Elə cisimlər var ki, onların üzərinə düşən elektromaqnit şüalanma axınının sıxlığını dəyişməyə, yəni onu bir nöqtədə toplamaqla artırmağa, ya da səpələyərək az altmağa qadirdir. Bu obyektlərə fizikada linzalar deyilir. Gəlin bu məsələyə daha yaxından nəzər salaq.
Fizikada linzalar nədir?
Bu anlayış elektromaqnit şüalanmanın yayılma istiqamətini dəyişməyə qadir olan tamamilə hər hansı obyekt deməkdir. Bu, optik eynəklər, maqnit və qravitasiya linzalarını əhatə edən fizikada linzaların ümumi tərifidir.
Bu məqalədə diqqət şəffaf materialdan hazırlanmış və iki səthlə məhdudlaşdırılan obyektlər olan optik eynəklərə yönəldiləcək. Bu səthlərdən biri mütləq əyriliyə malik olmalıdır (yəni sonlu radiuslu sferanın bir hissəsi olmalıdır), əks halda cisim işıq şüalarının yayılma istiqamətini dəyişmək xüsusiyyətinə malik olmayacaq.
Linzanın prinsipi
Bu sadə işin mahiyyətioptik obyekt günəş şüalarının sınması hadisəsidir. 17-ci əsrin əvvəllərində məşhur holland fiziki və astronomu Willebrord Snell van Rooyen hazırda onun soyadını daşıyan refraksiya qanununu nəşr etdi. Bu qanunun tərtibi belədir: günəş işığı iki optik şəffaf mühitin interfeysindən keçdikdə, şüa ilə səthə normal arasında düşmə bucağının sinusunun məhsulu və mühitin sınma əmsalı hasil edilir. yayılan sabit dəyərdir.
Yuxarıdakıları aydınlaşdırmaq üçün bir misal verək: işıq suyun səthinə düşsün, səthin normalı ilə şüa arasındakı bucaq θ1. Sonra işıq şüası sınır və suda artıq səthin normalına θ2 bucaq altında yayılmağa başlayır. Snell qanununa görə biz əldə edirik: sin(θ1)n1=sin(θ2) n2, burada n1 və n2 hava və su üçün sındırma göstəriciləridir, müvafiq olaraq. Kırılma əmsalı nədir? Bu, elektromaqnit dalğalarının vakuumda yayılma sürətinin optik şəffaf mühitin sürətindən neçə dəfə böyük olduğunu göstərən dəyərdir, yəni n=c/v, burada c və v vakuumda işığın sürətləridir. müvafiq olaraq orta.
Refraksiyanın görünüşünün fizikası Fermat prinsipinin həyata keçirilməsində yatır, ona görə işığın kosmosda bir nöqtədən digərinə olan məsafəni ən qısa müddətdə qət edəcək şəkildə hərəkət etməsi.
Linzaların növləri
Fizikada optik linzanın növü yalnız onu əmələ gətirən səthlərin forması ilə müəyyən edilir. Onlara düşən şüanın sınma istiqaməti bu formadan asılıdır. Beləliklə, səthin əyriliyi müsbətdirsə (konveks), o zaman lensdən çıxanda işıq şüası optik oxuna daha yaxın yayılacaq (aşağıya bax). Əksinə, əgər səthin əyriliyi mənfi (konkav) olarsa, o zaman optik şüşədən keçərək şüa mərkəzi oxundan uzaqlaşacaq.
Yenə də qeyd edək ki, hər hansı əyriliyin səthi şüaları eyni şəkildə (Stella qanununa görə) sındırır, lakin onların normalları optik oxa nisbətən fərqli bir mailliyə malikdir və nəticədə sınmış şüanın fərqli davranışı olur.
İki qabarıq səthlə hüdudlanan linzaya yaxınlaşan lens deyilir. Öz növbəsində, əgər mənfi əyriliyə malik iki səthdən əmələ gəlirsə, o zaman səpilmə adlanır. Bütün digər optik eynək növləri bu səthlərin birləşməsi ilə əlaqələndirilir, onlara bir təyyarə də əlavə olunur. Birləşdirilmiş lensin hansı xüsusiyyətə malik olacağı (divergent və ya yaxınlaşma) onun səthlərinin radiuslarının ümumi əyriliyindən asılıdır.
Lens elementləri və şüa xassələri
Şəkil fizikasında linzalar qurmaq üçün bu obyektin elementləri ilə tanış olmaq lazımdır. Onlar aşağıda verilmişdir:
- Əsas optik ox və mərkəz. Birinci halda, onlar lensin optik mərkəzindən perpendikulyar keçən düz xətti nəzərdə tuturlar. Sonuncu, öz növbəsində, linzanın içərisində olan, şüanın qırılma keçirmədiyi nöqtədir.
- Fokus uzunluğu və fokus - mərkəzlə optik oxundakı nöqtə arasındakı məsafə, bu oxa paralel linzaya düşən bütün şüaları toplayır. Bu tərif optik eynəklərin toplanması üçün doğrudur. Divergent linzalar vəziyyətində, bir nöqtəyə yaxınlaşan şüaların özləri deyil, onların xəyali davamıdır. Bu nöqtə əsas diqqət mərkəzi adlanır.
