Ένας συγκλίνοντας φακός είναι ένα οπτικό σύστημα, το οποίο είναι ένα είδος πεπλατυσμένης σφαίρας, στην οποία το πάχος των άκρων είναι μικρότερο από το οπτικό κέντρο. Για να κατασκευαστεί σωστά μια εικόνα σε έναν συγκλίνοντα φακό, πρέπει να ληφθούν υπόψη αρκετά σημαντικά σημεία, τα οποία θα παίξουν βασικό ρόλο τόσο στην κατασκευή όσο και στην εικόνα του αντικειμένου που προκύπτει. Πολλές σύγχρονες συσκευές λειτουργούν σε αυτές απλές αρχές, χρησιμοποιώντας τις ιδιότητες ενός συγκλίνοντος φακού και τη γεωμετρία κατασκευής μιας εικόνας ενός αντικειμένου.

Εμφανίστηκε τον 20ο αιώνα, η λέξη προήλθε από τα λατινικά. Χαρακτηρισμένο γυαλί με κυρτό ή κοίλο κέντρο. Μετά από σύντομο χρονικό διάστημα, άρχισε να χρησιμοποιείται ενεργά στη φυσική και έλαβε τη μαζική διανομή του με τη βοήθεια της επιστήμης και των οργάνων που κατασκευάστηκαν στη βάση του. Σχέδιο ενός συγκλίνοντος φακούΕίναι ένα σύστημα δύο ημισφαιρίων πεπλατυσμένα στις άκρες, τα οποία συνδέονται μεταξύ τους με μια επίπεδη πλευρά και έχουν το ίδιο κέντρο.

Το εστιακό σημείο ενός συγκλίνοντος φακού είναι όπου τέμνονται όλες οι διερχόμενες ακτίνες φωτός. Αυτό το σημείο είναι πολύ σημαντικό κατά την κατασκευή.

Εστιακή απόσταση συγκλίνοντος φακούδεν είναι τίποτα περισσότερο από ένα τμήμα από το αποδεκτό κέντρο του φακού μέχρι την εστίαση.

Λόγω του ακριβώς σημείου στον οπτικό άξονα που θα βρίσκεται το αντικείμενο που θα κατασκευαστεί, μπορούν να ληφθούν αρκετές τυπικές επιλογές. Το πρώτο πράγμα που πρέπει να λάβετε υπόψη είναι όταν το θέμα είναι άμεσα στο επίκεντρο. Σε αυτή την περίπτωση, απλά δεν θα είναι δυνατή η δημιουργία μιας εικόνας, καθώς οι ακτίνες θα πηγαίνουν παράλληλα μεταξύ τους. Άρα είναι αδύνατο να βρεθεί λύση. Αυτό είναι ένα είδος ανωμαλίας στην κατασκευή της εικόνας ενός αντικειμένου, που δικαιολογείται από τη γεωμετρία.

Απεικόνιση με λεπτό συγκλίνοντα φακόδεν είναι δύσκολο εάν χρησιμοποιείτε τη σωστή προσέγγιση και αλγόριθμο, χάρη στον οποίο μπορείτε να πάρετε μια εικόνα οποιουδήποτε αντικειμένου. Για την κατασκευή μιας εικόνας ενός αντικειμένου, αρκούν δύο κύρια σημεία, χρησιμοποιώντας τα οποία δεν θα είναι δύσκολο να προβληθεί μια εικόνα που λαμβάνεται ως αποτέλεσμα της διάθλασης του φωτός σε έναν συγκλίνοντα φακό. Αξίζει να σημειωθούν τα κύρια σημεία κατά την κατασκευή, χωρίς τα οποία θα είναι αδύνατο να γίνουν:

• Μια γραμμή που διέρχεται από το κέντρο του φακού θεωρείται μια ακτίνα που αλλάζει ελάχιστα την κατεύθυνσή της καθώς διέρχεται από το φακό.
• Μια γραμμή παράλληλη προς τον κύριο οπτικό της άξονα, η οποία, μετά τη διάθλαση στον φακό, διέρχεται από εστίαση συγκλίνοντος φακού

Λάβετε υπόψη ότι οι πληροφορίες σχετικά με τον τρόπο υπολογισμού του τύπου οπτικός φακόςδιαθέσιμο σε αυτή τη διεύθυνση: .

Κατασκευή εικόνας σε συγκλίνοντα φωτογραφικό φακό

Ακολουθούν φωτογραφίες σχετικά με το θέμα του άρθρου "Δημιουργία εικόνας σε συγκλίνοντα φακό". Για να ανοίξετε τη συλλογή φωτογραφιών, απλώς κάντε κλικ στη μικρογραφία της εικόνας.

Η διάθλαση του φωτός σε επίπεδα όρια (τριγωνικό πρίσμα, επίπεδο-παράλληλη πλάκα) οδηγεί σε μετατόπιση των εικόνων σε σχέση με αντικείμενα χωρίς να αλλάζει το μέγεθός τους. Η διάθλαση του φωτός σε διαφανή οπτικά ομοιογενή σώματα που περιορίζονται από σφαιρικές επιφάνειες οδηγεί στο σχηματισμό εικόνων που διαφέρουν σε μέγεθος από τα αντικείμενα - μεγεθυσμένες, μειωμένες (σε ορισμένες περιπτώσεις ίσες).

• Τα διαφανή σώματα που οριοθετούνται από δύο σφαιρικές επιφάνειες ονομάζονται φακοί.

• Οι φακοί είναι το πιο σημαντικό στοιχείο μιας ποικιλίας οπτικών οργάνων και συστημάτων, που κυμαίνονται από τα πιο απλά γυαλιά μέχρι μικροσκόπια και γιγάντια τηλεσκόπια, τα οποία μπορούν να επεκτείνουν σημαντικά το οπτικό πεδίο.

• Οι φακοί για ορατό φως είναι συνήθως κατασκευασμένοι από γυαλί. για υπεριώδη ακτινοβολία - από χαλαζία, φθορίτη, φθοριούχο λίθιο κ.λπ. για υπέρυθρη ακτινοβολία - από πυρίτιο, γερμάνιο, φθορίτη, φθοριούχο λίθιο κ.λπ.

Σχέδιο

1. Παρουσίαση εκπαιδευτικού υλικού μέσω προβολέα πολυμέσων.

• Φακοί. Κύρια σημεία, γραμμές, επίπεδα.

• Μειονεκτήματα φακού.

• Κατασκευή εικόνας σε λεπτούς φακούς.

2. Εργασίες αυτοελέγχου: επίλυση διαδραστικών εργασιών για τη δημιουργία εικόνων σε φακούς με επαλήθευση της απόδοσης. Εργαστείτε με CD "Φυσική, 7-11 κύτταρα. Βιβλιοθήκη οπτικών βοηθημάτων. 1Γ: Σχολείο.

3. Επίλυση κατασκευαστικών προβλημάτων. Εργασία με έναν διαδραστικό πίνακα Interwrite Board.

4. Έλεγχος δοκιμής. Εργαστείτε με το σύστημα λειτουργικού ελέγχου γνώσης Interwrite PRS.

5. Διαδραστική εργασία για το σπίτι. Εργαστείτε με CD "Φυσική, 10-11 κύτταρα. Προετοιμασία για την εξέταση. 1Γ: Σχολείο.

6. Αποτελέσματα

Φακοί Κύρια σημεία, γραμμές, επίπεδα

Γεωμετρικά χαρακτηριστικά φακών.

Τύποι φακών.

Εστιακή απόσταση και οπτική ισχύς φακών.

Η εξάρτηση της εστιακής απόστασης από τις ακτίνες καμπυλότητας των σφαιρικών επιφανειών και τον σχετικό δείκτη διάθλασης της ουσίας του φακού.

σφαιρικός φακός

• Το τμήμα του οπτικού άξονα που περικλείεται μεταξύ των σφαιρών που οριοθετούν τον φακό ονομάζεται πάχος του φακού μεγάλο. Ο φακός ονομάζεται λεπτός, αν μεγάλο R1 και μεγάλο R2, όπου R1Και R2είναι οι ακτίνες των σφαιρών που οριοθετούν το φακό. Αυτές οι ακτίνες ονομάζονται ακτίνες καμπυλότηταςεπιφάνειες φακών.

Γεωμετρικά χαρακτηριστικά φακών

• Για μια σφαιρική επιφάνεια που είναι κυρτή ως προς το κύριο επίπεδο του φακού, η ακτίνα καμπυλότητας θεωρείται θετική.

• Για μια σφαιρική επιφάνεια κοίλη ως προς το κύριο επίπεδο του φακού, η ακτίνα καμπυλότητας θεωρείται αρνητική.

Τύποι φακών

Σύμφωνα με το σχήμα των οριοθετημένων σφαιρικών επιφανειών, διακρίνονται έξι τύποι φακών:

Εμφάνιση των κύριων τύπων φακών

Εργασία 1: Κατασκευάστε τη διαδρομή των ακτίνων στο πρίσμα και βγάλτε ένα συμπέρασμα σχετικά με τη φύση της εκτροπής των ακτίνων.

Εργασία 2: Κατασκευάστε τη διαδρομή των ακτίνων στο πρίσμα και βγάλτε ένα συμπέρασμα σχετικά με τη φύση της εκτροπής των ακτίνων.

Φακός ως συλλογή πρισμάτων

Διάθλαση από αποκλίνοντα φακό (n21 > 1) ακτίνων παράλληλων στον κύριο οπτικό άξονα: κύρια εστίαση αποκλίνοντος φακού

Διάθλαση παράλληλων ακτίνων φωτός σε σφαιρικές επιφάνειες

• Η πορεία των παράλληλων δεσμών 1, 2, 3 μετά τη διέλευση από το σύστημα των πρισμάτων σε μια δεδομένη τιμή του σχετικού δείκτη διάθλασης της ουσίας του πρίσματος εξαρτάται από τη θέση των πρισμάτων.

• Οι ακτίνες μετά τη διάθλαση είτε πηγαίνουν σε μια συγκλίνουσα δέσμη και διασχίζουν τον κύριο οπτικό άξονα στο σημείο φά, ή αποκλίνουσα, και στη συνέχεια ο κύριος οπτικός άξονας διασχίζεται από συνεχείς διαθλασμένες ακτίνες.

• Το σημείο στον κύριο οπτικό άξονα στο οποίο τέμνονται οι διαθλασμένες ακτίνες (ή οι συνέχειές τους), που προσπίπτουν στον φακό παράλληλα με τον κύριο οπτικό του άξονα, ονομάζεται κύρια εστίαση του φακού. Οι κύριες εστίες βρίσκονται συμμετρικά προς το επίπεδο του φακού (σε ένα ομοιογενές μέσο)

Εργασία με το μοντέλο "εστιακή απόσταση του φακού"

• Η έννοια της εστίασης ενός φακού, πρωτεύοντος και δευτερεύοντος, απεικονίζεται.

• Απεικονίζεται η εξάρτηση της εστιακής απόστασης και της οπτικής ισχύος του φακού από τις ακτίνες καμπυλότητας των επιφανειών και η αναλογία των οπτικών πυκνοτήτων της ουσίας του φακού και της μεσαίας ουσίας.

