Prezentácia na tému "šošovky". Vzorec na zistenie optickej mohutnosti šošovky

Plán:

1. História
2 Charakteristika jednoduchých šošoviek
3 Dráha lúčov v tenkej šošovke
4 Dráha lúčov v systéme šošoviek
5 Zobrazovanie tenkou zbiehavou šošovkou
6 Vzorec tenká šošovka
7 Mierka obrázka
8 Výpočet ohniskovej vzdialenosti a optickej mohutnosti šošovky
9 Kombinácia viacerých šošoviek (centrovaný systém)
10 Nevýhody jednoduchého objektívu
11 Šošovky so špeciálnymi vlastnosťami
- 11.1 Organické polymérové šošovky
- 11,2 Quartz šošovky
- 11.3 Silikónové šošovky
12 Nasadenie šošoviek

Úvod

Plankonvexná šošovka

Objektív(nemčina Linse, z lat. šošovka- šošovica) - časť opticky priehľadného homogénneho materiálu, ohraničeného dvoma leštenými rotačnými refrakčnými plochami, napríklad sférickou alebo plochou a sférickou. V súčasnosti sa čoraz viac využívajú „asférické šošovky“, ktorých tvar povrchu sa líši od gule. Ako materiál šošoviek sa bežne používajú optické materiály, ako je sklo, optické sklo, opticky priehľadné plasty a iné materiály.

Šošovky sa nazývajú aj iné optické zariadenia a javy, ktoré vytvárajú podobný optický efekt bez toho, aby mali špecifikované vonkajšie charakteristiky. Napríklad:

Ploché "šošovky" vyrobené z materiálu s premenlivým indexom lomu, ktorý sa mení so vzdialenosťou od stredu
fresnelova šošovka
Fresnelova zónová platňa využívajúca fenomén difrakcie
"Šošovky" vzduchu v atmosfére - heterogenita vlastností, najmä index lomu (prejavuje sa ako blikajúci obraz hviezd na nočnej oblohe).
Gravitačná šošovka – pozorovaná na medzigalaktické vzdialenosti, vplyv vychyľovania elektromagnetických vĺn masívnymi predmetmi.
Magnetická šošovka - zariadenie, ktoré využíva konštantné magnetické pole na zaostrenie zväzku nabitých častíc (iónov alebo elektrónov) a používa sa v elektrónových a iónových mikroskopoch.
Obraz šošovky tvorený optickým systémom alebo časťou optického systému. Používa sa pri výpočte zložitých optických systémov.

1. História

Prvá zmienka o šošovky možno nájsť v starogréckej hre „Oblaky“ (424 pred Kr.) od Aristofana, kde sa oheň vytváral pomocou vypuklého skla a slnečného svetla.

Z diel Plínia Staršieho (23 - 79) vyplýva, že tento spôsob zapálenia ohňa bol známy aj v Rímskej ríši - opisuje azda aj prvý prípad použitia šošoviek na korekciu zraku - je známe, že Nero sledoval, ako gladiátor bojuje cez konkávny smaragd, aby napravil krátkozrakosť.

Seneca (3 pred Kr. - 65) opísal zväčšovací efekt, ktorý dáva sklenená guľa naplnená vodou.

Arabský matematik Alhazen (965-1038) napísal prvé významné pojednanie o optike, v ktorom opísal, ako očná šošovka vytvára obraz na sietnici. Šošovky sa rozšírili až s príchodom okuliarov okolo 80. rokov 13. storočia v Taliansku.

Cez dažďové kvapky pôsobiace ako šošovky je viditeľná Zlatá brána

Rastlina videná cez bikonvexnú šošovku

2. Charakteristika jednoduchých šošoviek

V závislosti od foriem existujú zhromažďovanie(pozitívne) a rozptyl(negatívne) šošovky. Do skupiny zbiehavých šošoviek patria spravidla šošovky, pri ktorých je stred hrubší ako ich okraje a do skupiny zbiehavých šošoviek sú šošovky, ktorých okraje sú hrubšie ako stred. Treba poznamenať, že to platí len vtedy, ak je index lomu materiálu šošovky väčší ako index lomu prostredia. Ak je index lomu šošovky nižší, situácia sa obráti. Napríklad vzduchová bublina vo vode je bikonvexná difúzna šošovka.

Šošovky sú charakteristické spravidla svojou optickou mohutnosťou (meranou v dioptriách), prípadne ohniskovou vzdialenosťou.

Na stavbu optické zariadenia pri korigovanej optickej aberácii (predovšetkým chromatickej, vplyvom rozptylu svetla, achromátov a apochromátov) sú dôležité aj ďalšie vlastnosti šošoviek / ich materiálov, napríklad index lomu, disperzný koeficient, priepustnosť materiálu vo zvolenom optickom rozsahu.

Niekedy šošovky/šošovka optické systémy(refraktory) sú špeciálne navrhnuté na použitie v médiách s relatívne vysokým indexom lomu (pozri imerzný mikroskop, imerzné kvapaliny).

Typy šošoviek:
Zhromažďovanie:
1 - bikonvexné
2 - plochý-konvexný
3 - konkávne-konvexný (pozitívny meniskus)
Rozptyľovanie:
4 - bikonkávna
5 - plocho-konkávne
6 - konvexno-konkávne (negatívny meniskus)

Konvexno-konkávna šošovka je tzv meniskus a môže byť kolektívny (zahusťuje sa smerom k stredu), rozptylový (zahusťuje sa smerom k okrajom) alebo teleskopický (ohnisková vzdialenosť je nekonečná). Takže napríklad šošovky okuliarov pre krátkozrakých sú zvyčajne negatívne menisky.

Na rozdiel od všeobecne rozšírenej mylnej predstavy, optická mohutnosť menisku s rovnakými polomermi nie je nulová, ale kladná a závisí od indexu lomu skla a od hrúbky šošovky. Meniskus, ktorého stredy zakrivenia sú v jednom bode, sa nazýva koncentrická šošovka (optická mohutnosť je vždy záporná).

Charakteristickou vlastnosťou zbiehajúcej šošovky je schopnosť zbierať lúče dopadajúce na jej povrch v jednom bode umiestnenom na druhej strane šošovky.

