렌즈 없이는 삶이 똑같지 않을 것입니다. 교정 안경을 착용해야하는지 여부에 관계없이 렌즈를 통과하는 광선을 단일 초점으로 구부리기위한 렌즈 없이는 선명한 이미지를 볼 수 없습니다.
과학자들은 현미경과 망원경을 사용하여 매우 작거나 먼 물체를 볼 수 있습니다. 단, 이미지에서 유용한 데이터 나 관측치를 추출 할 수있는 지점까지 확대하는 경우는 예외입니다. 완벽한 셀카를 찍는 데 도움이되는 카메라를 확보하기 위해 정확히 동일한 원칙이 사용됩니다.
돋보기에서 사람의 눈에 이르기까지 모든 렌즈는 동일한 기본 원리로 작동합니다. 수렴 렌즈 (볼록 렌즈)와 발산 렌즈 간에는 중요한 차이점이 있지만 (오목한 렌즈) 기본적인 세부 사항을 배우 자마자 많은 유사점을 발견하게 될 것입니다. 너무.
알아야 할 정의
볼록 렌즈와 오목 렌즈를 이해하기위한 여정을 시작하기 전에 광학 분야의 몇 가지 핵심 개념에 대한 입문서를 확보하는 것이 중요합니다. 그만큼초점평행 광선이 렌즈를 통과 한 후 수렴 (즉, 만나는) 지점으로 선명한 이미지가 형성됩니다.
그만큼초점 거리렌즈의 중심에서 초점까지의 거리이며 초점 거리가 작을수록 광선을 더 강하게 굴절시키는 렌즈를 나타냅니다.
그만큼광축렌즈의 중심은 렌즈가 수직으로 똑바로 서 있다고 상상하면 수평으로 이어지는 대칭 선입니다.
ㅏ광선광선 다이어그램에서 렌즈의 존재가 광선의 경로에 미치는 영향을 시각적으로 해석하는 데 사용되는 광선의 경로를 나타내는 유용한 방법입니다.
실제로 모든 물체는 모든 방향으로 광선을 방출하지만 렌즈가 실제로하는 일을 분석 할 때 유용한 정보를 모두 제공하지는 않습니다. 광선 다이어그램을 그릴 때 몇 가지 주요 광선을 선택하면 일반적으로 광선의 전파와 이미지 형성 과정을 설명하기에 충분합니다.
레이 다이어그램
광선 다이어그램 및 광선 추적을 사용하면 물체의 위치와 렌즈의 위치를 기반으로 이미지 형성 위치를 결정할 수 있습니다.
광선이 렌즈를 통과 할 때 광선과 그 굴절을 그리는 과정은 Snell의 굴절 법칙을 사용하여 완료 할 수 있습니다. 공기 (또는 광선이 통과하는 다른 매체)에 대한 굴절률과이를 위해 사용되는 유리 조각 또는 기타 재료를 기준으로 렌즈의 다른 쪽 각도에 렌즈를 렌즈.
그러나 이것은 시간이 많이 소요될 수 있으며 제작에 도움이 될 수있는 몇 가지 트릭이 있습니다.광선 다이어그램더 쉽게. 특히 렌즈 중앙을 통과하는 광선은 눈에 띄게 굴절되지 않으며 평행 광선은 초점을 향해 편향된다는 점을 기억하십시오.
렌즈에서 발생할 수있는 이미지 형성에는 두 가지 주요 유형이 있으며 레이 다이어그램을 사용하여 설정할 수 있습니다. 첫 번째는 "실제 이미지"로, 광선이 수렴하여 이미지를 생성하는 지점을 의미합니다. 이 위치에 스크린을 배치하면 광선이 스크린에 초점이 맞는 이미지를 생성합니다. 실제 이미지는 볼록 렌즈로 알려진 수렴 렌즈에 의해 생성됩니다.
