Ularga tushadigan elektromagnit nurlanish oqimining zichligini o'zgartirishga, ya'ni uni bir nuqtada yig'ish orqali oshirishga yoki uni tarqatish orqali kamaytirishga qodir bo'lgan jismlar mavjud. Ushbu ob'ektlar fizikada linzalar deb ataladi. Keling, bu masalani batafsil ko'rib chiqaylik.
Fizikada linzalar nima?
Bu tushuncha elektromagnit nurlanishning tarqalish yoʻnalishini oʻzgartirishga qodir boʻlgan mutlaqo har qanday obʼyektni anglatadi. Bu optik ko'zoynaklar, magnit va tortishish linzalarini o'z ichiga olgan fizikadagi linzalarning umumiy ta'rifi.
Ushbu maqolada asosiy e'tibor shaffof materialdan yasalgan va ikkita sirt bilan chegaralangan ob'ektlar bo'lgan optik ko'zoynaklarga qaratiladi. Ushbu sirtlardan biri albatta egrilikka ega bo'lishi kerak (ya'ni chekli radiusli sharning bir qismi bo'lishi kerak), aks holda ob'ekt yorug'lik nurlarining tarqalish yo'nalishini o'zgartirish xususiyatiga ega bo'lmaydi.
Obyektiv printsipi
Bu asoratsiz ishning mohiyatioptik ob'ekt - quyosh nurlarining sinishi hodisasi. 17-asrning boshlarida mashhur golland fizigi va astronomi Villebrord Snell van Ruyen hozirda uning familiyasi bilan atalgan sinish qonunini nashr etdi. Ushbu qonunning formulasi quyidagicha: quyosh nuri ikkita optik shaffof muhit o'rtasidagi interfeys orqali o'tganda, nur va sirtga normal o'rtasidagi tushish burchagi sinusining mahsuloti va muhitning sinishi ko'rsatkichi. tarqaladi doimiy qiymat.
Yuqoridagi gaplarga oydinlik kiritish uchun misol keltiramiz: yorugʻlik suv yuzasiga tushsin, shu bilan birga sirtdagi normal va nur orasidagi burchak th1. Keyin yorug'lik nuri sinadi va suvda tarqala boshlaydi, buning uchun sirt normaliga th2 burchak ostida. Snell qonuniga binoan biz quyidagilarni olamiz: sin(th1)n1=sin(th2) n2, bu erda n1 va n2 havo va suvning sindirish ko'rsatkichlari, mos ravishda. Sinishi ko'rsatkichi nima? Bu elektromagnit to'lqinlarning vakuumdagi tarqalish tezligi optik shaffof muhitdagidan necha marta katta ekanligini ko'rsatadigan qiymatdir, ya'ni n=c/v, bu erda c va v yorug'likning vakuumdagi va yorug'lik tezligidir. mos ravishda oʻrtacha.
Sinishning paydo bo'lishi fizikasi Ferma printsipining amalga oshirilishidan iborat bo'lib, unga ko'ra yorug'lik fazoda bir nuqtadan ikkinchi nuqtaga masofani eng qisqa vaqt ichida engib o'tadigan tarzda harakat qiladi.
Linzalar turlari
Fizikadagi optik linzalarning turi faqat uni hosil qiluvchi sirtlarning shakli bilan belgilanadi. Ularga tushgan nurning sinish yo'nalishi bu shaklga bog'liq. Shunday qilib, agar sirtning egriligi ijobiy (qavariq) bo'lsa, u holda linzadan chiqqandan so'ng, yorug'lik nuri optik o'qiga yaqinroq tarqaladi (pastga qarang). Aksincha, agar sirtning egriligi manfiy (botiq) bo'lsa, u holda optik oynadan o'tib, nur markaziy o'qdan uzoqlashadi.
Yana e'tibor bering, har qanday egrilik yuzasi nurlarni xuddi shunday sindiradi (Stella qonuniga ko'ra), lekin ular uchun normalar optik o'qqa nisbatan boshqacha nishabga ega, bu esa singan nurning har xil xatti-harakatlariga olib keladi.
Ikki qavariq yuza bilan chegaralangan linzaga yaqinlashuvchi linzalar deyiladi. O'z navbatida, agar u manfiy egrilikka ega bo'lgan ikkita sirtdan hosil bo'lsa, u tarqalish deb ataladi. Boshqa barcha turdagi optik ko'zoynaklar ushbu sirtlarning kombinatsiyasi bilan bog'liq bo'lib, ularga tekislik ham qo'shiladi. Birlashtirilgan linza qanday xususiyatga ega bo'lishi (divergent yoki konvergent) uning sirtlari radiuslarining umumiy egriligiga bog'liq.
Obyektiv elementlari va nurlanish xususiyatlari
Tasvir fizikasida linzalarni qurish uchun siz ushbu ob'ektning elementlari bilan tanishishingiz kerak. Ular quyida keltirilgan:
- Asosiy optik oʻq va markaz. Birinchi holda, ular optik markaz orqali linzaga perpendikulyar o'tadigan to'g'ri chiziqni anglatadi. Ikkinchisi, o'z navbatida, linza ichidagi nuqta bo'lib, u orqali nur sinishi sodir bo'lmaydi.
- Fokus uzunligi va fokus - markaz va optik o'qdagi nuqta orasidagi masofa, bu o'qga parallel ravishda linzaga tushgan barcha nurlarni to'playdi. Ushbu ta'rif optik ko'zoynaklarni yig'ish uchun to'g'ri keladi. Divergent linzalar holatida, nurlarning o'zlari bir nuqtaga yaqinlashmaydi, balki ularning xayoliy davomi. Bu nuqta asosiy diqqat deb ataladi.
