Koverat ja kuperat linssit: yhtäläisyydet ja erot

Elämäsi ei olisi sama ilman linssejä. Halusitpa sitten käyttää korjaavia silmälaseja vai et, et näe selkeää kuvaa mistään ilman jonkinlaisia ​​linssejä taivuttamaan niiden läpi kulkevat valonsäteet yhdeksi polttopisteeksi.

Tutkijat ovat riippuvaisia ​​mikroskoopeista ja teleskoopeista, jotta he voivat nähdä hyvin pieniä tai kaukaisia ​​esineitä, paitsi suurennettuna siihen pisteeseen, josta he voivat poimia hyödyllisiä tietoja tai havaintoja kuvista. Ja täsmälleen samojen periaatteiden avulla varmistetaan, että sinulla on kamera, joka voi auttaa sinua tekemään täydellisen selfietä.

Kaikki linssit toimivat suurennuslasista ihmissilmään samoilla perusperiaatteilla. Yhdistyvien linssien (kuperat linssit) ja erilaisten linssien välillä on merkittäviä eroja (koverat linssit), heti kun opit joitain perustietoja, huomaat monia yhtäläisyyksiä liian.

Ennen kuin aloitat tämän matkan ymmärtämään kuperia ja koveria linssejä, on tärkeää, että sinulla on alusta joistakin optiikan keskeisistä käsitteistä.

polttovälilinssin etäisyys on linssin keskikohdasta polttopisteeseen, ja pienempi polttoväli osoittaa objektiivin, joka taipuu valonsäteitä voimakkaammin.

optinen akselilinssin symmetrinen viiva kulkee linssin keskiosan läpi, joka kulkee vaakasuunnassa, jos luulet linssin seisovan pystysuorassa pystyssä.

Avalonsädeon hyödyllinen tapa edustaa valonsäteen polkua, jota käytetään sädekaavioissa visuaalisen tulkinnan antamiseksi siitä, kuinka linssin läsnäolo vaikuttaa valonsäteen polkuun.

Käytännössä kaikilla esineillä on valonsäteet, jotka jättävät sen joka suuntaan, mutta kaikki eivät tarjoa hyödyllistä tietoa linssin todellisen toiminnan analysoinnista. Kun piirrät sädekaavioita, muutaman keskeisen valonsäteen valitseminen riittää yleensä selittämään valoaaltojen etenemistä ja kuvan muodostumisprosessia.

Sädekaavioiden ja säteiden jäljityksen avulla voit määrittää kuvan muodostumisen sijainnin kohteen sijainnin ja linssin sijainnin perusteella.

Valonsäteiden piirtäminen ja niiden taipuminen linssin läpi kuljettaessa voidaan suorittaa käyttämällä Snellin taittolakia, joka suhteuttaa säteen kulman ennen linssin toisella puolella olevaan kulmaan perustuen ilman (tai muun väliaineen, jonka läpi säde kulkee) taittokertoimiin ja lasikappaleeseen tai muuhun linssi.

Tämä voi kuitenkin olla aikaa vievää, ja on olemassa muutamia temppuja, jotka voivat auttaa sinua tuottamaansädekaaviothelpommin. Muista erityisesti, että linssin keskiosan läpi kulkevat valonsäteet eivät taivu huomattavassa määrin ja että yhdensuuntaiset säteet taipuvat polttopistettä kohti.

Linsseillä voi esiintyä kahta päätyyppiä kuvien muodostumisesta, joiden määrittämiseen voit käyttää sädekaavioita. Ensimmäinen näistä on "todellinen kuva", joka viittaa pisteeseen, jossa valonsäteet yhtyvät kuvan tuottamiseksi. Jos sijoitat näytön tähän paikkaan, valonsäteet luovat tarkennetun kuvan näytölle. Todellisen kuvan tuottaa lähentyvä linssi, joka muuten tunnetaan kuperana linssinä.

Virtuaalikuva on täysin erilainen ja sen luo erilainen linssi. Koska nämä linssit taivuttavat valonsäteitäpoistoisistaan ​​(ts. saa ne eroamaan toisistaan), ”kuva” muodostuu tosiasiallisesti linssin puolelle, josta tulevat valonsäteet tulivat.

