Τι είδη φυσικών φακών υπάρχουν; Φακοί

Οι φακοί έχουν συνήθως μια σφαιρική ή σχεδόν σφαιρική επιφάνεια. Μπορούν να είναι κοίλα, κυρτά ή επίπεδα (ακτίνα ίση με το άπειρο). Έχουν δύο επιφάνειες από τις οποίες περνά το φως. Μπορούν να συνδυαστούν με διαφορετικούς τρόπους για να σχηματιστούν διαφορετικά είδηφακοί (φωτογραφία που εμφανίζεται αργότερα στο άρθρο):

• Εάν και οι δύο επιφάνειες είναι κυρτές (κυρτές προς τα έξω), το κεντρικό τμήμα είναι παχύτερο από τις άκρες.
• Ένας φακός με κυρτή και κοίλη σφαίρα ονομάζεται μηνίσκος.
• Ένας φακός με μια επίπεδη επιφάνεια ονομάζεται επίπεδο-κοίλος ή επίπεδο-κυρτός, ανάλογα με τη φύση της άλλης σφαίρας.

Πώς να προσδιορίσετε τον τύπο του φακού; Ας το δούμε αυτό με περισσότερες λεπτομέρειες.

Συγκλίνοντες φακοί: τύποι φακών

Ανεξάρτητα από το συνδυασμό των επιφανειών, αν το πάχος τους στο κεντρικό τμήμα είναι μεγαλύτερο από ότι στις άκρες, ονομάζονται συλλεκτικές. Έχουν θετική εστιακή απόσταση. Διακρίνονται οι ακόλουθοι τύποι συγκλινόντων φακών:

• επίπεδη-κυρτή,
• αμφίκυρτο,
• κοίλο-κυρτό (μηνίσκος).

Ονομάζονται επίσης «θετικά».

Αποκλίνοντες φακοί: τύποι φακών

Αν το πάχος τους στο κέντρο είναι πιο λεπτό από ότι στις άκρες, τότε ονομάζονται σκέδαση. Έχουν αρνητική εστιακή απόσταση. Υπάρχουν οι ακόλουθοι τύποι διαφορετικών φακών:

• επίπεδη-κοίλη,
• αμφίκοιλη,
• κυρτό-κοίλο (μηνίσκος).

Ονομάζονται επίσης «αρνητικά».

ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ

Οι ακτίνες από μια σημειακή πηγή αποκλίνουν από ένα σημείο. Ονομάζονται δέσμη. Όταν η δέσμη εισέρχεται στον φακό, κάθε ακτίνα διαθλάται, αλλάζοντας την κατεύθυνσή της. Για το λόγο αυτό, η δέσμη μπορεί να βγαίνει από τον φακό λίγο πολύ αποκλίνουσα.

Μερικοί τύποι οπτικούς φακούςαλλάζουν την κατεύθυνση των ακτίνων τόσο πολύ που συγκλίνουν σε ένα σημείο. Εάν η πηγή φωτός βρίσκεται τουλάχιστον στην εστιακή απόσταση, τότε η δέσμη συγκλίνει σε ένα σημείο τουλάχιστον στην ίδια απόσταση.

Πραγματικές και φανταστικές εικόνες

Μια σημειακή πηγή φωτός ονομάζεται πραγματικό αντικείμενο και το σημείο σύγκλισης μιας δέσμης ακτίνων που αναδύεται από έναν φακό είναι η πραγματική του εικόνα.

Μια σειρά σημειακών πηγών κατανεμημένων σε μια γενικά επίπεδη επιφάνεια είναι σημαντική. Ένα παράδειγμα θα ήταν ένα μοτίβο σε οπίσθιο φωτισμό από παγωμένο γυαλί. Ένα άλλο παράδειγμα είναι μια ταινία φιλμ που φωτίζεται από πίσω έτσι ώστε το φως από αυτήν να περνά μέσα από έναν φακό που μεγεθύνει την εικόνα πολλές φορές σε μια επίπεδη οθόνη.

Σε αυτές τις περιπτώσεις μιλάμε για αεροπλάνο. Τα σημεία στο επίπεδο εικόνας αντιστοιχούν 1:1 με σημεία στο επίπεδο αντικειμένου. Το ίδιο ισχύει και για τα γεωμετρικά σχήματα, αν και η εικόνα που προκύπτει μπορεί να αντιστραφεί σε σχέση με το αντικείμενο από πάνω προς τα κάτω ή από αριστερά προς τα δεξιά.

Η σύγκλιση των ακτίνων σε ένα σημείο δημιουργεί μια πραγματική εικόνα και η απόκλιση δημιουργεί μια φανταστική. Όταν σκιαγραφείται ξεκάθαρα στην οθόνη, είναι πραγματικό. Εάν η εικόνα μπορεί να παρατηρηθεί μόνο κοιτάζοντας μέσα από το φακό προς την πηγή φωτός, τότε ονομάζεται εικονική. Η αντανάκλαση στον καθρέφτη είναι φανταστική. Η εικόνα που μπορεί να δει κανείς μέσα από ένα τηλεσκόπιο είναι η ίδια. Αλλά η προβολή του φακού της κάμερας στο φιλμ παράγει την πραγματική εικόνα.

