(concav sau disipativ). Calea razelor în aceste tipuri de lentile este diferită, dar lumina este întotdeauna refractă, cu toate acestea, pentru a lua în considerare structura și principiul de funcționare a acestora, trebuie să vă familiarizați cu aceleași concepte pentru ambele tipuri.

Dacă desenăm suprafețele sferice ale celor două laturi ale lentilei pentru a completa sfere, atunci linia dreaptă care trece prin centrele acestor sfere va fi axa optică a lentilei. De fapt, axa optică trece prin punctul cel mai larg al unei lentile convexe și cel mai îngust punct al unei lentile concave.

Axa optică, focalizarea obiectivului, distanța focală

Pe această axă există un punct în care sunt colectate toate razele care trec prin lentila colectoare. În cazul unei lentile divergente, putem desena continuări ale razelor divergente, iar apoi vom obține un punct, situat tot pe axa optică, în care converg toate aceste continuare. Acest punct se numește focalizarea lentilei.

Lentila convergentă are o focalizare reală și este situată cu reversul din razele incidente, lentila de împrăștiere are un focus imaginar și este situată pe aceeași parte din care cade lumina pe lentilă.

Punctul de pe axa optică exact în mijlocul lentilei se numește centrul său optic. Iar distanța de la centrul optic la punctul focal al lentilei este distanța focală a obiectivului.

Distanța focală depinde de gradul de curbură al suprafețelor sferice ale lentilei. Suprafețele mai convexe vor refracta razele mai puternic și, în consecință, vor reduce distanța focală. Dacă distanța focală este mai mică, atunci obiectivul va oferi o mărire mai mare a imaginii.

Puterea optică a lentilei: formulă, unitate de măsură

Pentru a caracteriza puterea de mărire a unei lentile, a fost introdus conceptul de „putere optică”. Puterea optică a unui obiectiv este inversul distanței sale focale. Puterea optică a unei lentile este exprimată prin formula:

unde D este puterea optică, F este distanța focală a lentilei.

Unitatea de măsură pentru puterea optică a unui obiectiv este dioptria (1 dioptrie). 1 dioptrie este puterea optică a unui obiectiv a cărui distanță focală este de 1 metru. Cu cât distanța focală este mai mică, cu atât puterea optică este mai mare, adică cu atât obiectivul mărește imaginea.

Deoarece focalizarea unei lentile divergente este imaginară, am convenit să considerăm distanța sa focală ca fiind o valoare negativă. În consecință, puterea sa optică este, de asemenea, o valoare negativă. În ceea ce privește lentila convergentă, focalizarea acesteia este reală, prin urmare atât distanța focală, cât și puterea optică a lentilei convergente sunt cantități pozitive.

Pentru a controla fasciculele de lumină, adică pentru a schimba direcția razelor, se folosesc dispozitive speciale, de exemplu o lupă, un microscop. Partea principală a acestor dispozitive este obiectivul.

Lentilele sunt corpuri transparente delimitate pe ambele părți de suprafețe sferice.

Există două tipuri de lentile - convexe și concave.

O lentilă ale cărei margini sunt mult mai subțiri decât mijlocul convex(Fig. 151, a).

Orez. 151. Tipuri de lentile:
a - convex; b - concav

O lentilă ale cărei margini sunt mai groase decât mijlocul concav(Fig. 151, b).

Linia dreaptă AB care trece prin centrele C 1 și C 2 (Fig. 152) ale suprafețelor sferice care limitează lentila se numește axa optică.

Orez. 152. Axa optică a lentilei

Direcționând un fascicul de raze paralel cu axa optică a lentilei către o lentilă convexă, vom vedea că după refracția în lentilă, aceste raze intersectează axa optică într-un punct (Fig. 153). Acest punct se numește focalizarea obiectivului. Fiecare obiectiv are două puncte focale - câte unul pe fiecare parte a lentilei.

Orez. 153. Lentila convergentă:
a - trecerea razelor prin focar; b - imaginea sa din diagrame

Se numește distanța de la o lentilă la focalizarea sa distanța focală a lentileiși este desemnat cu litera F.

Dacă un fascicul de raze paralele este îndreptat către o lentilă convexă, atunci după refracția în lentilă ele vor converge într-un punct - F (vezi Fig. 153). Prin urmare, o lentilă convexă colectează razele care provin de la sursă. Prin urmare, se numește o lentilă convexă colectare.

