İçbükey ve Dışbükey Lensler: Benzerlikler ve Farklılıklar

Lensler olmadan hayatınız aynı olmazdı. Düzeltici gözlük takmanız gerekip gerekmediğine bakılmaksızın, içinden geçen ışık ışınlarını tek bir odak noktasına büken bir tür mercek olmadan hiçbir şeyin net görüntüsünü göremezsiniz.

Bilim adamları, görüntülerden yararlı veriler veya gözlemler çıkarabilecekleri noktaya kadar büyütülmüş olanlar hariç, çok küçük veya uzak nesneleri görmelerine izin vermek için mikroskoplara ve teleskoplara güvenirler. Ve mükemmel özçekimi çekmenize yardımcı olabilecek bir kameranız olduğundan emin olmak için tamamen aynı ilkeler kullanılır.

Büyüteçten insan gözüne kadar tüm mercekler aynı temel prensipte çalışır. Yakınsak lensler (dışbükey lensler) ve uzaklaşan lensler arasında önemli farklılıklar olsa da (içbükey mercekler), bazı temel ayrıntıları öğrenir öğrenmez birçok benzerliği fark edeceksiniz. çok.

Dışbükey ve içbükey mercekleri anlamak için bu yolculuğa çıkmadan önce, optikteki bazı temel kavramlar hakkında bilgi sahibi olmak önemlidir.

odak uzaklığımerceğin merkezi ile odak noktasına olan uzaklık, daha küçük bir odak uzaklığı, ışık ışınlarını daha güçlü bir şekilde büken bir merceğin göstergesidir.

Optik eksenBir merceğin dikey olarak dik durduğunu hayal ederseniz, merceğin merkezinden geçen ve yatay olarak uzanan simetri çizgisidir.

birışık ışınıbir merceğin varlığının ışık huzmesinin yolunu nasıl etkilediğine dair görsel bir yorum vermek için ışın diyagramlarında kullanılan bir ışık huzmesinin yolunu temsil etmenin kullanışlı bir yoludur.

Pratikte, herhangi bir nesnenin her yönden gelen ışık ışınları olacaktır, ancak bunların hepsi merceğin gerçekte ne yaptığını analiz etmeye gelince yararlı bilgiler sunmaz. Işın diyagramları çizdiğinizde, ışık dalgalarının yayılımını ve görüntü oluşum sürecini açıklamak için birkaç temel ışık ışını seçmek genellikle yeterlidir.

Işın diyagramları ve ışın izleme, nesnenin konumuna ve merceğin konumuna göre görüntü oluşumunun konumunu belirlemenize olanak tanır.

Işık ışınlarının çizilme süreci ve mercekten geçerken sapmaları, Snell'in kırılma yasası kullanılarak tamamlanabilir. havanın (veya ışının içinden geçtiği başka bir ortamın) kırılma indislerine dayalı olarak merceğin diğer tarafındaki açıya ve cam parçası veya diğer malzeme için kullanılan diğer malzeme. lens.

Ancak, bu zaman alıcı olabilir ve üretmenize yardımcı olabilecek birkaç püf noktası vardır.ışın diyagramlarıdaha kolayca. Özellikle, merceğin merkezinden geçen ışık ışınlarının fark edilir derecede kırılmadığını ve paralel ışınların odak noktasına doğru saptığını unutmayın.

Merceklerde meydana gelebilecek ve oluşturmak için ışın diyagramlarını kullanabileceğiniz iki ana görüntü oluşumu türü vardır. Bunlardan ilki, ışık ışınlarının bir görüntü oluşturmak için birleştiği bir noktayı ifade eden “gerçek görüntü”dür. Bu konuma bir ekran yerleştirirseniz, ışık ışınları ekranda odaklanmış bir görüntü oluşturur. Gerçek bir görüntü, dışbükey mercek olarak da bilinen yakınsak bir mercek tarafından üretilir.

Sanal bir görüntü tamamen farklıdır ve farklı bir mercek tarafından oluşturulur. Çünkü bu lensler ışık ışınlarını büker.uzakta(yani onları birbirinden uzaklaştırırsa), “görüntü” aslında merceğin gelen ışık ışınlarının geldiği tarafında oluşur.

