Életed nem lenne ugyanaz lencsék nélkül. Akár korrekciós szemüveget kell viselnie, akár nem, nem lát semmiről tiszta képet valamilyen lencse nélkül, hogy az azokon áthaladó fénysugarakat egyetlen fókuszpontba hajlítsa.
A tudósok a mikroszkópoktól és a teleszkópoktól függenek, hogy nagyon kicsi vagy távoli tárgyakat láthassanak, kivéve addig a nagyításig, ahol hasznos adatokat vagy megfigyeléseket nyerhetnek ki a képekből. És pontosan ugyanazokat az elveket alkalmazzák annak biztosítására, hogy rendelkezzen olyan fényképezőgéppel, amely segíthet a tökéletes szelfi elkészítésében.
A nagyítótól kezdve az emberi szemig minden lencse ugyanazon alapelveken működik. Míg a konvergáló lencsék (konvex lencsék) és a divergáló lencsék között jelentős különbségek vannak (konkáv lencsék), amint megismeri az alapvető részleteket, sok hasonlóságot fog észrevenni is.
Ismert meghatározások
Mielőtt nekilátnánk ennek az útnak a domború és konkáv lencsék megértése érdekében, fontos, hogy legyen alapismeretünk az optika néhány kulcsfontosságú fogalmáról. A
AgyújtótávolságA lencse távolsága a lencse közepétől a fókuszpontig, kisebb gyújtótávolság pedig azt a lencsét jelzi, amely erősebben hajlítja a fénysugarakat.
Aoptikai tengelyA lencse az a szimmetriasor, amely áthalad a lencse közepén, amely vízszintesen halad, ha úgy gondolja, hogy a lencse függőlegesen függőlegesen állt.
Afénysugárhasznos módszer a fénysugár útjának ábrázolására, amelyet sugárdiagramokban használnak annak vizuális értelmezéséhez, hogy a lencse jelenléte hogyan befolyásolja a fénysugár útját.
A gyakorlatban bármely tárgynak fénysugara van, amely minden irányba elhagyja, de ezek nem mindegyike nyújt hasznos információt, amikor elemezni kell, hogy a lencse valójában mit csinál. Sugárdiagramok rajzolásakor néhány fő fénysugár kiválasztása általában elegendő a fényhullámok terjedésének és a képalkotás folyamatának magyarázatához.
Ray diagramok
A sugárdiagramok és a sugárkövetés lehetővé teszi, hogy meghatározzuk a kép kialakulásának helyét az objektum és a lencse helye alapján.
A fénysugarak megrajzolásának és elhajlásának folyamata a lencsén áthaladva befejezhető Snell fénytörési törvényének felhasználásával, amely a sugár szögét viszonyítja a fénysugár elérése előtt. lencsét a lencse másik oldalán lévő szögig, a levegő (vagy más közeg, amelyen keresztül a sugár halad) törésmutatói és az üvegdarab vagy más lencse.
Ez azonban időigényes lehet, és néhány trükk segíthet a produkcióbansugár diagramokkönnyebben. Különösen ne feledje, hogy a lencse közepén áthaladó fénysugarak nem törnek észrevehető mértékben, és hogy a párhuzamos sugarak eltérülnek a fókuszpont felé.
A képalkotásnak két fő típusa fordulhat elő lencséknél, amelyek létrehozásához sugárdiagramokat használhat. Ezek közül az első egy „valós kép”, amely egy olyan pontra utal, ahol a fénysugarak összefognak, és így képet alkotnak. Ha erre a helyre helyezett képernyőt, a fénysugarak fókuszált képet hoztak létre a képernyőn. Valódi képet egy konvergáló lencse hoz létre, amely más néven domború lencse.
A virtuális kép teljesen más, és egy divergáló lencse hozza létre. Mivel ezek a lencsék hajlítják a fénysugarakatelegymástól (vagyis eltérnek egymástól) a „kép” valójában a lencse azon oldalán képződik, ahonnan a beeső fénysugarak jöttek.
