Čo je šošovka vo fyzike. Konkávno-konvexná šošovka

Typy šošoviek

Odraz a lom svetla sa používa na zmenu smeru lúčov alebo, ako sa hovorí, na ovládanie svetelných lúčov. To je základom pre vytvorenie špeciálnych optických prístrojov, akými sú napríklad lupa, ďalekohľad, mikroskop, kamera a iné. Hlavnou súčasťou väčšiny z nich je šošovka. Napríklad okuliare sú šošovky uzavreté v ráme. Už tento príklad ukazuje, aké dôležité je pre človeka používanie šošoviek.

Napríklad na prvom obrázku je banka tak, ako ju vidíme v živote,

a na druhom, ak sa na to pozrieme cez lupu (rovnaká šošovka).

V optike sa najčastejšie používajú sférické šošovky. Takéto šošovky sú telesá vyrobené z optického alebo organického skla, ohraničené dvoma sférickými plochami.

Šošovky sú priehľadné telesá ohraničené na oboch stranách zakrivenými plochami (konvexnými alebo konkávnymi). Priamka AB prechádzajúca stredmi C1 a C2 guľových plôch ohraničujúcich šošovku sa nazýva optická os.

Tento obrázok ukazuje rezy dvoch šošoviek so stredom v bode O. Prvá šošovka zobrazená na obrázku sa nazýva konvexná, druhá sa nazýva konkávna. Bod O, ktorý leží na optickej osi v strede týchto šošoviek, sa nazýva optický stred šošovky.

Jedna z dvoch ohraničujúcich plôch môže byť plochá.

Šošovky na ľavej strane sú konvexné

vpravo - konkávne.

Budeme uvažovať iba sférické šošovky, teda šošovky ohraničené dvoma sférickými (sférickými) plochami.
Objektívy obmedzené na dva konvexné povrchy, sa nazývajú bikonvexné; šošovky ohraničené dvoma konkávnymi plochami sa nazývajú bikonkávne.

Nasmerovaním zväzku lúčov rovnobežných s hlavnou optickou osou šošovky na konvexnú šošovku uvidíme, že po lomu šošovky sa tieto lúče zhromažďujú v bode nazývanom hlavné ohnisko šošovky.

- bod F. Šošovka má dve hlavné ohniská, na oboch stranách v rovnakej vzdialenosti od optické centrum. Ak je zdroj svetla zaostrený, potom po lomu v šošovke budú lúče rovnobežné s hlavnou optickou osou. Každá šošovka má dve ohniská, jedno na každej strane šošovky. Vzdialenosť od šošovky k jej ohnisku sa nazýva ohnisková vzdialenosť šošovky.
Nasmerujme lúč divergujúcich lúčov z bodového zdroja ležiaceho na optickej osi na konvexnú šošovku. Ak je vzdialenosť od zdroja k šošovke väčšia ako ohnisková vzdialenosť, potom lúče po lomu v šošovke budú pretínať optickú os šošovky v jednom bode. Preto konvexná šošovka zbiera lúče prichádzajúce zo zdrojov umiestnených vo vzdialenosti väčšej ako je jej ohnisková vzdialenosť. Preto sa konvexná šošovka inak nazýva konvergovaná šošovka.
Keď lúče prechádzajú cez konkávnu šošovku, pozorujeme iný obraz.
Pošlime lúč lúčov rovnobežný s optickou osou na bikonkávnu šošovku. Všimneme si, že lúče budú vychádzať zo šošovky v divergentnom lúči. Ak sa tento divergentný zväzok lúčov dostane do oka, potom sa pozorovateľovi bude zdať, že lúče vychádzajú z bodu F. Tento bod sa nazýva imaginárne ohnisko bikonkávnej šošovky. Takúto šošovku možno nazvať divergentnou.

Obrázok 63 vysvetľuje pôsobenie zbiehavých a divergentných šošoviek. Šošovky môžu byť reprezentované ako veľké množstvo hranolov. Keďže hranoly vychyľujú lúče, ako je znázornené na obrázkoch, je zrejmé, že šošovky s vydutím v strede lúče zhromažďujú a šošovky s vydutím na okrajoch ich rozptyľujú. Stred šošovky pôsobí ako planparalelná doska: neodchyľuje lúče ani v zbiehavej, ani v divergentnej šošovke

Na výkresoch sú zbiehavé šošovky označené tak, ako je znázornené na obrázku vľavo, a divergentné - na obrázku vpravo.

