Konkávne a konvexné šošovky: podobnosti a rozdiely

Bez šošoviek by váš život nebol rovnaký. Či už potrebujete nosiť korekčné okuliare alebo nie, nevidíte jasný obraz o ničom bez šošoviek, ktoré by ohýbali lúče svetla, ktoré nimi prechádzajú, do jedného ohniska.

Vedci závisia od mikroskopov a ďalekohľadov, ktoré im umožňujú vidieť veľmi malé alebo vzdialené objekty, s výnimkou zväčšených do tej miery, že môžu zo snímok vyťažiť užitočné údaje alebo pozorovania. A presne tie isté princípy sa používajú aj na to, aby ste sa uistili, že máte fotoaparát, ktorý vám pomôže urobiť dokonalú selfie.

Všetky šošovky pracujú od rovnakého základného princípu od zväčšovacieho skla až po ľudské oko. Aj keď medzi konvergujúcimi šošovkami (konvexné šošovky) a rozdielnymi šošovkami sú dôležité rozdiely (konkávne šošovky), hneď ako sa dozviete niektoré základné detaily, všimnete si veľa podobností tiež.

Predtým, ako sa vydáte na túto cestu, aby ste porozumeli konvexným a konkávnym šošovkám, je dôležité mať pripravený základný náter pre niektoré kľúčové koncepty optiky. The

Theohnisková vzdialenosťobjektívu je vzdialenosť od stredu objektívu k ohnisku, pričom menšia ohnisková vzdialenosť označuje objektív, ktorý silnejšie ohýba lúče svetla.

Theoptická osšošovky je čiara symetrie prechádzajúca stredom šošovky, ktorá beží vodorovne, ak si predstavíte, že šošovka stojí zvislo.

Asvetelný lúčje užitočný spôsob, ako znázorniť dráhu lúča svetla, ktorý sa používa v lúčových diagramoch na vizuálnu interpretáciu toho, ako prítomnosť šošovky ovplyvňuje dráhu svetelného lúča.

V praxi bude mať akýkoľvek objekt svetelné lúče, ktoré ho opúšťajú v každom smere, ale nie všetky poskytujú užitočné informácie, pokiaľ ide o analýzu toho, čo šošovka skutočne robí. Keď kreslíte lúčové diagramy, výber niekoľkých kľúčových svetelných lúčov zvyčajne stačí na vysvetlenie šírenia svetelných vĺn a procesu formovania obrazu.

Lúčové diagramy a sledovanie lúčov vám umožňujú určiť polohu formovania obrazu na základe umiestnenia objektu a umiestnenia šošovky.

Proces kreslenia svetelných lúčov a ich vychýlenia pri prechode šošovkou je možné dokončiť pomocou Snellovho zákona lomu, ktorý súvisí s uhlom lúča pred dosiahnutím šošovky do uhla na druhej strane šošovky, na základe indexov lomu vzduchu (alebo iného média, ktorým lúč prechádza) a skleneného kusu alebo iného materiálu použitého na objektív.

To však môže byť náročné na čas a existuje niekoľko trikov, ktoré vám môžu pomôcť pri výrobelúčové diagramyľahšie. Pamätajte najmä na to, že svetelné lúče prechádzajúce stredom šošovky nie sú zreteľne lomené a že rovnobežné lúče sú vychýlené smerom k ohnisku.

Existujú dva hlavné typy tvorby obrazu, ktoré sa môžu pri šošovkách vyskytnúť a ktoré môžete určiť pomocou lúčových diagramov. Prvým z nich je „skutočný obraz“, ktorý označuje bod, v ktorom sa lúče svetla zbiehajú a vytvárajú obraz. Ak by ste na toto miesto umiestnili obrazovku, svetelné lúče by na obrazovke vytvorili zaostrený obraz. Skutočný obraz vytvára konvergujúca šošovka, ktorá je inak známa ako konvexná šošovka.

Virtuálny obraz je úplne iný a vytvára ho rozchádzajúca sa šošovka. Pretože tieto šošovky ohýbajú svetelné lúčeprečod seba navzájom (t. j. rozchádzajú sa), „obraz“ sa v skutočnosti vytvára na strane šošovky, odkiaľ pochádzali lúče dopadajúceho svetla.

