llaman cóncavas.

Si el índice de refracción de la lente es mayor que el índice de refracción del medio circundante, entonces en una lente convexa un haz de rayos paralelo después de la refracción se convierte en un haz convergente. Estas lentes se llaman coleccionando(Figura 89, a). Si un haz paralelo en una lente se convierte en un haz divergente, entonces estas lentes se llaman dispersión(Figura 89, b). Lentes cóncavas que tienen ambiente externo sirve aire, son disipativos.

O 1, O 2: centros geométricos de superficies esféricas que limitan la lente. Derecho O 1 O 2 conectar los centros de estas superficies esféricas se llama eje óptico principal. Generalmente consideramos lentes delgadas cuyo espesor es pequeño en comparación con los radios de curvatura de sus superficies, por lo que los puntos C 1 y C 2 (partes superiores de los segmentos) se encuentran cerca uno del otro; pueden ser reemplazados por un punto O, llamado punto óptico. centro de la lente (ver Fig. 89a). Cualquier línea recta trazada a través del centro óptico de una lente formando un ángulo con el eje óptico principal se llama eje óptico secundario(A 1 A 2 B 1 B 2).

Si un haz de rayos paralelo al eje óptico principal incide sobre una lente colectora, luego de la refracción en la lente se recolectan en un punto F, que se llama foco principal de la lente(Figura 90, a).

En el foco de la lente divergente se cruzan continuaciones de los rayos que antes de la refracción eran paralelos a su eje óptico principal (Fig. 90, b). El foco de una lente divergente es imaginario. Hay dos enfoques principales; están ubicados en el eje óptico principal a la misma distancia del centro óptico de la lente en lados opuestos.

Valor recíproco longitud focal lentes, se llama potencia óptica . Potencia óptica de la lente - D.

La unidad SI de potencia óptica para una lente es la dioptría. La dioptría es la potencia óptica de una lente cuya distancia focal es de 1 m.

La potencia óptica de una lente convergente es positiva, mientras que la de una lente divergente es negativa.

El plano que pasa por el foco principal de la lente perpendicular al eje óptico principal se llama focal(Figura 91). Un haz de rayos que incide sobre la lente paralelo a algún eje óptico secundario se recoge en el punto de intersección de este eje con el plano focal.

Construir una imagen de un punto y un objeto en una lente convergente.

Para construir una imagen en una lente, basta con tomar dos rayos de cada punto del objeto y encontrar su punto de intersección después de la refracción en la lente. Es conveniente utilizar rayos cuyo recorrido después de la refracción en la lente sea conocido. Así, un rayo que incide sobre una lente paralela al eje óptico principal, después de la refracción en la lente, pasa a través del foco principal; el haz que pasa por el centro óptico de la lente no se refracta; el rayo que pasa por el foco principal de la lente, después de la refracción, va paralelo al eje óptico principal; un rayo que incide sobre la lente paralelo al eje óptico secundario, después de la refracción en la lente, pasa por el punto de intersección del eje con el plano focal.

Deje que el punto luminoso S se encuentre sobre el eje óptico principal.

Elegimos un haz al azar y dibujamos un eje óptico secundario paralelo a él (Fig. 92). El rayo seleccionado pasará por el punto de intersección del eje óptico secundario con el plano focal después de la refracción en la lente. El punto de intersección de este rayo con el eje óptico principal (el segundo rayo) dará una imagen real del punto S - S`.

Consideremos construir una imagen de un objeto en una lente convexa.

Deje que el punto quede fuera del eje óptico principal, entonces la imagen S` se puede construir usando dos rayos cualesquiera que se muestran en la Fig. 93.

Si el objeto está ubicado en el infinito, entonces los rayos se cruzarán en el foco (Fig. 94).

Si el objeto está ubicado detrás del punto de doble enfoque, entonces la imagen será real, inversa, reducida (cámara, ojo) (Fig. 95).