Hlavné prvky šošovky: NN - optická os - priamka prechádzajúca stredmi guľových plôch ohraničujúcich šošovku; O - optický stred - bod, ktorý sa pri bikonvexných alebo bikonkávnych (s rovnakými polomermi povrchu) šošoviek nachádza na optickej osi vo vnútri šošovky (v jej strede).
Poznámka. Dráha lúčov je znázornená ako v idealizovanej (tenkej) šošovke bez toho, aby naznačovala lom na skutočnom rozhraní medzi médiami. Okrem toho je zobrazený trochu prehnaný obraz bikonvexnej šošovky.

Ak je svetelný bod S umiestnený v určitej vzdialenosti pred zbiehavou šošovkou, potom lúč svetla nasmerovaný pozdĺž osi prejde šošovkou bez lomu a lúče, ktoré neprechádzajú stredom, sa budú lámať smerom k optike. os a pretínajú sa na nej v nejakom bode F, ktorý a bude obrazom bodu S. Tento bod sa nazýva konjugované ohnisko, alebo jednoducho zameranie.

Ak na šošovku dopadá svetlo z veľmi vzdialeného zdroja, ktorého lúče môžu byť reprezentované ako pohybujúce sa v paralelnom lúči, potom pri výstupe zo šošovky sa lúče lámu pod väčším uhlom a bod F sa bude pohybovať na optike. os bližšie k šošovke. Za týchto podmienok sa nazýva priesečník lúčov vystupujúcich zo šošovky zameranie F' a vzdialenosť od stredu šošovky k ohnisku je ohnisková vzdialenosť.

Lúče dopadajúce na rozptylovú šošovku sa pri výstupe z nej budú lámať smerom k okrajom šošovky, to znamená, že budú rozptýlené. Ak tieto lúče pokračujú v opačnom smere, ako je znázornené na obrázku bodkovanou čiarou, potom sa budú zbiehať v jednom bode F, ktorý bude zameranie tento objektív. Toto zameranie bude imaginárny.

Zjavné ohnisko divergencie šošovky

To, čo bolo povedané o ohnisku na optickej osi, platí rovnako pre prípady, keď je obraz bodu na naklonenej čiare prechádzajúcej stredom šošovky pod uhlom k optickej osi. Rovina kolmá na optickú os a umiestnená v ohnisku šošovky sa nazýva ohnisková rovina.

Zberné šošovky môžu byť nasmerované na objekt ľubovoľnou stranou, v dôsledku čoho sa lúče prechádzajúce cez šošovku môžu zbierať z jednej alebo z druhej strany. Objektív má teda dve ohniská - vpredu A zadná časť. Sú umiestnené na optickej osi na oboch stranách šošovky v ohniskovej vzdialenosti od hlavných bodov šošovky.

3. Dráha lúčov v tenkej šošovke

Šošovka, pri ktorej sa predpokladá, že hrúbka je nulová, sa v optike nazýva „tenká“. Pre takúto šošovku nie sú zobrazené dve hlavné roviny, ale jedna, v ktorej sa zdá, že predná a zadná časť sa spájajú.

Uvažujme o konštrukcii dráhy lúča ľubovoľného smeru v tenkej spojovacej šošovke. Na tento účel používame dve vlastnosti tenkej šošovky:

Lúč prechádzajúci optickým stredom šošovky nemení svoj smer;

Paralelné lúče prechádzajúce šošovkou sa zbiehajú v ohniskovej rovine.

Uvažujme lúč SA ľubovoľného smeru dopadajúci na šošovku v bode A. Zostrojme čiaru jeho šírenia po lomu v šošovke. Aby sme to dosiahli, zostrojíme lúč OB rovnobežný so SA a prechádzajúci cez optický stred O šošovky. Podľa prvej vlastnosti šošovky lúč OB nezmení svoj smer a pretne ohniskovú rovinu v bode B. Podľa druhej vlastnosti šošovky s ním rovnobežný lúč SA po lomu musí pretínať ohniskovú rovinu. v rovnakom bode. Po prechode šošovkou teda bude lúč SA sledovať dráhu AB.

Iné lúče môžu byť skonštruované podobným spôsobom, napríklad lúč SPQ.

Označme vzdialenosť SO od šošovky po svetelný zdroj ako u, vzdialenosť OD od šošovky po bod zaostrenia lúčov ako v, ohniskovú vzdialenosť OF ako f. Odvoďme vzorec týkajúci sa týchto veličín.

Zvážte dva páry podobných trojuholníkov: 1) SOA a OFB; 2) DOA a DFB. Zapíšme si pomery

Vydelením prvého pomeru druhým dostaneme

Po vydelení oboch častí výrazu v a preskupení členov sa dostaneme ku konečnému vzorcu

kde je ohnisková vzdialenosť tenkej šošovky.

4. Dráha lúčov v sústave šošoviek

Dráha lúčov v sústave šošoviek je konštruovaná rovnakými metódami ako pri jedinej šošovke.

Uvažujme o sústave dvoch šošoviek, z ktorých jedna má ohniskovú vzdialenosť OF a druhá O 2 F 2 . Postavíme dráhu SAB pre prvú šošovku a pokračujeme v segmente AB, kým nevstúpi do druhej šošovky v bode C.

Z bodu O 2 zostrojíme lúč O 2 E rovnobežný s AB. Pri prechode ohniskovou rovinou druhej šošovky tento lúč dá bod E. Podľa druhej vlastnosti tenkej šošovky bude lúč AB po prechode druhou šošovkou sledovať dráhu BE. Priesečník tejto priamky s optickou osou druhej šošovky dá bod D, kde budú zaostrené všetky lúče vychádzajúce zo zdroja S a prechádzajúce oboma šošovkami.

5. Zobrazovanie tenkou zbiehavou šošovkou

Pri popise charakteristík šošoviek sa uvažovalo o princípe konštrukcie obrazu svetelného bodu v ohnisku šošovky. Lúče dopadajúce na šošovku zľava prechádzajú cez jej zadné ohnisko a lúče dopadajúce sprava prechádzajú cez predné ohnisko. Treba poznamenať, že v divergentných šošovkách je naopak zadné ohnisko umiestnené pred objektívom a predné je za ním.

