Leče so prozorni predmeti, ki lahko lomijo sončno svetlobo. Izdelane so predvsem iz stekla. Besede "lomi svetloba" se nanašajo na sposobnost spreminjanja smeri širjenja vpadnih svetlobnih žarkov. Poglejmo, kako so slike sestavljene v tanki leči.
Zgodovinsko ozadje
Prve leče, ki so jih poznali stari Grki in Rimljani, so bile sferične steklene posode, napolnjene z vodo. Ti prototipi sodobnih optičnih stekel so bili uporabljeni za prižiganje ognja.
Šele ob koncu 13. stoletja so v Evropi izdelali prvo stekleno lečo. Od takrat se postopek njihove izdelave ni veliko spremenil. Edina inovacija je bila uporaba katrana s strani Isaaca Newtona v 17. stoletju za poliranje površin optičnih predmetov.
Zbiranje in razpršitev optičnih očal
Za lažje razumevanje konstrukcije slik v tanki leči razmislitevprašanje je, kaj so optična očala. Na splošno obstajata le dve vrsti leč, ki se razlikujeta po svoji obliki in sposobnosti loma svetlobnega toka. Razlikujejo se naslednje vrste:
- konvergentne leče. Ta vrsta ima debelino osrednjega dela večjo od debeline robov. Nastala slika v konvergentni leči se oblikuje na drugi strani svetlobe, ki pada nanjo. Ta vrsta ima možnost zbiranja svetlobe v eno točko (pozitivno osredotočenost).
- Divergentne leče. Njihov osrednji del je tanjši od robov. Ta optična očala zaradi svoje oblike razpršijo svetlobo, ki pada nanje, kar vodi do nastanka slike na isti strani leče, kot nanjo padajo žarki predmeta. Ustvarjena slika je veliko manjša od dejanskega predmeta. Če žarke, ki jih razprši to optično steklo, nadaljujemo tako, da ugotovimo njihov izvor, se bo zdelo, da izhajajo iz ene točke pred njim. Ta točka se imenuje fokus, ki je za divergentno lečo negativen ali namišljen.
Različne oblike optičnih očal
Obstoječi dve vrsti leč je mogoče izdelati na več načinov. Razlikujemo naslednjih 6 oblik:
- bikonveksno.
- Plano-konveksno.
- S konveksnim meniskusom (konkavno-konveksno).
- bikonkavna.
- Plano-konkavno.
- Z konkavnim meniskusom (konveksno-konkavno).
konveksni stekleni elementi
Za razumevanje fizike leče in njene vgradnjetanke slikovne leče, je treba poznati osnovne elemente tega optičnega predmeta. Naštejmo jih:
- Optično središče (O) je točka, skozi katero prehaja svetloba, ne da bi se lomila.
- Glavna os je ravna črta, ki poteka skozi točko optičnega središča in glavnega fokusa.
- Glavni ali glavni fokus (F) je točka, skozi katero prehajajo svetlobni žarki ali njihovi podaljški, če padejo na optično steklo vzporedno z njegovo glavno osjo.
- Pomožna os - katera koli ravna črta, ki poteka skozi optično središče.
- Polmeri ukrivljenosti sta dva polmera, R1 in R2, krogel, ki tvorijo lečo.
- Centri ukrivljenosti - dva centra krogel, C1 in C2, ki tvorita površine optičnega stekla.
- Gariščna razdalja (f) - razdalja med goriščno točko in optičnim središčem. Obstaja še ena definicija vrednosti (f): to je razdalja od središča optične leče do slike, ki daje predmet, ki se nahaja neskončno daleč.
Optične lastnosti
Ne glede na to, ali gre za preprosto konveksno steklo ali zapletene optične sisteme, ki so skupek posameznih leč, so njihove optične lastnosti odvisne od dveh parametrov: goriščne razdalje in razmerja med goriščno razdaljo in premerom leče.
Gariščna razdalja se meri na dva načina:
- V enotah normalne razdalje, kot so 10cm, 1m itd.
- V dioptrijah je to vrednost, ki je obratno sorazmerna z goriščno razdaljo, merjeno v metrih.
Na primer, optično steklo z močjo 1 dioptrije ima goriščno razdaljo 1 m, medtem ko ima leča z močjo 2 dioptriji goriščno razdaljo le 0,5 m.
Premer leče in njen odnos do goriščne razdalje določata sposobnost optičnega stekla, da zbira svetlobo ali njegovo svetlobno moč.
Lastnosti žarkov, ki gredo skozi lečo
V šolah v 8. razredu je gradnja slik v tankih lečah ena izmed pomembnih tem v fiziki. Če se želite naučiti sestaviti te slike, morate poznati ne le osnovne koncepte in elemente, temveč tudi lastnosti nekaterih žarkov, ki prehajajo skozi optično aktiven objekt:
- Vsak žarek, ki poteka vzporedno z glavno osjo, se lomi tako, da bodisi gre skozi žarišče (v primeru konvergentne leče), bodisi njegovo namišljeno nadaljevanje gre skozi žarišče (v primeru divergenten).