Medzi konvexnými šošovkami sú: bikonvexné, plankonvexné a konkávne-konvexné (v uvedenom poradí na obrázku). Vo všetkých konvexných šošovkách je stred rezu širší ako okraje. Tieto šošovky sa nazývajú zbiehavé šošovky. Medzi konkávnymi šošovkami sú bikonkávne, plankonkávne a konvexne konkávne (na obrázku). Všetky konkávne šošovky majú užšiu strednú časť ako okraje. Tieto šošovky sa nazývajú divergujúce šošovky.

Svetlo je elektromagnetické žiarenie vnímané okom prostredníctvom zrakového vnemu.

• Zákon priamočiareho šírenia svetla: svetlo sa v homogénnom prostredí šíri priamočiaro
• Svetelný zdroj, ktorého rozmery sú malé v porovnaní so vzdialenosťou k obrazovke, sa nazýva bodový svetelný zdroj.

• Dopadajúci lúč a odrazený lúč ležia v rovnakej rovine s kolmicou obnovenou na odrazový povrch v bode dopadu. Uhol dopadu rovný uhlu odrazy.
• Ak dôjde k zámene bodového objektu a jeho odrazu, dráha lúčov sa nezmení, zmení sa len ich smer.

Zívajúca reflexná plocha je tzv ploché zrkadlo, ak zväzok rovnobežných lúčov dopadajúcich naň zostane po odraze rovnobežný.

• Šošovka, ktorej hrúbka je oveľa menšia ako polomery zakrivenia jej povrchov, sa nazýva tenká šošovka.
• Šošovka, ktorá premieňa lúč rovnobežných lúčov na zbiehajúci sa a zbiera ho do jedného bodu, sa nazýva konvergujúca šošovka.
• Šošovka, ktorá premieňa lúč rovnobežných lúčov na divergentné – divergentné.

Pre zbiehavú šošovku

Pre divergenciu:

Vo všetkých polohách objektu poskytuje šošovka zmenšený, imaginárny, priamy obraz ležiaci na tej istej strane šošovky ako objekt.

Vlastnosti oka:

• ubytovanie (dosiahnuté zmenou tvaru šošoviek);
• prispôsobenie (prispôsobenie sa rozdielne podmienky osvetlenie);
• zraková ostrosť (schopnosť samostatne rozlišovať medzi dvoma blízkymi bodmi);
• zorné pole (priestor pozorovaný, keď sa oči pohybujú, ale hlava je nehybná)

poruchy zraku

krátkozrakosť (korekcia - divergujúca šošovka);

ďalekozrakosť (korekcia – zbiehavá šošovka).

Tenká šošovka je najjednoduchší optický systém. Jednoduché tenké šošovky sa používajú najmä vo forme okuliarov na okuliare. Okrem toho je dobre známe použitie šošovky ako lupy.

Činnosť mnohých optických zariadení - projekčnej lampy, kamery a iných zariadení - možno schematicky prirovnať k akcii tenké šošovky. Tenký objektív však dáva dobrý obraz len v tom relatívne zriedkavý prípad keď je možné obmedziť sa na úzky jednofarebný lúč vychádzajúci zo zdroja pozdĺž hlavnej optickej osi alebo pod veľkým uhlom k nej. Vo väčšine praktické úlohy tam, kde tieto podmienky nie sú splnené, je obraz vytvorený tenkou šošovkou skôr nedokonalý.
Preto sa vo väčšine prípadov uchyľujú ku konštrukcii zložitejších optických systémov s veľké číslo refrakčných plôch a nie sú obmedzené požiadavkou blízkosti týchto plôch (požiadavka, ktorú tenká šošovka spĺňa). [4]

4.2 Fotografický prístroj. Optické zariadenia.

Všetky optické zariadenia možno rozdeliť do dvoch skupín:

1) zariadenia, pomocou ktorých sa na obrazovke získavajú optické obrazy. Tie obsahujú premietacie zariadenia, fotoaparáty, filmové kamery atď.

2) zariadenia, ktoré fungujú iba v spojení s ľudské oči a nevytvárajte na obrazovke obrázky. Patrí medzi ne lupa, mikroskop a rôzne prístroje teleskopického systému. Takéto zariadenia sa nazývajú vizuálne.

Fotoaparát.

Moderné fotoaparáty majú zložitý a rôznorodá štruktúra, zvážime, z akých základných prvkov sa kamera skladá a ako fungujú.

Obraz šošovky tvorený optickým systémom alebo časťou optického systému. Používa sa pri výpočte zložitých optických systémov.

