Вдлъбнати и изпъкнали лещи: прилики и разлики

Животът ви не би бил същият без лещи. Независимо дали трябва да носите коригиращи очила или не, не можете да видите ясно изображение на каквото и да било, без някакви лещи, които да огънат лъчите светлина, които преминават през тях, в една фокусна точка.

Учените зависят от микроскопи и телескопи, за да им позволят да виждат много малки или отдалечени обекти, с изключение на увеличени до степен, в която могат да извлекат полезни данни или наблюдения от изображенията. И точно същите принципи се използват, за да сте сигурни, че имате камера, която може да ви помогне да направите перфектното селфи.

От лупата до човешкото око, всички лещи работят на едни и същи основни принципи. Въпреки че има важни разлики между сближаващите се лещи (изпъкнали лещи) и разсейващите се лещи (вдлъбнати лещи), веднага щом научите някои от основните детайли, ще забележите много прилики също.

Преди да предприемете това пътешествие, за да разберете изпъкналите и вдлъбнати лещи, е важно да имате грунд за някои от ключовите понятия в оптиката. The

Theфокусно разстояниена лещата е разстоянието от центъра на лещата до фокусната точка, като по-малко фокусно разстояние показва леща, която огъва по-силно лъчи светлина.

Theоптична осна леща е линията на симетрия, минаваща през центъра на лещата, която минава хоризонтално, ако си представяте, че лещата стои вертикално изправена.

Aсветлинен лъче полезен начин за представяне на пътя на лъча светлина, използван в лъчеви диаграми, за да се даде визуална интерпретация на това как присъствието на леща влияе върху пътя на светлинния лъч.

На практика всеки обект ще има светлинни лъчи, които го оставят във всяка посока, но не всички от тях предлагат полезна информация, когато става въпрос за анализ на това, което всъщност прави лещата. Когато чертаете лъчеви диаграми, изборът на няколко ключови светлинни лъча обикновено е достатъчен, за да обясни разпространението на светлинните вълни и процеса на формиране на изображението.

Диаграмите на лъчите и проследяването на лъчите ви позволяват да определите местоположението на образуването на изображение въз основа на местоположението на обекта и местоположението на обектива.

Процесът на изтегляне на светлинните лъчи и тяхното отклонение при преминаването им през лещата може да бъде завършен, използвайки закона за пречупване на Снел, който свързва ъгъла на лъча преди достигане на леща към ъгъла от другата страна на лещата въз основа на показателите на пречупване на въздуха (или друга среда, през която лъчът пътува) и парчето стъкло или друг материал, използван за лещи.

Това обаче може да отнеме много време и има няколко трика, които могат да ви помогнат да произвеждателъчеви диаграмипо-лесно. По-специално, не забравяйте, че светлинните лъчи, преминаващи през центъра на лещата, не се пречупват до забележима степен и че паралелните лъчи се отклоняват към фокусната точка.

Има два основни типа формиране на изображение, които могат да възникнат при лещите и които можете да използвате лъчеви диаграми за установяване. Първият от тях е „реално изображение“, което се отнася до точка, в която светлинните лъчи се събират, за да създадат изображение. Ако поставите екран на това място, светлинните лъчи ще създадат фокусирано изображение на екрана. Истинско изображение се получава от сближаваща се леща, която иначе е известна като изпъкнала леща.

Виртуалното изображение е напълно различно и се създава от разминаваща се леща. Тъй като тези лещи огъват светлинните лъчидалечедин от друг (т.е. накарайте ги да се разминават), „изображението“ всъщност се формира от страната на лещата, откъдето идват падащите светлинни лъчи.

Извеждането на лъчите от противоположната страна изглежда така, сякаш лъчите са произведени от обект от същата страна на лещата като падащите лъчи, сякаш проследявате лъчите обратно по права линия до точката, където биха го направили се сближават. Това обаче не е буквално вярно и ако поставите екран на това място, няма да има изображение.

Уравнението на тънката леща е едно от най-важните уравнения в оптиката и свързва разстоянието до обектад​_o, разстоянието до изображениетод​_i и фокусното разстояние на обективае. Уравнението е доста просто, но е малко по-трудно за използване от някои други уравнения във физиката, тъй като ключовите термини са в знаменателите на дроби, както следва:

Конвенцията е, че виртуалното изображение има отрицателно разстояние и че реалните изображения имат положително разстояние. Фокусното разстояние на лещата също следва същата конвенция, така че положителните фокусни разстояния представляват сближаващи се лещи, а отрицателните фокусни разстояния представляват разминаващи се лещи.

​Изпъкнали и вдлъбнати лещиса двата основни типа лещи, обсъждани в уводните часове по физика, така че докато разбирате как се държат, ще можете да отговорите на всеки въпрос.

Важно е да се отбележи, че това уравнение е за „тънка” леща. Това означава, че лещата може да се третира като отклоняваща пътя на светлинния лъч отединсамо местоположение, центърът на обектива.

На практика има отклонение от двете страни на лещата - едното на границата между въздуха и материала на лещата и друго на границата между материала на лещата и въздуха от другата страна - но това предположение прави изчислението много по-прост.