Εστιακή απόσταση και οπτική ισχύς του φακού

Σχέση μεταξύ της εστιακής απόστασης και της ακτίνας καμπυλότητας του συγκλίνοντος φακού ( n 21 > 1)

Εστιακή απόσταση του φακού

Συγκλίνοντες φακοί

Για το θέμα της εστιακής απόστασης

• Σε n21 = 1 (όταν ο φακός βρίσκεται σε μέσο με απόλυτο δείκτη διάθλασης n1 ίσο με τον απόλυτο δείκτη διάθλασης της ουσίας του φακού n2), ένας φακός οποιουδήποτε τύπου δεν διαθλάται: (n21 - 1) = 0, επομένως D = 0.

• Εάν υπάρχουν διαφορετικά μέσα σε διαφορετικές πλευρές του φακού, τότε η εστιακή απόσταση στα αριστερά και στα δεξιά δεν είναι ίδια.

• Στη γενική περίπτωση, δεν μπορεί κανείς να κρίνει τη φύση της διάθλασης των παράλληλων ακτίνων από έναν φακό μόνο με βάση την εμφάνιση (τύπος φακού), πρέπει να ληφθεί υπόψη η αναλογία των δεικτών διάθλασης της ουσίας του φακού και του μέσου, επομένως είναι προτιμότερο να χρησιμοποιείτε τα σύμβολα του φακού.

Η πορεία των παράλληλων ακτίνων

Οι ακτίνες που προσπίπτουν σε έναν συγκλίνοντα φακό παράλληλο προς τον δευτερεύοντα οπτικό άξονα, μετά τη διάθλαση, διέρχονται από την πίσω δευτερεύουσα εστία του φακού.

Χαρακτηριστικά σημεία, γραμμές, επίπεδα συγκλίνων και αποκλίνων φακών

σημεία Ο 1 και Ο 2 - κέντρα σφαιρικών επιφανειών,

Ο 1Ο 2 - κύριος οπτικός άξονας,

Ο– οπτικό κέντρο,

φά- κύρια εστίαση ΦΑ"- πλάγια εστίαση

ΤΟΥ"- δευτερεύων οπτικός άξονας,

Το F είναι το εστιακό επίπεδο.

Ελαττώματα φακού (εκτροπές)

Γεωμετρικές εκτροπές

Σφαιρική εκτροπή

Διαθλαστική εκτροπή

Μειονεκτήματα φακού

• γεωμετρικά (σφαιρική εκτροπή, κώμα, αστιγματισμός, καμπυλότητα πεδίου εικόνας, παραμόρφωση),

• χρωματικός,

• διαθλαστική εκτροπή.

Σφαιρική εκτροπή

Η σφαιρική εκτροπή είναι μια παραμόρφωση εικόνας σε οπτικά συστήματα λόγω του γεγονότος ότι ένας συγκλίνοντας φακός εστιάζει τις ακτίνες φωτός μακριά από τον κύριο οπτικό άξονα πιο κοντά στον φακό από τις ακτίνες κοντά στον κύριο οπτικό άξονα (παραξονικός) και ένας αποκλίνων φακός, αντίστροφα. Η εικόνα που δημιουργείται από μια ευρεία δέσμη ακτίνων που διαθλάται από έναν φακό είναι θολή.

Χρωματική εκτροπή

Η παραμόρφωση της εικόνας λόγω του γεγονότος ότι συλλέγονται ακτίνες φωτός διαφορετικού μήκους κύματος αφού περάσουν από τον φακό σε διαφορετικές αποστάσεις από αυτόν, ονομάζεται χρωματική εκτροπή. ως αποτέλεσμα, όταν χρησιμοποιείται μη μονόχρωμο φως, η εικόνα είναι θολή και οι άκρες της χρωματίζονται.

Αιτίες χρωματικής εκτροπής

Η χρωματική εκτροπή συμβαίνει λόγω της διασποράς του λευκού φωτός στο υλικό του φακού. Οι κόκκινες ακτίνες, καθώς διαθλώνται πιο αδύναμες, εστιάζονται πιο μακριά από τον φακό. Τα μπλουζ και τα βιολέ, καθώς διαθλώνται πιο έντονα, εστιάζονται πιο κοντά.

Διαθλαστική εκτροπή

• Η διαθλαστική εκτροπή οφείλεται στις κυματικές ιδιότητες του φωτός.

Η εικόνα ενός σημείου που εκπέμπει μονοχρωματικό φως, που δίνεται ακόμη και από έναν ιδανικό (χωρίς παραμόρφωση) φακό (φακό), δεν γίνεται αντιληπτή από το μάτι ως σημείο, αφού λόγω διάθλασης φωτός είναι στην πραγματικότητα ένα στρογγυλό φωτεινό σημείο πεπερασμένης διαμέτρου. ρε, που περιβάλλεται από πολλούς εναλλάξ σκοτεινούς και φωτεινούς δακτυλίους (το λεγόμενο σημείο περίθλασης, Αέρινο σημείο, Αέρινος δίσκος).

Άλλοι τύποι γεωμετρικών εκτροπών

Ο αστιγματισμός είναι μια παραμόρφωση της εικόνας ενός οπτικού συστήματος που σχετίζεται με την ανομοιογένεια μιας ουσίας. Η διάθλαση των ακτίνων σε διαφορετικά τμήματα της δέσμης του διερχόμενου φωτός δεν είναι η ίδια.

Η καμπυλότητα του πεδίου εικόνας οφείλεται στο γεγονός ότι μια ευκρινή εικόνα ενός επίπεδου αντικειμένου βρίσκεται σε μια καμπύλη επιφάνεια.

Παραμόρφωση είναι η καμπυλότητα μιας εικόνας στα οπτικά συστήματα λόγω της ανομοιόμορφης μεγέθυνσης των αντικειμένων από έναν φακό από τη μέση του έως τις άκρες. Σε αυτήν την περίπτωση, η ευκρίνεια της εικόνας δεν παραβιάζεται.

Το Κώμα είναι μια εκτροπή στην οποία η εικόνα ενός σημείου που δίνεται από το σύστημα στο σύνολό του παίρνει τη μορφή ασύμμετρου σημείου σκέδασης λόγω του γεγονότος ότι κάθε τμήμα του οπτικού συστήματος, απέχει από τον άξονά του κατά μια απόσταση d (δακτυλιοειδής ζώνη) , δίνει μια εικόνα ενός φωτεινού σημείου με τη μορφή δακτυλίου, η ακτίνα του οποίου όσο περισσότερη τόσο περισσότερο ρε.

Τρόποι για την εξάλειψη των ατελειών του φακού

• Στις σύγχρονες οπτικές συσκευές δεν χρησιμοποιούνται λεπτοί φακοί, αλλά πολύπλοκα συστήματα πολλαπλών φακών συγκλίνονων και αποκλίνων φακών, στα οποία είναι δυνατή η κατά προσέγγιση εξάλειψη διαφόρων εκτροπών, καθώς και η διάφραγμα των ακτίνων φωτός.

Απεικόνιση σε λεπτούς φακούς

Οπτική απεικόνιση

Η πορεία των χαρακτηριστικών ακτίνων

Συγκεκριμένες περιπτώσεις κατασκευής σε φακούς

Συγκριτικά χαρακτηριστικά εικόνων σε συγκλίνοντες και αποκλίνοντες φακούς

Οπτική εικόνα

Οπτική εικόνα - μια εικόνα που λαμβάνεται ως αποτέλεσμα της δράσης ενός φακού ή ενός οπτικού συστήματος σε ακτίνες που διαδίδονται από ένα αντικείμενο και αναπαράγουν τα περιγράμματα και τις λεπτομέρειες αυτού του αντικειμένου. Δεδομένου ότι ένα αντικείμενο είναι μια συλλογή κουκκίδων που λάμπουν με το δικό τους ή το ανακλώμενο φως, η πλήρης εικόνα του αποτελείται από εικόνες όλων αυτών των κουκκίδων.

Υπάρχουν εικόνες πραγματικές και φανταστικές. Εάν μια δέσμη ακτίνων φωτός που εκπέμπεται από οποιοδήποτε σημείο Α του αντικειμένου, ως αποτέλεσμα αντανακλάσεων ή διαθλάσεων, συγκλίνει σε κάποιο σημείο Α1, τότε το Α1 ονομάζεται πραγματική εικόνα του σημείου Α. Αν στο σημείο Α1 δεν είναι οι ίδιες οι ακτίνες που τέμνονται, αλλά οι συνέχειές τους τραβηγμένες στο πλάι, αντίθετα από την κατεύθυνση διάδοσης του φωτός, τότε το Α1 ονομάζεται νοητή εικόνα του σημείου Α.

Απεικόνιση σε φακούς

• Ένας συγκλίνοντας φακός μετατρέπει ένα αποκλίνον σφαιρικό μέτωπο κύματος από μια σημειακή πηγή σε ένα συγκλίνον μέτωπο κύματος σε ένα σημείο πίσω από τον φακό εάν d > F;

• Στο δ - ένα αποκλίνον σφαιρικό μέτωπο κύματος από μια σημειακή πηγή σε ένα αποκλίνον σφαιρικό μέτωπο κύματος, σαν να διαδίδεται από μια φανταστική σημειακή πηγή.

• Στο d=F- ένα αποκλίνον σφαιρικό κύμα που εκπέμπεται από μια σημειακή πηγή σε ένα επίπεδο διαθλασμένο κύμα.

• Ένας αποκλίνων φακός μετατρέπει τις δέσμες φωτός που πέφτουν πάνω του σε αποκλίνουσες ως αποτέλεσμα της διάθλασης.

Απεικόνιση μετασχηματισμού φακού μετώπου κύματος

Για να προσδιοριστεί η θέση της εικόνας Α1 του φωτεινού σημείου Α, αρκεί να ληφθούν δύο ακτίνες, η πορεία των οποίων είναι πιο εύκολο να κατασκευαστεί. Υπάρχουν πολλά τέτοια δοκάρια.

συγκλίνον φακό

χαρακτηριστικές ακτίνες

Κύρια δοκοί για συγκλίνοντα φακό

Χαρακτηρισμός εικόνων σε φακούς

1. Εργασία με διαδραστικά μοντέλα του μαθήματος «Φυσική, 7-11 κύτταρα. Βιβλιοθήκη οπτικών βοηθημάτων. 1Γ: Σχολείο.

Σχόλιο για την εργασία με διαδραστικά μοντέλα

"Κατασκευή εικόνας σημείου σε συγκλίνοντα φακό"

Έλεγχος ολοκλήρωσης της ερευνητικής εργασίας

"Κατασκευή της εικόνας ενός σημείου σε έναν αποκλίνοντα φακό"

2. Εργασία με διαδραστικά μοντέλα του μαθήματος «Φυσική, 7-11 κύτταρα. Βιβλιοθήκη οπτικών βοηθημάτων. 1Γ: Σχολείο.

