Prezentare pe tema „lentile”. Formula pentru determinarea puterii optice a unui obiectiv

Plan:

1. Istorie
2 Caracteristicile lentilelor simple
3 Calea razelor într-o lentilă subțire
4 Calea razelor în sistemul de lentile
5 Construirea unei imagini cu o lentilă convergentă subțire
6 Formulă lentilă subțire
7 Scara imaginii
8 Calculul distanței focale și al puterii optice a unui obiectiv
9 Combinație de mai multe lentile (sistem centrat)
10 Dezavantajele unui obiectiv simplu
11 Lentile cu proprietăți deosebite
- 11.1 Lentile din polimer organic
- 11.2 Lentile de cuarț
- 11.3 Lentile din silicon
12 Utilizarea lentilelor

Introducere

Lentila plano-convexa

Obiectiv(Limba germana) Lise, din lat. obiectiv- linte) - o parte dintr-un material omogen optic transparent, limitată de două suprafețe de refracție lustruite de rotație, de exemplu, sferică sau plană și sferică. În prezent, „lentile asferice”, a căror formă de suprafață diferă de o sferă, sunt din ce în ce mai folosite. Materialele optice precum sticla, sticla optică, materialele plastice transparente optic și alte materiale sunt utilizate în mod obișnuit ca materiale pentru lentile.

Lentilele sunt numite și alte dispozitive optice și fenomene care creează un efect optic similar fără a avea caracteristicile externe specificate. De exemplu:

„Lentile” plate dintr-un material cu indice de refracție variabil care se modifică în funcție de distanța de la centru
Lentile Fresnel
Placă de zonă Fresnel folosind fenomenul de difracție
„lentile” de aer din atmosferă - eterogenitatea proprietăților, în special, indicele de refracție (manifestat sub formă de imagini pâlpâitoare ale stelelor pe cerul nopții).
Lentila gravitațională este efectul devierii undelor electromagnetice de către obiecte masive observate la distanțe intergalactice.
O lentilă magnetică este un dispozitiv care utilizează un câmp magnetic constant pentru a focaliza un fascicul de particule încărcate (ioni sau electroni) și este utilizat în microscoapele electronice și ionice.
Imaginea unei lentile formată dintr-un sistem optic sau o parte a unui sistem optic. Folosit în calculul sistemelor optice complexe.

1. Istorie

Prima mențiune despre lentilele poate fi găsită în piesa greacă antică „Norii” a lui Aristofan (424 î.Hr.), unde focul era produs folosind sticlă convexă și lumina soarelui.

Din lucrările lui Pliniu cel Bătrân (23 - 79) rezultă că această metodă de aprindere a focului era cunoscută și în Imperiul Roman - mai descrie, poate, primul caz de folosire a lentilelor pentru corectarea vederii - se știe că Nero urmărea lupte de gladiatori printr-un smarald concav pentru a corecta miopia .

Seneca (3 î.Hr. - 65) a descris efectul de mărire pe care îl dă o minge de sticlă umplută cu apă.

Matematicianul arab Alhazen (965-1038) a scris primul tratat semnificativ de optică, descriind modul în care cristalinul ochiului creează o imagine pe retină. Lentilele au fost utilizate pe scară largă doar odată cu apariția ochelarilor în jurul anilor 1280 în Italia.

Poarta de Aur este vizibilă prin picăturile de ploaie care acționează ca lentile.

Planta văzută printr-o lentilă biconvexă

2. Caracteristicile lentilelor simple

În funcție de formele care există colectare(pozitiv) și împrăștiere lentile (negative). Grupul de lentile colectoare include de obicei lentile al căror mijloc este mai gros decât marginile lor, iar grupul de lentile divergente include lentile ale căror margini sunt mai groase decât mijlocul. Trebuie remarcat că acest lucru este adevărat numai dacă indicele de refracție al materialului lentilei este mai mare decât cel al mediului înconjurător. Dacă indicele de refracție al lentilei este mai mic, situația se va inversa. De exemplu, o bula de aer în apă este o lentilă divergentă biconvexă.

Lentilele sunt de obicei caracterizate prin puterea lor optică (măsurată în dioptrii) sau distanța focală.

Pentru constructie instrumente optice cu aberația optică corectată (în primul rând cromatică, cauzată de dispersia luminii - acromati și apocromatici), sunt importante și alte proprietăți ale lentilelor/materialelor acestora, de exemplu, indicele de refracție, coeficientul de dispersie, transmisia materialului în domeniul optic selectat.

Uneori lentile/lentile sisteme optice(refractoarele) sunt special concepute pentru a fi utilizate în medii cu un indice de refracție relativ ridicat (vezi microscop de imersie, lichide de imersie).

Tipuri de lentile:
Colectare:
1 - biconvex
2 - plat-convex
3 - concav-convex (menisc pozitiv)
Risipirea:
4 - biconcav
5 - plat-concav
6 - convex-concav (menisc negativ)

O lentilă convex-concavă se numește meniscși poate fi colectiv (se îngroașă spre mijloc), difuz (se îngroașă spre margini) sau telescopic (distanța focală este infinită). Deci, de exemplu, lentilele ochelarilor pentru miopie sunt, de regulă, meniscurile negative.

Contrar concepției greșite populare, puterea optică a unui menisc cu raze egale nu este zero, ci pozitivă și depinde de indicele de refracție al sticlei și de grosimea lentilei. Un menisc, ale cărui centre de curbură ale suprafețelor sunt situate într-un punct, se numește lentilă concentrică (puterea optică este întotdeauna negativă).

O proprietate distinctivă a unei lentile colectoare este capacitatea de a colecta razele incidente pe suprafața sa într-un punct situat pe cealaltă parte a lentilei.