가상 이미지는 완전히 다르며 발산 렌즈로 생성됩니다. 이 렌즈는 광선을 구부리기 때문에떨어져서로로부터 (즉, 서로 갈라지게 함) "이미지"는 실제로 입사 광선이 나오는 렌즈 측면에 형성됩니다.
반대쪽 광선이 깔때기 때문에 마치 같은쪽에있는 물체에 의해 광선이 생성 된 것처럼 보입니다. 렌즈를 입사 광선으로, 마치 직선 경로에서 광선을 추적 할 지점까지 다시 추적 한 것처럼 모이다. 하지만 말 그대로 사실이 아니며이 위치에 화면을 배치하면 이미지가 표시되지 않습니다.
얇은 렌즈 방정식
얇은 렌즈 방정식은 광학 분야에서 가장 중요한 방정식 중 하나이며 물체까지의 거리와 관련이 있습니다.디영형, 이미지까지의 거리디나는 렌즈의 초점 거리에프. 방정식은 매우 간단하지만 주요 용어가 다음과 같이 분수의 분모에 있기 때문에 물리학의 다른 방정식보다 사용하기가 조금 더 어렵습니다.
\ frac {1} {d_o} + \ frac {1} {d_i} = \ frac {1} {f}
관례는 가상 이미지는 음의 거리를 가지며 실제 이미지는 양의 이미지 거리를 갖습니다. 렌즈의 초점 거리도 이와 동일한 규칙을 따르므로 양의 초점 거리는 수렴 렌즈를 나타내고 음의 초점 거리는 발산 렌즈를 나타냅니다.
볼록 및 오목 렌즈물리학 입문 수업에서 논의되는 두 가지 주요 유형의 렌즈입니다. 이러한 렌즈의 작동 방식을 이해하는 한 모든 질문에 답할 수 있습니다.
이 방정식은 "얇은"렌즈에 대한 것입니다. 이것은 렌즈가 광선의 경로를 편향시키는 것으로 취급 될 수 있음을 의미합니다.하나위치 만, 렌즈의 중앙.
실제로 렌즈의 양쪽에 편향이 있습니다. 하나는 공기와 렌즈 재료 사이의 경계면에 있고 렌즈 재료와 다른 쪽 공기 사이의 경계면에있는 다른 것 –이 가정은 계산을 많이 만듭니다. 더 간단합니다.
오목 렌즈
오목 렌즈는 발산 렌즈라고도하며 렌즈의 "그릇"이 해당 물체를 향하도록 구부러져 있습니다. 위에서 언급했듯이 이와 같은 렌즈에는 음의 초점 거리가 할당되고 이들이 생성하는 가상 이미지는 원래 물체와 같은면에 있다는 것이 관례입니다.
완료하려면광선 추적 프로세스오목 렌즈의 경우 렌즈의 광축과 평행하게 이동하는 물체의 광선은 굴절되어 렌즈의 초점 근처에서 시작된 것으로 보입니다. 렌즈의 물체와 같은 쪽 그 자체.
위에서 언급했듯이 렌즈 중앙을 통과하는 광선은 굴절되지 않고 계속됩니다. 마지막으로 렌즈 반대편의 초점을 향해 이동하는 광선은 굴절되어 광축에 평행하게 나옵니다.
일반적으로 물체의 단일 지점을 기반으로 이러한 광선을 몇 개 그리는 것만으로도 생성 된 이미지의 위치를 찾을 수 있습니다.
볼록 렌즈
convex lens는 converging lens라고도하며 본질적으로 concave lens와 반대로 작동합니다. "그릇"모양의 바깥 쪽 구부러진 부분이 개체에 가장 가깝도록 구부러져 있고 초점 거리에 양의 값이 할당됩니다.
수렴 렌즈의 광선 추적 과정은 발산 렌즈와 매우 유사하지만 몇 가지 중요한 차이점이 있습니다. 항상 그렇듯이 렌즈 중앙을 통과하는 광선은 굴절되지 않습니다.