- Optik güc. Bu, fokus uzunluğunun qarşılıqlı adıdır, yəni D \u003d 1 / f. Diopterlərlə (diopterlər), yəni 1 diopterlə ölçülür.=1 m-1.
Obyektivdən keçən şüaların əsas xüsusiyyətləri aşağıdakılardır:
- optik mərkəzdən keçən şüa onun hərəkət istiqamətini dəyişmir;
- Əsas optik oxa paralel düşən şüalar öz istiqamətini elə dəyişir ki, əsas fokusdan keçsin;
- optik şüşəyə istənilən bucaqda düşən, lakin onun fokusundan keçən şüalar yayılma istiqamətlərini elə dəyişirlər ki, onlar əsas optik oxa paralel olurlar.
Şüaların fizikada nazik linzalar üçün yuxarıdakı xassələri (onların hansı sferalardan əmələ gəlməsindən və qalınlığından asılı olmayaraq belə adlanır) onlarda təsvirlərin qurulması üçün istifadə olunur..
Optik eynəklərdəki şəkillər: necə qurulmalı?
Aşağıda obyektin qabarıq və konkav linzalarında təsvirlərin qurulması sxemlərini təfərrüatlandıran rəqəmdir(qırmızı ox) mövqeyindən asılı olaraq.
Şəkildəki sxemlərin təhlilindən vacib nəticələr əldə edilir:
- İstənilən şəkil yalnız 2 şüa üzərində qurulur (mərkəzdən keçən və əsas optik oxa paralel).
- Birləşən linzalar (uclarında xaricə baxan oxlarla işarələnir) həm böyüdülmüş, həm də kiçildilmiş təsvir verə bilər, bu da öz növbəsində real (real) və ya xəyali ola bilər.
- Obyekt fokusdadırsa, o zaman obyektiv öz şəklini yaratmır (şəkildə soldakı aşağı diaqrama baxın).
- Səpən optik eynəklər (uclarında içəriyə doğru yönəldilmiş oxlarla işarələnir) obyektin yerindən asılı olmayaraq həmişə kiçildilmiş və virtual görüntü verir.
Şəkilə olan məsafə tapılır
Obyektin özünün mövqeyini bilməklə şəklin hansı məsafədə görünəcəyini müəyyən etmək üçün fizikada obyektiv düsturunu veririk: 1/f=1/do + 1 /d i, burada do və di obyektə və onun təsvirinə optikdən olan məsafədir mərkəz, müvafiq olaraq, f əsas diqqət mərkəzindədir. Əgər toplayıcı optik şüşədən danışırıqsa, onda f rəqəmi müsbət olacaq. Əksinə, divergent lens üçün f mənfidir.
Bu düsturdan istifadə edək və sadə məsələni həll edək: obyekt toplayıcı optik şüşənin mərkəzindən do=2f məsafədə olsun. Onun şəkli harada görünəcək?
Məsələnin şərtindən əldə edirik: 1/f=1/(2f)+1/di. Kimdən: 1/di=1/f - 1/(2f)=1/(2f), yəni di=2 f. Beləliklə, təsvir obyektivdən iki fokus məsafəsində, lakin obyektin özündən başqa tərəfdə görünəcək (bu, di dəyərinin müsbət işarəsi ilə göstərilir).
Qısa Tarix
"Lens" sözünün etimologiyasını vermək maraqlıdır. O, "mərcimək" mənasını verən latın lens və lentis sözlərindəndir, çünki öz formasına görə optik obyektlər həqiqətən bu bitkinin meyvəsinə bənzəyir.
Sferik şəffaf cisimlərin sındırma qabiliyyəti qədim romalılara məlum idi. Bunun üçün su ilə doldurulmuş dairəvi şüşə qablardan istifadə edirdilər. Şüşə linzaların özləri yalnız 13-cü əsrdə Avropada hazırlanmağa başladı. Onlar oxu aləti kimi istifadə olunurdu (müasir eynək və ya böyüdücü şüşə).
Teleskop və mikroskopların istehsalında optik obyektlərin aktiv istifadəsi 17-ci əsrə təsadüf edir (bu əsrin əvvəllərində Qalileo ilk teleskopu icad etmişdir). Qeyd edək ki, Stellanın sınma qanununun riyazi ifadəsi, ondan xəbərsiz istənilən xassələrə malik linzalar istehsal etmək mümkün deyil, eyni 17-ci əsrin əvvəllərində holland alimi tərəfindən nəşr edilmişdir.
Digər linzalar
Yuxarıda qeyd edildiyi kimi, optik refraktiv cisimlərlə yanaşı, maqnit və qravitasiya obyektləri də var. Birincisinə misal olaraq elektron mikroskopdakı maqnit linzaları, sonuncunun parlaq nümunəsi işıq axınının istiqamətinin təhrif edilməsidir,kütləvi kosmik cisimlərin (ulduzların, planetlərin) yanından keçdikdə.
