Leće su prozirni objekti koji mogu lomiti sunčevu svjetlost. Uglavnom se izrađuju od stakla. Riječi "lomi svjetlost" odnose se na sposobnost promjene smjera širenja upadnih svjetlosnih zraka. Razmotrimo kako se slike konstruiraju u tankoj leći.
Povijesna pozadina
Prve leće poznate starim Grcima i Rimljanima bile su sferne staklene posude napunjene vodom. Ovi prototipovi modernih optičkih naočala korišteni su za paljenje vatre.
Tek je krajem 13. stoljeća napravljena prva staklena leća u Europi. Od tada se proces njihove proizvodnje nije puno promijenio. Jedina inovacija bila je upotreba katrana od strane Isaaca Newtona u 17. stoljeću za poliranje površina optičkih objekata.
Skupljanje i raspršivanje optičkih naočala
Kako biste lakše razumjeli konstrukciju slika u tankoj leći, razmislitepitanje je, što su optičke naočale. Općenito, postoje samo dvije vrste leća, koje se razlikuju po svom obliku i sposobnosti loma svjetlosnog toka. Razlikuju se sljedeće vrste:
- Konvergentne leće. Ova vrsta ima debljinu središnjeg dijela veću od debljine rubova. Rezultirajuća slika u konvergentnoj leći nastaje s druge strane svjetlosti koja pada na nju. Ovaj tip ima sposobnost prikupljanja svjetlosti u jednu točku (pozitivan fokus).
- Divergentne leće. Njihov središnji dio je tanji od rubova. Ova optička stakla zbog svog oblika raspršuju svjetlost koja pada na njih, što dovodi do stvaranja slike na istoj strani leće na kojoj padaju zrake s nekog predmeta. Generirana slika je mnogo manja od stvarne stavke. Ako se zrake koje raspršuje ovo optičko staklo nastavi na način da se odredi njihovo porijeklo, tada će se činiti da izlaze iz jedne točke ispred njega. Ova točka se zove fokus, koji je negativan ili imaginaran za divergentnu leću.
Različiti oblici optičkih naočala
Postojeće dvije vrste leća mogu se izraditi na nekoliko načina. Razlikuju se sljedećih 6 oblika:
- Bikonveksan.
- Plano-konveksna.
- S konveksnim meniskusom (konkavno-konveksno).
- dvokonkavna.
- Plano-konkavno.
- S konkavnim meniskusom (konveksno-konkavno).
konveksni stakleni elementi
Za razumijevanje fizike leće i ugradnjetanke slikovne leće, potrebno je poznavati osnovne elemente ovog optičkog objekta. Nabrojimo ih:
- Optičko središte (O) je točka kroz koju svjetlost prolazi a da se ne lomi.
- Glavna os je ravna linija koja prolazi kroz točku optičkog centra i glavnog fokusa.
- Glavni ili glavni fokus (F) je točka kroz koju prolaze svjetlosne zrake ili njihova proširenja ako padnu na optičko staklo paralelno s njegovom glavnom osi.
- Pomoćna os - svaka ravna linija koja prolazi kroz optički centar.
- Polumjeri zakrivljenosti su dva polumjera, R1 i R2, sfera koje čine leću.
- Centri zakrivljenosti - dva centra sfera, C1 i C2, koji čine površine optičkog stakla.
- Žarišna duljina (f) - udaljenost između žarišne točke i optičkog centra. Postoji još jedna definicija vrijednosti (f): to je udaljenost od središta optičke leće do slike, što daje objekt koji se nalazi beskonačno daleko.
Optička svojstva
Bilo da se radi o jednostavnom konveksnom staklu ili složenim optičkim sustavima, koji su skup pojedinačnih leća, njihova optička svojstva ovise o dva parametra: žarišnoj duljini i odnosu između žarišne duljine i promjera leće.
Žarišna duljina se mjeri na dva načina:
- U jedinicama normalne udaljenosti, kao što su 10cm, 1m i tako dalje.
- U dioptrijama, ovo je vrijednost koja je obrnuto proporcionalna žarišnoj duljini, mjerenoj u metrima.
Na primjer, optičko staklo snage 1 dioptrije ima žarišnu duljinu od 1 m, dok leća snage 2 dioptrije ima žarišnu duljinu od samo 0,5 m.
Promjer leće i njezin odnos prema žarišnoj duljini određuju sposobnost optičkog stakla da prikupi svjetlost ili njegov izlaz svjetlosti.
Svojstva zraka koje prolaze kroz leću
U školama u 8. razredu izgradnja slika u tankim lećama jedna je od važnih tema u fizici. Da biste naučili kako graditi ove slike, potrebno je poznavati ne samo osnovne pojmove i elemente, već i svojstva nekih zraka koje prolaze kroz optički aktivan objekt:
- Svaka zraka koja prolazi paralelno s glavnom osi lomi se na način da ili prolazi kroz fokus (u slučaju konvergentne leće), ili njezin imaginarni nastavak prolazi kroz fokus (u slučaju divergentna).
