Teie elu ei oleks ilma läätsedeta sama. Sõltumata sellest, kas peate kandma korrigeerivaid prille või mitte, ei näe te selge pilti kõigest, ilma mingisuguste läätsedeta, et painutada neid läbivad valguskiired ühte fookuspunkti.
Teadlased sõltuvad mikroskoobidest ja teleskoopidest, et neil oleks võimalik näha väga väikeseid või kaugeid objekte, välja arvatud suurendatuna selleni, et nad saaksid piltidelt kasulikke andmeid või vaatlusi ammutada. Ja täpselt samade põhimõtete järgi veendutakse, et teil on kaamera, mis aitab teil teha täiuslikku selfit.
Alates luubist kuni inimsilmani toimivad kõik läätsed samadel põhiprintsiipidel. Kuigi lähenevate läätsede (kumerad läätsed) ja lahknevate läätsede vahel on olulisi erinevusi (nõgusad läätsed), niipea kui olete õppinud mõned põhidetailid, märkate palju sarnasusi ka.
Mõistetavad mõisted
Enne selle reisi alustamist kumerate ja nõgusate läätsede mõistmiseks on oluline omada aabitsat optika mõnede põhimõistete kohta. Thefookuspunkton punkt, kus paralleelsed kiired pärast objektiivi läbimist koonduvad (st kokku saavad) ja kus moodustub selge pilt.
Thefookuskaugusobjektiiv on kaugus objektiivi keskmest fookuspunktini, väiksem fookuskaugus näitab läätse, mis painutab valguskiiri tugevamalt.
Theoptiline telgobjektiiv on sümmeetriajoon, mis kulgeb läbi objektiivi keskosa, mis kulgeb horisontaalselt, kui kujutate ette, et objektiiv seisab vertikaalselt püsti.
Avalguskiiron kasulik viis valguskiire tee kujutamiseks, mida kasutatakse kiirdiagrammides, et anda visuaalne tõlgendus sellest, kuidas läätse olemasolu mõjutab valgusvihu rada.
Praktikas on igal objektil valguskiired, mis jätavad selle igas suunas, kuid mitte kõik need ei paku kasulikku teavet, kui analüüsida, mida objektiiv tegelikult teeb. Kiirdiagrammide joonistamisel piisab valguslainete leviku ja pildi moodustumise protsessi selgitamiseks tavaliselt mõnest peamisest valguskiirest.
Ray-skeemid
Kiirskeemid ja kiirtejälgimine võimaldavad teil määrata pildi moodustumise asukoha objekti asukoha ja objektiivi asukoha põhjal.
Valguskiirte joonistamise ja nende läbipaine läbi objektiivi läbimise saab lõpetada Snelli murdumisseaduse abil, mis seob kiirenurka enne objektiivi läätse teisel küljel oleva nurga all, võttes aluseks õhu (või muu keskkonna, mille kaudu kiir liigub) murdumisnäitajate ja klaasitüki või muu objektiiv.
See võib aga olla aeganõudev ja teil on mõned nipid, mis aitavad teil tootakiirdiagrammidlihtsamalt. Eelkõige pidage meeles, et läätse keskosa läbivad valguskiired ei murdu märgataval määral ja et paralleelsed kiired suunatakse fookuspunkti suunas.
Objektiivide puhul võib esineda kahte peamist pilditüübi tüüpi, mille tuvastamiseks võite kasutada kiirdiagramme. Esimene neist on “tõeline pilt”, mis viitab punktile, kus valguskiired lähevad pildi saamiseks kokku. Kui paigutate ekraani sellesse kohta, loovad valguskiired ekraanile fookuses oleva pildi. Tegeliku pildi tekitab koonduv lääts, mida muidu nimetatakse kumeraks läätseks.
Virtuaalne pilt on täiesti erinev ja selle loob lahknev objektiiv. Kuna need läätsed painutavad valguskiiriäraüksteisest (s.t. panevad need lahku minema) moodustub “pilt” tegelikult läätse küljel, kust langevad valguskiired tulid.
Kiirte väljavool vastasküljel jätab mulje, nagu tekitaks kiired samal küljel asuv objekt objektiivi langeva kiirena, justkui jälgiksite kiiri sirgjoonel tagasi punkti, kuhu nad läheksid lähenema. See ei ole siiski sõna otseses mõttes tõsi ja kui paigutate sellesse kohta ekraani, poleks pilti.
Õhuke läätse võrrand
Õhuke läätse võrrand on optikas üks olulisemaid võrrandeid ja see seob kaugust objektigado, pildi kaugusdi ja objektiivi fookuskaugusf. Võrrand on üsna lihtne, kuid seda on veidi raskem kasutada kui mõningaid muid füüsika võrrandeid, kuna põhiterminid on murdude nimetajates järgmiselt:
\ frac {1} {d_o} + \ frac {1} {d_i} = \ frac {1} {f}
Kokkulepe on, et virtuaalse pildi kaugus on negatiivne ja tegelike piltide positiivne kaugus. Objektiivi fookuskaugus järgib samuti sama kokkulepet, nii et positiivsed fookuskaugused tähistavad lähenevaid ja negatiivsed fookuskaugused lahknevaid läätsesid.
Kumerad ja nõgusad läätsedon kaks peamist tüüpi läätsesid, mida arutatakse sissejuhatavates füüsikatundides, nii et kui saate aru, kuidas need käituvad, saate vastata kõigile küsimustele.
Oluline on märkida, et see võrrand on mõeldud "õhukese" objektiivi jaoks. See tähendab, et läätse saab käsitleda valguskiire tee kõrvalejuhtimisenaüksainult asukoht, objektiivi keskosa.