Vastakkaisella puolella olevien säteiden supistuminen näyttää siltä, ​​että säteet olisi tuottanut samalla puolella oleva esine linssistä tulevina säteinä, ikään kuin jäljittäisit säteet takaisin suoraviivaisella tavalla pisteeseen, jossa ne lähentyä. Tämä ei kuitenkaan ole kirjaimellisesti totta, ja jos sijoitat ruudun tähän paikkaan, kuvaa ei ole.

Ohut linssiyhtälö on yksi optiikan tärkeimmistä yhtälöistä, ja se suhteuttaa etäisyyden kohteeseend​_o, etäisyys kuvaand​_i ja objektiivin polttovälif. Yhtälö on melko yksinkertainen, mutta sitä on hieman vaikeampi käyttää kuin joitain muita fysiikan yhtälöitä, koska avainsanat ovat murtolukujen nimittäjissä seuraavasti:

Tavanomaisesti virtuaalikuvalla on negatiivinen etäisyys ja todellisilla kuvilla positiivinen etäisyys. Linssin polttoväli noudattaa myös samaa käytäntöä, joten positiiviset polttovälit edustavat lähentyviä linssejä ja negatiiviset polttovälit edustavat erilaista linssiä.

​Kuparit ja koverat linssitovat kaksi päälinssityyppiä, joista keskustellaan fysiikan johdantokursseissa, joten niin kauan kuin ymmärrät näiden käyttäytymisen, pystyt vastaamaan kaikkiin kysymyksiin.

On tärkeää huomata, että tämä yhtälö koskee "ohutta" linssiä. Tämä tarkoittaa, että linssi voidaan kohdistaa valonsäteen suuntaavaksiyksivain paikassa, linssin keskellä.

Käytännössä linssin molemmilla puolilla on taipuma - yksi ilman ja linssimateriaalin rajapinnalla toinen linssimateriaalin ja toisella puolella olevan ilman välisellä rajapinnalla - mutta tämä oletus tekee laskennasta paljon yksinkertaisempi.

Koveraa linssiä kutsutaan myös hajaantuvaksi linssiksi, ja nämä ovat kaarevia siten, että linssin "kulho" osoittaa kyseistä kohdetta kohti. Kuten edellä mainittiin, käytäntö on, että tämän tyyppisille linsseille annetaan negatiivinen polttoväli ja niiden tuottama virtuaalikuva on samalla puolella kuin alkuperäinen esine.

Viimeistelesäteen jäljitysprosessikoveran linssin kohdalla huomaa, että mikä tahansa objektin valonsäde, joka kulkee yhdensuuntaisesti linssin optisen akselin kanssa, on taipunut, joten se näyttää olevan peräisin linssin polttopisteestä, linssin samalla puolella kuin esine itse.

Kuten edellä mainittiin, mikä tahansa objektiivin keskustan läpi kulkeva säde jatkuu taipumatta. Lopuksi kaikki objektiivin vastakkaisella puolella olevaa polttopistettä kohti liikkuvat säteet taipuvat, joten ne tulevat optisen akselin suuntaisesti.

Muutaman tällaisen säteen piirtäminen objektin yhden pisteen perusteella yleensä riittää tuotetun kuvan sijainnin löytämiseen.

Kupera linssi tunnetaan myös suppenevana linssinä ja se toimii olennaisesti päinvastoin kuin kovera linssi. Se on kaareva siten, että "kulhon" muodon ulompi taivutus on lähinnä kohdetta ja polttovälille annetaan positiivinen arvo.

Yhdistyvän linssin säteiden jäljitysprosessi on hyvin samanlainen kuin hajaantuvan linssin, muutamalla tärkeällä erolla. Kuten aina, linssin keskustan läpi kulkevat valonsäteet eivät taipu.

Jos tuleva säde kulkee optisen akselin suuntaisesti, se taipuu linssin vastakkaisella puolella olevan polttopisteen läpi. Päinvastoin, mikä tahansa kohteesta tuleva valonsäde, joka kulkee lähellä polttopistettä matkansa aikana kohti linssiä, taipuu, joten se tulee esiin yhdensuuntaisesti optisen akselin kanssa.

