आपका जीवन लेंस के बिना समान नहीं होगा। आपको सुधारात्मक चश्मा पहनने की आवश्यकता है या नहीं, आप किसी भी प्रकार के लेंस के बिना प्रकाश की किरणों को मोड़ने के लिए किसी भी चीज़ की स्पष्ट छवि नहीं देख सकते हैं जो एक ही केंद्र बिंदु में गुजरती हैं।
वैज्ञानिक सूक्ष्मदर्शी और दूरबीनों पर निर्भर करते हैं ताकि वे बहुत छोटी या दूर की वस्तुओं को देख सकें, सिवाय उस बिंदु तक जहां वे छवियों से उपयोगी डेटा या अवलोकन निकाल सकते हैं। और ठीक उसी सिद्धांत का उपयोग यह सुनिश्चित करने के लिए किया जाता है कि आपके पास एक कैमरा है जो आपको सही सेल्फी लेने में मदद कर सकता है।
आवर्धक कांच से लेकर मानव आँख तक, सभी लेंस समान मूल सिद्धांतों पर कार्य करते हैं। जबकि अभिसारी लेंस (उत्तल लेंस) और अपसारी लेंस के बीच महत्वपूर्ण अंतर हैं (अवतल लेंस), जैसे ही आप कुछ बुनियादी विवरण सीखते हैं, आपको कई समानताएं दिखाई देंगी भी।
जानने के लिए परिभाषाएँ
उत्तल और अवतल लेंस को समझने के लिए इस यात्रा को शुरू करने से पहले, प्रकाशिकी में कुछ प्रमुख अवधारणाओं पर एक प्राइमर होना महत्वपूर्ण है।केन्द्र बिंदुवह बिंदु है जिस पर एक लेंस से गुजरने के बाद समानांतर किरणें अभिसरण (अर्थात मिलती हैं), और जहां एक स्पष्ट छवि बनती है।
फोकल लम्बाईलेंस के केंद्र से फोकल बिंदु तक की दूरी है, एक छोटी फोकल लंबाई के साथ एक लेंस इंगित करता है जो प्रकाश की किरणों को अधिक मजबूती से मोड़ता है।
ऑप्टिकल अक्षएक लेंस लेंस के केंद्र के माध्यम से चलने वाली समरूपता की रेखा है, जो क्षैतिज रूप से चलती है यदि आप कल्पना करते हैं कि एक लेंस लंबवत खड़ा है।
एप्रकाश की किरणप्रकाश की किरण के पथ का प्रतिनिधित्व करने का एक उपयोगी तरीका है, किरण आरेखों में उपयोग किया जाता है ताकि एक दृश्य व्याख्या दी जा सके कि लेंस की उपस्थिति प्रकाश किरण के पथ को कैसे प्रभावित करती है।
व्यवहार में, किसी भी वस्तु में प्रकाश किरणें होती हैं जो उसे हर दिशा में छोड़ती हैं, लेकिन लेंस वास्तव में क्या करता है, इसका विश्लेषण करते समय ये सभी उपयोगी जानकारी प्रदान नहीं करते हैं। जब आप किरण आरेख बनाते हैं, तो कुछ प्रमुख प्रकाश किरणों को चुनना आमतौर पर प्रकाश तरंगों के प्रसार और छवि निर्माण की प्रक्रिया को समझाने के लिए पर्याप्त होता है।
रे आरेख
किरण आरेख और किरण अनुरेखण आपको वस्तु के स्थान और लेंस के स्थान के आधार पर छवि निर्माण का स्थान निर्धारित करने की अनुमति देते हैं।
प्रकाश किरणों को खींचने की प्रक्रिया और लेंस से गुजरते समय उनके विक्षेपण को स्नेल के अपवर्तन के नियम का उपयोग करके पूरा किया जा सकता है, जो कि किरण के कोण तक पहुँचने से पहले संबंधित है। हवा के लिए अपवर्तन के सूचकांकों के आधार पर लेंस के दूसरी ओर के कोण पर लेंस (या एक अन्य माध्यम जिसके माध्यम से किरण यात्रा करती है) और कांच के टुकड़े या अन्य सामग्री के लिए उपयोग किया जाता है लेंस।