Elementele principale ale lentilei: NN - axa optică - o linie dreaptă care trece prin centrele suprafețelor sferice care delimitează lentila; O - centru optic - punctul în care pentru lentilele biconvexe sau biconcave (cu aceleași raze de suprafață) se află pe axa optică din interiorul lentilei (în centrul acesteia).
Notă. Calea razelor este prezentată ca într-o lentilă idealizată (subțire), fără a indica refracția la interfața reală. În plus, este afișată o imagine oarecum exagerată a unei lentile biconvexe

Dacă un punct luminos S este plasat la o anumită distanță în fața lentilei colectoare, atunci o rază de lumină îndreptată de-a lungul axei va trece prin lentilă fără a fi refractată, iar razele care nu trec prin centru vor fi refractate către axa optică. și se intersectează pe el într-un punct F, care și va fi imaginea punctului S. Acest punct se numește focar conjugat sau pur și simplu se concentreze.

Dacă lumina cade pe lentilă dintr-o sursă foarte îndepărtată, ale cărei raze pot fi reprezentate ca venind într-un fascicul paralel, atunci la ieșirea din acesta razele se vor refracta la un unghi mai mare, iar punctul F se va deplasa pe axa optică mai aproape de obiectiv. În aceste condiții, se numește punctul de intersecție al razelor care ies din lentilă se concentreze F’, iar distanța de la centrul lentilei la focalizare este distanța focală.

Razele incidente pe o lentilă divergentă vor fi refractate către marginile lentilei la ieșirea din ea, adică împrăștiate. Dacă aceste raze sunt continuate în direcția opusă așa cum se arată în figură cu o linie punctată, atunci ele vor converge într-un punct F, care va fi se concentreze acest obiectiv. Acest truc va imaginar.

Focalizarea imaginară a unei lentile divergente

Ceea ce s-a spus despre focalizarea pe axa optică se aplică în mod egal în acele cazuri când imaginea unui punct se află pe o linie înclinată care trece prin centrul lentilei la un unghi față de axa optică. Se numește planul perpendicular pe axa optică, situat la focarul lentilei plan focal.

Lentilele colective pot fi îndreptate spre un obiect din ambele părți, drept urmare razele care trec prin lentilă pot fi colectate atât de pe una, cât și de cealaltă parte. Astfel, obiectivul are două focusuri - fațăȘi spate. Ele sunt situate pe axa optică pe ambele părți ale lentilei la distanța focală față de punctele principale ale lentilei.

3. Calea razelor într-o lentilă subțire

O lentilă pentru care se presupune că grosimea este zero este numită „subțire” în optică. Pentru o astfel de lentilă, ele arată nu două planuri principale, ci unul în care față și spate par să se îmbine.

Să luăm în considerare construcția unui traseu al fasciculului cu o direcție arbitrară într-o lentilă colectoare subțire. Pentru a face acest lucru, folosim două proprietăți ale unei lentile subțiri:

Fasciculul care trece prin centrul optic al lentilei nu își schimbă direcția;

Razele paralele care trec prin lentilă converg în planul focal.

Să considerăm o rază SA cu o direcție arbitrară incidentă pe o lentilă în punctul A. Să construim o linie de propagare a acesteia după refracția în lentilă. Pentru a face acest lucru, construim o rază OB paralelă cu SA și care trece prin centrul optic O al lentilei. Conform primei proprietăți a lentilei, raza OB nu își va schimba direcția și va intersecta planul focal în punctul B. Conform celei de-a doua proprietăți a lentilei, raza paralelă SA după refracție trebuie să intersecteze planul focal la același nivel. punct. Astfel, după trecerea prin lentilă, raza SA va urma traseul AB.

Alte grinzi, cum ar fi fasciculul SPQ, pot fi construite într-un mod similar.

Să notăm cu u distanța SO de la lentilă la sursa de lumină, distanța OD de la lentilă până la punctul de focalizare a razelor cu v și distanța focală OF cu f. Să derivăm o formulă care conectează aceste cantități.

Luați în considerare două perechi de triunghiuri similare: 1) SOA și OFB; 2) DOA și DFB. Să scriem proporțiile

Împărțind prima proporție la a doua, obținem

După împărțirea ambelor părți ale expresiei cu v și rearanjarea termenilor, ajungem la formula finală

unde este distanța focală a lentilei subțiri.

4. Calea razelor în sistemul de lentile

Calea razelor într-un sistem de lentile este construită folosind aceleași metode ca și pentru o singură lentilă.

Luați în considerare un sistem de două lentile, dintre care una are o distanță focală OF și a doua O 2 F 2. Construim calea SAB pentru prima lentilă și continuăm segmentul AB până când intră în a doua lentilă în punctul C.

Din punctul O 2 construim o rază O 2 E, paralelă cu AB. La intersectarea planului focal al celei de-a doua lentile, această rază va da punctul E. Conform celei de-a doua proprietăți a unei lentile subțiri, raza AB, după ce trece prin a doua lentilă, va urma traseul BE. Intersecția acestei linii cu axa optică a celei de-a doua lentile va da punctul D, unde vor fi focalizate toate razele care ies din sursa S și trec prin ambele lentile.

5. Construirea unei imagini cu o lentilă colectoare subțire

La prezentarea caracteristicilor lentilelor s-a luat în considerare principiul construirii unei imagini a unui punct luminos la focalizarea unui obiectiv. Razele incidente pe lentilă din stânga trec prin focalizarea din spate, iar razele incidente pe dreapta trec prin focalizarea frontală. Trebuie remarcat faptul că, în cazul lentilelor divergente, dimpotrivă, focalizarea din spate este situată în fața lentilei, iar focalizarea frontală este în spate.