Εστιακό μήκος

Η εστίαση ενός φακού μπορεί να βρεθεί περνώντας μια δέσμη παράλληλων ακτίνων μέσα από αυτόν. Το σημείο στο οποίο συγκλίνουν θα είναι η εστίασή του F. Η απόσταση από το εστιακό σημείο στον φακό ονομάζεται εστιακή του απόσταση f. Οι παράλληλες ακτίνες μπορούν να περάσουν από την άλλη πλευρά και έτσι να βρουν F και στις δύο πλευρές. Κάθε φακός έχει δύο F και δύο f. Αν είναι σχετικά λεπτό σε σύγκριση με τις εστιακές αποστάσεις του, τότε οι τελευταίες είναι περίπου ίσες.

Απόκλιση και σύγκλιση

Οι συγκλίνοντες φακοί χαρακτηρίζονται από θετική εστιακή απόσταση. Οι τύποι φακών αυτού του τύπου (επίπεδο-κυρτός, αμφίκυρτος, μηνίσκος) μειώνουν τις ακτίνες που αναδύονται από αυτούς περισσότερο από ό,τι είχαν μειωθεί προηγουμένως. Η συλλογή φακών μπορεί να σχηματίσει τόσο πραγματικές όσο και εικονικές εικόνες. Το πρώτο σχηματίζεται μόνο εάν η απόσταση από το φακό στο αντικείμενο υπερβαίνει την εστιακή.

Οι αποκλίνοντες φακοί χαρακτηρίζονται από αρνητική εστιακή απόσταση. Τύποι φακών αυτού του τύπου (επίπεδοι κοίλοι, αμφίκοιλοι, μηνίσκος) αραιώνουν τις ακτίνες περισσότερο από όσο αραιώθηκαν πριν χτυπήσουν την επιφάνειά τους. Οι αποκλίνοντες φακοί δημιουργούν μια εικονική εικόνα. Μόνο όταν η σύγκλιση των προσπίπτων ακτίνων είναι σημαντική (συγκλίνουν κάπου μεταξύ του φακού και του εστιακού σημείου στην αντίθετη πλευρά) οι προκύπτουσες ακτίνες μπορούν ακόμα να συγκλίνουν για να σχηματίσουν μια πραγματική εικόνα.

Σημαντικές Διαφορές

Πρέπει να δίνεται προσοχή στη διάκριση μεταξύ σύγκλισης ή απόκλισης ακτίνων και σύγκλισης ή απόκλισης του φακού. Οι τύποι φακών και οι δέσμες φωτός μπορεί να μην ταιριάζουν. Οι ακτίνες που σχετίζονται με ένα αντικείμενο ή ένα σημείο στην εικόνα ονομάζονται αποκλίνουσες εάν «σκορπίζονται» και συγκλίνουσες εάν «συγκεντρώνονται». Σε οποιοδήποτε ομοαξονικό οπτικό σύστημα, ο οπτικός άξονας αντιπροσωπεύει τη διαδρομή των ακτίνων. Η ακτίνα ταξιδεύει κατά μήκος αυτού του άξονα χωρίς καμία αλλαγή κατεύθυνσης λόγω διάθλασης. Αυτός είναι ουσιαστικά ένας καλός ορισμός του οπτικού άξονα.

Μια ακτίνα που απομακρύνεται από τον οπτικό άξονα με απόσταση ονομάζεται αποκλίνουσα. Και αυτό που πλησιάζει περισσότερο λέγεται συγκλίνουσα. Οι ακτίνες παράλληλες στον οπτικό άξονα έχουν μηδενική σύγκλιση ή απόκλιση. Έτσι, όταν μιλάμε για σύγκλιση ή απόκλιση μιας δέσμης, σχετίζεται με τον οπτικό άξονα.

Ορισμένοι τύποι των οποίων είναι τέτοιοι που η δέσμη εκτρέπεται προς τα μέσα σε μεγαλύτερο βαθμόπρος τον οπτικό άξονα, συλλέγονται. Σε αυτά, οι συγκλίνουσες ακτίνες έρχονται πιο κοντά μεταξύ τους και οι αποκλίνουσες ακτίνες απομακρύνονται λιγότερο. Είναι ακόμη σε θέση, αν η δύναμή τους είναι επαρκής για αυτό, να κάνουν τη δοκό παράλληλη ή και συγκλίνουσα. Ομοίως, ένας αποκλίνων φακός μπορεί να εξαπλώσει τις αποκλίνουσες ακτίνες ακόμη περισσότερο και να κάνει τις συγκλίνουσες ακτίνες παράλληλες ή αποκλίνουσες.

Μεγεθυντικοί φακοί

Ένας φακός με δύο κυρτές επιφάνειες είναι πιο παχύς στο κέντρο παρά στις άκρες και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως απλό μεγεθυντικός φακόςή μεγεθυντικούς φακούς. Ταυτόχρονα, ο παρατηρητής κοιτάζει μέσα από αυτό μια φανταστική, μεγεθυμένη εικόνα. Ο φακός της κάμερας, ωστόσο, παράγει μια πραγματική εικόνα στο φιλμ ή τον αισθητήρα που συνήθως είναι μικρότερο σε μέγεθος σε σύγκριση με το αντικείμενο.

Γυαλιά

Η ικανότητα ενός φακού να μεταβάλλει τη σύγκλιση του φωτός ονομάζεται ισχύς του. Εκφράζεται σε διόπτρες D = 1 / f, όπου f είναι η εστιακή απόσταση σε μέτρα.

