Įgaubti ir išgaubti lęšiai: panašumai ir skirtumai

Tavo gyvenimas nebūtų toks pats be lęšių. Nesvarbu, ar jums reikia nešioti korekcinius akinius, ar ne, jūs negalite pamatyti aiškaus bet kokio vaizdo be tam tikrų lęšių, kad sulenktumėte per juos praeinančius šviesos spindulius į vieną židinį.

Mokslininkai priklauso nuo mikroskopų ir teleskopų, kad jie galėtų pamatyti labai mažus ar tolimus objektus, išskyrus padidintus iki taško, kur jie gali išgauti naudingus duomenis ar stebėjimus iš vaizdų. Lygiai tie patys principai yra naudojami norint įsitikinti, kad turite fotoaparatą, kuris gali padėti jums padaryti geriausią asmenukę.

Nuo didinamojo stiklo iki žmogaus akies visi lęšiai veikia pagal tuos pačius pagrindinius principus. Nors yra svarbių skirtumų tarp susiliejančių lęšių (išgaubtų lęšių) ir besiskiriančių lęšių (įgaubti lęšiai), kai tik sužinosite keletą pagrindinių detalių, pastebėsite daug panašumų taip pat.

Prieš pradedant šią kelionę, kad suprastumėte išgaubtus ir įgaubtus lęšius, svarbu turėti pagrindą dėl kai kurių pagrindinių optikos sąvokų.

židinio nuotolisobjektyvo yra atstumas nuo objektyvo centro iki židinio taško, o mažesnis židinio nuotolis rodo objektyvą, kuris stipriau lenkia šviesos spindulius.

optinė ašisobjektyvo yra simetrijos linija, einanti per objektyvo centrą, kuri eina horizontaliai, jei įsivaizduojate, kad objektyvas stovėjo vertikaliai stačiai.

Ašviesos spindulysyra naudingas būdas parodyti šviesos pluošto kelią, naudojamas spindulių diagramose, kad būtų galima vizualiai interpretuoti, kaip lęšio buvimas veikia šviesos pluošto kelią.

Praktiškai bet kurio objekto šviesos spinduliai palieka jį į visas puses, tačiau ne visi šie elementai suteikia naudingos informacijos analizuojant, ką objektyvas iš tikrųjų veikia. Kai piešiate spindulių diagramas, dažniausiai pakanka pasirinkti keletą pagrindinių šviesos spindulių, kad paaiškintumėte šviesos bangų sklidimą ir vaizdo susidarymo procesą.

Spindulių diagramos ir spindulių sekimas leidžia nustatyti vaizdo susidarymo vietą pagal objekto vietą ir objektyvo vietą.

Šviesos spindulių piešimo procesą ir jų nukreipimą praeinant pro lęšį galima užbaigti naudojant Snello lūžio dėsnį, kuris susieja spindulio kampą prieš pasiekiant objektyvo kampu kitoje objektyvo pusėje, remiantis oro (ar kitos terpės, per kurią sklinda spindulys) lūžio rodikliais ir stiklo gabalu ar kita medžiaga, naudojama objektyvas.

Tačiau tai gali užtrukti daug laiko, ir yra keletas gudrybių, kurios gali padėti jums sukurtispindulių diagramosdaug lengviau. Visų pirma atminkite, kad šviesos spinduliai, praeinantys per objektyvo centrą, nėra pastebimai lūžę ir kad lygiagrečiai spinduliai nukreipiami židinio taško link.

Yra du pagrindiniai vaizdo formavimo tipai, kurie gali atsirasti naudojant objektyvus ir kuriuos galite nustatyti naudodami spindulių diagramas. Pirmasis iš jų yra „tikras vaizdas“, nurodantis tašką, kuriame šviesos spinduliai susilieja, kad gautų vaizdą. Jei šioje vietoje įdėtumėte ekraną, šviesos spinduliai ekrane sukurtų fokusuotą vaizdą. Tikrą vaizdą sukuria konverguojantis objektyvas, kuris kitaip vadinamas išgaubtu objektyvu.