Construcția unei imagini de obiecte cu o anumită formă și dimensiune de către o lentilă se obține astfel: să presupunem că linia AB reprezintă un obiect situat la o anumită distanță de lentilă, depășind semnificativ distanța sa focală. Din fiecare punct al obiectului, prin lentilă vor trece un număr nenumărat de raze, dintre care, pentru claritate, figura arată schematic mersul a doar trei raze.

Trei raze care emană din punctul A vor trece prin lentilă și se vor intersecta în punctele lor de dispariție respective în A 1 B 1 pentru a forma o imagine. Imaginea rezultată este valabilȘi cu susul în jos.

În acest caz, imaginea a fost obținută la un focar conjugat într-un anumit plan focal FF, oarecum îndepărtat de planul focal principal F’F’, trecând paralel cu acesta prin focarul principal.

Dacă un obiect se află la o distanță infinită de lentilă, atunci imaginea sa este obținută la focalizarea din spate a lentilei F' valabil, cu susul în josȘi redus până când pare un punct.

Dacă un obiect este aproape de obiectiv și se află la o distanță care depășește de două ori distanța focală a lentilei, atunci imaginea acestuia va fi valabil, cu susul în josȘi redusși va fi situat în spatele focarului principal în segmentul dintre acesta și distanța focală dublă.

Dacă un obiect este plasat la distanța focală dublă față de obiectiv, atunci imaginea rezultată se află pe cealaltă parte a lentilei la distanța focală dublă față de acesta. Se obține imaginea valabil, cu susul în josȘi egale ca mărime subiect.

Dacă un obiect este plasat între focalizarea frontală și distanța focală dublă, atunci imaginea va fi obținută în spatele distanței focale duble și va fi valabil, cu susul în josȘi mărită.

Dacă obiectul se află în planul focarului principal frontal al lentilei, atunci razele care trec prin lentilă vor merge paralele, iar imaginea poate fi obținută doar la infinit.

Dacă un obiect este plasat la o distanță mai mică decât distanța focală principală, atunci razele vor ieși din lentilă într-un fascicul divergent, fără să se intersecteze nicăieri. Imaginea este atunci imaginar, directȘi mărită, adică în acest caz lentila funcționează ca o lupă.

Este ușor de observat că atunci când un obiect se apropie de focalizarea frontală a lentilei de la infinit, imaginea se îndepărtează de focalizarea din spate și, atunci când obiectul atinge planul de focalizare frontală, apare la infinit de acesta.

Acest model are mare importanță in practica tipuri variate munca fotografică, prin urmare, pentru a determina relația dintre distanța de la obiect la obiectiv și de la obiectiv la planul imaginii, trebuie să cunoașteți elementele de bază formula lentilelor.

6. Formula pentru lentile subțiri

Distanțele de la punctul obiectului la centrul lentilei și de la punctul de imagine la centrul lentilei se numesc distanțe focale conjugate.

Aceste mărimi sunt interdependente și sunt determinate printr-o formulă numită formula de lentile subțiri(descoperit de Isaac Barrow):

unde este distanța de la lentilă la obiect; - distanta de la obiectiv la imagine; - distanta focala principala a obiectivului. În cazul unei lentile groase, formula rămâne neschimbată, singura diferență fiind că distanțele sunt măsurate nu de la centrul lentilei, ci de la planurile principale.

Pentru a găsi una sau alta cantitate necunoscută cu două dintre cele cunoscute, utilizați următoarele ecuații:

De remarcat faptul că semnele cantităților u , v , f sunt selectate pe baza următoarelor considerații - pentru o imagine reală dintr-un obiect real într-o lentilă convergentă - toate aceste cantități sunt pozitive. Dacă imaginea este imaginară, distanța până la ea este considerată negativă dacă obiectul este imaginar, distanța până la acesta este negativă dacă obiectivul este divergent;

Imagini cu litere negre printr-o lentilă convexă subțire cu distanța focală f (afișată cu roșu). Sunt afișate razele pentru literele E, I și K (în albastru, verde și, respectiv, portocaliu). Dimensiunile imaginilor reale și inversate E (2f) sunt aceleași. Imaginea I (f) - la infinit. K (la f/2) are dimensiunea dublă față de imaginea virtuală și directă

7. Scala imaginii

Scara imaginii () este raportul dintre dimensiunile liniare ale imaginii și dimensiunile liniare corespunzătoare ale obiectului. Această relație poate fi exprimată indirect prin fracția , unde este distanța de la lentilă la imagine; - distanta de la obiectiv la obiect.

Există un factor de reducere aici, adică un număr care arată de câte ori dimensiunile liniare ale imaginii sunt mai mici decât dimensiunile liniare reale ale obiectului.

În practica calculelor, este mult mai convenabil să exprimați această relație în valori sau , unde este distanța focală a lentilei.

8. Calculul distanței focale și al puterii optice a lentilei

Valoarea distanței focale pentru un obiectiv poate fi calculată folosind următoarea formulă:

, Unde

indicele de refracție al materialului lentilei,

Distanța dintre suprafețele sferice ale unei lentile de-a lungul axei optice, cunoscută și ca grosimea lentilei, iar semnele razelor sunt considerate pozitive dacă centrul suprafeței sferice se află la dreapta lentilei și negative dacă la stânga. Dacă este neglijabil de mic în raport cu distanța sa focală, atunci se numește o astfel de lentilă subţire, iar distanța sa focală poate fi găsită ca:

unde R>0 dacă centrul de curbură este la dreapta axei optice principale; R<0 если центр кривизны находится слева от главной оптической оси. Например, для двояковыпуклой линзы будет выполняться условие 1/F=(n-1)(1/R1+1/R2)

(Această formulă se mai numește formula de lentile subțiri.) Distanța focală este pozitivă pentru lentilele convergente și negativă pentru cele divergente. Se numește cantitatea putere optică lentile. Puterea optică a unui obiectiv este măsurată în dioptrii, ale căror unități sunt m −1 .