Ένας φακός με ισχύ 5 διοπτριών έχει f = 20 εκ. Είναι οι διόπτρες που υποδεικνύει ο οφθαλμίατρος όταν γράφει συνταγή για γυαλιά. Ας πούμε ότι έγραψε 5,2 διόπτρες. Το συνεργείο θα πάρει ένα τελειωμένο τεμάχιο 5 διοπτριών, που λαμβάνεται από τον κατασκευαστή, και θα γυαλίσει λίγο τη μία επιφάνεια για να προσθέσει 0,2 διοπτρίες. Η αρχή είναι ότι για τους λεπτούς φακούς στους οποίους δύο σφαίρες βρίσκονται η μία κοντά στην άλλη, ο κανόνας είναι ότι η συνολική τους ισχύς είναι ίση με το άθροισμα των διοπτριών του καθενός: D = D 1 + D 2.

η τρομπέτα του Γαλιλαίου

Κατά την εποχή του Γαλιλαίου (αρχές 17ου αιώνα), τα γυαλιά ήταν ευρέως διαθέσιμα στην Ευρώπη. Συνήθως κατασκευάζονταν στην Ολλανδία και διανέμονταν από πλανόδιους πωλητές. Ο Galileo άκουσε ότι κάποιος στην Ολλανδία έβαλε δύο είδη φακών σε ένα σωλήνα για να κάνει τα μακρινά αντικείμενα να φαίνονται μεγαλύτερα. Χρησιμοποίησε έναν συγκλίνοντα φακό μεγάλης εστίασης στο ένα άκρο του σωλήνα και ένα προσοφθάλμιο που αποκλίνει μικρής εστίασης στο άλλο άκρο. Εάν η εστιακή απόσταση του φακού είναι f o και ο προσοφθάλμιος φακός f e, τότε η απόσταση μεταξύ τους πρέπει να είναι f o -f e και η ισχύς (γωνιακή μεγέθυνση) f o /f e. Αυτή η διάταξη ονομάζεται σωλήνας Γαλιλαίου.

Το τηλεσκόπιο έχει μεγέθυνση 5 ή 6 φορές, συγκρίσιμη με τα σύγχρονα κιάλια χειρός. Αυτό είναι αρκετό για πολλά συναρπαστικά πράγματα.Μπορείτε εύκολα να δείτε τους σεληνιακούς κρατήρες, τα τέσσερα φεγγάρια του Δία, τις φάσεις της Αφροδίτης, τα νεφελώματα και τα αστρικά σμήνη, καθώς και αχνά αστέρια στον Γαλαξία μας.

τηλεσκόπιο Kepler

Ο Κέπλερ άκουσε για όλα αυτά (αυτός και ο Γαλιλαίος αλληλογραφούσαν) και κατασκεύασε ένα άλλο είδος τηλεσκοπίου με δύο συγκλίνοντες φακούς. Αυτός με μεγάλη εστιακή απόσταση είναι ο φακός και αυτός με μικρότερη εστιακή απόσταση είναι ο προσοφθάλμιος. Η απόσταση μεταξύ τους είναι f o + f e και η γωνιακή μεγέθυνση είναι f o / f e . Αυτό το Keplerian (ή αστρονομικό) τηλεσκόπιο παράγει μια ανεστραμμένη εικόνα, αλλά για τα αστέρια ή το φεγγάρι αυτό δεν έχει σημασία. Αυτό το σχήμα παρείχε πιο ομοιόμορφο φωτισμό του οπτικού πεδίου από το τηλεσκόπιο Galilean και ήταν πιο βολικό στη χρήση, καθώς σας επέτρεπε να κρατάτε τα μάτια σας σε σταθερή θέση και να βλέπετε ολόκληρο το οπτικό πεδίο από άκρη σε άκρη. Η συσκευή επέτρεψε να επιτευχθούν υψηλότερες μεγεθύνσεις από την τρομπέτα του Galileo χωρίς σοβαρή υποβάθμιση στην ποιότητα.

Και τα δύο τηλεσκόπια πάσχουν από σφαιρική εκτροπή, η οποία προκαλεί την πλήρη εστίαση των εικόνων, και από χρωματική εκτροπή, η οποία δημιουργεί έγχρωμα φωτοστέφανα. Ο Κέπλερ (και ο Νεύτωνας) πίστευαν ότι αυτά τα ελαττώματα δεν μπορούσαν να ξεπεραστούν. Δεν υπέθεσαν ότι ήταν πιθανά αχρωματικά είδη, τα οποία θα γίνονταν γνωστά μόλις τον 19ο αιώνα.

Τηλεσκόπια καθρέφτη

Ο Γρηγόρης πρότεινε ότι οι καθρέφτες θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν ως φακοί τηλεσκοπίου, αφού δεν έχουν χρωματιστή μπορντούρα. Ο Νεύτων εκμεταλλεύτηκε αυτή την ιδέα και δημιούργησε μια νευτώνεια μορφή τηλεσκοπίου από έναν κοίλο επάργυρο καθρέφτη και ένα θετικό προσοφθάλμιο. Δώρισε το δείγμα στη Βασιλική Εταιρεία, όπου παραμένει μέχρι σήμερα.

Ένα τηλεσκόπιο μονού φακού μπορεί να προβάλει μια εικόνα σε οθόνη ή φωτογραφικό φιλμ. Η σωστή μεγέθυνση απαιτεί θετικό φακό με μεγάλη εστιακή απόσταση, ας πούμε 0,5 m, 1 m ή πολλά μέτρα. Αυτή η διάταξη χρησιμοποιείται συχνά στην αστρονομική φωτογραφία. Σε άτομα που δεν είναι εξοικειωμένα με την οπτική, μπορεί να φαίνεται παράδοξο ότι ένας πιο αδύναμος φακός μακράς εστίασης παρέχει μεγαλύτερη μεγέθυνση.