A szemközti oldalon levő sugarakból úgy tűnik, mintha a sugarakat ugyanazon az oldalon lévő tárgy hozta volna létre a lencsét a beeső sugarakként, mintha egyenes vonalú pályán vezetné vissza a sugarakat addig a pontig, ahol konvergálni. Ez szó szerint nem igaz, és ha képernyőt helyezne erre a helyre, akkor nem lenne kép.
A vékony lencseegyenlet
A vékony lencseegyenlet az optika egyik legfontosabb egyenlete, és az objektum távolságát viszonyítjado, a kép távolságadén és a lencse gyújtótávolságaf. Az egyenlet meglehetősen egyszerű, de kissé nehezebb használni, mint a fizika néhány más egyenletét, mert a legfontosabb kifejezések a törtek nevezőiben vannak, az alábbiak szerint:
\ frac {1} {d_o} + \ frac {1} {d_i} = \ frac {1} {f}
A konvenció az, hogy a virtuális képnek negatív a távolsága, és hogy a valós képeknek pozitív a kép-távolsága. A lencse gyújtótávolsága ugyanazt a konvenciót követi, tehát a pozitív gyújtótávolságok konvergáló lencséket, a negatív fókusztávolságok pedig divergáló lencséket képviselnek.
Konvex és konkáv lencséka két fő típusú lencse, amelyeket a bevezető fizika órákon tárgyaltak, így mindaddig, amíg megérted ezek viselkedését, minden kérdésre válaszolhatsz.
Fontos megjegyezni, hogy ez az egyenlet egy „vékony” lencsére vonatkozik. Ez azt jelenti, hogy a lencse úgy kezelhető, hogy eltéríti a fénysugár útjátegycsak a lencse közepe.
A gyakorlatban a lencse mindkét oldalán van egy behajlás - egy a levegő és a lencse anyaga, valamint a más a lencse anyaga és a másik oldalon levő levegő határfelületén - de ez a feltételezés sokat tesz a számításba egyszerűbb.
Homorú lencsék
A konkáv lencsét divergáló lencsének is nevezik, és ezek úgy görbülnek, hogy a lencse „tálja” a tárgy felé nézzen. Mint fent említettük, az a szokás, hogy az ilyen lencsék negatív fókusztávolságot kapnak, és az általuk létrehozott virtuális kép ugyanazon az oldalon van, mint az eredeti objektum.
Asugárkövetési folyamatkonkáv lencse esetén vegye figyelembe, hogy az objektum bármely fénysugara az a lencse optikai tengelyével párhuzamosan halad elhajlik, így úgy tűnik, hogy a lencse fókuszpontjának közeléből származik, a lencse ugyanazon oldalán, mint a tárgy maga.
Mint fent említettük, minden lencse, amely áthalad a lencse közepén, anélkül is elhajlik, hogy elhajlana. Végül minden lencse ellentétes oldalán lévő fókuszpont felé haladó sugár elhajlik, így párhuzamosan jelenik meg az optikai tengellyel.
Néhány ilyen sugár rajzolása az objektum egyetlen pontja alapján általában elegendő ahhoz, hogy megtalálja az előállított kép helyét.
Domború lencsék
A domború lencsét konvergáló lencsének is nevezik, és lényegében a homorú lencsével ellentétesen működik. Úgy ívelt, hogy a „tál” forma külső kanyarulata a legközelebb van az objektumhoz, és a gyújtótávolság pozitív értéket kap.
A konvergáló lencsék sugárkövetésének folyamata nagyon hasonló, mint egy divergáló lencse, néhány fontos különbséggel. Mint mindig, a lencse közepén áthaladó fénysugarak sem térülnek el.
