Линзалар - күн сәулесін сындыра алатын мөлдір заттар. Олар негізінен шыныдан жасалған. «Жарықтың сынуы» деген сөздер түскен жарық сәулелерінің таралу бағытын өзгерту мүмкіндігін білдіреді. Кескіндердің жұқа линзада қалай салынғанын қарастырайық.
Тарихи дерек
Ежелгі гректер мен римдіктерге белгілі болған алғашқы линзалар су толтырылған шар тәрізді шыны ыдыстар болды. Заманауи оптикалық көзілдіріктердің бұл прототиптері от жағу үшін қолданылған.
Еуропада бірінші шыны линза 13 ғасырдың аяғында ғана жасалды. Содан бері оларды жасау процесі көп өзгерген жоқ. Жалғыз жаңалық 17 ғасырда Исаак Ньютонның оптикалық заттардың беттерін жылтырату үшін шайырды қолдануы болды.
Оптикалық көзілдіріктерді жинау және шашырату
Жұқа линзадағы кескіндердің құрылысын түсінуді жеңілдету үшін қарастырыңызмәселе оптикалық көзілдірік дегеніміз не. Жалпы, линзалардың екі түрі ғана бар, олар пішіні мен жарық ағынын сындыру қабілетімен ерекшеленеді. Келесі түрлер бөлінеді:
- Біріктіретін линзалар. Бұл түрдің орталық бөлігінің қалыңдығы шеттерінің қалыңдығынан үлкен. Жинақтаушы линзадағы алынған кескін оған түсетін жарықтың екінші жағында қалыптасады. Бұл түрдің жарықты бір нүктеге (позитивті фокус) жинау мүмкіндігі бар.
- Диверсивті линзалар. Олардың орталық бөлігі шеттерінен жұқа. Пішініне байланысты бұл оптикалық көзілдірік оларға түсетін жарықты шашыратады, бұл объектив сәулелері оған түсетін объективтің сол жағында кескіннің пайда болуына әкеледі. Жасалған кескін нақты элементтен әлдеқайда аз. Осы оптикалық әйнекпен шашыраған сәулелер олардың пайда болуын анықтайтындай етіп жалғастырылса, онда олар оның алдындағы бір нүктеден шыққан сияқты болады. Бұл нүкте фокус деп аталады, ол ауытқу объективі үшін теріс немесе ойдан шығарылған.
Оптикалық көзілдіріктің әртүрлі пішіндері
Қолданыстағы екі линза түрін бірнеше жолмен жасауға болады. Келесі 6 пішін ерекшеленеді:
- Қос дөңес.
- Плано-дөңес.
- Дөңес менискімен (шоу-дөңес).
- Биконкав.
- Плано-ойыс.
- Шоу менискімен (дөңес-ойыс).
Дөңес шыны элементтері
Линзаның және ғимараттың физикасын түсіну үшінжіңішке бейнелеу линзалары үшін осы оптикалық объектінің негізгі элементтерін білу қажет. Оларды тізіп көрейік:
- Оптикалық орталық (O) – жарықтың сынбай өтетін нүктесі.
- Негізгі ось – оптикалық орталық пен негізгі фокус нүктесі арқылы өтетін түзу.
- Негізгі немесе негізгі фокус (F) - жарық сәулелері немесе олардың ұзартқыштары оптикалық шыныға негізгі осіне параллель түссе, өтетін нүкте.
- Көмекші ось - оптикалық орталық арқылы өтетін кез келген түзу.
- Қисықтық радиустары линзаны құрайтын шарлардың екі радиусы, R1 және R2 болып табылады.
- Қисықтық орталықтары - шарлардың екі центрі, C1 және C2, олар оптикалық шыны беттерін құрайды.
- Фокус ұзындығы (f) - фокус нүктесі мен оптикалық орталық арасындағы қашықтық. (f) мәнінің тағы бір анықтамасы бар: бұл оптикалық линзаның ортасынан кескінге дейінгі қашықтық, ол шексіз қашықтықта орналасқан нысанды береді.
