Lense is deursigtige voorwerpe wat sonlig kan breek. Hulle word hoofsaaklik van glas gemaak. Die woorde "lig breek" verwys na die vermoë om die voortplantingsrigting van invallende ligstrale te verander. Kom ons kyk na hoe beelde in 'n dun lens saamgestel word.
Historiese agtergrond
Die eerste lense wat aan die antieke Grieke en Romeine bekend was, was sferiese glashouers gevul met water. Hierdie prototipes van moderne optiese brille is gebruik om vure aan te steek.
Dit was eers aan die einde van die 13de eeu dat die eerste glaslens in Europa gemaak is. Sedertdien het die proses van hul vervaardiging nie veel verander nie. Die enigste innovasie was die gebruik van teer deur Isaac Newton in die 17de eeu om die oppervlaktes van optiese voorwerpe te poets.
Versameling en strooi optiese bril
Om dit makliker te maak om die konstruksie van beelde in 'n dun lens te verstaan, oorweeg ditdie vraag is, wat is optiese bril. Oor die algemeen is daar net twee tipes lense, wat verskil in hul vorm en vermoë om die ligvloei te breek. Die volgende tipes word onderskei:
- Konvergerende lense. Hierdie tipe het 'n dikte van sy sentrale deel wat groter is as die dikte van die rande. Die gevolglike beeld in 'n konvergerende lens word gevorm aan die ander kant van die lig wat daarop val. Hierdie tipe het die vermoë om lig in 'n enkele punt te versamel (positiewe fokus).
- Divergerende lense. Hul sentrale deel is dunner as die rande. As gevolg van hul vorm verstrooi hierdie optiese brille die lig wat daarop val, wat lei tot die vorming van 'n beeld aan dieselfde kant van die lens as wat die strale van 'n voorwerp daarop val. Die gegenereerde beeld is baie kleiner as die werklike item. As die strale wat deur hierdie optiese glas verstrooi word op so 'n manier voortgesit word om hul oorsprong te bepaal, dan sal dit lyk asof hulle uit een punt voor dit te voorskyn kom. Hierdie punt word die fokus genoem, wat negatief of denkbeeldig is vir 'n divergerende lens.
Verskillende vorms van optiese bril
Die bestaande twee tipes lense kan op verskeie maniere gemaak word. Die volgende 6 vorms word onderskei:
- Biconvex.
- Plano-konveks.
- Met 'n konvekse meniskus (konkaaf-konveks).
- Biconcave.
- Plano-konkaaf.
- Met 'n konkawe meniskus (konveks-konkaaf).
Konvekse glaselemente
Om die fisika van die lens en inbou te verstaandun beeldlense, is dit nodig om die basiese elemente van hierdie optiese voorwerp te ken. Kom ons lys hulle:
- Die optiese middelpunt (O) is die punt waardeur lig beweeg sonder om gebreek te word.
- Die hoof-as is 'n reguit lyn wat deur die punt van die optiese middelpunt en die hooffokus gaan.
- Die hoof- of hooffokus (F) is die punt waardeur ligstrale of hul verlengings beweeg as hulle parallel met sy hoof-as op optiese glas val.
- Hulp-as - enige reguit lyn wat deur die optiese middelpunt gaan.
- Die radiusse van kromming is die twee radiusse, R1 en R2, van die sfere wat die lens vorm.
- Kromingssentrums - twee middelpunte van sfere, C1 en C2, wat die oppervlaktes van optiese glas vorm.
- Fokale lengte (f) - die afstand tussen die fokuspunt en die optiese middelpunt. Daar is nog 'n definisie van die waarde (f): dit is die afstand vanaf die middel van die optiese lens na die beeld, wat 'n voorwerp gee wat oneindig ver weg is.
Optiese eienskappe
Of dit 'n eenvoudige konvekse glas of komplekse optiese stelsels is, wat 'n versameling individuele lense is, hul optiese eienskappe hang af van twee parameters: die brandpuntafstand en die verhouding tussen die brandpuntafstand en die deursnee van die lens.
Fokallengte word op twee maniere gemeet:
- In eenhede van normale afstand, soos 10cm, 1m, ensovoorts.
- In dioptrie is dit 'n waarde wat omgekeerd eweredig is aan die brandpunt, gemeet in meter.
Byvoorbeeld, 'n optiese glas met 'n krag van 1 dioptrie het 'n brandpuntsafstand van 1 m, terwyl 'n lens met 'n krag van 2 dioptrie 'n brandpunt van slegs 0,5 m het.
Die deursnee van 'n lens en sy verhouding tot die brandpuntsafstand bepaal die vermoë van optiese glas om lig te versamel of sy liguitset.
Eienskappe van strale wat deur die lens gaan
In skole in die graad 8 is die bou van beelde in dun lense een van die belangrike onderwerpe in fisika. Om te leer hoe om hierdie beelde te bou, moet 'n mens nie net die basiese konsepte en elemente ken nie, maar ook die eienskappe van sommige strale wat deur 'n opties aktiewe voorwerp gaan:
- Enige straal wat parallel aan die hoof-as beweeg, word op so 'n manier gebreek dat dit óf deur die fokus gaan (in die geval van 'n konvergerende lens), óf sy denkbeeldige voortsetting deur die fokus gaan (in die geval van 'n divergente een).