- Žarek, ki gre skozi žarišče, se lomi tako, da nadaljuje svoje gibanje vzporedno z glavno osjo. Upoštevajte, da v primeru divergentne leče to pravilo velja, če nadaljevanje žarka, ki vpada nanjo, poteka skozi žarišče, ki se nahaja na drugi strani optičnega predmeta.
- Noben svetlobni žarek, ki gre skozi središče leče, se ne lomi in ne spremeni smeri.
Značilnosti gradnje slik v tankih lečah
Čeprav zbiranje in sipanje optičnoočala imajo podobne lastnosti, konstrukcija slik v vsakem od njih ima svoje značilnosti.
Pri izdelavi slik je formula tanke leče:
1/f=1/do+1/di, kjer je do in di razdalja od optičnega središča do predmeta in do njegove slike.
Upoštevajte, da je goriščna razdalja (f) pozitivna za konvergentne leče in negativna za divergentne leče.
Uporaba zgornjih lastnosti žarkov, ki prehajajo skozi zbiralno optično steklo, vodi do naslednjih rezultatov:
- Če se predmet nahaja na razdalji več kot 2f, dobimo realno sliko, ki je manjša od predmeta. Vidimo ga na glavo.
- Predmet, ki je postavljen na razdalji 2f od leče, povzroči resnično obrnjeno sliko enake velikosti kot predmet sam.
- Če je predmet na razdalji večji od f, vendar manj kot 2f, dobimo njegovo pravo obrnjeno in povečano sliko.
- Če je predmet v goriščni točki, postanejo žarki, ki prehajajo skozi optično steklo, vzporedni, kar pomeni, da ni slike.
- Če je predmet bližje od ene goriščne razdalje, se bo njegova slika izkazala za namišljeno, neposredno in večjo od samega predmeta.
Ker so lastnosti žarkov, ki prehajajo skozi konvergentno in divergentno lečo, podobne, se gradnja slik, ki jih daje tanka leča te vrste, izvaja po podobnih pravilih.
Risbeslikanje za različne priložnosti
Na risbah je konvergentna leča označena s črto, na koncih katere so puščice, usmerjene navzven, razpršilna leča pa je označena s črto s puščicami na koncih, ki so usmerjene navznoter, tj. drug na drugega.
Različne različice risb za konstruiranje slik v tankih lečah, o katerih smo govorili v prejšnjem odstavku, so prikazane na spodnji sliki.
Kot je razvidno iz slike, so vse slike (za katero koli vrsto optičnega stekla in lokacijo predmeta glede nanje) zgrajene na dveh žarkih. Ena je usmerjena vzporedno z glavno osjo, druga pa poteka skozi optično središče. Uporaba teh žarkov je priročna, ker je znano njihovo obnašanje po prehodu skozi lečo. Upoštevajte tudi, da se spodnji rob predmeta (v tem primeru rdeča puščica) nahaja na glavni optični osi, zato je dovolj, da zgradite samo sliko zgornje točke predmeta. Če se predmet (rdeča puščica) nahaja poljubno glede na optično steklo, potem je potrebno samostojno zgraditi sliko njegovega zgornjega in spodnjega dela.
Dva žarka sta dovolj za izdelavo poljubnih slik. Če je rezultat negotov, ga je mogoče preveriti s tretjim žarkom. Usmeriti ga je treba skozi fokus (pred konvergentno lečo in za divergentno lečo), nato pa bo žarek po prehodu skozi optično steklo in lomu v njem vzporeden z glavno optično osjo. Če je problem gradnje slike v tanki leči rešendesno, potem bo šel skozi točko, kjer se sekata dva glavna žarka.
Proces izdelave optičnih predmetov
Večina leč je narejenih iz posebnih vrst stekla, imenovanih optične leče. V takem steklu ni notranjih napetosti, zračnih mehurčkov in drugih pomanjkljivosti.
Proces izdelave leč poteka v več fazah. Najprej se iz bloka optičnega stekla z ustreznim kovinskim orodjem izreže konkavni ali konveksni predmet želene oblike. Nato se polira s katranom. Na zadnji stopnji se velikost optičnega stekla spremeni z abrazivnimi orodji, tako da težišče natančno sovpada z optičnim središčem.
Zaradi razvoja tehnologij za pridobivanje in predelavo različnih vrst plastike se leče vse pogosteje izdelujejo iz prozornih vrst plastike, ki so cenejše, lažje in manj krhke od steklenih.
Območja uporabe
Optična očala se uporabljajo za reševanje različnih težav z vidom. Za to se uporabljajo tako plastične kontaktne leče kot steklene (z očali).
Poleg tega se optična očala uporabljajo v fotografskih fotoaparatih, mikroskopih, teleskopi in drugih optičnih instrumentih. Uporabljajo cel sistem leč. Na primer, v primeru najpreprostejšega mikroskopa, sestavljenega iz dveh optičnih stekel, prvo tvori pravo sliko predmeta indrugi se uporablja za povečanje njegove slike. Zato se drugo steklo nahaja na ustrezni razdalji od prvega, v skladu s pravili za gradnjo slik v tanki leči.