Aceste formule pot fi obținute luând în considerare cu atenție procesul de construire a unei imagini într-o lentilă folosind legea lui Snell, dacă trecem de la formulele trigonometrice generale la aproximarea paraxială.

Lentilele sunt simetrice, adică au aceeași distanță focală, indiferent de direcția luminii - stânga sau dreapta, ceea ce, totuși, nu se aplică altor caracteristici, de exemplu, aberații, a căror magnitudine depinde de ce parte a lentila este orientată spre lumină.

9. Combinație de mai multe lentile (sistem centrat)

Lentilele pot fi combinate între ele pentru a construi sisteme optice complexe. Puterea optică a unui sistem de două lentile poate fi găsită ca simplă sumă a puterilor optice ale fiecărei lentile (presupunând că ambele lentile pot fi considerate subțiri și sunt situate aproape una de alta pe aceeași axă):

Dacă lentilele sunt situate la o anumită distanță unele de altele și axele lor coincid (un sistem de un număr arbitrar de lentile cu această proprietate se numește sistem centrat), atunci puterea lor optică totală poate fi găsită cu un grad suficient de precizie de la următoarea expresie:

unde este distanța dintre planurile principale ale lentilelor.

10. Dezavantajele unui obiectiv simplu

Echipamentele fotografice moderne impun cerințe mari la calitatea imaginii.

Imaginea produsă de un obiectiv simplu, din cauza unei serii de neajunsuri, nu satisface aceste cerințe. Eliminarea majorității deficiențelor se realizează prin selectarea adecvată a unui număr de lentile într-un sistem optic centrat - o lentilă. Imaginile obtinute cu lentile simple au diverse dezavantaje. Dezavantajele sistemelor optice sunt numite aberații, care sunt împărțite în următoarele tipuri:

Aberații geometrice
- Aberația sferică;
- Comă;
- astigmatism;
- Deformare;
- Curbura câmpului imaginii;
Aberatie cromatica;
Aberația de difracție (această aberație este cauzată de alte elemente ale sistemului optic și nu are nimic de-a face cu obiectivul în sine).

11. Lentile cu proprietăți deosebite

11.1. Lentile din polimer organic

Polimerii fac posibilă crearea de lentile asferice ieftine folosind turnare.

Lentile de contact

În domeniul oftalmologiei au fost dezvoltate lentilele de contact moi. Producția lor se bazează pe utilizarea materialelor de natură bifazică, combinând fragmente organosiliciu sau silicon polimer organosiliciuşi un polimer hidrogel hidrofil. Munca de peste 20 de ani a dus la crearea, la sfârșitul anilor 90, a lentilelor din silicon hidrogel, care, datorită combinației de proprietăți hidrofile și permeabilitate ridicată la oxigen, pot fi folosite continuu timp de 30 de zile non-stop.

11.2. Lentile de cuarț

Sticla de cuarț este topită silice pură cu adaosuri minore (aproximativ 0,01%) de Al2O3, CaO și MgO. Se caracterizează prin rezistență ridicată la căldură și inerție față de multe substanțe chimice, cu excepția acidului fluorhidric.

Sticla transparentă de cuarț transmite bine razele ultraviolete și vizibile.

11.3. Lentile din silicon

Siliciul combină dispersia ultra-înaltă cu cea mai mare valoare absolută a indicelui de refracție n=3,4 în domeniul IR și opacitatea completă în domeniul vizibil al spectrului.

În plus, proprietățile siliciului și cele mai recente tehnologii pentru prelucrarea acestuia au făcut posibilă crearea de lentile pentru gama de unde electromagnetice cu raze X.

12. Utilizarea lentilelor

Lentilele sunt un element optic universal al majorității sistemelor optice.

Utilizarea tradițională a lentilelor este binoclul, telescoape, lunete optice, teodoliți, microscoape și echipamente fotografice și video. Lentilele convergente simple sunt folosite ca lupe.

Un alt domeniu important de aplicare a lentilelor este oftalmologia, unde fără ele este imposibil să se corecteze defectele de vedere - miopie, hipermetropie, acomodare necorespunzătoare, astigmatism și alte boli. Lentilele sunt folosite în dispozitive precum ochelari și lentile de contact.

În radioastronomie și radar, lentilele dielectrice sunt adesea folosite pentru a colecta un flux de unde radio într-o antenă de recepție sau pentru a le focaliza pe o țintă.

În proiectarea bombelor nucleare cu plutoniu, sistemele de lentile realizate din explozivi cu viteze diferite de detonare (adică cu indici de refracție diferiți) au fost folosite pentru a transforma o undă de șoc sferică divergentă dintr-o sursă punctiformă (detonator) într-una sferică convergentă.

Note

Știința în Siberia - www.nsc.ru/HBC/hbc.phtml?15 320 1
lentile din silicon pentru gama IR - www.optotl.ru/mat/Si#2

Descarca
Acest rezumat se bazează pe un articol din Wikipedia rusă. Sincronizare finalizată 07/09/11 20:53:22
Rezumate înrudite: lentilă Fresnel, lentilă Luneberg, lentilă Billet, lentilă electromagnetică, lentilă cvadrupol, lentilă asferică.

Lentilele au de obicei o suprafață sferică sau aproape sferică. Ele pot fi concave, convexe sau plate (raza egală cu infinitul). Au două suprafețe prin care trece lumina. Ele pot fi combinate în moduri diferite, formând diferite tipuri de lentile (fotografie prezentată mai târziu în articol):

Dacă ambele suprafețe sunt convexe (curbate spre exterior), partea centrală este mai groasă decât marginile.
O lentilă cu o sferă convexă și concavă se numește menisc.
O lentilă cu o suprafață plană se numește plano-concavă sau plano-convexă, în funcție de natura celeilalte sfere.

