Izgradnja slike u tankom sočivu: crteži, formula tankog sočiva

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-17 05:19

Sočiva su prozirni objekti koji mogu prelamati sunčevu svjetlost. Uglavnom se izrađuju od stakla. Riječi "prelamanje svjetlosti" odnose se na sposobnost promjene smjera širenja upadnih svjetlosnih zraka. Hajde da razmotrimo kako se slike konstruišu u tankom sočivu.

Historijska pozadina

Prva sočiva poznata starim Grcima i Rimljanima bila su sferične staklene posude napunjene vodom. Ovi prototipovi modernih optičkih stakala korišteni su za paljenje vatre.

Tek je krajem 13. veka napravljeno prvo stakleno sočivo u Evropi. Od tada se proces njihove proizvodnje nije mnogo promijenio. Jedina inovacija bila je upotreba katrana od strane Isaka Njutna u 17. veku za poliranje površina optičkih objekata.

Skupljanje i rasipanje optičkih naočara

Da biste lakše razumjeli konstrukciju slika u tankom sočivu, razmislitepostavlja se pitanje šta su optička stakla. Općenito, postoje samo dvije vrste sočiva, koje se razlikuju po svom obliku i sposobnosti prelamanja svjetlosnog toka. Razlikuju se sljedeće vrste:

1. Konvergentna sočiva. Ovaj tip ima debljinu središnjeg dijela veću od debljine rubova. Rezultirajuća slika u konvergentnom sočivu formira se na drugoj strani svjetlosti koja pada na nju. Ovaj tip ima sposobnost sakupljanja svjetlosti u jednu tačku (pozitivan fokus).
2. Divergentna sočiva. Njihov središnji dio je tanji od rubova. Zbog svog oblika, ova optička stakla raspršuju svjetlost koja pada na njih, što dovodi do formiranja slike na istoj strani sočiva na kojoj padaju zraci nekog predmeta. Generirana slika je mnogo manja od stvarne stavke. Ako se zraci raspršeni ovim optičkim staklom nastave tako da se odredi njihovo porijeklo, tada će se činiti da izlaze iz jedne tačke ispred njega. Ova tačka se zove fokus, koji je negativan ili imaginaran za divergentno sočivo.

Različiti oblici optičkih naočara

Postojeća dva tipa sočiva mogu se napraviti na nekoliko načina. Razlikuju se sljedećih 6 oblika:

1. Biconvex.
2. Plano-konveksno.
3. Sa konveksnim meniskusom (konkavno-konveksno).
4. Bikonkavna.
5. Plano-konkavna.
6. Sa konkavnim meniskusom (konveksno-konkavno).

konveksni stakleni elementi

Da biste razumjeli fiziku sočiva i ugradnjetanka slikovna sočiva, potrebno je poznavati osnovne elemente ovog optičkog objekta. Nabrojimo ih:

• Optički centar (O) je tačka kroz koju svjetlost prolazi a da se ne prelama.
• Glavna os je prava linija koja prolazi kroz tačku optičkog centra i glavnog fokusa.
• Glavni ili glavni fokus (F) je tačka kroz koju prolaze svjetlosni zraci ili njihovi produžeci ako padnu na optičko staklo paralelno s njegovom glavnom osom.
• Pomoćna os - svaka prava linija koja prolazi kroz optički centar.
• Poluprečnici zakrivljenosti su dva poluprečnika, R₁ i R₂, sfera koje formiraju sočivo.
• Centri zakrivljenosti - dva centra sfera, C₁ i C₂, koji formiraju površine optičkog stakla.
• Žižna daljina (f) - udaljenost između fokusne tačke i optičkog centra. Postoji još jedna definicija vrijednosti (f): ovo je udaljenost od centra optičkog sočiva do slike, što daje objekt koji se nalazi beskonačno daleko.

Optička svojstva

Bilo da se radi o jednostavnom konveksnom staklu ili složenim optičkim sistemima, koji su skup pojedinačnih sočiva, njihova optička svojstva zavise od dva parametra: žižne daljine i odnosa između žižne daljine i prečnika sočiva.

Žižna daljina se mjeri na dva načina:

• U jedinicama normalne udaljenosti, kao što su 10cm, 1m, i tako dalje.
• U dioptrijama, ovo je vrijednost koja je obrnuto proporcionalna žižnoj daljini, mjereno u metrima.

Na primjer, optičko staklo snage 1 dioptrije ima žižnu daljinu od 1 m, dok sočivo snage 2 dioptrije ima žižnu daljinu od samo 0,5 m.

Prečnik sočiva i njegov odnos prema žižnoj daljini određuju sposobnost optičkog stakla da sakuplja svetlost ili njegov izlaz svetlosti.

Svojstva zraka koje prolaze kroz sočivo

U školama u 8. razredu izgradnja slika u tankim sočivima jedna je od važnih tema u fizici. Da biste naučili kako napraviti ove slike, treba znati ne samo osnovne koncepte i elemente, već i svojstva nekih zraka koje prolaze kroz optički aktivan objekt:

• Svaka zraka koja prolazi paralelno s glavnom osom lomi se na način da ili prolazi kroz fokus (u slučaju konvergentne leće), ili njen imaginarni nastavak prolazi kroz fokus (u slučaju divergentna).
• Snop koji prolazi kroz fokus se lomi tako da nastavlja svoje kretanje paralelno sa glavnom osom. Imajte na umu da u slučaju divergentnog sočiva ovo pravilo vrijedi ako nastavak snopa koji pada na njega prolazi kroz fokus koji se nalazi na drugoj strani optičkog objekta.
• Bilo koji zrak svjetlosti koji prođe kroz centar sočiva ne doživljava lom i ne mijenja smjer.