Encyklopedický YouTube

Príbeh

Vek najstaršej šošovky je viac ako 3000 rokov, ide o takzvanú Nimrudovu šošovku. Bol nájdený počas vykopávok jedného zo starovekých hlavných miest Asýrie v Nimrude Austin Henry Layardom v roku 1853. Šošovka má tvar blízky oválu, hrubo leštená, jedna zo strán je konvexná a druhá plochá, má 3-násobné zvýšenie. Objektív Nimrud je vystavený v Britskom múzeu.

Prvá zmienka o šošovky možno nájsť v starogréckej hre „Oblaky“ (424 pred Kr.) od Aristofana, kde sa oheň vyrábal pomocou vypuklého skla a slnečného svetla.

Charakteristika jednoduchých šošoviek

V závislosti od foriem existujú zhromažďovanie(pozitívne) a rozptyl(negatívne) šošovky. Do skupiny zbiehavých šošoviek patria spravidla šošovky, pri ktorých je stred hrubší ako ich okraje a do skupiny zbiehavých šošoviek sú šošovky, ktorých okraje sú hrubšie ako stred. Treba poznamenať, že to platí len vtedy, ak je index lomu materiálu šošovky väčší ako index lomu šošovky životné prostredie. Ak je index lomu šošovky nižší, situácia sa obráti. Napríklad vzduchová bublina vo vode je bikonvexná difúzna šošovka.

Šošovky sa spravidla vyznačujú optickou mohutnosťou (meranou v dioptriách) a ohniskovou vzdialenosťou.

Pre konštrukciu optických zariadení s korigovanou optickou aberáciou (predovšetkým chromatická, v dôsledku rozptylu svetla, - achromáty a apochromáty) sú dôležité aj ďalšie vlastnosti šošoviek a ich materiálov, napríklad index lomu, disperzný koeficient, index absorpcie a index rozptylu materiálu vo zvolenom optickom rozsahu .

Niekedy sú šošovky/šošovkové optické systémy (refraktory) špeciálne navrhnuté na použitie v prostrediach s relatívne vysoká miera lom (pozri imerzný mikroskop, imerzné kvapaliny).

Konvexno-konkávna šošovka je tzv meniskus a môže byť kolektívne (zahusťuje sa smerom k stredu), rozptylové (zahusťuje sa smerom k okrajom) alebo teleskopické (ohnisková vzdialenosť je nekonečno). Takže napríklad šošovky okuliarov pre krátkozrakých sú zvyčajne negatívne menisky.

Na rozdiel od všeobecne rozšírenej mylnej predstavy, optická mohutnosť menisku s rovnakými polomermi nie je nulová, ale kladná a závisí od indexu lomu skla a od hrúbky šošovky. Meniskus, ktorého stredy zakrivenia sú v jednom bode, sa nazýva koncentrická šošovka (optická mohutnosť je vždy záporná).

Charakteristickou vlastnosťou zbiehajúcej šošovky je schopnosť zbierať lúče dopadajúce na jej povrch v jednom bode umiestnenom na druhej strane šošovky.

Hlavné prvky šošovky: NN - optická os - priamka prechádzajúca stredmi guľových plôch ohraničujúcich šošovku; O - optický stred - bod, ktorý sa pre bikonvexné alebo bikonkávne (s rovnakými polomermi povrchu) šošovky nachádza na optickej osi vo vnútri šošovky (v jej strede).
Poznámka. Dráha lúčov je znázornená ako v idealizovanej (tenkej) šošovke bez toho, aby naznačovala lom na skutočnom rozhraní medzi médiami. Okrem toho je zobrazený trochu prehnaný obraz bikonvexnej šošovky.

Ak je svetelný bod S umiestnený v určitej vzdialenosti pred zbiehavou šošovkou, potom lúč svetla nasmerovaný pozdĺž osi prejde šošovkou bez lomu a lúče, ktoré neprechádzajú stredom, sa budú lámať smerom k optike. os a pretínajú sa na nej v nejakom bode F, ktorý bude obrazom bodu S. Tento bod sa nazýva konjugované ohnisko, alebo jednoducho zameranie.

Ak na šošovku dopadá svetlo z veľmi vzdialeného zdroja, ktorého lúče môžu byť reprezentované ako pohybujúce sa v paralelnom lúči, potom pri výstupe z šošovky sa lúče lámu pod väčším uhlom a bod F sa bude pohybovať na optická os bližšie k šošovke. Za týchto podmienok sa nazýva priesečník lúčov vystupujúcich zo šošovky zameranie F' a vzdialenosť od stredu šošovky k ohnisku je ohnisková vzdialenosť.

