Οι φακοί είναι συνήθως σφαιρικοί ή κλειστοίσε μια σφαιρική επιφάνεια. Μπορούν να είναι κοίλα, κυρτά ή επίπεδα (η ακτίνα είναι το άπειρο). Έχουν δύο επιφάνειες από τις οποίες περνά το φως. Μπορούν να συνδυαστούν με διαφορετικούς τρόπους, σχηματίζοντας διαφορετικούς τύπους φακών (η φωτογραφία δίνεται αργότερα στο άρθρο):
- Εάν και οι δύο επιφάνειες είναι κυρτές (κυρτές προς τα έξω), το κεντρικό τμήμα είναι παχύτερο από τις άκρες.
- Ένας φακός με κυρτές και κοίλες σφαίρες ονομάζεται μηνίσκος.
- Ένας φακός με μια επίπεδη επιφάνεια ονομάζεται επίπεδος-κοίλος ή επίπεδος-κυρτός, ανάλογα με τη φύση της άλλης σφαίρας.
Πώς να προσδιορίσετε τον τύπο του φακού; Ας σταθούμε σε αυτό με περισσότερες λεπτομέρειες.
Συλλεκτικοί φακοί: τύποι φακών
Ανεξάρτητα από το συνδυασμό των επιφανειών, αν αυτέςτο πάχος στο κεντρικό τμήμα είναι μεγαλύτερο από ό,τι στις άκρες, ονομάζονται συλλογή. Να έχετε θετική εστιακή απόσταση. Υπάρχουν οι ακόλουθοι τύποι φακών συλλογής:
- επίπεδο-κυρτό,
- αμφίκυρτο,
- κοίλο-κυρτό (μηνίσκος).
Λέγονται και «θετικά».
Φακοί διάχυσης: τύποι φακών
Αν το πάχος τους στο κέντρο είναι πιο λεπτό από ότι στις άκρες, τότε ονομάζονται σκέδαση. Έχετε αρνητική εστιακή απόσταση. Υπάρχουν αυτοί οι τύποι φακών διάχυσης:
- επίπεδη-κοίλη,
- αμφίκοιλη,
- κυρτό-κοίλο (μηνίσκος).
Λέγονται και «αρνητικά».
ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ
Οι δοκοί από μια σημειακή πηγή αποκλίνουν από ένασημεία. Λέγονται μάτσο. Όταν η δέσμη εισέρχεται στον φακό, κάθε δέσμη διαθλάται, αλλάζοντας την κατεύθυνσή της. Για το λόγο αυτό, η δέσμη μπορεί να εξέρχεται από τον φακό σε μεγαλύτερο ή μικρότερο βαθμό αποκλίνουσα.
Ορισμένοι τύποι οπτικών φακών αλλάζουντην κατεύθυνση των ακτίνων ώστε να συγκλίνουν σε ένα σημείο. Εάν η πηγή φωτός βρίσκεται τουλάχιστον στην εστιακή απόσταση, τότε η δέσμη συγκλίνει σε ένα σημείο τουλάχιστον στην ίδια απόσταση.
Πραγματικές και φανταστικές εικόνες
Μια σημειακή πηγή φωτός ονομάζεται πραγματικό αντικείμενο και το σημείο σύγκλισης μιας δέσμης ακτίνων που βγαίνει από τον φακό είναι μια πραγματική εικόνα της.
Μια σειρά από σημειακές πηγές είναι σημαντική,κατανέμεται σε μια γενικά επίπεδη επιφάνεια. Ένα παράδειγμα είναι το μοτίβο με οπίσθιο φωτισμό σε παγωμένο γυαλί. Ένα άλλο παράδειγμα είναι μια ταινία φιλμ, η οποία φωτίζεται από πίσω έτσι ώστε το φως από αυτήν να περνά μέσα από έναν φακό που μεγεθύνει μια εικόνα σε μια επίπεδη οθόνη πολλές φορές.
Σε αυτές τις περιπτώσεις μιλάμε για αεροπλάνο.Τα σημεία στο επίπεδο εικόνας 1: 1 αντιστοιχούν σε σημεία στο επίπεδο αντικειμένου. Το ίδιο ισχύει και για τα γεωμετρικά σχήματα, αν και η εικόνα που προκύπτει μπορεί να αναστραφεί σε σχέση με το αντικείμενο από πάνω προς τα κάτω ή από αριστερά προς τα δεξιά.