- Die straal wat deur die fokus gaan, word gebreek sodat dit sy beweging parallel met die hoof-as voortsit. Let daarop dat in die geval van 'n divergerende lens, hierdie reël geldig is as die voortsetting van die straal wat daarop inval, deur die fokus beweeg wat aan die ander kant van die optiese voorwerp geleë is.
- Enige ligstraal wat deur die middel van die lens gaan, ervaar geen breking nie en verander nie van rigting nie.
Kenmerke van die bou van beelde in dun lense
Alhoewel versamel en verstrooi optiesbrille het soortgelyke eienskappe, die konstruksie van beelde in elkeen van hulle het sy eie kenmerke.
Wanneer beelde saamgestel word, is die dunlensformule:
1/f=1/do+1/di, waar do en di die afstand is vanaf die optiese middelpunt na die voorwerp en na sy beeld.
Let daarop dat die brandpuntsafstand (f) positief is vir konvergerende lense en negatief vir divergerende lense.
Die toepassing van die bogenoemde eienskappe van strale wat deur 'n versamelende optiese glas gaan, lei tot die volgende resultate:
- As die voorwerp op 'n afstand van meer as 2f geleë is, word 'n werklike beeld verkry, wat 'n kleiner grootte as die voorwerp het. Ons sien dit onderstebo.
- 'n Voorwerp wat op 'n afstand van 2f van die lens geplaas word, lei tot 'n werklike omgekeerde beeld van dieselfde grootte as die voorwerp self.
- As die voorwerp op 'n afstand van meer as f is, maar minder as 2f, dan word 'n werklike omgekeerde en vergrote beeld daarvan verkry.
- As die voorwerp by die fokuspunt is, word die strale wat deur die optiese glas gaan parallel, wat beteken daar is geen beeld nie.
- As 'n voorwerp nader as een brandpunt is, sal die beeld daarvan denkbeeldig, direk en groter as die voorwerp self blyk te wees.
Aangesien die eienskappe van strale wat deur 'n konvergerende en divergerende lens gaan soortgelyk is, word die konstruksie van beelde wat deur 'n dun lens van hierdie tipe gegee word volgens soortgelyke reëls uitgevoer.
Tekeningsbeelding vir verskeie geleenthede
In die tekeninge word 'n konvergerende lens aangedui deur 'n lyn aan die punte waarvan daar pyle is wat na buite wys, en 'n divergerende lens word aangedui deur 'n lyn met pyle aan die punte wat na binne gerig is, dit wil sê, op mekaar.
Verskillende variante van die tekeninge vir die bou van beelde in dun lense, wat in die vorige paragraaf bespreek is, word in die figuur hieronder getoon.
Soos uit die figuur gesien kan word, is alle beelde (vir enige tipe optiese glas en die ligging van die voorwerp relatief tot hulle) op twee balke gebou. Een is parallel aan die hoofas gerig, en die ander gaan deur die optiese sentrum. Die gebruik van hierdie strale is gerieflik omdat hul gedrag nadat dit deur die lens beweeg is bekend is. Let ook daarop dat die onderste rand van die voorwerp (rooi pyl in hierdie geval) op die hoof optiese as geleë is, dus dit is genoeg om slegs die beeld van die boonste punt van die voorwerp te bou. As die voorwerp (rooi pyl) arbitrêr relatief tot die optiese glas geleë is, dan is dit nodig om 'n beeld van beide sy boonste en onderste dele onafhanklik te bou.
Twee balke is genoeg om enige beelde te bou. As daar onsekerheid oor die resultaat is, kan dit met die derde straal nagegaan word. Dit moet deur die fokus gerig word (voor die konvergerende lens en agter die divergerende lens), dan sal die straal, nadat dit deur die optiese glas en breking daarin gegaan het, parallel aan die hoof optiese as wees. As die probleem van die bou van 'n beeld in 'n dun lens opgelos wordregs, dan sal dit deur die punt gaan waar die twee hoofbalke mekaar sny.
Die proses om optiese voorwerpe te vervaardig
Die meeste lense word gemaak van spesiale soorte glas wat optiese lense genoem word. Daar is geen interne spanning, lugborrels en ander onvolmaakthede in so glas nie.
Die proses om lense te maak vind in verskeie stadiums plaas. Eerstens word 'n konkawe of konvekse voorwerp van die gewenste vorm uit 'n blok optiese glas gesny met behulp van toepaslike metaalgereedskap. Dit word dan met teer gepoleer. Op die laaste stadium word die grootte van die optiese glas met skuurgereedskap verander sodat die swaartepunt presies met die optiese middelpunt saamval.
As gevolg van die ontwikkeling van tegnologieë vir die verkryging en verwerking van verskeie soorte plastiek, word lense nou toenemend van deursigtige tipes plastiek gemaak, wat goedkoper, ligter en minder broos is as hul glas-eweknieë.
Aansoekgebiede
Optiese bril word gebruik om verskeie sigprobleme op te los. Hiervoor word beide plastiekkontaklense en glaslense (met brille) gebruik.
Boonop word optiese bril in fotografiese kameras, mikroskope, teleskope en ander optiese instrumente gebruik. Hulle gebruik 'n hele stelsel lense. Byvoorbeeld, in die geval van die eenvoudigste mikroskoop, wat uit twee optiese glase bestaan, vorm die eerste een 'n werklike beeld van die voorwerp, endie tweede word gebruik om sy beeld te vergroot. Daarom is die tweede glas op 'n gepaste afstand van die eerste geleë, volgens die reëls vir die bou van beelde in 'n dun lens.