Virtualus vaizdas yra visiškai kitoks ir sukurtas besiskiriančio objektyvo. Kadangi šie lęšiai lenkia šviesos spinduliustolivienas nuo kito (t. y. priverčia juos išsiskirti), „vaizdas“ iš tikrųjų susidaro toje objektyvo pusėje, iš kurios atsirado krintantys šviesos spinduliai.

Išmetus spindulius iš priešingos pusės, atrodo, kad spindulius skleidė toje pačioje pusėje esantis objektas objektyvo spindulius, tarsi spinduliai atsektų atgal tiesia linija iki taško, kur jie suartėti. Tačiau tai nėra tiesiogine prasme, ir jei šioje vietoje įdėtumėte ekraną, nebūtų jokio vaizdo.

Plonųjų lęšių lygtis yra viena iš svarbiausių optikos lygčių ir ji susieja atstumą iki objektod​_o, atstumas iki vaizdod​_i ir objektyvo židinio nuotolisf. Lygtis yra gana paprasta, tačiau ją naudoti yra šiek tiek sunkiau nei kai kurias kitas fizikos lygtis, nes pagrindiniai terminai yra trupmenų vardikliuose:

Susitarimas yra tas, kad virtualaus vaizdo atstumas yra neigiamas, o realių vaizdų - teigiamas. Lęšio židinio nuotolis taip pat atitinka tą patį susitarimą, todėl teigiami židinio nuotoliai reiškia susiliejančius lęšius, o neigiami židinio nuotoliai - skirtingus lęšius.

​Išgaubti ir įgaubti lęšiaiyra du pagrindiniai lęšių tipai, aptarti įvadinėse fizikos pamokose, todėl, kol suprasite, kaip jie elgiasi, galėsite atsakyti į bet kurį klausimą.

Svarbu pažymėti, kad ši lygtis yra "plonas" objektyvas. Tai reiškia, kad lęšį galima traktuoti kaip nukreipiantį šviesos spindulio keliąvienastik vieta, objektyvo centras.

Praktiškai yra deformacija abiejose lęšio pusėse - viena oro ir lęšio medžiagos sąsajoje ir kita - lęšio medžiagos ir kitoje pusėje esančio oro sąsajoje - tačiau ši prielaida daro daug apskaičiavimą paprasčiau.

Įgaubtas lęšis taip pat vadinamas skirtingu lęšiu, kuris yra išlenktas taip, kad lęšio „dubuo“ būtų nukreiptas į aptariamą daiktą. Kaip minėta pirmiau, įprasta, kad tokiems objektyvams yra priskiriamas neigiamas židinio nuotolis, o jų sukurtas virtualus vaizdas yra toje pačioje pusėje kaip ir pradinis objektas.

Norėdami užbaigtispindulių sekimo procesasįgaubto lęšio atveju atkreipkite dėmesį, kad bet koks objekto šviesos spindulys, kuris keliauja lygiagrečiai lęšio optinei ašiai, bus nukreipta, todėl panašu, kad ji atsirado iš arti objektyvo židinio taško, toje pačioje objektyvo pusėje kaip ir objektas pats.

Kaip minėta pirmiau, bet koks spindulys, praeinantis per lęšio centrą, tęsis nenukrypęs. Galiausiai, bet koks spindulys, judantis židinio taško link priešingoje lęšio pusėje, bus nukreiptas, todėl jis atsiranda lygiagrečiai optinei ašiai.

Dažniausiai pakaks nubraižyti kelis tokius spindulius pagal vieną objekto tašką, kad rastumėte pagaminto vaizdo vietą.

Išgaubtas lęšis taip pat žinomas kaip sueinantis lęšis ir iš esmės veikia priešingai nei įgaubtas lęšis. Jis išlenktas taip, kad išorinis "dubens" formos lenkimas yra arčiausiai objekto, o židinio nuotolis priskiriamas teigiamai.

Konverguojančio lęšio spindulių sekimo procesas yra labai panašus į besiskiriančio lęšio, su keletu svarbių skirtumų. Kaip visada, šviesos spinduliai, praeinantys per lęšio centrą, nėra nukreipiami.

