Физика линз и сферических зеркал заключается в изменении направление лучей света, создании изображений, которые больше или меньше отображаемого объекта. Линзы — кусочки прозрачного материала, ограниченные сферическими поверхностями. Подобно сферическим зеркалам, они создают увеличенные или уменьшенные изображения предметов.
Схемы хода лучей помогают наглядно представить пути нескольких лучей, особенно тех, которые падают на зеркало или на линзу параллельно их главной оптической оси. Отличие линз от зеркал заключается в том, что линза формирует изображение объекта, находящегося позади нее, тогда как зеркало изменяет вид объекта, находящегося перед ним.
- Вогнутые зеркала
- Выпуклые зеркала
- Увеличение и поле зрение
- Оптические линзы
Вогнутые зеркала
Вогнутое зеркало дает сходящийся пучок лучей. Все лучи, падающие на такое зеркало параллельно его главной оси, после отражения сходятся в точке, называемой фокусом. Расстояние между фокусом и и зеркалом — это фокусное расстояние зеркала. Чем меньше фокусное расстояние, тем сильнее увеличение. Фокусное расстояние зависит от кривизны зеркала. Зеркало со значительной кривизной обладает коротким фокусным расстоянием и большим увеличением.
Выпуклые зеркала
Выпуклое зеркало дает расходящийся пучок лучей. Когда параллельные лучи падают на выпуклое зеркало, отраженные лучи расходятся. Фокус выпуклого зеркала расположен позади него, в точке, из которой эти лучи кажутся исходящими. Чем меньше фокусное расстояние, тем меньше отраженное изображение. Выпуклые зеркала формируют прямые (не перевернутые) изображения.
Увеличение и поле зрение
Обычные плоские зеркала формируют неискаженные изображения, соответствующие реальным пропорциям отраженного объекта. У вогнутого зеркала того же размера поле зрения уже, поэтому оно формирует изображение уменьшенного участка объекта, зато во много раз увеличенное по сравнению с оригиналом. Благодаря способности создавать увеличенное изображение вогнутые зеркала позволяют подробно рассмотреть отдельный небольшой участок объекта. Вот почему у вогнутого зеркала удобно бриться или накладывать косметику на лицо.
Выпуклые зеркала имеют более широкое поле зрение, чем плоские, но формируют уменьшенные изображения. Это очень удобно, если необходимо обеспечить панорамный обзор. На стенках многих крупных магазинов, высоко над головами покупателей, установлены большие выпуклые зеркала. В сочетании с видеокамерами они позволяют службе безопасности наблюдать даже за за теми уголками помещения, которые обычно скрыты от глаз. Зеркала заднего вида в автомобилях тоже слегка выпуклый. Обзор у водителя шире, чем был бы при плоском зеркале.
Вогнутые и выпуклые поверхности кривых зеркал в комнатах смеха создают забавные эффекты, растягивая, сужая или переворачивая изображения.
Оптические линзы
Преломление светового луча при переходе из воздуха в стекло используется в оптических приборах, например в линзах. Физика линзы состоит в построении изображение объекта, находящегося за ней.
Линзы обычно имеют круглую форму. Выпуклые линзы толще посередине, чем по краям. У вогнутых линз середина тоньше, чем края. Световой луч преломляется сначала на поверхность линзы, а затем лучи преломляются вновь, выходя наружу с противоположной стороны линзы. Линзы, предназначенные для работы в ультрафиолетовой области спектра, изготавливают из кристаллов кварца, флюорита, фтористого лития, в инфракрасной — из особых сортов стекла, кремния, германия, фтористого лития, йодистого цезия.
Вогнутые линзы
Вогнутые, или рассеивающие, линзы превращают параллельные лучи в расходящиеся. Фокус вогнутой линзы — это точка позади линзы, из которой лучи кажутся исходящими. Объекты выглядят меньше, если их наблюдать через вогнутую линзу. Увеличение кривизны сокращает фокусное расстояние вогнутой линзы и еще сильнее уменьшает изображения объектов.
На схеме показан ход лучей через вогнутую линзу. Вогнутая линза создает уменьшенное изображение, заставляя световые лучи расходиться от оптической оси.
Вогнутые линзы используют в очках для близоруких людей, в объективах фотоаппаратов, в телескопах и микроскопах. Их точно подгоняют к криволинейным поверхностям выпуклых линз и других материалов. Составные линзы снижают хроматическую аберрацию, то есть, нечеткость изображений, вызванную тем, что для света с разной длиной волны увеличения слегка различается.
Выпуклые линзы
Выпуклые, или собирающие, линзы собирают световые лучи, параллельные главной оптической оси, в одну точку, называемую главным фокусом. Фокусное расстояние — это расстояние между линзой и главным фокусом.
На схеме показан ход лучей через выпуклую линзу. Выпуклая линза создает увеличенное изображение, заставляя световые лучи сходится к оптической оси линзы.
Выпуклая линза может сфокусировать свет от объекта на экране. Изображение окажется перевернутым.
Выпуклые линзы применяются в увеличительных стеклах (лупах) и очках для дальнозорких людей. Поскольку выпуклая линза собирает солнечный свет в главном фокусе, с ее помощью можно зажечь бумагу или другой легко воспламеняющейся материал.
Выпуклая линза в проекторе формирует увеличенное изображение слайда в проекторах. Это изображение действительное, потому что изображение проходит сквозь него, и его можно спроецировать на экран.
