Тэдэн дээр унах цахилгаан соронзон цацрагийн урсгалын нягтыг өөрчлөх, өөрөөр хэлбэл нэг цэгт цуглуулах замаар нэмэгдүүлэх, эсвэл тараах замаар багасгах чадвартай объектууд байдаг. Эдгээр объектуудыг физикт линз гэж нэрлэдэг. Энэ асуудлыг нарийвчлан авч үзье.
Физикт линз гэж юу вэ?
Энэ ойлголт нь цахилгаан соронзон цацрагийн тархалтын чиглэлийг өөрчлөх чадвартай аливаа объектыг хэлнэ. Энэ бол оптик шил, соронзон болон таталцлын линзийг багтаасан физикийн линзний ерөнхий тодорхойлолт юм.
Энэ нийтлэлд ил тод материалаар хийгдсэн, хоёр гадаргуугаар хязгаарлагдах объект болох оптик шилнүүдэд анхаарлаа хандуулах болно. Эдгээр гадаргуугийн аль нэг нь заавал муруйлттай байх ёстой (өөрөөр хэлбэл хязгаарлагдмал радиустай бөмбөрцгийн хэсэг байх), эс тэгвээс объект нь гэрлийн цацрагийн тархалтын чиглэлийг өөрчлөх шинж чанартай байх ёсгүй.
Линзний зарчим
Энэхүү ажлын мөн чанар нь төвөггүйоптик объект нь нарны цацрагийн хугарлын үзэгдэл юм. 17-р зууны эхээр Голландын нэрт физикч, одон орон судлаач Виллеброрд Снелл ван Руйен хугарлын хуулийг нийтэлсэн бөгөөд энэ нь одоогоор түүний овог нэр юм. Энэ хуулийн томъёолол нь дараах байдалтай байна: нарны гэрэл хоёр оптик тунгалаг орчны хоорондох интерфэйсээр дамжих үед цацраг ба гадаргуугийн норм хоорондын тусгалын өнцгийн синусын үржвэр ба тухайн орчны хугарлын илтгэгч байна. тархалт нь тогтмол утга юм.
Дээрх зүйлийг тодруулахын тулд нэг жишээ татъя: гадаргын норм ба цацрагийн хоорондох өнцөг нь θ1 байхад гэрэл усны гадаргуу дээр тусах.. Дараа нь гэрлийн туяа хугарч, усны гадарга дээрх хэвийн θ2 өнцгөөр аль хэдийн тархаж эхэлдэг. Снелийн хуулийн дагуу бид: sin(θ1)n1=sin(θ2) n2, энд n1 ба n2 нь агаар ба усны хугарлын индекс юм, тус тус. Хугарлын индекс гэж юу вэ? Энэ нь вакуум дахь цахилгаан соронзон долгионы тархалтын хурд нь оптик тунгалаг орчныхаас хэд дахин их болохыг харуулсан утга юм, өөрөөр хэлбэл n=c/v, энд c ба v нь вакуум дахь гэрлийн хурд ба вакуум дахь гэрлийн хурд юм. дунд зэрэг.
Хугарлын харагдах физик нь Фермагийн зарчмыг хэрэгжүүлэхэд оршдог бөгөөд үүний дагуу гэрэл сансар огторгуйн нэг цэгээс нөгөө цэг хүртэлх зайг хамгийн богино хугацаанд даван туулахаар хөдөлдөг.
Линзний төрөл
Физикийн оптик линзний төрлийг зөвхөн түүнийг бүрдүүлдэг гадаргуугийн хэлбэрээр тодорхойлдог. Тэдгээрт туссан цацрагийн хугарлын чиглэл нь энэ хэлбэрээс хамаарна. Тиймээс, хэрэв гадаргуугийн муруйлт эерэг (гүдгэр) байвал линзээс гарахад гэрлийн цацраг нь оптик тэнхлэгт ойртох болно (доороос үзнэ үү). Эсрэгээр, хэрэв гадаргуугийн муруйлт сөрөг (ховор) байвал оптик шилээр дамжин өнгөрөхөд цацраг нь төв тэнхлэгээсээ холдох болно.
