Objektivi: vrste leća (fizika). Vrste prikupljanja, optičkih, raspršenih leća. Kako odrediti vrstu leće?

Leće, u pravilu, imaju sferičnu ili blisku sferičnu površinu. Mogu biti konkavni, konveksni ili ravni (polumjer je jednak beskonačnosti). Imaju dvije površine kroz koje prolazi svjetlost. Mogu se kombinirati na različite načine, stvarajući različite tipove leća (fotografija je dano u članku):

• Ako su obje površine konveksne (zakrivljene prema van), središnji dio je deblji nego na rubovima.
• Objektiv s konveksnom i konkavnom sferom naziva se menisk.
• Objektiv s jednom ravnom površinom zove se ravno-konkavno ili ravnoplavno, ovisno o prirodi druge sfere.

Kako odrediti vrstu leće? Dopustite mi da se više posvetimo ovom pitanju.

Prikupljanje leća: vrste leća

Bez obzira na kombinaciju površina, ako je njihova debljina u središnjem dijelu veća nego na rubovima, oni se nazivaju kolektori. Imaju pozitivnu žarišnu duljinu. Postoje sljedeće vrste sakupljačkih leća:

• ravnokonveksan,
• bikonveksan,
• konkavno-konveksan (menisk).

Pozvani su i kao "pozitivni".

Raspršivačke leće: vrste leća

Ako je njihova debljina u sredini tanji nego na rubovima, oni se nazivaju raspršivači. Imati negativan žarišna duljina. Postoje takve vrste raspršnih leća:

• ravnokonkavan,
• izdubljen,
• konveksno-konkavno (menisk).

Oni su također nazvani "negativni".

Osnovni pojmovi

Razlike od izvora točke razlikuju se od jedne točke. Pozvani su kao skup. Kada snop ulazi u objektiv, svaka se zraka reflektira, mijenjajući smjer. Iz tog razloga, zraka može ostaviti objektiv više ili manje divergentan.

Neke vrste optičkih leća mijenjaju smjer zraka tako da one konvergiraju u jednom trenutku. Ako se izvor svjetla nalazi barem na žarišnoj duljini, zraka se konvergira u točki koja je barem na istoj udaljenosti.

Stvarne i imaginarne slike

Izvorni izvor svjetlosti zove se stvarni objekt, a točka konvergencije zrake zraka koja izlazi iz leće je njegova stvarna slika.

Važno je niz točkastih izvora koji se, u pravilu, distribuiraju ravnom površinom. Primjer je slika na matirano staklo, istaknuto na poleđini. Drugi primjer je filmska traka, osvijetljena odostraga, tako da svjetlost od njega prolazi kroz objektiv, množeći sliku na ravnom zaslonu.

U tim slučajevima govorimo o ravnini. Točke na ravnini slike 1: 1 odgovaraju točkama na ravnini objekta. Isto se odnosi i na geometrijske slike, iako se rezultirajuća slika može preokrenuti s obzirom na objekt odozgo prema dolje ili s lijeva na desno.

Konvergencija zraka u jednoj točki stvara stvarnu sliku, a odstupanje je zamišljeno. Kada se jasno vidi na zaslonu - to je stvarno. Ako se slika može promatrati, samo gledajući kroz objektiv u smjeru izvora svjetlosti, zove se zamišljeno. Razmišljanje u zrcalu je imaginarno. Slika koja se može vidjeti i kroz teleskop. No projekcija leće fotoaparata na filmu daje pravi prikaz.

Žarišna duljina

Fokus leće može se naći donošenjem zrake paralelnih zraka kroz nju. Točka na kojoj se konvergiraju bit će fokus F. Udaljenost od fokalne točke do leće naziva se žarišna duljina f. Paralele zrake također se mogu propustiti na drugoj strani i na taj način pronaći F s obje strane. Svaka leća ima dva F i dva f. Ako je relativno tanak u usporedbi sa žarišnom duljinom, potonji su približno jednaki.

