შენი ცხოვრება არ იქნებოდა იგივე ლინზების გარეშე. გჭირდებათ თუ არა მაკორექტირებელი სათვალე, თქვენ ვერ ხედავთ რაიმეს გარკვეულ გამოსახულებას რაიმე სახის ლინზების გარეშე, რათა მოხდეს სინათლის სხივების გადატანა, რომლებიც მათში გადის ერთ ფოკუსურ წერტილად.
მეცნიერები დამოკიდებულია მიკროსკოპებსა და ტელესკოპებზე, რათა მათ დაინახონ ძალიან მცირე და შორეული ობიექტები, გარდა იმ შემთხვევისა, როდესაც ისინი გადიდებულია იმ წერტილამდე, სადაც მათ შეუძლიათ სასარგებლო მონაცემების ან დაკვირვებების ამოღება სურათებიდან. და ზუსტად იგივე პრინციპები გამოიყენება იმის უზრუნველსაყოფად, რომ გაქვთ კამერა, რომელიც დაგეხმარებათ სრულყოფილი სელფის გადაღებაში.
გამადიდებელი შუშიდან ადამიანის თვალამდე ყველა ლინზა მუშაობს იგივე ძირითადი პრინციპებით. მიუხედავად იმისა, რომ მნიშვნელოვანი განსხვავებებია კონვერგენულ ლინზებს (ამოზნექილი ლინზები) და განსხვავებულ ლინზებს შორის (ჩაზნექილი ლინზები), როგორც კი შეიტყობთ რამდენიმე ძირითად დეტალს, შეამჩნევთ ბევრ მსგავსებას ძალიან
განმარტებები უნდა იცოდეთ
სანამ ამ მოგზაურობას დაიწყებთ, ამოზნექილი და ჩაზნექილი ლინზების გასაგებად, მნიშვნელოვანია გქონდეთ პრაიმერი ოპტიკის ზოგიერთ საკვანძო კონცეფციაზე.
ყურადგებაარის წერტილი, რომელზეც პარალელური სხივები გადადიან (ე.ი. ხვდებიან) ობიექტივიდან გავლის შემდეგ და სადაც იქმნება მკაფიო სურათი.ფოკალური მანძილიობიექტივი არის მანძილი ობიექტივის ცენტრიდან ფოკუსურ წერტილამდე, უფრო მცირე ფოკუსური მანძილი მიუთითებს ობიექტივზე, რომელიც უფრო ძლიერად აქნევს სინათლის სხივებს.
ოპტიკური ღერძიობიექტივი არის სიმეტრიის ხაზი, რომელიც გადის ობიექტივის ცენტრში, რომელიც ჰორიზონტალურად გადის, თუ წარმოიდგინეთ, ობიექტივი ვერტიკალურად ვერტიკალურად იდგა.
ასინათლის სხივიეს არის სასარგებლო გზა სინათლის სხივის გზის წარმოსადგენად, რომელიც გამოიყენება სხივების დიაგრამებში ვიზუალური ინტერპრეტაციისთვის, თუ როგორ მოქმედებს ობიექტივის არსებობა სინათლის სხივის გზაზე.
პრაქტიკაში, ნებისმიერ ობიექტს ექნება სინათლის სხივები, რომელიც მას ყველა მიმართულებით ტოვებს, მაგრამ ყველა მათგანი არ გვთავაზობს სასარგებლო ინფორმაციას, როდესაც ხდება ანალიზის გაკეთება, თუ სინამდვილეში რას აკეთებს ობიექტივი. სხივის დიაგრამების დახატვისას, ჩვეულებრივ, რამდენიმე ძირითადი სინათლის სხივის არჩევა საკმარისია სინათლის ტალღების გავრცელების და სურათის ფორმირების პროცესის ასახსნელად.
სხივების დიაგრამები
სხივების დიაგრამები და სხივების მიკვლევა საშუალებას გაძლევთ განსაზღვროთ გამოსახულების ფორმირების ადგილმდებარეობა ობიექტის ადგილმდებარეობისა და ობიექტივის ადგილმდებარეობის საფუძველზე.
სინათლის სხივების ხატვის პროცესი და მათი გადახრა ობიექტივში გადასვლისას შეიძლება დასრულდეს Snell– ის რეფრაქციის კანონის გამოყენებით, რომელიც უკავშირდება სხივის კუთხეს მიღწევამდე ობიექტივი ობიექტივის მეორე მხარეს მდებარე კუთხისკენ, რომელიც ეფუძნება ჰაერის რეფრაქციის ინდექსებს (ან სხვა საშუალებით, რომლითაც სხივი მოძრაობს) და მინის ნაჭერს ან სხვა მასალას, რომელიც გამოიყენება ობიექტივი.
