Le lenti, sia biologiche che sintetiche, sono meraviglie della fisica ottica che sfruttano la capacità di alcuni mezzi di rifrangere o piegare i raggi luminosi. Sono disponibili in due forme fondamentali: convessa, o curva verso l'esterno, e concava, o curva verso l'interno. Uno dei loro scopi principali è ingrandire le immagini o farle apparire più grandi di quanto non siano in realtà.
Le lenti possono essere trovate in telescopi, microscopi, binocoli e altri strumenti ottici, oltre che nel tuo occhio. Scienziati e studenti hanno a disposizione una serie di semplici equazioni algebriche per mettere in relazione le dimensioni fisiche e la forma di una lente con i suoi effetti sui raggi di luce che la attraversano.
Fisica delle lenti e dell'ingrandimento
La maggior parte delle lenti "artificiali" sono realizzate in vetro. Il motivo per cui le lenti rifrangono la luce è che quando i raggi di luce si spostano da unomedio(ad esempio aria, acqua o altro materiale fisico) in un altro, la loro velocità cambia leggermente e di conseguenza i raggi cambiano direzione.
Quando i raggi luminosi entrano in una lente doppia convessa (cioè una che sembra un ovale appiattito di lato) in una direzione perpendicolare a superficie dell'obiettivo, i raggi più vicini a ciascun bordo vengono rifratti nettamente verso il centro, prima quando entrano nell'obiettivo e di nuovo quando in partenza. Quelli più vicini al centro sono piegati meno e quelli che passano perpendicolarmente attraverso il centro non sono affatto rifratti. Il risultato è che tutti questi raggi convergono in apunto focale (F) una distanzafdal centro della lente.
L'equazione della lente sottile e il rapporto di ingrandimento
Le immagini prodotte da lenti e specchi possono essere siavero(cioè, proiettabile su uno schermo) ovirtuale(cioè, non proiettabile). Per convenzione, i valori delle distanze delle immagini reali (io) dell'obiettivo sono positivi, mentre quelli delle immagini virtuali sono negativi. La distanza dell'oggetto stesso dalla lente (o) è sempre positivo.
Le lenti convesse (convergenti) producono immagini reali e sono associate a un valore positivo dif, mentre le lenti concave (divergenti) producono immagini virtuali e sono associate a un valore negativo dif.
La lunghezza focalef, distanza dell'oggettooe distanza dell'immagineiosono legati daequazione lente sottile thin:
\frac{1}{o}+\frac{1}{i}=\frac{1}{f}
Mentre la formula di ingrandimento orapporto di ingrandimento (m) mette in relazione l'altezza dell'immagine prodotta dall'obiettivo con l'altezza dell'oggetto:
m=\frac{-i}{o}
Ricorda,ioè negativo per le immagini virtuali.
L'occhio umano
Le lenti dei tuoi occhi funzionano come lenti convergenti.
Come puoi prevedere in base a ciò che hai già letto, le lenti degli occhi sono convesse su entrambi i lati. Senza che le tue lenti siano sia convesse che flessibili, la luce che passa nei tuoi occhi sarebbe interpretata in modo molto più frenetico dal tuo cervello di quanto non lo sia. in realtà lo è, e gli umani avrebbero terribili difficoltà a navigare nel mondo (e probabilmente non sarebbero sopravvissuti per navigare in Internet per la scienza informazione).
La luce entra prima nell'occhio attraverso la cornea, lo strato esterno sporgente della parte anteriore del bulbo oculare. Quindi passa attraverso la pupilla, il cui diametro può essere regolato da minuscoli muscoli. La lente è dietro la pupilla. La parte dell'occhio su cui è formata l'immagine, che si trova all'interno della porzione inferiore posteriore del bulbo oculare, è chiamataretina. Le informazioni visive vengono trasmesse dalla retina al cervello tramite i nervi ottici.
Calcolatore di ingrandimento
Puoi trovare siti web che ti aiutano con alcuni di questi problemi una volta che ti sei familiarizzato con la fisica di base lavorandone alcuni da solo. L'idea principale è capire come i diversi componenti dell'equazione dell'obiettivo si relazionano tra loro e perché le modifiche alle variabili producono gli effetti del mondo reale che producono.
Un esempio di tale strumento online è fornito nelle Risorse.
