Үстүнө түшкөн электромагниттик нурлануу агымынын тыгыздыгын өзгөртүүгө, башкача айтканда, аны бир чекитте чогултуу менен көбөйтүүгө же чачыратуу аркылуу азайтууга жөндөмдүү объекттер бар. Бул объекттер физикада линзалар деп аталат. Келгиле, бул маселени кененирээк карап чыгалы.
Физикада линзалар деген эмне?
Бул түшүнүк электромагниттик нурлануунун таралуу багытын өзгөртүүгө жөндөмдүү ар кандай объектти билдирет. Бул физикадагы линзалардын жалпы аныктамасы, ага оптикалык көз айнек, магниттик жана гравитациялык линзалар кирет.
Бул макалада негизги көңүл тунук материалдан жасалган жана эки бети менен чектелген объектилер болгон оптикалык айнектерге бурулат. Бул беттердин биринде сөзсүз түрдө ийрилик болушу керек (б.а. чектүү радиустагы сферанын бөлүгү болушу керек), антпесе объект жарык нурларынын таралуу багытын өзгөртүү касиетине ээ болбойт.
Линзанын принциби
Иштин маңызы бул татаал эмесоптикалык объект – күн нурларынын сынуу кубулушу. 17-кылымдын башында атактуу голландиялык физик жана астроном Виллеброрд Снелл ван Руйен учурда өзүнүн фамилиясын алып жүргөн сынуу мыйзамын жарыялаган. Бул мыйзамдын формулировкасы төмөнкүчө: күн нуру эки оптикалык тунук чөйрөнүн ортосундагы тилкеден өткөндө, нур менен бетке нормалдын ортосундагы түшүү бурчунун синусу менен чөйрөнүн сынуу көрсөткүчүнүн көбөйтүндүсү болот. ал туруктуу маани болуп саналат.
Жогорудагыларды тактоо үчүн бир мисал келтирели: жарык суунун бетине түшсүн, ал эми беттин нормалдуу бурчу менен нурдун ортосундагы бурч θ1. Андан кийин жарык шооласы сынат жана сууда анын таралышын жер бетиндеги нормалдуу бурчка θ2 бурч менен баштайт. Снелл мыйзамына ылайык, биз: sin(θ1)n1=sin(θ2) n2, мында n1 жана n2 аба менен суунун сынуу көрсөткүчтөрү, тиешелүүлүгүнө жараша. Сынуу көрсөткүчү деген эмне? Бул вакуумдагы электромагниттик толкундардын таралуу ылдамдыгы оптикалык тунук чөйрөгө караганда канча эсе чоң экенин көрсөткөн чоңдук, башкача айтканда, n=c/v, мында c жана v - вакуумдагы жарыктын ылдамдыгы жана орточо, тиешелүүлүгүнө жараша.
Сынуунун пайда болуу физикасы Ферма принцибин ишке ашырууда жатат, ага ылайык жарык мейкиндиктин бир чекитинен экинчи чекитине чейинки аралыкты эң кыска убакытта жеңе тургандай кыймылдайт.
Линзалардын түрлөрү
Физикада оптикалык линзанын түрү аны түзгөн беттердин формасы менен гана аныкталат. Аларга түшкөн нурдун сынуу багыты ушул формага жараша болот. Демек, беттин ийрилиги оң болсо (дөңс), анда линзадан чыкканда жарык шооласы өзүнүн оптикалык огуна жакыныраак тарайт (төмөндө кара). Тескерисинче, беттин ийрилиги терс (чоң) болсо, анда оптикалык айнектен өтүп, нур өзүнүн борбордук огунан алыстайт.
Кандайдыр бир ийриликтин бети нурларды бирдей сындырат (Стелла мыйзамы боюнча), бирок алардын нормалдары оптикалык огуна салыштырмалуу башка эңкейишке ээ, натыйжада сынган нурдун ар кандай жүрүм-туруму пайда болот.
Эки томпок бет менен чектелген линза конвергент линза деп аталат. Өз кезегинде, эгерде ал терс ийриликтүү эки беттен түзүлсө, анда ал чачыроо деп аталат. Оптикалык айнектин башка бардык түрлөрү бул беттердин айкалышы менен байланышкан, аларга тегиздик да кошулат. Айкалышкан линзанын кандай касиетке ээ болоору (дивергенттик же конвергенттик) анын беттеринин радиустарынын жалпы ийрилигинен көз каранды.
Линза элементтери жана нурлардын касиеттери
Сүрөт физикасында линзаларды куруу үчүн бул объекттин элементтери менен таанышуу керек. Алар төмөндө келтирилген:
- Негизги оптикалык огу жана борбору. Биринчи учурда алар линзанын оптикалык борбору аркылуу перпендикуляр өткөн түз сызыкты билдирет. Акыркысы, өз кезегинде, линзанын ичиндеги чекит, ал аркылуу нур сынбайт.
