Šošovky sú priehľadné predmety, ktoré môžu lámať slnečné svetlo. Vyrábajú sa hlavne zo skla. Slová „lomové svetlo“označujú schopnosť meniť smer šírenia dopadajúcich svetelných lúčov. Pozrime sa, ako sa vytvárajú obrázky v tenkej šošovke.
Historické pozadie
Prvé šošovky, ktoré poznali starí Gréci a Rimania, boli guľovité sklenené nádoby naplnené vodou. Tieto prototypy moderných optických okuliarov sa používali na zapálenie ohňa.
Len na konci 13. storočia bola v Európe vyrobená prvá sklenená šošovka. Odvtedy sa proces ich výroby príliš nezmenil. Jedinou inováciou bolo použitie dechtu Isaacom Newtonom v 17. storočí na leštenie povrchov optických predmetov.
Zber a rozhadzovanie optických okuliarov
Zvážte, aby ste uľahčili pochopenie konštrukcie obrázkov v tenkej šošovkeotázka je, čo sú to optické sklá. Vo všeobecnosti existujú len dva typy šošoviek, ktoré sa líšia tvarom a schopnosťou lámať svetelný tok. Rozlišujú sa tieto typy:
- Spojkové šošovky. Tento typ má hrúbku svojej strednej časti väčšiu ako je hrúbka okrajov. Výsledný obraz v zbiehajúcej šošovke vzniká na druhej strane svetla dopadajúceho na ňu. Tento typ má schopnosť zhromažďovať svetlo do jedného bodu (pozitívne ohnisko).
- Divergujúce šošovky. Ich stredná časť je tenšia ako okraje. Tieto optické sklá svojím tvarom rozptyľujú na ne dopadajúce svetlo, čo vedie k vytvoreniu obrazu na tej istej strane šošovky, na ktorú dopadajú lúče z predmetu. Vygenerovaný obrázok je oveľa menší ako skutočná položka. Ak lúče rozptýlené týmto optickým sklom pokračujú tak, aby sa určil ich pôvod, potom sa bude zdať, že vychádzajú z jedného bodu pred ním. Tento bod sa nazýva ohnisko, ktoré je záporné alebo imaginárne pre rozbiehavú šošovku.
Rôzne tvary optických skiel
Existujúce dva typy šošoviek možno vyrobiť niekoľkými spôsobmi. Rozlišuje sa nasledujúcich 6 foriem:
- Bikonvexné.
- Plano-konvexné.
- S konvexným meniskom (konkávne-konvexným).
- Biconcave.
- Plano-konkávne.
- S konkávnym meniskom (konvexno-konkávne).
Konvexné sklenené prvky
Porozumieť fyzike šošovky a jej zabudovaniatenké zobrazovacie šošovky, je potrebné poznať základné prvky tohto optického objektu. Poďme si ich vymenovať:
- Optický stred (O) je bod, cez ktorý svetlo prechádza bez toho, aby sa lámalo.
- Hlavná os je priamka, ktorá prechádza bodom optického stredu a hlavným ohniskom.
- Hlavné alebo hlavné ohnisko (F) je bod, cez ktorý prechádzajú svetelné lúče alebo ich predĺženia, ak dopadnú na optické sklo rovnobežne s jeho hlavnou osou.
- Pomocná os – akákoľvek priamka, ktorá prechádza optickým stredom.
- Polomery zakrivenia sú dva polomery, R1 a R2, sfér, ktoré tvoria šošovku.
- Centrá zakrivenia - dva stredy gúľ, C1 a C2, ktoré tvoria povrchy optického skla.
- Fokálna vzdialenosť (f) - vzdialenosť medzi ohniskom a optickým stredom. Existuje iná definícia hodnoty (f): toto je vzdialenosť od stredu optickej šošovky k obrázku, ktorá dáva objekt umiestnený nekonečne ďaleko.
Optické vlastnosti
Či už ide o jednoduché vypuklé sklo alebo zložité optické systémy, ktoré sú súborom jednotlivých šošoviek, ich optické vlastnosti závisia od dvoch parametrov: ohniskovej vzdialenosti a vzťahu medzi ohniskovou vzdialenosťou a priemerom šošovky.
Ohnisková vzdialenosť sa meria dvoma spôsobmi:
- V jednotkách normálnej vzdialenosti, ako je 10 cm, 1m atď.
- V dioptriách je to hodnota, ktorá je nepriamo úmerná ohniskovej vzdialenosti meranej v metroch.
Napríklad optické sklo so silou 1 dioptrie má ohniskovú vzdialenosť 1 m, zatiaľ čo šošovka so silou 2 dioptrie má ohniskovú vzdialenosť iba 0,5 m.
Priemer šošovky a jeho vzťah k ohniskovej vzdialenosti určuje schopnosť optického skla zbierať svetlo alebo jeho svetelný výkon.
Vlastnosti lúčov prechádzajúcich cez šošovku
V školách v 8. ročníku je vytváranie obrázkov pomocou tenkých šošoviek jednou z dôležitých tém fyziky. Aby ste sa naučili vytvárať tieto obrázky, mali by ste poznať nielen základné pojmy a prvky, ale aj vlastnosti niektorých lúčov prechádzajúcich cez opticky aktívny objekt:
- Každý lúč prechádzajúci rovnobežne s hlavnou osou sa láme tak, že buď prechádza ohniskom (v prípade zbiehajúcej šošovky), alebo jeho pomyselné pokračovanie prechádza ohniskom (v prípade divergentná).