Jälleen piirtämällä kaksi tai kolme sädettä objektin pisteelle näiden yksinkertaisten periaatteiden perusteella, voit löytää kuvan sijainnin. Tämä on kohta, jossa kaikki valonsäteet yhtyvät objektiivin vastakkaisella puolella itse esineeseen.

Suurennus on tärkeä optiikan käsite, ja se viittaa linssin tuottaman kuvan koon ja alkuperäisen kohteen koon suhteeseen. Näin ymmärrät suurennuksen käsitteeksi jokapäiväisestä elämästä - jos kuva on kaksi kertaa suurempi kuin esine, sitä on suurennettu kahdesti. Mutta tarkka määritelmä on:

MissäMon suurennus,iviittaa kuvan kokoon jaoviittaa kohteen kokoon. Negatiivinen suurennus osoittaa käännetyn kuvan positiivisen suurennuksen ollessa pystyssä.

Kuparien ja koverien linssien välillä on yhtäläisyyksiä, mutta niitä on enemmän kuin yhtäläisyyksiä, kun tarkastelet niitä yksityiskohtaisemmin.

Suurin samankaltaisuus on se, että molemmat toimivat samalla perusperiaatteella, jossa ero taitekerroin linssin ja ympäröivän väliaineen välillä antaa heille taivuttaa valonsäteitä ja luoda a keskipiste. Erilaiset linssit luovat kuitenkin aina virtuaalikuvia, kun taas lähentyvät linssit voivat luoda todellisia tai virtuaalisia kuvia.

Linssin kaarevuuden pienentyessä konvergoivat ja divergoituvat linssit tulevat yhä samanlaisemmiksi toistensa kanssa, koska myös pintojen geometria tulee samanlaisemmaksi. Koska ne molemmat toimivat samalla periaatteella, geometrian tullessa samankaltaisemmiksi myös niiden vaikutus valonsäteeseen tulee samankaltaisemmaksi.

Koverilla ja kuperilla linsseillä on monia käytännön sovelluksia, mutta niiden käyttö on yleisintä jokapäiväisessä elämässäkorjaavat linssit(silmälasit) likinäköisyyden tai lyhytnäköisyyden tai todellakin hyperopian tai kaukonäköisyyden vuoksi.

Molemmissa näissä olosuhteissa silmän linssin polttopiste ei ole aivan sama kuin sijainnin valoherkkä verkkokalvo silmän takaosassa, jossa se on likinäköisyyden edessä ja hyperopian takana. Myopian silmälasit ovat toisistaan ​​poikkeavia, joten keskipistettä siirretään taaksepäin, kun taas hyperopiaa varten käytetään lähentyviä linssejä.

Suurennuslasit ja mikroskoopit toimivat samalla tavoin käyttämällä kaksoiskuperia linssejä (linssit, joissa on kaksi kuperaa sivua) tuottaakseen suurennetun version kuvista. Suurennuslasi on yksinkertaisempi optinen laite, jossa on yksi linssi, joka tuottaa suuremman kuvakoon kuin mitä muuten saataisiin. Mikroskoopit ovat hieman monimutkaisempia (koska niillä on yleensä useita linssejä), mutta ne tuottavat suurennettuja kuvia pohjimmiltaan samalla tavalla.

Refraktoriteleskoopit toimivat samoin kuin mikroskoopit ja suurennuslasit, kaksoiskupera linssi tuottaa keskipisteen kaukoputken rungon sisällä, mutta valo jatkuu edelleen saavuttaakseen okulaari.

Kuten mikroskoopeissa, okulaarissa on toinen linssi varmistaaksesi, että kaapattu valo on tarkennettu, kun se saavuttaa silmäsi. Toinen pääteleskooppityyppi on heijastusteleskooppi, joka käyttää peilejä linssien sijasta keräämään valoa ja lähettämään sitä silmäsi. Peili on kovera, joten se kohdistaa valon todelliseen kuvaan peilin samalla puolella kohteen kanssa.