Лінзы: віды лінзаў (фізіка). Віды якія збіраюць, аптычных, рассейвалых лінзаў. Як вызначыць выгляд лінзы?

Лінзы, як правіла, маюць сферычную ці блізкую да сферычнай паверхню. Яны могуць быць ўвагнутымі, выпуклымі або плоскімі (радыус роўны бясконцасці). Валодаюць двума паверхнямі, праз якія праходзіць святло. Яны могуць спалучацца па-рознаму, утвараючы розныя віды лінзаў (фота прыведзена далей у артыкуле):

• Калі абедзве паверхні выпуклыя (выгнутыя вонкі), цэнтральная частка тоўшчы, чым па краях.
• Лінза з выпуклай і ўвагнутай сферамі называецца меніскам.
• Лінза з аднаго плоскай паверхняй носіць назву плоска-ўвагнутай або плоска-выпуклай, у залежнасці ад характару іншы сферы.

Як вызначыць выгляд лінзы? Спынімся на гэтым больш падрабязна.

Якія збіраюць лінзы: віды лінзаў

Незалежна ад спалучэння паверхняў, калі іх таўшчыня ў цэнтральнай частцы больш, чым па краях, яны называюцца збіраецца. Маюць станоўчае фокусная адлегласць. Адрозніваюць наступныя віды якія збіраюць лінзаў:

• плоска-выпуклыя,
• дваякапукатую,
• ўвагнутыя-выпуклыя (меніск).

Іх яшчэ называюць «станоўчымі».

Рассейвалыя лінзы: віды лінзаў

Калі іх таўшчыня ў цэнтры танчэй, чым па краях, то яны носяць назву рассейвалых. Маюць адмоўнае фокусная адлегласць. Існуюць такія віды рассейвалых лінзаў:

• плоска-ўвагнутыя,
• двояковогнутые,
• выпукла-ўвагнутыя (меніск).

Іх яшчэ называюць «адмоўнымі».

базавыя паняцці

Прамяні ад кропкавай крыніцы разыходзяцца з адной кропкі. Іх называюць пучком. Калі пучок уваходзіць у лінзу, кожны прамень пераламляецца, змяняючы свой кірунак. Па гэтай прычыне пучок можа выйсці з лінзы ў большай ці меншай ступені разбежным.

Некаторыя віды аптычных лінзаў змяняюць кірунак прамянёў настолькі, што яны сыходзяцца ў адной кропцы. Калі крыніца святла размешчаны, па меншай меры, на фокуснай адлегласці, то пучок сыходзіцца ў кропцы, выдаленай, па меншай меры, на тую ж дыстанцыю.

Сапраўдныя і ўяўныя выявы

Кропкавая крыніца святла завецца сапраўдным аб'ектам, а кропка збежнасці пучка прамянёў, які выходзіць з лінзы, з'яўляецца яго сапраўдным малюнкам.

Важнае значэнне мае масіў кропкавых крыніц, размеркаваных на, як правіла, плоскай паверхні. Прыкладам можа служыць малюнак на матавым шкле, падсветленыя ззаду. Іншым прыкладам з'яўляецца дыястужка, асветлены ззаду так, каб святло ад яго праходзіў праз лінзу, шматкроць якая павялічвае малюнак на плоскім экране.

У гэтых выпадках кажуць пра плоскасці. Кропкі на плоскасці малюнка 1: 1 адпавядаюць кропках на плоскасці аб'екта. Тое ж адносіцца і да геаметрычным постацям, хоць атрыманая карцінка можа быць перавернутай ў адносінах да аб'екта зверху ўніз або злева направа.

Сыходжанне прамянёў ў адным пункце стварае сапраўдны малюнак, а разыходжанне - ўяўнае. Калі яно выразна акрэслена на экране - яно сапраўднае. Калі ж малюнак можна назіраць, толькі паглядзеўшы праз лінзу ў бок крыніцы святла, то яно называецца ўяўным. Адлюстраванне ў люстэрку - ўяўнае. Карціну, якую можна ўбачыць праз тэлескоп - таксама. Але праекцыя аб'ектыва камеры на плёнку дае сапраўдны малюнак.

фокусная адлегласць

Фокус лінзы можна знайсці, прапусціўшы праз яе пучок паралельных прамянёў. Кропка, у якой яны сыдуцца, і будзе яе фокусам F. Адлегласць ад факальнай кропкі да аб'ектыва называюць яго фокусным адлегласцю f. Паралельныя прамяні можна прапусціць і з іншага боку і такім чынам знайсці F з двух бакоў. Кожная лінза валодае двума F і двума f. Калі яна адносна тонкая ў параўнанні з яе фокуснай адлегласці, то апошнія прыблізна роўныя.