Ямар ч муруйлттай гадаргуу нь туяаг ижил аргаар хугардаг (Стеллагийн хуулийн дагуу) боловч тэдгээрийн нормууд нь оптик тэнхлэгтэй харьцуулахад өөр налуутай байдаг тул хугарсан туяа өөр өөр үйлдлийг бий болгодог гэдгийг дахин анхаарна уу.
Хоёр гүдгэр гадаргуугаар хүрээлэгдсэн линзийг нэгдэх линз гэнэ. Хариуд нь, хэрэв энэ нь сөрөг муруйлттай хоёр гадаргуугаас үүссэн бол түүнийг тараах гэж нэрлэдэг. Бусад бүх төрлийн оптик шил нь эдгээр гадаргуугийн хослолтой холбоотой бөгөөд үүнд хавтгай нэмж өгдөг. Нийлмэл линз ямар шинж чанартай байх вэ (дивергент эсвэл нийлэх) нь түүний гадаргуугийн радиусын нийт муруйлтаас хамаарна.
Линзний элементүүд ба цацрагийн шинж чанарууд
Зургийн физикт линз бүтээхийн тулд та энэ объектын элементүүдтэй танилцах хэрэгтэй. Тэдгээрийг доор жагсаав:
- Үндсэн оптик тэнхлэг ба төв. Эхний тохиолдолд тэдгээр нь линзийг оптик төвөөр нь дамжих перпендикуляр шулуун шугамыг хэлнэ. Сүүлийнх нь линзний доторх цэг бөгөөд туяа нь хугардаггүй.
- Фокусын урт ба фокус - энэ тэнхлэгт параллель линз дээр туссан бүх цацрагийг цуглуулдаг төв ба оптик тэнхлэг дээрх цэгийн хоорондох зай. Энэ тодорхойлолт нь оптик шил цуглуулахад үнэн юм. Дивергент линзийн хувьд туяа нь өөрсдөө цэг рүү нийлэхгүй, харин тэдний төсөөллийн үргэлжлэл юм. Энэ цэгийг гол анхаарал гэж нэрлэдэг.
- Оптик хүч. Энэ нь фокусын уртын эсрэг талын нэр, өөрөөр хэлбэл D \u003d 1 / f. Энэ нь диоптер (диоптер), өөрөөр хэлбэл 1 диоптерээр хэмжигддэг.=1 м-1.
Линзээр дамжин өнгөрөх цацрагийн үндсэн шинж чанарууд нь:
- оптик төвөөр дамжин өнгөрөх цацраг нь түүний хөдөлгөөний чиглэлийг өөрчилдөггүй;
- Үндсэн оптик тэнхлэгт параллель тусч буй цацрагууд чиглэлээ өөрчилдөг тул гол фокусыг дайран өнгөрдөг;
- Оптик шилэн дээр дурын өнцгөөр унасан боловч түүний фокусыг дайран өнгөрч буй цацрагууд тархалтын чиглэлээ өөрчилж, үндсэн оптик тэнхлэгтэй параллель болно.
Физикийн шинжлэх ухаанд нимгэн линзний цацрагийн дээрх шинж чанаруудыг (ямар ч бөмбөрцөг үүссэн, ямар зузаан байхаас үл хамааран тухайн объектын оптик шинж чанар л чухал байдаг тул ингэж нэрлэдэг) тэдгээрт дүрс бүтээхэд ашигладаг..
Оптик нүдний шилний зураг: хэрхэн бүтээх вэ?
Доорх нь объектын гүдгэр ба хотгор линз дээр зураг бүтээх схемийг нарийвчлан харуулсан зураг юм.(улаан сум) байрлалаас хамааран.
