Lenti: tipi di lenti (fisica). Tipi di lenti di raccolta, ottiche, scattering. Come determinare il tipo di obiettivo?

Le lenti sono generalmente sferiche o ravvicinatesu una superficie sferica. Possono essere concavi, convessi o piatti (il raggio è infinito). Hanno due superfici attraverso le quali passa la luce. Possono essere combinati in diversi modi, formando diversi tipi di lenti (la foto è data più avanti nell'articolo):

• Se entrambe le superfici sono convesse (curve verso l'esterno), il centro è più spesso dei bordi.
• Una lente con sfere convesse e concave è chiamata menisco.
• Una lente con una superficie piatta è chiamata piatto-concava o piatto-convesso, a seconda della natura dell'altra sfera.

Come determinare il tipo di lente? Soffermiamoci su questo in modo più dettagliato.

Collezionare lenti: tipi di lenti

Indipendentemente dalla combinazione di superfici, selo spessore nella parte centrale è maggiore che ai bordi, si chiamano collanti. Avere una lunghezza focale positiva. Esistono i seguenti tipi di lenti di raccolta:

• piano-convesso,
• biconvesso,
• concavo-convesso (menisco).

Sono anche chiamati "positivi".

Lenti a diffusione: tipi di lenti

Se il loro spessore al centro è più sottile rispetto ai bordi, vengono chiamati scattering. Avere una lunghezza focale negativa. Esistono questi tipi di lenti diffondenti:

• piatto-concavo,
• biconcavo,
• convesso-concavo (menisco).

Sono anche chiamati "negativi".

Concetti di base

I raggi da una sorgente puntiforme divergono da unopunti. Sono chiamati un mucchio. Quando il raggio entra nell'obiettivo, ogni raggio viene rifratto, cambiando la sua direzione. Per questo motivo, il raggio può uscire dalla lente in misura maggiore o minore divergente.

Alcuni tipi di lenti ottiche cambianola direzione dei raggi in modo che convergono in un punto. Se la sorgente luminosa si trova almeno alla lunghezza focale, il raggio converge in un punto almeno alla stessa distanza.

Immagini reali e immaginarie

Una sorgente di luce puntiforme è chiamata oggetto reale e il punto di convergenza di un raggio di raggi che esce dalla lente ne è un'immagine reale.

Una serie di sorgenti puntiformi è importante,distribuito su una superficie generalmente piana. Un esempio è il motivo retroilluminato su vetro smerigliato. Un altro esempio è una striscia di pellicola, illuminata da dietro in modo che la sua luce passi attraverso una lente che ingrandisce molte volte un'immagine su uno schermo piatto.

In questi casi si parla di aereo.I punti sul piano dell'immagine 1: 1 corrispondono ai punti sul piano dell'oggetto. Lo stesso vale per le forme geometriche, sebbene l'immagine risultante possa essere invertita rispetto all'oggetto dall'alto verso il basso o da sinistra a destra.

La convergenza dei raggi in un punto creal'immagine è reale e la discrepanza è immaginaria. Quando è chiaramente delineato sullo schermo, è reale. Se l'immagine può essere osservata solo guardando attraverso l'obiettivo verso la fonte di luce, allora si chiama immaginaria. Il riflesso nello specchio è immaginario. Lo è anche l'immagine che può essere vista attraverso un telescopio. Ma la proiezione dell'obiettivo della fotocamera sulla pellicola fornisce l'immagine reale.

Lunghezza focale

Il fuoco dell'obiettivo può essere individuato passandoci attraversoun fascio di raggi paralleli. Il punto in cui convergono sarà il suo punto focale F. La distanza dal punto focale all'obiettivo è chiamata lunghezza focale. I raggi paralleli possono essere fatti passare dall'altro lato e quindi trovare F da entrambi i lati. Ogni obiettivo ha due F e due F. Se è relativamente sottile rispetto alle sue lunghezze focali, queste ultime sono approssimativamente uguali.

