Čočky jsou průhledné předměty, které mohou lámat sluneční světlo. Vyrábějí se především ze skla. Slova „lomit světlo“se týkají schopnosti měnit směr šíření dopadajících světelných paprsků. Podívejme se, jak jsou obrázky konstruovány v tenké čočce.
Historické pozadí
První čočky známé starým Řekům a Římanům byly kulovité skleněné nádoby naplněné vodou. Tyto prototypy moderních optických skel se používaly k zapalování ohně.
Teprve na konci 13. století byla v Evropě vyrobena první skleněná čočka. Od té doby se proces jejich výroby příliš nezměnil. Jedinou inovací bylo použití dehtu Isaacem Newtonem v 17. století k leštění povrchů optických objektů.
Sbírání a rozhazování optických brýlí
Abyste usnadnili pochopení konstrukce snímků v tenké čočce, zvažteotázka je, co jsou to optická skla. Obecně existují pouze dva typy čoček, které se liší svým tvarem a schopností lámat světelný tok. Rozlišují se následující typy:
- Spojkové čočky. Tento typ má tloušťku své střední části větší než tloušťku okrajů. Výsledný obraz v konvergující čočce vzniká na druhé straně světla dopadajícího na něj. Tento typ má schopnost shromažďovat světlo do jednoho bodu (pozitivní ohnisko).
- Divergenční čočky. Jejich střední část je tenčí než okraje. Tato optická skla svým tvarem rozptylují světlo na ně dopadající, což vede k vytvoření obrazu na stejné straně čočky, na kterou dopadají paprsky z předmětu. Vygenerovaný obrázek je mnohem menší než skutečná položka. Pokud paprsky rozptýlené tímto optickým sklem pokračují tak, že určí jejich původ, bude se zdát, že vystupují z jednoho bodu před ním. Tento bod se nazývá ohnisko, které je pro divergující čočku záporné nebo imaginární.
Různé tvary optických skel
Stávající dva typy čoček lze vyrobit několika způsoby. Rozlišuje se následujících 6 forem:
- Bikonvexní.
- Plonokonvexní.
- S konvexním meniskem (konkávně-konvexním).
- Biconcave.
- Plano-konkávní.
- S konkávním meniskem (konvexně-konkávní).
Konvexní skleněné prvky
Porozumět fyzice čočky a zabudovánítenké zobrazovací čočky, je nutné znát základní prvky tohoto optického objektu. Pojďme si je vyjmenovat:
- Optický střed (O) je bod, kterým světlo prochází, aniž by se lámalo.
- Hlavní osa je přímka, která prochází bodem optického středu a hlavním ohniskem.
- Hlavní neboli hlavní ohnisko (F) je bod, kterým procházejí světelné paprsky nebo jejich prodloužení, pokud dopadají na optické sklo rovnoběžně s jeho hlavní osou.
- Pomocná osa – jakákoli přímka, která prochází optickým středem.
- Poloměry zakřivení jsou dva poloměry, R1 a R2, koulí, které tvoří čočku.
- Středy zakřivení - dva středy koulí, C1 a C2, které tvoří povrchy optického skla.
- Fokální vzdálenost (f) - vzdálenost mezi ohniskem a optickým středem. Existuje další definice hodnoty (f): jedná se o vzdálenost od středu optické čočky k obrazu, která dává objekt umístěný nekonečně daleko.
Optické vlastnosti
Ať už se jedná o jednoduché konvexní sklo nebo složité optické systémy, které jsou souborem jednotlivých čoček, jejich optické vlastnosti závisí na dvou parametrech: ohniskové vzdálenosti a vztahu mezi ohniskovou vzdáleností a průměrem čočky.
Ohnisková vzdálenost se měří dvěma způsoby:
- V jednotkách normální vzdálenosti, jako je 10cm, 1m atd.
- V dioptriích je to hodnota, která je nepřímo úměrná ohniskové vzdálenosti, měřeno v metrech.
Například optické sklo o síle 1 dioptrie má ohniskovou vzdálenost 1 m, zatímco čočka o síle 2 dioptrie má ohniskovou vzdálenost pouze 0,5 m.
Průměr čočky a jeho vztah k ohniskové vzdálenosti určuje schopnost optického skla sbírat světlo nebo jeho světelný výstup.
Vlastnosti paprsků procházejících čočkou
Ve školách v 8. ročníku je vytváření obrázků pomocí tenkých čoček jedním z důležitých témat fyziky. Abychom se naučili vytvářet tyto obrazy, měli bychom znát nejen základní pojmy a prvky, ale také vlastnosti některých paprsků procházejících opticky aktivním objektem:
- Jakýkoli paprsek procházející rovnoběžně s hlavní osou se láme tak, že buď projde ohniskem (u spojky), nebo ohniskem projde jeho pomyslné pokračování (u divergentní).