Έλεγχος ολοκλήρωσης της ερευνητικής εργασίας

"Κατασκευή εικόνας βέλους σε συγκλίνοντα φακό"

Έλεγχος ολοκλήρωσης της ερευνητικής εργασίας

"Κατασκευή εικόνας βέλους σε αποκλίνοντα φακό"

3. Εργασία με διαδραστικά μοντέλα του μαθήματος «Φυσική, 7-11 κύτταρα. Βιβλιοθήκη οπτικών βοηθημάτων. 1Γ: Σχολείο.

Δημιουργία εικόνας τετραγώνου σε συγκλίνοντα φακό

Έλεγχος ολοκλήρωσης της ερευνητικής εργασίας

"Κατασκευή εικόνας τετραγώνου σε συγκλίνοντα φακό"

Έλεγχος ολοκλήρωσης της ερευνητικής εργασίας

"Κατασκευή της εικόνας ενός τετραγώνου σε έναν αποκλίνοντα φακό"

Σημείωση

• Εάν ένα εκτεταμένο αντικείμενο βρίσκεται κάθετα στον κύριο οπτικό άξονα ενός λεπτού φακού, αγγίζοντας τον, τότε η εικόνα του θα είναι κάθετη σε αυτό, καθώς όλα τα σημεία του αντικειμένου απέχουν ίσα από το επίπεδο του φακού. αρκεί να βρείτε κατασκευάζοντας τη θέση της εικόνας του άνω σημείου του αντικειμένου και στη συνέχεια να χαμηλώσετε την κάθετο στον κύριο οπτικό άξονα.

• Ο φακός απεικονίζει πάντα μια ευθεία γραμμή ως ευθεία γραμμή, οι εικόνες των χωρικών αντικειμένων παραμορφώνονται: οι γωνίες στο χώρο των αντικειμένων και των εικόνων είναι διαφορετικές

Εργασία: παρακολουθήστε πώς αλλάζουν τα χαρακτηριστικά της εικόνας όταν ένα αντικείμενο πλησιάζει από το άπειρο στο επίπεδο ενός συγκλίνοντος φακού κατά μήκος του κύριου οπτικού άξονα. Αναλύστε σε ποιες αποστάσεις ενός αντικειμένου από έναν λεπτό συγκλίνοντα φακό προκύπτει η εικόνα του: α) πραγματική. β) αυξήθηκε· γ) ανεστραμμένο. Γεμίστε τον πίνακα.

Εργασία: εντοπίστε πώς αλλάζουν τα χαρακτηριστικά της εικόνας όταν ένα αντικείμενο πλησιάζει από το άπειρο στο επίπεδο ενός συγκλίνοντος φακού κατά μήκος του κύριου οπτικού άξονα και συμπληρώστε τον πίνακα. Υποδείξτε τις ομοιότητες και τις διαφορές μεταξύ των εικόνων ενός αντικειμένου σε συγκλίνοντα και αποκλίνοντα φακό.

Εθισμός στ(δ)

Η εξάρτηση της απόστασης από την εικόνα από την απόσταση μεταξύ του αντικειμένου και του συγκλίνοντος φακού

Εξάρτηση Γ (ρε)για συγκλίνοντες και αποκλίνοντες φακούς

Εξάρτηση της εγκάρσιας μεγέθυνσης από την απόσταση μεταξύ του αντικειμένου και του συγκλίνοντος φακού

Συγκεκριμένες περιπτώσεις κατασκευής σε λεπτούς φακούς

Κατασκευή εικόνας γραμμικού αντικειμένου που βρίσκεται λοξά στον κύριο οπτικό άξονα

Κατασκευή εικόνας σημειακού αντικειμένου που βρίσκεται στον κύριο οπτικό άξονα ενός συγκλίνοντος φακού

Κατασκευή της διαδρομής της διαθλασμένης δέσμης

σε συγκλίνοντα φακό

Κατασκευή της διαδρομής της προσπίπτουσας δοκού

σε συγκλίνοντα φακό

Γραφικός ορισμός εστιών φακού

καλό να θυμάστε

• Εάν οι διαστάσεις του αντικειμένου είναι μεγαλύτερες από τις διαστάσεις του φακού, τότε η κατασκευή μπορεί να γίνει με τον συνηθισμένο τρόπο προεκτείνοντας το επίπεδο του φακού. Η εικόνα ενός σημείου ενός αντικειμένου καθορίζεται από μια δέσμη ακτίνων που αναδύεται από αυτό το σημείο και περιορίζεται από το μέγεθος του φακού.

• Εάν το αντικείμενο είναι μερικώς περιφραγμένο από τον φακό με μια αδιαφανή οθόνη, τότε στην αρχή η κατασκευή μπορεί να πραγματοποιηθεί με τον συνήθη τρόπο χωρίς να ληφθεί υπόψη το φράγμα, μετά από το οποίο είναι απαραίτητο να επιλέξετε τη δέσμη ακτίνων που πέφτει στον φακό και σχηματίζοντας μια εικόνα. Θυμηθείτε: σε ορισμένες θέσεις του φραγμού, η εικόνα δεν λαμβάνεται καθόλου ή απεικονίζεται μόνο ένα μέρος του αντικειμένου.

• Ο «αριθμός» των ακτίνων που έχουν περάσει μέσα από τον φακό καθορίζει τη φωτεινότητα της εικόνας: η εικόνα είναι περισσότερο ή λιγότερο έντονη, αλλά ούτε το σχήμα της ούτε η θέση της αλλάζει.

Σημείωση

1. Μπορείτε να διακρίνετε έναν συγκλίνοντα φακό από έναν αποκλίνοντα ως εξής:

α) ένας συγκλίνοντας φακός δίνει μια πραγματική εικόνα στην οθόνη, από έναν αποκλίνοντα φακό στην οθόνη μπορείτε να πάρετε μια στρογγυλή σκιά που πλαισιώνεται από έναν ελαφρύ δακτύλιο.

β) μέσω ενός συγκλίνοντος φακού με γυμνό μάτι, μπορείτε να δείτε μια φανταστική απευθείας μεγεθυσμένη εικόνα αντικειμένων, για παράδειγμα, γράμματα σε ένα βιβλίο και μέσω ενός αποκλίνοντος φακού, έναν μειωμένο.

2. Ο ευκολότερος τρόπος για να προσδιορίσετε την εστιακή απόσταση ενός συγκλίνοντος φακού είναι να λάβετε μια εικόνα ενός απομακρυσμένου αντικειμένου στην οθόνη:

α) στο d = ∞ f = F.

β) Αν στην οθόνη ο συγκλίνοντας φακός δίνει μια εικόνα ίση σε μέγεθος με το αντικείμενο, τότε d=f=2F, όπου

Καθήκον για αυτοέλεγχο

Ολοκληρώστε την εργασία "Διαδραστικά προβλήματα για την κατασκευή φακών"

Διαδραστικές εργασίες απεικόνισης φακών

Εργασίες για ανεξάρτητη λύση

Εργασία #1

Εργασία #2

Εργασία #3

Εργασία #4

Εργασία #5

Εργασία #6

Εργασία №7.1

Εργασία №7.2

Εργασία №7.3

Εργασία #8

Κατά την επίλυση προβλημάτων για την κατασκευή σε παράλληλες ακτίνες, είναι χρήσιμο να θυμάστε:

• ένα σημειακό αντικείμενο και η εικόνα του βρίσκονται στον ίδιο οπτικό άξονα. Αυτό καθιστά δυνατή την εύρεση μέσω κατασκευής της θέσης του οπτικού κέντρου του φακού.

• ο κύριος οπτικός άξονας είναι κάθετος στο επίπεδο του φακού.

• το αντικείμενο και η φανταστική του εικόνα βρίσκονται στη μία πλευρά του επιπέδου του φακού, το αντικείμενο και η πραγματική του εικόνα βρίσκονται σε αντίθετες πλευρές.

• το αντικείμενο και η άμεση εικόνα του βρίσκονται πάντα στην ίδια πλευρά του κύριου οπτικού άξονα του φακού, το αντικείμενο και η ανεστραμμένη εικόνα του βρίσκονται σε αντίθετες πλευρές. Οι άμεσες εικόνες είναι πάντα φανταστικές.

• Οι πραγματικές εικόνες παράγονται μόνο από έναν συγκλίνοντα φακό, ενώ οι φανταστικές εικόνες παράγονται τόσο από συγκλίνοντες όσο και από αποκλίνοντες φακούς. Σε έναν συγκλίνοντα φακό, η εικονική εικόνα μεγεθύνεται πάντα, σε έναν αποκλίνοντα φακό πάντα μειώνεται.

Εργασία №1 Δημιουργήστε μια εικόνα ενός αντικειμένου που βρίσκεται στον κύριο οπτικό άξονα ενός συγκλίνοντος φακού.

Εργασία №2 Δημιουργήστε μια εικόνα ενός αντικειμένου που βρίσκεται μεταξύ της εστίασης και του οπτικού κέντρου του συγκλίνοντος φακού.

Εργασία №3 Δημιουργήστε μια εικόνα ενός αντικειμένου που βρίσκεται πάνω από τον κύριο οπτικό άξονα του συγκλίνοντος φακού πάνω από την εστίαση.

Εργασία №4 Δημιουργήστε μια εικόνα ενός κεκλιμένου αντικειμένου σε έναν αποκλίνοντα φακό.

Πρόβλημα №5 Η διαδρομή της δέσμης 1 στον συγκλίνοντα φακό είναι γνωστή. Βρείτε το μονοπάτι της ακτίνας 2 με κατασκευή.

Εργασία Νο. 6 Η πορεία της δέσμης 1 σε έναν αποκλίνοντα φακό είναι γνωστή. Βρείτε το μονοπάτι της ακτίνας 2 με κατασκευή.

Αριθμός εργασίας 7.1 Το σχήμα δείχνει μια πηγή φωτός μικρόκαι την εικόνα του μικρό ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ 1ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ

Αριθμός εργασίας 7.2 Το σχήμα δείχνει μια πηγή φωτός μικρόκαι την εικόνα του μικρό», καθώς και τον κύριο οπτικό άξονα ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ 1ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ 2. Βρείτε με κατασκευή το οπτικό κέντρο του φακού και τη θέση των κύριων εστιών του.

Αριθμός εργασίας 7.3 Το σχήμα δείχνει μια πηγή φωτός μικρόκαι την εικόνα του μικρό», καθώς και τον κύριο οπτικό άξονα ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ 1ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ 2. Βρείτε με κατασκευή το οπτικό κέντρο του φακού και τη θέση των κύριων εστιών του.

Εργασία Νο. 8 Το AB είναι ένα αντικείμενο, το A'B είναι η εικόνα του στο φακό. Βρείτε κατασκευαστικά το οπτικό κέντρο του φακού, τη θέση του κύριου οπτικού του άξονα και τις κύριες εστίες.

