Na czym się skupiamy? Moc optyczna soczewki: wzór, jednostka miary

Fizyka lub chemia Dramat gatunkowy, komedia Występuje Victoria Poltorak Maria Viktorova Alexander Luchinin Sergey Godin Anna Nevskaya Lyubov Germanova Alexander Smirnov Kompozytor Alexey Hitman, Maina Neretina ... Wikipedia

Niestacjonarny skrzep gęstej, wysokotemperaturowej plazmy deuterowej, służący jako zlokalizowane źródło neutronów i twardego promieniowania. P. f. powstaje w obszarze kumulacji płaszcza prądowego na osi komory wyładowczej w przypadku tzw. niecylindryczny... Encyklopedia fizyczna

Lewitacja w fizyce to stabilna pozycja obiektu w polu grawitacyjnym bez bezpośredniego kontaktu z innymi obiektami. Niezbędne warunki dla lewitacji w tym sensie są: (1) obecność siły kompensującej grawitację oraz (2) ... ... Wikipedia

Termin ten ma inne znaczenia, patrz Soczewka (znaczenia). Soczewka dwuwypukła Lens (niem. Linse, z łac.... Wikipedia

Archeolodzy znaleźli liczne dowody na to, że w czasach prehistorycznych ludzie wykazywali duże zainteresowanie niebem. Największe wrażenie robią budowle megalityczne zbudowane w Europie i na innych kontynentach kilka tysięcy lat temu.… … Encyklopedia Colliera

Artykuł ten proponuje się skreślić. Wyjaśnienie powodów i odpowiednią dyskusję można znaleźć na stronie Wikipedii: Do usunięcia/19 sierpnia 2012. Podczas omawiania procesu... Wikipedia

Henri Poincaré Henri Poincaré Data urodzenia: 29 kwietnia 1854 (1854 04 29) Miejsce urodzenia: Nancy ... Wikipedia

Dla początkujących · Społeczność · Portale · Nagrody · Projekty · Prośby · Ocena Geografia · Historia · Społeczeństwo · Osobowości · Religia · Sport · Technologia · Nauka · Sztuka · Filozofia ... Wikipedia

Obserwatorium na szczycie Terskol ... Wikipedia

OKO- OKO, najważniejszy z narządów zmysłów, którego główną funkcją jest odbieranie promieni świetlnych oraz ocena ich ilości i jakości (przez nie przechodzi około 80% wszystkich wrażeń świat zewnętrzny). Ta umiejętność należy do siatki... ... Duży encyklopedia medyczna

Książki

• Fizyka w grach, Donat B.. Technologia opiera się na zjawiskach fizycznych. Fizyka zapewnia także szerokie pole do amatorskich zajęć dla dzieci. Ale właśnie w tym obszarze zaobserwowano dotychczas ogromną lukę: nie było ani jednego...

(wklęsły lub rozpraszający). Droga promieni w tego typu soczewkach jest inna, ale światło zawsze ulega załamaniu, jednak aby zapoznać się z ich budową i zasadą działania, należy zapoznać się z tymi samymi pojęciami dla obu typów.

Jeśli narysujemy sferyczne powierzchnie obu stron soczewki tak, aby utworzyły kule, wówczas linia prosta przechodząca przez środki tych kul będzie osią optyczną soczewki. W rzeczywistości oś optyczna przechodzi przez najszerszy punkt soczewki wypukłej i najwęższy punkt soczewki wklęsłej.

Oś optyczna, ostrość obiektywu, ogniskowa

Na tej osi znajduje się punkt, w którym gromadzą się wszystkie promienie przechodzące przez soczewkę zbierającą. W przypadku soczewki rozbieżnej możemy narysować kontynuacje promieni rozbieżnych i wówczas otrzymamy punkt, również znajdujący się na osi optycznej, w którym zbiegają się wszystkie te kontynuacje. Punkt ten nazywany jest ogniskiem soczewki.

Soczewka skupiająca ma prawdziwą ostrość i jest zlokalizowana Odwrotna strona z promieni padających soczewka rozpraszająca ma wyimaginowane ognisko i znajduje się po tej samej stronie, z której światło pada na soczewkę.

Punkt na osi optycznej znajdujący się dokładnie w środku soczewki nazywany jest jej środkiem optycznym. Odległość od środka optycznego do ogniska soczewki to ogniskowa soczewki.

Długość ogniskowa zależy od stopnia krzywizny powierzchni sferycznych soczewki. Bardziej wypukłe powierzchnie będą silniej załamywać promienie i odpowiednio zmniejszać ogniskową. Jeśli ogniskowa jest krótsza, wówczas obiektyw zapewni większe powiększenie obrazu.

