Le lenti sono oggetti trasparenti che possono rifrangere la luce solare. Sono realizzati principalmente in vetro. Le parole "rifrangere la luce" si riferiscono alla capacità di cambiare la direzione di propagazione dei raggi luminosi incidenti. Consideriamo come le immagini sono costruite in una lente sottile.
Sfondo storico
Le prime lenti conosciute dagli antichi greci e romani erano vasi di vetro sferici pieni d'acqua. Questi prototipi di moderni vetri ottici sono stati usati per accendere fuochi.
Fu solo alla fine del XIII secolo che la prima lente di vetro fu prodotta in Europa. Da allora, il processo di fabbricazione non è cambiato molto. L'unica innovazione fu l'uso del catrame da parte di Isaac Newton nel 17° secolo per lucidare le superfici degli oggetti ottici.
Raccolta e dispersione degli occhiali da vista
Per facilitare la comprensione della costruzione delle immagini in una lente sottile, considerala domanda è, cosa sono gli occhiali ottici. In generale, esistono solo due tipi di lenti, che differiscono per forma e capacità di rifrangere il flusso luminoso. Si distinguono i seguenti tipi:
- Lenti convergenti. Questo tipo ha uno spessore della sua parte centrale maggiore dello spessore dei bordi. L'immagine risultante in una lente convergente si forma sull' altro lato della luce che cade su di essa. Questo tipo ha la capacità di raccogliere la luce in un unico punto (messa a fuoco positiva).
- Lenti divergenti. La loro parte centrale è più sottile dei bordi. A causa della loro forma, questi occhiali ottici diffondono la luce incidente su di essi, il che porta alla formazione di un'immagine sullo stesso lato dell'obiettivo in cui i raggi di un oggetto cadono su di esso. L'immagine generata è molto più piccola dell'oggetto reale. Se i raggi diffusi da questo vetro ottico vengono continuati in modo tale da determinarne l'origine, allora sembrerà che emergano da un punto davanti ad esso. Questo punto è chiamato fuoco, che è negativo o immaginario per una lente divergente.
Diverse forme di occhiali da vista
I due tipi di lenti esistenti possono essere realizzati in diversi modi. Si distinguono le seguenti 6 forme:
- Bconvesso.
- Piano-convesso.
- Con un menisco convesso (concavo-convesso).
- Biconcava.
- Piano-concavo.
- Con un menisco concavo (convesso-concavo).
Elementi in vetro convesso
Capire la fisica della lente e integrarlalenti di imaging sottili, è necessario conoscere gli elementi di base di questo oggetto ottico. Elenchiamoli:
- Il centro ottico (O) è il punto attraverso il quale passa la luce senza essere rifratta.
- L'asse principale è una linea retta che passa per il punto del centro ottico e il fuoco principale.
- Il fuoco principale o principale (F) è il punto attraverso il quale passano i raggi luminosi o le loro estensioni se cadono sul vetro ottico parallelamente al suo asse principale.
- Asse ausiliario - qualsiasi linea retta che passa per il centro ottico.
- I raggi di curvatura sono i due raggi, R1 e R2, delle sfere che formano la lente.
- Centri di curvatura - due centri di sfere, C1 e C2, che formano le superfici del vetro ottico.
- Lunghezza focale (f) - la distanza tra il punto focale e il centro ottico. C'è un' altra definizione del valore (f): questa è la distanza dal centro della lente ottica all'immagine, che dà un oggetto situato infinitamente lontano.
Proprietà ottiche
Che si tratti di un semplice vetro convesso o di sistemi ottici complessi, che sono un insieme di lenti singole, le loro proprietà ottiche dipendono da due parametri: la lunghezza focale e il rapporto tra la lunghezza focale e il diametro della lente.
La lunghezza focale si misura in due modi:
- In unità di distanza normale, come 10 cm, 1 m e così via.
- In diottrie, questo è un valore inversamente proporzionale alla lunghezza focale, misurata in metri.
Ad esempio, un vetro ottico con una potenza di 1 diottrie ha una focale di 1 m, mentre un obiettivo con una potenza di 2 diottrie ha una focale di soli 0,5 m.
Il diametro di una lente e la sua relazione con la lunghezza focale determina la capacità del vetro ottico di raccogliere la luce o la sua emissione di luce.
Proprietà dei raggi che passano attraverso la lente
Nelle scuole della terza media, la costruzione di immagini con lenti sottili è uno degli argomenti importanti della fisica. Per imparare a costruire queste immagini, è necessario conoscere non solo i concetti e gli elementi di base, ma anche le proprietà di alcuni raggi che passano attraverso un oggetto otticamente attivo:
- Qualsiasi raggio che passa parallelamente all'asse principale viene rifratto in modo tale che o passi attraverso il fuoco (nel caso di una lente convergente), oppure la sua continuazione immaginaria passi attraverso il fuoco (nel caso di una lente divergente).
- Il raggio che passa attraverso il fuoco viene rifratto in modo che continui il suo movimento parallelamente all'asse principale. Si noti che nel caso di una lente divergente, questa regola è valida se la continuazione del raggio incidente su di essa passa attraverso il fuoco situato sull' altro lato dell'oggetto ottico.