Оптикалық қасиеттер
Ол қарапайым дөңес шыны болсын немесе жеке линзалардың жиынтығы болып табылатын күрделі оптикалық жүйелер болсын, олардың оптикалық қасиеттері екі параметрге байланысты: фокустық арақашықтық және фокус аралығы мен линзаның диаметрі арасындағы қатынас.
Фокус ұзындығы екі жолмен өлшенеді:
- 10см, 1м және т.б. сияқты қалыпты қашықтық бірліктерімен.
- Диоптрлерде бұл метрмен өлшенетін фокустық қашықтыққа кері пропорционал мән.
Мысалы, қуаты 1 диоптр болатын оптикалық әйнектің фокустық ара қашықтығы 1 м болса, 2 диоптрлік линзаның фокустық ара қашықтығы небәрі 0,5 м.
Линзаның диаметрі және оның фокустық қашықтыққа қатынасы оптикалық әйнектің жарықты жинау қабілетін немесе оның жарық шығысын анықтайды.
Линзадан өтетін сәулелердің қасиеттері
Мектептерде 8-сыныпта жұқа линзадағы кескіндерді салу физикадағы маңызды тақырыптардың бірі болып табылады. Бұл кескіндерді құруды үйрену үшін негізгі ұғымдар мен элементтерді ғана емес, сонымен қатар оптикалық белсенді объект арқылы өтетін кейбір сәулелердің қасиеттерін білу керек:
- Негізгі оське параллель өтетін кез келген сәуле не фокустан өтетіндей (біріктіретін линза жағдайында), не оның ойша жалғасы фокустан өтетіндей сынған дивергентті).
- Фокуладан өткен сәуле негізгі оське параллель қозғалысын жалғастыратындай сынған. Диверсивті линза жағдайында бұл ереже оған түсетін сәуленің жалғасы оптикалық нысанның екінші жағында орналасқан фокус арқылы өтетін болса, жарамды екенін ескеріңіз.
- Линзаның ортасынан өтетін кез келген жарық сәулесі сынуды сезбейді және бағытын өзгертпейді.
Жұқа линзалардағы кескіндерді салу мүмкіндіктері
Оптиканы жинап, шашыратқаныменкөзілдіріктердің қасиеттері ұқсас, олардың әрқайсысындағы кескіндердің құрылысының өзіндік ерекшеліктері бар.
Суреттерді құрастырған кезде жұқа линзаның формуласы:
1/f=1/do+1/di, мұндағы do және di - оптикалық орталықтан нысанға және оның кескініне дейінгі қашықтық.
Фокус қашықтығы (f) жинақталатын линзалар үшін оң және алшақтық үшін теріс екенін ескеріңіз.
Жинағыш оптикалық шыны арқылы өтетін сәулелердің жоғарыда аталған қасиеттерін қолдану келесі нәтижелерге әкеледі:
- Егер нысан 2f-ден астам қашықтықта орналасса, онда объектіден кішірек өлшемі бар нақты кескін алынады. Біз оны төңкеріп көреміз.
- Объективтен 2f қашықтықта орналасқан нысан нысанның өзі сияқты өлшемдегі нақты төңкерілген кескінді береді.
- Егер нысан f-ден көп, бірақ 2f-ден аз қашықтықта болса, онда оның нақты инверттелген және үлкейтілген бейнесі алынады.
- Егер нысан фокус нүктесінде болса, онда оптикалық шыны арқылы өтетін сәулелер параллель болады, яғни кескін жоқ.
- Егер нысан бір фокустық арақашықтықтан жақын болса, оның кескіні ойдан шығарылған, тура және объектінің өзінен үлкенірек болып шығады.
Жиынатын және диверсивті линзадан өтетін сәулелердің қасиеттері ұқсас болғандықтан, осы типтегі жұқа линза арқылы берілген кескіндерді салу ұқсас ережелер бойынша жүзеге асырылады.