- Snop koji prolazi kroz žarište se lomi tako da nastavlja svoje kretanje paralelno s glavnom osi. Imajte na umu da u slučaju divergentne leće ovo pravilo vrijedi ako nastavak upadne zrake na nju prolazi kroz fokus smješten na drugoj strani optičkog objekta.
- Bilo koja zraka svjetlosti koja prolazi kroz središte leće ne doživljava nikakav lom i ne mijenja smjer.
Značajke građenja slika u tankim lećama
Iako prikupljanje i raspršivanje optičkihnaočale imaju slična svojstva, konstrukcija slika u svakoj od njih ima svoje karakteristike.
Prilikom izrade slika formula tanke leće je:
1/f=1/do+1/di, gdje je do i di udaljenost od optičkog centra do objekta i njegove slike.
Napominjemo da je žarišna duljina (f) pozitivna za konvergentne leće, a negativna za divergentne.
Primjena gornjih svojstava zraka koje prolaze kroz sabirno optičko staklo dovodi do sljedećih rezultata:
- Ako se objekt nalazi na udaljenosti većoj od 2f, tada se dobiva prava slika, koja ima manju veličinu od objekta. Vidimo to naopačke.
- Predmet postavljen na udaljenosti od 2f od leće rezultira stvarnom obrnutom slikom iste veličine kao i sam objekt.
- Ako se objekt nalazi na udaljenosti većoj od f, ali manjoj od 2f, tada se dobiva njegova prava obrnuta i uvećana slika.
- Ako je objekt u žarišnoj točki, tada zrake koje prolaze kroz optičko staklo postaju paralelne, što znači da nema slike.
- Ako je objekt bliži od jedne žarišne duljine, tada će njegova slika ispasti imaginarna, izravna i veća od samog objekta.
Budući da su svojstva zraka koje prolaze kroz konvergentnu i divergentnu leću slična, konstrukcija slika koje daje tanka leća ove vrste provodi se prema sličnim pravilima.
Crtežislika za razne prilike
Na crtežima je konvergentna leća označena linijom na čijim krajevima se nalaze strelice usmjerene prema van, a divergentna leća označena je linijom sa strelicama na krajevima koje su usmjerene prema unutra, tj. jedno na drugo.
Različite varijante crteža za izradu slika u tankim lećama, o kojima je bilo riječi u prethodnom odlomku, prikazane su na donjoj slici.
Kao što se može vidjeti iz slike, sve slike (za bilo koju vrstu optičkog stakla i položaj objekta u odnosu na njih) su izgrađene na dvije zrake. Jedna je usmjerena paralelno s glavnom osi, a druga prolazi kroz optičko središte. Korištenje ovih zraka je zgodno jer je poznato njihovo ponašanje nakon prolaska kroz leću. Također imajte na umu da se donji rub objekta (u ovom slučaju crvena strelica) nalazi na glavnoj optičkoj osi, pa je dovoljno izgraditi samo sliku gornje točke objekta. Ako je objekt (crvena strelica) lociran proizvoljno u odnosu na optičko staklo, tada je potrebno samostalno izgraditi sliku njegovog gornjeg i donjeg dijela.
Dvije su zrake dovoljne za izradu bilo koje slike. Ako postoji nesigurnost oko rezultata, onda se može provjeriti pomoću treće zrake. Treba ga usmjeriti kroz fokus (ispred konvergentne leće i iza divergentne leće), a zatim nakon prolaska kroz optičko staklo i loma u njemu, snop će biti paralelan s glavnom optičkom osi. Ako se riješi problem izgradnje slike u tankoj lećidesno, tada će proći kroz točku gdje se sijeku dvije glavne zrake.
Proces proizvodnje optičkih objekata
Većina leća izrađena je od posebnih vrsta stakla koje se nazivaju optičke leće. U takvom staklu nema unutarnjih naprezanja, mjehurića zraka i drugih nedostataka.
Proces izrade leća odvija se u nekoliko faza. Najprije se odgovarajućim metalnim alatima iz bloka optičkog stakla izrezuje konkavni ili konveksni predmet željenog oblika. Zatim se polira katranom. U završnoj fazi, optičko staklo se mijenja pomoću abrazivnih alata tako da se težište točno poklapa s optičkim središtem.
Zbog razvoja tehnologija za dobivanje i preradu raznih vrsta plastike, leće se danas sve više izrađuju od prozirnih vrsta plastike, koje su jeftinije, lakše i manje krhke od svojih staklenih parnjaka.
Područja primjene
Optičke naočale se koriste za rješavanje raznih problema s vidom. Za to se koriste i plastične kontaktne leće i staklene (sa naočalama).
Osim toga, optička naočala se koriste u fotografskim fotoaparatima, mikroskopima, teleskopima i drugim optičkim instrumentima. Koriste cijeli sustav leća. Na primjer, u slučaju najjednostavnijeg mikroskopa, koji se sastoji od dva optička stakla, prvo čini stvarnu sliku predmeta, adrugi se koristi za povećanje njegove slike. Stoga se drugo staklo nalazi na odgovarajućoj udaljenosti od prvog, prema pravilima za građenje slike u tankoj leći.
