Una lente divergente è una lente piatta concava sottile convessa. Lenti convergenti e divergenti

Da bambini, molti di noi giocavano con una lente d'ingrandimento. È stato piuttosto interessante osservare come può essere utilizzato per bruciare giornali, legno e altri oggetti. Invecchiando, spesso utilizziamo l'ingrandimento di una lente per vedere i dettagli di un'immagine o di un piccolo testo. Ma come, in effetti, funziona, perché in alcuni casi le immagini sono grandi, mentre in altri sono capovolte, non tutti lo sanno. Vediamo come funziona una lente convergente, cosa significano i suoi parametri e quale ruolo gioca la distanza dall'oggetto in questione.

Definizioni e proprietà fondamentali

Qualsiasi teoria viene analizzata al meglio partendo dai concetti chiave. Quindi, iniziamo dal fatto che i tipi di lenti dipendono direttamente dalla loro forma. Come base per la loro fabbricazione possono essere utilizzati sia il vetro che altri materiali trasparenti con un elevato indice di rifrazione. Se il centro della lente è più spesso dei suoi bordi, otterrai una lente convergente e altrimenti divergente. La linea retta che passa per i centri di curvatura delle sue due superfici è l'asse ottico principale. Una lente divergente o convergente si dice sottile se i raggi dei suoi lati sono sostanzialmente maggiori del suo spessore in qualsiasi punto. Se un raggio di luce passa attraverso il centro della lente, non cambia direzione.

Questa proprietà viene spesso utilizzata per determinare come risulterà l'immagine finale. Ma se un raggio di raggi parallelo al suo asse ottico principale colpisce la superficie della lente, dopo aver attraversato il suo centro ottico e superato la lunghezza focale, i loro percorsi si intersecheranno in un punto comune, chiamato fuoco. Minore è la lunghezza focale, maggiore è la potenza ottica di questa ottica. L'ultimo parametro è solitamente misurato in diottrie.

Come determinare quale immagine darà una lente convergente?

Tutto ciò che serve è scoprire qual è la sua lunghezza focale e la distanza dal soggetto stesso. Successivamente, li confrontiamo semplicemente e siamo guidati dalle seguenti regole:

Sappiamo che la luce, passando da un mezzo trasparente a un altro, viene rifratta: questo è il fenomeno della rifrazione della luce. Inoltre, l'angolo di rifrazione è inferiore all'angolo di incidenza quando la luce entra in un mezzo ottico più denso. Cosa significa e come può essere utilizzato?

Se prendiamo un pezzo di vetro con bordi paralleli, come il vetro di una finestra, otteniamo un leggero spostamento nell'immagine vista attraverso la finestra. Cioè, entrando nel vetro, i raggi di luce verranno rifratti e quando entrano nuovamente nell'aria verranno nuovamente rifratti ai valori precedenti dell'angolo di incidenza, solo allo stesso tempo si sposteranno leggermente e l'entità dello spostamento dipenderà dallo spessore del vetro.

Ovviamente, c’è poco beneficio pratico da un simile fenomeno. Ma se prendiamo il vetro, i cui piani si trovano obliquamente l'uno rispetto all'altro, ad esempio un prisma, l'effetto sarà completamente diverso. I raggi che passano attraverso un prisma vengono sempre rifratti verso la sua base. Questo è facile da verificare.

Per fare ciò, disegna un triangolo e disegna un raggio che entra in uno qualsiasi dei suoi lati. Usando la legge della rifrazione della luce, tracciamo l'ulteriore percorso del raggio. Avendo eseguito più volte questa procedura a diversi valori dell'angolo di incidenza, scopriremo che qualunque sia l'angolo in cui il raggio entra nel prisma, tenendo conto della doppia rifrazione all'uscita, devierà comunque verso la base del prisma prisma.

Lente e sue proprietà

Questa proprietà del prisma viene utilizzata in un dispositivo molto semplice che consente di controllare la direzione dei flussi luminosi: una lente. Una lente è un corpo trasparente delimitato su entrambi i lati dalle superfici curve del corpo. Considera il dispositivo e il principio di funzionamento delle lenti nel corso di fisica dell'ottavo grado.

Infatti, una lente in una sezione può essere raffigurata come due prismi posti uno sopra l'altro. L'effetto ottico della lente dipende da quali parti di questi prismi si trovano l'una rispetto all'altra.

Tipi di lenti in fisica

Nonostante l’enorme varietà, in fisica esistono solo due tipi di lenti: rispettivamente convesse e concave, oppure convergenti e divergenti.

In una lente convessa, cioè convergente, i bordi sono molto più sottili del centro. Una lente convergente in una sezione è costituita da due prismi collegati dalle loro basi, quindi tutti i raggi che la attraversano convergono verso il centro della lente.