Jei krintantis spindulys eina lygiagrečiai optinei ašiai, jis pasislinks per židinio tašką priešingoje objektyvo pusėje. Ir atvirkščiai, bet koks šviesos spindulys, sklindantis iš objekto ir einantis per artimiausią židinio tašką, einant link objektyvo, bus nukreiptas, taigi jis atsiranda lygiagrečiai optinei ašiai.

Vėlgi, piešdami du ar tris objekto taško spindulius, remdamiesi šiais paprastais principais, galėsite rasti vaizdo vietą. Tai taškas, kuriame visi šviesos spinduliai susilieja priešingoje objektyvo pusėje į patį objektą.

Didinimas yra svarbi optikos sąvoka, ir tai reiškia objektyvo sukurto vaizdo dydžio ir originalaus objekto dydžio santykį. Tai beveik taip, kaip jūs suprastumėte didinimą kaip kasdienio gyvenimo sampratą - jei vaizdas yra dvigubai didesnis už objektą, jis padidinamas du kartus. Tačiau tikslus apibrėžimas yra toks:

KurMyra padidinimas,inurodo vaizdo dydį ironurodo objekto dydį. Neigiamas padidinimas rodo apverstą vaizdą, o teigiamas padidinimas yra vertikalus.

Pagrindiniai išgaubtų ir įgaubtų lęšių panašumai yra, tačiau išsamiau į juos žiūrint yra daugiau skirtumų nei panašumų.

Pagrindinis panašumas yra tas, kad jie abu veikia tuo pačiu pagrindiniu principu, kur skiriasi lūžio rodiklis tarp objektyvo ir jį supančios terpės leidžia jiems sulenkti šviesos spindulius ir sukurti a židinio taškas. Tačiau besiskiriantys lęšiai visada sukuria virtualius vaizdus, ​​o susilieję lęšiai gali sukurti tikrus ar virtualius vaizdus.

Mažėjant lęšio kreivumui, susiliejantys ir besiskiriantys lęšiai tampa vis panašesni vienas į kitą, nes ir paviršių geometrija tampa panašesnė. Kadangi jie abu dirba tuo pačiu principu, kai geometrija tampa panašesnė, jų daromas poveikis šviesos spinduliui taip pat tampa panašesnis.

Įgaubti ir išgaubti lęšiai turi daug praktinių pritaikymų, tačiau dažniausiai jie yra naudojami kasdieniame gyvenimekorekciniai lęšiaitrumparegystė ar trumparegystė, arba hiperopija ar toliaregystė.

Abiem šiomis sąlygomis akies lęšio židinio taškas visiškai nesutampa su šviesai jautri tinklainė akies gale, priekinė trumparegystė, o už hiperopija. Trumparegystės akiniai skiriasi, todėl židinio taškas juda atgal, o hiperopijai naudojami konverguojantys lęšiai.

Didinamieji stiklai ir mikroskopai veikia tuo pačiu pagrindiniu būdu, kad pagamintų padidintą vaizdų variantą naudodami abipus išgaubtus lęšius (lęšius su dviem išgaubtais šonais). Didinamasis stiklas yra paprastesnis optinis prietaisas, turintis vieną objektyvą, kurio pagalba gaunamas didesnis vaizdo dydis, nei galėtumėte gauti kitaip. Mikroskopai yra šiek tiek sudėtingesni (nes jie paprastai turi kelis lęšius), tačiau iš esmės tokiu pačiu būdu jie padidina vaizdus.

Refraktoriniai teleskopai veikia kaip mikroskopai ir didinamieji stiklai su abipus išgaubtu objektyvu gaminantis židinio tašką teleskopo korpuso viduje, tačiau šviesa toliau tęsiasi pasiekti okuliaras.

Kaip ir mikroskopuose, okuliare yra dar vienas objektyvas, kuris užtikrina, kad užfiksuota šviesa yra fokusuota, kai ji pasiekia jūsų akį. Kitas pagrindinis teleskopo tipas yra reflektorinis teleskopas, kuris vietoj lęšių naudoja veidrodžius, kad surinktų šviesą ir nukreiptų ją į jūsų akis. Veidrodis yra įgaubtas, todėl jis nukreipia šviesą į tikrą vaizdą toje pačioje veidrodžio pusėje kaip ir objektas.