Cum se determină tipul de lentilă? Să ne uităm la asta mai detaliat.

Lentile convergente: tipuri de lentile

Indiferent de combinația de suprafețe, dacă grosimea lor în partea centrală este mai mare decât la margini, acestea se numesc colectare. Au o distanță focală pozitivă. Se disting următoarele tipuri de lentile convergente:

plat-convex,
biconvex,
concav-convex (meniscul).

Ele sunt numite și „pozitive”.

Lentile divergente: tipuri de lentile

Dacă grosimea lor în centru este mai subțire decât la margini, atunci se numesc împrăștiere. Au o distanță focală negativă. Există următoarele tipuri de lentile divergente:

plat-concav,
biconcav,
convex-concav (meniscul).

Ele sunt numite și „negative”.

Noțiuni de bază

Razele de la o sursă punctuală diverg de la un punct. Se numesc pachet. Când fasciculul intră în lentilă, fiecare rază este refractă, schimbându-și direcția. Din acest motiv, fasciculul poate ieși din lentilă mai mult sau mai puțin divergent.

Unele tipuri de lentile optice schimbă atât de mult direcția razelor încât acestea converg într-un punct. Dacă sursa de lumină este situată cel puțin la distanța focală, atunci fasciculul converge într-un punct cel puțin la aceeași distanță.

Imagini reale și imaginare

O sursă punctiformă de lumină se numește obiect real, iar punctul de convergență al unui fascicul de raze care iese dintr-o lentilă este imaginea sa reală.

Este importantă o serie de surse punctuale distribuite pe o suprafață de obicei plană. Un exemplu ar fi un model pe sticlă mată iluminată din spate. Un alt exemplu este o bandă de film iluminată din spate, astfel încât lumina din aceasta să treacă printr-o lentilă care mărește imaginea de multe ori pe un ecran plat.

În aceste cazuri vorbim despre un avion. Punctele din planul imaginii corespund 1:1 cu punctele din planul obiectului. Același lucru este valabil și pentru formele geometrice, deși imaginea rezultată poate fi inversată în raport cu obiectul de sus în jos sau de la stânga la dreapta.

Convergența razelor într-un punct creează o imagine reală, iar divergența creează una imaginară. Când este clar conturat pe ecran, este real. Dacă imaginea poate fi observată doar privind prin lentilă către sursa de lumină, atunci se numește virtuală. Reflecția în oglindă este imaginară. Imaginea care poate fi văzută printr-un telescop este aceeași. Dar proiectarea lentilei camerei pe film produce imaginea reală.

Distanta focala

Focalizarea unei lentile poate fi găsită prin trecerea unui fascicul de raze paralele prin ea. Punctul în care converg va fi focalizarea sa F. Distanța de la punctul focal la obiectiv se numește distanța sa focală f. Razele paralele pot fi transmise din cealaltă parte și astfel găsiți F pe ambele părți. Fiecare lentilă are două F și două f. Dacă este relativ subțire în comparație cu distanța focală, atunci acestea din urmă sunt aproximativ egale.

Divergenta si convergenta

Lentilele convergente se caracterizează printr-o distanță focală pozitivă. Tipurile de lentile de acest tip (plano-convexe, biconvexe, menisc) reduc razele care ies din ele mai mult decât au fost reduse anterior. Colectarea lentilelor poate forma atât imagini reale, cât și virtuale. Primul se formează numai dacă distanța de la lentilă la obiect o depășește pe cea focală.

Lentilele divergente se caracterizează printr-o distanță focală negativă. Tipurile de lentile de acest tip (plano-concave, biconcave, menisc) răspândesc razele mai mult decât erau răspândite înainte de a le atinge suprafața. Lentilele divergente creează o imagine virtuală. Doar atunci când convergența razelor incidente este semnificativă (ele converg undeva între lentilă și punctul focal de pe partea opusă) razele rezultate pot converge în continuare pentru a forma o imagine reală.

Diferențe importante

Trebuie avut grijă să distingem între convergența sau divergența razelor și convergența sau divergența lentilei. Este posibil ca tipurile de lentile și fascicule de lumină să nu se potrivească. Razele asociate cu un obiect sau punct din imagine sunt numite divergente dacă „se împrăștie” și convergente dacă „se adună” împreună. În orice sistem optic coaxial, axa optică reprezintă calea razelor. Raza se deplasează de-a lungul acestei axe fără nicio schimbare de direcție din cauza refracției. Aceasta este în esență o bună definiție a axei optice.

O rază care se îndepărtează de axa optică cu distanță se numește divergentă. Iar cea care se apropie de ea se numește convergent. Razele paralele cu axa optică au convergență sau divergență zero. Astfel, atunci când vorbim despre convergența sau divergența unui fascicul, aceasta este legată de axa optică.

Unele tipuri dintre acestea sunt astfel încât fasciculul este deviat într-o măsură mai mare spre axa optică. În ele, razele convergente se apropie, iar razele divergente se îndepărtează mai puțin. Ele sunt chiar capabile, dacă puterea lor este suficientă pentru aceasta, să facă fasciculul paralel sau chiar convergent. În mod similar, o lentilă divergentă poate răspândi și mai mult razele divergente și poate face razele convergente paralele sau divergente.

Ochelari care maresc

O lentilă cu două suprafețe convexe este mai groasă în centru decât la margini și poate fi folosită ca o simplă lupă sau lupă. În același timp, observatorul privește prin ea o imagine imaginară, mărită. Totuși, obiectivul camerei produce o imagine reală pe film sau senzor, care este de obicei redusă în dimensiune în comparație cu obiectul.

