Objektivy | Fyzika

Odraz a lom světla se používá ke změně směru paprsků, nebo, jak se říká, k ovládání světelných paprsků. To je základem pro použití takových zařízení a nástrojů, jako jsou reflektory, lupy, mikroskopy, fotoaparáty atd. Hlavní součástí většiny z nich je čočka.

S objektivem (z lat. čočka – lentil) je průhledné (zpravidla skleněné) tělo, ohraničené dvěma kulovými plochami.

Rozlišovat konvexní čočky, které mají silnější střed než okraje, a konkávní čočky, které mají tenčí střed než okraje. Řezy těmito čočkami jsou znázorněny na obrázcích 89, a (konvexní čočky) a 89, b (konkávní čočky). Tyto stejné obrázky ukazují konvenční označení čoček.

Přímka procházející středy C₁ a C₂ kulové povrchy, které spojují čočku, se nazývají hlavní optická osa čočky. Bod O na této ose se nazývá optický střed čočky.

Dráha světelných paprsků v konvexních a konkávních čočkách je odlišná. Konvexní skleněné čočky zavěšené ve vzduchu přeměňují paralelní paprsek světelných paprsků na sbíhající se; proto se jim jinak říká sbírání (obr. 90, a). Konkávní skleněné čočky vytvářejí rozbíhavý paprsek světla, proto se jim říká rozptylování (obr. 90, b).

Bod F (viz obr. 90), ve kterém se buď samy světelné paprsky po lomu v čočce protínají, když čočka sbíhá, nebo jejich pokračování v opačném směru, když čočka diverguje, se nazývá hlavní ohnisko čočky. Sbíhavé čočky mají skutečné ohnisko, zatímco divergenční čočky mají pomyslné ohnisko.

Každý objektiv má dva hlavní ohniska, jeden na každé straně. Pokud je stejné médium na levé a pravé straně čočky, pak jsou obě tato ohniska umístěna ve stejné vzdálenosti od čočky.

Vzdálenost od optického středu čočky k jejímu hlavnímu ohnisku se nazývá ohnisková vzdálenost čočky; označují ho stejným písmenem jako samotné ohnisko:

F je ohnisková vzdálenost objektivu.

Ohnisková vzdálenost čočky závisí na míře zakřivení jejích povrchů. Čočka s více konvexními povrchy láme paprsky silněji než čočka s méně konvexními povrchy, a proto má kratší ohniskovou vzdálenost.

Pro určení ohniskové vzdálenosti sběrné čočky je nutné nasměrovat na ni sluneční paprsky a po získání ostrého obrazu Slunce na stínítku za čočkou změřit vzdálenost od čočky k tomuto obrázku. Vzhledem k tomu, že paprsky díky extrémní vzdálenosti Slunce dopadnou na čočku v prakticky rovnoběžném paprsku, bude se tento obraz nacházet téměř přesně v ohnisku čočky.

Fyzikální veličina převrácená ohniskové vzdálenosti čočky je označena písmenem D a nazývá se optická mohutnost čočky:

Čím menší je ohnisková vzdálenost čočky, tím větší je její optická mohutnost, tedy tím silněji láme paprsky.

Jednotkou SI optického výkonu je metr na minus první mocninu (m -1 ). Jinak se tato jednotka nazývá dioptrie (dptr). 1 Dptr je optická mohutnost čočky s ohniskovou vzdáleností 1 m.

Sbíhavé a divergentní čočky mají různé optické mohutnosti. Konvergované čočky mají skutečné ohnisko, takže jejich ohnisková vzdálenost a optická mohutnost jsou považovány za kladné (F > 0, D > 0). Divergenční čočky mají virtuální ohnisko, takže jejich ohnisková vzdálenost a optická mohutnost jsou považovány za negativní (F < 0, D < 0).

Mnoho optických přístrojů se skládá z několika čoček. Optická mohutnost systému několika blízko sebe umístěných čoček se rovná součtu optických mohutností všech čoček v tomto systému. Pokud například existují dvě čočky s optickou mohutností D₁ a D.₂, pak se jejich celkový optický výkon bude rovnat:

Všimněte si, že se sčítají pouze optické mohutnosti. Nemá smysl sčítat ohniskové vzdálenosti, protože ohnisková vzdálenost několika objektivů se neshoduje se součtem ohniskových vzdáleností jednotlivých objektivů.

