ობიექტივი (ფიზიკა): განმარტება, ტიპები და მათი მუშაობა

ლინზებს ყოველდღე შეხვდებით. იქნება ეს ობიექტივი თქვენი მობილური ტელეფონის კამერაზე, ლინზები სათვალის ან კონტაქტური ლინზების საშუალებით, რომლებსაც იყენებთ გარკვევით, გამადიდებელი სათვალეები, მიკროსკოპები, ტელესკოპები ან სრულად სხვა რამ, ლინზების ფიზიკა განმარტავს, თუ როგორ შეიძლება გამოყენებულ იქნას მინის მარტივი ნაჭერი სურათების ფოკუსირებისთვის ნებისმიერი მიზანი.

არსებითად, ლინზები მუშაობენ სინათლის სხივების მოხრით, რომლებიც მათში რეფრაქციის გზით გადიან, მაგრამ ეს ძირითადი პუნქტი შეიძლება განხორციელდეს სხვადასხვა გზით, რომელიც იცვლება ობიექტივის ტიპის მიხედვით. საბედნიეროდ, ასეთი ლინზების საფუძვლები მარტივად გასაგებია, როდესაც ცოტათი გაიგებთ მათი მუშაობის შესახებ.

ობიექტივი არის გამჭვირვალე მასალის ნაჭერი, რომელიც ისეთი ფორმისაა, რომ გამოიწვიოს სინათლის სხივების სპეციფიკური გზით მოხრა გაიაროს ეს, ნიშნავს თუ არა ეს იმას, რომ სხივები გადავიდეს კონკრეტულ წერტილამდე, თუ დაშორდეს, როგორც სპეციფიკურიდან წერტილი გამოყენებული მასალა შეიძლება იყოს შუშის ან პლასტმასის ნაჭერი და ობიექტივის ფორმა განსაზღვრავს იწვევს თუ არა ის სინათლის სხივების კონვერტაციას ან დაშორებას. სიტყვა "ობიექტივი" ლათინური სიტყვიდან "ოსპი" მოდის, რაც შეკრებილი ობიექტივისა და პარკოსნების ფორმის მსგავსია.

ობიექტივის მიერ წარმოებული სინათლის სხივების რეალური მოხრა ხდება იმიტომ, რომ ობიექტივის მასალას გარდატეხის განსხვავებული ინდექსი აქვს, ვიდრე მიმდებარე ჰაერს. ეს ქცევა აღწერილია სნელის კანონით რეფრაქციის შესახებ, რომელიც უკავშირებს განსხვავებულ კუთხეს ინციდენტს და გატეხილ სინათლის სხივს ორი მასალის რეფრაქციის ინდექსებს.

მოკლედ, კანონი ამბობს, რომ თუ ქვედა რეფრაქციის ინდექსის ნივთიერებიდან უფრო მაღალზე მიდიხართ (მაგ., ჰაერიდან მინაზე), სინათლის სხივი "ნორმალის "კენ გადაიწევს ზედაპირი (ე.ი. იმ წერტილზე ზედაპირზე პერპენდიკულარული მიმართულებისკენ) და რომ პირიქითაა სინათლის სხივები უფრო მაღალი რეფრაქციის ინდექსის მასალიდან უფრო დაბლა ერთი

ოპტიკაში საკმაოდ ბევრი უნიკალური ტერმინია გამოყენებული და ამის გაგება გადამწყვეტია, თუ ლინზების ფიზიკას სწავლობთ.