ამასთან, ეს შეიძლება შრომატევადი იყოს და არსებობს რამდენიმე ხრიკი, რაც დაგეხმარებათ პროდუქციის წარმოებაშისხივების დიაგრამებიუფრო მარტივად. კერძოდ, გახსოვდეთ, რომ ობიექტივის ცენტრში გამავალი სინათლის სხივები არ განიცდიან შესამჩნევი ხარისხით და რომ პარალელური სხივები გადაადგილდებიან ფოკუსური წერტილისკენ.
გამოსახულების ფორმირების ორი ძირითადი ტიპი არსებობს, რაც შეიძლება მოხდეს ლინზებთან და რომლის დასადგენად შეგიძლიათ გამოიყენოთ სხივების დიაგრამები. პირველი მათგანია "ნამდვილი სურათი", რომელიც გულისხმობს წერტილს, სადაც შუქის სხივები თავს იყრის და ქმნის გამოსახულებას. თუ ამ ადგილას ეკრანს განათავსებთ, სინათლის სხივები ქმნიან ფოკუსურ სურათს ეკრანზე. რეალურ გამოსახულებას აწარმოებს კონვერგენციული ობიექტივი, რომელიც სხვაგვარად ცნობილია როგორც ამოზნექილი ობიექტივი.
ვირტუალური სურათი სულ სხვაა და ქმნის განსხვავებულ ობიექტივს. იმიტომ, რომ ეს ლინზები სინათლის სხივებს ხრისმოშორებითერთმანეთისგან (ე.ი. დააშორეთ ისინი), ”გამოსახულება” რეალურად წარმოიქმნება ობიექტივის მხარეს, სადაც შემთხვევითი სინათლის სხივები მოვიდა.
მოპირდაპირე მხარეს მდებარე სხივების ხვრეტიდან ჩანს, რომ სხივები წარმოებულია იმავე მხარის ობიექტის მიერ ობიექტივი, როგორც ინციდენტის სხივები, თითქოს თქვენ მიჰყევით სხივებს სწორი ხაზისკენ იმ წერტილამდე, სადაც ისინი დაახლოება. ეს ფაქტიურად სიმართლეს არ შეესაბამება, და თუ ამ ადგილას ეკრანს განათავსებთ, სურათი აღარ იქნებოდა.
თხელი ობიექტივის განტოლება
წვრილი ლინზების განტოლება ერთ – ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი განტოლებაა ოპტიკაში და ის უკავშირდება ობიექტამდე მანძილსდო, მანძილი გამოსახულებამდედმე და ობიექტივის ფოკალური მანძილივ. განტოლება საკმაოდ მარტივია, მაგრამ მისი გამოყენება ცოტა უფრო რთულია, ვიდრე ფიზიკის სხვა განტოლებები, რადგან ძირითადი ტერმინები არის წილადების მნიშვნელობებში, შემდეგნაირად:
\ frac {1} {d_o} + \ frac {1} {d_i} = \ frac {1} {f}
კონვენცია მდგომარეობს იმაში, რომ ვირტუალურ სურათს აქვს უარყოფითი მანძილი და რომ რეალურ სურათებს აქვს დადებითი გამოსახულების მანძილი. ობიექტივის ფოკუსური სიგრძე ასევე მიჰყვება ამ კონვენციას, ამიტომ პოზიტიური ფოკუსური მანძილი წარმოადგენს კონვერტაციის ლინზებს, ხოლო უარყოფითი ფოკუსური მანძილი წარმოადგენს განსხვავებულ ლინზებს.
ამოზნექილი და ჩაზნექილი ლინზებიარის ორი ძირითადი ტიპის ლინზა, რომელზეც განხილულია გაცნობითი ფიზიკის კლასებში, ასე რომ სანამ გაიგებთ როგორ იქცევიან ისინი, თქვენ შეძლებთ ნებისმიერ კითხვაზე პასუხის გაცემას.
მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ ეს განტოლება არის "თხელი" ობიექტივისთვის. ეს ნიშნავს, რომ ობიექტივი შეიძლება განიხილებოდეს, როგორც სინათლის სხივის ბილიკის გადაადგილებაერთიმხოლოდ ადგილმდებარეობა, ობიექტივის ცენტრი.