Divergencija i konvergencija

Pozitivnu žarišnu duljinu karakteriziraju sakupljačke leće. Vrste leća ovog tipa (planno-konveksna, biconvex, menisk) smanjuju zrake koje iz njih proizlaze, više nego što su prije bile smanjene. Prikupljanje leća može stvoriti i stvarnu i imaginarnu sliku. Prva se formira samo ako udaljenost od objektiva do objekta premašuje žarišnu duljinu.

Negativne žarišne duljine karakteriziraju raspršivačke leće. Vrste leća ovog tipa (flat-concave, biconcave, menisk) razrjeđuju zrake više nego što su rastavili prije nego što su stigli na površinu. Raspršivačke leće stvaraju zamišljenu sliku. I samo kada je konvergencija incidentnih zraka značajna (one konvergiraju negdje između leće i žarišne točke na suprotnoj strani), formirane zrake mogu i dalje konvergirati, stvarajući stvarnu sliku.

Važne razlike

Treba biti vrlo oprezan da razlikuju konvergencije ili divergencije zraka od konvergencije ili divergencije leće. Vrste leća i svjetlosnih greda ne mogu se podudarati. Zrake povezane s objektom ili točkom slike zovu se divergentnim ako se "raspršuju" i konvergiraju ako se "skupljaju" zajedno. U bilo kojem koaksijalnom optički sustav os predstavlja stazu zraka. Greda duž ove osi prolazi bez ikakve promjene u smjeru gibanja zbog refrakcije. To je zapravo dobra definicija optičke osi.

Zraka koja se odvaja od optičke osi s udaljenosti zove se divergentna. A onaj koji se približava njoj zove se konvergentan. Rade paralelne optičkoj osi imaju nulu konvergencije ili divergencije. Dakle, kada se govori o konvergenciji ili divergenciji jedne zrake, ona je povezana s optičkom osi.

Neke vrste leća, čija je fizika takva da se snopovi odstupaju više prema optičkoj osi, prikupljaju. U njima konvergentne zrake konvergiraju se još više, a divergentne zrake se manje povlače. Čak su sposobni, ako je njihova snaga dovoljna za to, da bi se snop paralelne ili čak konvergirao. Slično, raspršenje leće može razrijediti divergentne zrake čak i više, a konvergentne one mogu biti paralelne ili divergentne.

Povećala

Objektiv s dvije konveksne površine deblji je u sredini nego na rubovima i može se koristiti kao jednostavno povećalo ili povećalo. Istodobno, promatrač ga gleda na zamišljenu, povećanu sliku. Objektiv fotoaparata, međutim, stvara stvarnu, obično smanjenu veličinu, na filmu ili senzoru u usporedbi s objektom.

naočale

Sposobnost leće da promijeni konvergenciju svjetlosti zove se njegova snaga. Izražava se u dioptriima D = 1 / f, gdje je f žarišna duljina u metrima.

Na leći s snagom od 5 dioptera f = 20 cm. To je dioptri koji označava oculist, ispisujući na recept čaše. Recimo da je zabilježio 5,2 dioptrije. U radionici uzmite gotovu zalihu od 5 dioptera dobivenih u tvornici i polirati malu površinu da biste dodali 0,2 dioptera. Načelo je da za tanke leće u kojima su dvije sfere smještene jedna uz drugu, promatra se pravilo prema kojem je njihova ukupna sila jednaka zbroju dioptrija svake: D = D₁ + D₂.