Zostrojenie obrazu predmetov určitého tvaru a veľkosti šošovkou sa získa takto: povedzme, že čiara AB je objekt umiestnený v určitej vzdialenosti od šošovky, výrazne presahujúci jej ohniskovú vzdialenosť. Z každého bodu objektu cez šošovku prejde nespočetné množstvo lúčov, z ktorých pre názornosť je na obrázku schematicky znázornený priebeh len troch lúčov.

Tri lúče vychádzajúce z bodu A budú prechádzať šošovkou a pretínajú sa v príslušných úbežných bodoch na A 1 B 1, aby vytvorili obraz. Výsledný obrázok je platné A hore nohami.

V tomto prípade bol obraz získaný v konjugovanom ohnisku v nejakej ohniskovej rovine FF, trochu vzdialenej od hlavnej ohniskovej roviny F'F', prechádzajúcej rovnobežne s ňou cez hlavné ohnisko.

Ak je objekt v nekonečnej vzdialenosti od šošovky, potom sa jeho obraz získa v zadnom ohnisku šošovky F' platné, hore nohami A znížený do podobného bodu.

Ak je objekt blízko šošovky a je vo vzdialenosti väčšej ako dvojnásobok ohniskovej vzdialenosti šošovky, potom bude jeho obraz platné, hore nohami A znížený a bude umiestnený za hlavným ohniskom v segmente medzi ním a dvojitou ohniskovou vzdialenosťou.

Ak je objekt umiestnený v dvojnásobnej ohniskovej vzdialenosti šošovky, potom je výsledný obraz na druhej strane šošovky v dvojnásobnej ohniskovej vzdialenosti od nej. Získa sa obrázok platné, hore nohami A veľkosťou rovnaké predmet.

Ak je objekt umiestnený medzi predné ohnisko a dvojitú ohniskovú vzdialenosť, snímka sa nasníma za hranicou dvojitej ohniskovej vzdialenosti a bude platné, hore nohami A zväčšený.

Ak je objekt v rovine predného hlavného ohniska šošovky, potom lúče, ktoré prejdú šošovkou, pôjdu paralelne a obraz je možné získať iba v nekonečne.

Ak je objekt umiestnený vo vzdialenosti menšej ako je hlavná ohnisková vzdialenosť, potom lúče opustia šošovku v divergentnom lúči bez toho, aby sa kdekoľvek pretínali. Výsledkom je obraz imaginárny, priamy A zväčšený, teda v tomto prípade šošovka funguje ako lupa.

Je ľahké vidieť, že keď sa objekt priblíži z nekonečna k prednému ohnisku šošovky, obraz sa vzdiali od zadného ohniska, a keď objekt dosiahne rovinu predného zaostrenia, ukáže sa, že je v nekonečne od nej.

Tento vzor má veľký význam v praxi rôzne druhy fotografickú prácu, preto na určenie vzťahu medzi vzdialenosťou od objektu k šošovke a od šošovky k rovine obrazu je potrebné poznať hlavné šošovkový vzorec.

6. Vzorec pre tenké šošovky

Vzdialenosti od bodu objektu po stred šošovky a od bodu obrazu po stred šošovky sa nazývajú konjugované ohniskové vzdialenosti.

Tieto veličiny sú na sebe závislé a sú určené vzorcom tzv vzorec tenkých šošoviek(objavil Isaac Barrow):

kde je vzdialenosť od šošovky k objektu; - vzdialenosť od objektívu k obrázku; je hlavná ohnisková vzdialenosť šošovky. V prípade hrubej šošovky zostáva vzorec nezmenený len s tým rozdielom, že vzdialenosti sa nemerajú od stredu šošovky, ale od hlavných rovín.

Na nájdenie jednej alebo druhej neznámej veličiny s dvoma známymi sa používajú nasledujúce rovnice:

Treba poznamenať, že znaky množstiev u , v , f sa vyberajú na základe nasledujúcich úvah - pre reálny obraz zo skutočného objektu v zbiehavke - všetky tieto veličiny sú kladné. Ak je obraz imaginárny - vzdialenosť k nemu je záporná, ak je objekt imaginárny - vzdialenosť k nemu je záporná, ak je šošovka divergentná - ohnisková vzdialenosť je záporná.

Obrázky čiernych písmen cez tenkú konvexnú šošovku s ohniskovou vzdialenosťou f (zobrazená červenou farbou). Zobrazia sa lúče pre písmená E, I a K (modrá, zelená a oranžová). Rozmery skutočného a prevráteného obrázku E (2f) sú rovnaké. Obrázok I (f) - v nekonečne. K (pri f/2) má dvojnásobnú veľkosť virtuálneho a živého obrazu

7. Mierka obrazu

Mierka obrazu () je pomer lineárnych rozmerov obrazu k zodpovedajúcim lineárnym rozmerom objektu. Tento pomer možno nepriamo vyjadriť ako zlomok , kde je vzdialenosť od šošovky k obrázku; je vzdialenosť od objektívu k objektu.

Tu je redukčný faktor, t.j. číslo, ktoré ukazuje, koľkokrát sú lineárne rozmery obrazu menšie ako skutočné lineárne rozmery objektu.

V praxi výpočtov je oveľa pohodlnejšie vyjadriť tento pomer pomocou alebo , kde je ohnisková vzdialenosť objektívu.

8. Výpočet ohniskovej vzdialenosti a optickej mohutnosti šošovky

Hodnotu ohniskovej vzdialenosti objektívu možno vypočítať pomocou nasledujúceho vzorca:

, kde

Index lomu materiálu šošovky,

Vzdialenosť medzi sférickými povrchmi šošovky pozdĺž optickej osi, tiež známa ako hrúbka šošovky, a znamienka na polomeroch sa považujú za kladné, ak stred guľového povrchu leží napravo od šošovky a záporné, ak naľavo. Ak je zanedbateľná, vzhľadom na jej ohniskovú vzdialenosť, potom sa takáto šošovka nazýva tenký a jeho ohniskovú vzdialenosť možno nájsť ako:

kde R>0, ak je stred zakrivenia napravo od hlavnej optickej osi; 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)

(Tento vzorec sa tiež nazýva vzorec tenkých šošoviek.) Ohnisková vzdialenosť je kladná pre zbiehavé šošovky a záporná pre divergujúce. Hodnota sa volá optická silašošovky. Optická sila šošovky sa meria v dioptrie, ktorej jednotky sú m −1 .