Praktikas on läätse mõlemal küljel läbipaine - üks õhu ja läätse materjali ning teine objektiivi materjali ja teisel küljel asuva õhu vahelises liideses - kuid see oletus teeb arvutuse palju lihtsam.
Nõgusad läätsed
Nõgusat läätse nimetatakse ka lahknevaks läätseks ja need on kõverad, nii et läätse “kauss” on suunatud kõnealuse objekti poole. Nagu eespool mainitud, on tavaks, et sellistele läätsedele määratakse negatiivne fookuskaugus ja nende toodetud virtuaalne pilt on algse objektiga samal küljel.
Täitmisekskiirte jälgimise protsessnõgusa läätse puhul pange tähele, et objekti objektiivi optilise teljega paralleelselt liikuv valguskiir on paindunud, nii et see näib olevat pärit objektiivi fookuspunkti lähedalt, objektiiviga samal küljel ise.
Nagu ülalpool mainitud, jätkub läätse keskosa läbiv kiirgus ilma paindeta. Lõpuks, kõik kiired, mis liiguvad fookuspunkti suunas läätse vastasküljel, painduvad, nii et see väljub optilise teljega paralleelselt.
Tavaliselt piisab toodetud pildi asukoha leidmiseks mõne sellise kiirte joonistamisest objekti ühe punkti põhjal.
Kumerad läätsed
Kumer lääts on tuntud ka kui koonduv lääts ja töötab sisuliselt vastupidiselt nõgusale läätsele. See on kaarjas, nii et kausi kuju välimine paind on objektile kõige lähemal ja fookuskaugusele määratakse positiivne väärtus.
Kiireneva läätse kiirte jälgimise protsess on väga sarnane lahkneva läätse puhul, millel on paar olulist erinevust. Nagu alati, ei paindu läätse keskosa läbivad valguskiired.
Kui langev kiir liigub optilise teljega paralleelselt, paindub see läbi läätse vastasküljel asuva fookuspunkti. Ja vastupidi, mis tahes objektilt tulev valguskiir, mis läbib lähimast fookuspunktist oma teekonda läätse suunas, paindub, nii et see tuleb optilise teljega paralleelselt.
Jällegi, joonistades objektile kahe või kolme kiiri, lähtudes nendest lihtsatest põhimõtetest, saate leida pildi asukoha. See on punkt, kus kõik valguskiired koonduvad objektiivi vastasküljel objekti enda külge.
Suurenduse kontseptsioon
Suurendus on optikas oluline mõiste ja see viitab objektiivi poolt toodetud pildi suuruse ja algse objekti suuruse suhtele. Täpselt nii mõistaksite suurendust kui igapäevaelu mõistet - kui pilt on objektist kaks korda suurem, on seda suurendatud kahekordselt. Kuid täpne määratlus on:
M = - \ frac {i} {o}
KusMon suurendus,iviitab pildi suurusele jaoviitab objekti suurusele. Negatiivne suurendus näitab pööratud pilti, kusjuures positiivne suurendus on püsti.
Sarnasused ja erinevused
Kumerate ja nõgusate läätsede vahel on põhitõdesid sarnasusi, kuid neid üksikasjalikumalt vaadates on erinevusi rohkem kui sarnasusi.
Suurim sarnasus on see, et mõlemad töötavad samal põhimõttel, kus erinevus murdumisnäitaja objektiivi ja seda ümbritseva keskkonna vahel võimaldab neil valguskiiri painutada ja luua a fookuspunkt. Erinevad läätsed loovad aga alati virtuaalseid pilte, samal ajal kui lähenevad läätsed võivad luua tõelisi või virtuaalseid pilte.
Kui läätse kõverus väheneb, muutuvad lähenevad ja lahknevad läätsed üksteisega üha sarnasemaks, kuna ka pindade geomeetria muutub sarnasemaks. Kuna mõlemad töötavad samal põhimõttel, muutub geomeetria sarnasemaks muutudes ka nende mõju valguskiirele.
Rakendused ja näited
Nõgusatel ja kumeratel läätsedel on palju praktilisi rakendusi, kuid igapäevases elus on kõige tavalisem nende kasutaminekorrigeerivad läätsed(prillid) lühinägelikkuse või lühinägelikkuse või isegi hüperoopia või kaugnägelikkuse korral.
Mõlemas nendes tingimustes ei sobi silma läätse fookuspunkt päris hästi valgustundlik võrkkesta silma tagaosas, kusjuures see on lühinägelikkuse ees ja taga hüperoopia. Lühinägelikkuse prillid on lahknevad, seetõttu liigutatakse fookuspunkti tahapoole, hüperoopia korral aga lähenevaid läätsesid.
Luubid ja mikroskoobid töötavad samal põhilisel viisil, kasutades piltide suurendatud versiooni saamiseks kaksikkumeraid läätse (kahe kumera küljega läätsed). Suurendusklaas on lihtsam optiline seade, millel on üks objektiiv, mis annab suurema pildisuuruse kui muidu. Mikroskoobid on küll veidi keerukamad (kuna neil on tavaliselt mitu läätsed), kuid nad toodavad suurendatud pilte põhimõtteliselt samamoodi.
Refraktorteleskoobid töötavad täpselt nagu mikroskoobid ja suurendusklaasid, kaksikkumer lääts tekitades teleskoobi korpuses fookuspunkti, kuid valgus jätkub okulaar.
Nagu mikroskoopide puhul, on ka nende okulaaris teine objektiiv, et veenduda, et pildistatud valgus on teie silma jõudes fookuses. Teine suurem teleskoobi tüüp on helkuriteleskoop, mis kasutab valguse kogumiseks ja silma saatmiseks läätsede asemel peegleid. Peegel on nõgus, nii et see suunab valguse esemega samal küljel peegli tegelikule pildile.