. 1. Co se nazývá čočka? 2. Jaký je rozdíl mezi konvexními a konkávními čočkami? 3. Které čočky se sbíhají a které se rozbíhají? 4. Jak se nazývá hlavní optická osa čočky? 5. Jaký bod se nazývá hlavní ohnisko objektivu? 6. Jaká je ohnisková vzdálenost objektivu? 7. Jak se nazývá optická mohutnost čočky? 8. Jak se nazývá jednotka optické mohutnosti čočky? 9. Jak lze změřit ohniskovou vzdálenost konvergující čočky? 10. Které čočky mají kladnou optickou mohutnost a které zápornou? 11. Jak se zjistí optická mohutnost systému více čoček? 12. Bodový zdroj světla byl umístěn v hlavním ohnisku spojné čočky. Nakreslete diagram znázorňující cestu paprsků vycházejících z tohoto zdroje a procházejících čočkou.

Experimentální úkol. Změřte ohniskovou vzdálenost spojky. Pokud nemáte běžnou čočku, použijte brýle s konvexními čočkami. Pokud slunce není vidět kvůli mrakům, použijte jako vzdálený zdroj světla zeď domu naproti vašim oknům, strom nebo jiný dobře osvětlený objekt.

Koncepce čočky je jedním ze základních prvků optiky, fyzikya inženýrské vědy. Objektivy se používají v široké škále zařízení, od brýlí a fotoaparátů až po mikroskopy a dalekohledy. Ve své nejjednodušší podobě, objektivu je průhledný předmět se zakřiveným povrchem, který dokáže měnit směr světelných paprsků dopadajících na něj. Vytvořené obrázky čočky, lze zvětšit nebo zmenšit a lze je zaostřit nebo rozostřit, díky čemuž jsou čočky nepostradatelnými nástroji v mnoha oblastech.

Čočky jsou průhledná tělesa ohraničená z obou stran sférickými plochami.

Existují dva typy čoček – konvexní и konkávní.

Objektiv, který má okraje mnohem tenčí než střed, je konvexní.

Objektiv, který má silnější okraje než střed, je konkávní.

Přímka procházející středy kulových ploch, které spojují čočku, se nazývá optická osa.

Konvergovaná čočka

Pokud nasměrujeme světelné paprsky, které jdou paralelně optická osa, na konvexní čočce, pak se po průchodu čočkou budou sbíhat v jednom bodě. Tento bod, tzv ohnisko objektivu, je výsledkem zaostřování paprsků a nachází se na optická osa.

Obrázek vpravo ukazuje, jak schematicky znázornit konvexní čočka.

Každá konvexní čočka má dvě ohniska, jeden na každé straně.

Vzdálenost od objektivu k jeho zaměřit se tzv. ohnisková vzdálenost čočky a je označen písmenem F.

Konvexní čočka se nazývá konvergující čočka.

divergenční čočka

Konkávní čočka má opačné optické vlastnosti než konvergující čočka.

Pokud míříme na konkávní čočka paprsky světla, které jsou rovnoběžné optická osa, pak budou rozptýleny v různých směrech a nebudou zaostřeny v jednom bodě, jak se to stává u paprsků světla dopadajících na konvergující čočka.

Proto konkávní čočka neexistuje jediný bod, který by se dal pojmenovat soustředit. Pokud však budeme pokračovat v paprskech, které po průchodu čočkou jdou pod úhlem do optická osa, pak se nakonec protnou v jednom bodě objektiv.

Tento bod se nazývá pomyslné zaměření.

Obrázek vpravo ukazuje, jak schematicky znázornit konkávní čočka.

Konkávní čočka se nazývá divergenční čočka.

Snímky vytvořené konvergující čočkou

1. Objekt se nachází mezi spojnou čočkou a ohniskem (0

Abychom sestrojili obraz předmětu umístěného mezi ohniskem a spojnou čočkou, musíme pro každý bod, který chceme zobrazit, použít následující schéma.

Kreslíme dva paprsky: jeden prochází skrz střed objektivu, druhý je nakreslen rovnoběžně optická osa. Paprsek procházející středem čočky se neláme.. Paprsek, který jde paralelně optická osa, po lomu v čočka, projde zaměření.

Bereme přesně tyto dva paprsky, protože Jejich chování při práci s čočkami je přesně známo.