Η σύγκλιση των ακτίνων σε ένα σημείο δημιουργείη εικόνα είναι πραγματική και η ασυμφωνία είναι φανταστική. Όταν σκιαγραφείται ξεκάθαρα στην οθόνη, είναι πραγματικό. Εάν η εικόνα μπορεί να παρατηρηθεί μόνο κοιτάζοντας μέσα από το φακό προς την πηγή φωτός, τότε ονομάζεται φανταστική. Η αντανάκλαση στον καθρέφτη είναι φανταστική. Η εικόνα που μπορεί να δει κανείς μέσα από ένα τηλεσκόπιο είναι επίσης. Αλλά η προβολή του φακού της κάμερας στο φιλμ δίνει την πραγματική εικόνα.
Εστιακό μήκος
Η εστίαση του φακού μπορεί να βρεθεί περνώντας μέσα από αυτόνμια δέσμη από παράλληλες ακτίνες. Το σημείο στο οποίο συγκλίνουν θα είναι το εστιακό του σημείο F. Η απόσταση από το εστιακό σημείο στον φακό ονομάζεται εστιακή του απόσταση. Οι παράλληλες ακτίνες μπορούν να περάσουν από την άλλη πλευρά και έτσι να βρουν F και από τις δύο πλευρές. Κάθε φακός έχει δύο Fs και δύο Fs. Αν είναι σχετικά λεπτό σε σύγκριση με τις εστιακές αποστάσεις του, τότε οι τελευταίες είναι περίπου ίσες.
Απόκλιση και σύγκλιση
Θετική εστιακή απόστασηχαρακτηρίζονται από συλλεκτικούς φακούς. Οι τύποι φακών αυτού του τύπου (επίπεδο-κυρτός, αμφίκυρτος, μηνίσκος) μειώνουν τις ακτίνες που βγαίνουν από αυτούς περισσότερο από ό,τι είχαν μειωθεί πριν. Η συλλογή φακών μπορεί να σχηματίσει τόσο πραγματικές όσο και εικόνες φαντασμάτων. Το πρώτο σχηματίζεται μόνο εάν η απόσταση από το φακό στο αντικείμενο υπερβαίνει την εστιακή απόσταση.
Αρνητική εστιακή απόστασηχαρακτηρίζεται από φακούς διάχυσης. Τύποι φακών αυτού του τύπου (επίπεδοι κοίλοι, αμφίκοιλοι, μηνίσκος) διαχωρίζουν τις ακτίνες περισσότερο από ό,τι διαχωρίστηκαν πριν χτυπήσουν την επιφάνειά τους. Οι φακοί διάχυσης δημιουργούν μια εικόνα φάντασμα. Μόνο όταν η σύγκλιση των προσπίπτων ακτίνων είναι σημαντική (συγκλίνουν κάπου μεταξύ του φακού και του εστιακού σημείου στην αντίθετη πλευρά) οι παραγόμενες ακτίνες μπορούν ακόμα να συγκλίνουν για να σχηματίσουν την πραγματική εικόνα.
Σημαντικές διαφορές
Πρέπει να είστε πολύ προσεκτικοί για να διακρίνετεσύγκλιση ή απόκλιση ακτίνων από σύγκλιση ή απόκλιση του φακού. Οι φακοί και οι δέσμες φωτός μπορεί να μην ταιριάζουν. Οι ακτίνες που σχετίζονται με ένα αντικείμενο ή ένα σημείο εικόνας ονομάζονται αποκλίνουσες εάν «σκορπίζονται» και συγκλίνουν εάν «ενωθούν». Σε οποιοδήποτε ομοαξονικό οπτικό σύστημα, ο οπτικός άξονας είναι η διαδρομή των δοκών. Η δέσμη ταξιδεύει κατά μήκος αυτού του άξονα χωρίς καμία αλλαγή κατεύθυνσης λόγω διάθλασης. Αυτός είναι, στην πραγματικότητα, ένας καλός ορισμός του οπτικού άξονα.
Μια ακτίνα που απομακρύνεται απόΟ οπτικός άξονας ονομάζεται αποκλίνων. Και αυτή που την πλησιάζει λέγεται συγκλίνουσα. Οι δέσμες παράλληλες στον οπτικό άξονα έχουν μηδενική σύγκλιση ή απόκλιση. Έτσι, όταν μιλάμε για σύγκλιση ή απόκλιση μιας ακτίνας, σχετίζεται με τον οπτικό άξονα.