Σφαίρες

Έχει προταθεί ότι οι αρχαίοι πολιτισμοί μπορεί να είχαν τηλεσκόπια επειδή έφτιαχναν μικρές γυάλινες χάντρες. Το πρόβλημα είναι ότι δεν είναι γνωστό σε τι χρησιμεύουν και σίγουρα δεν θα μπορούσαν να αποτελέσουν τη βάση ενός καλού τηλεσκοπίου. Οι μπάλες μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τη μεγέθυνση μικρών αντικειμένων, αλλά η ποιότητα δεν ήταν καθόλου ικανοποιητική.

Η εστιακή απόσταση μιας ιδανικής γυάλινης σφαίρας είναι πολύ μικρή και σχηματίζει την πραγματική εικόνα πολύ κοντά στη σφαίρα. Επιπλέον, οι εκτροπές (γεωμετρικές παραμορφώσεις) είναι σημαντικές. Το πρόβλημα έγκειται στην απόσταση μεταξύ των δύο επιφανειών.

Ωστόσο, εάν κάνετε μια βαθιά ισημερινή αυλάκωση για να μπλοκάρετε τις ακτίνες που προκαλούν ελαττώματα στην εικόνα, από πολύ μέτριο μεγεθυντικό φακό γίνεται εξαιρετικός. Αυτή η απόφαση αποδίδεται στον Coddington και οι μεγεθυντικοί φακοί με το όνομά του μπορούν να αγοραστούν σήμερα με τη μορφή μικρών μεγεθυντικών φακών χειρός για τη μελέτη πολύ μικρών αντικειμένων. Αλλά δεν υπάρχει καμία απόδειξη ότι αυτό έγινε πριν από τον 19ο αιώνα.

Γνωρίζουμε ότι το φως, που πέφτει από το ένα διαφανές μέσο στο άλλο, διαθλάται - αυτό είναι το φαινόμενο της διάθλασης του φωτός. Επιπλέον, η γωνία διάθλασης είναι μικρότερη από τη γωνία πρόσπτωσης όταν το φως εισέρχεται σε ένα πυκνότερο οπτικό μέσο. Τι σημαίνει αυτό και πώς μπορεί να χρησιμοποιηθεί;

Εάν πάρουμε ένα κομμάτι γυαλιού με παράλληλες άκρες, όπως το γυαλί παραθύρου, θα έχουμε μια μικρή μετατόπιση στην εικόνα που φαίνεται μέσα από το παράθυρο. Δηλαδή, κατά την είσοδο στο γυαλί, οι ακτίνες του φωτός θα διαθλαστούν και όταν εισέλθουν ξανά στον αέρα, θα διαθλαστούν ξανά στις προηγούμενες τιμές της γωνίας πρόσπτωσης, μόνο ταυτόχρονα θα μετατοπιστούν ελαφρώς και το μέγεθος της μετατόπισης θα εξαρτηθεί από το πάχος του γυαλιού.

Προφανώς, από ένα τέτοιο φαινόμενο πρακτικό όφελοςΛίγο. Αλλά αν πάρουμε γυαλί του οποίου τα επίπεδα είναι κεκλιμένα το ένα προς το άλλο, για παράδειγμα, ένα πρίσμα, τότε το αποτέλεσμα θα είναι εντελώς διαφορετικό. Οι ακτίνες που διέρχονται από ένα πρίσμα διαθλώνται πάντα προς τη βάση του. Είναι εύκολο να το ελέγξετε.

Για να το κάνετε αυτό, σχεδιάστε ένα τρίγωνο και σχεδιάστε μια ακτίνα που εισέρχεται σε οποιαδήποτε από τις πλευρές του. Χρησιμοποιώντας το νόμο της διάθλασης του φωτός, θα εντοπίσουμε την περαιτέρω διαδρομή της δέσμης. Αφού εκτελέσετε αυτή τη διαδικασία αρκετές φορές κάτω από διαφορετικές έννοιεςγωνία πρόσπτωσης, θα ανακαλύψουμε ότι ανεξάρτητα από τη γωνία που η δέσμη εισέρχεται στο πρίσμα, λαμβάνοντας υπόψη τη διπλή διάθλαση στην έξοδο, θα εξακολουθεί να αποκλίνει προς τη βάση του πρίσματος.

Ο φακός και οι ιδιότητές του

Αυτή η ιδιότητα ενός πρίσματος χρησιμοποιείται σε μια πολύ απλή συσκευή που σας επιτρέπει να ελέγχετε την κατεύθυνση των ροών φωτός - έναν φακό. Ο φακός είναι ένα διαφανές σώμα που οριοθετείται και στις δύο πλευρές από καμπύλες επιφάνειες του σώματος. Εξετάζουν τη δομή και την αρχή της λειτουργίας των φακών σε ένα μάθημα φυσικής της όγδοης τάξης.

Στην πραγματικότητα, μια διατομή ενός φακού μπορεί να απεικονιστεί ως δύο πρίσματα τοποθετημένα το ένα πάνω στο άλλο. Το οπτικό αποτέλεσμα του φακού εξαρτάται από το ποια μέρη αυτών των πρισμάτων βρίσκονται μεταξύ τους.

Τύποι φακών στη φυσική

Παρά την τεράστια ποικιλομορφία, υπάρχουν μόνο δύο τύποι φακών στη φυσική: οι κυρτές και οι κοίλοι, ή οι συγκλίνοντες και οι αποκλίνοντες φακοί, αντίστοιχα.