Divergenza e convergenza

Lunghezza focale positivale lenti di raccolta sono caratterizzate. Tipi di lenti di questo tipo (piano-convesse, biconvesse, menisco) riducono i raggi che ne escono, più di quanto fossero ridotti prima. La raccolta di lenti può formare immagini sia reali che fantasma. Il primo si forma solo se la distanza dall'obiettivo all'oggetto supera la lunghezza focale.

Lunghezza focale negativacaratterizzato da lenti diffondenti. Tipi di lenti di questo tipo (piatto-concavo, biconcavo, menisco) separano i raggi più di quanto fossero separati prima di colpire la loro superficie. Le lenti di diffusione creano un'immagine fantasma. È solo quando la convergenza dei raggi incidenti è significativa (convergono da qualche parte tra la lente e il punto focale sul lato opposto) che i raggi generati possono ancora convergere per formare l'immagine reale.

Differenze importanti

Devi stare molto attento a distinguereconvergenza o divergenza dei raggi dalla convergenza o divergenza del cristallino. Le lenti e i fasci di luce potrebbero non corrispondere. I raggi associati a un oggetto oa un punto dell'immagine sono chiamati divergenti se "si diffondono" e convergenti se "si uniscono". In qualsiasi sistema ottico coassiale, l'asse ottico è il percorso dei raggi. Il raggio viaggia lungo questo asse senza alcun cambiamento di direzione dovuto alla rifrazione. Questa è essenzialmente una buona definizione dell'asse ottico.

Un raggio che si allontanal'asse ottico è chiamato divergente. E quello che si avvicina a lei si chiama convergente. I raggi paralleli all'asse ottico hanno convergenza o divergenza zero. Pertanto, quando si parla di convergenza o divergenza di un raggio, è correlato all'asse ottico.

Alcuni tipi di lenti, la cui fisica è taleil fascio viene deviato in misura maggiore verso l'asse ottico, sono convergenti. In essi, i raggi convergenti si avvicinano ancora di più e quelli divergenti si allontanano meno. Sono persino in grado, se la loro forza è sufficiente per questo, di rendere il raggio parallelo o addirittura convergente. Allo stesso modo, una lente diffondente può separare ancora di più i raggi divergenti e quelli convergenti possono essere paralleli o divergenti.

Lenti d'ingrandimento

Una lente con due superfici convesse è più spessacentro rispetto ai bordi e può essere utilizzato come una semplice lente d'ingrandimento o lente d'ingrandimento. Allo stesso tempo, l'osservatore guarda attraverso di essa un'immagine immaginaria e ingrandita. L'obiettivo della fotocamera, tuttavia, forma il reale sulla pellicola o sul sensore, di regola, di dimensioni ridotte rispetto all'oggetto.

occhiali

La capacità di una lente di cambiare la convergenza della luce è chiamata la sua forza. È espresso in diottrie D = 1 / f, dove f è la lunghezza focale in metri.

Una lente con una potenza di 5 diottrie ha f = 20 cm.Sono le diottrie indicate dall'ottico optometrista quando prescrive gli occhiali. Diciamo che ha registrato 5,2 diottrie. L'officina prenderà un pezzo finito di 5 diottrie dalla fabbrica e macinerà leggermente una superficie per aggiungere 0,2 diottrie. Il principio è che per lenti sottili in cui si trovano due sfere vicine l'una all'altra, si osserva la regola secondo la quale la loro forza totale è uguale alla somma delle diottrie di ciascuna: D = D₁ + D₂.