Lúče dopadajúce na rozptylovú šošovku sa pri výstupe z nej budú lámať smerom k okrajom šošovky, to znamená, že budú rozptýlené. Ak tieto lúče pokračujú v opačnom smere, ako je znázornené na obrázku bodkovanou čiarou, potom sa budú zbiehať v jednom bode F, ktorý bude zameranie tento objektív. Toto zameranie bude imaginárny.

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

Kde u (\displaystyle u)- vzdialenosť od objektívu k objektu; v (\displaystyle v) f (\displaystyle f) je hlavná ohnisková vzdialenosť objektívu. V prípade hrubej šošovky zostáva vzorec nezmenený len s tým rozdielom, že vzdialenosti sa nemerajú od stredu šošovky, ale od hlavných rovín.

Ak chcete nájsť jedno alebo druhé neznáme množstvo s dvoma známymi, použite nasledujúce rovnice:

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

Treba poznamenať, že znaky množstiev u (\displaystyle u), v (\displaystyle v), f (\displaystyle f) sa vyberajú na základe nasledujúcich úvah - pre reálny obraz zo skutočného objektu v zbiehavke - všetky tieto veličiny sú kladné. Ak je obraz imaginárny - vzdialenosť k nemu je záporná, ak je objekt imaginárny - vzdialenosť k nemu je záporná, ak je šošovka divergentná - ohnisková vzdialenosť je záporná.

Obrázky čiernych písmen cez tenkú konvexnú šošovku s ohniskovou vzdialenosťou f(v červenej farbe). Zobrazujú sa lúče pre písmená E, ja A K(modrá, zelená a oranžová). Obrázok písmena E(nachádza sa vo vzdialenosti 2 f) skutočné a prevrátené, rovnakej veľkosti. Obrázok ja(zapnuté f) - do nekonečna. Obrázok TO(zapnuté f/2) imaginárny, priamy, zdvojený

Lineárne priblíženie

Lineárne priblíženie m = a 2 b 2 a b (\displaystyle m=((a_(2)b_(2)) \over (ab)))(pre obrázok z predchádzajúcej časti) je pomer rozmerov obrazu k zodpovedajúcim rozmerom objektu. Tento pomer možno vyjadriť aj zlomkom m = a 2 b 2 a b = v u (\displaystyle m=((a_(2)b_(2)) \over (ab))=(v \over u)), Kde v (\displaystyle v)- vzdialenosť od objektívu k obrázku; u (\displaystyle u) je vzdialenosť od objektívu k objektu.

Tu m (\displaystyle m) existuje koeficient lineárneho nárastu, to znamená číslo, ktoré ukazuje, koľkokrát sú lineárne rozmery obrazu menšie (väčšie) ako skutočné lineárne rozmery objektu.

V praxi výpočtov je oveľa pohodlnejšie vyjadriť tento vzťah výrazmi u (\displaystyle u) alebo f (\displaystyle f), Kde f (\displaystyle f) je ohnisková vzdialenosť šošovky.

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

Výpočet ohniskovej vzdialenosti a optickej mohutnosti šošovky

Šošovky sú symetrické, to znamená, že majú rovnakú ohniskovú vzdialenosť bez ohľadu na smer svetla - doľava alebo doprava, čo však neplatí pre iné charakteristiky, ako sú aberácie, ktorých veľkosť závisí na ktorej strane je šošovka otočená smerom k svetlu.

Kombinácia viacerých šošoviek (centrovaný systém)

Šošovky je možné navzájom kombinovať a vytvárať tak komplexné optické systémy. optická sila systém dvoch šošoviek možno nájsť ako jednoduchý súčet optických mohutností každej šošovky (za predpokladu, že obe šošovky možno považovať za tenké a sú umiestnené blízko seba na rovnakej osi):

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

Ak sú šošovky umiestnené v určitej vzdialenosti od seba a ich osi sa zhodujú (systém ľubovoľného počtu šošoviek s touto vlastnosťou sa nazýva centrovaný systém), potom ich celkovú optickú mohutnosť možno zistiť s dostatočnou mierou presnosti z nasledujúci výraz:

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)))),

Kde L (\displaystyle L)- vzdialenosť medzi hlavnými rovinami šošoviek.

Nevýhody jednoduchého objektívu

V moderných optických zariadeniach sú na kvalitu obrazu kladené vysoké nároky.

Obraz daný jednoduchým objektívom pre množstvo nedostatkov tieto požiadavky nespĺňa. Odstránenie väčšiny nedostatkov sa dosiahne vhodným výberom množstva šošoviek v centrovanej optickej sústave - objektíve. Nevýhody optických systémov sa nazývajú aberácie, ktoré sú rozdelené do nasledujúcich typov:

• Geometrické aberácie
• Difrakčná aberácia (táto aberácia je spôsobená inými prvkami optického systému a nemá nič spoločné so samotným objektívom).