- Optik quvvat. Bu fokus uzunligining o'zaro nomi, ya'ni D \u003d 1 / f. U diopterlarda (diopterlarda), ya'ni 1 diopterda o'lchanadi.=1 m-1.
Quyidagilar linzadan oʻtadigan nurlarning asosiy xususiyatlari:
- optik markazdan oʻtuvchi nur uning harakat yoʻnalishini oʻzgartirmaydi;
- asosiy optik oʻqga parallel tushayotgan nurlar oʻz yoʻnalishini shunday oʻzgartiradiki, ular asosiy fokusdan oʻtadi;
- optik oynaga istalgan burchak ostida tushayotgan, lekin uning fokusidan oʻtgan nurlar tarqalish yoʻnalishini shunday oʻzgartiradiki, ular asosiy optik oʻqga parallel boʻladi.
Fizikadagi yupqa linzalar uchun nurlarning yuqoridagi xossalari (ular qanday sferalardan va qanchalik qalin boʻlishidan qatʼi nazar, shunday nomlanadi) ulardagi tasvirlarni qurish uchun foydalaniladi..
Optik ko'zoynaklardagi tasvirlar: qanday qurish kerak?
Quyida ob'ektning qavariq va botiq linzalarida tasvirlarni yaratish sxemalari batafsil tasvirlangan rasm.(qizil strelka) joylashuviga qarab.
Muhim xulosalar rasmdagi sxemalar tahlilidan kelib chiqadi:
- Har qanday tasvir faqat 2 ta nurga qurilgan (markazdan oʻtuvchi va asosiy optik oʻqga parallel).
- Birlashtiruvchi linzalar (uchlari tashqariga qaragan strelkalar bilan belgilangan) ham kattalashtirilgan, ham kichraytirilgan tasvirni berishi mumkin, bu esa oʻz navbatida haqiqiy (haqiqiy) yoki xayoliy boʻlishi mumkin.
- Agar ob'ekt fokusda bo'lsa, linza uning tasvirini hosil qilmaydi (rasmdagi chapdagi pastki diagrammaga qarang).
- Sochuvchi optik oynalar (ularning uchlari ichkariga qaragan strelkalar bilan belgilanadi) ob'ektning joylashuvidan qat'iy nazar har doim kichraytirilgan va virtual tasvirni beradi.
Rasmgacha masofa topilmoqda
Tasvirning qaysi masofada paydo boʻlishini aniqlash uchun, ob'ektning oʻzini oʻzi bilgan holda, fizikada linza formulasini beramiz: 1/f=1/do + 1 /d i, bu erda do va di - ob'ekt va uning tasviri optikasigacha bo'lgan masofa markaz, mos ravishda, f asosiy e'tibor. Agar biz yig'uvchi optik oyna haqida gapiradigan bo'lsak, u holda f-raqam ijobiy bo'ladi. Aksincha, divergent linzalar uchun f manfiy.
Bu formuladan foydalanamiz va oddiy masalani hal qilamiz: ob'ekt yig'uvchi optik oynaning markazidan do=2f masofada bo'lsin. Uning surati qayerda paydo bo'ladi?
Muammo shartidan bizda: 1/f=1/(2f)+1/di. Kimdan: 1/di=1/f - 1/(2f)=1/(2f), ya'ni di=2 f. Shunday qilib, tasvir ob'ektivdan ikkita fokus masofasida, lekin ob'ektning o'zidan boshqa tomonda paydo bo'ladi (bu di qiymatining ijobiy belgisi bilan ko'rsatiladi).
Qisqacha tarix
"Linza" so'zining etimologiyasini berish qiziq. U lotincha "linza" va "yasmiq" so'zlaridan kelib chiqqan bo'lib, "yasmiq" degan ma'noni anglatadi, chunki o'z shaklidagi optik ob'ektlar haqiqatan ham shu o'simlik mevasiga o'xshaydi.
Sferik shaffof jismlarning sindirish kuchi qadimgi rimliklarga ma'lum edi. Buning uchun ular suv bilan to'ldirilgan dumaloq shisha idishlardan foydalanganlar. Shisha linzalarning o'zlari Evropada faqat 13-asrda ishlab chiqarila boshlandi. Ular o'qish vositasi sifatida ishlatilgan (zamonaviy ko'zoynak yoki kattalashtiruvchi oyna).
Teleskoplar va mikroskoplar ishlab chiqarishda optik ob'ektlardan faol foydalanish 17-asrga to'g'ri keladi (ushbu asrning boshida Galiley birinchi teleskopni ixtiro qilgan). E'tibor bering, Stellaning sinishi qonunining matematik formulasi, uni bilmagan holda kerakli xususiyatlarga ega linzalarni ishlab chiqarish mumkin emas, xuddi shu 17-asrning boshlarida golland olimi tomonidan nashr etilgan.
Boshqa linzalar
Yuqorida ta'kidlanganidek, optik sindiruvchi ob'ektlardan tashqari, magnit va tortishish ob'ektlari ham mavjud. Birinchisiga misol sifatida elektron mikroskopdagi magnit linzalar, ikkinchisiga yorqin misol - yorug'lik oqimi yo'nalishining buzilishi,massiv kosmik jismlar (yulduzlar, sayyoralar) yonidan o'tganda.