Când razele trec printr-o lentilă concavă, se observă o imagine diferită.

Să trimitem un fascicul de raze paralel cu axa optică pe o lentilă concavă. Vom observa că razele vor ieși din lentilă într-un fascicul divergent (Fig. 154). Dacă un astfel de fascicul divergent de raze pătrunde în ochi, atunci observatorului i se va părea că razele ies din punctul F. Acest punct este situat pe axa optică pe aceeași parte din care lumina cade pe lentilă și se numește focalizare imaginară lentilă concavă. Acest obiectiv se numește dispersiv.

Orez. 154. Lentila divergente:
a - trecerea razelor prin focar; b - imaginea sa din diagrame

Lentilele cu suprafețe mai convexe refractează razele mai puternic decât lentilele cu curbură mai mică (Fig. 155).

Orez. 155. Refracția razelor prin lentile de diferite curburi

Dacă una dintre cele două lentile are o distanță focală mai mică, atunci oferă o mărire mai mare (Fig. 156). Puterea optică a unui astfel de obiectiv este mai mare.

Orez. 156. Mărirea obiectivului

Lentilele sunt caracterizate de o valoare numită puterea optică a lentilei. Puterea optică este desemnată prin litera D.

Puterea optică a unui obiectiv este inversul distanței sale focale.

Puterea optică a lentilei este calculată prin formula

Unitatea de măsură a puterii optice este dioptria (doptrul).

1 dioptrie este puterea optică a unui obiectiv a cărui distanță focală este de 1 m.

Dacă distanța focală a lentilei este mai mică de 1 m, atunci puterea optică va fi mai mare de 1 dioptrie. Dacă distanța focală a lentilei este mai mare de 1 m, puterea sa optică este mai mică de 1 dioptrie. De exemplu,

dacă F = 0,2 m, atunci D = 1 / 0,2 m = 5 dioptrii,
dacă F = 2 m, atunci D = 1/2 m = 0,5 dioptrii.

Deoarece o lentilă divergentă are o focalizare imaginară, am convenit să considerăm distanța sa focală ca fiind o valoare negativă. Atunci puterea optică a lentilei divergente va fi negativă.

S-a convenit ca puterea optică a unei lentile colectoare să fie considerată o valoare pozitivă.

Întrebări

1. În ce este aspect lentile, poți afla care dintre ele are distanța focală mai mică?
2. Care dintre cele două lentile având distanțe focale diferite oferă o mărire mai mare?
3. Care este puterea optică a unui obiectiv?
4. Cum se numește unitatea de putere optică?
5. Puterea optică a cărei lentile este luată ca una?
6. Cum diferă lentilele unele de altele, puterea optică a uneia dintre ele fiind de +2,5 dioptrii, iar a celorlalte -2,5 dioptrii?

Exercițiul 48

1. Folosind Figura 155, comparați puterile optice ale lentilelor descrise pe ea.
2. Puterea optică a lentilei este de -1,6 dioptrii. Care este distanța focală a acestui obiectiv? Este posibil să obțineți o imagine reală folosindu-l?

Puterea optică a lentilei. Care lentilă este mai puternică?

Autor: În fig. Figura 8.3 prezintă două lentile convergente. Pe fiecare dintre ele cade un fascicul paralel de raze, care, după refracție, este colectat la focarul principal al lentilei. Ce părere aveți (pe baza bunului simț) care dintre cele două lentile mai puternic?

Cititor: De bun simț lentilă mai puternică din fig. 8.3, A, pentru că ea mai puternic refractează razele și, prin urmare, după refracție acestea sunt colectate mai aproape de lentilă decât în ​​cazul prezentat în fig. 8.3 , b.

Puterea lentilelor- Acest cantitate fizica, reciproca distanței focale a lentilei:

Dacă distanța focală este măsurată în metri: [ F] = m, atunci [ D] = 1m. Există un nume special pentru unitatea de măsură a puterii optice 1/m - dioptrie(doptrul).

Deci, puterea optică a unui obiectiv este măsurată în dioptrii:

= 1 dioptrie

O dioptrie este puterea optică a unei lentile a cărei distanță focală este egală cu un metru: F= 1m.

Conform formulei (8.1), puterea optică a unei lentile colectoare poate fi calculată folosind formula

. (8.2a)

Cititor: Am analizat cazul lentilă biconvexă, dar lentilele pot fi biconcave, concav-convexe, plano-convexe etc. Cum se calculează distanța focală a unui obiectiv în caz general?