In una lente concava, i bordi, al contrario, sono sempre più spessi del centro. Una lente divergente può essere rappresentata come due prismi collegati da vertici e, di conseguenza, i raggi che passano attraverso tale lente divergeranno dal centro.

Le persone hanno scoperto proprietà simili delle lenti molto tempo fa. L'uso delle lenti ha permesso all'uomo di progettare un'ampia varietà di strumenti e dispositivi ottici che semplificano la vita e aiutano nella vita quotidiana e nella produzione.

La figura mostra gli elementi di una lente biconvessa. C1 e C2 sono i centri delle superfici sferiche delimitanti, chiamate centri di curvatura; R1 e R2 sono i raggi delle superfici sferiche, chiamate raggi di curvatura. La retta che collega i centri di curvatura C1 e C2 si chiama asse ottico principale. Per una lente piano-convessa o piano-concava, l'asse ottico principale è una linea retta passante per il centro di curvatura perpendicolare alla superficie piana della lente. Vengono chiamati i punti di intersezione dell'asse ottico principale con le superfici A e B vertici della lente. Si chiama la distanza tra i vertici di AB spessore assiale.

Proprietà delle lenti

La caratteristica più importante delle lenti positive è la capacità di dare un'immagine degli oggetti. L'effetto delle lenti positive è che raccolgono i raggi incidenti, per questo vengono chiamate collettivo.

Questa proprietà è spiegata dal fatto che una lente convergente è un insieme di molti prismi threedrali disposti in un cerchio e rivolti verso il centro del cerchio con le loro basi. Poiché tali prismi deviano i raggi incidenti su di essi verso le loro basi, il fascio di raggi incidente su tutta la superficie della lente convergente viene raccolto nella direzione verso l'asse del cerchio, cioè all'asse ottico.

Se un raggio di raggi di luce divergenti viene diretto da un punto luminoso S che giace sull'asse ottico di una lente convergente, allora il raggio divergente si trasformerà in convergente e si formerà un'immagine reale S` del punto luminoso S in il punto di fuga dei raggi. Posizionando uno schermo nel punto S`, si può vedere su di esso l'immagine del punto luminoso S. Si chiama immagine reale.

Formazione di un'immagine reale di un punto luminoso. S` - immagine reale del punto S

Le lenti negative, a differenza di quelle positive, disperdono i raggi che cadono su di esse. Per questo vengono chiamati dispersione.



Se lo stesso raggio di raggi divergenti è diretto a una lente divergente, dopo averla attraversata, i raggi deviano ai lati dell'asse ottico. Di conseguenza, le lenti divergenti non forniscono un'immagine reale. Nei sistemi ottici che danno un'immagine reale e, in particolare, negli obiettivi fotografici, le lenti divergenti vengono utilizzate solo insieme alle lenti collettive.

Messa a fuoco e lunghezza focale

Se un raggio di luce viene diretto verso l'obiettivo da un punto che si trova all'infinito sull'asse ottico principale (tali raggi possono essere considerati quasi paralleli), i raggi convergeranno in un punto F, che si trova anch'esso sull'asse ottico principale. Questo punto si chiama obiettivo principale, la distanza f dalla lente a questo punto è lunghezza focale principale, e il piano MN passante per il fuoco principale perpendicolare all'asse ottico dell'obiettivo è piano focale principale.

Messa a fuoco principale F e lunghezza focale principale f dell'obiettivo

La lunghezza focale di una lente dipende dalla curvatura delle sue superfici convesse. Quanto più piccoli sono i raggi di curvatura, ad es. più il vetro è convesso, minore è la sua lunghezza focale.

Potenza ottica dell'obiettivo

Il potere ottico di una lente si chiama suo potere rifrattivo(la capacità di deviare più o meno i raggi luminosi). Maggiore è la lunghezza focale, minore è il potere di rifrazione. La potenza ottica di un obiettivo è inversamente proporzionale alla lunghezza focale.

L'unità di potenza ottica è diottrie, indicato con la lettera D. L'espressione del potere ottico in diottrie è conveniente perché, in primo luogo, permette di determinare mediante il segno con quale lente (collettiva o divergente) si ha a che fare e, in secondo luogo, perché rende facile determinare la potenza ottica del sistema da due o più lenti.

ClipArt di istruzione

Cadendo su un oggetto, i raggi di luce vengono riflessi da ogni punto della sua superficie in tutte le direzioni possibili. Se una lente convergente viene posta davanti a un oggetto illuminato, un fascio di raggi conici cadrà sulla lente da ciascun punto dell'oggetto.



Dopo aver attraversato l'obiettivo, i raggi si riuniranno nuovamente in un punto e nel punto in cui convergono apparirà un'immagine reale del punto ripreso dell'oggetto e si formerà la totalità delle immagini di tutti i punti dell'oggetto l'immagine dell'intero oggetto. La figura permette anche di comprendere facilmente il motivo per cui l'immagine degli oggetti risulta sempre capovolta.

