Главным применением законов преломления света являются линзы.
Что такое линза?
Само слово «линза» означает «чечевица».
Линзой называют прозрачное тело, ограниченное с двух сторон сферическими поверхностями.
Рассмотрим, как работает линза на принципе преломления света.
Рис. 1. Двояковыпуклая линза
Линза может быть разбита на несколько отдельных частей, каждая из которых представляет собой стеклянную призму. Верхнюю часть линзы представим в виде трехгранной призмы: падая на нее, свет преломляется и смещается в сторону основания. Все следующие части линзы представим как трапеции, в которых луч света проходит внутрь и снова выходит, смещаясь в направлении (рис. 1).
Виды линз (рис. 2)
Рис. 2. Виды линз
Собирающие линзы
1 - двояковыпуклая линза
2 - плоско-выпуклая линза
3 - выпукло-вогнутая линза
Рассеивающие линзы
4 - двояковогнутая линза
5 - плоско-вогнутая линза
6 - выпукло-вогнутая линза
Обозначение линз
Тонкая линза - это линза, толщина которой много меньше радиусов, ограничивающих ее поверхность (рис. 3).
Рис. 3. Тонкая линза
Видим, что радиус одной сферической поверхности и другой сферической поверхности больше, чем толщина линзы α.
Линза преломляет свет определенным образом. Если линза собирающая, то лучи собираются в одной точке. Если линза рассеивающая, то лучи рассеиваются.
Для обозначения различных линз введен специальный рисунок (рис. 4).
Рис. 4. Схематическое изображение линз
1 - схематическое изображение собирающей линзы
2 - схематичное изображение рассеивающей линзы
Точки и линии линзы:
1. Оптический центр линзы
2. Главная оптическая ось линзы (рис. 5)
3. Фокус линзы
4. Оптическая сила линзы
Рис. 5. Главная оптическая ось и оптический центр линзы
Главная оптическая ось - воображаемая линия, которая проходит через центр линзы и перпендикулярна плоскости линзы. Точка О является оптическим центром линзы. Все лучи, проходящие через эту точку, не преломляются.
Другая важная точка линзы - фокус (рис. 6). Он располагается на главной оптической оси линзы. В точке фокуса пересекаются все лучи, которые падают на линзу параллельно главной оптической оси.
Рис. 6. Фокус линзы
У каждой линзы два фокуса. Мы будем рассматривать равнофокусную линзу, то есть когда фокусы стоят от линзы на одинаковом расстоянии.
Расстояние между центром линзы и фокусом называется фокусным расстоянием (отрезок на рисунке). Второй фокус расположен с обратной стороны линзы.
Следующая характеристика линзы - это оптическая сила линзы.
Оптическая сила линзы (обозначается ) - это способность линзы преломлять лучи. Оптическая сила линзы - обратное значение фокусного расстояния:
Фокусное расстояние измеряется в единицах длины.
За единицу оптической силы выбрана такая единица измерения, при которой фокусное расстояние равно одному метру. Такая единица оптической силы называется диоптрия.
У собирающих линз впереди оптической силы ставится знак «+», а если линза рассеивающая, то перед оптической силой ставится знак «-».
Единица диоптрия записывается следующим образом:
Для каждой линзы существует еще одно важное понятие. Это мнимый фокус и действительный фокус.
Действительный фокус - это такой фокус, который образован лучами, преломившимися в линзе.
Мнимый фокус - это фокус, который образуется продолжениями лучей, прошедших через линзу (рис. 7).
Мнимый фокус, как правило, у рассеивающей линзы.
Рис. 7. Мнимый фокус линзы
Вывод
На данном уроке вы узнали, что такое линза, какие бывают линзы. Познакомились с определением тонкой линзы и главными характеристиками линз и узнали, что такое мнимый фокус, действительный фокус, и в чем их различие.
Список литературы
- Генденштейн Л.Э, Кайдалов А.Б., Кожевников В.Б. /Под ред. Орлова В.А., Ройзена И.И. Физика 8. - М.: Мнемозина.
- Перышкин А.В. Физика 8. - М.: Дрофа, 2010.
- Фадеева А.А., Засов А.В., Киселев Д.Ф. Физика 8. - М.: Просвещение.
- Tak-to-ent.net ().
- Tepka.ru ().
- Megaresheba.ru ().
Домашнее задание
- Задание 1. Определите оптическую силу собирающей линзы с фокусным расстоянием 2 метра.
- Задание 2. Каково фокусное расстояние линзы, оптическая сила которой равна 5 диоптрий?