Karşı taraftaki ışınların huni olarak dışarı çıkması, ışınların aynı taraftaki bir cisim tarafından üretilmiş gibi görünmesini sağlar. merceğin gelen ışınlar olarak, sanki ışınları düz bir çizgide izleyecekleri noktaya kadar geri izlemişsiniz gibi yakınsak. Ancak bu tam anlamıyla doğru değildir ve bu konuma bir ekran yerleştirirseniz görüntü olmaz.

İnce mercek denklemi, optikteki en önemli denklemlerden biridir ve nesneye olan mesafeyi ilişkilendirir.d​_Ö, görüntüye olan mesafed​_ben ve lensin odak uzaklığıf. Denklem oldukça basittir, ancak temel terimler kesirlerin paydalarında olduğu için fizikteki diğer bazı denklemlerden biraz daha zordur:

Konvansiyon, sanal bir görüntünün negatif bir mesafeye sahip olması ve gerçek görüntülerin pozitif bir görüntü mesafesine sahip olmasıdır. Merceğin odak uzaklığı da aynı kuralı takip eder, bu nedenle pozitif odak uzunlukları yakınsak mercekleri ve negatif odak uzunlukları uzaklaşan mercekleri temsil eder.

​Dışbükey ve içbükey lenslergiriş fiziği derslerinde tartışılan iki ana lens türüdür, bu yüzden bunların nasıl davrandığını anladığınız sürece herhangi bir soruyu cevaplayabileceksiniz.

Bu denklemin "ince" bir lens için olduğuna dikkat etmek önemlidir. Bu, merceğin bir ışık ışınının yolunu saptırıcı olarak ele alınabileceği anlamına gelir.birsadece konum, merceğin merkezi.

Pratikte, merceğin her iki tarafında bir sapma vardır - biri hava ve mercek malzemesi arasındaki arayüzde ve diğeri diğer taraftaki lens malzemesi ve hava arasındaki arayüzde - ancak bu varsayım hesaplamayı çok yapar daha basit.

İçbükey bir merceğe ayrıca uzaklaşan bir mercek denir ve bunlar, merceğin "kasesi" söz konusu nesneye bakacak şekilde kavislidir. Yukarıda bahsedildiği gibi, gelenek, bunun gibi lenslere negatif bir odak uzaklığı atanması ve ürettikleri sanal görüntünün orijinal nesneyle aynı tarafta olmasıdır.

tamamlamak içinışın izleme süreciiçbükey bir mercek için, merceğin optik eksenine paralel hareket eden nesneden gelen herhangi bir ışık ışını sapmış, bu nedenle merceğin odak noktasının yakınında, merceğin nesne ile aynı tarafında ortaya çıkmış gibi görünüyor kendisi.

Yukarıda belirtildiği gibi, merceğin merkezinden geçen herhangi bir ışın, sapmadan devam edecektir. Son olarak, merceğin karşı tarafındaki odak noktasına doğru hareket eden herhangi bir ışın sapacak ve optik eksene paralel olarak ortaya çıkacaktır.

Nesne üzerinde tek bir noktaya dayalı olarak bu tür birkaç ışın çizmek, üretilen görüntünün yerini bulmak için genellikle yeterli olacaktır.

Bir dışbükey mercek, yakınsak bir mercek olarak da bilinir ve esasen içbükey bir merceğe zıt şekilde çalışır. “Kase” şeklinin dış kıvrımı nesneye en yakın olacak şekilde kavislidir ve odak uzaklığına pozitif bir değer atanır.

Yakınsak bir mercek için ışın izleme işlemi, birkaç önemli farklılık dışında, uzaklaşan bir mercekle çok benzer. Her zaman olduğu gibi, merceğin merkezinden geçen ışık ışınları saptırılmaz.

Bir gelen ışın optik eksene paralel hareket ediyorsa, merceğin karşı tarafındaki odak noktasından sapacaktır. Tersine, nesneden gelen ve merceğe doğru olan yolculuğunda yakın odak noktasından geçen herhangi bir ışık ışını sapacaktır, bu nedenle optik eksene paralel olarak ortaya çıkar.