Objektív nazývané priehľadné teleso ohraničené dvoma krivočiarymi (najčastejšie guľovými) alebo zakrivenými a rovnými plochami. Šošovky sa delia na konvexné a konkávne.

Šošovky, ktorých stred je hrubší ako okraje, sa nazývajú konvexné. Šošovky, ktoré sú v strede tenšie ako okraje, sa nazývajú konkávne šošovky.

Ak je index lomu šošovky väčší ako index lomu prostredia, potom sa v konvexnej šošovke paralelný zväzok lúčov po lomu premení na klesajúci zväzok. Takéto šošovky sú tzv zhromažďovanie(Obr. 89, a). Ak sa v šošovke paralelný lúč transformuje na divergentný lúč, potom tieto šošovky sa nazývajú rozptyl(obr. 89, b). Konkávne šošovky, ktoré vonkajšie prostredie slúži ako vzduch, sú rozptylové.

O 1, O 2 - geometrické stredy guľových plôch ohraničujúcich šošovku. Rovno O 1 O 2 spájajúcej stredy týchto guľových plôch sa nazýva hlavná optická os. Zvyčajne uvažujeme tenké šošovky, ktorých hrúbka je malá v porovnaní s polomermi zakrivenia ich plôch, takže body C 1 a C 2 (vrcholy segmentov) ležia blízko seba, možno ich nahradiť jedným bodom O, nazývaným optický stred šošovky (pozri obr. 89a). Nazýva sa akákoľvek priamka vedená cez optický stred šošovky pod uhlom k hlavnej optickej osi sekundárna optická os(A1A2B1B2).

Ak lúč lúčov rovnobežný s hlavnou optickou osou dopadá na zbiehavú šošovku, potom sa po lomení v šošovke zhromažďujú v jednom bode F, ktorý je tzv. hlavné ohnisko objektívu(Obr. 90, a).

V ohnisku divergencie šošovky sa pretínajú pokračovania lúčov, ktoré boli pred lomom rovnobežné s jej hlavnou optickou osou (obr. 90, b). Ohnisko divergencie šošovky je imaginárne. Existujú dve hlavné zamerania; sú umiestnené na hlavnej optickej osi v rovnakej vzdialenosti od optického stredu šošovky na opačných stranách.

Hodnotové, obojstranné ohnisková vzdialenosťšošovky, tzv optická sila . Optická sila šošovky - D.

Jednotkou optickej mohutnosti šošovky v SI je dioptria. Dioptrie je optická mohutnosť šošovky s ohniskovou vzdialenosťou 1 m.

Optická mohutnosť zbiehajúcej sa šošovky je kladná, divergencie záporná.

Rovina prechádzajúca hlavným ohniskom šošovky kolmá na hlavnú optickú os sa nazýva ohniskové(Obr. 91). Lúč lúčov dopadajúcich na šošovku rovnobežnú s niektorou sekundárnou optickou osou sa zhromažďuje v bode priesečníka tejto osi s ohniskovou rovinou.

Konštrukcia obrazu bodu a predmetu v zbiehavke.

Na vytvorenie obrazu v šošovke stačí zobrať dva lúče z každého bodu objektu a nájsť ich priesečník po lomu v šošovke. Je vhodné použiť lúče, ktorých dráha po lomu v šošovke je známa. Takže lúč dopadajúci na šošovku rovnobežnú s hlavnou optickou osou po lomu v šošovke prechádza cez hlavné ohnisko; lúč prechádzajúci cez optický stred šošovky sa neláme; lúč prechádzajúci cez hlavné ohnisko šošovky po refrakcii ide rovnobežne s hlavnou optickou osou; lúč dopadajúci na šošovku rovnobežne so sekundárnou optickou osou po lomu v šošovke prechádza priesečníkom osi s ohniskovou rovinou.

Svetelný bod S nech leží na hlavnej optickej osi.

Zvolíme si ľubovoľný lúč a rovnobežne s ním nakreslíme bočnú optickú os (obr. 92). Zvolený lúč bude po lomu v šošovke prechádzať priesečníkom sekundárnej optickej osi s ohniskovou rovinou. Priesečník tohto lúča s hlavnou optickou osou (druhý lúč) poskytne skutočný obraz bodu S - S`.

Zvážte konštrukciu obrazu objektu v konvexnej šošovke.

Nechajte bod ležať mimo hlavnej optickej osi, potom môže byť obraz S` skonštruovaný pomocou akýchkoľvek dvoch lúčov znázornených na obr. 93.