Дывергенцыя і канвергенцыя

Станоўчым фокусным адлегласцю характарызуюцца якія збіраюць лінзы. Віды лінзаў дадзенага тыпу (плоска-выпуклыя, дваякапукатую, меніск) зводзяць прамяні, якія выходзяць з іх, больш, чым яны былі зведзены да гэтага. Якія збіраюць аб'ектывы могуць фарміраваць як сапраўднае, так і ўяўнае малюнак. Першае фармуецца толькі ў выпадку, калі адлегласць ад лінзы да аб'екта перавышае фокусная.

Адмоўным фокусным адлегласцю характарызуюцца рассейвалыя лінзы. Віды лінзаў гэтага тыпу (плоска-ўвагнутыя, двояковогнутые, меніск) разводзяць прамяні больш, чым яны былі разведзеныя да траплення на іх паверхню. Рассейвалыя лінзы ствараюць ўяўнае малюнак. І толькі калі збежнасць падальных прамянёў значная (яны сыходзяцца дзесьці паміж лінзай і факальнай кропкай на супрацьлеглым баку), адукаваныя прамяні ўсё яшчэ могуць сыходзіцца, утвараючы сапраўдны малюнак.

важныя адрозненні

Варта быць вельмі ўважлівымі, каб адрозніваць сыходжанне або разыходжанне прамянёў ад канвергенцыі або дывергенцыі лінзы. Віды лінзаў і пучкоў святла могуць не супадаць. Прамяні, звязаныя з аб'ектам або кропкай малюнка, называюцца разьбягаюцца, калі яны «разбягаюцца», і збежным, калі яны «збіраюцца» разам. У любой кааксіяльнай аптычнай сістэме аптычная вось ўяўляе сабой шлях прамянёў. Прамень ўздоўж гэтай восі праходзіць без якога-небудзь змены кірунку руху з-за праламлення. Гэта, па сутнасці, добрае вызначэнне аптычнай восі.

Прамень, які з адлегласцю аддаляецца ад аптычнай восі, называецца разбежным. А той, які да яе становіцца бліжэй, носіць назву што сыходзіў. Прамяні, паралельныя аптычнай восі, маюць нулявое сыходжанне або разыходжанне. Такім чынам, калі кажуць аб сыходжання або разыходжанні аднаго прамяня, яго суадносяць з аптычнай воссю.

Некаторыя віды лінзаў, фізіка якіх такая, што прамень адхіляецца ў большай ступені да аптычнай восі, з'яўляюцца збіраецца. У іх сыходзіліся прамяні збліжаюцца яшчэ больш, а разбежныя аддаляюцца менш. Яны нават у стане, калі іх сіла дастатковая для гэтага, зрабіць пучок паралельным або нават збежным. Аналагічна рассейваючая лінза можа развесці яркія праменні яшчэ больш, а якія сыходзіліся - зрабіць паралельнымі або разьбягаюцца.

павелічальныя шкла

Лінза з двума выпуклымі паверхнямі тоўшчы ў цэнтры, чым па краях, і можа выкарыстоўвацца ў якасці простага павелічальнага шкла або лупы. Пры гэтым назіральнік глядзіце праз яе на ўяўнае, павялічаны малюнак. Аб'ектыў камеры, аднак, фармуе на плёнцы або дэтэктары сапраўднае, як правіла, паменшанае ў памерах у параўнанні з аб'ектам.

акуляры

Здольнасць лінзы змяняць збежнасць святла называецца яе сілай. Выяўляецца яна ў дыяптрый D = 1 / f, дзе f - фокусная адлегласць у метрах.

У лінзы з сілай 5 дыёптрый f = 20 см. Менавіта дыяптрый паказвае акуліст, выпісваючы рэцэпт ачкоў. Скажам, ён запісаў 5,2 дыёптрый. У майстэрні возьмуць гатовую нарыхтоўку ў 5 дыёптрый, атрыманую на заводзе-вытворцы, і адшліфуйце трохі адну паверхню, каб дадаць 0,2 дыёптрый. Прынцып складаецца ў тым, што для тонкіх лінзаў, у якіх дзве сферы размешчаны блізка адзін да аднаго, выконваецца правіла, згодна з якім агульная іх сіла роўная суме дыяптрый кожнай: D = D ₁ + D _2.