- Задание 3. Может ли двояковыпуклая линза иметь отрицательную оптическую силу?
Использовать контактные линзы - это непростое решение, особенно для тех, кому некомфортно прикасаться к глазам. Тем не менее, овладев нужными сведениями и практикой, пользоваться линзами не составит труда. Проконсультируйтесь со специалистом по коррекции зрения и не бойтесь экспериментировать, чтобы найти оптимальный вариант!
Шаги
Часть 1
Как выбрать контактные линзы- Рассмотрите различные бренды. Некоторые бренды имеют более тонкие и пористые варианты исполнения с плавными контурами, которые удобно использовать. Как правило, такие контактные линзы стоят дороже. В хорошей оптике вам предложат недельный пробный период, чтобы понять, насколько вам комфортно носить линзы данного бренда.
- Если возникнут сомнения, попросите оптика предоставить пробный комплект с одной или двумя парами линз. Также специалист предложит примерить несколько вариантов прямо в клинике, чтобы более точно подобрать подходящие контактные линзы.
-
Узнайте о возрастной политике клиники, если вы еще не достигли совершеннолетия. Некоторые специалисты отказываются выписывать контактные линзы пациентам младше определенного возраста (например, младше 13 лет), а другие рекомендуют детям и подросткам выбирать линзы, которые нужно периодически снимать.
Рассмотрите вариант с цветными контактными линзами , чтобы изменить цвет глаз. Цветные линзы можно купить даже без рецепта, однако специалисты не рекомендуют выбирать цветные или дешевые варианты без предварительной консультации и проверки зрения. Контактные линзы - это медицинские средства, неправильный выбор которых способен нанести серьезный ущерб вашему зрению.
- Можно выбрать обычный цвет, который отличается от ваших глаз (голубой, карий, зеленый), или необычный вариант (красный, фиолетовый, белый, разноцветный, спиральный, кошачьи глаза).
- При покупке линз по рецепту выбирайте такой вариант, который можно носить каждый день, так как линзы - это дорогостоящий продукт.
Часть 2
Как хранить и ухаживать за линзами-
Используйте правильный раствор. Некоторые растворы предназначены конкретно для хранения линз, другие - для очистки и дезинфекции. Также есть универсальные растворы, которые могут совмещать обе функции. Лучше использовать разные растворы.
- Для хранения обычно используются солевые растворы. Они не вызывают раздражения глаз, но выполняют очистку линз не столь эффективно, как химические дезинфицирующие растворы.
- Чистящий и дезинфицирующий раствор бывает на основе перекиси водорода и универсальный. Пероксидный раствор требует выполнить несколько действий и использовать нейтрализующее вещество, чтобы перекись не повредила роговицу, когда вы снова наденете линзы. Универсальные чистящие растворы просты в использовании. Часто в них также можно хранить линзы.
- Если раствор регулярно вызывает раздражение глаз, используйте раствор на основе перекиси водорода.
- Всегда используйте дезинфицирующий раствор, глазные капли и энзимный чистящий раствор, рекомендованные специалистом. Для различных видов контактных линз используются разные растворы. Некоторые виды продуктов для глаз небезопасны для людей, которые носят линзы - в частности это глазные капли на основе химических веществ, а не солевого раствора.
-
Регулярно очищайте линзы. В идеале линзы нужно чистить каждый день, до и после использования.
- Поместите линзу на ладонь и мягко протрите указательным пальцем другой руки. Большинство универсальных растворов больше не имеют надписи “Не тереть”. Мягкое воздействие позволяет удалить налет на поверхности контактных линз.
- Каждый раз меняйте раствор в контейнере для линз перед хранением. Если использовать раствор повторно, значительно возрастает риск занести инфекцию.
- Каждый раз после хранения промывайте контейнер для линз стерильным раствором или горячей водой. Дайте линзам высохнуть самостоятельно. Меняйте контейнер не реже, чем раз в три месяца.
-
Прикасайтесь к линзам только чистыми руками. Мойте руки водой с мылом и насухо вытирайте чистым полотенцем.
- На линзы могут попасть остатки мыла, лосьона или химических веществ, которые вызывают раздражение, боль или размытость зрения, поэтому лучше использовать мыло без добавок.
-
Не надевайте чужие линзы, особенно те, которые уже были использованы.
Ежегодно посещайте специалиста, чтобы проверить актуальность рецепта. Он может меняться в зависимости от возраста и состояния зрения.
Часть 3
Как надевать контактные линзы- На линзы могут попасть остатки мыла, лосьона или химических веществ, которые вызывают раздражение, боль или размытость зрения.