Ak sa objekt nachádza v nekonečne, potom sa lúče budú pretínať v ohnisku (obr. 94).

Ak sa objekt nachádza za dvojitým zaostrovacím bodom, potom sa obraz ukáže ako skutočný, inverzný, zmenšený (fotoaparát, oko) (obr. 95).

Každý vie, že fotografický objektív sa skladá z optických prvkov. Väčšina fotografických objektívov používa šošovky ako také prvky. Šošovky vo fotošošovke sú umiestnené na hlavnej optickej osi a tvoria optickú schému šošovky.

Optická sférická šošovka - je to priehľadný homogénny prvok, ohraničený dvoma guľovými alebo jedným guľovým a druhým plochým povrchom.

V moderných fotografických objektívoch prijatých rozšírené, tiež, asférickýšošovky, ktorých tvar povrchu sa líši od gule. V tomto prípade môžu existovať parabolické, valcové, torické, kužeľové a iné zakrivené plochy, ako aj rotačné plochy s osou symetrie.

Materiálom na výrobu šošoviek môžu byť rôzne druhy optického skla, ako aj priehľadné plasty.

Celú škálu sférických šošoviek možno zredukovať na dva hlavné typy: Zhromažďovanie(alebo kladné, konvexné) a Rozptyľovanie(alebo negatívny, konkávny). Zbiehavkové šošovky v strede sú hrubšie ako na okrajoch, naopak difúzne šošovky v strede sú tenšie ako na okrajoch.

V zbiehavých šošovkách sú paralelné lúče prechádzajúce cez ňu zaostrené v jednom bode za šošovkou. V divergentných šošovkách sú lúče prechádzajúce šošovkou rozptýlené do strán.

chorý. 1. Zberné a divergentné šošovky.

Iba pozitívne šošovky môžu vytvárať obrazy predmetov. IN optické systémy ktoré poskytujú skutočný obraz (najmä šošovky), divergujúce šošovky možno použiť len spolu s kolektívnymi.

Podľa tvaru prierezu sa rozlišuje šesť hlavných typov šošoviek:

1. bikonvexné zbiehavé šošovky;
2. plankonvexné zbiehavé šošovky;
3. konkávne-konvexné zbiehavé šošovky (menisky);
4. bikonkávne difúzne šošovky;
5. plankonkávne difúzne šošovky;
6. konvexno-konkávne difúzne šošovky.

chorý. 2. Šesť typov sférických šošoviek.

Sférické povrchy šošovky môžu mať rôzne zakrivenie(stupeň konvexnosti / konkávnosti) a rôzne axiálna hrúbka.

Pozrime sa na tieto a niektoré ďalšie pojmy podrobnejšie.

chorý. 3. Prvky bikonvexnej šošovky

Na obrázku 3 môžete vidieť vytvorenie bikonvexnej šošovky.

• C1 a C2 sú stredy guľových plôch ohraničujúcich šošovku, nazývajú sa stredy zakrivenia.
• R1 a R2 sú polomery guľových plôch šošovky resp polomery zakrivenia.
• Nazýva sa priamka spájajúca body C1 a C2 hlavná optická osšošovky.
• Nazývajú sa priesečníky hlavnej optickej osi s povrchmi šošovky (A a B). vrcholy šošovky.
• Vzdialenosť od bodu A k veci B volal hrúbka axiálnej šošovky.

Ak je paralelný lúč svetelných lúčov nasmerovaný na šošovku z bodu ležiaceho na hlavnej optickej osi, potom sa po prechode cez ňu zhromaždia v bode F, ktorá je tiež na hlavnej optickej osi. Tento bod sa nazýva hlavne zameraniešošovky a vzdialenosť f od objektívu až po tento bod - hlavná ohnisková vzdialenosť.

chorý. 4. Hlavné ohnisko, hlavná ohnisková rovina a ohnisková vzdialenosť šošovky.

Lietadlo MN kolmá na hlavnú optickú os a prechádzajúca hlavným ohniskom je tzv hlavná ohnisková rovina. Tu sa nachádza fotosenzitívna matrica alebo fotocitlivý film.

Ohnisková vzdialenosť šošovky priamo závisí od zakrivenia jej konvexných plôch: čím menšie sú polomery zakrivenia (t. j. čím väčšie je vydutie), tým kratšia je ohnisková vzdialenosť.

Existujú predmety, ktoré sú schopné meniť hustotu toku, ktorý na ne dopadá. elektromagnetická radiácia, teda buď ho zväčšíte zbieraním do jedného bodu, alebo znížite rozhádzaním. Tieto objekty sa vo fyzike nazývajú šošovky. Zvážme túto otázku podrobnejšie.

