Ir objekti, kas spēj mainīt uz tiem krītošās elektromagnētiskā starojuma plūsmas blīvumu, tas ir, vai nu to palielināt, savācot vienā punktā, vai samazināt, izkliedējot. Šos objektus fizikā sauc par lēcām. Apskatīsim šo problēmu tuvāk.
Kas ir objektīvi fizikā?
Šis jēdziens nozīmē pilnīgi jebkuru objektu, kas spēj mainīt elektromagnētiskā starojuma izplatīšanās virzienu. Šī ir vispārīgā lēcu definīcija fizikā, kas ietver optiskās brilles, magnētiskās un gravitācijas lēcas.
Šajā rakstā galvenā uzmanība tiks pievērsta optiskajiem stikliem, kas ir objekti, kas izgatavoti no caurspīdīga materiāla un ierobežoti ar divām virsmām. Vienai no šīm virsmām obligāti jābūt izliektai (tas ir, tai jābūt daļai no sfēras ar ierobežotu rādiusu), pretējā gadījumā objektam nebūs īpašību mainīt gaismas staru izplatīšanās virzienu.
Objektīva princips
Šī nesarežģītā darba būtībaoptiskais objekts ir saules staru laušanas parādība. 17. gadsimta sākumā slavenais nīderlandiešu fiziķis un astronoms Vilebrords Snels van Rūiens publicēja refrakcijas likumu, kas šobrīd nes viņa uzvārdu. Šī likuma formulējums ir šāds: kad saules gaisma iet caur saskarni starp diviem optiski caurspīdīgiem nesējiem, tad reizinājums starp staru kūli un virsmas normālu leņķa sinusa un vides refrakcijas indeksu. tā izplatās ir nemainīga vērtība.
Lai precizētu iepriekš minēto, dosim piemēru: ļaujiet gaismai krist uz ūdens virsmas, kamēr leņķis starp normālu pret virsmu un staru kūli ir θ1. Pēc tam gaismas stars tiek lauzts un sāk izplatīties ūdenī jau leņķī θ2 pret normālu pret virsmu. Saskaņā ar Snela likumu mēs iegūstam: sin(θ1)n1=grēks(θ2) n2, kur n1 un n2 ir gaisa un ūdens laušanas koeficienti, attiecīgi. Kāds ir refrakcijas indekss? Šī ir vērtība, kas parāda, cik reižu elektromagnētisko viļņu izplatīšanās ātrums vakuumā ir lielāks nekā optiski caurspīdīgai videi, tas ir, n=c/v, kur c un v ir gaismas ātrums vakuumā un vidējais, attiecīgi.
Frakcijas parādīšanās fizika slēpjas Fermā principa īstenošanā, saskaņā ar kuru gaisma pārvietojas tā, lai visīsākajā laikā pārvarētu attālumu no viena punkta līdz otram telpā.
Lēcu veidi
Optiskās lēcas veidu fizikā nosaka tikai to virsmu forma, kas to veido. Uz tiem krītošā stara laušanas virziens ir atkarīgs no šīs formas. Tātad, ja virsmas izliekums ir pozitīvs (izliekts), tad, izejot no objektīva, gaismas stars izplatīsies tuvāk savai optiskajai asij (skatīt zemāk). Un otrādi, ja virsmas izliekums ir negatīvs (ieliekts), tad, izejot cauri optiskajam stiklam, stars attālināsies no savas centrālās ass.
Vēlreiz ņemiet vērā, ka jebkura izliekuma virsma lauž starus vienādi (saskaņā ar Stellas likumu), bet normāļiem pret tiem ir atšķirīgs slīpums attiecībā pret optisko asi, kā rezultātā lauztā stara uzvedība atšķiras.
Objektīvu, ko ierobežo divas izliektas virsmas, sauc par saplūstošu lēcu. Savukārt, ja to veido divas virsmas ar negatīvu izliekumu, tad to sauc par izkliedi. Visi citi optisko stiklu veidi ir saistīti ar šo virsmu kombināciju, kurai pievienota arī plakne. Kāda īpašība būs kombinētajam objektīvam (diverģenta vai saplūstoša), ir atkarīga no tā virsmu rādiusu kopējā izliekuma.
Lēcu elementi un staru īpašības
Lai attēla fizikā iebūvētu objektīvus, jums jāiepazīstas ar šī objekta elementiem. Tie ir norādīti zemāk:
- Galvenā optiskā ass un centrs. Pirmajā gadījumā tie nozīmē taisnu līniju, kas iet perpendikulāri objektīvam caur tā optisko centru. Pēdējais savukārt ir punkts objektīva iekšpusē, caur kuru stars nelūst.
- Fokusa attālums un fokuss - attālums starp centru un punktu uz optiskās ass, kas savāc visus starus, kas krīt uz objektīvu paralēli šai asij. Šī definīcija attiecas uz optisko brilles savākšanu. Atšķirīgu lēcu gadījumā uz punktu saplūst nevis paši stari, bet gan to iedomātais turpinājums. Šo punktu sauc par galveno fokusu.