Karakteristike građenja slika u tankim sočivima

Iako prikupljanje i raspršivanje optičkihnaočare imaju slična svojstva, konstrukcija slika u svakoj od njih ima svoje karakteristike.

Kada se konstruišu slike, formula tankog sočiva je:

1/f=1/d_o+1/d_i, gdje je d_o i d_i udaljenost od optičkog centra do objekta i njegove slike.

Imajte na umu da je žižna daljina (f) pozitivna za konvergentna sočiva i negativna za divergentna.

Primjena gore navedenih svojstava zraka koje prolaze kroz sabirno optičko staklo dovodi do sljedećih rezultata:

• Ako se objekat nalazi na udaljenosti većoj od 2f, onda se dobija prava slika, koja ima manju veličinu od objekta. Vidimo to naopačke.
• Objekat postavljen na udaljenosti od 2f od sočiva rezultira stvarnom obrnutom slikom iste veličine kao i sam objekat.
• Ako se objekat nalazi na udaljenosti većoj od f, ali manjoj od 2f, onda se dobija njegova prava obrnuta i uvećana slika.
• Ako je predmet u fokusnoj tački, tada zraci koji prolaze kroz optičko staklo postaju paralelni, što znači da nema slike.
• Ako je objekat bliži od jedne žižne daljine, onda će se njegova slika pokazati zamišljenom, direktnom i većom od samog objekta.

Budući da su svojstva zraka koje prolaze kroz konvergentno i divergentno sočivo slična, konstrukcija slika koje daje tanko sočivo ovog tipa vrši se prema sličnim pravilima.

Crtežislika za razne prilike

Na crtežima je konvergentno sočivo označeno linijom na čijim krajevima se nalaze strelice prema van, a divergentno sočivo je označeno linijom sa strelicama na krajevima koje su usmjerene prema unutra, tj. jedno na drugo.

Različite varijante crteža za konstruisanje slike u tankim sočivima, o kojima je bilo reči u prethodnom pasusu, prikazane su na slici ispod.

Kao što se može vidjeti sa slike, sve slike (za bilo koju vrstu optičkog stakla i lokaciju objekta u odnosu na njih) su izgrađene na dva snopa. Jedan je usmjeren paralelno s glavnom osom, a drugi prolazi kroz optički centar. Upotreba ovih zraka je zgodna jer je poznato njihovo ponašanje nakon prolaska kroz sočivo. Takođe imajte na umu da se donja ivica objekta (crvena strelica u ovom slučaju) nalazi na glavnoj optičkoj osi, pa je dovoljno izgraditi samo sliku gornje tačke objekta. Ako se objekat (crvena strelica) nalazi proizvoljno u odnosu na optičko staklo, tada je potrebno izgraditi sliku i njegovog gornjeg i donjeg dela nezavisno.

Dva zraka su dovoljna za pravljenje bilo koje slike. Ako postoji nesigurnost u pogledu rezultata, onda se može provjeriti pomoću trećeg zraka. Treba ga usmjeriti kroz fokus (ispred konvergentne leće i iza divergentnog sočiva), a zatim nakon prolaska kroz optičko staklo i prelamanja u njemu, snop će biti paralelan s glavnom optičkom osi. Ako je riješen problem izgradnje slike u tankom sočivudesno, tada će proći kroz tačku u kojoj se seku dva glavna snopa.

Proces proizvodnje optičkih objekata

Većina sočiva je napravljena od posebnih vrsta stakla zvanih optička sočiva. U takvom staklu nema unutrašnjih naprezanja, mjehurića zraka i drugih nesavršenosti.

Proces izrade sočiva odvija se u nekoliko faza. Prvo se odgovarajućim metalnim alatima iz bloka optičkog stakla izrezuje konkavni ili konveksni predmet željenog oblika. Zatim se polira katranom. U završnoj fazi, optičko staklo se mijenja pomoću abrazivnih alata tako da se centar gravitacije tačno poklapa sa optičkim centrom.

Usled razvoja tehnologija za dobijanje i preradu različitih vrsta plastike, sočiva se sada sve više proizvode od prozirnih vrsta plastike, koje su jeftinije, lakše i manje krhke od svojih staklenih parnjaka.

Područja primjene

Optičke naočare se koriste za rješavanje raznih problema sa vidom. Za to se koriste i plastična kontaktna sočiva i staklena (sa naočalama).

Pored toga, optička stakla se koriste u fotografskim kamerama, mikroskopima, teleskopima i drugim optičkim instrumentima. Koriste čitav sistem sočiva. Na primjer, u slučaju najjednostavnijeg mikroskopa, koji se sastoji od dva optička stakla, prvo formira stvarnu sliku objekta, adrugi se koristi za povećanje njegove slike. Dakle, drugo staklo se nalazi na odgovarajućoj udaljenosti od prvog, prema pravilima za građenje slike u tankom sočivu.