Čo sú šošovky vo fyzike?

Tento pojem znamená absolútne akýkoľvek objekt, ktorý je schopný meniť smer šírenia elektromagnetického žiarenia. Toto všeobecná definíciašošovky vo fyzike, ktorá zahŕňa optické sklá, magnetické a gravitačné šošovky.

V tomto článku bude hlavná pozornosť venovaná optickým sklám, čo sú predmety vyrobené z priehľadného materiálu a ohraničené dvoma povrchmi. Jeden z týchto povrchov musí mať nevyhnutne zakrivenie (to znamená, že musí byť súčasťou gule s konečným polomerom), inak objekt nebude mať vlastnosť meniť smer šírenia svetelných lúčov.

Princíp šošovky

Podstatou tohto jednoduchého optického objektu je fenomén lomu slnečné lúče. Začiatkom 17. storočia publikoval slávny holandský fyzik a astronóm Willebrord Snell van Rooyen zákon lomu, ktorý v súčasnosti nesie jeho priezvisko. Formulácia tohto zákona je nasledovná: kedy slnečné svetlo prechádza rozhraním medzi dvoma opticky priehľadnými médiami, potom je súčin sínusu medzi lúčom a normálou k povrchu a indexu lomu prostredia, v ktorom sa šíri, konštantná hodnota.

Na objasnenie vyššie uvedeného uveďme príklad: nechajte svetlo dopadať na hladinu vody, pričom uhol medzi normálou k hladine a lúčom je rovný θ 1 . Potom sa svetelný lúč láme a začína sa šíriť vo vode už pod uhlom θ 2 k normále k povrchu. Podľa Snellovho zákona dostaneme: sin (θ 1) * n 1 \u003d sin (θ 2) * n 2, tu n 1 a n 2 sú indexy lomu vzduchu a vody. Aký je index lomu? Toto je hodnota, ktorá ukazuje, koľkokrát je rýchlosť šírenia elektromagnetické vlny vo vákuu je väčšia ako v prípade opticky priehľadného prostredia, to znamená n = c/v, kde c a v sú rýchlosti svetla vo vákuu a v médiu.

Fyzika lomu je implementáciou Fermatovho princípu, podľa ktorého sa svetlo pohybuje tak, že za najmenej času prekonať vzdialenosť z jedného bodu do druhého v priestore.

Typ optickej šošovky vo fyzike je určený výlučne tvarom povrchov, ktoré ju tvoria. Od tohto tvaru závisí smer lomu lúča, ktorý na ne dopadá. Ak je teda zakrivenie povrchu pozitívne (konvexné), potom sa svetelný lúč pri výstupe z šošovky bude šíriť bližšie k svojej optickej osi (pozri nižšie). Naopak, ak je zakrivenie povrchu negatívne (konkávne), pri prechode cez optické sklo sa lúč bude pohybovať smerom od svojej centrálnej osi.

Opäť poznamenávame, že povrch akéhokoľvek zakrivenia láme lúče rovnakým spôsobom (podľa Stellovho zákona), ale normály k nim majú iný sklon vzhľadom k optickej osi, čo má za následok iné správanie lomeného lúča.

Šošovka ohraničená dvoma vypuklými plochami sa nazýva zbiehavá šošovka. Na druhej strane, ak je tvorený dvoma povrchmi s negatívnym zakrivením, nazýva sa to rozptyl. Všetky ostatné pohľady sú spojené s kombináciou označených plôch, ku ktorým je pridaná aj rovina. Akú vlastnosť bude mať kombinovaná šošovka (difúznu alebo konvergujúcu) závisí od celkového zakrivenia polomerov jej plôch.

Prvky šošovky a vlastnosti lúčov

Na zabudovanie šošoviek v zobrazovacej fyzike je potrebné zoznámiť sa s prvkami tohto objektu. Sú uvedené nižšie:

• Hlavná optická os a stred. V prvom prípade znamenajú priamku prechádzajúcu kolmo na šošovku cez jej optický stred. Ten je zase bodom vo vnútri šošovky, cez ktorý lúč neprechádza lomom.
• Ohnisková vzdialenosť a ohnisko - vzdialenosť medzi stredom a bodom na optickej osi, v ktorej sa zhromažďujú všetky lúče dopadajúce na šošovku rovnobežne s touto osou. Táto definícia platí pre tých, ktorí zbierajú optické okuliare. V prípade divergentných šošoviek to nie sú samotné lúče, ktoré sa budú zbiehať do bodu, ale ich pomyselné pokračovanie. Tento bod sa nazýva hlavné zameranie.
• optická sila. Toto je názov prevrátenej ohniskovej vzdialenosti, to znamená D \u003d 1 / f. Meria sa v dioptriách (dioptriách), teda 1 dioptrii. = 1 m-1.

