Konkavne in konveksne leče: podobnosti in razlike

Brez leč vaše življenje ne bi bilo enako. Ne glede na to, ali morate nositi korektivna očala ali ne, ne morete videti jasne podobe ničesar, ne da bi pri tem uporabili leče, ki bi žarke svetlobe, ki prehajajo skozi njih, upognili v eno žarišče.

Znanstveniki so odvisni od mikroskopov in teleskopov, da jim omogočijo, da vidijo zelo majhne ali oddaljene predmete, razen povečanih do te mere, da lahko iz slik pridobijo koristne podatke ali opazovanja. In popolnoma enaka načela se uporabljajo za zagotovitev, da imate fotoaparat, ki vam lahko pomaga narediti popoln selfi.

Od povečevalnega stekla do človeškega očesa vse leče delujejo na enakih osnovnih principih. Medtem ko obstajajo pomembne razlike med konvergenčnimi lečami (konveksnimi lečami) in divergentnimi lečami (konkavne leče), takoj ko boste izvedeli nekatere osnovne podrobnosti, boste opazili veliko podobnosti preveč.

Preden se odpravite na to pot, da bi razumeli konveksne in konkavne leče, je pomembno, da se seznanite z nekaterimi ključnimi pojmi v optiki. The

TheGoriščna razdaljaleče je razdalja od središča leče do goriščne točke, z manjšo goriščno razdaljo, ki kaže na lečo, ki močneje upogne svetlobne žarke.

Theoptična osleče je simetrična črta, ki poteka skozi sredino leče, ki poteka vodoravno, če si predstavljate, da je leča stala navpično pokončno.

Asvetlobni žarekje koristen način za prikaz poti svetlobnega žarka, ki se uporablja v diagramih žarkov za vizualno razlago tega, kako prisotnost leče vpliva na pot svetlobnega žarka.

V praksi bodo na vsakem predmetu svetlobni žarki, ki ga puščajo v vse smeri, vendar vsi ne ponujajo koristnih informacij, ko gre za analizo, kaj leča dejansko počne. Ko rišete diagrame žarkov, je običajno dovolj, da razložite širjenje svetlobnih valov in postopek nastajanja slike, če izberete nekaj ključnih svetlobnih žarkov.

Diagrami žarkov in sledenje žarkom vam omogočajo, da določite mesto nastanka slike na podlagi lokacije predmeta in lokacije leče.

Postopek risanja svetlobnih žarkov in njihovega odklona med prehodom skozi lečo lahko zaključimo s pomočjo Snellovega lomnega zakona, ki povezuje kot žarka pred dosegom leče na kot na drugi strani leče na podlagi indeksov loma zraka (ali drugega medija, skozi katerega potuje žarek) in kosa stekla ali drugega materiala, uporabljenega za leča.

Vendar je to lahko dolgotrajno in obstaja nekaj trikov, ki vam lahko pomagajo pri izdelavidiagrami žarkovlažje. Zlasti ne pozabite, da se svetlobni žarki, ki prehajajo skozi sredino leče, ne lomijo do opazne stopnje in da se vzporedni žarki odbijejo proti goriščni točki.

Obstajata dve glavni vrsti tvorbe slike, ki se lahko pojavi pri lečah in za katero lahko uporabite diagrame žarkov. Prva med njimi je "resnična slika", ki se nanaša na točko, na kateri se svetlobni žarki konvergirajo in ustvarijo sliko. Če ste na to mesto postavili zaslon, bi svetlobni žarki na zaslonu ustvarili ostreno sliko. Resnično sliko ustvari konvergentna leča, ki jo sicer imenujemo konveksna leča.

Navidezna slika je popolnoma drugačna in jo ustvari razhajajoča se leča. Ker te leče upogibajo svetlobne žarkestrandrug od drugega (tj. da se razhajajo) se "slika" dejansko oblikuje na strani leče, od koder prihajajo padajoči svetlobni žarki.

Pretok žarkov na nasprotni strani kaže, da je žarke ustvaril predmet na isti strani leče kot vpadni žarki, kot da bi žarke zasledili nazaj po premici do točke, kjer bi konvergirajo. To pa dobesedno ni res, in če bi na to mesto postavili zaslon, ne bi bilo slike.

Enačba tanke leče je ena najpomembnejših enačb v optiki in povezuje razdaljo do predmetad​_o, razdalja do sliked​_jaz in goriščna razdalja lečef. Enačba je precej preprosta, vendar je nekoliko težja za uporabo kot nekatere druge enačbe v fiziki, ker so ključni izrazi v imenovalcih ulomkov, kot sledi:

Dogovor je, da ima navidezna slika negativno razdaljo in da imajo resnične slike pozitivno razdaljo. Goriščna razdalja leče tudi sledi tej isti konvenciji, zato pozitivne goriščnice predstavljajo konvergenčne leče, negativne goriščnice pa divergentne leče.

​Konveksne in konkavne lečesta dve glavni vrsti leč, o katerih smo razpravljali na uvodnih tečajih fizike, tako da boste lahko, dokler boste razumeli, kako se obnašajo, odgovorili na katero koli vprašanje.

Pomembno je omeniti, da je ta enačba za "tanko" lečo. To pomeni, da lahko lečo obravnavamo tako, da odbija pot svetlobnega žarkaenosamo lokacija, središče leče.

V praksi je odklon na obeh straneh leče - eden na vmesniku med zrakom in materialom leče ter druga na vmesniku med materialom leče in zrakom na drugi strani - vendar ta predpostavka veliko naredi izračun preprostejše.