- Optiskā jauda. Šis ir fokusa attāluma apgrieztā lieluma nosaukums, tas ir, D \u003d 1 / f. To mēra dioptrijās (dioptrijās), tas ir, 1 dioptrijā.=1 m-1.
Šīs ir galvenās staru īpašības, kas iziet cauri objektīvam:
- staurs, kas iet caur optisko centru, nemaina tā kustības virzienu;
- stariem, kas krīt paralēli galvenajai optiskajai asij, maina virzienu tā, lai tie izietu caur galveno fokusu;
- stauri, kas krīt uz optiskā stikla jebkurā leņķī, bet iet cauri tā fokusam, maina savu izplatīšanās virzienu tā, lai tie kļūtu paralēli galvenajai optiskajai asij.
Iepriekš minētās staru īpašības plānām lēcām fizikā (tā tās sauc, jo neatkarīgi no tā, kādas sfēras tās veidotas un cik tās ir biezas, svarīgas ir tikai objekta optiskās īpašības), lai tajās veidotu attēlus..
Attēli optiskajos brillēs: kā veidot?
Tālāk ir parādīts attēls, kurā ir detalizēti aprakstītas shēmas attēlu konstruēšanai objekta izliektajās un ieliektajās lēcās(sarkanā bultiņa) atkarībā no atrašanās vietas.
Svarīgi secinājumi izriet no attēlā redzamo ķēžu analīzes:
- Jebkurš attēls ir veidots tikai uz 2 stariem (kas iet caur centru un paralēli galvenajai optiskajai asij).
- Konverģējošie objektīvi (apzīmēti ar bultiņām galos, kas vērstas uz āru) var nodrošināt gan palielinātu, gan samazinātu attēlu, kas savukārt var būt reāls (reāls) vai iedomāts.
- Ja objekts ir fokusā, tad objektīvs neveido savu attēlu (sk. apakšējā diagramma attēlā pa kreisi).
- Izkliedējoši optiskie stikli (apzīmēti ar bultiņām to galos, kas vērstas uz iekšu) vienmēr nodrošina samazinātu un virtuālu attēlu neatkarīgi no objekta atrašanās vietas.
Attāluma atrašana līdz attēlam
Lai noteiktu, kādā attālumā parādīsies attēls, zinot paša objekta pozīciju, fizikā dodam objektīva formulu: 1/f=1/do + 1 /d i, kur do un di ir attālums līdz objektam un tā attēlam no optiskā attēla. centrā, attiecīgi, f ir galvenais fokuss. Ja mēs runājam par savācošo optisko stiklu, tad f skaitlis būs pozitīvs. Un otrādi, atšķirīgam objektīvam f ir negatīvs.
Izmantosim šo formulu un atrisināsim vienkāršu uzdevumu: ļaujiet objektam atrasties do=2f attālumā no savācošā optiskā stikla centra. Kur parādīsies viņa attēls?
No problēmas stāvokļa mums ir: 1/f=1/(2f)+1/di. No: 1/di=1/f - 1/(2f)=1/(2f), t.i., di=2 f. Tādējādi attēls parādīsies divu fokusu attālumā no objektīva, bet otrā pusē nekā pats objekts (par to norāda vērtības di pozitīvā zīme).
Īsa vēsture
Ir interesanti sniegt vārda "objektīvs" etimoloģiju. Tas cēlies no latīņu vārdiem lens un lentis, kas nozīmē "lēca", jo optiskie objekti pēc savas formas tiešām izskatās pēc šī auga augļiem.
Sfērisku caurspīdīgu ķermeņu laušanas spēja bija zināma seniem romiešiem. Šim nolūkam viņi izmantoja apaļus stikla traukus, kas pildīti ar ūdeni. Pašas stikla lēcas sāka ražot tikai 13. gadsimtā Eiropā. Tās tika izmantotas kā lasīšanas rīks (modernās brilles vai palielināmais stikls).
Aktīvā optisko objektu izmantošana teleskopu un mikroskopu ražošanā aizsākās 17. gadsimtā (šī gadsimta sākumā Galileo izgudroja pirmo teleskopu). Ņemiet vērā, ka Stellas laušanas likuma matemātisko formulējumu, bez kura nezināšanas nav iespējams izgatavot lēcas ar vēlamām īpašībām, nīderlandiešu zinātnieks publicēja tā paša 17. gadsimta sākumā.
Citi objektīvi
Kā minēts iepriekš, papildus optiski refrakcijas objektiem ir arī magnētiski un gravitācijas objekti. Pirmā piemērs ir magnētiskās lēcas elektronu mikroskopā, spilgts otrais piemērs ir gaismas plūsmas virziena izkropļojumi,kad tas iet garām masīviem kosmosa ķermeņiem (zvaigznēm, planētām).