Ένας κυρτός φακός, δηλαδή ένας συγκλίνοντας φακός, έχει πολύ λεπτότερες άκρες από τη μέση. Ένας συγκλίνοντας φακός σε τομή είναι δύο πρίσματα που συνδέονται με βάσεις, έτσι όλες οι ακτίνες που διέρχονται από αυτόν συγκλίνουν στο κέντρο του φακού.

Αντίθετα, οι άκρες ενός κοίλου φακού είναι πάντα πιο παχιές από τη μέση. Ένας αποκλίνων φακός μπορεί να αναπαρασταθεί ως δύο πρίσματα συνδεδεμένα στις κορυφές και, κατά συνέπεια, οι ακτίνες που διέρχονται από έναν τέτοιο φακό θα αποκλίνουν από το κέντρο.

Οι άνθρωποι ανακάλυψαν παρόμοιες ιδιότητες των φακών πριν από πολύ καιρό. Η χρήση φακών επέτρεψε στον άνθρωπο να σχεδιάσει μια μεγάλη ποικιλία οπτικών οργάνων και συσκευών που διευκολύνουν τη ζωή και βοηθούν στην καθημερινή ζωή και την παραγωγή.

Ένας φακός είναι ένα οπτικό μέρος που οριοθετείται από δύο διαθλαστικές επιφάνειες, οι οποίες είναι οι επιφάνειες των σωμάτων περιστροφής, η μία από τις οποίες μπορεί να είναι επίπεδη. Οι φακοί έχουν συνήθως στρογγυλό σχήμα, αλλά μπορούν επίσης να είναι ορθογώνιοι, τετράγωνοι ή κάποια άλλη διαμόρφωση. Συνήθως, οι διαθλαστικές επιφάνειες ενός φακού είναι σφαιρικές. Χρησιμοποιούνται επίσης ασφαιρικές επιφάνειες, οι οποίες μπορούν να λάβουν τη μορφή επιφανειών περιστροφής μιας έλλειψης, υπερβολής, παραβολής και καμπυλών υψηλότερης τάξης. Επιπλέον, υπάρχουν φακοί των οποίων οι επιφάνειες αποτελούν μέρος της πλευρικής επιφάνειας ενός κυλίνδρου, που ονομάζεται κυλινδρικός. Χρησιμοποιούνται επίσης τορικοί φακοί με επιφάνειες που έχουν διαφορετικές καμπυλότητες σε δύο αμοιβαία κάθετες κατευθύνσεις.

Ως μεμονωμένα οπτικά μέρη, οι φακοί δεν χρησιμοποιούνται σχεδόν ποτέ οπτικά συστήματαμε εξαίρεση τους απλούς μεγεθυντικούς φακούς και τους φακούς πεδίου (συλλογικά). Συνήθως χρησιμοποιούνται σε διάφορους σύνθετους συνδυασμούς, όπως δύο ή τρεις φακούς κολλημένους μεταξύ τους και σετ από έναν αριθμό μεμονωμένων και κολλημένων φακών.

Ανάλογα με το σχήμα, γίνεται διάκριση μεταξύ συλλεκτικών (θετικών) και αποκλίνων (αρνητικών) φακών. Η ομάδα των συλλεκτικών φακών περιλαμβάνει συνήθως φακούς των οποίων η μέση είναι παχύτερη από τις άκρες τους και η ομάδα των αποκλίνων φακών περιλαμβάνει φακούς των οποίων οι άκρες είναι παχύτερες από τη μέση. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι αυτό ισχύει μόνο εάν ο δείκτης διάθλασης του υλικού του φακού είναι μεγαλύτερος από αυτόν του περιβάλλον. Εάν ο δείκτης διάθλασης του φακού είναι χαμηλότερος, η κατάσταση θα αντιστραφεί. Για παράδειγμα, μια φυσαλίδα αέρα στο νερό είναι ένας αμφίκυρτος αποκλίνων φακός.

Οι φακοί τυπικά χαρακτηρίζονται από την οπτική τους ισχύ (μετρούμενη σε διόπτρες) ή την εστιακή τους απόσταση, καθώς και από το διάφραγμά τους. Για την κατασκευή οπτικών συσκευών με διορθωμένη οπτική εκτροπή (κυρίως χρωματική, που προκαλείται από διασπορά φωτός - αχρωματικά και αποχρωματικά), άλλες ιδιότητες των φακών/των υλικών τους είναι επίσης σημαντικές, για παράδειγμα, δείκτης διάθλασης, συντελεστής διασποράς, διαπερατότητα του υλικού στο επιλεγμένο οπτικό εύρος.

Μερικές φορές τα οπτικά συστήματα φακών/φακών (διαθλαστές) είναι ειδικά σχεδιασμένα για χρήση σε περιβάλλοντα με σχετικά υψηλό δείκτη διάθλασης.

Τύποι φακών

Συλλογικός:

1 -- αμφίκυρτο

2 -- επίπεδο-κυρτό

3 -- κοίλος-κυρτός (θετικός μηνίσκος)

Διασκόρπιση:

4 -- αμφίκοιλος

5 -- επίπεδο-κοίλο

6 -- κυρτός-κοίλος (αρνητικός μηνίσκος)

Ένας κυρτός-κοίλος φακός ονομάζεται μηνίσκος και μπορεί να είναι συλλογικός (παχαίνει προς τη μέση) ή αποκλίνων (παχαίνει προς τις άκρες). Ένας μηνίσκος του οποίου οι ακτίνες επιφανείας είναι ίσες έχει οπτική ισχύ ίση με μηδέν (χρησιμοποιείται για τη διόρθωση της διασποράς ή ως φακός κάλυψης). Έτσι, οι φακοί των γυαλιών για τη μυωπία είναι κατά κανόνα αρνητικοί μηνίσκοι. Διακριτική ιδιοκτησίαΈνας συλλεκτικός φακός είναι η ικανότητα να συλλέγει ακτίνες που προσπίπτουν στην επιφάνειά του σε ένα σημείο που βρίσκεται στην άλλη πλευρά του φακού.