Tryskanie lúčmi na opačnej strane vyzerá, akoby lúče vyprodukoval predmet na tej istej strane šošovky ako dopadajúce lúče, akoby ste lúče vystopovali späť po priamke až k bodu, kde by dopadli zbiehať. To však nie je doslova pravda a ak by ste na toto miesto umiestnili obrazovku, nebol by tam žiadny obrázok.

Rovnica tenkého objektívu je jednou z najdôležitejších rovníc v optike a súvisí so vzdialenosťou k objektud​_o, vzdialenosť k obrázkud​_i a ohnisková vzdialenosť objektívuf. Rovnica je dosť jednoduchá, ale je o niečo ťažšie ju použiť ako niektoré iné rovnice vo fyzike, pretože kľúčové pojmy sú v menovateľoch zlomkov, a to nasledovne:

Konvencia spočíva v tom, že virtuálny obraz má negatívnu vzdialenosť a že skutočné obrazy majú pozitívnu vzdialenosť. Ohnisková vzdialenosť objektívu sa tiež riadi rovnakou konvenciou, takže kladné ohniskové vzdialenosti predstavujú zbiehajúce sa šošovky a záporné ohniskové vzdialenosti predstavujú rozdielne šošovky.

​Konvexné a konkávne šošovkysú dva hlavné typy šošoviek, o ktorých sa diskutuje na úvodných hodinách fyziky, takže ak pochopíte, ako sa tieto šošovky správajú, budete schopní odpovedať na všetky otázky.

Je dôležité poznamenať, že táto rovnica platí pre „tenký“ objektív. To znamená, že so šošovkou sa dá zaobchádzať tak, že odchyľuje cestu svetelného lúča odjedeniba umiestnenie, stred objektívu.

V praxi existuje vychýlenie na oboch stranách šošovky - jedna na rozhraní medzi vzduchom a materiálom šošovky a iné na rozhraní medzi materiálom šošovky a vzduchom na druhej strane - ale tento predpoklad robí výpočet veľmi efektívnym jednoduchšie.

Konkávna šošovka sa označuje aj ako rozchádzajúca sa šošovka a sú zakrivené tak, že „miska“ šošovky smeruje k predmetnému objektu. Ako už bolo spomenuté vyššie, konvenciou je, že objektívom ako je tento majú negatívnu ohniskovú vzdialenosť a virtuálny obraz, ktorý vytvárajú, je na rovnakej strane ako pôvodný objekt.

Na dokončenieproces sledovania lúčovv prípade konkávnej šošovky si všimnite, že akýkoľvek svetelný lúč z objektu, ktorý sa pohybuje rovnobežne s optickou osou šošovky, bude vychýlený, takže sa zdá, že pochádza z blízkeho ohniska šošovky, na tej istej strane šošovky ako objekt sám.

Ako už bolo spomenuté vyššie, akýkoľvek lúč, ktorý prejde stredom šošovky, bude pokračovať bez toho, aby bol vychýlený. Nakoniec bude akýkoľvek lúč pohybujúci sa smerom k ohnisku na opačnej strane šošovky vychýlený, takže vychádza paralelne s optickou osou.

Nakreslenie niekoľkých takýchto lúčov na základe jedného bodu na objekte bude zvyčajne stačiť na zistenie polohy vytvoreného obrazu.

Konvexná šošovka je tiež známa ako zbiehavá šošovka a v podstate funguje opačne ako konkávna šošovka. Je zakrivený tak, že vonkajší ohyb tvaru „misky“ je najbližšie k objektu, a ohniskovej vzdialenosti je priradená pozitívna hodnota.

Proces sledovania lúčov pre zbiehajúce sa šošovky je veľmi podobný ako pre rozbiehajúce sa šošovky, s niekoľkými dôležitými rozdielmi. Ako vždy, lúče svetla prechádzajúce stredom šošovky sa neodchyľujú.

