Линзы в физике - это прозрачные оптические элементы, ограниченные двумя поверхностями, из которых хотя бы одна является криволинейной. Линзы могут быть собирающими (выпуклыми) или рассеивающими (вогнутыми).
- Пример: очковые линзы для коррекции зрения
- собирающая линза в фотоаппарате
Этим сегодня и займемся:
узнаем, что такое линза в физике и какие бывают линзы;
поговорим о том, что такое оптическая сила линзы, на что она влияет и в каких единицах ее измеряют;
свяжем физику с математикой и посмотрим, как с помощью формул можно рассчитать оптическую силу.
А еще мы немного порисуем: даже самые серьезные физики любят иллюстрировать свои объяснения забавными рисунками. :)
Что такое линзы
Вспомните, в каких ситуациях вы сталкивались со словом «линза». Верно, есть линзы для зрения, линзы в объективе фотоаппарата. Теперь пришло время разобраться, что такое линза в мире физики.
Действие линз основано на законах преломления света. Параллельные пучки световых лучей, проходя через линзу, преломляются и меняют свое направление: они могут сходиться в одной точке или же рассеиваться в разные стороны.
Виды линз
Линзы делятся на две группы: рассеивающие и собирающие, чье назначение понятно из названия. В свою очередь, и рассеивающие, и собирающие линзы бывают различных видов по своему строению. Давайте внимательно рассмотрим рисунок.
Виды линз в физике:
- Выпуклые - собирающие (положительные):
- двояковыпуклая
- плоско-выпуклая
- вогнуто-выпуклая
- Вогнутые - рассеивающие (отрицательные):
- двояковогнутая
- плоско-вогнутая
- выпукло-вогнутая
Выпуклые линзы собирают свет, вогнутые линзы его рассеивают.
Запомните и еще одно отличие: в собирающих линзах середина толще краев, а в рассеивающих — края толще середины.
Хорошая новость: при решении физических задач мы не будем прописывать строение линзы или определять: это вогнуто-выпуклая или выпукло-вогнутая. Мы будем использовать схематичное изображение для собирающей и рассеивающей линзы, где сразу будет понятно, с чем мы имеем дело.
Что такое оптическая сила линзы
Тема нашей статьи — «Оптическая сила линзы», но чтобы детально разобраться в этом понятии, нам необходимо вспомнить еще несколько моментов, связанных с основными точками и линиями линзы для построения хода лучей. Эти точки будут одинаковыми и для собирающей, и для рассеивающей линз.
Главная оптическая ось (далее — ГОО) — воображаемая линия, которая проходит через центр линзы и перпендикулярна плоскости линзы. Точка О — оптический центр линзы. Лучи света, которые проходят через эту точку, не будут преломляться.
Обратите внимание, что точка фокуса есть и справа, и слева от линзы. Фокус, который располагается левее линзы, называют мнимым фокусом — в нем при определенных условиях могут пересечься не сами лучи, а только их продолжения, и в этой плоскости мы получим только мнимое изображение.
На главной оптической оси располагают и точку 2F, но тут все просто — мы ставим ее на двойном фокусном расстоянии. Расстояние от объекта до линзы обозначают буквой d, а от линзы до изображения — буквой f.
В зависимости от того, как близко стоит объект перед линзой, мы будем получать разные по размеру действительные и мнимые изображения объекта. Чтобы характеризовать увеличивающую способность линзы, ввели понятие «оптическая сила».
Эта физическая величина обозначается латинской буквой D и измеряется в диоптриях. Сокращенное обозначение — дптр.
Как найти оптическую силу линзы с помощью формулы
Оптическая сила — это величина, обратно пропорциональная фокусному расстоянию, следовательно ее можно рассчитать в диоптриях по формуле:
Так как фокусное расстояние измеряется в метрах, можно сделать логичное заключение:
Разберем еще 3 формулы, которые помогут вам решать задачи по этой теме.
Если необходимо рассчитать оптическую силу системы двух линз, воспользуйтесь формулой:
D = D1 + D2 – dD1D2, где: D — конечная оптическая сила, D1 — оптическая сила первой линзы, D2 — оптическая сила второй линзы, d — расстояние между линзами. Для системы тонких линз оптическая сила рассчитывается как алгебраическая сумма оптических сил каждой линзы:
D = D1 + D2 + D3 + … + Dn. Оптическую силу линзы также можно рассчитать через формулу тонкой линзы:
1/F = 1/f + 1/d или D = 1/f + 1/d, так как D = 1/F, где: F — фокусное расстояние, D — оптическая сила линзы, f — расстояние от линзы до изображения, d — расстояние от объекта до линзы.
Получи больше пользы от Skysmart:
-
Подтяни оценки на курсах по физике.
-
Выбирай из 890+ репетиторов по физике.
Записывайся на бесплатные курсы для детей.
Проверьте себя
Чтобы закрепить пройденный материал, давайте подведем промежуточные итоги в виде обсуждения в стиле «вопрос-ответ». С помощью этой таблицы вы можете подготовиться к контрольной работе по теме: закройте правую часть рукой и ответьте на вопросы.
Вопрос |
Ответ |
|---|---|
Что называется оптической силой линзы? |
Свойство линзы преломлять лучи |
Что характеризует оптическая сила? |
Увеличивающую способность линзы |
В каких единицах измеряют оптическую силу линзы? |
В диоптриях |
Как определить оптическую силу линзы? |
По формуле D = 1/F, где: D — оптическая сила, F — фокусное расстояние. |
Одинаковая ли оптическая сила у собирающей и рассеивающей линзы? |
Нет, так как у рассеивающей линзы продолжения преломленных лучей пересекаются во мнимом фокусе. Оптическая сила рассеивающей линзы записывается со знаком «минус», а собирающей — со знаком «плюс». |
Геометрическая оптика и оптика в целом — очень интересные разделы физики. Они не просто рассказывают, как ведут себя световые лучи, но и помогают построить невероятные приборы на основе их поведения. Например, телескопы, микроскопы, фотоаппараты. Даже в организме человека есть оптический прибор — глаз, с помощью которого мы можем наблюдать всю красоту этого мира.
Интересно, как именно он устроен? Присоединяйтесь к онлайн-курсам физики в школе Skysmart, чтобы узнать больше. На занятиях мы рассказываем, как человек с особенностями зрения подбирает для себя очки, можно ли с помощью физики объяснить причину астигматизма, близорукости и дальнозоркости и многое другое. Ждем вас на уроках — впереди еще много интересного!