Ochelari

Capacitatea unei lentile de a modifica convergența luminii se numește puterea sa. Se exprimă în dioptrii D = 1 / f, unde f este distanța focală în metri.

O lentilă cu o putere de 5 dioptrii are f = 20 cm Sunt dioptriile pe care medicul oftalmolog le indică atunci când scrie o rețetă pentru ochelari. Să presupunem că a înregistrat 5,2 dioptrii. Atelierul va lua o piesă finită de 5 dioptrii, obținută la producător, și va lustrui puțin o suprafață pentru a adăuga 0,2 dioptrii. Principiul este că pentru lentilele subțiri în care două sfere sunt situate aproape una de alta, regula este că puterea lor totală este egală cu suma dioptriilor fiecăreia: D = D 1 + D 2.

trompeta lui Galileo

În timpul lui Galileo (începutul secolului al XVII-lea), ochelarii erau disponibile pe scară largă în Europa. De obicei, erau fabricate în Olanda și distribuite de vânzătorii ambulanți. Galileo a auzit că cineva din Țările de Jos a pus două tipuri de lentile într-un tub pentru a face obiectele îndepărtate să pară mai mari. El a folosit o lentilă convergentă cu focalizare lungă la un capăt al tubului și un ocular divergent cu focalizare scurtă la celălalt capăt. Dacă distanța focală a lentilei este f o și ocularul f e, atunci distanța dintre ele ar trebui să fie f o -f e și puterea (mărire unghiulară) f o /f e. Acest aranjament se numește tub galileian.

Telescopul are o mărire de 5 sau 6 ori, comparabilă cu binoclul de mână modern. Acest lucru este suficient pentru multe lucruri interesante. Puteți vedea cu ușurință craterele lunare, cele patru luni ale lui Jupiter, fazele lui Venus, nebuloase și grupuri de stele, precum și stele slabe din Calea Lactee.

Telescopul Kepler

Kepler a auzit despre toate acestea (el și Galileo au corespuns) și a construit un alt tip de telescop cu două lentile convergente. Cel cu o distanta focala mare este obiectivul, iar cel cu o distanta focala mai mica este ocularul. Distanța dintre ele este f o + f e , iar mărirea unghiulară este f o / f e . Acest telescop Keplerian (sau astronomic) produce o imagine inversată, dar pentru stele sau lună acest lucru nu contează. Această schemă a furnizat o iluminare mai uniformă a câmpului vizual decât telescopul Galileian și a fost mai convenabil de utilizat, deoarece vă permitea să vă mențineți ochii într-o poziție fixă și să vedeți întregul câmp vizual de la o margine la alta. Dispozitivul a permis obținerea unor măriri mai mari decât trompeta lui Galileo fără o degradare gravă a calității.

Ambele telescoape suferă de aberație sferică, care face ca imaginile să nu fie complet focalizate, și de aberație cromatică, care creează halouri colorate. Kepler (și Newton) credeau că aceste defecte nu pot fi depășite. Ei nu au presupus că sunt posibile specii acromatice, care aveau să devină cunoscute abia în secolul al XIX-lea.

Telescoape cu oglindă

Gregory a sugerat că oglinzile ar putea fi folosite ca lentile ale telescopului, deoarece nu au margini colorate. Newton a profitat de această idee și a creat o formă newtoniană de telescop dintr-o oglindă concavă placată cu argint și un ocular pozitiv. El a donat eșantionul Societății Regale, unde a rămas până astăzi.

Un telescop cu o singură lentilă poate proiecta o imagine pe un ecran sau pe un film fotografic. Mărirea corectă necesită o lentilă pozitivă cu o distanță focală mare, să zicem 0,5 m, 1 m sau mulți metri. Acest aranjament este adesea folosit în fotografia astronomică. Pentru persoanele care nu sunt familiarizate cu optica, poate părea paradoxal că o lentilă cu focalizare lungă mai slabă oferă o mărire mai mare.

Sfere

S-a sugerat că culturile antice ar fi avut telescoape pentru că făceau mărgele mici de sticlă. Problema este că nu se știe la ce au fost folosite și cu siguranță nu au putut sta la baza unui telescop bun. Bilele puteau fi folosite pentru a mări obiectele mici, dar calitatea nu era satisfăcătoare.

Distanța focală a unei sfere de sticlă ideală este foarte scurtă și formează imaginea reală foarte aproape de sferă. În plus, aberațiile (distorsiunile geometrice) sunt semnificative. Problema constă în distanța dintre cele două suprafețe.

Cu toate acestea, dacă faceți un șanț ecuatorial profund pentru a bloca razele care provoacă defecte de imagine, aceasta trece de la o lupă foarte mediocră la una grozavă. Această decizie este atribuită lui Coddington, iar lupele care poartă numele lui pot fi achiziționate astăzi sub formă de mici lupe de mână pentru studiul obiectelor foarte mici. Dar nu există nicio dovadă că acest lucru a fost făcut înainte de secolul al XIX-lea.