हालाँकि, यह समय लेने वाला हो सकता है, और कुछ तरकीबें हैं जो आपको उत्पादन करने में मदद कर सकती हैंकिरण आरेखऔर आसानी से। विशेष रूप से, याद रखें कि लेंस के केंद्र से गुजरने वाली प्रकाश किरणें ध्यान देने योग्य डिग्री तक अपवर्तित नहीं होती हैं, और समानांतर किरणें केंद्र बिंदु की ओर विक्षेपित होती हैं।
दो मुख्य प्रकार के छवि निर्माण होते हैं जो लेंस के साथ हो सकते हैं और जिन्हें आप स्थापित करने के लिए किरण आरेखों का उपयोग कर सकते हैं। इनमें से पहला एक "वास्तविक छवि" है, जो उस बिंदु को संदर्भित करता है जिस पर प्रकाश किरणें एक छवि बनाने के लिए अभिसरण करती हैं। यदि आप इस स्थान पर स्क्रीन लगाते हैं, तो प्रकाश किरणें स्क्रीन पर एक इन-फोकस छवि बनाएगी। एक वास्तविक छवि एक अभिसारी लेंस द्वारा निर्मित होती है, जिसे अन्यथा उत्तल लेंस के रूप में जाना जाता है।
एक आभासी छवि पूरी तरह से अलग है और एक अपसारी लेंस द्वारा बनाई गई है। क्योंकि ये लेंस प्रकाश की किरणों को मोड़ते हैंदूरएक दूसरे से (अर्थात उन्हें अलग करना), "प्रतिबिंब" वास्तव में लेंस के किनारे पर बनता है जहां से प्रकाश किरणें आती हैं।
विपरीत दिशा में किरणों के बाहर फ़नल करने से ऐसा लगता है जैसे किरणें उसी तरफ किसी वस्तु द्वारा उत्पन्न की गई हों आपतित किरणों के रूप में लेंस का, मानो आपने किरणों को एक सीधी रेखा के पथ पर वापस उस बिंदु तक ट्रेस किया हो जहां वे अभिसरण। हालाँकि, यह सचमुच सच नहीं है, और यदि आप इस स्थान पर स्क्रीन लगाते हैं तो कोई छवि नहीं होगी।
पतला लेंस समीकरण
पतला लेंस समीकरण प्रकाशिकी में सबसे महत्वपूर्ण समीकरणों में से एक है, और यह वस्तु से दूरी को जोड़ता हैघहे, छवि की दूरीघमैं और लेंस की फोकस दूरीएफ. समीकरण बहुत सरल है, लेकिन भौतिकी में कुछ अन्य समीकरणों की तुलना में इसका उपयोग करना थोड़ा अधिक कठिन है क्योंकि मुख्य शब्द भिन्नों के हर में हैं, जो इस प्रकार हैं:
\frac{1}{d_o} + \frac{1}{d_i} = \frac{1}{f}
परंपरा यह है कि एक आभासी छवि की एक नकारात्मक दूरी होती है और वास्तविक छवियों में एक सकारात्मक छवि दूरी होती है। लेंस की फोकल लंबाई भी इसी परंपरा का पालन करती है, इसलिए सकारात्मक फोकल लंबाई अभिसारी लेंस का प्रतिनिधित्व करती है, और नकारात्मक फोकल लंबाई विचलन लेंस का प्रतिनिधित्व करती है।
उत्तल और अवतल लेंसपरिचयात्मक भौतिकी कक्षाओं में चर्चा की गई दो मुख्य प्रकार के लेंस हैं, इसलिए जब तक आप समझते हैं कि ये कैसे व्यवहार करते हैं, आप किसी भी प्रश्न का उत्तर देने में सक्षम होंगे।
यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि यह समीकरण "पतले" लेंस के लिए है। इसका अर्थ यह है कि लेंस को प्रकाश किरण के पथ को से विक्षेपित करने वाला माना जा सकता हैएककेवल स्थान, लेंस का केंद्र।
व्यवहार में, लेंस के दोनों किनारों पर एक विक्षेपण होता है - एक हवा और लेंस सामग्री के बीच अंतरापृष्ठ पर, और दूसरी तरफ लेंस सामग्री और हवा के बीच इंटरफेस पर - लेकिन यह धारणा गणना को बहुत अधिक बनाती है सरल।