Ak sa dopadajúci lúč pohybuje rovnobežne s optickou osou, bude sa vychyľovať cez ohnisko na opačnej strane šošovky. Naopak, akýkoľvek svetelný lúč prichádzajúci z objektu a prechádzajúci blízkym ohniskovým bodom na jeho ceste k šošovke bude vychýlený, takže vychádza paralelne s optickou osou.

Opäť platí, že nakreslením dvoch alebo troch lúčov pre bod na objekte na základe týchto jednoduchých princípov budete môcť zistiť polohu obrázka. Toto je bod, v ktorom sa všetky svetelné lúče zbiehajú na opačnej strane šošovky k samotnému objektu.

Zväčšenie je v optike dôležitý pojem a týka sa pomeru veľkosti obrazu produkovaného objektívom a veľkosti pôvodného objektu. Takto by ste zväčšenie chápali ako koncept z každodenného života - ak je obraz dvakrát väčší ako objekt, zväčšil sa dvojnásobne. Ale presná definícia je:

KdeMje zväčšenie,iodkazuje na veľkosť obrázka aoodkazuje na veľkosť objektu. Záporné zväčšenie označuje obrátený obraz, pričom kladné zväčšenie je zvislé.

Konvexné a konkávne šošovky sú v základných pojmoch podobné, ale keď sa na ne pozriete podrobnejšie, existuje viac rozdielov ako podobností.

Hlavná podobnosť je v tom, že obaja pracujú na rovnakom základnom princípe, kde je rozdiel v index lomu medzi šošovkou a okolitým prostredím im umožňuje ohýbať svetelné lúče a vytvárať a ohnisko. Rozbiehajúce sa šošovky však vždy vytvárajú virtuálne obrázky, zatiaľ čo konvergujúce šošovky môžu vytvárať skutočné alebo virtuálne obrázky.

Keď sa zakrivenie šošovky zmenšuje, zbiehajúce sa a rozbiehajúce sa šošovky sa navzájom čoraz viac podobajú, pretože aj geometria povrchov sa stáva podobnejšou. Pretože obaja pracujú na rovnakom princípe, pretože geometria sa stáva podobnejšou, stáva sa podobný aj ich efekt na svetelný lúč.

Konkávne a konvexné šošovky majú veľa praktických aplikácií, ale najbežnejším v každodennom živote je použitiekorekčné šošovky(okuliare) pre krátkozrakosť alebo krátkozrakosť, alebo skutočne ďalekozrakosť alebo ďalekozrakosť.

Za oboch týchto podmienok sa kontaktný bod šošovky oka úplne nezhoduje s polohou svetlocitlivá sietnica v zadnej časti oka, s prednou časťou pre krátkozrakosť a za ňou pre krátkozrakosť. Okuliare pre krátkozrakosť sa rozchádzajú, takže sa ohnisko posúva dozadu, zatiaľ čo pri ďalekozrakosti sa používajú zbiehavé šošovky.

Zväčšovacie sklá a mikroskopy fungujú rovnakým základným spôsobom a na vytvorenie zväčšenej verzie obrázkov sa používajú bikonvexné šošovky (šošovky s dvoma konvexnými stranami). Zväčšovacie sklo je jednoduchšie optické zariadenie s jediným objektívom, ktorý slúži na vytvorenie väčšej veľkosti obrazu, ako by ste inak dosiahli. Mikroskopy sú trochu komplikovanejšie (pretože zvyčajne majú viac šošoviek), ale zväčšené obrázky vytvárajú v podstate rovnakým spôsobom.

Refraktorové ďalekohľady fungujú rovnako ako mikroskopy a lupy s bikonvexnou šošovkou čím sa vytvorí ohnisko vo vnútri tela ďalekohľadu, ale svetlo pokračuje ďalej k bodu okulár.

Rovnako ako u mikroskopov majú aj tieto v šošovke ďalší objektív, ktorý zaisťuje, že zachytené svetlo je zaostrené, keď sa dostane k vášmu oku. Druhým hlavným typom ďalekohľadu je reflektorový ďalekohľad, ktorý pomocou zrkadiel namiesto šošoviek zhromažďuje svetlo a posiela ho do vášho oka. Zrkadlo je konkávne, takže zameriava svetlo na skutočný obraz na rovnakej strane zrkadla ako objekt.