ლინზები არის გამჭვირვალე საგნები, რომლებსაც შეუძლიათ მზის შუქის რეფრაქცია. ისინი ძირითადად მინისგან მზადდება. სიტყვა „რეფრაქტიული შუქი“აღნიშნავს შემხვედრი სინათლის სხივების გავრცელების მიმართულების შეცვლის უნარს. მოდით განვიხილოთ, თუ როგორ არის აგებული სურათები თხელ ლინზაში.
ისტორიული ფონი
ძველი ბერძნებისა და რომაელებისთვის ცნობილი პირველი ლინზები იყო სფერული მინის ჭურჭელი წყლით სავსე. თანამედროვე ოპტიკური სათვალეების ეს პროტოტიპები გამოიყენებოდა ხანძრის გასაჩენად.
მხოლოდ მე-13 საუკუნის ბოლოს დამზადდა ევროპაში პირველი მინის ლინზა. მას შემდეგ მათი წარმოების პროცესი დიდად არ შეცვლილა. ერთადერთი ინოვაცია იყო ისააკ ნიუტონის ტარის გამოყენება მე-17 საუკუნეში ოპტიკური ობიექტების ზედაპირების გასაპრიალებლად.
ოპტიკური სათვალეების შეგროვება და გაფანტვა
იმისთვის, რომ გაადვილოთ სურათების აგებულების გაგება თხელ ლინზებში, განიხილეთკითხვა არის, რა არის ოპტიკური სათვალეები. ზოგადად, არსებობს მხოლოდ ორი ტიპის ლინზები, რომლებიც განსხვავდებიან მათი ფორმისა და სინათლის ნაკადის გარდატეხის უნარით. განასხვავებენ შემდეგ ტიპებს:
- კონვერგირებადი ლინზები. ამ ტიპს აქვს მისი ცენტრალური ნაწილის სისქე, ვიდრე კიდეების სისქე. შედეგად მიღებული გამოსახულება კონვერტაციულ ლინზაში იქმნება მასზე დაცემული სინათლის მეორე მხარეს. ამ ტიპს აქვს უნარი შეაგროვოს შუქი ერთ წერტილში (პოზიტიური ფოკუსი).
- განსხვავებული ლინზები. მათი ცენტრალური ნაწილი კიდეებზე თხელია. მათი ფორმის გამო, ეს ოპტიკური სათვალეები ფანტავს მათზე შუქს, რაც იწვევს გამოსახულების ფორმირებას ლინზის იმავე მხარეს, როდესაც მასზე ეცემა ობიექტის სხივები. გენერირებული სურათი გაცილებით მცირეა, ვიდრე რეალურ ელემენტს. თუ ამ ოპტიკური მინის მიერ მიმოფანტული სხივები ისე გაგრძელდება, რომ მათი წარმომავლობის დადგენა, მაშინ როგორც ჩანს, ისინი ერთი წერტილიდან გამოდიან მის წინ. ამ წერტილს ეწოდება ფოკუსი, რომელიც არის უარყოფითი ან წარმოსახვითი განსხვავებული ლინზისთვის.
სხვადასხვა ფორმის ოპტიკური სათვალე
არსებული ორი ტიპის ლინზების დამზადება შესაძლებელია რამდენიმე გზით. გამოირჩევა შემდეგი 6 ფორმა:
- ორმხრივამოზნექილი.
- პლანო-ამოზნექილი.
- ამოზნექილი მენისკით (ჩაზნექილი-ამოზნექილი).
- ორკუთხა.
- პლანო-ჩაზნექილი.
- ჩაზნექილი მენისკით (ამოზნექილი-ჩაზნექილი).
ამოზნექილი მინის ელემენტები
ლინზისა და შენობის ფიზიკის გასაგებადთხელი გამოსახულების ლინზები, აუცილებელია იცოდეთ ამ ოპტიკური ობიექტის ძირითადი ელემენტები. მოდით ჩამოვთვალოთ ისინი:
- ოპტიკური ცენტრი (O) არის წერტილი, რომელშიც სინათლე გადის გარდატეხის გარეშე.