Εργασίες για έλεγχο δοκιμής

Ασκηση 1

Εργασία 2

Εργασία 3

Εργασία 4

Εργασία 5

Εργασία 6

Εργασία 7

Ασκηση 1

• ποτήρι ( n= 1,51) ένας κυρτός-κοίλος φακός, στον οποίο το πάχος στο κέντρο είναι μεγαλύτερο από ό,τι στις άκρες, τοποθετείται διαδοχικά σε διάφορα μέσα: στον αέρα ( n= 1,0), σε νερό ( n= 1,33), σε αιθυλική αλκοόλη ( n= 1,36), σε δισουλφίδιο άνθρακα ( n= 1,63). Σε ποιο από αυτά τα μέσα θα αποκλίνει ο φακός;

1. Κανένα

2. Σε αιθυλική αλκοόλη

3. Μόνο στο νερό

4. Μόνο σε δισουλφίδιο του άνθρακα

5. Δεν υπάρχουν αρκετά στοιχεία για απάντηση

Εργασία 2

Μια δέσμη φωτός προσπίπτει σε έναν συγκλίνοντα φακό παράλληλο προς τον οπτικό άξονα. Αφού περάσει μέσα από τον φακό, η δέσμη θα ταξιδέψει κατά μήκος της γραμμής:

Εργασία 3

συγκλίνον φακό μεγάλοδημιουργεί μια εικόνα ενός αντικειμένου μικρό

Εργασία 4

αποκλίνων φακός μεγάλοδημιουργεί μια εικόνα ενός αντικειμένου μικρό. Επιλέξτε τη σωστή θέση και μέγεθος για την εικόνα.

Εργασία 5

Χρησιμοποιώντας έναν φακό, λαμβάνεται μια ανεστραμμένη εικόνα μιας φλόγας κεριού στην οθόνη. Πώς θα αλλάξει το μέγεθος της εικόνας εάν μέρος του φακού καλύπτεται από ένα φύλλο χαρτιού;

Εργασία 6

Το σχήμα δείχνει τη θέση του συγκλίνοντος φακού και τριών αντικειμένων μπροστά του. Η εικόνα ποιου από αυτά τα αντικείμενα θα είναι πραγματικό, μεγεθυσμένο και ανεστραμμένο;

Εργασία 7

Ένα αντικείμενο προσεγγίζεται από το άπειρο στο μπροστινό σημείο εστίασης φά 1 συγκλίνοντας φακός. Πώς αλλάζει το μέγεθος της εικόνας; Hκαι την απόσταση από τον φακό στην εικόνα φά? Η εστιακή απόσταση του φακού είναι φά.

Διαδραστική εργασία για το σπίτι

Εργασία για το σπίτι

Εργαστείτε με CD "Φυσική, 10-11 κύτταρα. Προετοιμασία για την Εξέταση Ενοποιημένου Κράτους: Ενότητα "Γεωμετρική Οπτική", εργασία 38 "Κατασκευή εικόνας κάθετου βέλους στον οπτικό άξονα σε συγκλίνοντα φακό και χαρακτηριστικά εικόνας", εργασία 39 "Κατασκευή εικόνας βέλους κάθετου προς το οπτικός άξονας σε αποκλίνοντα φακό και χαρακτηριστικά εικόνας», εργασία 48 (κάντε ένα σχέδιο για την εργασία, μεταφέρετε το σχέδιο σε ένα σημειωματάριο).

Αποτελέσματα

• .

• .

Χρησιμοποιημένοι πόροι πληροφοριών

• Φυσική, 7-11 κύτταρα. Βιβλιοθήκη οπτικών βοηθημάτων. 1Γ: Σχολείο

• Φυσική, 10-11 κύτταρα. Προετοιμασία για την εξέταση. 1Γ: Σχολείο

• Open Physics 2.6. Physicon

• Εγχειρίδια φυσικής για την 11η τάξη που επιμελήθηκαν οι A. A. Pinsky, O. F. Kabardin και V. A. Kasyanov και άλλοι.

Εργασία με το μοντέλο "εστιακή απόσταση του φακού"(συγκλίνων φακός)

1. Απεικονίζεται η εξάρτηση της εστιακής απόστασης και της οπτικής ισχύος του φακού από τις ακτίνες καμπυλότητας των επιφανειών και η αναλογία των οπτικών πυκνοτήτων της ουσίας του φακού και της μεσαίας ουσίας.

Εργασία με το μοντέλο εστιακού μήκους φακού (Diverging Lens)

1. Απεικονίζεται η εξάρτηση της εστιακής απόστασης και της οπτικής ισχύος του φακού από τις ακτίνες καμπυλότητας των επιφανειών και η αναλογία των οπτικών πυκνοτήτων των ουσιών του φακού και της ουσίας του μέσου.

Η φύση και η θέση της εικόνας ενός εκτεταμένου αντικειμένου ανάλογα με τη θέση αυτού του αντικειμένου σε σχέση με τον συγκλίνοντα φακό

Η φύση και η θέση της εικόνας ενός εκτεταμένου αντικειμένου ανάλογα με τη θέση αυτού του αντικειμένου σε σχέση με τον συγκλίνοντα φακό

• Ένας συγκλίνοντας φακός παράγει τόσο πραγματικές όσο και εικονικές εικόνες, όρθιες και ανεστραμμένες, τόσο σε σμίκρυνση όσο και σε μεγέθυνση.

• Καθώς το αντικείμενο πλησιάζει το φακό, το μέγεθος της εικόνας αυξάνεται, η εικόνα απομακρύνεται από το φακό στο άπειρο d=F. Στο δ καθώς πλησιάζετε στο οπτικό κέντρο, λαμβάνεται μια εικονική εικόνα που αλλάζει σε μέγεθος.

• Η εκκόλαψη δείχνει τις περιοχές ύπαρξης της εικόνας: στα δεξιά - πραγματική, στα αριστερά - φανταστική.

Η φύση και η θέση της εικόνας ενός εκτεταμένου αντικειμένου ανάλογα με τη θέση αυτού του αντικειμένου σε σχέση με τον αποκλίνοντα φακό

Η φύση και η θέση της εικόνας ενός εκτεταμένου αντικειμένου ανάλογα με τη θέση αυτού του αντικειμένου σε σχέση με τον αποκλίνοντα φακό

• Ένας αποκλίνων φακός παράγει μόνο εικονικές απευθείας μειωμένες εικόνες.

• Καθώς το αντικείμενο πλησιάζει τον αποκλίνοντα φακό, το μέγεθος της εικόνας αυξάνεται, η εικόνα πλησιάζει το οπτικό κέντρο του φακού. Στο d=Fυπάρχει μια εικόνα στον αποκλίνοντα φακό.

• Η εκκόλαψη δείχνει την περιοχή ύπαρξης εικονικών εικόνων σε έναν αποκλίνοντα φακό.

Δημιουργία εικόνας σημείου σε συγκλίνοντα φακό

Δημιουργία εικόνας σημείου σε αποκλίνοντα φακό

Δημιουργία εικόνας βέλους σε συγκλίνοντα φακό

• Η εικόνα ενός εκτεταμένου αντικειμένου αποτελείται από εικόνες μεμονωμένων σημείων αυτού του αντικειμένου.

Δημιουργία εικόνας βέλους σε αποκλίνοντα φακό

Θέματα του κωδικοποιητή USE: δόμηση εικόνων σε φακούς, τύπος λεπτός φακός.

Οι κανόνες για την πορεία των ακτίνων σε λεπτούς φακούς, που διατυπώθηκαν στο , μας οδηγούν στην πιο σημαντική δήλωση.

Θεώρημα εικόνας. Εάν υπάρχει ένα φωτεινό σημείο μπροστά από τον φακό, τότε μετά τη διάθλαση στον φακό, όλες οι ακτίνες (ή οι συνέχειές τους) τέμνονται σε ένα σημείο.

Το σημείο ονομάζεται εικόνα σημείου.

Εάν οι ίδιες οι διαθλασμένες ακτίνες τέμνονται σε ένα σημείο, τότε η εικόνα ονομάζεται έγκυρος. Μπορεί να ληφθεί στην οθόνη, αφού η ενέργεια των ακτίνων φωτός συγκεντρώνεται σε ένα σημείο.

Εάν, ωστόσο, όχι οι ίδιες οι διαθλασμένες ακτίνες τέμνονται σε ένα σημείο, αλλά οι συνέχειές τους (αυτό συμβαίνει όταν οι διαθλασμένες ακτίνες αποκλίνουν μετά τον φακό), τότε η εικόνα ονομάζεται φανταστική. Δεν μπορεί να ληφθεί στην οθόνη, γιατί δεν συγκεντρώνεται ενέργεια στο σημείο. Μια φανταστική εικόνα, θυμόμαστε, προκύπτει λόγω της ιδιαιτερότητας του εγκεφάλου μας - να ολοκληρώσουμε τις αποκλίνουσες ακτίνες μέχρι τη φανταστική τομή τους και να δούμε ένα φωτεινό σημείο σε αυτή τη διασταύρωση. Μια φανταστική εικόνα υπάρχει μόνο στο μυαλό μας.

Το θεώρημα της εικόνας χρησιμεύει ως βάση για την απεικόνιση σε λεπτούς φακούς. Θα αποδείξουμε αυτό το θεώρημα τόσο για συγκλίνοντες όσο και για αποκλίνοντες φακούς.

Συγκλίνων φακός: πραγματική εικόνα ενός σημείου.

Ας δούμε πρώτα έναν συγκλίνοντα φακό. Έστω η απόσταση από το σημείο στο φακό, η εστιακή απόσταση του φακού. Υπάρχουν δύο θεμελιωδώς διαφορετικές περιπτώσεις: και (και επίσης μια ενδιάμεση περίπτωση ). Θα ασχοληθούμε με αυτές τις περιπτώσεις μία προς μία. σε καθένα από αυτά εμείς
Ας συζητήσουμε τις ιδιότητες των εικόνων μιας σημειακής πηγής και ενός εκτεταμένου αντικειμένου.

Πρώτη περίπτωση: . Η σημειακή πηγή φωτός βρίσκεται πιο μακριά από το φακό από το αριστερό εστιακό επίπεδο (Εικ. 1).

Η δέσμη που διέρχεται από το οπτικό κέντρο δεν διαθλάται. Θα πάρουμε αυθαίρετοςακτίνα, κατασκευάζουμε ένα σημείο στο οποίο η διαθλασμένη ακτίνα τέμνεται με την ακτίνα και μετά δείχνουμε ότι η θέση του σημείου δεν εξαρτάται από την επιλογή της ακτίνας (με άλλα λόγια, το σημείο είναι το ίδιο για όλες τις πιθανές ακτίνες ) . Έτσι, αποδεικνύεται ότι όλες οι ακτίνες που προέρχονται από το σημείο τέμνονται στο σημείο μετά τη διάθλαση στον φακό και το θεώρημα της εικόνας θα αποδειχθεί για την περίπτωση που εξετάζουμε.

Το σημείο θα το βρούμε κατασκευάζοντας την περαιτέρω πορεία της δοκού. Μπορούμε να το κάνουμε αυτό: σχεδιάζουμε έναν πλευρικό οπτικό άξονα παράλληλο με τη δέσμη μέχρι να τέμνεται με το εστιακό επίπεδο στην πλευρική εστίαση, μετά από την οποία σχεδιάζουμε τη διαθλασμένη δέσμη μέχρι να τέμνεται με τη δέσμη στο σημείο.