अवतल लेंस
अवतल लेंस को अपसारी लेंस के रूप में भी जाना जाता है, और ये घुमावदार होते हैं ताकि लेंस का "कटोरा" प्रश्न में वस्तु का सामना कर रहा हो। जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, परंपरा यह है कि इस तरह के लेंस को एक नकारात्मक फोकल लंबाई दी जाती है, और वे जो आभासी छवि उत्पन्न करते हैं वह मूल वस्तु के समान ही होती है।
पूरा करने के लिएकिरण अनुरेखण प्रक्रियाअवतल लेंस के लिए, ध्यान दें कि लेंस के ऑप्टिकल अक्ष के समानांतर यात्रा करने वाली वस्तु से कोई प्रकाश किरण होगी विक्षेपित, इसलिए ऐसा प्रतीत होता है कि यह लेंस के केंद्र बिंदु के पास से उत्पन्न हुआ है, लेंस के उसी तरफ वस्तु के रूप में अपने आप।
जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, लेंस के केंद्र से गुजरने वाली कोई भी किरण बिना विक्षेपित हुए जारी रहेगी। अंत में, लेंस के विपरीत दिशा में फोकल बिंदु की ओर बढ़ने वाली कोई भी किरण विक्षेपित हो जाएगी, इसलिए यह ऑप्टिकल अक्ष के समानांतर निकलती है।
वस्तु पर एक बिंदु के आधार पर कुछ ऐसी किरणें खींचना आमतौर पर निर्मित छवि के स्थान को खोजने के लिए पर्याप्त होगा।
उत्तल लेंस
उत्तल लेंस को अभिसारी लेंस के रूप में भी जाना जाता है और अनिवार्य रूप से अवतल लेंस के विपरीत काम करता है। यह घुमावदार है ताकि "कटोरा" आकार का बाहरी मोड़ वस्तु के सबसे करीब हो, और फोकल लंबाई को एक सकारात्मक मान दिया गया हो।
एक अभिसारी लेंस के लिए किरण अनुरेखण की प्रक्रिया एक अपसारी लेंस के लिए बहुत समान है, जिसमें कुछ महत्वपूर्ण अंतर हैं। हमेशा की तरह, लेंस के केंद्र से गुजरने वाली प्रकाश की किरणें विक्षेपित नहीं होती हैं।
यदि कोई आपतित किरण प्रकाशिक अक्ष के समानांतर यात्रा कर रही है, तो वह लेंस के विपरीत दिशा में फोकल बिंदु से विक्षेपित होगी। इसके विपरीत, वस्तु से आने वाली और लेंस की ओर अपनी यात्रा पर निकट केंद्र बिंदु से गुजरने वाली कोई भी प्रकाश किरण विक्षेपित हो जाएगी, इसलिए यह ऑप्टिकल अक्ष के समानांतर निकलती है।
फिर से, इन सरल सिद्धांतों के आधार पर वस्तु पर एक बिंदु के लिए दो या तीन किरणें खींचकर, आप छवि के स्थान का पता लगाने में सक्षम होंगे। यह वह बिंदु है जहां सभी प्रकाश किरणें लेंस के विपरीत दिशा में वस्तु पर ही अभिसरित होती हैं।
आवर्धन अवधारणा
आवर्धन प्रकाशिकी में एक महत्वपूर्ण अवधारणा है, और यह एक लेंस द्वारा निर्मित छवि के आकार और मूल वस्तु के आकार के अनुपात को संदर्भित करता है। यह काफी हद तक आप रोजमर्रा की जिंदगी से आवर्धन को एक अवधारणा के रूप में समझेंगे - यदि छवि वस्तु से दोगुनी बड़ी है, तो इसे दो के कारक द्वारा बढ़ाया गया है। लेकिन सटीक परिभाषा है:
एम= -\frac{i}{o}