Tieto vzorce možno získať starostlivým zvážením procesu zobrazovania v šošovke pomocou Snellovho zákona, ak prejdeme od všeobecných goniometrických vzorcov k paraxiálnej aproximácii.

Šošovky sú symetrické, to znamená, že majú rovnakú ohniskovú vzdialenosť bez ohľadu na smer svetla - doľava alebo doprava, čo však neplatí pre iné charakteristiky, ako sú aberácie, ktorých veľkosť závisí na ktorej strane je šošovka otočená smerom k svetlu.

9. Kombinácia niekoľkých šošoviek (centrovaný systém)

Šošovky je možné navzájom kombinovať a vytvárať tak komplexné optické systémy. Optickú mohutnosť systému dvoch šošoviek možno nájsť ako jednoduchý súčet optických mohutností každej šošovky (za predpokladu, že obe šošovky možno považovať za tenké a sú umiestnené blízko seba na rovnakej osi):

Ak sú šošovky umiestnené v určitej vzdialenosti od seba a ich osi sa zhodujú (systém ľubovoľného počtu šošoviek s touto vlastnosťou sa nazýva centrovaný systém), potom ich celkovú optickú mohutnosť možno s dostatočnou mierou presnosti zistiť z nasledujúci výraz:

kde je vzdialenosť medzi hlavnými rovinami šošoviek.

10. Nevýhody jednoduchej šošovky

V moderných fotografických zariadeniach sú na kvalitu obrazu kladené vysoké nároky.

Obraz daný jednoduchým objektívom pre množstvo nedostatkov tieto požiadavky nespĺňa. Odstránenie väčšiny nedostatkov sa dosiahne vhodným výberom množstva šošoviek v centrovanej optickej sústave - šošovke. Snímky zhotovené jednoduchými objektívmi majú rôzne nevýhody. Nevýhody optických systémov sa nazývajú aberácie, ktoré sú rozdelené do nasledujúcich typov:

Geometrické aberácie
- Sférická aberácia;
- kóma;
- astigmatizmus;
- skreslenie;
- zakrivenie obrazového poľa;
Chromatická aberácia;
Difrakčná aberácia (táto aberácia je spôsobená inými prvkami optického systému a nemá nič spoločné so samotným objektívom).

11. Šošovky so špeciálnymi vlastnosťami

11.1. Organické polymérové šošovky

Polyméry umožňujú vytvárať lacné asférické šošovky pomocou odlievania.

Kontaktné šošovky

Mäkké kontaktné šošovky boli vytvorené v oblasti oftalmológie. Ich výroba je založená na použití materiálov, ktoré majú dvojfázový charakter, kombinovanie fragmentov organokremičitý alebo organokremičitý silikón a hydrofilný hydrogélový polymér. Práca trvajúca viac ako 20 rokov viedla koncom 90. rokov k vývoju silikón-hydrogélových šošoviek, ktoré je možné vďaka kombinácii hydrofilných vlastností a vysokej priepustnosti kyslíka používať nepretržite 30 dní 24 hodín denne.

11.2. kremenné šošovky

Kremenné sklo - pretavený čistý oxid kremičitý s menšími (asi 0,01 %) prídavkami Al203, CaO a MgO. Vyznačuje sa vysokou tepelnou stabilitou a inertnosťou voči mnohým chemikáliám okrem kyseliny fluorovodíkovej.

Priehľadné kremenné sklo dobre prepúšťa ultrafialové a viditeľné svetelné lúče.

11.3. Silikónové šošovky

Kremík kombinuje ultra vysokú disperziu s najvyšším absolútnym indexom lomu n=3,4 v IR oblasti a úplnou opacitou vo viditeľnom spektre.

Navyše, práve vlastnosti kremíka a najnovšie technológie na jeho spracovanie umožnili vytvárať šošovky pre röntgenový rozsah elektromagnetických vĺn.

12. Aplikácia šošoviek

Šošovky sú univerzálnym optickým prvkom väčšiny optických systémov.

Tradičným využitím šošoviek sú ďalekohľady, teleskopy, optické zameriavače, teodolity, mikroskopy a foto a video zariadenia. Jednoduché zbiehavé šošovky sa používajú ako zväčšovacie sklá.

Ďalšou dôležitou oblasťou použitia šošoviek je oftalmológia, kde bez nich nie je možné korigovať krátkozrakosť, ďalekozrakosť, nesprávnu akomodáciu, astigmatizmus a iné ochorenia. Šošovky sa používajú v zariadeniach, ako sú okuliare a kontaktné šošovky.

V rádioastronómii a radare sa dielektrické šošovky často používajú na zber toku rádiových vĺn do prijímacej antény alebo na zaostrenie na cieľ.

Pri konštrukcii plutóniových jadrových bômb sa na premenu sférickej divergujúcej rázovej vlny z bodového zdroja (rozbušky) na sférickú zbiehavú použili šošovkové systémy vyrobené z výbušnín s rôznymi detonačnými rýchlosťami (to znamená s rôznymi indexmi lomu).

Poznámky

Veda na Sibíri – www.nsc.ru/HBC/hbc.phtml?15 320 1
kremíkové šošovky pre IR rozsah - www.optotl.ru/mat/Si#2

Stiahnuť ▼
Tento abstrakt je založený na článku z ruskej Wikipédie. Synchronizácia bola dokončená dňa 07/09/11 20:53:22
Súvisiace abstrakty: Fresnelova šošovka, Lunebergova šošovka, Billetova šošovka, Elektromagnetická šošovka, Štvorpólová šošovka, Asférická šošovka.

Šošovky majú spravidla sférický alebo takmer sférický povrch. Môžu byť konkávne, konvexné alebo ploché (polomer je nekonečno). Majú dva povrchy, cez ktoré prechádza svetlo. Môžu sa kombinovať rôznymi spôsobmi a vytvárať rôzne typy šošoviek (fotografia je uvedená ďalej v článku):

Ak sú oba povrchy konvexné (zakrivené smerom von), stred je hrubší ako okraje.
Šošovka s konvexnou a konkávnou guľou sa nazýva meniskus.
Šošovka s jedným plochým povrchom sa nazýva plankonkávna alebo plankonvexná v závislosti od povahy druhej gule.