- მთავარი ღერძი არის სწორი ხაზი, რომელიც გადის ოპტიკური ცენტრისა და ძირითადი ფოკუსის წერტილში.
- მთავარი ან მთავარი ფოკუსი (F) არის წერტილი, რომლითაც გადის სინათლის სხივები ან მათი გაფართოება, თუ ისინი ეცემა ოპტიკურ მინაზე მისი მთავარი ღერძის პარალელურად.
- დამხმარე ღერძი - ნებისმიერი სწორი ხაზი, რომელიც გადის ოპტიკურ ცენტრში.
- მრუდის რადიუსი არის ორი რადიუსი, R1 და R2, იმ სფეროებიდან, რომლებიც ქმნიან ლინზას.
- მრუდის ცენტრები - სფეროების ორი ცენტრი, C1 და C2, რომლებიც ქმნიან ოპტიკური მინის ზედაპირებს.
- ფოკალური მანძილი (f) - მანძილი ფოკუსურ წერტილსა და ოპტიკურ ცენტრს შორის. არსებობს (f) მნიშვნელობის კიდევ ერთი განმარტება: ეს არის მანძილი ოპტიკური ლინზის ცენტრიდან გამოსახულებამდე, რომელიც იძლევა ობიექტს, რომელიც მდებარეობს უსასრულოდ შორს.
ოპტიკური თვისებები
იქნება ეს მარტივი ამოზნექილი მინა თუ რთული ოპტიკური სისტემები, რომლებიც წარმოადგენს ცალკეული ლინზების კრებულს, მათი ოპტიკური თვისებები დამოკიდებულია ორ პარამეტრზე: ფოკუსურ სიგრძეზე და ფოკუსურ სიგრძესა და ლინზების დიამეტრზე.
ფოკალური მანძილი იზომება ორი გზით:
- ნორმალური მანძილის ერთეულებში, როგორიცაა 10სმ, 1მ და ასე შემდეგ.
- დიოპტრიებში ეს არის მნიშვნელობა, რომელიც უკუპროპორციულია ფოკუსური მანძილისა, რომელიც იზომება მეტრებში.
მაგალითად, 1 დიოპტრის სიმძლავრის ოპტიკურ შუშას აქვს ფოკუსური მანძილი 1 მ, ხოლო ობიექტივის 2 დიოპტრის ფოკუსური მანძილი მხოლოდ 0,5 მ.
ლინზის დიამეტრი და მისი კავშირი ფოკუსურ სიგრძესთან განსაზღვრავს ოპტიკური მინის უნარს შეაგროვოს შუქი ან მისი სინათლის გამომუშავება.
ლინზაში გამავალი სხივების თვისებები
მე-8 კლასის სკოლებში, თხელ ლინზებში გამოსახულების აგება ფიზიკის ერთ-ერთი მნიშვნელოვანი თემაა. იმისათვის, რომ ისწავლოთ ამ სურათების აგება, თქვენ უნდა იცოდეთ არა მხოლოდ ძირითადი ცნებები და ელემენტები, არამედ ზოგიერთი სხივების თვისებები, რომლებიც გადის ოპტიკურად აქტიურ ობიექტზე:
- მთავარი ღერძის პარალელურად გამავალი ნებისმიერი სხივი ირღვევა ისე, რომ ან გადის ფოკუსში (კონვერტაციული ლინზის შემთხვევაში), ან მისი წარმოსახვითი გაგრძელება გადის ფოკუსში (იმ შემთხვევაში, განსხვავებული).
- სხივი, რომელიც გადის ფოკუსში, ირღვევა ისე, რომ იგი აგრძელებს მოძრაობას ძირითადი ღერძის პარალელურად. გაითვალისწინეთ, რომ განსხვავებულ ლინზების შემთხვევაში, ეს წესი მოქმედებს, თუ მასზე სხივის დაცემის გაგრძელება გადის ოპტიკური ობიექტის მეორე მხარეს მდებარე ფოკუსში.