कहा पेमआवर्धन है,मैंछवि के आकार को संदर्भित करता है औरहेवस्तु के आकार को संदर्भित करता है। एक नकारात्मक आवर्धन एक उल्टे छवि को इंगित करता है, जिसमें सकारात्मक आवर्धन सीधा होता है।
समानताएं और भेद
उत्तल और अवतल लेंस के बीच बुनियादी शब्दों में समानताएं हैं, लेकिन जब आप उन्हें अधिक विस्तार से देखते हैं तो समानता से अधिक अंतर होते हैं।
प्रमुख समानता यह है कि वे दोनों एक ही मूल सिद्धांत पर काम करते हैं, जहां अंतर लेंस और आसपास के माध्यम के बीच अपवर्तनांक उन्हें प्रकाश किरणों को मोड़ने और a and बनाने की अनुमति देता है केन्द्र बिंदु। हालाँकि, अपसारी लेंस हमेशा आभासी चित्र बनाते हैं, जबकि अभिसारी लेंस वास्तविक या आभासी चित्र बना सकते हैं।
जैसे-जैसे लेंस की वक्रता कम होती जाती है, अभिसारी और अपसारी लेंस एक-दूसरे के समान होते जाते हैं, क्योंकि सतहों की ज्यामिति भी अधिक समान हो जाती है। चूँकि वे दोनों एक ही सिद्धांत पर काम करते हैं, जैसे-जैसे ज्यामिति अधिक समान होती जाती है, प्रकाश किरण पर उनका प्रभाव भी अधिक समान होता जाता है।
अनुप्रयोग और उदाहरण
अवतल और उत्तल लेंसों में कई व्यावहारिक अनुप्रयोग होते हैं, लेकिन दिन-प्रतिदिन के जीवन में सबसे आम है का उपयोगसंशोधक लेंस(चश्मा) मायोपिया या निकट दृष्टिदोष, या वास्तव में दूरदर्शिता या दूरदर्शिता के लिए।
इन दोनों स्थितियों में, आंख के लेंस का केंद्र बिंदु. की स्थिति से बिल्कुल मेल नहीं खाता है आंख के पीछे प्रकाश-संवेदनशील रेटिना, इसके सामने मायोपिया के लिए और इसके पीछे हाइपरोपिया के लिए। मायोपिया के लिए चश्मा विचलन कर रहे हैं, इसलिए फोकल बिंदु को पीछे की ओर ले जाया जाता है, जबकि हाइपरोपिया के लिए अभिसारी लेंस का उपयोग किया जाता है।
आवर्धक लेंस और सूक्ष्मदर्शी एक ही मूल तरीके से काम करते हैं, छवियों के आवर्धित संस्करण का निर्माण करने के लिए उभयलिंगी लेंस (दो उत्तल पक्षों वाले लेंस) का उपयोग करते हैं। एक आवर्धक कांच सरल ऑप्टिकल उपकरण है, जिसमें एक एकल लेंस होता है जो एक बड़ा छवि आकार उत्पन्न करने का कार्य करता है जो आप अन्यथा प्राप्त कर सकते हैं। सूक्ष्मदर्शी थोड़े अधिक जटिल होते हैं (क्योंकि उनमें आमतौर पर कई लेंस होते हैं), लेकिन वे मूल रूप से उसी तरह से आवर्धित चित्र उत्पन्न करते हैं।
अपवर्तक दूरबीनें उभयलिंगी लेंस के साथ सूक्ष्मदर्शी और आवर्धक चश्मे की तरह ही काम करती हैं दूरबीन के शरीर के अंदर एक केंद्र बिंदु का निर्माण करता है, लेकिन प्रकाश तक पहुंचने के लिए जारी रहता है नेत्रिका
सूक्ष्मदर्शी की तरह, यह सुनिश्चित करने के लिए ऐपिस में एक और लेंस होता है कि जब यह आपकी आंख तक पहुंचता है तो कैप्चर की गई रोशनी फोकस में होती है। अन्य प्रमुख प्रकार का दूरबीन एक परावर्तक दूरबीन है, जो प्रकाश को इकट्ठा करने और इसे आपकी आंखों में भेजने के लिए लेंस के बजाय दर्पण का उपयोग करता है। दर्पण अवतल है, इसलिए यह प्रकाश को दर्पण के उसी तरफ एक वास्तविक छवि पर केंद्रित करता है जिस पर वस्तु है।