Soczewka rozbieżna: cechy, elementy, typy, zastosowania

Rozbieżne soczewki to te, które są cieńsze w środku i grubsze na krawędziach. W konsekwencji rozdzielają one (rozchodzą się) promienie światła, które na nie oddziałują, równolegle do osi głównej. Ich przedłużenie kończy się zbieżnością ostrości obrazu po lewej stronie obiektywu.

Soczewki rozbieżne lub negatywne, jak są również znane, tworzą tzw. Obrazy wirtualne obiektów. Mają różne zastosowania. W szczególności w okulistyce są stosowane do korygowania krótkowzroczności i niektórych rodzajów astygmatyzmu.

Tak więc, jeśli cierpisz na krótkowzroczność i nosisz okulary, masz doskonały przykład obiektywu rozbieżnego.

Charakterystyka rozbieżnych soczewek

Jak wyjaśniono powyżej, rozbieżne soczewki są węższe w środkowej części niż na krawędziach. Ponadto w tego typu soczewkach jedna z jego powierzchni jest zawsze wklęsła. Daje to temu typowi obiektywu szereg cech.

Przede wszystkim wydłużenie promieni, które na nie wpływają, powoduje, że obrazy wirtualne nie mogą być gromadzone na żadnym ekranie. Dzieje się tak, ponieważ promienie przechodzące przez obiektyw nie zbiegają się w żadnym punkcie, ponieważ rozchodzą się we wszystkich kierunkach. Ponadto, w zależności od krzywizny soczewki, promienie będą się otwierać w większym lub mniejszym stopniu.

Inną ważną cechą tego typu soczewek jest to, że ostrość jest na lewo od obiektywu, tak że znajduje się między nim a obiektem.

Ponadto w obiektywach rozbieżnych obrazy są mniejsze niż obiekt i znajdują się między nim a ogniskiem.

Elementy rozbieżnych soczewek

Podczas ich studiowania ważne jest, aby wiedzieć, jakie elementy stanowią soczewki w ogóle, aw szczególności soczewki rozbieżne.

Nazywany jest środkiem optycznym soczewki do punktu, przez który promienie nie odczuwają żadnego odchylenia. Z kolei główna oś jest linią łączącą punkt i główny punkt skupienia, przy czym ta druga jest reprezentowana przez literę F.

Główną nazwą fokusu jest punkt, w którym znajdują się wszystkie promienie, które uderzają w obiektyw równolegle do osi głównej.

W ten sposób odległość między środkiem optycznym a ogniskiem nazywa się odległością ogniskową.

Środki krzywizny są zdefiniowane jako środki kulek, które tworzą soczewkę; będąc w ten sposób promieniami krzywizny promienie kul, które powodują powstanie soczewki. I wreszcie centralna płaszczyzna soczewki nazywana jest płaszczyzną optyczną.

Tworzenie obrazów

Aby graficznie określić powstawanie obrazu na cienkiej soczewce, wystarczy znać kierunek, w którym podążą dwa z trzech promieni

którego trajektoria jest znana.

Jedną z nich jest ta, która uderza w obiektyw równolegle do osi optycznej obiektywu. To, po załamaniu w obiektywie, przejdzie przez ostrość obrazu. Drugi promień, którego trajektoria jest znana, to ten, który przechodzi przez środek optyczny. Nie zmieni to jego trajektorii.

Trzecia i ostatnia to ta, która przechodzi przez ognisko obiektu (lub jego przedłużenie przechodzi przez ognisko obiektu), które po załamaniu będzie podążało w kierunku równoległym do kierunku osi optycznej obiektywu.

W ten sposób, ogólnie, jeden rodzaj obrazu lub inny zostanie utworzony w soczewkach w zależności od położenia obiektu lub ciała względem soczewki.

Jednak w szczególnym przypadku rozbieżnych soczewek, niezależnie od położenia ciała przed soczewką, obraz, który zostanie utworzony, będzie miał pewne cechy. I to w rozbieżnych soczewkach obraz zawsze będzie wirtualny, mniejszy niż ciało i prawy.