Сызбаларәртүрлі жағдайларға арналған кескіндеу
Сызбаларда жинақталатын линза ұштарында сыртқа бағытталған көрсеткілері бар сызықпен, ал диверсиялық линзалар ұштарында ішке бағытталған көрсеткілері бар сызықпен көрсетілген, яғни, бір-біріне.
Алдыңғы абзацта талқыланған жұқа линзалардағы кескіндерді салуға арналған сызбалардың әртүрлі нұсқалары төмендегі суретте көрсетілген.
Суреттен көрініп тұрғандай, барлық кескіндер (оптикалық әйнектің кез келген түрі үшін және оларға қатысты нысанның орналасуы) екі сәулеге салынған. Біреуі негізгі оське параллель бағытталған, ал екіншісі оптикалық орталық арқылы өтеді. Бұл сәулелерді пайдалану ыңғайлы, өйткені олардың линзадан өткеннен кейінгі мінез-құлқы белгілі. Сондай-ақ, объектінің төменгі шеті (бұл жағдайда қызыл көрсеткі) негізгі оптикалық осьте орналасқанын ескеріңіз, сондықтан объектінің жоғарғы нүктесінің кескінін ғана салу жеткілікті. Егер объект (қызыл көрсеткі) оптикалық шыныға қатысты ерікті түрде орналасса, онда оның жоғарғы және төменгі бөліктерінің кескінін дербес құрастыру қажет.
Кез келген кескінді салу үшін екі сәуле жеткілікті. Нәтижеге қатысты белгісіздік болса, оны үшінші сәуленің көмегімен тексеруге болады. Ол фокус арқылы бағытталуы керек (конвергациялық линзаның алдына және диверсиялық линзаның артына), содан кейін оптикалық шыныдан және ондағы сынудан өткеннен кейін сәуле негізгі оптикалық оське параллель болады. Жұқа линзадағы сурет салу мәселесі шешілседұрыс болса, ол екі негізгі сәуленің қиылысу нүктесінен өтеді.
Оптикалық объектілерді жасау процесі
Линзалардың көпшілігі оптикалық линзалар деп аталатын арнайы әйнектен жасалған. Мұндай шыныда ішкі кернеулер, ауа көпіршіктері және басқа кемшіліктер жоқ.
Линзаларды жасау процесі бірнеше кезеңнен тұрады. Алдымен оптикалық шыны блогынан қажетті пішіндегі ойыс немесе дөңес объект тиісті металл құралдарды пайдалана отырып кесіледі. Содан кейін ол шайырдың көмегімен жылтыратылады. Соңғы кезеңде ауырлық центрі оптикалық орталыққа дәл келетіндей етіп абразивті құралдардың көмегімен оптикалық әйнектің өлшемі өзгертіледі.
Әртүрлі пластмасса түрлерін алу және өңдеу технологияларының дамуына байланысты линзалар пластиктің мөлдір түрлерінен көбірек жасалуда, олар шыны аналогтарына қарағанда арзанырақ, жеңілірек және нәзік емес.
Қолдану аймақтары
Оптикалық көзілдірік әртүрлі көру мәселелерін шешу үшін қолданылады. Ол үшін пластик контактілі линзалар да, шыны да (көзілдіріктері бар) қолданылады.
Сонымен қатар, оптикалық көзілдірік фотокамераларда, микроскоптарда, телескоптарда және басқа оптикалық аспаптарда қолданылады. Олар линзалардың тұтас жүйесін пайдаланады. Мысалы, екі оптикалық шыныдан тұратын ең қарапайым микроскопты алсақ, біріншісі объектінің нақты бейнесін құрайды жәнеекіншісі оның кескінін үлкейту үшін қолданылады. Сондықтан, екінші стақан жұқа линзадағы кескіндерді салу ережелеріне сәйкес біріншіден тиісті қашықтықта орналасқан.