- Контактные линзы лучше держатся на влажных поверхностях. Если помыть руки и оставить их немного влажными, то может оказаться, что линзы лучше держатся на пальце.
Вымойте руки с мылом. Тщательно смойте остатки мыла. Просушите руки тканевым полотенцем (частички бумажного полотенца или туалетной бумаги могут остаться на руках) или сушилкой.
-
Возьмите одну контактную линзу из контейнера. Проверьте, для какого глаза предназначается линза, если они не одинаковые.
- Не оставляйте контейнер со второй линзой открытым, чтобы в раствор не попала пыль и другие частицы.
- Если использовать линзу для другого глаза, возможны болевые ощущения и ухудшенное зрение. Если левая и правая линза значительно отличаются, то вы сразу заметите ошибку.
-
Поместите линзу на указательный палец преобладающей руки. Действуйте осторожно, чтобы не повредить и не перевернуть линзу. Убедитесь, что она расположена на кончике пальца выпуклой частью вниз, а стенки линзы не прилипли к коже.
- Линза должна располагаться на коже, а не на ногте. Для удобства нанесите на кончик пальца небольшое количество раствора.
- Если это мягкая линза, то убедитесь, что она не вывернута наизнанку. Это кажется очевидным, но иногда можно не заметить проблему. Контактная линза должна иметь идеальную вогнутую форму с равномерными отлогими подъемами к ободку со всех сторон. Если подъем не слишком равномерный, то может оказаться, что это изнанка линзы.
- Пока линза находится на пальце, важно убедиться, что она чистая и без повреждений. Обнаружив на линзе пыль или мусор, промойте ее раствором и только потом надевайте.
-
Отведите кожу вокруг глаза. Указательным пальцем второй руки поднимите верхнее веко. Затем средним пальцем преобладающей руки (в которой находится линза) опустите нижнее веко. Через время будет достаточно опустить нижнее веко.
Спокойно и уверенно поднесите линзу к глазу. Старайтесь не моргать, а также не делать резких движений. Попробуйте смотреть вверх. Рекомендуется не фокусироваться тем глазом, на который нужно установить линзу, чтобы упростить задачу.
Вставьте линзу. Возможно, в первый раз вам будет проще установить линзу на белок глаза, а не сразу на радужку. Белок не такой чувствительный и менее подвижный.
Моргайте медленно, чтобы не сместить линзу. Отпустите веки, осторожно закройте и вращайте глаз, чтобы линза расположилась по центру. Обратите внимание на возможный дискомфорт или болезненные ощущения. Если что-то не так, снимите и очистите линзу, а затем снова попробуйте установить.
- Иногда нужно оставить глаз закрытым на несколько секунд, чтобы контактная линза надежно зафиксировалась на месте. Попробуйте слегка активировать слезные протоки, чтобы упростить процесс благодаря естественной смазке. Сложите руку пригоршней на случай, если вдруг линза выпадет из глаза.
- Если линза выпала, не спешите переживать - в первый раз это случается достаточно часто. Ее нужно промыть раствором и снова установить на место.
-
Повторите действия для второй линзы. Когда закончите, раствор из контейнера следует вылить в раковину. Сейчас подходящий момент, чтобы вымыть и просушить контейнер с открытой крышкой.
- В первый раз старайтесь не носить линзы дольше нескольких часов. С непривычки глаза могут быстро пересыхать. Если ощутите боль, снимите линзы и позвольте глазам отдохнуть несколько часов.
Подберите правильные линзы. Оптик (специалист по коррекции зрения) предложит различные варианты в зависимости от вашего зрения и потребностей. Важно понимать, что вы хотите получить от контактных линз.
Не бойтесь экспериментировать. В большинстве случаев оптик предложит несколько вариантов, и у вас будет возможность примерить конкретную модель или конкретный тип перед покупкой.
Часть 4
Как снимать контактные линзы-
Вовремя снимайте линзы. Не оставайтесь в линзах дольше положенного времени. Ежедневные мягкие линзы нужно снимать перед сном каждую ночь. Линзы непрерывного использования можно носить дольше: определенные марки можно носить до семи дней, а некоторые бренды силикон-гидрогелевых линз допускается непрерывно носить до 30 дней.
-
Убедитесь, что ваши руки чистые. Вымойте руки теплой водой с мылом и тщательно просушите чистым полотенцем без ворса. Опять же, иногда контактные линзы лучше держатся на немного влажных пальцах. Это весьма полезно, когда нужно снять линзы (иногда они плотно присыхают к глазам).