Galileo cijev

U vremenima Galileja (početkom XVII. Stoljeća), točke u Europi bile su široko dostupne. Oni su, u pravilu, napravljeni u Nizozemskoj i distribuirani od strane uličnih dobavljača. Galileo je čuo da je netko u Nizozemskoj stavio dvije vrste leća u cijev, tako da su udaljeni objekti izgledali veći. Koristio je dugo fokusiranje za skupljanje leće na jednom kraju cijevi, a na drugom kraju okular za kratko fokusiranje. Ako je žarišna duljina leće je jednak f_o i okulara f_e, onda je udaljenost između njih mora biti f_o-f_e, i sila (kutni uvećanje) f_o/ f_e. Takva se shema naziva galilejska cijev.

Teleskop ima povećanje od 5 ili 6 puta, usporedivo s modernim ručnim dvogledom. Ovo je dovoljno za mnoge uzbudljive astronomska promatranja. Možete lako vidjeti lunarni kratera, četiri mjeseca Jupitera, prstenovi Saturn, faze Venere, maglica i zvijezda klastera, kao i slabe zvijezde na Mliječnom putu.

Keplerov teleskop

Kepler je čuo za sve ovo (on i Galileo su bili u korespondenciji) i izgradili drugu vrstu teleskopa s dvije kolektorske leće. Jedna s velikom žarišnom duljinom je leća, a ona s manjom žarišnom duljinom je okular. Udaljenost između njih je f_o + f_e, i kutni uvećanje je f_o/ f_e. Ovaj Keplerian (ili astronomski) teleskop stvara obrnutu sliku, ali za zvijezde ili mjesec to nije važno. Ovaj program pruža više čak i osvjetljenje vidnog polja nego u Galileji teleskop, i bio je više prikladan za korištenje jer omogućuje da bi se oči u fiksnom položaju i vidjeti cijeli vidno polje od ruba do ruba. Uređaj je dopustio postići veći porast od Galileo cijevi, bez ozbiljnog pogoršanja kvalitete.

Oba teleskopa pate od kuglastih aberacija, zbog čega slike nisu potpuno usmjerene i kromatski aberacija, stvarajući halo. Kepler (i Newton) vjeruje da se ovi nedostaci ne mogu prevladati. Nisu pretpostavili da su akromatski tipovi leća mogući, čija će fizika biti poznata samo u XIX stoljeću.

Teleskopi za ogledalo

Gregory je sugerirao da se zrcala mogu koristiti kao leće s teleskopom, budući da u njima nema boja. Newton je iskoristio tu ideju i stvorio oblik Newtonovog teleskopa iz konkavnog srebrnog ogledala i pozitivnog okulara. Dao je uzorak Kraljevskom društvu, gdje je još uvijek.

Teleskop s jednim lećama može projektirati sliku na zaslonu ili filmu. Za pravilno povećanje, potrebna je pozitivna leća s velikom žarišnom duljinom, recimo, 0,5 m, 1 m ili više metara. Ovaj se aranžman često koristi u astronomskoj fotografiji. Za ljude koji nisu upoznati s optikom, može se činiti paradoksalnom situacijom, kada slabiji objekt s dugim fokusom daje veći porast.

sfere

Predloženo je da drevne kulture mogu imati teleskope, jer su napravile male staklene kugle. Problem je u tome što nije poznato za što su korišteni i zasigurno nisu mogli stvoriti temelje dobrog teleskopa. Kuglice bi se mogle koristiti za povećanje malih predmeta, ali kvaliteta nije bila zadovoljavajuća.

Žarišna duljina idealnog staklenog sfera je vrlo kratka i stvara stvarnu sliku vrlo blizu sferi. Osim toga, aberacije (geometrijske izobličenja) su značajne. Problem je u udaljenosti između dviju površina.

Međutim, ako napravite duboki ekvatorijski utor za blokiranje zraka koje uzrokuju greške u slici, ona se pretvara iz vrlo osrednje povećalo u izvrsno. Takva se odluka pripisuje Coddingtonu, a proširenje njegovog imena može se kupiti danas u obliku malih ručnih petlji za proučavanje sitnih predmeta. Ali nema dokaza da je to bilo učinjeno prije 19. stoljeća.