Du møter linser hver dag. Enten det er linsen på mobiltelefonkameraet, linsene på brillene eller kontaktlinsene du bruker for å se tydelig, forstørrelsesglass, mikroskop, teleskoper eller noe helt annet, forklarer linsens fysikk hvordan et enkelt stykke glass kan brukes til å forstørre, minimere eller bringe bilder i fokus for ethvert formål.
I hovedsak fungerer linser ved å bøye lysstråler som passerer gjennom dem gjennom brytning, men dette grunnleggende punktet kan implementeres på forskjellige måter som varierer i henhold til linsetypen. Heldigvis er det grunnleggende om slike linser lett å forstå når du lærer litt mer om hvordan de fungerer.
Hva er en linse?
En linse er et stykke gjennomsiktig materiale som er formet slik at lysstråler bøyes på en bestemt måte mens de er passere gjennom det, enten det betyr å få strålene til å konvergere til et bestemt punkt eller å avvike som om fra et bestemt punkt. Materialet som brukes kan være et stykke glass eller plast, og linsens form avgjør om det får lysstråler til å konvergere eller divergere. Ordet "linse" kommer fra det latinske ordet for "linse", på grunn av likheten i form mellom en konvergerende linse og belgfrukter.
Den faktiske bøyningen av lysstråler produsert av en linse skjer fordi linsematerialet har en annen brytningsindeks enn den omgivende luften. Denne oppførselen er beskrevet av Snells lov for brytning, som relaterer forskjellen i vinkel mellom innfallende og refraktert lysstråle til brytningsindeksene for de to materialene.
Kort sagt sier loven at hvis du går fra et stoff med lavere brytningsindeks til et høyere (f.eks. Fra luft til glass), blir lysstrålen avledet mot det "normale" til det overflate (dvs. mot retningen vinkelrett på overflaten på det punktet) og at det motsatte gjelder for lysstråler som går fra et høyere brytningsindeksmateriale til et lavere en.
Definisjoner
Det er mange unike begreper som brukes i optikk, og å forstå disse er avgjørende hvis du studerer fysikk av linser.
- De Brennpunkt er det punktet hvor parallelle stråler konvergerer når de passerer gjennom en linse.
- De brennvidde av en linse er avstanden fra sentrum til fokuspunktet, og definerer i hovedsak en "bøyekraft" til et objektiv.
- De optisk akse er linjen for symmetri for linsen.
- EN lysstråle er en tilnærming til lysstien, der rette linjer brukes til å representere bevegelsen til lysbølger (eller fotoner). Hvert punkt på et objekt produserer lysstråler i alle mulige retninger, men vanligvis velges noen få spesifikke stråler for å bestemme plasseringen til det resulterende bildet.
- An optisk linse er et enkelt stykke materiale designet for å føre til at lysstråler konvergerer (konveks linse) eller divergerer (konkav linse).
- EN bikonveks linse er en enkel optisk linse med to konvekse sider (produserer den linselignende formen som ga linsene navnet sitt), noen ganger kalt en konveks-konveks linse og har per definisjon en positiv brennvidde. De brukes i forstørrelsesglass, teleskoper, mikroskoper og til og med det menneskelige øye.
- De dybdeskarphet beskriver rekkevidden av avstander som objekter er i fokus når de sees gjennom en linse, og er vanlig terminologi spesielt i fotografering. Siden lyssensorene i kameraer har en fast størrelse, hvis bildet er litt ikke fokusert, men feilmengden er tilstrekkelig liten, den vil faktisk ikke registrere seg som ute av fokus. Dette fokusområdet er dybdeskarpheten.
- De prime linse er et objektiv som brukes i fotografering med fast brennvidde, i motsetning til zoomlinser der brennvidden kan endres. I andre sammenhenger kan imidlertid prime-linse brukes til å bety den primære linsen i et system som består av flere linser.
Strålediagrammer
Strålediagrammer er et ekstremt nyttig verktøy i optikk, og de brukes til å finne stedet der et bilde vil bli dannet basert på plasseringen av objektet og linsen. Ved å tegne noe nøkkellys som kommer ut fra et objekt og markere deres vei når de passerer gjennom linsen, er det punktet hvor de møtes, hvor bildet skal dannes.
Denne prosessen kan gjøres ved hjelp av Snells brytningslov, men noen få triks kan også forenkle prosessen. For eksempel blir en stråle som passerer gjennom midten av linsen knapt avbøyd i det hele tatt, og en som treffer linsen vinkelrett på den optiske aksen, brytes for å passere gjennom brennpunktet for linse.
Bildet som produseres av linsen kan være ekte eller virtuelt. For et ekte bilde konvergerer lysstrålene seg til et bilde på et bestemt sted, og du kan se det bildet hvis du plasserer en skjerm på det stedet. I det menneskelige øye og regionen bak en kameralinse brukes lysfølsomme celler eller materialer for å plukke opp dette bildet.
Et virtuelt bilde er annerledes: når strålene avviker fra et objektiv, gjør orienteringen det se som om de kom fra plasseringen av det virtuelle bildet. Med andre ord, hvis du følger de bryte strålene bakover, men bare følger rette linjer, vil de alle konvergere på stedet for det virtuelle bildet. Imidlertid konvergerer ikke lysstråler fysisk på dette stedet, og hvis du plasserte en skjerm der, ville du ikke se et bilde.
Typer linser og hvordan de fungerer
Et kameralins er en av de mest kjente typene linser du møter på daglig basis, og disse kommer i mange forskjellige typer, selv om de alle har de samme grunnleggende driftsprinsippene som er skissert tidligere.
En primærlinse er en grunnleggende linse med fast brennvidde, og et zoomobjektiv har variabel brennvidde, slik at du ikke trenger å endre posisjonen din fysisk for å få noe i fokus. En vidvinkelobjektiv er en type linse med en veldig liten brennvidde som dramatisk øker synsfeltet, og en fiskeøyeobjektiv er egentlig en ekstrem versjon av en vidvinkelobjektiv.
Andre eksempler er teleobjektiver, som har veldig lange brennvidder og er ment å fange motiver som er langt borte, og makroobjektiver som er ment å fokusere på veldig tette områder og enten produsere livsstørrelse eller forstørrede versjoner av gjenstander.
Andre vanlige typer linser er brilleglass eller kontaktlinser, og begge disse arbeider for å rette på problemene med synet ditt. Hvis du er ”nærsynt”, betyr dette at øyelinsene dine skaper bilder foran den lysfølsomme netthinnen i øyet, og derfor trenger du divergerende (konkave) linser for å flytte bildet lenger bak.
Hvis du er "langsynt", vil linsene i øynene dine gi et bilde lenger bak enn netthinnen, så du trenger konvergerende linser for å rette opp dette problemet.
Både kontaktlinser og briller korrigerer dette på samme måte - ved å legge til en ekstra korrigerende linse for å gjøre det effektivt Brennvidde på øyet samsvarer med avstanden til netthinnen - men det er forskjeller fordi kontaktlinser sitter direkte på øynene. I en kontaktlinse trenger ikke linsen å dekke så mye plass (den trenger bare å være stor nok for eleven din ved maksimal utvidelse) og kan oppnå dette med mindre materiale. For brilleglass må linsen dekke et mye større område og er tykkere som et resultat.