Ako určiť typ šošovky? Pozrime sa na to podrobnejšie.

Spojovacie šošovky: typy šošoviek

Bez ohľadu na kombináciu povrchov, ak je ich hrúbka v strednej časti väčšia ako na okrajoch, nazývajú sa zberné. Majú kladnú ohniskovú vzdialenosť. Existujú nasledujúce typy konvergovaných šošoviek:

ploché konvexné,
bikonvexný,
konkávne-konvexné (meniskus).

Nazývajú sa aj „pozitívne“.

Divergentné šošovky: typy šošoviek

Ak je ich hrúbka v strede tenšia ako na okrajoch, potom sa nazývajú rozptyl. Majú negatívnu ohniskovú vzdialenosť. Existujú dva typy divergentných šošoviek:

plochá konkávna,
bikonkávna,
konvexno-konkávne (meniskus).

Nazývajú sa aj „negatívne“.

Základné pojmy

Lúče z bodového zdroja sa rozchádzajú z jedného bodu. Nazývajú sa zväzok. Keď lúč vstúpi do šošovky, každý lúč sa láme a mení svoj smer. Z tohto dôvodu môže lúč vychádzať zo šošovky viac-menej divergentne.

Niektoré typy optických šošoviek menia smer lúčov tak, že sa zbiehajú v jednom bode. Ak je zdroj svetla umiestnený aspoň v ohniskovej vzdialenosti, potom sa lúč zbieha v bode aspoň v rovnakej vzdialenosti.

Skutočné a vymyslené obrazy

Bodový zdroj svetla sa nazýva skutočný objekt a bod konvergencie zväzku lúčov vychádzajúceho zo šošovky je jeho skutočným obrazom.

Veľký význam má rad bodových zdrojov rozmiestnených na všeobecne rovnom povrchu. Príkladom je vzor na matnom skle podsvietený. Ďalším príkladom je filmový pás nasvietený zozadu tak, že svetlo z neho prechádza cez šošovku, ktorá na plochej obrazovke mnohonásobne zväčšuje obraz.

V týchto prípadoch sa hovorí o lietadle. Body na rovine obrazu zodpovedajú 1:1 bodom na rovine objektu. To isté platí pre geometrické útvary, hoci výsledný obrázok môže byť prevrátený vzhľadom k objektu alebo zľava doprava.

Konvergencia lúčov v jednom bode vytvára skutočný obraz a divergencia vytvára imaginárny obraz. Keď je to jasne vyznačené na obrazovke, je to platné. Ak je možné obraz pozorovať iba pohľadom cez šošovku smerom k svetelnému zdroju, potom sa nazýva imaginárny. Odraz v zrkadle je imaginárny. Obraz, ktorý možno vidieť aj cez ďalekohľad. Ale premietanie objektívu fotoaparátu na film vytvára skutočný obraz.

Ohnisková vzdialenosť

Ohnisko šošovky možno nájsť tak, že ňou prejde lúč rovnobežných lúčov. Bod, v ktorom sa zbiehajú, bude jeho ohnisko F. Vzdialenosť od ohniska k šošovke sa nazýva jej ohnisková vzdialenosť f. Paralelné lúče môžu prechádzať aj z druhej strany a teda F je možné nájsť z oboch strán. Každá šošovka má dve f a dve f. Ak je relatívne tenký v porovnaní s jeho ohniskovou vzdialenosťou, potom sú ohniskové vzdialenosti približne rovnaké.

Divergencia a konvergencia

Zbiehavé šošovky sa vyznačujú kladnou ohniskovou vzdialenosťou. Typy šošoviek tohto typu (planokonvexné, bikonvexné, meniskusové) redukujú lúče, ktoré z nich vychádzajú, viac ako boli redukované predtým. Spojovacie šošovky môžu vytvárať skutočné aj virtuálne obrazy. Prvý sa vytvorí iba vtedy, ak vzdialenosť od objektívu k objektu presahuje ohniskovú vzdialenosť.

Divergujúce šošovky sa vyznačujú zápornou ohniskovou vzdialenosťou. Typy šošoviek tohto typu (planokonkávne, bikonkávne, meniskusové) rozptyľujú lúče pred dopadom na ich povrch viac ako boli rozvedené. Divergentné šošovky vytvárajú virtuálny obraz. A až keď je konvergencia dopadajúcich lúčov významná (zbiehajú sa niekde medzi šošovkou a ohniskom na opačnej strane), môžu sa vytvorené lúče stále zbiehať a vytvárať skutočný obraz.

Dôležité rozdiely

Je potrebné venovať pozornosť rozlíšeniu konvergencie alebo divergencie lúčov od konvergencie alebo divergencie šošovky. Typy šošoviek a svetelné lúče sa nemusia zhodovať. Lúče spojené s objektom alebo bodom obrazu sa nazývajú divergentné, ak sa „rozptyľujú“, a konvergentné, ak sa „zhromaždia“ spolu. V akomkoľvek koaxiálnom optickom systéme je optickou osou dráha lúčov. Lúč prechádza pozdĺž tejto osi bez akejkoľvek zmeny smeru v dôsledku lomu. Toto je v skutočnosti dobrá definícia optickej osi.

Lúč, ktorý sa vzďaľuje od optickej osi so vzdialenosťou, sa nazýva divergentný. A ten, ktorý sa k nemu približuje, sa nazýva konvergentný. Lúče rovnobežné s optickou osou majú nulovú konvergenciu alebo divergenciu. Keď teda hovoríme o konvergencii alebo divergencii jedného lúča, koreluje sa s optickou osou.

Niektoré typy, pri ktorých sa lúč vo väčšej miere odchyľuje k optickej osi, sa zbiehajú. V nich sa zbiehajúce sa lúče približujú ešte viac a rozbiehavé sa vzďaľujú menej. Sú dokonca schopné, ak je ich sila na to dostatočná, urobiť lúč rovnobežný alebo dokonca konvergentný. Podobne, rozbiehavá šošovka môže rozbiehajúce sa lúče ešte viac rozširovať a zbiehajúce sa lúče sú rovnobežné alebo rozbiehavé.

lupy

Šošovka s dvoma vypuklými plochami je v strede hrubšia ako na okrajoch a možno ju použiť ako jednoduchú lupu alebo lupu. Pozorovateľ sa cez ňu zároveň pozerá na virtuálny, zväčšený obraz. Objektív fotoaparátu však tvorí na filme alebo snímači skutočný, zvyčajne zmenšený v porovnaní s objektom.