La tromba di Galileo

Al tempo di Galileo (inizio XVII secolo), gli occhiali inL'Europa era ampiamente disponibile. Di solito erano prodotti in Olanda e distribuiti da venditori ambulanti. Galileo ha sentito che qualcuno nei Paesi Bassi ha posizionato due tipi di lenti in un tubo per far sembrare più grandi oggetti distanti. Ha usato una lente convergente a fuoco lungo a un'estremità del tubo e un oculare divergente a fuoco corto all'altra estremità. Se la lunghezza focale dell'obiettivo è f_su e oculare f_e, quindi la distanza tra loro dovrebbe essere f_su-f_ee la forza (ingrandimento angolare) f_su/ f_e... Questo è chiamato il tubo Galileo.

Il telescopio ha un ingrandimento di 5 o 6 volte,paragonabile ai moderni binocoli manuali. Questo è sufficiente per molte interessanti osservazioni astronomiche. I crateri lunari, le quattro lune di Giove, gli anelli di Saturno, le fasi venusiane, le nebulose e gli ammassi stellari, così come le deboli stelle della Via Lattea possono essere facilmente visti.

Il telescopio di Keplero

Keplero ha sentito parlare di tutto questo (lui e Galileo hanno guidatocorrispondenza) e costruì un altro tipo di telescopio con due lenti di raccolta. Quello con la lunghezza focale lunga è l'obiettivo, e quello con la lunghezza focale minore è l'oculare. La distanza tra loro è f_su + f_ee l'ingrandimento angolare è f_su/ f_e... Questo kepleriano (o astronomico)il telescopio crea un'immagine invertita, ma non importa per le stelle o la luna. Questo schema forniva un'illuminazione più uniforme del campo visivo rispetto al telescopio Galileo ed era più comodo da usare, poiché permetteva di mantenere gli occhi in una posizione fissa e vedere l'intero campo visivo da bordo a bordo. Il dispositivo ha consentito di ottenere un ingrandimento maggiore rispetto a un tubo Galileo senza un grave degrado della qualità.

Entrambi i telescopi soffrono di aberrazione sferica,con conseguente immagini non completamente a fuoco e aberrazione cromatica che crea aloni di colore. Keplero (e Newton) credevano che questi difetti non potessero essere superati. Non presumevano che fossero possibili tipi di lenti acromatiche, la cui fisica sarebbe diventata nota solo nel XIX secolo.

Telescopi a specchio

Gregory l'ha suggerito come lentigli specchi possono essere utilizzati per i telescopi, poiché non hanno bordi colorati. Newton ha approfittato di questa idea e ha creato un telescopio newtoniano da uno specchio concavo placcato argento e un oculare positivo. Ha dato il campione alla Royal Society, dove si trova ancora oggi.

Un telescopio a lente singola può proiettareimmagine su uno schermo o un film. Un ingrandimento adeguato richiede un obiettivo positivo con una lunghezza focale lunga, diciamo 0,5 m, 1 mo molti metri. Questa disposizione è spesso utilizzata nella fotografia astronomica. Per le persone che non hanno familiarità con l'ottica, può sembrare paradossale che una lente a fuoco lungo più debole dia più ingrandimento.

Sfere

È stato suggerito che gli antichile culture possono aver avuto telescopi perché creavano palline di vetro. Il problema è che non si sa a cosa servissero, e di certo non potevano costituire la base di un buon telescopio. Le palline potevano essere usate per ingrandire piccoli oggetti, ma la qualità era poco soddisfacente.

Lunghezza focale di una sfera di vetro perfettaè molto breve e forma un'immagine reale molto vicina alla sfera. Inoltre, le aberrazioni (distorsioni geometriche) sono significative. Il problema sta nella distanza tra le due superfici.

Tuttavia, se fai un equatoriale profondoscanalatura per bloccare i raggi che causano difetti dell'immagine, si passa da una lente d'ingrandimento molto mediocre a una bella. Questa decisione è attribuita a Coddington, e la sua lente d'ingrandimento per il nome è oggi disponibile sotto forma di piccole lenti d'ingrandimento portatili per esaminare oggetti molto piccoli. Ma non ci sono prove che ciò sia stato fatto prima del XIX secolo.