- Lúč, ktorý prechádza ohniskom, sa láme, takže pokračuje vo svojom pohybe rovnobežne s hlavnou osou. Upozorňujeme, že v prípade rozptylovej šošovky toto pravidlo platí, ak pokračovanie lúča dopadajúceho na ňu prechádza cez ohnisko umiestnené na druhej strane optického objektu.
- Žiadny lúč svetla, ktorý prechádza stredom šošovky, sa nelomí a nemení smer.
Funkcie vytvárania obrázkov v tenkých šošovkách
Aj keď zber a rozptyl optickýokuliare majú podobné vlastnosti, konštrukcia obrázkov v každom z nich má svoje vlastné charakteristiky.
Pri vytváraní obrázkov je vzorec pre tenké šošovky:
1/f=1/do+1/di, kde do a di je vzdialenosť od optického stredu k objektu a k jeho obrazu.
Všimnite si, že ohnisková vzdialenosť (f) je kladná pre zbiehavé šošovky a záporná pre divergujúce šošovky.
Aplikácia vyššie uvedených vlastností lúčov prechádzajúcich cez zberné optické sklo vedie k nasledujúcim výsledkom:
- Ak sa objekt nachádza vo vzdialenosti väčšej ako 2f, získa sa skutočný obraz, ktorý má menšiu veľkosť ako objekt. Vidíme to hore nohami.
- Objekt umiestnený vo vzdialenosti 2f od šošovky má za následok skutočný prevrátený obraz rovnakej veľkosti ako samotný objekt.
- Ak je objekt vo vzdialenosti väčšej ako f, ale menej ako 2f, získa sa jeho skutočný prevrátený a zväčšený obraz.
- Ak je objekt v ohnisku, potom sa lúče prechádzajúce cez optické sklo stanú paralelnými, čo znamená, že neexistuje žiadny obraz.
- Ak je objekt bližšie ako jedna ohnisková vzdialenosť, jeho obraz sa ukáže byť imaginárny, priamy a väčší ako samotný objekt.
Vzhľadom na to, že vlastnosti lúčov prechádzajúcich cez zbiehavú a rozbiehajúcu sa šošovku sú podobné, konštrukcia obrazov daných tenkou šošovkou tohto typu prebieha podľa podobných pravidiel.
Kresbyzobrazovanie na rôzne príležitosti
Na obrázkoch je zbiehavá šošovka označená čiarou, na ktorej koncoch sú šípky smerujúce von, a rozbiehavá šošovka je označená čiarou so šípkami na koncoch, ktoré sú nasmerované dovnútra, tj. jeden na druhého.
Na obrázku nižšie sú zobrazené rôzne varianty nákresov na vytváranie obrazov v tenkých šošovkách, o ktorých sme hovorili v predchádzajúcom odseku.
Ako je zrejmé z obrázku, všetky obrázky (pre akýkoľvek typ optického skla a umiestnenie objektu vo vzťahu k nim) sú postavené na dvoch lúčoch. Jeden je nasmerovaný rovnobežne s hlavnou osou a druhý prechádza cez optický stred. Použitie týchto lúčov je pohodlné, pretože ich správanie po prechode šošovkou je známe. Všimnite si tiež, že spodný okraj objektu (v tomto prípade červená šípka) sa nachádza na hlavnej optickej osi, takže stačí zostaviť iba obraz horného bodu objektu. Ak je objekt (červená šípka) umiestnený ľubovoľne vzhľadom k optickému sklu, potom je potrebné vytvoriť obraz jeho hornej a dolnej časti nezávisle.
Na vytvorenie akýchkoľvek obrázkov stačia dva lúče. Ak je výsledok neistý, možno ho skontrolovať pomocou tretieho lúča. Mal by smerovať cez ohnisko (pred zbiehavú šošovku a za divergenciu), potom po prechode cez optické sklo a lomu v ňom bude lúč rovnobežný s hlavnou optickou osou. Ak je vyriešený problém budovania obrazu v tenkej šošovkedoprava, potom prejde bodom, kde sa pretínajú dva hlavné lúče.
Proces výroby optických predmetov
Väčšina šošoviek je vyrobená zo špeciálnych typov skla nazývaných optické šošovky. V takomto skle nie sú žiadne vnútorné pnutia, vzduchové bubliny a iné nedokonalosti.
Proces výroby šošoviek prebieha v niekoľkých fázach. Najprv sa pomocou vhodných kovových nástrojov vyreže z bloku optického skla konkávny alebo konvexný predmet požadovaného tvaru. Potom sa leští pomocou dechtu. V záverečnej fáze sa veľkosť optického skla zmení pomocou brúsnych nástrojov tak, aby sa ťažisko presne zhodovalo s optickým stredom.
Vďaka vývoju technológií na získavanie a spracovanie rôznych druhov plastov sa šošovky v súčasnosti čoraz častejšie vyrábajú z priehľadných druhov plastov, ktoré sú lacnejšie, ľahšie a menej krehké ako ich sklenené náprotivky.
Oblasti použitia
Optické okuliare sa používajú na riešenie rôznych problémov so zrakom. Na tento účel sa používajú kontaktné šošovky plastové aj sklenené (s okuliarmi).
Okrem toho sa optické sklá používajú vo fotografických fotoaparátoch, mikroskopoch, ďalekohľadoch a iných optických prístrojoch. Používajú celý systém šošoviek. Napríklad v prípade najjednoduchšieho mikroskopu, ktorý pozostáva z dvoch optických skiel, prvé tvorí skutočný obraz objektu adruhý slúži na zväčšenie jeho obrazu. Preto je druhé sklo umiestnené v primeranej vzdialenosti od prvého podľa pravidiel pre vytváranie obrázkov v tenkej šošovke.