Todo el mundo sabe que una lente fotográfica consta de elementos ópticos. La mayoría de los objetivos fotográficos utilizan lentes como tales elementos. Las lentes de una lente fotográfica están ubicadas en el eje óptico principal, formando el diseño óptico de la lente.

Lente esférica óptica - es un elemento homogéneo transparente limitado por dos superficies esféricas o una esférica y la otra plana.

En las lentes fotográficas modernas tenemos generalizado, También, asférico Lentes cuya forma superficial difiere de la de una esfera. En este caso, puede haber superficies parabólicas, cilíndricas, tóricas, cónicas y otras superficies curvas, así como superficies de revolución con un eje de simetría.

Los materiales utilizados para fabricar lentes pueden ser varios tipos de vidrio óptico, así como plásticos transparentes.

Toda la variedad de lentes esféricas se puede reducir a dos tipos principales: Coleccionando(o positivo, convexo) y Dispersión(o negativo, cóncavo). Las lentes convergentes en el centro son más gruesas que en los bordes, por el contrario, las lentes divergentes en el centro son más delgadas que en los bordes.

En una lente convergente, los rayos paralelos que la atraviesan se enfocan en un punto detrás de la lente. En las lentes divergentes, los rayos que pasan a través de la lente se dispersan hacia los lados.

Enfermo. 1. Lentes convergentes y divergentes.

Sólo las lentes positivas pueden producir imágenes de objetos. EN sistemas ópticos Al dar una imagen real (en particular lentes), las lentes divergentes solo se pueden utilizar junto con lentes colectivas.

Hay seis tipos principales de lentes según la forma de su sección transversal:

1. lentes convergentes biconvexas;
2. lentes convergentes plano-convexas;
3. lentes colectores cóncavo-convexos (meniscos);
4. lentes divergentes bicóncavas;
5. lentes divergentes cóncavas planas;
6. lentes divergentes convexo-cóncavos.

Enfermo. 2. Seis tipos de lentes esféricas.

Las superficies esféricas de la lente pueden tener diferentes curvatura(grado de convexidad/concavidad) y diferentes espesor axial.

Veamos estos y algunos otros conceptos con más detalle.

Enfermo. 3. Elementos de una lente biconvexa

En la Figura 3 puedes ver un diagrama de la formación de una lente biconvexa.

• C1 y C2 son los centros de las superficies esféricas que limitan la lente, se llaman centros de curvatura.
• R1 y R2 son los radios de las superficies esféricas de la lente o radios de curvatura.
• La recta que une los puntos C1 y C2 se llama eje óptico principal lentes.
• Los puntos donde el eje óptico principal intersecta las superficies de la lente (A y B) se llaman los vértices de la lente.
• Distancia desde el punto A al punto B llamado espesor de lente axial.

Si un haz paralelo de rayos de luz se dirige a una lente desde un punto que se encuentra en el eje óptico principal, luego de atravesarlo convergerán en un punto F, que también se encuentra en el eje óptico principal. Este punto se llama enfoque principal lentes y la distancia F desde la lente hasta este punto - distancia focal principal.

Enfermo. 4. Enfoque principal, plano focal principal y distancia focal de la lente.

Avión Minnesota perpendicular al eje óptico principal y que pasa por el foco principal se llama plano focal principal. Aquí es donde se encuentra la matriz fotosensible o la película fotosensible.

La distancia focal de una lente depende directamente de la curvatura de sus superficies convexas: cuanto más pequeños son los radios de curvatura (es decir, mayor es la convexidad), más corta es la distancia focal.

Hay objetos que son capaces de cambiar la densidad del flujo que cae sobre ellos. radiación electromagnética, es decir, aumentarlo recogiéndolo en un punto o reducirlo dispersándolo. Estos objetos se llaman lentes en física. Echemos un vistazo más de cerca a este tema.

¿Qué son las lentes en física?

Este concepto significa absolutamente cualquier objeto que sea capaz de cambiar la dirección de propagación de la radiación electromagnética. Este definición general lentes en física, que incluyen gafas ópticas, lentes magnéticas y gravitacionales.