Toto sú hlavné vlastnosti lúčov, ktoré prechádzajú šošovkou:

• lúč prechádzajúci optickým stredom nemení smer svojho pohybu;
• lúče dopadajúce rovnobežne s hlavnou optickou osou menia svoj smer tak, že prechádzajú cez hlavné ohnisko;
• lúče dopadajúce na optické sklo pod akýmkoľvek uhlom, ale prechádzajúce jeho ohniskom, menia svoj smer šírenia tak, že sa stávajú rovnobežnými s hlavnou optickou osou.

Vyššie uvedené vlastnosti lúčov pre tenké šošovky vo fyzike (ako sa nazývajú, pretože nezáleží na tom, aké gule sú vytvorené a aké sú hrubé, záleží len na optických vlastnostiach objektu) sa používajú na vytváranie obrazov v nich.

Obrázky v optických okuliaroch: ako stavať?

Na obrázku nižšie sú podrobne znázornené schémy konštrukcie obrázkov v konvexných a konkávnych šošovkách objektu (červená šípka) v závislosti od jeho polohy.

Z analýzy obvodov na obrázku vyplývajú dôležité závery:

• Akýkoľvek obraz je postavený iba na 2 lúčoch (prechádzajúcich stredom a rovnobežných s hlavnou optickou osou).
• Zbiehavé šošovky (označené šípkami na koncoch smerujúcich von) môžu poskytnúť zväčšený aj zmenšený obraz, ktorý môže byť skutočný (skutočný) alebo imaginárny.
• Ak je objekt zaostrený, šošovka netvorí svoj obraz (pozri dolný diagram vľavo na obrázku).
• Rozptylové optické sklá (označené šípkami na ich koncoch smerujúcimi dovnútra) poskytujú vždy zmenšený a imaginárny obraz bez ohľadu na polohu objektu.

Nájdenie vzdialenosti k obrázku

Aby sme určili, v akej vzdialenosti sa obraz objaví, keď poznáme polohu samotného objektu, dáme vo fyzike vzorec šošovky: 1/f = 1/d o + 1/d i , kde d o a d i sú vzdialenosť k objektu a k jeho obraz z optického stredu, respektíve f je hlavným ohniskom. Ak rozprávame sa o zbernom optickom skle, potom bude clonové číslo kladné. Naopak, pre divergenciu je f záporné.

Použime tento vzorec a riešme jednoduchá úloha: predmet nech je vo vzdialenosti d o = 2*f od stredu zberného optického skla. Kde sa objaví jeho obraz?

Z podmienky úlohy máme: 1/f = 1/(2*f)+1/d i . Od: 1/d i = 1/f - 1/(2*f) = 1/(2*f), t.j. dj = 2*f. Obraz sa teda objaví vo vzdialenosti dvoch ohnísk od objektívu, ale na druhej strane ako samotný objekt (to je označené kladné znamenie hodnoty d i).

Krátky príbeh

Je zvláštne uviesť etymológiu slova „šošovka“. Pochádza z latinských slov lens a lentis, čo znamená „šošovica“, keďže optické objekty svojím tvarom skutočne vyzerajú ako plody tejto rastliny.

Refrakčná sila sféry priehľadné telá poznali už starí Rimania. Na tento účel používali okrúhle sklenené nádoby naplnené vodou. Samotné sklenené šošovky sa v Európe začali vyrábať až v 13. storočí. Používali sa ako nástroj na čítanie (moderné okuliare alebo lupa).

Aktívne používanie optických predmetov pri výrobe ďalekohľadov a mikroskopov sa datuje do 17. storočia (začiatkom tohto storočia Galileo vynašiel prvý ďalekohľad). Všimnite si, že matematickú formuláciu Stellovho zákona lomu, bez toho, aby sme vedeli, že nie je možné vyrobiť šošovky s požadovanými vlastnosťami, publikoval holandský vedec na začiatku toho istého 17. storočia.

Iné typy šošoviek

Ako bolo uvedené vyššie, okrem optických refrakčných objektov existujú aj magnetické a gravitačné. Príkladom prvých sú magnetické šošovky v elektrónový mikroskop, ukážkový príklad druhým je skreslenie smeru svetelného toku pri prechode v blízkosti masívnych kozmických telies (hviezd, planét).