Moc optyczna soczewki: wzór, jednostka miary

Aby scharakteryzować zdolność powiększającą soczewki, wprowadzono pojęcie „mocy optycznej”. Moc optyczna soczewki jest odwrotnością jej ogniskowej. Moc optyczna soczewki wyraża się wzorem:

gdzie D to moc optyczna, F to ogniskowa soczewki.

Jednostką miary mocy optycznej soczewki jest dioptria (1 dioptria). 1 dioptria to moc optyczna soczewki, której ogniskowa wynosi 1 metr. Im krótsza ogniskowa, tym większa moc optyczna, czyli tym bardziej soczewka powiększa obraz.

Ponieważ ognisko soczewki rozpraszającej jest urojone, zgodziliśmy się przyjąć, że jej ogniskowa jest wartością ujemną. W związku z tym jego moc optyczna jest również wartością ujemną. Jeśli chodzi o soczewkę skupiającą, jej ostrość jest rzeczywista, dlatego zarówno ogniskowa, jak i moc optyczna soczewki skupiającej są wielkościami dodatnimi.

Strona 1

Głównym ogniskiem soczewki jest punkt, w którym zbiegają się równoległe promienie światła padające na soczewkę.

Odległość od głównego ogniska soczewki do jej środka optycznego nazywa się ogniskową soczewki. Każda soczewka ma dwa ogniska, ponieważ może załamywać promienie świetlne padające z obu stron. Numeracja ognisk (pierwsze, drugie) odbywa się w kierunku promieni padających na soczewkę.

Odległość F pomiędzy głównym ogniskiem soczewki a jej środkiem optycznym nazywa się ogniskową główną. Jeśli główny cel jeśli jest rzeczywisty, to F uważa się za dodatnie, a jeśli urojone, to F uważa się za ujemne.

Obiekt znajduje się pomiędzy podwójnym a głównym ogniskiem obiektywu.

Płaszczyzna przechodząca przez główne ognisko soczewki prostopadle do głównej osi optycznej nazywana jest ogniskową.

Płaszczyzna przechodząca przez główne ognisko soczewki prostopadle do jej głównej osi optycznej nazywana jest płaszczyzną ogniskową.

Płaszczyzna przechodząca przez główne ognisko soczewki prostopadle do głównej osi optycznej nazywana jest płaszczyzną ogniskową.

Przypomnijmy krótko, że głównym ogniskiem soczewki jest punkt, w którym zbiegają się wszystkie promienie, które przed załamaniem biegły równolegle do osi optycznej. Soczewka dwuwypukła ma dwa główne ogniska umieszczone po obu stronach soczewki. Tylne ogniskowanie F t leży w przestrzeni obrazu.

Ponieważ skala znajduje się w głównym ognisku soczewki, promienie z dowolnego podziału skali wychodzą z soczewki równolegle; jeśli teleskop jest nastawiony na obserwację ciał niebieskich, skala będzie optycznie pokrywać się z krzyżem teleskopu. Jeżeli dany podział skali pokrywa się ze środkiem krzyża teleskopu, linia łącząca ten podział ze środkiem optycznym obiektywu musi być równoległa do linii wzroku teleskopu. Mocując magnes i przesuwając teleskop, możemy wyznaczyć wartość kątową działek skali, a następnie, gdy magnes jest zawieszony i znane jest położenie teleskopu, w dowolnym momencie możemy określić położenie magnesu, czytając odczyty z podziałki skali pokrywającej się z krzyżem.

Obiektyw jest przezroczystym ciałem ograniczonym dwiema kulistymi powierzchniami. Jeżeli grubość samej soczewki jest mała w porównaniu z promieniem krzywizny powierzchni kulistych, wówczas soczewkę nazywa się cienki .

Soczewki są częścią prawie wszystkich instrumentów optycznych. Są soczewki zbieranie I rozpraszanie . Soczewka skupiająca w środku jest grubsza niż na krawędziach, soczewka rozpraszająca natomiast jest cieńsza w środku (ryc. 3.3.1).

Linia prosta przechodząca przez środki krzywizny O 1 i O 2 powierzchnie kuliste, tzw główna oś optyczna soczewki. W przypadku cienkich soczewek możemy w przybliżeniu założyć, że główna oś optyczna przecina się z soczewką w jednym punkcie, co zwykle nazywa się centrum optyczne soczewki O. Wiązka światła przechodzi przez środek optyczny soczewki, nie odchylając się od pierwotnego kierunku. Nazywa się wszystkie linie proste przechodzące przez środek optyczny wtórne osie optyczne .