Вдлъбнатата леща се нарича също отклоняваща се леща и те са извити, така че „купата“ на лещата да е обърната към въпросния обект. Както бе споменато по-горе, конвенцията е, че на лещи като тази се присвоява отрицателно фокусно разстояние, а виртуалното изображение, което те произвеждат, е от същата страна като оригиналния обект.

За да завършитепроцес на проследяване на лъчиза вдлъбната леща имайте предвид, че всеки светлинен лъч от обекта, който се движи успоредно на оптичната ос на лещата, ще бъде отклонен, така че изглежда, че произхожда от близо до фокусната точка на лещата, от същата страна на лещата като обекта себе си.

Както бе споменато по-горе, всеки лъч, който премине през центъра на лещата, ще продължи, без да се отклонява. И накрая, всеки лъч, който се движи към фокусната точка от противоположната страна на лещата, ще бъде отклонен, така че той излиза успоредно на оптичната ос.

Изчертаването на няколко такива лъча въз основа на една точка върху обекта обикновено ще бъде достатъчно, за да се намери местоположението на произведеното изображение.

Изпъкнала леща е известна още като сходяща се леща и по същество работи по обратния начин на вдлъбнатата леща. Той е извит, така че външният завой на формата на „купата“ е най-близо до обекта и на фокусното разстояние се присвоява положителна стойност.

Процесът на проследяване на лъчите за сближаваща се леща е много подобен на този за разсейваща се леща, с няколко важни разлики. Както винаги, лъчите светлина, преминаващи през центъра на лещата, не се отклоняват.

Ако падащ лъч пътува успоредно на оптичната ос, той ще се отклони през фокусната точка от противоположната страна на лещата. И обратно, всеки светлинен лъч, идващ от обекта и преминаващ през близката фокусна точка по време на пътуването си към лещата, ще бъде отклонен, така че той излиза успоредно на оптичната ос.

Отново, като нарисувате два или три лъча за точка върху обекта въз основа на тези прости принципи, ще можете да намерите местоположението на изображението. Това е точката, в която всички светлинни лъчи се събират от противоположната страна на лещата към самия обект.

Увеличаването е важна концепция в оптиката и се отнася до съотношението на размера на изображението, получено от леща, и размера на оригиналния обект. Почти по този начин бихте разбрали увеличението като концепция от ежедневието - ако изображението е два пъти по-голямо от обекта, то е увеличено с коефициент два. Но точното определение е:

КъдетоМе увеличението,iсе отнася до размера на изображението иoсе отнася до размера на обекта. Отрицателното увеличение показва обърнато изображение, като положителното увеличение е изправено.

Има прилики между изпъкналите и вдлъбнатите лещи в основни термини, но има повече разлики, отколкото прилики, когато ги разгледате по-подробно.

Основното сходство е, че и двамата работят на един и същ основен принцип, където разликата в показателят на пречупване между лещата и околната среда им позволява да огъват светлинните лъчи и да създават a фокусна точка. Разбиращите се лещи обаче винаги създават виртуални изображения, докато сближаващите се лещи могат да създават реални или виртуални изображения.

Тъй като кривината на лещата намалява, сближаващите се и разминаващи се лещи стават все по-подобни една на друга, тъй като геометрията на повърхностите също става по-сходна. Тъй като и двамата работят на един и същ принцип, тъй като геометрията става все по-сходна, ефектът, който имат върху светлинен лъч, също става по-сходен.

Вдлъбнатите и изпъкнали лещи имат много практически приложения, но най-разпространеното във всекидневния живот е използването накоригиращи лещи(очила) за късогледство или късогледство, или наистина далекогледство или далекогледство.

И при двете състояния фокусната точка на очната леща не съвпада съвсем с позицията на светлочувствителната ретина в задната част на окото, като тя е отпред за късогледство и отзад за далекогледство. Очилата за късогледство се различават, така че фокусната точка се премества назад, докато за далекогледството се използват сближаващи се лещи.

Лупите и микроскопите работят по същия основен начин, като използват двойноизпъкнали лещи (лещи с две изпъкнали страни), за да получат увеличена версия на изображенията. Лупа е по-простото оптично устройство с една леща, която служи за получаване на по-голям размер на изображението, отколкото бихте могли да получите в противен случай. Микроскопите са малко по-сложни (тъй като те обикновено имат множество лещи), но те произвеждат увеличени изображения по същество по същия начин.

Рефракторните телескопи работят точно като микроскопите и лупите, с двойно изпъкнала леща създавайки фокусна точка в тялото на телескопа, но светлината продължава да достига до окуляр.

Както при микроскопите, те имат друга леща в окуляра, за да се уверят, че уловената светлина е на фокус, когато достигне до окото ви. Другият основен тип телескоп е рефлекторният телескоп, който използва огледала вместо лещи, за да събере светлината и да я изпрати към вашето око. Огледалото е вдлъбнато, така че фокусира светлината към реално изображение от същата страна на огледалото като обекта.