GAPOU "Colegiul Politehnic Akbulak"
Plan de lecție pentru disciplina: FIZICĂ
Lecția nr. 150
Bovine
grup de date
Tema lecției: Lentile. Formula pentru lentile subțiri
Obiectivele lecției:
Educational -
` formulați conceptul de lentilă, ce tipuri de lentile există;
` arată principalele puncte caracteristice ale lentilei (centrul optic, axa optică principală, punctele focale principale ale obiectivului)
` in greutate formulele de baza ale unei lentile subtiri
Dezvoltare – pentru a promova dezvoltarea: gândirii, imaginației spațiale, abilităților de comunicare; continuă formarea unei viziuni științifice asupra lumii;
Educațional – Pentru a dezvolta o cultură a muncii mentale și o viziune naturală materialistă asupra lumii, prin lecții pentru a insufla interesul pentru fizică ca știință.
. Tip de lecție:_ teoretică
Echipament Laptop, proiector, manual electronic
CONȚINUTUL LECȚIEI
Nr. Etapele lecției, întrebările lecției Forme și metode de predare Reglementări de timp
1 Etapa organizatorica:
Verificarea prezenței
Verificarea gradului de pregătire a elevilor pentru clasă
Verificarea temelor Stabilirea gradului de pregătire a clasei pentru lecție. 2-3 min.
2 Mesaj despre subiectul lecției Slides, tablă 2 min.
3 Punct motivațional:
Justificarea necesității studierii acestui subiect pentru stăpânirea efectivă a fizicii
În lecțiile anterioare, am studiat cum se comportă lumina în diferite condiții. Am studiat legile opticii. Cum credeți că oamenii folosesc aceste legi în scopuri practice?
Implicarea elevilor în procesul de stabilire a scopurilor și obiectivelor lecției
Conversaţie. Analiza activității 2-3 min
4 Actualizarea cunoștințelor de bază:
Ce subiect ai inceput sa studiezi?
Cu ce legi te-ai familiarizat?
Formulați legea rectiliniarității propagării luminii.
Formulați legea reflexiei luminii.
Formulați legea refracției luminii. Conversație frontală 5-7 min.
5. Lucrați pe tema lecției:
Ce este o lentilă Ce tipuri de lentile există?
Prima mențiune despre lentile poate fi găsită într-o piesă din Grecia antică
Aristofan „Norii” (424 î.Hr.), unde cu ajutorul unui convex
sticla și lumina soarelui au produs foc.
Lentila de la el. linse, din latină lens - linteTipuri de lentile
Elemente de bază ale lentilelor
AXA OPTICĂ PRINCIPALĂ este o linie dreaptă care trece prin
centrele suprafeţelor sferice care delimitează lentila.
CENTRU OPTIC - intersecția axei optice principale cu lentila, indicată prin punctul O.
O axă optică secundară este orice linie dreaptă care trece prin centrul optic.
Dacă un fascicul de raze cade pe o lentilă colectoare,
paralel cu axa optică principală, apoi după
refracția în lentilă sunt colectate la un punct F,
care se numește focarul principal al lentilei.
Există două puncte principale; sunt situate pe axa optică principală la aceeași distanță de centrul optic al lentilei pe părți opuse.
Lentila subțire - o lentilă a cărei grosime este mică în comparație cu razele de curbură ale suprafețelor sferice care o limitează.
Formule pentru lentile subțiri
Puterea lentilelor
1 dioptrie este puterea optică a unui obiectiv a cărui distanță focală este de 1 metru.
Imaginile produse de obiectiv
Tipuri de imagini
Construirea de imagini într-o lentilă convergentă
Legendă
F – focalizarea obiectivului
d - distanta de la obiect la lentila
f – distanta de la obiectiv la imagine
h – înălțimea obiectului
H – înălțimea imaginii
D - Puterea optică a lentilei.
Unități de putere optică - dioptrie - [dtpr]
G – mărirea lentilei
Semnificația practică a temei studiate Lucrul cu TIC
Manual electronic 22-28 min
6 Rezumarea lecției, evaluarea rezultatelor lucrării Conversație 2-3 min
7. Tema pentru acasă 18.4. 331-334 p. 1-2 min
8. Reflecție: în ce măsură au fost atinse scopurile și obiectivele lecției? Conversație 1-2 min
Profesor: G.A.Krivosheeva

Lentila reprezintă un corp, transparent și limitat. Limitatoarele corpului lentilei sunt cel mai adesea fie două suprafețe curbate, fie una curbată și cealaltă plană. După cum știți, lentilele pot fi convexe sau concave. În consecință, o lentilă al cărei plan mediu este îngroșat față de marginile sale este convexă. Lentilele concave prezintă o imagine diferită: mijlocul lor este mai subțire față de suprafața marginii. Dacă indicele de refracție al razelor mediului este mai mic decât același indice al unei lentile convexe, atunci fasciculul format din raze paralele este refractat și transformat într-un fascicul convergent. Lentilele concave cu astfel de proprietăți se numesc lentile convergente. Dacă într-o lentilă concavă un fascicul de raze paralele direcționate se transformă în divergent la refracție, atunci acestea sunt lentile concave divergente în ele, aerul acționează ca mediu extern.

Lentila este o suprafață sferică cu centre geometrice. Linia dreaptă care leagă centrele este axa optică principală. Lentilele subțiri au o grosime mai mică decât raza de curbură. Pentru astfel de lentile, este adevărat că vârfurile segmentelor lor sunt strâns distanțate și reprezintă un centru optic. În acest caz, o axă secundară este orice linie dreaptă care trece prin centru sub un unghi față de linia dreaptă care leagă centrele suprafețelor sferice. Dar pentru a determina focalizarea principală a unei lentile, este suficient să ne imaginăm că un fascicul de raze lovește o lentilă concavă colectoare. Mai mult, aceste raze sunt paralele cu axa principală. După refracție, astfel de raze se vor aduna la un moment dat, care va fi focalizarea. În focalizare puteți vedea continuarea razelor. Acestea sunt raze înainte de refracție direcționate paralel cu axa principală. Dar acest truc este imaginar. Există, de asemenea, un accent principal al lentilei divergente. Sau, mai degrabă, două puncte principale. Dacă vă imaginați axa optică principală, atunci focarele principale vor fi pe ea la o distanță egală de centru. Dacă calculăm reciproca distanței focale, obținem puterea optică.