Yine, bu basit ilkelere göre nesne üzerinde bir nokta için iki veya üç ışın çizerek görüntünün yerini bulabileceksiniz. Bu, tüm ışık ışınlarının merceğin karşı tarafında nesnenin kendisine yaklaştığı noktadır.

Büyütme, optikte önemli bir kavramdır ve bir mercek tarafından üretilen görüntünün boyutunun orijinal nesnenin boyutuna oranını ifade eder. Büyütmeyi günlük yaşamdan bir kavram olarak bu şekilde anlarsınız - görüntü nesnenin iki katı kadar büyükse, iki kat büyütülmüş demektir. Ama kesin tanım şudur:

NeredeMbüyütmedir,bengörüntünün boyutunu ifade eder veÖnesnenin boyutunu ifade eder. Negatif büyütme, pozitif büyütmenin dik olduğu ters bir görüntüyü belirtir.

Dışbükey ve içbükey mercekler arasında temel anlamda benzerlikler vardır, ancak bunlara daha ayrıntılı baktığınızda benzerliklerden daha fazla farklılık vardır.

En büyük benzerlik, her ikisinin de aynı temel ilke üzerinde çalışmasıdır, buradaki fark, Mercek ve çevredeki ortam arasındaki kırılma indisi, ışık ışınlarını bükmelerine ve bir odak noktası. Ancak, uzaklaşan lensler her zaman sanal görüntüler oluştururken, yakınsak lensler gerçek veya sanal görüntüler oluşturabilir.

Merceğin eğriliği azaldıkça, yakınsak ve uzaklaşan mercekler giderek birbirine benzer hale gelir, çünkü yüzeylerin geometrisi de daha benzer hale gelir. İkisi de aynı prensibe göre çalıştıkları için, geometri daha benzer hale geldikçe, bir ışık ışını üzerindeki etkileri de daha benzer hale gelir.

İçbükey ve dışbükey lenslerin birçok pratik uygulaması vardır, ancak günlük hayatta en yaygın olanı lens kullanımıdır.düzeltici lensler(gözlük) miyop veya yakın görüşlülük veya gerçekten hipermetrop veya ileri görüşlülük için.

Bu koşulların her ikisinde de, göz merceğinin odak noktası, göz merceğinin konumu ile tam olarak uyuşmuyor. miyopi için önde ve hipermetrop için arkasında olmak üzere gözün arkasındaki ışığa duyarlı retina. Miyopi için gözlükler uzaklaşıyor, bu nedenle odak noktası geriye doğru hareket ederken, hipermetrop için yakınsak lensler kullanılıyor.

Büyüteçler ve mikroskoplar, görüntülerin büyütülmüş bir versiyonunu oluşturmak için bikonveks lensler (iki dışbükey kenarlı lensler) kullanarak aynı temel şekilde çalışır. Bir büyüteç, başka türlü elde edebileceğinizden daha büyük bir görüntü boyutu üretmeye yarayan tek bir merceğe sahip daha basit optik cihazdır. Mikroskoplar biraz daha karmaşıktır (çünkü genellikle birden fazla merceğe sahiptirler), ancak temelde aynı şekilde büyütülmüş görüntüler üretirler.

Refrakter teleskoplar, bikonveks lens ile tıpkı mikroskoplar ve büyüteçler gibi çalışır. teleskopun gövdesi içinde bir odak noktası oluşturur, ancak ışık ulaşmaya devam eder. mercek.

Mikroskoplarda olduğu gibi, bunların merceklerinde, yakalanan ışığın gözünüze ulaştığında odakta olduğundan emin olmak için başka bir mercek bulunur. Diğer büyük teleskop türü, ışığı toplamak ve gözünüze göndermek için lensler yerine aynalar kullanan bir yansıtıcı teleskoptur. Ayna içbükeydir, bu nedenle ışığı nesne ile aynanın aynı tarafında gerçek bir görüntüye odaklar.