Konkavna leča se imenuje tudi divergentna leča, ki je ukrivljena tako, da je "skleda" leče obrnjena proti zadevnemu predmetu. Kot smo že omenili, je pravilo, da se takšnim lečam dodeli negativna goriščnica, navidezna slika, ki jo ustvarijo, pa je na isti strani kot prvotni objekt.

Za dokončanjepostopek sledenja žarkomza konkavno lečo upoštevajte, da bo vsak svetlobni žarek predmeta, ki potuje vzporedno z optično osjo leče odklonjeno, zato se zdi, da izvira iz bližine žarišča leče, na isti strani leče kot predmet sama.

Kot smo že omenili, se vsak žarek, ki gre skozi sredino leče, nadaljuje, ne da bi se odbil. Na koncu bo vsak žarek, ki se premika proti goriščni točki na nasprotni strani leče, odklonil, tako da bo vzporedno vzporedno z optično osjo.

Risanje nekaj takšnih žarkov na podlagi ene same točke na predmetu bo običajno dovolj, da poiščemo mesto ustvarjene slike.

Konveksna leča je znana tudi kot konvergentna leča in v bistvu deluje nasprotno od konkavne leče. Ukrivljen je tako, da je zunanji ovinek oblike "sklede" najbližji predmetu, goriščnica pa ima pozitivno vrednost.

Postopek sledenja žarkom za konvergentno lečo je zelo podoben kot pri divergentni leči, z nekaj pomembnimi razlikami. Kot vedno se svetlobni žarki, ki prehajajo skozi sredino leče, ne odklonijo.

Če padajoči žarek potuje vzporedno z optično osjo, se bo usmeril skozi žarišče na nasprotni strani leče. Nasprotno pa se bo vsak svetlobni žarek, ki prihaja iz predmeta in prehaja skozi bližnjo žariščno točko na poti proti leči, odklonil, tako da bo vzporedno z optično osjo.

Če znova narišete dva ali tri žarke za točko na predmetu na podlagi teh preprostih načel, boste lahko našli lokacijo slike. To je točka, kjer se vsi svetlobni žarki konvergirajo na nasprotni strani leče do samega predmeta.

Povečava je pomemben koncept v optiki in se nanaša na razmerje med velikostjo slike, ki jo ustvari leča, in velikostjo prvotnega predmeta. Približno tako bi razumeli povečavo kot koncept iz vsakdanjega življenja - če je slika dvakrat večja od predmeta, jo povečajo za dvakrat. Toda natančna definicija je:

KjeMje povečava,jazse nanaša na velikost slike inose nanaša na velikost predmeta. Negativna povečava označuje obrnjeno sliko, pri čemer je pozitivna povečava pokončna.

Obstajajo podobnosti med konveksnimi in konkavnimi lečami v osnovnih pogledih, vendar je več razlik kot podobnosti, če si jih podrobneje ogledate.

Glavna podobnost je, da oba delujeta po istem osnovnem principu, kjer je razlika v lomni količnik med lečo in okoliškim medijem jim omogoča upogibanje svetlobnih žarkov in ustvarjanje a žariščna točka. Vendar pa razhajajoče se leče vedno ustvarijo navidezne slike, medtem ko lahko konvergentne leče ustvarijo resnične ali navidezne slike.

Ko se ukrivljenost leče zmanjšuje, si leče, ki se konvergirajo in divergirajo, postajajo vse bolj podobne, ker je tudi geometrija površin bolj podobna. Ker oba delujeta po istem principu, ko si geometrija postane bolj podobna, postane učinek, ki ga imata na svetlobni žarek, tudi bolj podoben.

Konkavne in konveksne leče imajo veliko praktičnih aplikacij, najpogostejša pa je v vsakdanjem življenju njihova uporabakorektivne leče(očala) za kratkovidnost ali kratkovidnost ali res hiperopijo ali daljnovidnost.

V obeh pogojih se žarišče očesne leče ne ujema povsem s položajem svetlobno občutljiva mrežnica na zadnji strani očesa, pri čemer je spredaj za kratkovidnost in zadaj za hiperopijo. Očala za kratkovidnost se razlikujejo, zato se žarišče premakne nazaj, medtem ko se za hiperopijo uporabljajo leče, ki se konvergirajo.

Povečevalna očala in mikroskopi delujejo na enak osnovni način z uporabo bikonveksnih leč (leč z dvema konveksnima stranicama) za ustvarjanje povečane različice slik. Povečevalno steklo je preprostejša optična naprava z eno lečo, ki služi večji velikosti slike, kot bi jo sicer dobili. Mikroskopi so sicer nekoliko bolj zapleteni (ker imajo običajno več leč), vendar povečane slike dajejo v bistvu na enak način.

Refraktorski teleskopi delujejo tako kot mikroskopi in povečevalna očala z bikonveksno lečo ustvarja žariščno točko v telesu teleskopa, vendar svetloba, ki nadaljuje, doseže okular.

Kot pri mikroskopih imajo tudi ti v okularju drugo lečo, ki zagotavlja, da je ujeta svetloba v fokusu, ko doseže tvoje oko. Druga glavna vrsta teleskopa je reflektorski teleskop, ki namesto leč uporablja ogledala, da zbere svetlobo in jo pošlje v vaše oko. Ogledalo je konkavno, zato usmerja svetlobo v resnično sliko na isti strani ogledala kot predmet.