- სინათლის ნებისმიერი სხივი, რომელიც გადის ლინზის ცენტრში, არ განიცდის არანაირ რეფრაქციებს და არ იცვლის მიმართულებას.
გამოსახულებების აგების თავისებურებები თხელ ლინზებში
მიუხედავად იმისა, რომ აგროვებს და აფანტავს ოპტიკასსათვალეებს აქვთ მსგავსი თვისებები, თითოეულ მათგანში გამოსახულებების აგებას თავისი მახასიათებლები აქვს.
გამოსახულების შექმნისას, თხელი ლინზის ფორმულაა:
1/f=1/do+1/di, სადაც do და di არის მანძილი ოპტიკური ცენტრიდან ობიექტამდე და მის გამოსახულებამდე.
გაითვალისწინეთ, რომ ფოკუსური მანძილი (f) დადებითია კონვერგირებული ლინზებისთვის, ხოლო უარყოფითი - განსხვავებული.
შემგროვებელ ოპტიკურ მინაში გამავალი სხივების ზემოაღნიშნული თვისებების გამოყენება იწვევს შემდეგ შედეგებს:
- თუ ობიექტი მდებარეობს 2f-ზე მეტ მანძილზე, მაშინ მიიღება რეალური სურათი, რომელსაც აქვს ობიექტზე მცირე ზომა. ჩვენ მას თავდაყირა ვხედავთ.
- ობიექტი, რომელიც განთავსებულია ლინზიდან 2f მანძილზე, იწვევს იმავე ზომის რეალურ ინვერსიულ სურათს, როგორც თავად ობიექტი.
- თუ ობიექტი მდებარეობს f-ზე მეტ მანძილზე, მაგრამ 2f-ზე ნაკლები, მაშინ მიიღება მისი რეალური შებრუნებული და გადიდებული გამოსახულება.
- თუ ობიექტი ფოკუსირებულ წერტილშია, მაშინ სხივები, რომლებიც გადის ოპტიკურ მინაზე, ხდება პარალელურად, რაც ნიშნავს, რომ გამოსახულება არ არის.
- თუ ობიექტი ერთ ფოკუსურ სიგრძეზე უფრო ახლოსაა, მაშინ მისი გამოსახულება აღმოჩნდება წარმოსახვითი, პირდაპირი და უფრო დიდი ვიდრე თავად ობიექტი.
რადგან სხივების თვისებები, რომლებიც გადადის კონვერგირებად და განსხვავებულ ლინზაში მსგავსია, ამ ტიპის თხელი ლინზის მიერ მოცემული გამოსახულების აგება მსგავსი წესებით ხორციელდება.
ნახატებივიზუალიზაცია სხვადასხვა შემთხვევებისთვის
ნახატებში, კონვერტაციული ობიექტივი მითითებულია ხაზით, რომლის ბოლოებზე არის ისრები, რომლებიც მიმართულია გარედან, ხოლო განსხვავებულ ლინზაზე მითითებულია ხაზით ისრებით ბოლოებზე, რომლებიც მიმართულია შიგნით, ანუ, ერთმანეთს.
ნახატების სხვადასხვა ვარიანტები თხელ ლინზებში გამოსახულების შესაქმნელად, რომლებიც განხილული იყო წინა აბზაცში, ნაჩვენებია ქვემოთ მოცემულ სურათზე.