- Чистые руки значительно снижают риск инфекций. Если не мыть руки, то в глаза может попасть все, к чему вы сознательно или неосознанно прикасались в течение дня.
- Крайне важно не прикасаться к линзам после контакта с отходами жизнедеятельности организма (своего, чужого или домашних животных). Контакт с экскрементами может стать причиной острого эпидемического конъюнктивита и серьезных проблем со зрением.
Нам известно, что свет, попадая из одной прозрачной среды в другую, преломляется - это явление преломления света . Причем угол преломления меньше угла падения при попадании света в более плотную оптическую среду. Что это означает, и как это можно использовать?
Если мы возьмем кусок стекла с параллельными гранями, например, оконное стекло, то получим незначительное смещение изображения, видимого сквозь окно. То есть, войдя в стекло, лучи света преломятся, а попадая снова в воздух, вновь преломятся до прежних значений угла падения, только при этом немного сместятся, причем величина смещения будет зависеть от толщины стекла.
Очевидно, что от такого явления практической пользы немного. А вот если мы возьмем стекло, плоскости которого будут расположены друг к другу наклонно, например, призму, то эффект будет совсем иным. Лучи, проходящие сквозь призму, всегда преломляются к ее основанию. Это несложно проверить.
Для этого нарисуем треугольник, и начертим входящий в любую из его боковых сторон луч. Пользуясь законом преломления света, проследим дальнейший путь луча. Проделав эту процедуру несколько раз под разными значениями угла падения, мы выясним, что под каким бы углом не входил луч внутрь призмы, с учетом двойного преломления на выходе он все равно отклонится к основанию призмы.
Линза и ее свойства
Такое свойство призмы использовано в очень простом приборе, позволяющем управлять направлением световых потоков - линзе. Линза - это прозрачное тело, ограниченное с двух сторон изогнутыми поверхностями тела. Рассматривают устройство и принцип действия линз в курсе физики восьмого класса.
По сути, линзу в разрезе можно изобразить в виде двух поставленных друг на друга призм. От того, какими своими частями расположены эти призмы друг к другу, зависит оптическое действие линзы.
Виды линз в физике
Несмотря на огромное разнообразие, видов линз в физике различают всего два: выпуклые и вогнутые, или собирающие и рассеивающие линзы соответственно.
У выпуклой, то есть собирающей линзы края намного тоньше, чем середина. Собирающая линза в разрезе - это две призмы, соединенные основаниями, поэтому все проходящие сквозь нее лучи сходятся к центру линзы.
У вогнутой линзы края, наоборот, всегда толще, чем середина. Рассеивающую линзу можно представить в виде двух соединенных вершинами призм, и, соответственно, лучи, проходящие через такую линзу, будут расходиться от центра.
Люди открыли подобные свойства линз очень давно. Использование линз позволило человеку конструировать самые разнообразные оптические приборы и приспособления, облегчающие жизнь и помогающие в быту и производстве.
В статье рассказывается о том, что такое линзы, для чего используются, где применяются, и в частности об оптических и контактных линзах.
Развитие науки
Во все времена находились те, кого интересовало истинное устройство мира и природных явлений. Особенно человеческое внимание приковывали к себе небо и звезды. Первые телескопы были изобретены еще в Средние века, и их появление послужило череде астрономических открытий. Поспособствовало тому еще такая вещь как развитие стекольной промышленности, а в частности линз. Примерно в те же годы были изобретены и первые микроскопы, которые постоянно совершенствовались и также помогли ученым познать тайны макромира. Так что такое линзы, как устроены, где применяются и для чего нужны? В этом мы и разберемся.
Определение
Согласно официальной терминологии, линза - это деталь из прозрачного материала с двумя поверхностями, которые преломляют лучи света. Производятся они из стекла, пластика или иного подобного оптического материала. Также этот термин может быть применим и к другим явлениям, к примеру, воздушная подземного озера и т.п. Но мы разберем именно оптические. Что такое линзы, мы разобрали, но как они работают?
Все дело в их поверхности. Проще говоря, одна их поверхность собирает свет, а вторая из-за своей формы преломляет его. Или же наоборот. Также в подобном процессе могут участвовать сразу обе стороны: одна, принимая, рассеивает, а вторая собирает в пучок и т.п.
С увеличительными линзами, наверное, знакомы все, особенно мальчишки, которые в летнюю пору, собирая ими свет, превращали его в крошечную и горячую точку. И, кстати, интересный факт: подобный способ разведения огня упоминается в пьесе Аристофана «Облака», датируемой 424 годом до н. э. В Римской Империи также впервые были применен способ коррекции зрения с помощью линзы: смотрел на бои гладиаторов через вогнутый изумруд. Вероятно, он страдал близорукостью. Так что теперь мы знаем, что такое линзы.