პრაქტიკაში, ობიექტივის ორივე მხარეს არის გადახრა - ერთი ჰაერსა და ობიექტივის მასალებს შორის და სხვა ობიექტივში ობიექტივის მასალსა და მეორე მხარეს მდებარე ჰაერს შორის - მაგრამ ეს ვარაუდი გაანგარიშებას ქმნის უფრო მარტივი
ჩაზნექილი ლინზები
ჩაზნექილი ობიექტივი ასევე მოიხსენიება როგორც განსხვავებული ობიექტივი და ისინი ისეა მოღუნული, რომ ობიექტივის "თასი" მოცემული ობიექტის წინაშე დგას. როგორც ზემოთ აღვნიშნეთ, კონვენცია მდგომარეობს იმაში, რომ მსგავს ლინზებს ენიჭება ნეგატიური ფოკუსური მანძილი და მათ მიერ წარმოებული ვირტუალური სურათი იმავე მხარესაა, როგორც ორიგინალი ობიექტი.
დასრულებასხივების მიკვლევის პროცესიჩაზნექილი ობიექტივისთვის გაითვალისწინეთ, რომ ობიექტის ნებისმიერი სინათლის სხივი, რომელიც ობიექტივის ოპტიკური ღერძის პარალელურად მოძრაობს, იქნება გადახრა, ასე რომ, როგორც ჩანს, იგი წარმოიშვა ობიექტივის ფოკალური წერტილის მახლობლად, ობიექტივის იმავე მხარეს, როგორც ობიექტი თვითონ.
როგორც ზემოთ აღვნიშნეთ, ნებისმიერი სხივი, რომელიც გადის ობიექტივის ცენტრში, გაგრძელდება გადახრის გარეშე. დაბოლოს, ობიექტივის მოპირდაპირე მხარეს მდებარე ფოკუსისკენ გადაადგილებული ნებისმიერი სხივი გადაიწევს, ამიტომ იგი ოპტიკური ღერძის პარალელურად გამოდის.
რამდენიმე ასეთი სხივის დახაზვა ობიექტზე ერთ წერტილზე დაყრდნობით, როგორც წესი, საკმარისი იქნება წარმოებული სურათის ადგილმდებარეობის დასადგენად.
ამოზნექილი ლინზები
ამოზნექილი ობიექტივი ასევე ცნობილია როგორც შემკრები ობიექტივი და არსებითად მუშაობს ჩაზნექილი ობიექტის საპირისპირო გზით. იგი მრუდეა ისე, რომ "თასის" ფორმის გარე მოსახვევი ყველაზე ახლოს არის ობიექტთან და ფოკუსური სიგრძე ენიჭება დადებით მნიშვნელობას.
შემაერთებელი ობიექტივისთვის სხივების მიკვლევის პროცესი ძალიან ჰგავს, როგორც განსხვავებული ობიექტივისთვის, ორიოდე მნიშვნელოვანი განსხვავებით. როგორც ყოველთვის, ობიექტივის ცენტრში გამავალი სინათლის სხივები არ გადაიტანება.
თუ ინციდენტის სხივი ოპტიკური ღერძის პარალელურად მოძრაობს, ის ობიექტივის საპირისპირო მხარეს მდებარე ფოკუსის წერტილის მეშვეობით გადაიწევს. და პირიქით, ნებისმიერი სინათლის სხივი, რომელიც ობიექტიდან მოდის და უახლოეს ფოკუსურ წერტილში გადის ობიექტივისკენ, გადაიწევს, ამიტომ იგი ოპტიკური ღერძის პარალელურად გამოდის.
კიდევ ერთხელ, ამ მარტივი პრინციპების საფუძველზე ობიექტზე ორი ან სამი სხივის ხატვით, თქვენ ნახავთ სურათის ადგილმდებარეობას. ეს არის წერტილი, სადაც ყველა სინათლის სხივი თავს იყრის ობიექტივის საპირისპირო მხარეს.
გადიდების კონცეფცია
გადიდება მნიშვნელოვანი ცნებაა ოპტიკაში და ის ეხება ობიექტივის მიერ წარმოქმნილი გამოსახულების ზომისა და ორიგინალური ობიექტის ზომის თანაფარდობას. დაახლოებით ასე გესმით გადიდება, როგორც ცნება ყოველდღიური ცხოვრებიდან - თუ გამოსახულება ობიექტზე ორჯერ დიდია, ის გადიდებულია ორი ფაქტორით. მაგრამ ზუსტი განმარტებაა:
M = - \ frac {i} {o}
სადმარის გადიდება,მეეხება სურათის ზომას დაოეხება ობიექტის ზომას. უარყოფითი გადიდება მიუთითებს ინვერსიულ სურათზე, პოზიტიური გადიდება ვერტიკალურად არის.