როგორც ნახატიდან ჩანს, ყველა გამოსახულება (ნებისმიერი ტიპის ოპტიკური მინის და მათ მიმართ ობიექტის მდებარეობა) აგებულია ორ სხივზე. ერთი მიმართულია ძირითადი ღერძის პარალელურად, ხოლო მეორე გადის ოპტიკურ ცენტრში. ამ სხივების გამოყენება მოსახერხებელია, რადგან ცნობილია მათი ქცევა ლინზაში გავლის შემდეგ. ასევე გაითვალისწინეთ, რომ ობიექტის ქვედა კიდე (ამ შემთხვევაში წითელი ისარი) მდებარეობს მთავარ ოპტიკურ ღერძზე, ამიტომ საკმარისია ობიექტის მხოლოდ ზედა წერტილის გამოსახულების აგება. თუ ობიექტი (წითელი ისარი) თვითნებურად მდებარეობს ოპტიკურ მინასთან შედარებით, მაშინ აუცილებელია მისი ზედა და ქვედა ნაწილების გამოსახულების დამოუკიდებლად აგება.
ორი სხივი საკმარისია ნებისმიერი სურათის შესაქმნელად. თუ შედეგის შესახებ გაურკვევლობაა, მაშინ მისი შემოწმება შესაძლებელია მესამე სხივის გამოყენებით. ის მიმართული უნდა იყოს ფოკუსის მეშვეობით (კონვერგირებადი ლინზის წინ და განსხვავებული ლინზის უკან), შემდეგ ოპტიკური მინის გავლისა და მასში რეფრაქციის შემდეგ, სხივი იქნება ძირითადი ოპტიკური ღერძის პარალელურად. თუ თხელ ლინზაში გამოსახულების აგების პრობლემა მოგვარებულიამარჯვნივ, შემდეგ ის გაივლის იმ წერტილს, სადაც ორი მთავარი სხივი იკვეთება.
ოპტიკური ობიექტების წარმოების პროცესი
ლინზების უმეტესობა დამზადებულია სპეციალური ტიპის შუშისგან, რომელსაც ოპტიკური ლინზები ეწოდება. ასეთ მინაში არ არის შიდა დაძაბულობა, ჰაერის ბუშტები და სხვა ნაკლოვანებები.
ლინზების დამზადების პროცესი რამდენიმე ეტაპად მიმდინარეობს. პირველ რიგში, სასურველი ფორმის ჩაზნექილი ან ამოზნექილი ობიექტი იჭრება ოპტიკური მინის ბლოკიდან შესაბამისი ლითონის ხელსაწყოების გამოყენებით. შემდეგ მას აპრიალებენ ტარის გამოყენებით. ბოლო ეტაპზე ოპტიკური მინის ზომა იცვლება აბრაზიული ხელსაწყოების გამოყენებით ისე, რომ სიმძიმის ცენტრი ზუსტად ემთხვევა ოპტიკურ ცენტრს.
სხვადასხვა სახის პლასტმასის მოპოვებისა და დამუშავების ტექნოლოგიების განვითარების გამო, ლინზები ახლა სულ უფრო და უფრო მზადდება გამჭვირვალე პლასტმასისგან, რომლებიც უფრო იაფი, მსუბუქი და ნაკლებად მყიფეა, ვიდრე მათი მინის ანალოგი.
აპლიკაციის სფერო
ოპტიკური სათვალე გამოიყენება მხედველობის სხვადასხვა პრობლემის გადასაჭრელად. ამისთვის გამოიყენება როგორც პლასტმასის კონტაქტური ლინზები, ასევე მინის (სათვალეებით).
გარდა ამისა, ოპტიკური სათვალე გამოიყენება ფოტოკამერებში, მიკროსკოპებში, ტელესკოპებში და სხვა ოპტიკურ ინსტრუმენტებში. ისინი იყენებენ ლინზების მთელ სისტემას. მაგალითად, უმარტივესი მიკროსკოპის შემთხვევაში, რომელიც შედგება ორი ოპტიკური შუშისგან, პირველი ქმნის ობიექტის რეალურ გამოსახულებას დამეორე გამოიყენება მისი გამოსახულების გასადიდებლად. მაშასადამე, მეორე შუშა განთავსებულია პირველისგან შესაბამის მანძილზე, თხელ ლინზაში გამოსახულების აგების წესების მიხედვით.