Μερικοί τύποι φακών, η φυσική των οποίων είναι τέτοια πουη δέσμη αποκλίνει σε μεγαλύτερο βαθμό προς τον οπτικό άξονα, συγκλίνουν. Σε αυτά, οι συγκλίνουσες ακτίνες πλησιάζουν ακόμη περισσότερο η μία την άλλη και οι αποκλίνουσες απομακρύνονται λιγότερο. Είναι ακόμη σε θέση, αν η δύναμή τους είναι επαρκής για αυτό, να κάνουν τη δοκό παράλληλη ή και συγκλίνουσα. Ομοίως, ένας αποκλίνων φακός μπορεί να διαχωρίσει ακόμη περισσότερο τις αποκλίνουσες δέσμες και τις συγκλίνουσες δέσμες παράλληλες ή αποκλίνουσες.
Μεγεθυντικοί φακοί
Ένας φακός με δύο κυρτές επιφάνειες είναι παχύτεροςκέντρο από τις άκρες και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως απλός μεγεθυντικός φακός ή φακός. Σε αυτή την περίπτωση, ο παρατηρητής κοιτάζει μέσα από αυτό μια φανταστική, μεγεθυμένη εικόνα. Ο φακός της κάμερας, ωστόσο, σχηματίζει το πραγματικό στο φιλμ ή τον αισθητήρα, κατά κανόνα, μειωμένο σε μέγεθος σε σύγκριση με το αντικείμενο.
Γυαλιά
Η ικανότητα ενός φακού να μεταβάλλει τη σύγκλιση του φωτός ονομάζεται ισχύς του. Εκφράζεται σε διόπτρες D = 1 / f, όπου f είναι η εστιακή απόσταση σε μέτρα.
Ένας φακός με ισχύ 5 διόπτρες έχει f = 20 cm.Είναι οι διόπτρες που υποδεικνύει ο οφθαλμίατρος όταν συντάσσει μια συνταγή για γυαλιά. Ας πούμε ότι κατέγραψε 5,2 διόπτρες. Το συνεργείο θα πάρει ένα τελειωμένο τεμάχιο εργασίας 5 διόπτρων από το εργοστάσιο και θα αλέσει λίγο τη μία επιφάνεια για να προσθέσει 0,2 διόπτρες. Η αρχή είναι ότι για λεπτούς φακούς στους οποίους δύο σφαίρες βρίσκονται η μία κοντά στην άλλη, τηρείται ο κανόνας σύμφωνα με τον οποίο η συνολική τους ισχύς είναι ίση με το άθροισμα των διοπτριών του καθενός: D = D1 + Δ2.
η τρομπέτα του Γαλιλαίου
Την εποχή του Γαλιλαίου (αρχές 17ου αιώνα), τα γυαλιά μέσαΕυρώπη ήταν ευρέως διαθέσιμα. Συνήθως κατασκευάζονταν στην Ολλανδία και διανέμονταν από πλανόδιους πωλητές. Ο Galileo άκουσε ότι κάποιος στην Ολλανδία τοποθέτησε δύο τύπους φακών σε ένα σωλήνα για να κάνει τα μακρινά αντικείμενα να φαίνονται μεγαλύτερα. Χρησιμοποίησε έναν συγκλίνοντα φακό μακράς εστίασης στο ένα άκρο του σωλήνα και ένα προσοφθάλμιο αποκλίνουσας εστίασης στο άλλο άκρο. Αν η εστιακή απόσταση του φακού είναι fo και προσοφθάλμιο fε, τότε η απόσταση μεταξύ τους πρέπει να είναι fo-φάε, και η δύναμη (γωνιακή μεγέθυνση) fo/ στε... Αυτό ονομάζεται σωλήνας Galileo.
Το τηλεσκόπιο έχει μεγέθυνση 5 ή 6 φορές,συγκρίσιμο με τα σύγχρονα κιάλια χειρός. Αυτό είναι αρκετό για πολλές συναρπαστικές αστρονομικές παρατηρήσεις. Οι σεληνιακοί κρατήρες, τα τέσσερα φεγγάρια του Δία, οι δακτύλιοι του Κρόνου, οι φάσεις της Αφροδίτης, τα νεφελώματα και τα αστρικά σμήνη και τα αμυδρά αστέρια στον Γαλαξία μας είναι εύκολα ορατά.