Τώρα θα αναζητήσουμε την απόσταση από το σημείο μέχρι τον φακό. Θα δείξουμε ότι αυτή η απόσταση εκφράζεται μόνο σε όρους και, δηλ., καθορίζεται μόνο από τη θέση της πηγής και τις ιδιότητες του φακού, και επομένως δεν εξαρτάται από μια συγκεκριμένη δέσμη.

Ας ρίξουμε τις κάθετες και στον κύριο οπτικό άξονα. Ας το σχεδιάσουμε επίσης παράλληλα με τον κύριο οπτικό άξονα, δηλαδή κάθετα στον φακό. Παίρνουμε τρία ζεύγη όμοιων τριγώνων:

, (1)
, (2)
. (3)

Ως αποτέλεσμα, έχουμε την ακόλουθη αλυσίδα ισοτήτων (ο αριθμός του τύπου πάνω από το πρόσημο ίσου δείχνει από ποιο ζευγάρι όμοιων τριγώνων προέκυψε αυτή η ισότητα).

(4)

Όμως, άρα η σχέση (4) ξαναγράφεται ως:

. (5)

Από εδώ βρίσκουμε την επιθυμητή απόσταση από το σημείο μέχρι τον φακό:

. (6)

Όπως βλέπουμε, πραγματικά δεν εξαρτάται από την επιλογή της ακτίνας. Επομένως, οποιαδήποτε ακτίνα μετά τη διάθλαση στον φακό θα περάσει από το σημείο που κατασκευάσαμε και αυτό το σημείο θα είναι μια πραγματική εικόνα της πηγής

Το θεώρημα της εικόνας αποδεικνύεται σε αυτή την περίπτωση.

Η πρακτική σημασία του θεωρήματος της εικόνας είναι αυτή. Δεδομένου ότι όλες οι ακτίνες της πηγής τέμνονται μετά τον φακό σε ένα σημείο - την εικόνα του - τότε για να δημιουργήσετε μια εικόνα αρκεί να λάβετε τις δύο πιο βολικές ακτίνες. Τι ακριβώς?

Εάν η πηγή δεν βρίσκεται στον κύριο οπτικό άξονα, τότε τα ακόλουθα είναι κατάλληλα ως βολικές δέσμες:

Η δέσμη που διέρχεται από το οπτικό κέντρο του φακού - δεν διαθλάται.
- μια ακτίνα παράλληλη με τον κύριο οπτικό άξονα - μετά τη διάθλαση, περνάει από την εστίαση.

Η κατασκευή μιας εικόνας χρησιμοποιώντας αυτές τις ακτίνες φαίνεται στο Σχ. 2.

Εάν το σημείο βρίσκεται στον κύριο οπτικό άξονα, τότε παραμένει μόνο μία βολική ακτίνα - που τρέχει κατά μήκος του κύριου οπτικού άξονα. Ως δεύτερο δοκάρι πρέπει να πάρει κανείς το «άβολο» (Εικ. 3).

Ας δούμε ξανά την έκφραση ( 5 ). Μπορεί να γραφτεί σε μια ελαφρώς διαφορετική μορφή, πιο ελκυστική και αξέχαστη. Ας μετακινήσουμε πρώτα τη μονάδα προς τα αριστερά:

Τώρα διαιρούμε και τις δύο πλευρές αυτής της ισότητας με ένα:

(7)

Η σχέση (7) ονομάζεται φόρμουλα λεπτού φακού(ή απλώς η φόρμουλα του φακού). Μέχρι στιγμής, ο τύπος του φακού έχει ληφθεί για την περίπτωση ενός συγκλίνοντος φακού και για . Στη συνέχεια, αντλούμε τροποποιήσεις αυτού του τύπου για άλλες περιπτώσεις.

Τώρα ας επιστρέψουμε στη σχέση (6) . Η σημασία του δεν περιορίζεται στο γεγονός ότι αποδεικνύει το θεώρημα της εικόνας. Βλέπουμε επίσης ότι δεν εξαρτάται από την απόσταση (Εικ. 1, 2) μεταξύ της πηγής και του κύριου οπτικού άξονα!

Αυτό σημαίνει ότι όποιο σημείο του τμήματος πάρουμε, η εικόνα του θα βρίσκεται στην ίδια απόσταση από τον φακό. Θα βρίσκεται σε ένα τμήμα - δηλαδή, στη διασταύρωση του τμήματος με μια ακτίνα που θα περάσει μέσα από το φακό χωρίς διάθλαση. Συγκεκριμένα, η εικόνα ενός σημείου θα είναι ένα σημείο .

Έτσι, διαπιστώσαμε ένα σημαντικό γεγονός: το τμήμα είναι λακκούβες με την εικόνα του τμήματος. Από εδώ και στο εξής καλούμε το αρχικό τμήμα, η εικόνα του οποίου μας ενδιαφέρει θέμακαι σημειώνονται με κόκκινο βέλος στα σχήματα. Χρειαζόμαστε την κατεύθυνση του βέλους για να παρακολουθήσουμε αν η εικόνα είναι ευθεία ή ανεστραμμένη.

Συγκλίνων φακός: η πραγματική εικόνα ενός αντικειμένου.

Ας προχωρήσουμε στην εξέταση των εικόνων των αντικειμένων. Θυμίζουμε ότι ενώ βρισκόμαστε στο πλαίσιο της υπόθεσης . Εδώ διακρίνονται τρεις τυπικές καταστάσεις.

ένας. . Η εικόνα του αντικειμένου είναι πραγματική, ανεστραμμένη, μεγεθυσμένη (Εικ. 4, υποδεικνύεται η διπλή εστίαση). Από τον τύπο του φακού προκύπτει ότι σε αυτή την περίπτωση θα είναι (γιατί;).

Μια τέτοια κατάσταση πραγματοποιείται, για παράδειγμα, σε προβολείς και κάμερες με φιλμ - αυτές οι οπτικές συσκευές δίνουν μια μεγεθυμένη εικόνα του τι υπάρχει στο φιλμ στην οθόνη. Εάν έχετε δείξει ποτέ διαφάνειες, τότε γνωρίζετε ότι η διαφάνεια πρέπει να εισαχθεί στον προβολέα ανάποδα - έτσι ώστε η εικόνα στην οθόνη να φαίνεται σωστή και να μην εμφανίζεται ανάποδα.

Η αναλογία του μεγέθους της εικόνας προς το μέγεθος του αντικειμένου ονομάζεται γραμμική μεγέθυνση του φακού και συμβολίζεται με Г - (αυτό είναι το κεφαλαίο ελληνικό "γάμα"):

Από την ομοιότητα των τριγώνων παίρνουμε:

. (8)

Ο τύπος (8) χρησιμοποιείται σε πολλά προβλήματα όπου εμπλέκεται η γραμμική μεγέθυνση του φακού.

2. . Σε αυτή την περίπτωση, από τον τύπο (6) βρίσκουμε ότι και . Η γραμμική μεγέθυνση του φακού σύμφωνα με το (8) είναι ίση με ένα, δηλαδή το μέγεθος της εικόνας είναι ίσο με το μέγεθος του αντικειμένου (Εικ. 5).

Ρύζι. 5.a=2f: το μέγεθος της εικόνας είναι ίσο με το μέγεθος του αντικειμένου

3. . Σε αυτή την περίπτωση, από τον τύπο του φακού προκύπτει ότι (γιατί;). Η γραμμική μεγέθυνση του φακού θα είναι μικρότερη από μία - η εικόνα είναι πραγματική, ανεστραμμένη, μειωμένη (Εικ. 6).

Αυτή η κατάσταση είναι κοινή για πολλά οπτικά όργανα: κάμερες, κιάλια, τηλεσκόπια - με μια λέξη, εκείνα στα οποία λαμβάνονται εικόνες από μακρινά αντικείμενα. Καθώς το αντικείμενο απομακρύνεται από τον φακό, η εικόνα του μειώνεται σε μέγεθος και πλησιάζει το εστιακό επίπεδο.

Έχουμε ολοκληρώσει πλήρως την εξέταση της πρώτης υπόθεσης. Ας περάσουμε στη δεύτερη περίπτωση. Δεν θα είναι πια τόσο μεγάλο.

Συγκλίνων φακός: εικονική εικόνα ενός σημείου.

Δεύτερη περίπτωση: . Μια σημειακή πηγή φωτός βρίσκεται μεταξύ του φακού και του εστιακού επιπέδου (Εικ. 7).

Μαζί με την ακτίνα που πηγαίνει χωρίς διάθλαση, θεωρούμε και πάλι μια αυθαίρετη ακτίνα. Ωστόσο, τώρα δύο αποκλίνουσες δέσμες και λαμβάνονται στην έξοδο από το φακό. Το μάτι μας θα συνεχίσει αυτές τις ακτίνες μέχρι να διασταυρωθούν σε ένα σημείο.

Το θεώρημα εικόνας δηλώνει ότι το σημείο θα είναι το ίδιο για όλες τις ακτίνες που προέρχονται από το σημείο. Το αποδεικνύουμε ξανά με τρία ζεύγη όμοιων τριγώνων:

Δηλώνοντας ξανά μέσω της απόστασης από τον φακό, έχουμε την αντίστοιχη αλυσίδα ισοτήτων (μπορείτε εύκολα να το καταλάβετε ήδη):

. (9)

. (10)

Η τιμή δεν εξαρτάται από την ακτίνα, η οποία αποδεικνύει το θεώρημα της εικόνας για την περίπτωσή μας. Έτσι, είναι μια εικονική εικόνα της πηγής. Εάν το σημείο δεν βρίσκεται στον κύριο οπτικό άξονα, τότε για να δημιουργήσετε μια εικόνα, είναι πιο βολικό να πάρετε μια δέσμη που διέρχεται από το οπτικό κέντρο και μια δέσμη παράλληλη με τον κύριο οπτικό άξονα (Εικ. 8).

Λοιπόν, αν το σημείο βρίσκεται στον κύριο οπτικό άξονα, τότε δεν υπάρχει πού να πάτε - πρέπει να αρκεστείτε σε μια δέσμη που πέφτει λοξά στον φακό (Εικ. 9).

Η σχέση (9) μας οδηγεί σε μια παραλλαγή του τύπου φακού για την εξεταζόμενη περίπτωση. Αρχικά, ξαναγράφουμε αυτή τη σχέση ως εξής:

και μετά διαιρέστε και τις δύο πλευρές της ισότητας που προκύπτει με ένα:

. (11)

Συγκρίνοντας τα (7) και (11) , βλέπουμε μια μικρή διαφορά: του όρου προηγείται ένα σύμβολο συν εάν η εικόνα είναι πραγματική και ένα σύμβολο μείον εάν η εικόνα είναι φανταστική.

Η τιμή που υπολογίζεται από τον τύπο (10) επίσης δεν εξαρτάται από την απόσταση μεταξύ του σημείου και του κύριου οπτικού άξονα. Όπως παραπάνω (θυμηθείτε τον συλλογισμό με μια τελεία), αυτό σημαίνει ότι η εικόνα του τμήματος στο Σχ. Το 9 θα είναι ένα τμήμα.