Okuliare

Schopnosť šošovky meniť konvergenciu svetla sa nazýva jej sila. Vyjadruje sa v dioptriách D = 1 / f, kde f je ohnisková vzdialenosť v metroch.

Šošovka so silou 5 dioptrií má f \u003d 20 cm. Práve dioptrie udáva očný lekár pri vypisovaní predpisu na okuliare. Povedzme, že zaznamenal 5,2 dioptrie. Dielňa zoberie hotový 5 dioptrický blank z výroby a trochu obrúsi jeden povrch, aby pridal 0,2 dioptrie. Princípom je, že pre tenké šošovky, v ktorých sú dve gule umiestnené blízko seba, sa dodržiava pravidlo, podľa ktorého sa ich celková mohutnosť rovná súčtu dioptrií každej z nich: D = D 1 + D 2 .

Galileova trúba

Počas doby Galilea (začiatok 17. storočia) boli okuliare v Európe široko dostupné. Zvyčajne sa vyrábali v Holandsku a distribuovali ich pouliční predajcovia. Galileo počul, že niekto v Holandsku vložil dva druhy šošoviek do tubusu, aby sa vzdialené objekty zdali väčšie. Na jednom konci tubusu použil zbiehavú šošovku s dlhým ohniskom a na druhom konci okulár s krátkym ohniskom. Ak sa ohnisková vzdialenosť šošovky rovná f o a okuláru f e , potom by vzdialenosť medzi nimi mala byť f o - f e a výkon (uhlové zväčšenie) f o / f e . Takáto schéma sa nazýva galilejská fajka.

Ďalekohľad má zväčšenie 5 alebo 6 krát, porovnateľné s modernými ručnými ďalekohľadmi. To stačí pre mnohé veľkolepé mesačné krátery, štyri mesiace Jupitera, fázy Venuše, hmloviny a hviezdokopy a slabé hviezdy v Mliečnej dráhe.

Keplerov ďalekohľad

Kepler sa o tom všetkom dopočul (on a Galileo si dopisovali) a postavil iný druh ďalekohľadu s dvoma zbiehavými šošovkami. Tá s najdlhšou ohniskovou vzdialenosťou je šošovka a tá s najkratšou je okulár. Vzdialenosť medzi nimi je f o + f e a uhlový nárast je f o / f e . Tento Kepleriánsky (alebo astronomický) ďalekohľad vytvára prevrátený obraz, ale pre hviezdy alebo Mesiac je to jedno. Táto schéma poskytovala rovnomernejšie osvetlenie zorného poľa ako Galileov teleskop a bola vhodnejšia na použitie, pretože umožňovala udržať oči v pevnej polohe a vidieť celé zorné pole od okraja po okraj. Zariadenie umožnilo dosiahnuť väčšie zväčšenie ako Galileova trubica bez vážneho zhoršenia kvality.

Oba teleskopy trpia sférickou aberáciou, ktorá spôsobuje rozostrenie obrazu, a chromatickou aberáciou, ktorá vytvára farebné halo. Kepler (a Newton) verili, že tieto defekty nemožno prekonať. Nepredpokladali, že sú možné achromatické druhy, ktoré sa stanú známymi až v 19. storočí.

zrkadlové teleskopy

Gregory navrhol, že zrkadlá by sa mohli použiť ako šošovky pre teleskopy, pretože nemajú farebné lemovanie. Newton prevzal túto myšlienku a vytvoril newtonovský tvar ďalekohľadu z konkávneho postriebreného zrkadla a pozitívneho okuláru. Vzor daroval Kráľovskej spoločnosti, kde je dodnes.

Jednošošovkový ďalekohľad dokáže premietať obraz na plátno alebo fotografický film. Správne zväčšenie vyžaduje pozitívnu šošovku s dlhou ohniskovou vzdialenosťou, povedzme 0,5 m, 1 m alebo mnoho metrov. Toto usporiadanie sa často používa v astronomickej fotografii. Pre ľudí neznalých optiky sa môže zdať paradoxné, že slabší teleobjektív poskytuje väčšie zväčšenie.

gule

Predpokladá sa, že staroveké kultúry mohli mať ďalekohľady, pretože vyrábali malé sklenené guľôčky. Problém je v tom, že sa nevie, na čo slúžili, a rozhodne nemohli tvoriť základ dobrého ďalekohľadu. Na zväčšenie malých predmetov sa dali použiť guľôčky, ale kvalita bola sotva uspokojivá.

Ohnisková vzdialenosť ideálnej sklenenej gule je veľmi krátka a vytvára reálny obraz veľmi blízko gule. Okrem toho sú významné aberácie (geometrické skreslenia). Problém spočíva vo vzdialenosti medzi týmito dvoma povrchmi.

Ak však urobíte hlbokú rovníkovú drážku, aby ste zablokovali lúče, ktoré spôsobujú chyby obrazu, z veľmi priemernej lupy sa to zmení na veľkú. Toto riešenie sa pripisuje Coddingtonovi a lupu po ňom pomenovanú dnes možno kúpiť ako malé ručné lupy na skúmanie veľmi malých predmetov. Neexistuje však žiadny dôkaz, že sa to dialo pred 19. storočím.