Βασικά στοιχεία φακού

NN - κύριος οπτικός άξονας - μια ευθεία γραμμή που διέρχεται από τα κέντρα των σφαιρικών επιφανειών που οριοθετούν τον φακό. O - οπτικό κέντρο - το σημείο που για τους αμφίκυρτους ή αμφίκυρτους (με τις ίδιες ακτίνες επιφάνειας) φακούς βρίσκεται στον οπτικό άξονα μέσα στον φακό (στο κέντρο του).

Εάν ένα φωτεινό σημείο S τοποθετηθεί σε μια ορισμένη απόσταση μπροστά από τον φακό συλλογής, τότε μια ακτίνα φωτός που κατευθύνεται κατά μήκος του άξονα θα περάσει μέσα από τον φακό χωρίς να διαθλαστεί και οι ακτίνες που δεν διέρχονται από το κέντρο θα διαθλαστούν προς το οπτικό άξονα και τέμνονται πάνω του σε κάποιο σημείο F, το οποίο και θα είναι η εικόνα του σημείου S. Αυτό το σημείο ονομάζεται συζευγμένη εστία, ή απλά εστίαση.

Εάν το φως πέσει στον φακό από μια πολύ μακρινή πηγή, οι ακτίνες της οποίας μπορούν να αναπαρασταθούν ότι ταξιδεύουν σε μια παράλληλη δέσμη, τότε κατά την έξοδο από αυτήν οι ακτίνες θα διαθλαστούν σε μεγάλη γωνία και το σημείο F θα κινηθεί στον οπτικό άξονα πιο κοντά στο φακός. Κάτω από αυτές τις συνθήκες, το σημείο τομής των ακτίνων που αναδύονται από το φακό ονομάζεται κύρια εστία F», και η απόσταση από το κέντρο του φακού έως την κύρια εστία ονομάζεται κύρια εστιακή απόσταση.

Οι ακτίνες που προσπίπτουν σε έναν αποκλίνοντα φακό θα διαθλαστούν προς τις άκρες του φακού κατά την έξοδο από αυτόν, δηλαδή θα διασκορπιστούν. Εάν αυτές οι ακτίνες συνεχιστούν προς την αντίθετη κατεύθυνση όπως φαίνεται στο σχήμα με τη διακεκομμένη γραμμή, τότε θα συγκλίνουν σε ένα σημείο F, το οποίο θα είναι το επίκεντρο αυτού του φακού. Αυτή η εστίαση θα είναι φανταστική.

Ό,τι έχει ειπωθεί για την εστίαση στον κύριο οπτικό άξονα ισχύει εξίσου για τις περιπτώσεις όπου η εικόνα ενός σημείου βρίσκεται σε δευτερεύοντα ή κεκλιμένο οπτικό άξονα, δηλαδή σε μια γραμμή που διέρχεται από το κέντρο του φακού υπό γωνία ως προς τον κύριο οπτικό άξονα. άξονας. Το επίπεδο που είναι κάθετο στον κύριο οπτικό άξονα, που βρίσκεται στην κύρια εστίαση του φακού, ονομάζεται κύριο εστιακό επίπεδο και στη συζευγμένη εστία - απλώς εστιακό επίπεδο.

Οι συλλογικοί φακοί μπορούν να κατευθυνθούν προς ένα αντικείμενο από κάθε πλευρά, με αποτέλεσμα οι ακτίνες που περνούν μέσα από τον φακό να μπορούν να συλλέγονται τόσο από τη μία όσο και από την άλλη πλευρά. Έτσι, ο φακός έχει δύο εστίες - μπροστά και πίσω. Βρίσκονται στον οπτικό άξονα και στις δύο πλευρές του φακού.

1) Η εικόνα μπορεί να είναι φανταστικοή πραγματικός. Εάν η εικόνα σχηματίζεται από τις ίδιες τις ακτίνες (δηλαδή, η φωτεινή ενέργεια εισέρχεται σε ένα δεδομένο σημείο), τότε είναι πραγματική, αλλά αν όχι από τις ίδιες τις ακτίνες, αλλά από τις συνέχειές τους, τότε λένε ότι η εικόνα είναι φανταστική (η φωτεινή ενέργεια κάνει δεν φτάνουν σε ένα δεδομένο σημείο).

2) Εάν το πάνω και το κάτω μέρος της εικόνας είναι προσανατολισμένα παρόμοια με το ίδιο το αντικείμενο, τότε καλείται η εικόνα απευθείας. Αν η εικόνα είναι ανάποδα, τότε καλείται αντίστροφη (ανεστραμμένη).

3) Η εικόνα χαρακτηρίζεται από τις επίκτητες διαστάσεις της: μεγεθυσμένη, μειωμένη, ίση.

Εικόνα σε αεροπλάνο καθρέφτη

Το είδωλο σε έναν επίπεδο καθρέφτη είναι εικονικό, ευθύ, ίσο σε μέγεθος με το αντικείμενο και βρίσκεται στην ίδια απόσταση πίσω από τον καθρέφτη με το αντικείμενο που βρίσκεται μπροστά από τον καθρέφτη.