Συγκλίνων φακός: εικονική εικόνα ενός αντικειμένου.

Έχοντας αυτό κατά νου, μπορούμε εύκολα να δημιουργήσουμε μια εικόνα ενός αντικειμένου που βρίσκεται μεταξύ του φακού και του εστιακού επιπέδου (Εικ. 10). Αποδεικνύεται φανταστικό, άμεσο και διευρυμένο.

Βλέπετε μια τέτοια εικόνα όταν κοιτάτε ένα μικρό αντικείμενο μέσα μεγεθυντικός φακός- μεγεθυντικό φακό. Η θήκη είναι πλήρως αποσυναρμολογημένη. Όπως μπορείτε να δείτε, είναι ποιοτικά διαφορετικό από την πρώτη μας περίπτωση. Αυτό δεν προκαλεί έκπληξη - εξάλλου, μεταξύ τους βρίσκεται μια ενδιάμεση «καταστροφική» υπόθεση.

Συγκλίνων φακός: Ένα αντικείμενο στο εστιακό επίπεδο.

Ενδιάμεση περίπτωση: Η πηγή φωτός βρίσκεται στο εστιακό επίπεδο του φακού (Εικ. 11).

Όπως θυμόμαστε από την προηγούμενη ενότητα, οι ακτίνες μιας παράλληλης δέσμης, μετά τη διάθλαση σε έναν συγκλίνοντα φακό, θα τέμνονται στο εστιακό επίπεδο - συγκεκριμένα, στην κύρια εστίαση εάν η δέσμη προσπίπτει κάθετα στον φακό και στην πλάγια εστία εάν η δοκός προσπίπτει λοξά. Χρησιμοποιώντας την αναστρεψιμότητα της διαδρομής των ακτίνων, συμπεραίνουμε ότι όλες οι ακτίνες της πηγής που βρίσκονται στο εστιακό επίπεδο, αφού φύγουν από το φακό, θα πάνε παράλληλα μεταξύ τους.

Ρύζι. 11. a=f: καμία εικόνα

Πού είναι η εικόνα της κουκκίδας; Δεν υπάρχουν εικόνες. Ωστόσο, κανείς δεν μας απαγορεύει να υποθέσουμε ότι οι παράλληλες ακτίνες τέμνονται σε ένα απείρως μακρινό σημείο. Τότε το θεώρημα εικόνας παραμένει έγκυρο σε αυτήν την περίπτωση, η εικόνα είναι στο άπειρο.

Αντίστοιχα, εάν το αντικείμενο βρίσκεται εξ ολοκλήρου στο εστιακό επίπεδο, θα εντοπιστεί η εικόνα αυτού του αντικειμένου στο άπειρο(ή, το ίδιο, θα απουσιάζει).

Έτσι, έχουμε εξετάσει πλήρως την κατασκευή εικόνων σε συγκλίνοντα φακό.

Συγκλίνων φακός: εικονική εικόνα ενός σημείου.

Ευτυχώς, δεν υπάρχει τόσο μεγάλη ποικιλία καταστάσεων όσο για έναν συγκλίνοντα φακό. Η φύση της εικόνας δεν εξαρτάται από το πόσο μακριά είναι το αντικείμενο από τον αποκλίνοντα φακό, επομένως θα υπάρχει μόνο μία περίπτωση εδώ.

Παίρνουμε πάλι μια ακτίνα και μια αυθαίρετη ακτίνα (Εικ. 12). Στην έξοδο από τον φακό, έχουμε δύο αποκλίνουσες δέσμες και , τις οποίες το μάτι μας χτίζει μέχρι τη διασταύρωση στο σημείο .

Πρέπει και πάλι να αποδείξουμε το θεώρημα της εικόνας - ότι το σημείο θα είναι το ίδιο για όλες τις ακτίνες. Ενεργούμε με τη βοήθεια των ίδιων τριών ζευγών όμοιων τριγώνων:

(12)

. (13)

Η τιμή του b δεν εξαρτάται από το εύρος ακτίνων
, έτσι οι προεκτάσεις όλων των διαθλασμένων ακτίνων εκτείνονται
τέμνονται σε ένα σημείο - η φανταστική εικόνα του σημείου . Το θεώρημα της εικόνας έτσι αποδεικνύεται πλήρως.

Θυμηθείτε ότι για έναν συγκλίνοντα φακό λάβαμε παρόμοιους τύπους (6) και (10) . Στην περίπτωση του παρονομαστή τους εξαφανίστηκε (η εικόνα πήγε στο άπειρο), και επομένως αυτή η περίπτωση διέκρινε θεμελιωδώς διαφορετικές καταστάσεις και .

Αλλά για τον τύπο (13), ο παρονομαστής δεν εξαφανίζεται για κανένα α. Επομένως, για έναν αποκλίνοντα φακό δεν υπάρχουν ποιοτικά διαφορετικές καταστάσεις τοποθεσίας της πηγής - εδώ, όπως είπαμε παραπάνω, υπάρχει μόνο μία περίπτωση.

Εάν το σημείο δεν βρίσκεται στον κύριο οπτικό άξονα, τότε δύο δέσμες είναι βολικές για την κατασκευή της εικόνας του: η μία περνά μέσα από το οπτικό κέντρο, η άλλη είναι παράλληλη με τον κύριο οπτικό άξονα (Εικ. 13).

Εάν το σημείο βρίσκεται στον κύριο οπτικό άξονα, τότε η δεύτερη δέσμη πρέπει να ληφθεί αυθαίρετα (Εικ. 14).

Το αντικείμενο ΑΒ βρίσκεται πίσω από την εστία ενός αποκλίνοντος φακού.

Και πάλι χρησιμοποιούμε «βολικές» ακτίνες: η πρώτη ακτίνα πηγαίνει παράλληλα με τον κύριο οπτικό άξονα και διαθλάται από τον φακό, έτσι ώστε η συνέχειά της να περνάει από την εστίαση (διακεκομμένη γραμμή στο σχήμα). η δεύτερη δέσμη, χωρίς να διαθλαστεί, διέρχεται από το οπτικό κέντρο του φακού.

Στη διασταύρωση της δεύτερης ακτίνας και στη συνέχεια της πρώτης ακτίνας, έχουμε εικόνα σημείου - σημείου Β1. Κατεβάζουμε την κάθετη στον κύριο οπτικό άξονα από το σημείο Β1 και παίρνουμε το σημείο Α1 - την εικόνα του σημείου Α.

Επομένως, το A1 B1 είναι μια μειωμένη, άμεση, φανταστική εικόνα που βρίσκεται μεταξύ μιας φανταστικής εστίασης και ενός φακού.

Εξετάστε αρκετές περιπτώσεις κατασκευής εικόνων ανάλογα με το μέρος όπου βρίσκεται το αντικείμενο.

Το Σχήμα 2.9 δείχνει την περίπτωση όταν το αντικείμενο βρίσκεται ακριβώς μεταξύ του φακού και της εστίας του φακού, πράγμα που σημαίνει ότι η μεγεθυμένη εικόνα θα είναι ακριβώς εστιασμένη.

Στην Εικόνα 2.10, το αντικείμενο βρίσκεται σε εστιακή απόσταση από τον φακό και παίρνουμε μια εικόνα του αντικειμένου στη μέση μεταξύ της εστίασης και του φακού.

Διάλεξη 3. Απλές οπτικές συσκευές.

3.2 Μικροσκόπιο.

3.3 Τηλεσκόπιο.

3.4 Κάμερα.

μεγεθυντικός φακός

Μία από τις απλούστερες οπτικές συσκευές είναι ένας μεγεθυντικός φακός - ένας συγκλίνοντας φακός που έχει σχεδιαστεί για την προβολή μεγεθυσμένων εικόνων μικρών αντικειμένων. Ο φακός φέρεται κοντά στο ίδιο το μάτι και το αντικείμενο τοποθετείται μεταξύ του φακού και της κύριας εστίασης. Το μάτι θα δει μια εικονική και μεγεθυμένη εικόνα του αντικειμένου. Είναι πιο βολικό να εξετάσετε ένα αντικείμενο μέσω ενός μεγεθυντικού φακού με ένα εντελώς χαλαρό μάτι, προσαρμοσμένο στο άπειρο. Για να γίνει αυτό, το αντικείμενο τοποθετείται στο κύριο εστιακό επίπεδο του φακού έτσι ώστε οι ακτίνες που αναδύονται από κάθε σημείο του αντικειμένου να σχηματίζουν παράλληλες δέσμες πίσω από τον φακό. Το σχήμα δείχνει δύο τέτοιες δέσμες που προέρχονται από τις άκρες του αντικειμένου. Μπαίνοντας στο μάτι προσαρμοσμένο στο άπειρο, δέσμες παράλληλων ακτίνων εστιάζονται στον αμφιβληστροειδή και εδώ δίνουν μια καθαρή εικόνα του αντικειμένου.

Το απλούστερο όργανο για οπτική παρατήρηση είναι ένας μεγεθυντικός φακός. Ο μεγεθυντικός φακός είναι ένας συγκλίνοντας φακός με μικρή εστιακή απόσταση. Ο μεγεθυντικός φακός τοποθετείται κοντά στο μάτι και το αντικείμενο που εξετάζουμε βρίσκεται στο εστιακό του επίπεδο. Το αντικείμενο φαίνεται υπό γωνία μέσω ενός μεγεθυντικού φακού.

όπου h είναι το μέγεθος του αντικειμένου. Όταν βλέπετε το ίδιο αντικείμενο με γυμνό μάτι, θα πρέπει να τοποθετείται στην απόσταση της καλύτερης θέας του κανονικού ματιού. Το αντικείμενο θα είναι ορατό υπό γωνία

Από αυτό προκύπτει ότι η μεγέθυνση του μεγεθυντικού φακού είναι

Ένας φακός με εστιακή απόσταση 10 cm δίνει μεγέθυνση 2,5 φορές.

Εικ. 3. 1 Δράση μεγεθυντικού φακού: α - το αντικείμενο παρατηρείται με γυμνό μάτι από την απόσταση της καλύτερης όρασης. β - το αντικείμενο παρατηρείται μέσω ενός μεγεθυντικού φακού με εστιακή απόσταση F.

Γωνιακή μεγέθυνση

Το μάτι είναι πολύ κοντά στο φακό, επομένως η γωνία θέασης μπορεί να ληφθεί ως η γωνία 2β που σχηματίζεται από τις ακτίνες που προέρχονται από τις άκρες του αντικειμένου μέσω του οπτικού κέντρου του φακού. Αν δεν υπήρχε μεγεθυντικός φακός, θα έπρεπε να τοποθετήσουμε το αντικείμενο στην απόσταση καλύτερης όρασης (25 cm) από το μάτι και η γωνία θέασης θα ήταν 2γ. Θεωρώντας ορθογώνια τρίγωνα με σκέλη 25 cm και F cm και δηλώνοντας το μισό του αντικειμένου Z, μπορούμε να γράψουμε:

(3.4)

2β - γωνία θέασης, όταν προβάλλεται από μεγεθυντικό φακό.