Jeżeli wiązka promieni równoległa do głównej osi optycznej zostanie skierowana na soczewkę, to po przejściu przez soczewkę promienie (lub ich kontynuacja) zbiegną się w jednym punkcie F, który jest nazywany główny cel soczewki. Cienka soczewka ma dwa główne ogniska, rozmieszczone symetrycznie na głównej osi optycznej względem soczewki. Soczewki skupiające mają ogniska rzeczywiste, natomiast soczewki rozbieżne mają ogniska urojone. Wiązki promieni równoległe do jednej z wtórnych osi optycznych po przejściu przez soczewkę również skupiają się w punkcie F", który znajduje się na przecięciu osi pomocniczej z płaszczyzna ogniskowa F, czyli płaszczyzna prostopadła do głównej osi optycznej i przechodząca przez ognisko główne (ryc. 3.3.2). Odległość pomiędzy optycznym środkiem soczewki O i główny nacisk F zwana ogniskową. Jest to oznaczone tą samą literą F.

Główną właściwością soczewek jest zdolność do zapewnienia obrazy obiektów . Pojawiają się obrazy prosty I do góry nogami , ważny I wyimaginowany , Na przesadny I zredukowany .

Położenie obrazu i jego charakter można określić za pomocą konstrukcji geometrycznych. Aby to zrobić, wykorzystaj właściwości niektórych standardowych promieni, których przebieg jest znany. Są to promienie przechodzące przez środek optyczny lub jedno z ognisk soczewki, a także promienie równoległe do głównej lub jednej z drugorzędnych osi optycznych. Przykłady takich konstrukcji przedstawiono na ryc. 3.3.3 i 3.3.4.

Należy zauważyć, że niektóre standardowe promienie użyte na ryc. 3.3.3 i 3.3.4 do obrazowania nie przechodzą przez obiektyw. Promienie te w rzeczywistości nie biorą udziału w tworzeniu obrazu, ale można je wykorzystać do konstrukcji.

Położenie obrazu i jego charakter (rzeczywisty lub wyimaginowany) można również obliczyć za pomocą formuły cienkich soczewek . Jeśli odległość przedmiotu od soczewki jest oznaczona przez D i odległość od soczewki do obrazu F, wówczas wzór na cienką soczewkę można zapisać jako:

Rozmiar D, odwrotność ogniskowej. zwany moc optyczna soczewki. Jednostką miary mocy optycznej jest dioptria (doptera). Dioptria - moc optyczna soczewki o ogniskowej 1 m:

Wzór na cienką soczewkę jest podobny do wzoru na zwierciadło sferyczne. Można to uzyskać dla promieni przyosiowych z podobieństwa trójkątów na ryc. 3.3.3 lub 3.3.4.

Zwyczajowo przypisuje się określone znaki ogniskowym soczewek: dla soczewki skupiającej F> 0, dla rozpraszania F < 0.

Wielkie ilości D I F przestrzegaj także pewnej zasady znaku:

D> 0 i F> 0 - dla obiektów rzeczywistych (czyli rzeczywistych źródeł światła, a nie przedłużeń promieni zbiegających się za soczewką) i obrazów;

D < 0 и F < 0 - для мнимых источников и изображений.

Dla przypadku pokazanego na ryc. 3.3.3, mamy: F> 0 (soczewka skupiająca), D = 3F> 0 (prawdziwy podmiot).

Stosując wzór na cienką soczewkę otrzymujemy: zatem obraz jest prawdziwy.

W przypadku pokazanym na rys. 3.3.4, F < 0 (линза рассеивающая), D = 2|F| > 0 (prawdziwy podmiot), , czyli obraz jest wyimaginowany.

W zależności od położenia obiektu względem soczewki zmieniają się wymiary liniowe obrazu. Wzrost liniowy soczewki Γ to stosunek wymiarów liniowych obrazu H" i temat H. Rozmiar H", podobnie jak w przypadku zwierciadła sferycznego, wygodnie jest przypisać znaki plus lub minus w zależności od tego, czy obraz jest pionowy, czy odwrócony. Ogrom H jest zawsze oceniany pozytywnie. Zatem dla obrazów bezpośrednich Γ > 0, dla obrazów odwróconych Γ< 0. Из подобия треугольников на рис. 3.3.3 и 3.3.4 легко получить формулу для линейного увеличения тонкой линзы:

W rozważanym przykładzie z soczewką skupiającą (ryc. 3.3.3): D = 3F > 0, , stąd, - obraz jest odwrócony i zmniejszony 2 razy.

W przykładzie z soczewką rozpraszającą (ryc. 3.3.4): D = 2|F| > 0, ; dlatego obraz jest pionowy i zmniejszony 3 razy.