Зураг дээрх хэлхээнүүдийн шинжилгээнээс чухал дүгнэлт гарлаа:
- Аливаа зургийг зөвхөн 2 цацраг дээр бүтээдэг (төвийг дайран өнгөрч, үндсэн оптик тэнхлэгтэй параллель).
- Нэгдүүлэх линз (төгсгөлд нь гадагш чиглэсэн сумаар тэмдэглэгдсэн) нь томруулсан болон багасгасан дүрсийг хоёуланг нь өгөх боломжтой бөгөөд энэ нь эргээд бодит (бодит) эсвэл төсөөлөл байж болно.
- Хэрэв объект фокус дээр байгаа бол линз нь түүний дүрсийг үүсгэдэггүй (зүүн талын доод диаграмыг зурагт харна уу).
- Тараадаг оптик шил (төгсөө дотогшоо чиглэсэн сумаар тэмдэглэгдсэн) объектын байрлалаас үл хамааран үргэлж багасгасан, виртуал дүрсийг өгдөг.
Зураг хүртэлх зайг олох
Зураг ямар зайд гарч ирэхийг тодорхойлохын тулд объектын байршлыг мэдэхийн тулд бид физикийн линзний томъёог өгнө: 1/f=1/do + 1 /d i, энд do ба di нь объект болон түүний оптикийн дүрс хүртэлх зай юм. төв, f нь гол анхаарал хандуулдаг. Хэрэв бид цуглуулах оптик шилний тухай ярьж байгаа бол f тоо эерэг байх болно. Эсрэгээр, ялгаатай линзний хувьд f нь сөрөг байна.
Энэ томьёог ашиглаад энгийн бодлого шийдье: объектыг цуглуулах оптик шилний төвөөс do=2f зайд байг. Түүний дүр төрх хаана харагдах вэ?
Бидэнд байгаа асуудлын нөхцөлөөс: 1/f=1/(2f)+1/di. Эхнээс: 1/di=1/f - 1/(2f)=1/(2f), өөрөөр хэлбэл di=2 f. Тиймээс, зураг нь линзээс хоёр фокусын зайд харагдах боловч объектоос нөгөө талд нь харагдах болно (энэ нь di утгын эерэг тэмдгээр илэрхийлэгдэнэ).
Товч түүх
"Линз" гэдэг үгийн гарал үүслийг өгөх нь сонин байна. Энэ нь "сэвэг зарам" гэсэн утгатай латин хэлний линз, lentis гэсэн үгнээс гаралтай бөгөөд хэлбэр дүрсээрээ оптик биетүүд үнэхээр энэ ургамлын жимс шиг харагддаг.
Бөөрөнхий тунгалаг биетүүдийн хугарлын хүчийг эртний Ромчууд мэддэг байсан. Энэ зорилгоор тэд усаар дүүргэсэн дугуй шилэн савыг ашигласан. Шилэн линзийг зөвхөн 13-р зуунд Европт хийж эхэлсэн. Тэдгээрийг унших хэрэгсэл болгон ашигладаг байсан (орчин үеийн шил эсвэл томруулдаг шил).
Телескоп, микроскоп үйлдвэрлэхэд оптик объектуудыг идэвхтэй ашиглах нь 17-р зуунаас эхлэлтэй (энэ зууны эхээр Галилео анхны дуранг зохион бүтээжээ). Стеллагийн хугарлын хуулийн математик томьёоллыг 17-р зууны эхээр Голландын нэгэн эрдэмтэн хэвлүүлсэн болохыг анхаарна уу, үүнийг мэдэхгүйгээр хүссэн шинж чанартай линз үйлдвэрлэх боломжгүй юм.
Бусад линз
Дээр дурдсанчлан оптик хугарлын биетүүдээс гадна соронзон болон таталцлын биетүүд бас байдаг. Үүний нэг жишээ бол электрон микроскоп дахь соронзон линз, сүүлийнх нь гэрлийн урсгалын чиглэлийн гажуудал юм.асар том сансрын биетүүдийн (од, гараг) ойролцоо өнгөрөх үед.