Autor: Se poate arăta (pur geometric) că în orice caz formulele (8.1) și (8.2) vor fi valabile dacă luăm valorile razelor suprafețelor sferice R 1 și R 2 cu semnele corespunzătoare: „plus” – dacă suprafața sferică corespunzătoare este convexă și „minus” – dacă este concavă.

De exemplu, când se calculează folosind formula (8.2) puterile optice ale lentilelor prezentate în Fig. 8.4, trebuie luate următoarele semne de cantități R 1 și R 2 în aceste cazuri: a) R 1 > 0 și R 2 > 0, deoarece ambele suprafețe sunt convexe; b) R 1 < 0 и R 2 < 0, deoarece ambele suprafețe sunt concave; in cazul c) R 1 < 0 и R 2 > 0, deoarece prima suprafață este concavă, iar a doua este convexă.

Orez. 8.4

Cititor: Ce se întâmplă dacă una dintre suprafețele lentilei (de exemplu, prima) nu este sferică, ci plană?

Orez. 8.5

Cititor: Magnitudine F(și în mod corespunzător, D) conform formulelor (8.1) și (8.2) se poate dovedi a fi negativ. Ce înseamnă?

Autor: Aceasta înseamnă că acest obiectiv împrăștiere. Adică, un fascicul de raze paralel cu axa optică principală este refractat astfel încât razele refractate însele să formeze fascicul divergent, dar prelungirile acestor raze se intersectează inainte de planul lentilei la o distanta egala cu | F| (Fig. 8.5).

STOP! Decideți singur: A2–A4.

Problema 8.1. Suprafețele de refracție ale lentilei sunt suprafețe sferice concentrice. Rază mare de curbură R= 20 cm, grosimea lentilei l= 2 cm, indicele de refracție a sticlei P= 1,6. Va fi lentila convergentă sau divergentă? Găsiți distanța focală.

Orez. 8.6

Ce înseamnă conceptul de putere optică a unui obiectiv? Cum se calculează acest parametru? Există anumite principii și calcule prin care se determină acest indicator. Formula de calcul folosește un set specific de parametri și argumente. Dar mai întâi trebuie să definiți ce înseamnă acest concept și apoi să treceți la calcule. După aceasta vă puteți familiariza cu aplicație practică acest concept In zilele de azi. De asemenea, este necesar să se afle prin ce mijloace se măsoară puterea optică a unui obiectiv. Deci, să începem!

Cunoașterea conceptului de putere optică a unui obiectiv vă va permite să aflați cele mai interesante și relevante fapte și să participați la cercetări interesante.

Ce este o lentilă și ce înseamnă termenul „puterea optică a unui obiectiv”?

Mai întâi, să definim conceptul cuvântului „lentilă”. Acesta este un corp transparent, care este delimitat pe ambele părți de suprafețe sferice. Lentilele sunt de obicei împărțite în două tipuri: convexe și concave. În prima versiune, marginile acestui obiectiv sunt mult mai subțiri decât mijlocul său. Dar în a doua opțiune, marginile lentilei vor fi mult mai groase decât mijlocul lentilei. De asemenea, este de remarcat faptul că aceste două tipuri de lentile au denumiri specifice. De exemplu, ar fi numită o lentilă convexă colectare. Deoarece razele paralele care sunt îndreptate către aceste lentile în timpul refracției sunt colectate într-un punct. Dar se va numi o lentilă concavă dispersiv. Aici sunt împrăștiate pur și simplu razele care sunt îndreptate către lentilă, care trec prin aceasta. Puteți vedea cum diferă tipurile de astfel de lentile în figura de mai jos.

Acum că ne-am dat seama ce sunt lentilele, putem trece la concept cheie– la puterea optică a lentilei. Determinarea puterii optice a unui obiectiv este inversul distanței focale a unei lentile date. Această valoare caracterizează capacitatea diferitelor lentile și sisteme speciale de astfel de lentile de a refracta lumina. Este de remarcat faptul că, cu cât această distanță a obiectivului este mai mică, cu atât mărirea va fi mai mare. Adică poți observa un astfel de detaliu încât obiectivul cu o putere optică mai mare să aibă o distanță focală mai mică.

Vă rugăm să rețineți că informațiile despre cum funcționează lumina ultravioletă stiinta moderna iar industria este disponibilă la această adresă: .