입사 광선이 광축에 평행하게 이동하면 렌즈 반대쪽에있는 초점을 통해 편향됩니다. 반대로, 물체에서 나오는 광선은 렌즈를 향해 이동하면서 가까운 초점을 통과하는 모든 광선이 굴절되어 광축에 평행하게 나옵니다.
다시 말하지만, 이러한 간단한 원칙에 따라 물체의 한 점에 대해 2 ~ 3 개의 광선을 그리면 이미지의 위치를 찾을 수 있습니다. 이것은 모든 광선이 렌즈의 반대편에서 물체 자체에 수렴하는 지점입니다.
확대 개념
배율은 광학 분야에서 중요한 개념이며 렌즈가 생성하는 이미지 크기와 원본 개체 크기의 비율을 의미합니다. 이것은 당신이 일상 생활의 개념으로서 확대를 이해하는 것과 거의 비슷합니다. 이미지가 물체보다 두 배 크면 2 배로 확대 된 것입니다. 그러나 정확한 정의는 다음과 같습니다.
M =-\ frac {i} {o}
어디미디엄배율입니다.나는이미지의 크기를 나타내며영형개체의 크기를 나타냅니다. 음수 배율은 반전 된 이미지를 나타내며 양수 배율은 수직입니다.
유사점과 차이점
볼록 렌즈와 오목 렌즈는 기본적으로 유사점이 있지만 좀 더 자세히 보면 유사점보다 차이점이 많습니다.
주요 유사점은 둘 다 동일한 기본 원리로 작동한다는 것입니다. 렌즈와 주변 매체 사이의 굴절률을 통해 광선을 구부리고 초점. 그러나 발산 렌즈는 항상 가상 이미지를 생성하는 반면 수렴 렌즈는 실제 또는 가상 이미지를 생성 할 수 있습니다.
렌즈의 곡률이 감소함에 따라 수렴 및 발산 렌즈는 표면의 형상도 더 비슷해지기 때문에 점점 더 유사 해집니다. 둘 다 동일한 원리에 따라 작동하기 때문에 기하학이 더 유사해질수록 광선에 미치는 영향도 더 유사 해집니다.
응용 프로그램 및 예
오목 및 볼록 렌즈는 실용적인 응용 분야가 많지만 일상 생활에서 가장 일반적으로 사용되는 렌즈는교정 렌즈(안경) 근시 또는 근시, 또는 실제로 원시 또는 원시.
이 두 가지 조건에서 눈 수정체의 초점은 눈의 위치와 일치하지 않습니다. 눈 뒤쪽의 빛에 민감한 망막으로 근시의 경우 앞쪽에 있고 원시의 경우 뒤쪽에 있습니다. 근시 용 안경이 갈라져서 초점이 뒤로 이동하고 원 시용 수렴 렌즈가 사용됩니다.
확대경과 현미경은 이미지의 확대 버전을 생성하기 위해 양면 볼록 렌즈 (두 개의 볼록면이있는 렌즈)를 사용하여 동일한 기본 방식으로 작동합니다. 돋보기는 더 간단한 광학 장치로, 단일 렌즈로 다른 방법으로 얻을 수있는 것보다 더 큰 이미지 크기를 생성합니다. 현미경은 약간 더 복잡하지만 (일반적으로 여러 개의 렌즈가 있기 때문에) 기본적으로 동일한 방식으로 확대 된 이미지를 생성합니다.
굴절 망원경은 양면 볼록 렌즈를 사용하여 현미경 및 돋보기처럼 작동합니다. 망원경 본체 내부에 초점을 생성하지만 빛은 계속해서 접안 렌즈.
현미경과 마찬가지로 접안 렌즈에 또 다른 렌즈가있어 포착 된 빛이 눈에 도달했을 때 초점이 맞도록합니다. 다른 주요 유형의 망원경은 반사 망원경으로 렌즈 대신 거울을 사용하여 빛을 모아 눈으로 보냅니다. 거울은 오목하므로 물체와 같은 거울면의 실제 이미지에 빛을 집중시킵니다.