GAPOU "Akbulak Polytechnic College"
Plán vyučovacej hodiny pre disciplínu: FYZIKA
lekcia číslo 150
dobytka
skupina dátumov
Téma lekcie: Šošovky. Formula tenkých šošoviek
Ciele lekcie:
vzdelávacie -
` sformulovať pojem šošovka, čo sú šošovky;
` ukazujú hlavné charakteristické body šošovky (optický stred, hlavná optická os, hlavné ohniská šošovky)
` vo všetkých základných vzorcoch tenkej šošovky
Rozvíjanie - podporovať rozvoj: myslenia, priestorovej predstavivosti, komunikačných vlastností; pokračovať vo formovaní vedeckého svetonázoru;
Vzdelávacie - Rozvinúť kultúru duševnej práce a prirodzene materialistický svetonázor prostredníctvom lekcie na vzbudenie záujmu o fyziku ako vedu.
. Typ hodiny: _ teoretická
Vybavenie Notebook, projektor, elektronická učebnica
OBSAH LEKCIE
č Etapy vyučovacej hodiny, otázky vyučovacej hodiny Formy a metódy vyučovania Regulácia času
1 organizačná fáza:
Kontrola dochádzky
Kontrola pripravenosti žiakov na vyučovaciu hodinu
Kontrola domácich úloh Stanovenie pripravenosti triedy na vyučovaciu hodinu. 2-3 min.
2 Prezentácia témy relácie Diapozitívy, tabuľa 2 min.
3 Motivačný moment:
Zdôvodnenie potreby štúdia tejto témy pre efektívny rozvoj fyziky
V predchádzajúcich lekciách sme študovali, ako sa svetlo správa v rôznych podmienkach. Študoval zákony optiky. Ako si myslíte, že ľudia využívajú tieto zákony na praktické účely?
Zapojenie žiakov do procesu stanovovania cieľov a zámerov na vyučovacej hodine
Konverzácia. Analýza aktivity 2-3 min
4 Aktualizácia základných vedomostí:
Akú tému ste začali študovať?
Aké zákony poznáte?
Formulujte zákon priamosti šírenia svetla.
Formulujte zákon odrazu svetla.
Formulujte zákon lomu svetla. Frontálny rozhovor 5-7 min.
5. Spracujte tému lekcie:
Čo je šošovka? Aké šošovky existujú?
Prvú zmienku o šošovkách možno nájsť v starogréckej hre
Aristofanes "Oblaky" (424 pred Kr.), kde sa pomocou konvex
sklo a slnečné svetlo spôsobili oheň.
Objektív od neho. ľanové, z lat.šošovica - šošovicaDruhy šošoviek
Hlavné prvky objektívu
HLAVNÁ OPTICKÁ OS je priamka prechádzajúca
stredy guľových plôch ohraničujúcich šošovku.
OPTICKÝ STRED - priesečník hlavnej optickej osi s šošovkou, označený bodom O.
Bočná optická os - akákoľvek priamka prechádzajúca optickým stredom.
Ak lúč svetla dopadá na zbiehavú šošovku,
rovnobežne s hlavnou optickou osou a potom
lom v šošovke, zhromažďujú sa v jednom bode F,
ktorý sa nazýva hlavné ohnisko šošovky.
Existujú dve hlavné zamerania; sú umiestnené na hlavnej optickej osi v rovnakej vzdialenosti od optického stredu šošovky na opačných stranách.
Tenká šošovka - šošovka, ktorej hrúbka je malá v porovnaní s polomermi zakrivenia sférických plôch, ktoré ju obmedzujú.
Vzorce pre tenké šošovky
Optická sila šošovky
1 dioptria je optická mohutnosť šošovky s ohniskovou vzdialenosťou 1 meter.
Obrázky dané objektívom
Typy obrázkov
Vytváranie obrázkov v spojovacej šošovke
dohovorov
F - zaostrenie objektívu
d - vzdialenosť od objektu k šošovke
f je vzdialenosť od šošovky k obrázku
h - výška objektu
H - výška obrazu
D - Optická sila šošovky.
Jednotky optickej sily - dioptrie - [dtpr]
G - zväčšenie šošovky
Praktický význam skúmanej témy Práca s využitím IKT
Elektronická učebnica 22-28 min
6 Zhrnutie hodiny, vyhodnotenie výsledkov práce Rozhovor 2-3 minúty
7. Domáce úlohy 18.4. 331-334 s. 1-2 min
8. Reflexia: do akej miery sa podarilo dosiahnuť cieľ a ciele vyučovacej hodiny? Rozhovor 1-2 min
Prednáša: G.A. Krivosheeva

Objektív je telo, priehľadný a obmedzený. Obmedzovačmi tela objektívu sú najčastejšie buď dve zakrivené plochy, alebo jedna zakrivená a druhá plochá. Ako viete, šošovky sú konvexné a konkávne. V súlade s tým je šošovka konvexná, pričom stred roviny je oproti jej okrajom zosilnený. Konkávne šošovky predstavujú iný obraz: ich stred je tenší v porovnaní s povrchom okraja. Ak je index lomu lúčov prostredia menší ako rovnaký index konvexnej šošovky, potom sa v nej lúč tvorený rovnobežnými lúčmi láme a transformuje na zbiehajúci sa lúč. Konkávne šošovky s takýmito vlastnosťami sa nazývajú zbiehavé šošovky. Ak sa v konkávnej šošovke zväzok rovnobežne smerovaných lúčov pri lomu zmení na divergentné, potom ide o divergentné konkávne šošovky, v ktorých vzduch zohráva úlohu vonkajšieho média.

Šošovka je sférická plocha s geometrickými stredmi. Priamka, ktorá spája stredy, je hlavnou optickou osou. Tenké šošovky majú hrúbku menšiu ako je polomer ich zakrivenia. Pre takéto šošovky platí tvrdenie, že ich vrcholy segmentov sú blízko seba a predstavujú optický stred. V tomto prípade sa akákoľvek priamka prechádzajúca stredom pod uhlom k priamke spájajúcej stredy guľových plôch považuje za bočnú os. Ale na určenie hlavného ohniska šošovky si stačí predstaviť, že lúč lúčov dopadá na konvergujúcu konkávnu šošovku. Okrem toho sú tieto lúče paralelné vzhľadom na hlavnú os. Po refrakcii sa takéto lúče zhromaždia v jednom bode, ktorý bude ohniskom. V ohnisku môžete vidieť pokračovanie lúčov. Sú to lúče pred lomom smerujúce rovnobežne s hlavnou osou. Ale toto zameranie je imaginárne. Je tu aj hlavné ohnisko divergencie šošovky. Alebo skôr dve hlavné zamerania. Ak si predstavíme hlavnú optickú os, tak hlavné ohniská budú na nej v rovnakej vzdialenosti od stredu. Ak vypočítame hodnotu, ktorá bude prevrátená k ohniskovej vzdialenosti, tak dostaneme optickú mohutnosť.