- Qualsiasi raggio di luce che passa attraverso il centro della lente non subisce alcuna rifrazione e non cambia direzione.
Caratteristiche della creazione di immagini con lenti sottili
Anche se raccoglie e diffonde otticagli occhiali hanno proprietà simili, la costruzione delle immagini in ognuno di essi ha le sue caratteristiche.
Quando si costruiscono immagini, la formula della lente sottile è:
1/f=1/do+1/di, dove do e di è la distanza dal centro ottico all'oggetto e alla sua immagine.
Si noti che la lunghezza focale (f) è positiva per obiettivi convergenti e negativa per obiettivi divergenti.
L'applicazione delle suddette proprietà dei raggi che passano attraverso un vetro ottico collettore porta ai seguenti risultati:
- Se l'oggetto si trova a una distanza superiore a 2f, si ottiene un'immagine reale, che ha una dimensione inferiore all'oggetto. Lo vediamo sottosopra.
- Un oggetto posizionato a una distanza di 2f dall'obiettivo risulta in un'immagine reale capovolta della stessa dimensione dell'oggetto stesso.
- Se l'oggetto si trova a una distanza maggiore di f, ma minore di 2f, si ottiene un'immagine reale invertita e ingrandita.
- Se l'oggetto è nel punto focale, i raggi che passano attraverso il vetro ottico diventano paralleli, il che significa che non c'è immagine.
- Se un oggetto è più vicino di una lunghezza focale, la sua immagine risulterà immaginaria, diretta e più grande dell'oggetto stesso.
Poiché le proprietà dei raggi che passano attraverso una lente convergente e divergente sono simili, la costruzione delle immagini date da una lente sottile di questo tipo viene eseguita secondo regole simili.
Disegniimaging per varie occasioni
Nei disegni, una lente convergente è indicata da una linea alle cui estremità sono presenti delle frecce rivolte verso l'esterno, e una lente divergente è indicata da una linea con delle frecce alle estremità che sono dirette verso l'interno, cioè, l'uno contro l' altro.
Diverse varianti dei disegni per la costruzione di immagini con lenti sottili, discusse nel paragrafo precedente, sono mostrate nella figura seguente.
Come si evince dalla figura, tutte le immagini (per qualsiasi tipo di vetro ottico e la posizione dell'oggetto ad esse relativa) sono costruite su due fasci. Uno è diretto parallelamente all'asse principale e l' altro passa attraverso il centro ottico. L'uso di questi raggi è conveniente perché è noto il loro comportamento dopo il passaggio attraverso la lente. Si noti inoltre che il bordo inferiore dell'oggetto (freccia rossa in questo caso) si trova sull'asse ottico principale, quindi è sufficiente costruire solo l'immagine del punto più alto dell'oggetto. Se l'oggetto (freccia rossa) si trova in modo arbitrario rispetto al vetro ottico, è necessario costruire un'immagine delle sue parti superiore e inferiore indipendentemente.
Due raggi sono sufficienti per costruire qualsiasi immagine. Se c'è incertezza sul risultato, è possibile verificarlo utilizzando il terzo raggio. Dovrebbe essere diretto attraverso il fuoco (davanti alla lente convergente e dietro la lente divergente), quindi dopo essere passato attraverso il vetro ottico e la rifrazione in esso, il raggio sarà parallelo all'asse ottico principale. Se il problema di costruire un'immagine in una lente sottile è risoltoa destra, poi passerà attraverso il punto in cui le due travi principali si intersecano.
Il processo di produzione di oggetti ottici
La maggior parte degli obiettivi sono realizzati con tipi speciali di vetro chiamati lenti ottiche. Non ci sono sollecitazioni interne, bolle d'aria e altre imperfezioni in questo vetro.
Il processo di creazione delle lenti si svolge in più fasi. In primo luogo, un oggetto concavo o convesso della forma desiderata viene ritagliato da un blocco di vetro ottico utilizzando strumenti metallici appropriati. Viene quindi lucidato con catrame. Nella fase finale, il vetro ottico viene ridimensionato utilizzando strumenti abrasivi in modo che il baricentro coincida esattamente con il centro ottico.
A causa dello sviluppo delle tecnologie per ottenere e lavorare vari tipi di plastica, le lenti sono ora sempre più realizzate con tipi di plastica trasparenti, che sono più economici, più leggeri e meno fragili delle loro controparti in vetro.
Aree di applicazione
Gli occhiali ottici vengono utilizzati per risolvere vari problemi di vista. Per questo vengono utilizzate sia lenti a contatto in plastica che lenti in vetro (con occhiali).
Inoltre, i vetri ottici sono utilizzati in fotocamere, microscopi, telescopi e altri strumenti ottici. Usano un intero sistema di lenti. Ad esempio, nel caso del microscopio più semplice, costituito da due vetri ottici, il primo forma un'immagine reale dell'oggetto, eil secondo serve per ingrandire la sua immagine. Pertanto, il secondo vetro si trova ad una distanza adeguata dal primo, secondo le regole per la costruzione di immagini in una lente sottile.
