Свакодневно се сусрећете са сочивима. Било да се ради о сочивима на камери вашег мобилног телефона, сочивима на наочарама или контактним сочивима које користите да бисте јасно видели, лупе, микроскопи телескопи или нешто треће, физика сочива објашњава како се једноставан комад стакла може користити за увећавање, минимизирање или фокусирање слика за било коју сврху.
У основи, сочива раде савијањем светлосних зрака који кроз њих прелазе кроз рефракцију, али ова основна тачка се може применити на различите начине који варирају у зависности од типа сочива. Срећом, основе таквих сочива је лако разумети када сазнате мало више о томе како раде.
Шта је сочиво?
Сочиво је комад прозирног материјала који је обликован тако да узрокује савијање светлосних зрака на одређени начин као и они проћи кроз њу, без обзира да ли то значи да зраци конвергирају у одређену тачку или да се разиђу као из одређене тачка. Материјал који се користи могао би бити комад стакла или пластике, а облик сочива одређује да ли узрокује да се светлосни зраци конвергирају или разилазе. Реч „сочиво“ потиче од латинске речи „сочиво“, због сличности у облику између сабирног сочива и махунарки.
До стварног савијања светлосних зрака које ствара сочиво долази зато што материјал сочива има другачији индекс преламања од околног ваздуха. Ово понашање описује Снелл-ов закон за преламање који повезује различити угао између упадног и преломљеног светлосног зрака са индексима преламања за два материјала.
Укратко, закон каже да ако се прелази са супстанце са нижим индексом преламања на вишу (на пример, из ваздуха у стакло), светлосни зрак се усмерава ка „нормалном“ ка површине (тј. према правцу окомитом на површину у тој тачки) и да је супротно тачно за светлосне зраке који прелазе из материјала са већим индексом лома у нижи једно.
Дефиниције
У оптици се користи неколико јединствених израза, а њихово разумевање је пресудно ако проучавате физику сочива.
- Тхе Кључна тачка је тачка у којој се паралелни зраци конвергирају када пролазе кроз сочиво.
- Тхе жижна даљина сочива је удаљеност од његовог средишта до жаришне тачке, у основи дефинишући „снагу савијања“ сочива.
- Тхе оптичка оса је линија симетрије сочива.
- А. светлосни зрак је апроксимација путање светлости, где се праве линије користе за представљање кретања светлосних таласа (или фотона). Свака тачка на објекту производи светлосне зраке у свим могућим правцима, али обично се одабере неколико одређених зрака да би се одредило место резултујуће слике.
- Ан оптичка сочива је један комад материјала дизајниран да узрокује конвергенцију светлосних зрака (конвексна сочива) или разилажење (конкавна сочива).
- А. биконвексна сочива је једноставна оптичка сочива са две конвексне странице (које производе облик налик сочиву који је сочивима дао име), понекад названа конвексно-конвексна сочива и по дефиницији има позитивну фокусну дужину Користе се у лупама, телескопима, микроскопима, па чак и у људском оку.
- Тхе дубина поља описује опсег удаљености на којима су објекти у фокусу када се гледају кроз сочива и посебно је уобичајена терминологија у фотографији. Будући да су сензори светлости у камерама фиксне величине, ако је слика мало нефокусирано, али количина грешке је довољно мала, заправо се неће регистровати као изван фокуса. Овај опсег фокуса је дубина поља.
- Тхе главно сочиво је сочиво које се користи у фотографији са фиксном жижном даљином, за разлику од зум објектива код којих се жижна даљина може променити. У другим контекстима, међутим, основно сочиво може да се користи као примарно сочиво у систему који се састоји од више сочива.
Зракови дијаграми
Зрачни дијаграми су изузетно корисно средство у оптици и користе се за проналажење места на којем ће се формирати слика на основу локације објекта и сочива. Цртањем неке кључне светлости која излази из објекта и обележавањем путање док пролазе кроз сочиво, тачка на којој се сусрећу је место на којем ће се слика формирати.
Овај поступак се може извести помоћу Снеллова закона рефракције, али неколико трикова такође може поједноставити поступак. На пример, зрак који пролази кроз средиште сочива уопште се једва одбија, и то један удара у сочиво окомито на оптичку осу и ломи се да би прошло кроз жаришну тачку за сочива.
Слика коју производи сочиво може бити стварна или виртуелна. За стварну слику, светлосни зраци се конвергирају да би створили слику на одређеном месту и ту слику бисте могли да видите ако сте на то место поставили екран. У људском оку и у пределу иза сочива камере користе се фотосензибилне ћелије или материјали за прикупљање ове слике.
Виртуелна слика је другачија: када се зраци разилазе од сочива, њихова оријентација то чини гледај као да су дошли са локације виртуелне слике. Другим речима, ако преломљене зраке пратите уназад, али само пратећи равне линије, сви ће се конвергирати на месту виртуелне слике. Међутим, светлосни зраци се физички не конвергирају на овом месту и ако бисте тамо поставили екран, не бисте видели слику.
Врсте сочива и како функционишу
Објектив фотоапарата је једна од најпознатијих врста сочива са којима се свакодневно сусрећете, а долазе у многим различитим типовима, иако сви деле исте основне принципе деловања који су наведени претходно.
Врхунски сочиво је основно сочиво са фиксном жижном даљином, а зум објектив има променљиву жижну даљину, тако да не морате физички да мењате локацију да бисте нешто фокусирали. Широкоугаона сочива су врста сочива са врло малом жижном даљином која драматично повећава видно поље, а сочиво рибље око је у основи екстремна верзија ширококутног сочива.
Други примери су телефото сочива која имају врло велике жижне даљине и намењена су хватању објеката који су далеко далеко, и макро сочива која су намењена фокусирању у врло блиским дометима и производе верзије у природној величини или увећане предмета.
Друге уобичајене врсте сочива су сочива за наочаре или контактна сочива, и обојица раде на решавању проблема са видом. Ако сте „кратковидни“, то значи да ваше сочива за очи стварају слике испред мрежњаче осетљиве на светло у вашем оку, тако да су вам потребна различита (удубљена) сочива да бисте слику померили уназад.
Ако сте „далековиди“, сочива у вашим очима створила би слику удаљенију од мрежњача, тако да су вам потребна сочива за решавање проблема.
И контактне леће и наочаре исправљају ово на исти начин - додавањем додатних корективних сочива како би ефекат био ефикасан жижна даљина вашег ока подудара се са удаљеностом ваше мрежњаче - али постоје разлике јер контактне леће стоје директно на вашем очи. У контактним сочивима, сочиво не треба да покрије толико простора (потребно је само да буде довољно велико за вашу зеницу у максималном ширењу) и то може постићи са мање материјала. Код наочалних сочива, сочиво мора да покрије много веће подручје и као резултат је дебље.