Aplikacje

Fakt, że potrafią oddzielić światło, które je przecina, daje interesujące właściwości soczewek rozbieżnych w dziedzinie optyki. W ten sposób mogą skorygować krótkowzroczność i niektóre specyficzne typy astygmatyzmu.

Rozbieżne soczewki okulistyczne oddzielają promienie świetlne, tak że gdy docierają do ludzkiego oka, są bardziej odległe. Tak więc, kiedy przechodzą przez rogówkę i soczewkę, docierają dalej i mogą dotrzeć do siatkówki, uruchamiając problemy ze wzrokiem osób cierpiących na krótkowzroczność.

Typy

Jak już wspomnieliśmy, soczewki zbieżne mają co najmniej jedną powierzchnię wklęsłą. Z tego powodu istnieją trzy rodzaje rozbieżnych soczewek: dwuwklęsła, planokoncowa i wypukła-wklęsła.

Rozbieżne dwuwklęsłe soczewki są utworzone przez dwie wklęsłe powierzchnie, planoconca mają wklęsłą i płaską powierzchnię, podczas gdy w wypukłym-wklęsłym lub rozbieżnym menisku jedna powierzchnia jest nieco wypukła, a druga jest wklęsła.

Różnice w zbieżności soczewek

W soczewkach zbieżnych, w przeciwieństwie do soczewek rozbieżnych, grubość zmniejsza się od środka w kierunku krawędzi. Zatem w tego typu soczewkach promienie świetlne, które uderzają równolegle do osi głównej, koncentrują się lub zbiegają w jednym punkcie (w ognisku). W ten sposób zawsze tworzą prawdziwe obrazy obiektów.

W optyce soczewki zbieżne lub dodatnie stosuje się głównie do korekcji nadwzroczności, starczowzroczności i niektórych rodzajów astygmatyzmu.

Równanie Gaussa soczewek i powiększenie soczewki

Najczęściej badanymi typami soczewek są soczewki zwane cienkimi. Wszystkie soczewki, których grubość jest bardzo mała w porównaniu z promieniami krzywizny powierzchni, które je ograniczają, są zatem zdefiniowane.

Badanie tego typu soczewek można przeprowadzić głównie za pomocą dwóch równań: równania Gaussa i równania, które pozwala określić powiększenie soczewki.

Równanie Gaussa

Znaczenie równania Gaussa cienkich soczewek polega na dużej liczbie podstawowych problemów optycznych, które można rozwiązać. Jego wyrażenie jest następujące:

1 / f = 1 / p + 1 / q

Gdzie 1 / f to moc obiektywu, a f to odległość ogniskowa lub odległość od środka optycznego do ostrości F. Jednostką pomiaru mocy obiektywu jest dioptra (D), która jest wartością 1 D = 1 m-1. Z drugiej strony, p i q są odpowiednio odległością, na której znajduje się obiekt i odległością, na której jego obraz jest obserwowany.

Zdecydowane ćwiczenie

Ciało jest umieszczone 40 centymetrów od rozbieżnej soczewki o ogniskowej -40 centymetrów. Oblicz wysokość obrazu, jeśli wysokość obiektu wynosi 5 cm. Określ także, czy obraz jest prawidłowy, czy odwrócony.

Mamy następujące dane: h = 5 cm; p = 40 cm; f = -40 cm.

Te wartości są zastępowane w równaniu Gaussa cienkich soczewek:

1 / f = 1 / p + 1 / q

I dostajesz:

1 / -40 = 1/40 + 1 / q

Gdzie q = - 20 cm

Następnie zastępujemy wynik uzyskany wcześniej równaniem powiększenia soczewki:

M = - q / p = - -20 / 40 = 0, 5

Uzyskanie wartości wzrostu:

M = h '/ h = 0, 5

Czyszczenie z tego równania h ', które jest wartością wysokości obrazu, można uzyskać:

h '= h / 2 = 2, 5 cm.

Wysokość obrazu wynosi 2, 5 cm. Ponadto obraz jest prawidłowy od M> 0 i zmniejszony, ponieważ wartość bezwzględna M jest mniejsza niż 1.