Jednotkou optickej mohutnosti šošovky je dioptria, ak máme na mysli sústavu SI. Je zrejmé, že pre zbiehavú šošovku je jej optická sila kladná hodnota, zatiaľ čo pre rozbiehavú šošovku bude záporná. Ak má rovina tú vlastnosť, že prechádza cez hlavné ohnisko šošovky a zároveň je kolmá na hlavnú os, potom je to ohnisková rovina. Je spoľahlivo známe, že lúče vo forme lúča nasmerovaného na šošovku a súčasne rovnobežného so sekundárnou optickou osou sa budú zhromažďovať v priesečníku osi a ohniskovej roviny. Schopnosť šošoviek odrážať sa a lámať sa využíva v optických prístrojoch.

Všetci poznáme príklady každodenného používania šošoviek: lupa, okuliare, fotoaparát, vo vede a výskume je to mikroskop. Význam objavu vlastností šošovky pre človeka je obrovský. V optike sa najčastejšie používajú sférické šošovky. Sú vyrobené zo skla a sú obmedzené na gule.

Baraba pobočka Novosibirskej vysokej školy dopravných technológií pomenovaná po N.A. Lunin.

Učiteľka: Nagoga Ekaterina Mikhailovna.

Téma: „Šošovky. Konštrukcia v šošovkách. Vzorec pre tenké šošovky.

Cieľ: poskytnúť vedomosti o šošovkách, ich fyzikálnych vlastnostiach a charakteristikách.

Počas vyučovania

Organizácia času

pozdravujem.

Kontrola domácich úloh.

II. Učenie sa nového materiálu

Fenomén lomu svetla je základom fungovania šošoviek a mnohých optických zariadení používaných na ovládanie svetelných lúčov a získavanie optických obrazov.

Objektív je optické priehľadné teleso ohraničené guľovými plochami. existujedva typy šošoviek :

a) konvexné;

b) konkávne.

Konvexné šošovky sú : bikonvexné, plankonvexné, konkávne-konvexné.

Konkávne šošovky môžu byť : bikonkávne, plocho konkávne, konvexne konkávne.

Šošovky, ktorých stredy sú hrubšie ako okraje, sa nazývajúzhromažďovanie , a ktoré majú hrubšie okraje- rozptyl (snímky 3, 4) .

Experimentujte

Lúč svetla smeruje na bikonvexnú šošovku. Sledovaniezberná činnosť takejto šošovky: každý lúč dopadajúci na šošovku sa po jej lomení odchýli od svojho pôvodného smeru a priblíži sa k hlavnej optickej osi.

Opísaná skúsenosť prirodzene vedie žiakov k pojmom hlavné ohnisko a ohnisková vzdialenosť šošovky.

Vzdialenosť od optického stredu šošovky k jej hlavnému ohnisku sa nazývaohnisková vzdialenosť objektívu . Označte ho písmenomF, ako aj samotné zaostrenie (snímky 4-6).

Ďalej je objasnená dráha svetelných lúčov cez rozbiehavú šošovku. Podobným spôsobom sa posudzuje otázka pôsobenia a parametrov divergencie šošovky. Na základe experimentálnych údajov môžeme konštatovať, že ohnisko divergentnej šošovky je imaginárne (snímka 7).

III . Konštrukcia v šošovkách.

Z každého bodu objektu cez šošovku prejde nespočetné množstvo lúčov, z ktorých pre názornosť je na obrázku schematicky znázornená dráha len troch lúčov.

(snímky 8,9)

Ak je objekt v nekonečnej vzdialenosti od šošovky, potom sa jeho obraz získa v zadnom ohnisku šošovky F'platné , hore nohami A znížený do podobného bodu.

(snímka 10)

Ak je objekt umiestnený medzi predné ohnisko a dvojitú ohniskovú vzdialenosť, snímka bude nasnímaná za dvojitou ohniskovou vzdialenosťou a bude skutočná, prevrátená a zväčšená.

(snímka 11)

Ak je objekt umiestnený v dvojnásobnej ohniskovej vzdialenosti šošovky, potom je výsledný obraz na druhej strane šošovky v dvojnásobnej ohniskovej vzdialenosti od nej. Obraz je získaný skutočný, prevrátený a má rovnakú veľkosť ako objekt.

(snímka 12)

Ak je objekt blízko šošovky a je vo vzdialenosti väčšej ako dvojnásobok ohniskovej vzdialenosti šošovky, potom bude jeho obrazplatné , hore nohami A znížený a bude umiestnený za hlavným ohniskom v segmente medzi ním a dvojitou ohniskovou vzdialenosťou.

(snímka 13)

Ak je objekt v rovine predného hlavného ohniska šošovky, potom lúče, ktoré prejdú šošovkou, pôjdu paralelne a obraz je možné získať iba v nekonečne.

(snímka 14)

Ak je objekt umiestnený vo vzdialenosti menšej ako je hlavná ohnisková vzdialenosť, potom lúče opustia šošovku v divergentnom lúči bez toho, aby sa kdekoľvek pretínali. Výsledkom je obrazimaginárny , priamy A zväčšený , teda v tomto prípade šošovka funguje ako lupa.

(snímka 15)

IV. Odvodenie vzorca pre tenké šošovky.

(snímka 16)

Z podobnosti tieňovaných trojuholníkov (obr. 70) vyplýva:

(snímka 17)

kded - vzdialenosť objektu od šošovky;fvzdialenosť od objektívu k obrázku;F - ohnisková vzdialenosť. Optická sila šošovky je:

Pri výpočtoch sú číselné hodnoty skutočných hodnôt vždy nahradené znamienkom plus a imaginárne hodnoty znamienkom mínus (snímka 18).

Lineárne priblíženie

Z podobnosti tieňovaných trojuholníkov (obr. 71) vyplýva:

(snímka 19)

v. Konsolidácia študovaného materiálu.

Prečo sa ohnisko divergentnej šošovky nazýva virtuálne?

Aký je rozdiel medzi skutočným obrazom bodu a imaginárnym?

Podľa akého znamenia sa dá zistiť: táto šošovka sa zbieha alebo rozbieha, súdiac len podľa jej tvaru?

Vymenujte vlastnosť konvexnej šošovky.(Zbierajte rovnobežné lúče do jedného bodu.)

Riešenie úloh č. 1064, 1066 (P) (snímky 20,21)

§ 63-65, č. 1065(R)