Moc optyczna D soczewki zależy zarówno od promienia krzywizny R 1 i R 2 jego powierzchni kulistych oraz na współczynniku załamania światła N materiał, z którego wykonana jest soczewka. Na kursach optyki sprawdza się następująca formuła:

Promień krzywizny powierzchni wypukłej uważa się za dodatni, a powierzchni wklęsłej za ujemny. Formuła ta stosowana jest do produkcji soczewek o danej mocy optycznej.

W wielu przyrządy optyczneświatło przechodzi kolejno przez dwie lub więcej soczewek. Obraz przedmiotu dany przez pierwszą soczewkę służy jako obiekt (rzeczywisty lub urojony) dla drugiej soczewki, która konstruuje drugi obraz przedmiotu. Ten drugi obraz może być również rzeczywisty lub wyimaginowany. Obliczenie system optyczny dwóch cienkich soczewek sprowadza się do dwukrotnego nałożenia formuły soczewki, zachowując jednocześnie odległość D 2 z pierwszego obrazu do drugiego obiektywu należy ustawić na równą wartość l - F 1 gdzie l- odległość między soczewkami. Wartość obliczona przy użyciu wzoru soczewki F 2 określa położenie drugiego obrazu i jego charakter ( F 2 > 0 - obraz rzeczywisty, F 2 < 0 - мнимое). Общее линейное увеличение Γ системы из двух линз равно произведению линейных увеличений обеих линз: Γ = Γ 1 · Γ 2 . Если предмет или его изображение находятся в бесконечности, то линейное увеличение утрачивает смысл, изменяются только угловые расстояния.

Szczególnym przypadkiem jest teleskopowa droga promieni w układzie dwóch soczewek, gdy zarówno przedmiot, jak i drugi obraz znajdują się w nieskończenie dużych odległościach. Teleskopowa ścieżka wiązki jest zaimplementowana w lunety celownicze - Rura astronomiczna Keplera I Rura uziemiająca Galileusza .

Cienkie soczewki mają wiele wad, które nie pozwalają na uzyskanie obrazów wysokiej jakości. Zniekształcenia powstające podczas tworzenia obrazu nazywane są zniekształceniami aberracje . Najważniejsze są kulisty I chromatyczny aberracje. Aberracja sferyczna objawia się tym, że w przypadku szerokich wiązek światła promienie oddalone od osi optycznej przecinają ją nieostro. Wzór na cienką soczewkę obowiązuje tylko dla promieni bliskich osi optycznej. Obraz odległego źródła punktowego, utworzony przez szeroką wiązkę promieni załamanych przez soczewkę, okazuje się zamazany.

Aberracja chromatyczna występuje, ponieważ współczynnik załamania światła materiału soczewki zależy od długości fali światła λ. Ta właściwość przezroczystych mediów nazywa się dyspersją. Ogniskowa obiektywu jest różna dla światła o różnych długościach fal, co przy zastosowaniu światła niemonochromatycznego powoduje rozmycie obrazu.

Nowoczesne urządzenia optyczne nie wykorzystują cienkich soczewek, ale złożone układy wielosoczewkowe, w których można w przybliżeniu wyeliminować różne aberracje.

Formacja przez soczewkę zbierającą prawdziwy obraz Przedmiot jest używany w wielu instrumentach optycznych, takich jak aparat, projektor itp.

Kamera Jest to zamknięta, światłoszczelna komora. Obraz fotografowanych obiektów tworzony jest na kliszy fotograficznej za pomocą systemu soczewek tzw obiektyw . Specjalna przesłona umożliwia otwarcie obiektywu na czas ekspozycji.

Cechą szczególną aparatu jest to, że płaska klisza powinna dawać dość ostre obrazy obiektów znajdujących się w różnych odległościach.

W płaszczyźnie filmu ostre są jedynie obrazy obiektów znajdujących się w określonej odległości. Ostrość uzyskuje się poprzez przesuwanie obiektywu względem kliszy. Obrazy punktów, które nie leżą na ostrej płaszczyźnie wskazującej, wydają się rozmyte w postaci rozproszonych okręgów. Rozmiar D Okręgi te można zmniejszyć przymykając obiektyw, tj. zmniejszenie względna dziuraA / F(Rys. 3.3.5). Dzięki temu zwiększa się głębia ostrości.

Aparat projekcyjny przeznaczony do uzyskiwania obrazów o dużej skali. Obiektyw O projektor skupia obraz płaskiego obiektu (slajd D) na zdalnym ekranie E (rys. 3.3.6). System soczewek K, zwany skraplacz , przeznaczony do skupiania światła źródła S na slajdzie. Na ekranie E tworzony jest naprawdę powiększony, odwrócony obraz. Zmiana powiększenia aparatu projekcyjnego możliwa jest poprzez przybliżanie lub oddalanie ekranu E przy jednoczesnej zmianie odległości pomiędzy slajdami D i obiektyw O.