მსგავსება და განსხვავებები
ძირითადი თვალსაზრისით, ამობურცულ და ჩაზნექილ ლინზებს შორის მსგავსებაა, მაგრამ უფრო მეტი განსხვავებაა, ვიდრე მსგავსება, როდესაც მათ უფრო დეტალურად უყურებთ.
მთავარი მსგავსება იმაში მდგომარეობს, რომ ორივე მუშაობს ერთსა და იმავე მთავარ პრინციპზე, სადაც განსხვავებაა რეფრაქციის ინდექსი ობიექტივსა და მიმდებარე საშუალებებს შორის საშუალებას აძლევს სინათლის სხივები მოაყარონ და შექმნან ა ყურადგება. ამასთან, განსხვავებული ლინზები ყოველთვის ქმნიან ვირტუალურ სურათებს, ხოლო შეერთებულ ლინზებს შეუძლიათ შექმნან რეალური ან ვირტუალური სურათები.
ობიექტივის მრუდის შემცირებისთანავე, კონვერგენციული და განსხვავებული ლინზები სულ უფრო ჰგავს ერთმანეთს, რადგან ზედაპირების გეომეტრიაც უფრო ჰგავს ერთმანეთს. ვინაიდან ისინი ორივე ერთსა და იმავე პრინციპზე მუშაობენ, რადგან გეომეტრია უფრო ჰგავს ერთმანეთს, სინათლის სხივზე მათი გავლენა უფრო მსგავსი ხდება.
პროგრამები და მაგალითები
ჩაზნექილი და ამოზნექილი ლინზები მრავალ პრაქტიკულ გამოყენებას ახდენს, მაგრამ ყოველდღიურ ცხოვრებაში ყველაზე გავრცელებულია მათი გამოყენებამაკორექტირებელი ლინზები(სათვალე) მიოპიის ან ახლომხედველობის, ან მართლაც ჰიპერპიის ან შორსმხედველობისთვის.
ორივე ამ პირობებში თვალის ობიექტივის ფოკუსური წერტილი არ ემთხვევა პოზიციას სინათლის მგრძნობიარე ბადურა თვალის უკანა ნაწილში, მიოპიის წინ და უკან ჰიპეროპიისთვის. მიოპიისთვის სათვალე განსხვავდება, ამიტომ ყურადგება უკანა მხარეს გადაადგილდება, ხოლო ჰიპერპოპიისთვის კონვერგენციული ლინზები გამოიყენება.
გამადიდებელი სათვალეები და მიკროსკოპები მუშაობენ იმავე ძირითადი მეთოდით, ორმხრივ ამოზნექილი ლინზებით (ორი ამოზნექილი გვერდის ლინზებით) სურათების გადიდებული ვერსიის წარმოებისთვის. გამადიდებელი შუშა არის უფრო მარტივი ოპტიკური მოწყობილობა, ერთი ობიექტივით, რომელიც ემსახურება სურათის უფრო დიდ ზომას, ვიდრე სხვაგვარად შეიძენდით. მიკროსკოპები ცოტათი რთულდება (რადგან მათ, როგორც წესი, მრავალი ობიექტივი აქვთ), მაგრამ ისინი ძირითადად იმავე გზით წარმოქმნიან გადიდებულ სურათებს.
რეფრაქტორული ტელესკოპები მუშაობს ისევე, როგორც მიკროსკოპები და გამადიდებელი სათვალეები, ორმხრივ ამოზნექილი ობიექტივით ტელესკოპის სხეულის შიგნით ფოკუსური წერტილის წარმოება, მაგრამ სინათლე აგრძელებს მიღებას სათვალე.
რაც შეეხება მიკროსკოპებს, მათ აქვთ კიდევ ერთი ობიექტივი სათვალთვალოში, რათა დარწმუნდეთ, რომ გადაღებული სინათლე ფოკუსშია, როდესაც ის თქვენს თვალში მივა. ტელესკოპის სხვა მთავარი ტიპია რეფლექტორი ტელესკოპი, რომელიც იყენებს სარკეს ობიექტივების ნაცვლად, რომ შეაგროვოს სინათლე და გააგზავნოს იგი თქვენს თვალში. სარკე ჩაზნექილია, ამიტომ იგი აქცევს სინათლეს რეალურ გამოსახულებაზე სარკის იმავე მხარეს, როგორც ობიექტი.