- Фокустун узундугу жана фокус - борбор менен оптикалык огунун чекитинин ортосундагы аралык, ал линзага ушул окко параллель түшкөн бардык нурларды чогултат. Бул аныктама оптикалык көз айнек чогултуу үчүн туура. Дивергенттүү линзаларда бир чекитке нурлардын өзү эмес, алардын элестүү уландысы жакындайт. Бул чекит негизги фокус деп аталат.
- Оптикалык күч. Бул фокустук узундуктун өз ара аты, башкача айтканда, D \u003d 1 / f. Ал диоптр (диоптер) менен өлчөнөт, башкача айтканда, 1 диоптр.=1 м-1.
Төмөнкүлөр линзадан өткөн нурлардын негизги касиеттери:
- оптикалык борбор аркылуу өткөн нур анын кыймыл багытын өзгөртпөйт;
- Негизги оптикалык огуна параллель түшкөн нурлар негизги фокус аркылуу өтүү үчүн багытын өзгөртөт;
- оптикалык айнекке каалаган бурчта түшкөн, бирок анын фокусу аркылуу өткөн нурлар негизги оптикалык огуна параллел боло тургандай алардын таралуу багытын өзгөртөт.
Физикада жука линзалар үчүн нурлардын жогорудагы касиеттери (алар кандай сфералардан түзүлбөсүн жана калыңдыгына карабастан, объекттин оптикалык касиеттери гана мааниге ээ болгондуктан ушундай аталат) аларда сүрөттөрдү куруу үчүн колдонулат..
Оптикалык көз айнектеги сүрөттөр: кантип куруу керек?
Төмөндө объекттин томпок жана ойгон линзаларындагы сүрөттөрдү куруу схемаларын деталдаштырат.(кызыл жебе) абалына жараша.
Сүрөттөгү схемаларды талдоодон маанилүү тыянак чыгарылды:
- Каалаган сүрөт 2 нурга гана курулат (борбордон өтүп, негизги оптикалык огуна параллель).
- Чоңдоо линзалар (учтары сыртты караган жебелер менен белгиленген) чоңойтулган да, кичирейтилген да сүрөттү бере алат, ал өз кезегинде реалдуу (чыныгы) же элестүү болушу мүмкүн.
- Эгер объект фокуста болсо, анда линза анын сүрөтүн түзбөйт (сүрөттө сол жактагы төмөнкү диаграмманы караңыз).
- Чачуучу оптикалык көз айнек (учтарындагы жебелер менен белгиленет) объекттин абалына карабастан ар дайым кичирейтилген жана виртуалдык сүрөттү берет.
Сүрөткө чейинки аралыкты табуу
Сүрөт кайсы аралыкта пайда болоорун аныктоо үчүн объекттин өзүнүн абалын билип, физикада линзанын формуласын беребиз: 1/f=1/do + 1 /d i, мында do жана di - объектке жана оптикадан анын сүрөтүнө чейинки аралык борбору, тиешелүүлүгүнө жараша, f негизги багыт болуп саналат. Эгерде биз чогултуучу оптикалык айнек жөнүндө сөз кылсак, анда f саны оң болот. Тескерисинче, дивергенттик линзалар үчүн f терс болот.
Бул формуланы колдонуп, жөнөкөй маселени чечели: объект чогултуучу оптикалык айнектин борборунан do=2f аралыкта болсун. Анын сүрөтү кайда көрүнөт?
Маселенин шартынан бизде: 1/f=1/(2f)+1/di. Кимден: 1/di=1/f - 1/(2f)=1/(2f), б.а. di=2 f. Ошентип, сүрөттөлүш объективден эки фокус аралыкта, бирок объекттин өзүнөн башка тарабында пайда болот (бул di маанисинин оң белгиси менен көрсөтүлөт).
Кыска тарых
“Объектив” сөзүнүн этимологиясын берүү кызык. Ал латынча линза жана lentis деген сөздөн келип чыккан, бул "жасмык" дегенди билдирет, анткени формасы боюнча оптикалык объекттер чындап эле бул өсүмдүктүн мөмөсүнө окшош.
Сфералык тунук телолордун сынуу күчү байыркы римдиктерге белгилүү болгон. Бул үчүн суу толтурулган тегерек айнек идиштерди колдонушкан. Айнек линзалар Европада 13-кылымда гана жасала баштаган. Алар окуу куралы катары колдонулган (заманбап көз айнек же чоңойтуучу айнек).
Телескопторду жана микроскопторду жасоодо оптикалык объекттерди активдүү колдонуу 17-кылымга туура келет (ушул кылымдын башында Галилео биринчи телескопту ойлоп тапкан). Белгилеп кетсек, Стелла сынуу мыйзамынын математикалык формулировкасы, аны билбестен каалаган касиеттери бар линзаларды жасоо мүмкүн эмес, ошол эле 17-кылымдын башында голландиялык окумуштуу тарабынан жарыяланган.
Башка линзалар
Жогоруда белгиленгендей, оптикалык сынуу объектилеринен тышкары магниттик жана гравитациялык объектилер да бар. Электрондук микроскоптогу магниттик линзалар, экинчисине жарык агымынын багытынын бузулушу,ал чоң космостук денелердин (жылдыздардын, планеталардын) жанынан өткөндө.