Allo stesso modo, l'immagine degli oggetti nella fotocamera appare con l'aiuto di un obiettivo fotografico, che è un sistema ottico collettivo e agisce come una lente positiva.

Lo spazio davanti all'obiettivo, in cui si trovano gli oggetti fotografati, è chiamato spazio degli oggetti, mentre lo spazio dietro l'obiettivo, in cui vengono renderizzati gli oggetti, è chiamato spazio dell'immagine.

L'applicazione più importante della rifrazione della luce è l'uso di lenti, solitamente in vetro. Nella figura vedi le sezioni trasversali di varie lenti. Lente chiamato corpo trasparente delimitato da superfici sferiche o piano-sferiche. Qualsiasi lente che sia più sottile al centro che ai bordi, nel vuoto o nel gas, lente divergente. Al contrario, qualsiasi lente che sia più spessa al centro che ai bordi lo farà lente convergente.

Per chiarimenti fare riferimento ai disegni. A sinistra, si mostra che i raggi che viaggiano paralleli all'asse ottico principale della lente convergente, dopo che questa "convergono", passando per il punto F - valido obiettivo principale lente convergente. A destra è mostrato il passaggio dei raggi luminosi attraverso una lente divergente parallela al suo asse ottico principale. I raggi dopo la lente "divergono" e sembrano provenire dal punto F', chiamato immaginario obiettivo principale lente divergente. Non è reale, ma immaginario perché i raggi di luce non lo attraversano: lì si intersecano solo le loro immaginarie (immaginarie) estensioni.

Nella fisica scolastica, solo il cosiddetto lenti sottili, che, indipendentemente dalla loro simmetria "sezionale", hanno sempre due fuochi principali situati a uguale distanza dalla lente. Se i raggi sono diretti ad angolo rispetto all'asse ottico principale, troveremo molti altri fuochi nella lente convergente e/o divergente. Questi, trucchi secondari, saranno posizionati lontano dall'asse ottico principale, ma sempre in coppia a uguale distanza dall'obiettivo.

Una lente non può solo raccogliere o diffondere i raggi. Utilizzando gli obiettivi, è possibile ottenere immagini ingrandite e ridotte degli oggetti. Ad esempio, grazie ad una lente convergente, si ottiene sullo schermo un'immagine ingrandita e invertita di una statuetta dorata (vedi figura).

Gli esperimenti mostrano: appare un'immagine distinta, se l'oggetto, l'obiettivo e lo schermo si trovano a determinate distanze l'uno dall'altro. A seconda di essi, le immagini possono essere invertite o dritte, ingrandite o ridotte, reali o immaginarie.

La situazione in cui la distanza d dall'oggetto all'obiettivo è maggiore della sua lunghezza focale F, ma inferiore alla doppia lunghezza focale 2F, è descritta nella seconda riga della tabella. Questo è esattamente ciò che osserviamo con la statuina: la sua immagine è reale, invertita e ingrandita.

Se l'immagine è reale, può essere proiettata su uno schermo. In questo caso l'immagine sarà visibile da qualsiasi punto della stanza da cui è visibile lo schermo. Se l'immagine è immaginaria, allora non può essere proiettata sullo schermo, ma può essere vista solo con l'occhio, posizionandola in un certo modo rispetto all'obiettivo (bisogna guardarci “dentro”).

Le esperienze lo dimostrano le lenti divergenti danno un'immagine virtuale diretta ridotta a qualsiasi distanza dall'oggetto all'obiettivo.

In questa lezione ripeteremo le caratteristiche della propagazione dei raggi luminosi in mezzi trasparenti omogenei, nonché il comportamento dei raggi quando attraversano il confine tra la separazione della luce di due mezzi trasparenti omogenei, che già conosci. Sulla base delle conoscenze già acquisite saremo in grado di capire quali informazioni utili possiamo ottenere su un oggetto luminoso o fotoassorbente.

Inoltre, applicando le leggi di rifrazione e riflessione della luce a noi già familiari, impareremo come risolvere i principali problemi dell'ottica geometrica, il cui scopo è costruire un'immagine dell'oggetto in questione, formata da raggi che cadono nel occhio umano.

Facciamo conoscenza con uno dei principali dispositivi ottici - una lente - e le formule di una lente sottile.

2. Portale Internet "CJSC "Laboratorio optotecnologico"" ()

3. Portale Internet "OTTICA GEOMETRICA" ()

Compiti a casa

1. Utilizzando una lente su uno schermo verticale, si ottiene un'immagine reale di una lampadina. Come cambierà l'immagine se la metà superiore dell'obiettivo è chiusa?

2. Costruire un'immagine di un oggetto posto davanti a una lente convergente nei seguenti casi: 1. ; 2.; 3.; 4. .