2γ - γωνία θέασης, όταν παρατηρείται με γυμνό μάτι.

F - απόσταση από το αντικείμενο στον μεγεθυντικό φακό.

Το Z είναι το ήμισυ του μήκους του εν λόγω θέματος.

Λαμβάνοντας υπόψη ότι οι μικρές λεπτομέρειες παρατηρούνται συνήθως μέσω ενός μεγεθυντικού φακού (και, κατά συνέπεια, οι γωνίες γ και β είναι μικρές), οι εφαπτομένες μπορούν να αντικατασταθούν από γωνίες. Έτσι, παίρνουμε την ακόλουθη έκφραση για τη μεγέθυνση του μεγεθυντικού φακού:

Επομένως, η μεγέθυνση του μεγεθυντικού φακού είναι ανάλογη, δηλαδή, με την οπτική του ισχύ.

3.2 Μικροσκόπιο .

Ένα μικροσκόπιο χρησιμοποιείται για τη λήψη μεγάλων μεγεθύνσεων κατά την παρατήρηση μικρών αντικειμένων. Μια μεγεθυμένη εικόνα ενός αντικειμένου σε μικροσκόπιο λαμβάνεται χρησιμοποιώντας ένα οπτικό σύστημα που αποτελείται από δύο φακούς μικρής εστίασης - έναν αντικειμενικό φακό O1 και έναν προσοφθάλμιο προσοφθάλμιο O2 (Εικ. 3.2). Ο φακός θα δώσει μια πραγματική ανεστραμμένη μεγεθυμένη εικόνα του θέματος. Αυτή η ενδιάμεση εικόνα παρατηρείται με το μάτι μέσω ενός προσοφθάλμιου φακού, η λειτουργία του οποίου είναι παρόμοια με αυτή ενός μεγεθυντικού φακού. Το προσοφθάλμιο είναι τοποθετημένο έτσι ώστε η ενδιάμεση εικόνα να βρίσκεται στο εστιακό της επίπεδο. Σε αυτή την περίπτωση, οι ακτίνες από κάθε σημείο του αντικειμένου διαδίδονται μετά τον προσοφθάλμιο σε παράλληλη δέσμη.

Η φανταστική εικόνα ενός αντικειμένου που παρατηρείται μέσω ενός προσοφθάλμιου φακού είναι πάντα ανάποδα. Εάν αυτό αποδειχθεί άβολο (για παράδειγμα, όταν διαβάζετε μικρά γράμματα), μπορείτε να γυρίσετε το ίδιο το αντικείμενο μπροστά από το φακό. Επομένως, η γωνιακή μεγέθυνση του μικροσκοπίου θεωρείται θετική τιμή.

Όπως προκύπτει από το Σχ. 3.2, γωνία θέασης φ ενός αντικειμένου που παρατηρείται μέσω προσοφθάλμιου προσοφθάλμιου στην προσέγγιση μικρής γωνίας

Κατά προσέγγιση, μπορούμε να βάλουμε d ≈ F1 και f ≈ l, όπου l είναι η απόσταση μεταξύ του αντικειμενικού φακού και του προσοφθάλμιου φακού του μικροσκοπίου («μήκος σωλήνα»). Όταν βλέπετε το ίδιο αντικείμενο με γυμνό μάτι

Ως αποτέλεσμα, γίνεται ο τύπος για τη γωνιακή μεγέθυνση γ του μικροσκοπίου

Ένα καλό μικροσκόπιο μπορεί να μεγεθύνει αρκετές εκατοντάδες φορές. Σε μεγάλες μεγεθύνσεις αρχίζουν να εμφανίζονται φαινόμενα περίθλασης.

Στα πραγματικά μικροσκόπια, ο αντικειμενικός φακός και το προσοφθάλμιο είναι πολύπλοκα οπτικά συστήματα στα οποία εξαλείφονται διάφορες εκτροπές.

Τηλεσκόπιο

Τα τηλεσκόπια (spotting scopes) είναι σχεδιασμένα για να παρατηρούν μακρινά αντικείμενα. Αποτελούνται από δύο φακούς - έναν συγκλίνοντα φακό με μεγάλη εστιακή απόσταση που βλέπει προς το αντικείμενο (αντικείμενο) και έναν φακό με μικρή εστιακή απόσταση (προσοφθάλμιο) στραμμένο προς τον παρατηρητή. Τα πεδία εντοπισμού είναι δύο τύπων:

1) Το τηλεσκόπιο του Κέπλερσχεδιασμένο για αστρονομικές παρατηρήσεις. Δίνει μεγεθυμένες ανεστραμμένες εικόνες μακρινών αντικειμένων και επομένως δεν είναι βολικό για επίγειες παρατηρήσεις.

2) Το πεδίο κηλίδων του Galileo, που προορίζεται για επίγειες παρατηρήσεις, που δίνει μεγεθυμένες άμεσες εικόνες. Ο προσοφθάλμιος φακός στον σωλήνα του Γαλιλαίου είναι ένας αποκλίνων φακός.

Στο σχ. Το 15 δείχνει την πορεία των ακτίνων σε ένα αστρονομικό τηλεσκόπιο. Υποτίθεται ότι το μάτι του παρατηρητή προσαρμόζεται στο άπειρο, έτσι οι ακτίνες από κάθε σημείο ενός απομακρυσμένου αντικειμένου εξέρχονται από το προσοφθάλμιο σε μια παράλληλη δέσμη. Αυτή η πορεία των ακτίνων ονομάζεται τηλεσκοπική. Σε έναν αστρονομικό σωλήνα, η τηλεσκοπική διαδρομή ακτίνων επιτυγχάνεται με την προϋπόθεση ότι η απόσταση μεταξύ του αντικειμενικού φακού και του προσοφθάλμιου φακού είναι ίση με το άθροισμα των εστιακών τους αποστάσεων.

Ένα σκοπευτήριο κηλίδας (τηλεσκόπιο) συνήθως χαρακτηρίζεται από γωνιακή μεγέθυνση γ. Σε αντίθεση με το μικροσκόπιο, τα αντικείμενα που παρατηρούνται μέσω ενός τηλεσκοπίου αφαιρούνται πάντα από τον παρατηρητή. Εάν ένα μακρινό αντικείμενο είναι ορατό με γυμνό μάτι υπό γωνία ψ και όταν το βλέπουμε μέσω τηλεσκοπίου υπό γωνία φ, τότε η γωνιακή μεγέθυνση ονομάζεται λόγος

Στη γωνιακή αύξηση γ, καθώς και στη γραμμική αύξηση Γ, μπορούν να αποδοθούν πρόσημα συν ή πλην, ανάλογα με το αν η εικόνα είναι όρθια ή ανεστραμμένη. Η γωνιακή μεγέθυνση του αστρονομικού σωλήνα Κέπλερ είναι αρνητική, ενώ του επίγειου σωλήνα του Γαλιλαίου θετική.

Η γωνιακή μεγέθυνση των τηλεσκοπίων εκφράζεται σε εστιακές αποστάσεις:

Τα σφαιρικά κάτοπτρα δεν χρησιμοποιούνται ως φακοί σε μεγάλα αστρονομικά τηλεσκόπια. Τέτοια τηλεσκόπια ονομάζονται ανακλαστήρες. Ένας καλός καθρέφτης είναι πιο εύκολο να κατασκευαστεί και οι καθρέφτες δεν υποφέρουν από χρωματικές εκτροπές όπως οι φακοί.

Το μεγαλύτερο τηλεσκόπιο στον κόσμο με διάμετρο καθρέφτη 6 m κατασκευάστηκε στη Ρωσία. Θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι τα μεγάλα αστρονομικά τηλεσκόπια έχουν σχεδιαστεί όχι μόνο για να αυξάνουν τις γωνιακές αποστάσεις μεταξύ των παρατηρούμενων διαστημικών αντικειμένων, αλλά και για να αυξάνουν τη ροή του φωτός ενέργεια από ελαφρώς φωτεινά αντικείμενα.

Ας αναλύσουμε το σχήμα και την αρχή της λειτουργίας ορισμένων ευρέως διαδεδομένων οπτικών συσκευών.

ΦΩΤΟΓΡΑΦΙΚΗ ΜΗΧΑΝΗ

Μια κάμερα είναι μια συσκευή, το πιο σημαντικό μέρος της οποίας είναι ένα συλλογικό σύστημα φακών - ένας φακός. Στη συνηθισμένη ερασιτεχνική φωτογραφία, το θέμα βρίσκεται πίσω από το διπλάσιο της εστιακής απόστασης, επομένως η εικόνα θα βρίσκεται μεταξύ της εστίασης και της διπλάσιας εστιακής απόστασης, πραγματική, μειωμένη, ανεστραμμένη (Εικ. 16).

Εικ. 3. 4

Στη θέση αυτής της εικόνας τοποθετείται φωτογραφικό φιλμ ή φωτογραφική πλάκα (επικαλυμμένη με φωτοευαίσθητο γαλάκτωμα που περιέχει βρωμιούχο άργυρο), ο φακός ανοίγει για λίγο - το φιλμ εκτίθεται. Μια κρυφή εικόνα εμφανίζεται σε αυτό. Μπαίνοντας σε ένα ειδικό διάλυμα - ένας προγραμματιστής, τα "εκτεθειμένα" μόρια βρωμιούχου αργύρου αποσυντίθενται, το βρώμιο μεταφέρεται στο διάλυμα και ο άργυρος απελευθερώνεται με τη μορφή σκοτεινής επικάλυψης στα φωτισμένα μέρη της πλάκας ή της μεμβράνης. όσο περισσότερο φως προσπίπτει σε μια δεδομένη περιοχή του φιλμ κατά την έκθεση, τόσο πιο σκούρο θα γίνει. Μετά την ανάπτυξη και το πλύσιμο, η εικόνα πρέπει να σταθεροποιηθεί, για την οποία τοποθετείται σε σταθεροποιητικό διάλυμα, στο οποίο διαλύεται το βρωμιούχο άργυρο που δεν έχει εκτεθεί και απομακρύνεται από το αρνητικό. Αποδεικνύεται μια εικόνα αυτού που ήταν μπροστά από τον φακό, με μια αναδιάταξη των αποχρώσεων - τα φωτεινά μέρη έγιναν σκοτεινά και αντίστροφα (αρνητικά).

Για να αποκτήσετε μια φωτογραφία - θετική - είναι απαραίτητο να φωτίσετε φωτογραφικό χαρτί επικαλυμμένο με το ίδιο βρωμιούχο ασήμι μέσω του αρνητικού για κάποιο χρονικό διάστημα. Μετά την εκδήλωση και την εδραίωση του, θα ληφθεί ένα αρνητικό από το αρνητικό, δηλαδή ένα θετικό, στο οποίο τα φωτεινά και σκοτεινά μέρη θα αντιστοιχούν στα φωτεινά και σκοτεινά μέρη του αντικειμένου.