Samotný obraz nelze získat za objektivem, protože tyto dva paprsky se neprotínají.

Obraz bude získán na straně objektu v průsečíku. pokračování tyto dva paprsky.

Obraz, který vznikne průsečíkem prodloužení rozbíhavých paprsků za čočkou, se nazývá imaginární. Obraz se nazývá platný, pokud je získán jako výsledek průniku skutečných lomených paprsků. Nemovitý obraz lze získat na obrazovce.

Imaginární Obraz je optický obraz předmětu vytvořený rozbíhavým svazkem paprsků, který prošel optickým systémem, pokud v nich v duchu pokračujeme v opačném směru, dokud se neprotnou. Na rozdíl od platný, imaginární obrázek nelze získat na obrazovce nebo fotografickém filmu.

Je možné schematicky znázornit konstrukci objektu umístěného mezi ohniskem a čočkou (0

Obraz je získán jako vzpřímený (nepřevrácený), virtuální, zvětšený.

2. Objekt je v ohniskové vzdálenosti (d = F).

Když se položka nachází v zaměření sbírání čočky, paprsky světla, o kterých jsme hovořili dříve, vycházející z každého bodu objektu, se po průchodu stanou paralelními objektiv. To znamená, že se vzájemně neprolínají a nevytvářejí obraz. Místo toho se paprsky rozcházejí a vytvářejí nekonečně vzdálený obraz, který ve skutečnosti neexistuje.

Není k dispozici žádný obrázek.

3. Objekt je mezi zaostřením a dvojitým zaostřením (F

Obraz je skutečný, zvětšený a převrácený.

Obraz je získán při dvojnásobné ohniskové vzdálenosti.

4. Objekt má dvojnásobnou ohniskovou vzdálenost (d = 2F).

Z každého bodu objektu znázorníme dva paprsky. Jeden paprsek směřuje rovnoběžně s optickou osou a po průchodu čočkou projde ohniskem. Druhý paprsek prochází středem čočky a neláme se. Bod, kde se tyto dva paprsky po průchodu čočkou protnou, je obrazem tohoto bodu předmětu.

Obraz je získán skutečný, převrácený, v přirozené velikosti.

Obraz je získán při dvojnásobné ohniskové vzdálenosti na druhé straně objektivu od objektu.

5. Objekt se nachází dále od spojky než 2F (d > 2F).

Pro sestrojení obrazu každého bodu předmětu je nutné nakreslit dva paprsky: paprsek rovnoběžný s optickou osou a procházející po lomu ohniskem čočky a paprsek procházející středem čočky bez lomu. Průsečík těchto paprsků určuje polohu obrazu.

Obraz je skutečný, převrácený a zmenšený.

Obrázky vytvořené rozbíhavou čočkou

Divergenční čočka dává snížena, imaginární и přímý (nepřevrácený) obrázek, který je na stejné straně čočky, což je předmět. Nezáleží na poloze předmětu vzhledem k čočce.

Když paprsky rovnoběžné s optickou osou procházejí divergující čočkou, jsou rozptýleny a po výstupu z čočky pokračují v divergenci v různých směrech. Pokud budeme pokračovat ve směru těchto paprsků zpět, protnou se v imaginární soustředit divergenční čočka.

Pro sestrojení obrazu bodu předmětu daného divergenční čočkou jsou tedy nakresleny dva paprsky: první paprsek jde z bodu předmětu a prochází středem čočky bez lomu, druhý paprsek jde rovnoběžně optická osa čočky, se rozptýlí a mentálně pokračuje v opačném směru než imaginární soustředit. Když se tyto dva paprsky protnou, dostaneme imaginární obrázek tohoto bodu.

Obraz v divergenční čočce je vždy zmenšený, virtuální a vzpřímený (ne převrácený).

Podívali jsme se tedy na základní principy konstrukce obrazů pomocí čoček, a to jak konvergujících, tak divergujících. Ukazuje se, že naše oko funguje také jako optický systém, kterým vnímáme svět kolem nás. Obrazy, které vidíme, jsou také tvořeny lomem světla v oku. Pochopení principů optiky nám umožňuje lépe porozumět světu kolem nás a vytvářet nová zařízení a technologie, jako jsou čočky pro fotoaparáty, mikroskopy, dalekohledy a další optické přístroje. Doufám, že tento článek byl užitečný a pomohl vám lépe porozumět světu optiky.