• ყურადგება არის ის წერტილი, სადაც პარალელური სხივები თავს იყრის ობიექტივში გავლის შემდეგ.
• ფოკალური მანძილი ობიექტივი არის მანძილი მისი ცენტრიდან ფოკუსურ წერტილამდე, რაც არსებითად განსაზღვრავს ობიექტივის "მოხრის ძალას".
• ოპტიკური ღერძი არის სიმეტრიის ხაზი ობიექტივისთვის.
• ა სინათლის სხივი არის სინათლის გზის მიახლოება, სადაც სწორი ხაზები გამოიყენება სინათლის ტალღების (ან ფოტონების) მოძრაობის გამოსახატავად. ობიექტის ყველა წერტილი წარმოქმნის სინათლის სხივებს ყველა შესაძლო მიმართულებით, მაგრამ, როგორც წესი, ირჩევა რამდენიმე კონკრეტული სხივი, რომ დადგინდეს მიღებული სურათის ადგილმდებარეობა.
• ან ოპტიკური ობიექტივი არის მასალის ერთი ნაჭერი, რომელიც შექმნილია სინათლის სხივების შეერთების (ამოზნექილი ობიექტივი) ან დაშორების (ჩაზნექილი ობიექტივი) მიზეზი.
• ა ორმხრივ ამოზნექილი ობიექტივი არის მარტივი ოპტიკური ობიექტივი, რომელსაც აქვს ორი ამოზნექილი მხარე (წარმოიქმნება ოსპის მსგავსი ფორმა, რამაც ლინზებს დაარქვა მათი სახელი), რომელსაც ზოგჯერ ამოზნექილ-ამოზნექილ ობიექტივს უწოდებენ და განმარტებით, პოზიტიური ფოკუსის სიგრძე აქვს. მათ იყენებენ გამადიდებელ სათვალეებში, ტელესკოპებში, მიკროსკოპებში და ადამიანის თვალის დროსაც კი.
  
• ველის სიღრმე აღწერს მანძილების დიაპაზონს, რომელზედაც ობიექტები ფოკუსში არიან ობიექტივიდან გადახედვისას, და განსაკუთრებით ზოგადი ტერმინოლოგიაა ფოტოგრაფიაში. ვინაიდან კამერების სინათლის სენსორები ფიქსირებული ზომისაა, თუ სურათი არის ოდნავ ფოკუსირებულია, მაგრამ შეცდომის ოდენობა საკმარისად მცირეა, ის ფაქტობრივად არ დარეგისტრირდება როგორც ყურადღების ცენტრში. ფოკუსის ეს დიაპაზონი ველის სიღრმეა.
• პრემიერ ობიექტივი არის ობიექტივი, რომელსაც იყენებენ ფოტოგრაფიაში ფიქსირებული ფოკუსური მანძილით, განსხვავებით მასშტაბის ლინზებისგან, სადაც ფოკუსური მანძილი შეიძლება შეიცვალოს. სხვა კონტექსტებში, პრიმი ობიექტივი შეიძლება გამოყენებულ იქნას მრავალი ობიექტივისგან შემდგარ სისტემაში პირველადი ობიექტივის მნიშვნელობით.

სხივების დიაგრამები უკიდურესად სასარგებლო საშუალებაა ოპტიკაში და ისინი გამოიყენება ობიექტის ადგილმდებარეობისა და ობიექტივის საფუძველზე მდებარეობის ადგილმდებარეობის მოსაძებნად. ობიექტიდან გამომავალი საკვანძო სინათლის დახატვით და ობიექტივში გადასვლისას მათი ბილიკის აღნიშვნით, წერტილი, სადაც ისინი ხვდებიან, არის სურათის ფორმირება.

ეს პროცესი შეიძლება გაკეთდეს Snell– ის რეფრაქციის კანონის გამოყენებით, მაგრამ რამდენიმე ხრიკმაც შეიძლება პროცესის გამარტივება. მაგალითად, სხივი, რომელიც გადის ობიექტივის ცენტრში, საერთოდ ძლივს ირეკლება და ისიც დარტყმებს ოპტიკური ღერძის პერპენდიკულარულ ობიექტივს, გარდატეხილია ფოკუსის წერტილის გავლისთვის ობიექტივი.

ობიექტივის მიერ წარმოებული სურათი შეიძლება იყოს რეალური ან ვირტუალური. რეალური სურათისთვის, სინათლის სხივები იკრიბებიან და ქმნიან გამოსახულებას კონკრეტულ ადგილას და ამ სურათს ხედავდით, თუ ეკრანს განათავსებდით ამ ადგილას. ადამიანის თვალში და კამერის ობიექტივის მიღმა მდებარე რეგიონში გამოიყენება ფოტომგრძნობიარე უჯრედები ან მასალები ამ სურათის ასაღებად.

