As lentes são objetos transparentes que podem refratar a luz solar. Eles são feitos principalmente de vidro. As palavras "refratar luz" referem-se à capacidade de alterar a direção de propagação dos raios de luz incidentes. Vamos considerar como as imagens são construídas em uma lente fina.
Histórico
As primeiras lentes conhecidas pelos antigos gregos e romanos eram vasos de vidro esféricos cheios de água. Esses protótipos de óculos ópticos modernos foram usados para acender fogos.
Foi apenas no final do século 13 que a primeira lente de vidro foi fabricada na Europa. Desde então, o processo de sua fabricação não mudou muito. A única inovação foi o uso de alcatrão por Isaac Newton no século 17 para polir as superfícies de objetos ópticos.
Coleção e dispersão de óculos ópticos
Para facilitar o entendimento da construção de imagens em uma lente fina, considerea questão é, o que são óculos ópticos. Em geral, existem apenas dois tipos de lentes, que diferem em sua forma e capacidade de refratar o fluxo de luz. Os seguintes tipos são distinguidos:
- Lentes convergentes. Este tipo tem uma espessura de sua parte central maior que a espessura das bordas. A imagem resultante em uma lente convergente é formada do outro lado da luz que incide sobre ela. Este tipo tem a capacidade de coletar luz em um único ponto (foco positivo).
- Lentes divergentes. Sua parte central é mais fina que as bordas. Devido à sua forma, esses óculos ópticos espalham a luz incidente sobre eles, o que leva à formação de uma imagem no mesmo lado da lente em que os raios de um objeto incidem sobre ela. A imagem gerada é muito menor do que o item real. Se os raios espalhados por este vidro óptico forem continuados de modo a determinar sua origem, então parecerá que eles emergem de um ponto à sua frente. Este ponto é chamado de foco, que é negativo ou imaginário para uma lente divergente.
Diferentes formas de óculos ópticos
Os dois tipos de lentes existentes podem ser feitos de várias maneiras. As 6 formas a seguir são distinguidas:
- Biconvexo.
- Plano-convexo.
- Com um menisco convexo (côncavo-convexo).
- Bicôncavo.
- Plano-côncavo.
- Com um menisco côncavo (convexo-côncavo).
Elementos de vidro convexo
Para entender a física da lente e construir emlentes de imagem finas, é necessário conhecer os elementos básicos desse objeto óptico. Vamos listá-los:
- O centro óptico (O) é o ponto pelo qual a luz passa sem ser refratada.
- O eixo principal é uma linha reta que passa pelo ponto do centro óptico e o foco principal.
- O foco principal ou principal (F) é o ponto por onde passam os raios de luz ou suas extensões se incidirem sobre o vidro óptico paralelamente ao seu eixo principal.
- Eixo auxiliar - qualquer linha reta que passa pelo centro óptico.
- Os raios de curvatura são os dois raios, R1 e R2, das esferas que formam a lente.
- Centros de curvatura - dois centros de esferas, C1 e C2, que formam as superfícies do vidro óptico.
- Distância focal (f) - a distância entre o ponto focal e o centro óptico. Existe outra definição do valor (f): esta é a distância do centro da lente óptica até a imagem, que dá um objeto localizado infinitamente distante.
Propriedades ópticas
Seja um vidro convexo simples ou sistemas ópticos complexos, que são uma coleção de lentes individuais, suas propriedades ópticas dependem de dois parâmetros: a distância focal e a relação entre a distância focal e o diâmetro da lente.
A distância focal é medida de duas maneiras:
- Em unidades de distância normal, como 10cm, 1m e assim por diante.
- Em dioptrias, este é um valor inversamente proporcional à distância focal, medida em metros.
Por exemplo, um vidro óptico com uma potência de 1 dioptria tem uma distância focal de 1 m, enquanto uma lente com uma potência de 2 dioptrias tem uma distância focal de apenas 0,5 m.
O diâmetro de uma lente e sua relação com a distância focal determina a capacidade do vidro óptico de coletar luz ou sua saída de luz.
Propriedades dos raios que passam pela lente
Nas escolas da 8ª série, a construção de imagens em lentes finas é um dos tópicos importantes da física. Para aprender a construir essas imagens, deve-se conhecer não apenas os conceitos e elementos básicos, mas também as propriedades de alguns raios que passam por um objeto opticamente ativo:
- Qualquer raio que passe paralelamente ao eixo principal é refratado de tal forma que ou passa pelo foco (no caso de uma lente convergente), ou sua continuação imaginária passa pelo foco (no caso de uma lente convergente). divergente).