- Paprsek, který prochází ohniskem, se láme, takže pokračuje ve svém pohybu rovnoběžně s hlavní osou. Všimněte si, že v případě divergenční čočky toto pravidlo platí, pokud pokračování paprsku, který na ni dopadá, prochází ohniskem umístěným na druhé straně optického objektu.
- Žádný paprsek světla, který prochází středem čočky, se nelomí a nemění směr.
Funkce vytváření obrázků v tenkých čočkách
I když sbírání a rozptylování optickýchbrýle mají podobné vlastnosti, konstrukce obrázků v každém z nich má své vlastní charakteristiky.
Při vytváření obrázků je vzorec pro tenké čočky:
1/f=1/do+1/di, kde do a di je vzdálenost od optického středu k objektu ak jeho obrazu.
Všimněte si, že ohnisková vzdálenost (f) je kladná pro konvergující čočky a záporná pro divergující.
Použití výše uvedených vlastností paprsků procházejících sběrným optickým sklem vede k následujícím výsledkům:
- Pokud se objekt nachází ve vzdálenosti větší než 2f, získá se skutečný obraz, který má menší velikost než objekt. Vidíme to vzhůru nohama.
- Objekt umístěný ve vzdálenosti 2f od objektivu má za následek skutečný převrácený obraz stejné velikosti jako samotný objekt.
- Pokud je objekt ve vzdálenosti větší než f, ale menší než 2f, získá se jeho skutečný převrácený a zvětšený obraz.
- Pokud je objekt v ohnisku, pak se paprsky procházející optickým sklem stanou paralelní, což znamená, že neexistuje žádný obraz.
- Pokud je objekt blíže než jedna ohnisková vzdálenost, jeho obraz se ukáže být imaginární, přímý a větší než objekt samotný.
Vzhledem k tomu, že vlastnosti paprsků procházejících konvergující a divergentní čočkou jsou podobné, konstrukce snímků daných tenkou čočkou tohoto typu probíhá podle podobných pravidel.
Kresbyzobrazování pro různé příležitosti
Na obrázcích je konvergující čočka označena čárou, na jejímž konci jsou šipky směřující ven, a divergenční čočka je označena čárou se šipkami na koncích, které směřují dovnitř, tzn. jeden na druhého.
Různé varianty výkresů pro konstrukci obrázků v tenkých čočkách, které byly diskutovány v předchozím odstavci, jsou zobrazeny na obrázku níže.
Jak je vidět z obrázku, všechny obrázky (pro jakýkoli typ optického skla a umístění objektu vzhledem k nim) jsou postaveny na dvou paprskech. Jeden je nasměrován rovnoběžně s hlavní osou a druhý prochází optickým středem. Použití těchto paprsků je pohodlné, protože jejich chování po průchodu čočkou je známé. Všimněte si také, že spodní okraj objektu (v tomto případě červená šipka) se nachází na hlavní optické ose, takže stačí sestavit pouze obraz horního bodu objektu. Pokud je objekt (červená šipka) umístěn libovolně vzhledem k optickému sklu, je nutné sestavit obraz jeho horní i spodní části nezávisle.
Na vytvoření jakýchkoli obrázků stačí dva paprsky. Pokud existuje nejistota ohledně výsledku, lze jej zkontrolovat pomocí třetího paprsku. Měl by směřovat přes ohnisko (před spojnou čočku a za čočku divergenční), poté po průchodu optickým sklem a lomu v něm bude paprsek rovnoběžný s hlavní optickou osou. Pokud je vyřešen problém budování obrazu v tenké čočcedoprava, pak projde bodem, kde se protínají dva hlavní paprsky.
Proces výroby optických objektů
Většina čoček je vyrobena ze speciálních typů skla nazývaných optické čočky. V takovém skle nedochází k žádnému vnitřnímu pnutí, vzduchovým bublinám a jiným nedokonalostem.
Proces výroby čoček probíhá v několika fázích. Nejprve se pomocí vhodných kovových nástrojů vyřízne z bloku optického skla konkávní nebo konvexní předmět požadovaného tvaru. Poté se leští pomocí dehtu. V konečné fázi se velikost optického skla změní pomocí brusných nástrojů tak, aby se těžiště přesně shodovalo s optickým středem.
Vzhledem k vývoji technologií pro získávání a zpracování různých druhů plastů se v současnosti čočky stále častěji vyrábějí z průhledných typů plastů, které jsou levnější, lehčí a méně křehké než jejich skleněné protějšky.
Oblasti použití
Optické brýle se používají k řešení různých problémů se zrakem. K tomu se používají jak plastové kontaktní čočky, tak skleněné (s brýlemi).
Optická skla se navíc používají ve fotografických fotoaparátech, mikroskopech, dalekohledech a dalších optických přístrojích. Používají celý systém čoček. Například v případě nejjednoduššího mikroskopu, který se skládá ze dvou optických skel, první tvoří skutečný obraz předmětu adruhý slouží ke zvětšení jeho obrazu. Proto je druhé sklo umístěno ve vhodné vzdálenosti od prvního, podle pravidel pro konstrukci obrázků v tenké čočce.