En este artículo se prestará especial atención a los cristales ópticos, que son objetos fabricados de material transparente y limitados a dos superficies. Una de estas superficies necesariamente debe tener curvatura (es decir, ser parte de una esfera de radio finito), de lo contrario el objeto no tendrá la propiedad de cambiar la dirección de propagación de los rayos de luz.

Principio de funcionamiento de la lente

La esencia del funcionamiento de este sencillo objeto óptico radica en el fenómeno de la refracción. rayos de sol. A principios del siglo XVII, el célebre físico y astrónomo holandés Willebrord Snell van Rooyen publicó la ley de refracción, que actualmente lleva su nombre. El tenor de esta ley es el siguiente: cuando luz de sol pasa a través de la interfaz entre dos medios ópticamente transparentes, entonces el producto del seno entre el haz y la normal a la superficie y el índice de refracción del medio en el que se propaga es un valor constante.

Para explicar lo anterior, demos un ejemplo: dejemos que la luz incida sobre la superficie del agua y el ángulo entre la normal a la superficie y el rayo es igual a θ 1. Luego, el haz de luz se refracta y comienza su propagación en el agua en un ángulo θ 2 con respecto a la normal a la superficie. Según la ley de Snell, obtenemos: sin(θ 1)*n 1 = sin(θ 2)*n 2, aquí n 1 y n 2 son los índices de refracción del aire y del agua, respectivamente. ¿Qué es el índice de refracción? Este es un valor que muestra cuántas veces la velocidad de propagación ondas electromagnéticas en el vacío es mayor que la de un medio ópticamente transparente, es decir, n = c/v, donde c y v son la velocidad de la luz en el vacío y en un medio, respectivamente.

La física de la refracción radica en el cumplimiento del principio de Fermat, según el cual la luz se mueve de tal forma que menos tiempo superar la distancia de un punto a otro en el espacio.

La apariencia de una lente óptica en física está determinada únicamente por la forma de las superficies que la forman. La dirección de refracción del haz incidente depende de esta forma. Entonces, si la curvatura de la superficie es positiva (convexa), al salir de la lente, el haz de luz se propagará más cerca de su eje óptico (ver más abajo). Por el contrario, si la curvatura de la superficie es negativa (cóncava), luego de atravesar el vidrio óptico, el haz comenzará a alejarse de su eje central.

Observemos nuevamente que una superficie de cualquier curvatura refracta los rayos por igual (según la ley de Stell), pero las normales a ellas tienen una inclinación diferente con respecto al eje óptico, lo que resulta en un comportamiento diferente del rayo refractado.

Una lente que está limitada por dos superficies convexas se llama lente convergente. A su vez, si está formada por dos superficies con curvatura negativa, entonces se llama dispersión. Todos los demás tipos están asociados con una combinación de las superficies especificadas, a las que también se agrega un plano. La propiedad que tendrá la lente combinada (divergente o convergente) depende de la curvatura total de los radios de sus superficies.

Elementos de la lente y propiedades de los rayos.

Para construir imágenes en lentes en física, es necesario familiarizarse con los elementos de este objeto. Se dan a continuación:

• Eje óptico principal y centro. En el primer caso, se trata de una línea recta que pasa perpendicular a la lente y pasa por su centro óptico. Este último, a su vez, es un punto dentro de la lente, a través del cual el haz no experimenta refracción.
• Distancia focal y foco: la distancia entre el centro y el punto del eje óptico en el que se recogen todos los rayos que inciden en la lente paralelos a este eje. Esta definición es válida para aquellos que recolectan gafas opticas. En el caso de lentes divergentes, no son los rayos en sí los que se acumularán en un punto, sino su continuación imaginaria. Este punto se llama foco principal.
• Potencia óptica. Así se llama el recíproco de la distancia focal, es decir, D = 1/f. Se mide en dioptrías (dopters), es decir, 1 dioptría. = 1m-1 .