- O feixe que passa pelo foco é refratado de modo que continua seu movimento paralelo ao eixo principal. Observe que no caso de uma lente divergente, esta regra é válida se a continuação do feixe incidente sobre ela passar pelo foco localizado do outro lado do objeto óptico.
- Qualquer raio de luz que passe pelo centro da lente não sofre refração e não muda de direção.
Recursos de construção de imagens em lentes finas
Embora coletando e espalhandoos óculos possuem propriedades semelhantes, a construção das imagens em cada um deles possui características próprias.
Ao construir imagens, a fórmula da lente fina é:
1/f=1/do+1/di, onde do e di é a distância do centro óptico ao objeto e sua imagem.
Observe que a distância focal (f) é positiva para lentes convergentes e negativa para lentes divergentes.
A aplicação das propriedades acima dos raios que passam por um vidro óptico coletor leva aos seguintes resultados:
- Se o objeto estiver localizado a uma distância superior a 2f, obtém-se uma imagem real, que possui um tamanho menor que o objeto. Nós o vemos de cabeça para baixo.
- Um objeto colocado a uma distância de 2f da lente resulta em uma imagem real invertida do mesmo tamanho que o próprio objeto.
- Se o objeto estiver a uma distância maior que f, mas menor que 2f, então é obtida uma imagem real invertida e ampliada dele.
- Se o objeto estiver no ponto focal, os raios que passam pelo vidro óptico se tornam paralelos, o que significa que não há imagem.
- Se um objeto estiver mais próximo do que uma distância focal, sua imagem será imaginária, direta e maior que o próprio objeto.
Como as propriedades dos raios que passam por uma lente convergente e divergente são semelhantes, a construção das imagens dadas por uma lente fina desse tipo é realizada de acordo com regras semelhantes.
Desenhosimagem para várias ocasiões
Nos desenhos, uma lente convergente é indicada por uma linha nas extremidades da qual há setas apontando para fora, e uma lente divergente é indicada por uma linha com setas nas extremidades direcionadas para dentro, ou seja, um para o outro.
Diferentes variantes dos desenhos para construção de imagens em lentes finas, que foram discutidas no parágrafo anterior, são mostradas na figura abaixo.
Como pode ser visto na figura, todas as imagens (para qualquer tipo de vidro óptico e a localização do objeto em relação a eles) são construídas em dois feixes. Um é direcionado paralelamente ao eixo principal e o outro passa pelo centro óptico. O uso desses feixes é conveniente porque seu comportamento após a passagem pela lente é conhecido. Observe também que a borda inferior do objeto (seta vermelha neste caso) está localizada no eixo óptico principal, portanto, basta construir apenas a imagem do ponto superior do objeto. Se o objeto (seta vermelha) estiver localizado arbitrariamente em relação ao vidro óptico, é necessário construir uma imagem de suas partes superior e inferior de forma independente.
Dois feixes são suficientes para construir qualquer imagem. Se houver incerteza sobre o resultado, ele pode ser verificado usando o terceiro raio. Ele deve ser direcionado através do foco (na frente da lente convergente e atrás da lente divergente), depois de passar pelo vidro óptico e refração nele, o feixe será paralelo ao eixo óptico principal. Se o problema de construir uma imagem em uma lente fina for resolvidodireita, então ele passará pelo ponto onde os dois feixes principais se cruzam.
O processo de fabricação de objetos ópticos
A maioria das lentes são feitas de tipos especiais de vidro chamados lentes ópticas. Não há tensões internas, bolhas de ar e outras imperfeições nesse vidro.
O processo de fabricação das lentes ocorre em várias etapas. Primeiro, um objeto côncavo ou convexo da forma desejada é cortado de um bloco de vidro óptico usando ferramentas metálicas apropriadas. Em seguida, é polido com alcatrão. Na fase final, o vidro óptico é redimensionado usando ferramentas abrasivas para que o centro de gravidade coincida exatamente com o centro óptico.
Devido ao desenvolvimento de tecnologias para obtenção e processamento de vários tipos de plástico, as lentes são cada vez mais feitas de plásticos transparentes, que são mais baratos, mais leves e menos frágeis que os de vidro.
Áreas de aplicação
Os óculos ópticos são usados para resolver vários problemas de visão. Para isso, são usadas lentes de contato de plástico e de vidro (com óculos).
Além disso, os óculos ópticos são usados em câmeras fotográficas, microscópios, telescópios e outros instrumentos ópticos. Eles usam todo um sistema de lentes. Por exemplo, no caso do microscópio mais simples, composto por dois vidros ópticos, o primeiro forma uma imagem real do objeto, eo segundo é usado para ampliar sua imagem. Portanto, o segundo vidro está localizado a uma distância adequada do primeiro, de acordo com as regras para a construção de imagens em uma lente fina.