Ha egy beeső sugár párhuzamosan halad az optikai tengellyel, akkor az elhajlik a fókuszponton a lencse másik oldalán. Ezzel ellentétben, minden olyan fénysugár, amely az objektumból érkezik és áthalad a közeli fókuszponton a lencse felé vezető útján, elhajlik, így az optikai tengellyel párhuzamosan jelenik meg.
Ismételten, ha két vagy három sugarat rajzolunk az objektum egyik pontjára ezen egyszerű elvek alapján, akkor megtalálhatja a kép helyét. Ez az a pont, ahol az összes fénysugár a lencse szemközti oldalán összefonódik magával a tárggyal.
Nagyítás fogalma
A nagyítás az optika egyik fontos fogalma, amely a lencse által előállított kép és az eredeti objektum méretének arányára utal. Nagyjából így értenéd meg a nagyítást, mint fogalmat a mindennapi életből - ha a kép kétszer akkora, mint az objektum, akkor kétszeresére nagyítottuk. De a pontos meghatározás a következő:
M = - \ frac {i} {o}
HolMa nagyítás,éna kép méretére utal ésoaz objektum méretére utal. A negatív nagyítás fordított képet jelez, a pozitív nagyítás függőleges.
Hasonlóságok és különbségek
Alapvetően vannak hasonlóságok a domború és a konkáv lencsék között, de részletesebb megnézésüknél több a különbség, mint a hasonlóság.
A legnagyobb hasonlóság az, hogy mindkettő ugyanazon az alapelven működik, ahol a különbség a lencse és a környező közeg közötti törésmutató lehetővé teszi számukra a fénysugarak hajlítását és a fókuszpont. Az eltérõ lencsék azonban mindig virtuális képeket hoznak létre, míg a konvergáló lencsék valós vagy virtuális képeket hozhatnak létre.
Amint a lencse görbülete csökken, a konvergáló és széttartó lencsék egyre hasonlóbbá válnak egymáshoz, mivel a felületek geometriája is hasonlóbbá válik. Mivel mindkettő ugyanazon az elven működik, mivel a geometria hasonlóbbá válik, a fénysugárra gyakorolt hatása is hasonlóbbá válik.
Alkalmazások és példák
A konkáv és domború lencséknek sok gyakorlati alkalmazása van, de a mindennapi életben a leggyakoribb akorrekciós lencsék(szemüvegek) rövidlátás vagy rövidlátás, sőt hiperlátás vagy távollátás esetén.
Mindkét feltétel esetén a szemlencse fókuszpontja nem egészen egyezik a helyzetével a fényérzékeny retina a szem hátsó részén, előtte a myopia, mögötte pedig a hyperopia. A myopia szemüvege eltér egymástól, ezért a gócpont hátrafelé mozog, míg a hyperopia esetében konvergáló lencséket használnak.
A nagyító és a mikroszkóp ugyanúgy működik, mindkét oldalán domború lencsékkel (két domború oldalú lencsék) a képek nagyított változatának elkészítéséhez. A nagyító az egyszerűbb optikai eszköz, egyetlen lencsével, amely nagyobb képméretet eredményez, mint amennyit egyébként elérhetne. A mikroszkópok egy kicsit bonyolultabbak (mivel általában több objektívvel rendelkeznek), de nagyított képeket ugyanúgy hoznak létre.
A refraktoros teleszkópok ugyanúgy működnek, mint a mikroszkópok és a nagyító szemüvegek, mindkét oldalán domború lencsével gyújtópontot állít elő a teleszkóp testében, de a fény tovább jut el a szemlencse.
A mikroszkópokhoz hasonlóan ezeknél is van egy másik lencse a szemlencsében, hogy megbizonyosodjon arról, hogy a rögzített fény fókuszban van, amikor az a szeméhez ér. A másik fő típusú távcső a reflektoros távcső, amely lencsék helyett tükröket használ a fény összegyűjtésére és a szemedre továbbítására. A tükör homorú, ezért a fényt egy valós képre összpontosítja, amely a tükör ugyanazon oldalán található, mint az objektum.