Unitatea de măsură a puterii optice a unei lentile este dioptria, dacă ne referim la sistemul SI. De obicei, pentru o lentilă convergentă, puterea sa optică este o valoare pozitivă, în timp ce pentru o lentilă divergentă va fi negativă. Dacă planul are proprietatea de a trece prin focarul principal al lentilei și în același timp perpendicular pe axa principală, atunci este planul focal. Este cunoscut în mod sigur că razele sub formă de fascicul îndreptate spre lentilă și în același timp paralele cu axa optică secundară vor fi colectate la intersecția axei și a planului focal. Capacitatea lentilelor de a reflecta și refracta este utilizată în instrumentația optică.

Cunoaștem cu toții exemple de utilizare zilnică a lentilelor: o lupă, ochelari, o cameră foto, în știință și cercetare este un microscop. Semnificația descoperirii proprietăților lentilelor pentru oameni este enormă. În optică, lentilele sferice sunt cel mai des folosite. Sunt realizate din sticlă și limitate la sfere.

Filiala Barabinsk a Colegiului de Tehnologii de Transport din Novosibirsk, numită după N.A. Lunina.

Profesor: Nagoga Ekaterina Mihailovna.

Subiect: „Lentile. Construcție în lentile. Formula de lentile subțiri.”

Ţintă: oferă cunoștințe despre lentile, proprietățile și caracteristicile lor fizice.

În timpul orelor

Organizarea timpului

Salutari.

Verificarea temelor.

II. Învățarea de materiale noi

Fenomenul de refracție a luminii stă la baza acțiunii lentilelor și a multor instrumente optice utilizate pentru controlul fasciculelor de lumină și obținerea de imagini optice.

Obiectiv este un corp optic transparent delimitat de suprafețe sferice. Existădouă tipuri de lentile :

a) convex;

b) concav.

Există lentile convexe : biconvex, plan-convex, concav-convex.

Lentilele concave pot fi : biconcav, plan-concav, convex-concav.

Se numesc lentilele ale căror mijloc sunt mai groase decât marginile lorcolectare , și care au margini mai groase- împrăștiere (diapozitive 3,4) .

Experiment

Un fascicul de lumină este îndreptat către o lentilă biconvexă. Noi privimefectul de colectare al unei astfel de lentile: fiecare rază incidentă pe lentilă, după ce a fost refractată de aceasta, se abate de la direcția inițială, apropiindu-se de axa optică principală.

Experiența descrisă îi conduce în mod natural pe elevi la conceptele de focalizare principală și distanță focală a unui obiectiv.

Se numește distanța de la centrul optic al lentilei până la focalizarea sa principalădistanța focală a lentilei . Este desemnat prin scrisoareF, ca și trucul în sine (diapozitivele 4-6).

În continuare, se determină calea razelor de lumină printr-o lentilă divergentă. Întrebarea acțiunii și parametrilor unei lentile divergente este luată în considerare într-un mod similar. Pe baza datelor experimentale, putem concluziona: focalizarea lentilei divergente este imaginară (diapozitivul 7).

III . Construcție în lentile.

Din fiecare punct al obiectului, prin lentilă vor trece un număr nenumărat de raze, dintre care, pentru claritate, figura arată schematic mersul a doar trei raze.

(diapozitive 8,9)

Dacă un obiect se află la o distanță infinită de lentilă, atunci imaginea sa este obținută la focalizarea din spate a lentilei F'valabil , cu susul în jos Și redus până când pare un punct.

(diapozitivul 10)

Dacă un obiect este plasat între focalizarea frontală și distanța focală dublă, imaginea va fi obținută în spatele distanței focale duble și va fi reală, inversată și mărită.

(diapozitivul 11)

Dacă un obiect este plasat la distanța focală dublă față de obiectiv, atunci imaginea rezultată se află pe cealaltă parte a lentilei la distanța focală dublă față de acesta. Imaginea se dovedește a fi reală, cu susul în jos și egală ca dimensiune cu obiectul.

(diapozitivul 12)

Dacă un obiect este aproape de obiectiv și se află la o distanță care depășește de două ori distanța focală a lentilei, atunci imaginea acestuia va fivalabil , cu susul în jos Și redus și va fi situat în spatele focarului principal în segmentul dintre acesta și distanța focală dublă.

(diapozitivul 13)

Dacă obiectul se află în planul focarului principal frontal al lentilei, atunci razele care trec prin lentilă vor merge paralele, iar imaginea poate fi obținută doar la infinit.

(diapozitivul 14)

Dacă un obiect este plasat la o distanță mai mică decât distanța focală principală, atunci razele vor ieși din lentilă într-un fascicul divergent, fără să se intersecteze nicăieri. Imaginea este atunciimaginar , directȘi mărită , adică în acest caz lentila funcționează ca o lupă.

(diapozitivul 15)

IV. Derivarea formulei lentilelor subțiri.

(diapozitivul 16)

Din asemănarea triunghiurilor umbrite (Fig. 70) rezultă:

(diapozitivul 17)

Unded - distanta obiectului fata de lentila;fdistanța de la obiectiv la imagine;F - distanta focala. Puterea optică a lentilei este:

La calcul, valorile numerice ale cantităților reale sunt întotdeauna înlocuite cu un semn „plus”, iar cele imaginare cu un semn „minus” (diapozitivul 18).

Creștere liniară

Din asemănarea triunghiurilor umbrite (Fig. 71) rezultă:

(diapozitivul 19)

V. Consolidarea materialului studiat.

De ce se numește focalizarea unei lentile divergente imaginar?

Cum diferă o imagine reală a unui punct de una imaginară?

După ce semn poți spune dacă această lentilă este convergentă sau divergentă, judecând doar după forma sa?

Precizați proprietatea unei lentile convexe.(Colectați razele paralele într-un singur punct.)

Rezolvarea problemelor nr. 1064, 1066 (P) (diapozitivele 20, 21)

§ 63-65, nr. 1065(R)