τηλεσκόπιο του Κέπλερ
Ο Κέπλερ άκουσε για όλα αυτά (αυτός και ο Γαλιλαίος ηγήθηκαναλληλογραφία) και κατασκεύασε έναν άλλο τύπο τηλεσκοπίου με δύο συλλεκτικούς φακούς. Αυτός με τη μεγάλη εστιακή απόσταση είναι ο αντικειμενικός στόχος και αυτός με τη μικρότερη εστιακή απόσταση είναι ο προσοφθάλμιος φακός. Η απόσταση μεταξύ τους είναι fo + στε, και η γωνιακή μεγέθυνση είναι fo/ στε... Αυτό το Keplerian (ή αστρονομικό)το τηλεσκόπιο δημιουργεί μια ανάποδη εικόνα, αλλά δεν έχει σημασία για τα αστέρια ή το φεγγάρι. Αυτό το σχήμα παρείχε έναν πιο ομοιόμορφο φωτισμό του οπτικού πεδίου από το τηλεσκόπιο Galileo και ήταν πιο βολικό στη χρήση, καθώς σας επέτρεπε να κρατάτε τα μάτια σας σε σταθερή θέση και να βλέπετε ολόκληρο το οπτικό πεδίο από άκρη σε άκρη. Η συσκευή επέτρεψε την επίτευξη μεγαλύτερης μεγέθυνσης από έναν σωλήνα Galileo χωρίς σοβαρή υποβάθμιση της ποιότητας.
Και τα δύο τηλεσκόπια πάσχουν από σφαιρική εκτροπή,με αποτέλεσμα οι εικόνες να μην εστιάζονται πλήρως και η χρωματική εκτροπή να δημιουργεί φωτοστέφανα. Ο Κέπλερ (και ο Νεύτωνας) πίστευαν ότι αυτά τα ελαττώματα ήταν αδύνατο να ξεπεραστούν. Δεν υπέθεσαν ότι ήταν δυνατοί αχρωματικοί τύποι φακών, η φυσική των οποίων θα γινόταν γνωστή μόλις τον 19ο αιώνα.
Τηλεσκόπια καθρέφτη
Ο Γρηγόρης το πρότεινε ως φακούςΟι καθρέφτες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τηλεσκόπια, καθώς δεν έχουν χρωματιστά περιγράμματα. Ο Νεύτωνας εκμεταλλεύτηκε αυτή την ιδέα και δημιούργησε ένα νευτώνειο τηλεσκόπιο από έναν κοίλο επάργυρο καθρέφτη και ένα θετικό προσοφθάλμιο. Έδωσε το δείγμα στη Βασιλική Εταιρεία, όπου βρίσκεται μέχρι σήμερα.
Ένα τηλεσκόπιο ενός φακού μπορεί να προβάλειτην εικόνα στην οθόνη ή την ταινία. Η επαρκής μεγέθυνση απαιτεί έναν θετικό φακό με μεγάλη εστιακή απόσταση, ας πούμε 0,5 m, 1 m ή πολλά μέτρα. Αυτή η διάταξη χρησιμοποιείται συχνά στην αστρονομική φωτογραφία. Για άτομα που δεν είναι εξοικειωμένα με την οπτική, μπορεί να φαίνεται παράδοξο ότι ένας πιο αδύναμος φακός μεγάλης εστίασης δίνει μεγαλύτερη μεγέθυνση.
Σφαίρες
Έχει προταθεί ότι οι αρχαίοιΟι πολιτισμοί μπορεί να είχαν τηλεσκόπια επειδή έφτιαχναν μικρές γυάλινες μπάλες. Το πρόβλημα είναι ότι δεν είναι γνωστό σε τι χρησιμεύουν και σίγουρα δεν θα μπορούσαν να αποτελέσουν τη βάση ενός καλού τηλεσκοπίου. Οι μπάλες μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για μεγέθυνση μικρών αντικειμένων, αλλά η ποιότητα ήταν ελάχιστα ικανοποιητική.
Εστιακή απόσταση μιας τέλειας γυάλινης σφαίραςπολύ σύντομη και σχηματίζει μια πραγματική εικόνα πολύ κοντά στη σφαίρα. Επιπλέον, οι εκτροπές (γεωμετρικές παραμορφώσεις) είναι σημαντικές. Το πρόβλημα έγκειται στην απόσταση μεταξύ των δύο επιφανειών.
Ωστόσο, αν κάνετε ένα βαθύ ισημερινόαυλάκι για να μπλοκάρει τις ακτίνες που προκαλούν ελαττώματα της εικόνας, μεταβαίνει από πολύ μέτριο μεγεθυντικό φακό σε όμορφο. Αυτή η απόφαση αποδίδεται στον Coddington και ο μεγεθυντικός φακός του ονόματός του μπορεί να αγοραστεί σήμερα με τη μορφή μικρών μεγεθυντικών φακών χειρός για την εξέταση πολύ μικρών αντικειμένων. Αλλά δεν υπάρχει καμία απόδειξη ότι αυτό έγινε πριν από τον 19ο αιώνα.