Las siguientes son las principales propiedades de los rayos que atraviesan una lente:

• el haz que pasa por el centro óptico no cambia la dirección de su movimiento;
• los rayos que inciden paralelos al eje óptico principal cambian de dirección para pasar por el foco principal;
• Los rayos que inciden sobre el vidrio óptico en cualquier ángulo, pero que pasan por su foco, cambian su dirección de propagación de tal manera que se vuelven paralelos al eje óptico principal.

Las propiedades mencionadas anteriormente de los rayos para lentes delgadas en física (se llaman así porque no importa de qué esferas estén formadas o qué tan gruesas sean, solo importan las propiedades ópticas del objeto) se utilizan para construir imágenes en ellas.

Imágenes en gafas ópticas: ¿cómo construir?

A continuación se muestra una figura que muestra en detalle los esquemas para construir imágenes en las lentes convexas y cóncavas de un objeto (flecha roja) dependiendo de su posición.

Del análisis de los circuitos de la figura se desprenden conclusiones importantes:

• Cualquier imagen se construye a partir de solo 2 rayos (que pasan por el centro y son paralelos al eje óptico principal).
• Las lentes convergentes (indicadas por flechas en los extremos que apuntan hacia afuera) pueden producir una imagen ampliada o reducida, que a su vez puede ser real (real) o virtual.
• Si un objeto está enfocado, entonces la lente no forma su imagen (consulte el diagrama inferior a la izquierda en la figura).
• Las gafas ópticas difusoras (indicadas por flechas en sus extremos dirigidas hacia adentro) siempre dan una imagen reducida y virtual, independientemente de la posición del objeto.

Encontrar la distancia a una imagen

Para determinar a qué distancia aparecerá la imagen, conociendo la posición del propio objeto, presentamos la fórmula de la lente en física: 1/f = 1/d o + 1/d i, donde d o y d i son la distancia al objeto y a su imagen desde el centro óptico, respectivamente, f - foco principal. Si estamos hablando acerca de sobre la recolección de vidrio óptico, entonces el número f será positivo. Por el contrario, para una lente divergente f es negativa.

Usemos esta fórmula y resolvamos Tarea simple: deje que el objeto esté a una distancia d o = 2*f del centro del vidrio óptico colector. ¿Dónde aparecerá su imagen?

De las condiciones del problema tenemos: 1/f = 1/(2*f)+1/d i. De: 1/d i = 1/f - 1/(2*f) = 1/(2*f), es decir, d i = 2*f. Así, la imagen aparecerá a una distancia de dos puntos focales de la lente, pero en el otro lado del objeto en sí (esto se indica con signo positivo valores d i).

Cuento

Es interesante dar la etimología de la palabra “lente”. Proviene de las palabras latinas lens y lentis, que significan “lenteja”, ya que los objetos ópticos en su forma son muy similares al fruto de esta planta.

Poder refractivo de esférico. cuerpos transparentes era conocido por los antiguos romanos. Para ello utilizaron recipientes redondos de vidrio llenos de agua. Las lentes de vidrio no comenzaron a fabricarse en Europa hasta el siglo XIII. Se utilizaban como herramienta de lectura (gafas modernas o lupa).

El uso activo de objetos ópticos en la fabricación de telescopios y microscopios se remonta al siglo XVII (Galileo inventó el primer telescopio a principios de este siglo). Tenga en cuenta que la formulación matemática de la ley de refracción de Stell, sin cuyo conocimiento es imposible producir lentes con determinadas propiedades, fue publicada por un científico holandés a principios del mismo siglo XVII.

Otros tipos de lentes

Como se señaló anteriormente, además de los objetos ópticos refractivos, también los hay magnéticos y gravitacionales. Un ejemplo de lo primero son las lentes magnéticas en microscopio electrónico, ejemplo brillante El segundo es distorsionar la dirección del flujo de luz cuando pasa cerca de cuerpos cósmicos masivos (estrellas, planetas).