Φακοί

Ο φακός είναι ένα διαφανές σώμα που οριοθετείται και στις δύο πλευρές από καμπύλες επιφάνειες.

Υπάρχουν έξι τύποι φακών.

Συλλογή: 1 - αμφίκυρτο, 2 - επίπεδο-κυρτό, 3 - κυρτό-κοίλο. Σκέδαση: 4 - αμφίκοιλη; 5 - επίπεδη-κοίλη? 6 - κοίλο-κυρτό.

Συγκλίνων φακός

αποκλίνων φακός

Χαρακτηριστικά φακών.

NN- ο κύριος οπτικός άξονας είναι μια ευθεία γραμμή που διέρχεται από τα κέντρα των σφαιρικών επιφανειών που οριοθετούν τον φακό.

Ο- οπτικό κέντρο - το σημείο που για τους αμφίκυρτους ή αμφίκυρτους (με ίσες ακτίνες επιφάνειας) φακούς βρίσκεται στον οπτικό άξονα μέσα στον φακό (στο κέντρο του).

φά- η κύρια εστίαση του φακού είναι το σημείο στο οποίο συλλέγεται μια δέσμη φωτός, που διαδίδεται παράλληλα με τον κύριο οπτικό άξονα.

ΤΟΥ- εστιακό μήκος;

Ν"Ν"- δευτερεύων άξονας του φακού.

ΦΑ"- πλάγια εστίαση

Εστιακό επίπεδο - ένα επίπεδο που διέρχεται από την κύρια εστίαση κάθετα στον κύριο οπτικό άξονα.

Διαδρομή ακτίνων σε φακό.

Η ακτίνα που διέρχεται από το οπτικό κέντρο του φακού (Ο) δεν βιώνει διάθλαση.

Μια ακτίνα παράλληλη προς τον κύριο οπτικό άξονα διέρχεται από την κύρια εστία (F) μετά τη διάθλαση.

Η ακτίνα που διέρχεται από την κύρια εστία (F) μετά τη διάθλαση πηγαίνει παράλληλα με τον κύριο οπτικό άξονα.

Μια δέσμη που εκτείνεται παράλληλα στον δευτερεύοντα οπτικό άξονα (N"N") διέρχεται από τη δευτερεύουσα εστίαση (F").

Φόρμουλα φακού.

Όταν χρησιμοποιείτε τον τύπο φακού, θα πρέπει να χρησιμοποιείτε σωστά τον κανόνα των σημαδιών: +F- συγκλίνοντας φακός. -ΦΑ- αποκλίνων φακός. +δ- το θέμα είναι έγκυρο. -ρε- φανταστικό αντικείμενο. +στ- η εικόνα του αντικειμένου είναι πραγματική. -φά- η εικόνα του αντικειμένου είναι φανταστική.

Το αντίστροφο της εστιακής απόστασης του φακού ονομάζεται οπτική ισχύς.

Εγκάρσια μεγέθυνση- η αναλογία του γραμμικού μεγέθους της εικόνας προς το γραμμικό μέγεθος του αντικειμένου.

Οι σύγχρονες οπτικές συσκευές χρησιμοποιούν συστήματα φακών για τη βελτίωση της ποιότητας της εικόνας. Η οπτική ισχύς ενός συστήματος φακών μαζί είναι ίση με το άθροισμα των οπτικών δυνάμεών τους.

1 - κερατοειδής? 2 - ίριδα? 3 - tunica albuginea (σκληρός χιτώνας). 4 - χοριοειδές; 5 - στρώμα χρωστικής ουσίας. 6 - κίτρινη κηλίδα; 7 - οπτικό νεύρο; 8 - αμφιβληστροειδής? 9 - μυς? 10 - σύνδεσμοι φακού. 11 - φακός? 12 - μαθητής.

Ο φακός είναι ένα σώμα που μοιάζει με φακό και προσαρμόζει την όρασή μας σε διαφορετικές αποστάσεις. Στο οπτικό σύστημα του ματιού, η εστίαση μιας εικόνας στον αμφιβληστροειδή ονομάζεται κατάλυμα. Στους ανθρώπους, η προσαρμογή συμβαίνει λόγω της αύξησης της κυρτότητας του φακού, που πραγματοποιείται με τη βοήθεια των μυών. Αυτό αλλάζει την οπτική ισχύ του ματιού.

Η εικόνα ενός αντικειμένου που πέφτει στον αμφιβληστροειδή του ματιού είναι πραγματική, μειωμένη, ανεστραμμένη.

Απόσταση καλύτερο όραμαθα πρέπει να είναι περίπου 25 cm, και το όριο της όρασης (μακρινό σημείο) είναι στο άπειρο.

Μυωπία (μυωπία)- οπτικό ελάττωμα κατά το οποίο το μάτι βλέπει θολά και η εικόνα εστιάζεται μπροστά από τον αμφιβληστροειδή.

Υπερμετρωπία (υπερμετρωπία)- ελάττωμα όρασης κατά το οποίο η εικόνα εστιάζεται πίσω από τον αμφιβληστροειδή.

Όλοι γνωρίζουν ότι ένας φωτογραφικός φακός αποτελείται από οπτικά στοιχεία. Οι περισσότεροι φωτογραφικοί φακοί χρησιμοποιούν φακούς ως τέτοια στοιχεία. Οι φακοί σε έναν φωτογραφικό φακό βρίσκονται στον κύριο οπτικό άξονα, σχηματίζοντας το οπτικό σχέδιο του φακού.