труба Галілея

У часы Галілея (пачатак XVII стагоддзя), акуляры ў Еўропе былі шырока даступныя. Яны, як правіла, вырабляліся ў Галандыі і распаўсюджваліся вулічнымі гандлярамі. Галілеа чуў, што нехта ў Нідэрландах змясціў два віды лінзаў у трубку, каб выдаленыя аб'екты здаваліся больш. Ён выкарыстаў Даўгафокусную які збірае аб'ектыў у адным канцы трубкі, і караткафокусны рассейваць акуляр на іншым канцы. Калі фокусная адлегласць аб'ектыва роўна _f o і акуляра _f e, то дыстанцыя паміж імі павінна быць _f o -f e, а сіла (кутняе павелічэнне) _f o / _f e. Такая схема называецца трубой Галілея.

Тэлескоп валодае павелічэннем 5 або 6 разоў, параўнальным з сучаснымі ручнымі біноклямі. Гэтага дастаткова для многіх захапляльных астранамічных назіранняў. Можна без праблем убачыць месяцовыя кратэры, чатыры месяца Юпітэра, кольцы Сатурна, фазы Венеры, імглістасці і зорныя навалы, а таксама слабыя зоркі ў Млечным Шляху.

тэлескоп Кеплера

Кеплер пачуў пра ўсё гэта (ён і Галілей вялі перапіску) і пабудаваў яшчэ адзін від тэлескопа з двума збірае лінза. Тая, у якой вялікая фокусная адлегласць, з'яўляецца аб'ектывам, а тая, у якой яно менш - акулярам. Адлегласць паміж імі роўна _f o + _f e, а кутняе павелічэнне складае _f o / _f e. Гэты Кеплераўскім (або астранамічны) тэлескоп стварае перавернуты малюнак, але для зорак ці месяца гэта не мае значэння. Дадзеная схема забяспечыла больш раўнамернае асвятленне поля гледжання, чым тэлескоп Галілея, і была больш зручная ў выкарыстанні, так як дазваляла трымаць вочы ў фіксаваным становішчы і бачыць усё поле зроку ад краю да краю. Прылада дазваляла дасягнуць больш высокага павелічэння, чым труба Галілея, без сур'ёзнага пагаршэння якасці.

Абодва тэлескопа пакутуюць ад сферычнай аберацыі, у выніку чаго малюнка не цалкам сфакусаваныя, і храматычнай аберацыі, якая стварае каляровыя арэолы. Кеплер (і Ньютан) лічыў, што гэтыя дэфекты немагчыма пераадолець. Яны не меркавалі, што магчымыя ахраматычныя віды лінзаў, фізіка якіх стане вядомая толькі ў XIX стагоддзі.

люстраныя тэлескопы

Грэгары выказаў здагадку, што ў якасці аб'ектываў тэлескопаў можна выкарыстоўваць люстэрка, так як у іх адсутнічае каляровая акантоўка. Ньютан скарыстаўся гэтай ідэяй і стварыў ньютоновской форму тэлескопа з ўвагнутай пасярэбранага люстэркі і станоўчага акуляра. Ён перадаў ўзор Каралеўскаму таварыству, дзе той знаходзіцца і па гэты дзень.

Однолинзовый тэлескоп можа праецыраваць выява на экран ці фотастужку. Для належнага павелічэння патрабуецца станоўчая лінза з вялікім фокусным адлегласцю, скажам, 0,5 м, 1 м або шмат метраў. Такая кампаноўка часта выкарыстоўваецца ў астранамічнай фатаграфіі. Людзям, незнаёмым з оптыкай, можа здацца парадаксальным сітуацыя, калі больш слабая даўгафокусным лінза дае большае павелічэнне.

сферы

Выказваліся здагадкі, што старажытныя культуры, магчыма, мелі тэлескопы, таму што яны рабілі маленькія шкляныя шарыкі. Праблема складаецца ў тым, што невядома, для чаго яны выкарыстоўваліся, і яны, вядома, не маглі б легчы ў аснову добрага тэлескопа. Шарыкі маглі прымяняцца для павелічэння дробных аб'ектаў, але якасць пры гэтым наўрад ці было здавальняючым.

Фокусная адлегласць ідэальнай шкляной сферы вельмі кароткі і фармуе сапраўдны малюнак вельмі блізка ад сферы. Акрамя таго, аберацыі (геаметрычныя скажэнні) значныя. Праблема крыецца ў адлегласці паміж двума паверхнямі.

Аднак калі зрабіць глыбокую экватарыяльную канаўку, каб блакаваць прамяні, якія выклікаюць дэфекты малюнка, яна ператвараецца з вельмі пасрэднай лупы ў чароўную. Такое рашэнне прыпісваецца Коддингтону, а павелічальнік яго імя можна набыць сёння ў выглядзе невялікіх ручных луп для вывучэння вельмі маленькіх аб'ектаў. Але доказаў таго, што гэта было зроблена да 19-га стагоддзя, няма.