Классификация
По техническому принципу действия их можно разделить на две группы - рассеивающие и собирающие. К первой относятся те, у которых середина толще чем края, а ко второй те, чьи края толще середины. Это определение относится только к простому их типу.
Характеризуются они также по своей оптической силе, которая измеряется в диоптриях, и фокусным расстоянием. Но что такое фокус линзы?
Если говорить упрощенно, то это точка, где собираются лучи света, которые прошли через линзу. А термином «фокусное расстояние» обозначают длину от центра оптической линзы до самого места фокусировки. Объяснить это можно также на примере детской игры с и солнцем: чтобы лучи последнего собрались в горячую точку, необходимо найти нужное расстояние между светом и поверхностью. Также это проявляется и при ношении очков - если их слишком сильно приблизить или отдалить от глаз, то изображение будет размываться. Так что теперь мы знаем, что такое фокус линзы.
Области применения
С открытием возможности изменения длины световой волны посредством линз (увеличение изображения) человечество быстро оценило ее по заслугам. Началось все с простых телескопов и И последние долгое время были показателем статуса капитана корабля или исследователя, так как стоили немало денег и их часто инкрустировали драгоценными камнями и металлами.
А позже первые микроскопы позволяли приоткрыть завесу макромира. Правда, некоторые современные модели, действующие по зондирующему типу, линз почти лишены. Но зато они позволяют строить трехмерные и мелких объектов.
Различные устройства с линзами также являются неотъемлемой частью современного мира: они есть в камерах мобильных телефонов, фото и видеоаппаратов, даже обычные содержат линзы. Но в них используется не метод увеличения, а наоборот, рассеивания света, благодаря которому маленькое отверстие позволяет видеть всю лестничную площадку.
Также при вопросе о том, что такое оптические линзы, нельзя не упомянуть очки. Это простое устройство было изобретено в Средние века и мало изменилось, но оно значительно облегчает жизнь людям с нарушением зрения. Первые их праобразы применялись еще в Древнем Риме, но тогда они представляли собой просто плоские куски стекла с выпуклой или вогнутой формой, которыми пользовались редко, к примеру, для чтения или для изучения далеких объектов.
Контактные
Но что такое контактные линзы? Принцип их действия такой же, что и в обычных, но размер гораздо меньше. Изготавливаются они из мягкого пластика и надеваются прямо на роговицу глаза. Несмотря на преимущества перед обычными очками, они не вытеснили их полностью, как предрекали изобретатели. Подобные линзы более трудны в «надевании», им нужен частый уход, а долгое ношение утомляет и раздражает глаза. К тому же срок их службы меньше обычных очков, а цена порой выше.
Увеличительное стекло состоит из двояковыпуклой линзы, обе поверхности которой искривлены наружу. Лучи света, проходящие через линзу, отклоняются внутрь, собираясь в одной из двух фокальной точек, расположенных по обе стороны линзы. Расстояние от центра линзы до фокальной точки (составляющее у обычного увеличительного стекла около 12 сантиметров) называется фокусным расстоянием.
Когда расстояние от увеличительного стекла до объекта меньше, чем фокусное, объект предстает в увеличенном виде и с правильной ориентацией. Такой вид изображения называется мнимым изображением. На расстоянии равном или большем, чем фокусное, увеличительное стекло создает перевернутое изображение, называющееся действительным изображением.
Когда объект (фиолетовая стрелка, показывающая вверх) удален от линзы на два фокусных расстояния, он предстает в виде действительного изображения, имеющего нормальный размер, но перевернутого.
Когда объект (сплошная стрелка) находится ближе к линзе, чем фокальная точка (F), линза создает мнимое изображение {пунктирная фиолетовая стрелка), правильно ориентированное и увеличенное в размерах.
Если объект расположен за пределами двух фокусных расстояний, он выглядит перевернутым и уменьшенным.
Выпуклые линзы
Многие телескопы используют две двояковыпуклые линзы, называющиеся объективом и окуляром. Объектив создает мнимое изображение, которое увеличивается в размерах при наблюдении через окуляр.
Вогнутые линзы
Когда двояковыпуклая линза заменяется на двояковогнутую, увеличительное стекло превращается в уменьшительное. Двояковогнутая линза создает изображения, которые правильно ориентированы, но имеют меньшие размеры, чем объект наблюдения.
Выпуклая линза увеличивает объекты, вогнутая - уменьшает.