Οπτικός σφαιρικός φακός - είναι ένα διαφανές ομοιογενές στοιχείο που οριοθετείται από δύο σφαιρικές ή τη μία σφαιρική και την άλλη επίπεδες επιφάνειες.

Στους σύγχρονους φωτογραφικούς φακούς έχουν γίνει επίσης ευρέως διαδεδομένοι. ασφαιρικόφακούς των οποίων το σχήμα επιφάνειας διαφέρει από μια σφαίρα. Σε αυτή την περίπτωση, μπορεί να υπάρχουν παραβολικές, κυλινδρικές, τορικές, κωνικές και άλλες καμπύλες επιφάνειες, καθώς και επιφάνειες περιστροφής με άξονα συμμετρίας.

Τα υλικά που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή φακών μπορεί να είναι διάφοροι τύποι οπτικού γυαλιού, καθώς και διαφανή πλαστικά.

Όλη η ποικιλία των σφαιρικών φακών μπορεί να περιοριστεί σε δύο κύριους τύπους: Περισυλλογή(ή θετική, κυρτή) και Διασκόρπιση(ή αρνητικό, κοίλο). Οι συγκλίνοντες φακοί στο κέντρο είναι παχύτεροι από ό,τι στις άκρες, αντίθετα, οι αποκλίνοντες φακοί στο κέντρο είναι πιο λεπτοί από ό,τι στις άκρες.

Σε έναν συγκλίνοντα φακό, οι παράλληλες ακτίνες που διέρχονται από αυτόν εστιάζονται σε ένα σημείο πίσω από τον φακό. Στους αποκλίνοντες φακούς, οι ακτίνες που διέρχονται από το φακό διασκορπίζονται στα πλάγια.

Εγώ θα. 1. Συγκλίνοντες και αποκλίνοντες φακοί.

Μόνο οι θετικοί φακοί μπορούν να παράγουν εικόνες αντικειμένων. Σε οπτικά συστήματα που παράγουν πραγματική εικόνα (ιδίως φακούς), οι αποκλίνοντες φακοί μπορούν να χρησιμοποιηθούν μόνο μαζί με συλλογικούς φακούς.

Υπάρχουν έξι κύριοι τύποι φακών με βάση το σχήμα της διατομής τους:

1. αμφίκυρτοι συγκλίνοντες φακοί.
2. Επίπεδοι κυρτές συγκλίνοντες φακοί.
3. κοίλοι-κυρτές συλλεκτικοί φακοί (μηνίσκοι).
4. αμφίκοιλοι αποκλίνοντες φακοί.
5. Επίπεδοι κοίλοι αποκλίνοντες φακοί.
6. κυρτούς-κοίλους αποκλίνοντες φακούς.

Εγώ θα. 2. Έξι τύποι σφαιρικών φακών.

Οι σφαιρικές επιφάνειες του φακού μπορεί να έχουν διαφορετικές καμπυλότητα(βαθμός κυρτότητας/κοιλότητας) και διαφορετικά αξονικό πάχος.

Ας δούμε αυτές και μερικές άλλες έννοιες με περισσότερες λεπτομέρειες.

Εγώ θα. 3. Στοιχεία αμφίκυρτου φακού

Στο σχήμα 3 μπορείτε να δείτε ένα διάγραμμα του σχηματισμού ενός αμφίκυρτου φακού.

• Τα C1 και C2 είναι τα κέντρα των σφαιρικών επιφανειών που περιορίζουν τον φακό, ονομάζονται κέντρα καμπυλότητας.
• Τα R1 και R2 είναι οι ακτίνες των σφαιρικών επιφανειών του φακού ή ακτίνες καμπυλότητας.
• Η ευθεία γραμμή που συνδέει τα σημεία C1 και C2 ονομάζεται κύριο οπτικό άξοναΦακοί.
• Τα σημεία όπου ο κύριος οπτικός άξονας τέμνει τις επιφάνειες του φακού (Α και Β) ονομάζονται τις κορυφές του φακού.
• Απόσταση από το σημείο ΕΝΑμέχρι κάποιο σημείο σιπου ονομάζεται πάχος αξονικού φακού.

Εάν μια παράλληλη δέσμη ακτίνων φωτός κατευθύνεται σε έναν φακό από ένα σημείο που βρίσκεται στον κύριο οπτικό άξονα, τότε αφού περάσουν από αυτόν θα συγκλίνουν σε ένα σημείο φά, που βρίσκεται επίσης στον κύριο οπτικό άξονα. Αυτό το σημείο ονομάζεται κύρια εστίασηφακούς και την απόσταση φάαπό τον φακό μέχρι αυτό το σημείο - κύρια εστιακή απόσταση.

Εγώ θα. 4. Κύρια εστίαση, κύριο εστιακό επίπεδο και εστιακή απόσταση του φακού.

Επίπεδο MNκάθετο στον κύριο οπτικό άξονα και διέρχεται από την κύρια εστία ονομάζεται κύριο εστιακό επίπεδο.Εδώ βρίσκεται η φωτοευαίσθητη μήτρα ή το φωτοευαίσθητο φιλμ.

Η εστιακή απόσταση ενός φακού εξαρτάται άμεσα από την καμπυλότητα των κυρτών επιφανειών του: όσο μικρότερη είναι η ακτίνα καμπυλότητας (δηλαδή, όσο μεγαλύτερη είναι η κυρτότητα), τόσο μικρότερη είναι η εστιακή απόσταση.