Fotografie cu formula de putere optică a obiectivului

Mai jos sunt fotografii pe tema articolului „Legile reflexiei și refracției luminii”. Pentru a deschide galeria foto, faceți clic pe miniatura imaginii.

Refracția luminii este utilizată pe scară largă în diverse instrumente optice: camere, binoclu, telescoape, microscoape. Partea indispensabilă și cea mai esențială a unor astfel de dispozitive este obiectivul. Iar puterea optică a unui obiectiv este una dintre cantitățile principale care caracterizează oricare

Lentila optică sau sticla optică este un corp de sticlă transparent la lumină, care este delimitat pe ambele părți de suprafețe sferice sau alte suprafețe curbate (una dintre cele două suprafețe poate fi plană).

În funcție de forma suprafețelor de delimitare, acestea pot fi sferice, cilindrice și altele. Lentilele care au un centru mai gros decât marginile se numesc convexe; cu marginile mai groase decât mijlocul - concave.
Dacă trimitem un fascicul paralel de raze de lumină și plasăm un ecran în spatele lui, atunci prin mișcarea acestuia față de lentilă, vom obține un mic punct luminos pe acesta. Ea este cea care, refractând razele care cad asupra ei, le adună. De aceea este numită culegatoarea. O lentilă concavă, care refractă lumina, o împrăștie în lateral. Se numește împrăștiere.

Centrul lentilei se numește centrul său optic. Orice linie dreaptă care trece prin ea se numește axă optică. Iar axa care intersectează punctele centrale ale suprafețelor sferice de refracție se numește axa optică principală (principală) a lentilei, celelalte se numesc axe secundare.

Dacă este îndreptată către o rază axială paralelă cu axa ei, atunci, după ce a trecut, va intersecta axa la o anumită distanță de ea. Această distanță se numește distanță focală, iar punctul de intersecție însuși este focalizarea sa. Toate lentilele au două focus, care sunt situate pe ambele părți. Pe baza acestui fapt, se poate dovedi teoretic că toate razele axiale, sau razele care se apropie de axa optică principală, incidente pe o lentilă colectoare subțire, paralelă cu axa acesteia, converg la focalizare. Experiența confirmă această dovadă teoretică.

După ce am lansat un fascicul de raze axiale paralel cu axa optică principală pe o lentilă subțire cu unghi dublu, vom descoperi că aceste raze vor ieși din acesta într-un fascicul care diverge. Dacă un astfel de fascicul divergent ne lovește în ochi, ni se va părea că razele ies dintr-un punct. Acest punct se numește focalizare imaginară. Planul care este desenat perpendicular pe axa optică principală prin focalizarea lentilei se numește plan focal. Obiectivul are două planuri focale și sunt situate pe ambele părți ale acestuia. Când un fascicul de raze care sunt paralele cu oricare dintre axele optice secundare este îndreptat către lentilă, acest fascicul, după ce are loc refracția lui, converge spre axa corespunzătoare în punctul de intersecție cu planul focal.

Puterea optică a unui obiectiv este inversul distanței sale focale. O determinăm folosind formula:
1/F=D.

Unitatea de măsură a acestei puteri se numește dioptrie.
1 dioptrie este puterea optică a unui obiectiv care măsoară 1 m.
Pentru lentilele convexe această putere este pozitivă, în timp ce pentru lentilele concave este negativă.
De exemplu: Care va fi puterea optică a unei lentile de ochelari convexe dacă F = 50 cm este distanța sa focală?
D = 1/F; conform condiției: F = 0,5 m; deci: D = 1/0,5 = 2 dioptrii.
Distanța focală și, în consecință, puterea optică a lentilei este determinată de substanța din care este compusă lentila și de raza suprafețelor sferice care o limitează.

Teoria oferă o formulă prin care poate fi calculată:
D = 1/F = (n - 1)(1/R1 + 1/R2).
În această formulă, n este refracția materialului lentilei, R1, 2 sunt razele de curbură ale suprafeței. Razele suprafețelor convexe sunt considerate pozitive, iar cele ale suprafețelor concave sunt considerate negative.

Natura imaginii unui obiect obținut din lentilă, adică dimensiunea și poziția sa, depinde de locația obiectului în raport cu lentila. Locația unui obiect și dimensiunea acestuia pot fi găsite folosind formula lentilei:
1/F = 1/d + 1/f.
Pentru a determina mărirea liniară a lentilei, folosim formula:
k = f/d.

Puterea optică a unui obiectiv este un concept care necesită un studiu detaliat.