Για να αποκτήσετε μια εικόνα υψηλής ποιότητας, η εστίαση έχει μεγάλη σημασία - συνδυάζοντας την εικόνα και το φιλμ ή την πλάκα. Για να γίνει αυτό, οι παλιές κάμερες είχαν ένα κινητό πίσω τοίχωμα, αντί για μια φωτοευαίσθητη πλάκα, τοποθετήθηκε μια πλάκα παγωμένου γυαλιού. μετακινώντας το τελευταίο, καθιερώθηκε μια ευκρινή εικόνα με το μάτι. Στη συνέχεια η γυάλινη πλάκα αντικαταστάθηκε με φωτοευαίσθητη και λήφθηκαν φωτογραφίες.

Στις σύγχρονες κάμερες για εστίαση, χρησιμοποιείται ένας αναδιπλούμενος φακός, ο οποίος σχετίζεται με έναν αποστασιόμετρο. Σε αυτήν την περίπτωση, όλες οι ποσότητες που περιλαμβάνονται στον τύπο του φακού παραμένουν αμετάβλητες, η απόσταση μεταξύ του φακού και του φιλμ αλλάζει μέχρι να συμπέσει με το f. Για να αυξηθεί το βάθος πεδίου - οι αποστάσεις κατά μήκος του κύριου οπτικού άξονα στον οποίο απεικονίζονται έντονα τα αντικείμενα - ο φακός ανοίγει, δηλαδή μειώνεται το διάφραγμά του. Αυτό όμως μειώνει την ποσότητα του φωτός που εισέρχεται στη συσκευή και αυξάνει τον απαιτούμενο χρόνο έκθεσης.

Ο φωτισμός μιας εικόνας για την οποία ο φακός είναι η πηγή φωτός είναι ευθέως ανάλογος με το εμβαδόν του διαφράγματος, το οποίο, με τη σειρά του, είναι ανάλογο με το τετράγωνο της διαμέτρου d2. Ο φωτισμός είναι επίσης αντιστρόφως ανάλογος με το τετράγωνο της απόστασης από την πηγή στην εικόνα, στην περίπτωσή μας, σχεδόν το τετράγωνο της εστιακής απόστασης F. Έτσι, ο φωτισμός είναι ανάλογος με το κλάσμα, το οποίο ονομάζεται λόγος διαφράγματος του φακού . Η τετραγωνική ρίζα του λόγου του διαφράγματος ονομάζεται σχετικό διάφραγμα και συνήθως υποδεικνύεται στον φακό με τη μορφή επιγραφής: . Οι σύγχρονες κάμερες είναι εξοπλισμένες με έναν αριθμό συσκευών που διευκολύνουν το έργο του φωτογράφου και επεκτείνουν τις δυνατότητές του (αυτόματη εκκίνηση, ένα σετ φακών με διαφορετικές εστιακές αποστάσεις, μετρητές έκθεσης, συμπεριλαμβανομένης της αυτόματης, αυτόματης ή ημιαυτόματης εστίασης κ.λπ.). Η έγχρωμη φωτογραφία είναι ευρέως διαδεδομένη. Στη διαδικασία του mastering - μια τρισδιάστατη φωτογραφία.

Μάτι

Το ανθρώπινο μάτι από οπτική άποψη είναι η ίδια κάμερα. Η ίδια (πραγματική, μειωμένη, ανεστραμμένη) εικόνα δημιουργείται στο πίσω τοίχωμα του ματιού - στο φωτοευαίσθητο κίτρινο σημείο, στο οποίο συγκεντρώνονται οι ειδικές απολήξεις των οπτικών νεύρων - κώνοι και ράβδοι. Ο ερεθισμός τους με το φως μεταδίδεται στα νεύρα του εγκεφάλου και προκαλεί την αίσθηση της όρασης. Το μάτι έχει φακό - φακό, διάφραγμα - κόρη, ακόμα και κάλυμμα φακού - βλέφαρο. Από πολλές απόψεις, το μάτι είναι ανώτερο από τις σημερινές κάμερες. Εστιάζεται αυτόματα - μετρώντας την καμπυλότητα του φακού υπό τη δράση των οφθαλμικών μυών, δηλαδή αλλάζοντας την εστιακή απόσταση. Αυτόματη διάφραγμα - με στένωση της κόρης κατά τη μετάβαση από ένα σκοτεινό δωμάτιο σε ένα φωτεινό. Το μάτι δίνει μια έγχρωμη εικόνα, «θυμάται» οπτικές εικόνες. Γενικά, βιολόγοι και γιατροί έχουν καταλήξει στο συμπέρασμα ότι το μάτι είναι ένα μέρος του εγκεφάλου που έχει τοποθετηθεί στην περιφέρεια.

Η όραση με δύο μάτια σάς επιτρέπει να βλέπετε ένα αντικείμενο με διαφορετικές πλευρές, δηλαδή να πραγματοποιήσει τρισδιάστατη όραση. Έχει αποδειχθεί πειραματικά ότι όταν κάποιος βλέπει με ένα μάτι, η εικόνα από τα 10 m φαίνεται επίπεδη (στη βάση - η απόσταση μεταξύ των ακραίων σημείων της κόρης είναι ίση με τη διάμετρο της κόρης). Κοιτάζοντας με δύο μάτια, βλέπουμε μια επίπεδη εικόνα από 500 m (η βάση είναι η απόσταση μεταξύ των οπτικών κέντρων των φακών), δηλαδή μπορούμε να προσδιορίσουμε το μέγεθος των αντικειμένων με το μάτι, ποια και πόσο πιο κοντά ή πιο μακριά.

Για να αυξηθεί αυτή η ικανότητα, είναι απαραίτητο να αυξηθεί η βάση, αυτό πραγματοποιείται σε πρισματικά κιάλια και σε διάφορους ανιχνευτές απόστασης (Εικ. 3.5).

Αλλά, όπως όλα στον κόσμο, ακόμη και μια τόσο τέλεια δημιουργία της φύσης όπως το μάτι δεν είναι χωρίς ελαττώματα. Πρώτον, το μάτι αντιδρά μόνο στο ορατό φως (και ταυτόχρονα, με τη βοήθεια της όρασης, αντιλαμβανόμαστε έως και το 90% όλων των πληροφοριών). Δεύτερον, το μάτι υπόκειται σε πολλές ασθένειες, η πιο κοινή από τις οποίες είναι η μυωπία - οι ακτίνες συγκλίνουν πιο κοντά στον αμφιβληστροειδή (Εικ. 3.6) και η υπερμετρωπία - μια ευκρινή εικόνα πίσω από τον αμφιβληστροειδή (Εικ. 3.7).

Στο σχ. Το 22 παρουσιάζει τα πιο απλά προφίλ γυάλινους φακούς: επίπεδο-κυρτό, αμφίκυρτο (Εικ. 22, σι), επίπεδη-κοίλη (Εικ. 22, σε) και αμφίκοιλη (Εικ. 22, σολ). Τα δύο πρώτα από αυτά στον αέρα είναι συγκέντρωσηφακοί και οι δύο δεύτεροι - διασκόρπιση. Αυτά τα ονόματα συνδέονται με το γεγονός ότι σε έναν συγκλίνοντα φακό η δέσμη, διαθλώντας, αποκλίνει προς τον οπτικό άξονα και αντίστροφα σε έναν αποκλίνοντα φακό.

Οι δέσμες που εκτελούνται παράλληλα με τον κύριο οπτικό άξονα εκτρέπονται πίσω από έναν συγκλίνοντα φακό (Εικ. 23, αλλά) ώστε να συγκεντρωθούν σε ένα σημείο που ονομάζεται Συγκεντρώνω. Σε έναν αποκλίνοντα φακό, οι ακτίνες που ταξιδεύουν παράλληλα με τον κύριο οπτικό άξονα εκτρέπονται έτσι ώστε οι συνέχειές τους να συλλέγονται στην εστία που βρίσκεται στην πλευρά των προσπίπτων ακτίνων (Εικ. 23, σι). Η απόσταση από τις εστίες και στις δύο πλευρές ενός λεπτού φακού είναι η ίδια και δεν εξαρτάται από το προφίλ της δεξιάς και της αριστερής επιφάνειας του φακού.

Ρύζι. 22. Επίπεδο-κυρτό ( αλλά), αμφίκυρτο ( σι), επίπεδο-κοίλη ( σε) και αμφίκοιλη ( σολ) Φακοί.

Ρύζι. 23. Η διαδρομή των ακτίνων που εκτείνεται παράλληλα με τον κύριο οπτικό άξονα στους συλλεκτικούς (α) και αποκλίνοντες (β) φακούς.

Η δέσμη που διέρχεται από το κέντρο του φακού (Εικ. 24, αλλά- συγκλίνοντας φακός, εικ. 24, σι- αποκλίνων φακός), δεν διαθλάται.

Ρύζι. 24. Η πορεία των ακτίνων που διέρχονται από το οπτικό κέντρο ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ , σε συγκλίνοντες (α) και αποκλίνοντες (β) φακούς.

Ακτίνες που ταξιδεύουν παράλληλα μεταξύ τους, αλλά όχι παράλληλες με τον κύριο οπτικό άξονα, τέμνονται σε ένα σημείο (πλευρική εστίαση) στο εστιακό επίπεδο, που διέρχεται από την εστία του φακού κάθετα στον κύριο οπτικό άξονα (Εικ. 25, αλλά- συγκλίνοντας φακός, εικ. 25, σι- αποκλίνων φακός).

Ρύζι. 25. Η πορεία των παράλληλων δεσμών ακτίνων στους φακούς συλλογής (α) και σκέδασης (β).

.

Κατά την κατασκευή (Εικ. 26) μιας εικόνας ενός σημείου (για παράδειγμα, η άκρη ενός βέλους) χρησιμοποιώντας έναν συγκλίνοντα φακό, εκπέμπονται δύο δέσμες από αυτό το σημείο: παράλληλα με τον κύριο οπτικό άξονα και μέσω του κέντρου ΟΦακοί.

Ρύζι. 26. Δόμηση εικόνων σε συγκλίνοντα φακό

Ανάλογα με την απόσταση από το βέλος στον φακό, μπορούν να ληφθούν τέσσερις τύποι εικόνων, τα χαρακτηριστικά των οποίων περιγράφονται στον Πίνακα 2. Κατά την κατασκευή μιας εικόνας ενός τμήματος κάθετου στον κύριο οπτικό άξονα, η εικόνα του αποδεικνύεται επίσης ότι είναι ένα τμήμα κάθετο στον κύριο οπτικό άξονα.

Πότε αποκλίνων φακόςμια εικόνα ενός αντικειμένου μπορεί να είναι μόνο ενός τύπου - φανταστικός, μειωμένος, άμεσος. Αυτό φαίνεται εύκολα πραγματοποιώντας παρόμοιες κατασκευές του άκρου του βέλους με τη βοήθεια δύο ακτίνων (Εικ. 27).

πίνακας 2

Απόσταση από το θέμα στον φακό	Χαρακτηριστικό γνώρισμα εικόνες
0 <<	Φανταστικό, διευρυμένο, άμεσο
<< 2