ვირტუალური სურათი განსხვავებულია: როდესაც სხივები დაშორდება ობიექტივს, მათი ორიენტაცია ქმნის მას შეხედე როგორც ვირტუალური სურათის მდებარეობიდან. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, თუ რეფრაქტირებულ სხივებს უკან მიჰყევით, მაგრამ მხოლოდ სწორი ხაზების შემდეგ, ისინი ყველა ერთმანეთს გადავა ვირტუალური სურათის ადგილას. ამასთან, სინათლის სხივები ფიზიკურად არ იკრიბებიან ამ ადგილას და თუ ეკრანს განათავსებთ, სურათს ვერ ნახავდით.

კამერის ობიექტივი ერთ – ერთი ყველაზე ნაცნობი ტიპის ლინზაა, რომელსაც ყოველდღიურად ხვდებით და ეს მოდის მრავალი სხვადასხვა ტიპისაა, თუმცა ყველა მათგანს ასახავს ოპერაციის იგივე ძირითადი პრინციპები ადრე

პრიმი ობიექტივი არის ძირითადი ობიექტივი, რომელსაც აქვს ფოკუსური სიგრძე, ხოლო მასშტაბის ობიექტივს ცვალებადი ფოკუსური სიგრძე აქვს, ამიტომ თქვენ არ გჭირდებათ ფიზიკურად შეცვალოთ თქვენი ადგილმდებარეობა, რომ რამე აქცენტი გააკეთოთ. ფართოკუთხოვანი ობიექტივი არის ტიპის მცირე ზომის ფოკუსური ობიექტივი, რომელიც მკვეთრად ზრდის მხედველობის ველს, ხოლო fisheye ობიექტივი არსებითად არის ფართოკუთხოვანი ობიექტივის ექსტრემალური ვარიანტი.

სხვა მაგალითებია სატელეფონო ლინზები, რომლებსაც აქვთ ძალიან გრძელი ფოკუსური მანძილი და გამიზნულია შორეული საგნების გადასაღებად მოშორებით, და მაკრო ლინზები, რომლებიც მიზნად ისახავს ფოკუსირებას ძალიან ახლო მანძილზე და აწარმოოს ბუნებრივი ზომის ან გადიდებული ვერსიები ობიექტები.

ლინზების სხვა გავრცელებული ტიპებია სათვალის ლინზები ან კონტაქტური ლინზები და ორივე მუშაობს თქვენი ხედვის პრობლემების გამოსასწორებლად. თუ თქვენ "ახლომხედველი" ხართ, ეს ნიშნავს, რომ თქვენი თვალის ლინზები ქმნიან სურათებს თქვენს თვალის სინათლეზე მგრძნობიარე ბადურის წინ და ამიტომ გჭირდებათ განსხვავებული (ჩაზნექილი) ლინზები სურათის უკან გადასაადგილებლად.

თუ თქვენ "შორსმჭვრეტელი" ხართ, თქვენს თვალებში არსებული ლინზები შექმნის სურათს, ვიდრე თქვენს ბადურას, ამიტომ ამ საკითხის გამოსასწორებლად გჭირდებათ შემაკავშირებელი ლინზები.

როგორც კონტაქტური ლინზები, ასევე სათვალეები ამას ანალოგიურად ასწორებს - დამატებითი მაკორექტირებელი ობიექტივის დამატებით ეფექტურობის შესაქმნელად თქვენი თვალის ფოკუსური მანძილი ემთხვევა ბადურასთან მანძილს - მაგრამ არსებობს განსხვავებები, რადგან კონტაქტური ლინზები პირდაპირ თქვენზე დგას თვალები. კონტაქტურ ობიექტივში ობიექტივი არ საჭიროებს იმდენი სივრცის დაფარვას (ის მხოლოდ საკმარისი უნდა იყოს თქვენი მოსწავლისთვის მაქსიმალური გაფართოების დროს) და ამის მიღწევა ნაკლები მასალის საშუალებით შეუძლია. სათვალის ლინზებისთვის, ობიექტივი ბევრად უფრო დიდ ტერიტორიას უნდა ფარავდეს და, შესაბამისად, უფრო სქელია.