Les lents són objectes transparents que poden refractar la llum solar. Estan fets principalment de vidre. Les paraules "refractar la llum" es refereixen a la capacitat de canviar la direcció de propagació dels raigs de llum incidents. Considerem com es construeixen les imatges en una lent fina.
Antecedents històrics
Les primeres lents conegudes pels antics grecs i romans eren recipients de vidre esfèrics plens d'aigua. Aquests prototips d'ulleres òptiques modernes es van utilitzar per encendre focs.
Només a finals del segle XIII es va fabricar la primera lent de vidre a Europa. Des de llavors, el procés de fabricació no ha canviat gaire. L'única innovació va ser l'ús de quitrà per part d'Isaac Newton al segle XVII per polir les superfícies dels objectes òptics.
Recollida i dispersió d'ulleres òptiques
Per facilitar la comprensió de la construcció d'imatges en una lent fina, tingueu en comptela pregunta és, què són les ulleres òptiques. En general, només hi ha dos tipus de lents, que es diferencien en la seva forma i capacitat per refractar el flux de llum. Es distingeixen els següents tipus:
- Lents convergents. Aquest tipus té un gruix de la seva part central més gran que el gruix de les vores. La imatge resultant en una lent convergent es forma a l' altre costat de la llum que hi cau. Aquest tipus té la capacitat de recollir la llum en un sol punt (enfocament positiu).
- Lents divergents. La seva part central és més prima que les vores. A causa de la seva forma, aquestes ulleres òptiques dispersen la llum que els incideix, la qual cosa provoca la formació d'una imatge al mateix costat de la lent quan hi cauen els raigs d'un objecte. La imatge generada és molt més petita que l'element real. Si els raigs dispersos per aquest vidre òptic es continuen de tal manera que es determinen el seu origen, llavors semblarà que emergeixen d'un punt davant seu. Aquest punt s'anomena focus, que és negatiu o imaginari per a una lent divergent.
Diferents formes d'ulleres òptiques
Els dos tipus de lents existents es poden fer de diverses maneres. Es distingeixen les 6 formes següents:
- Biconvex.
- Plano-convex.
- Amb un menisc convex (còncau-convex).
- Bicòncava.
- Planocòncava.
- Amb un menisc còncava (convex-còncava).
Elements de vidre convexos
Per entendre la física de la lent i incorporar-hilents fines d'imatge, cal conèixer els elements bàsics d'aquest objecte òptic. Enumerem-los:
- El centre òptic (O) és el punt per on passa la llum sense refractar-se.
- L'eix principal és una línia recta que passa pel punt del centre òptic i el focus principal.
- El focus principal o principal (F) és el punt pel qual passen els raigs de llum o les seves extensions si cauen sobre un vidre òptic paral·lel al seu eix principal.
- Eix auxiliar: qualsevol línia recta que passi pel centre òptic.
- Els radis de curvatura són els dos radis, R1 i R2, de les esferes que formen la lent.
- Centres de curvatura: dos centres d'esferes, C1 i C2, que formen les superfícies del vidre òptic.
- Distància focal (f): la distància entre el punt focal i el centre òptic. Hi ha una altra definició del valor (f): aquesta és la distància des del centre de la lent òptica a la imatge, que dóna un objecte situat infinitament lluny.
Propietats òptiques
Ja sigui un simple vidre convex o sistemes òptics complexos, que són una col·lecció de lents individuals, les seves propietats òptiques depenen de dos paràmetres: la distància focal i la relació entre la distància focal i el diàmetre de la lent.
La distància focal es mesura de dues maneres:
- En unitats de distància normal, com ara 10 cm, 1 m, etc.
- En diòptries, aquest és un valor inversament proporcional a la distància focal, mesurada en metres.
Per exemple, un vidre òptic amb una potència d'1 diòptria té una distància focal d'1 m, mentre que una lent amb una potència de 2 diòptries té una distància focal de només 0,5 m.
El diàmetre d'una lent i la seva relació amb la distància focal determinen la capacitat del vidre òptic per recollir la llum o la seva emissió de llum.
Propietats dels raigs que passen per la lent
A les escoles de 8è, construir imatges amb lents primes és un dels temes importants de la física. Per aprendre a construir aquestes imatges, cal conèixer no només els conceptes i elements bàsics, sinó també les propietats d'alguns raigs que passen per un objecte òpticament actiu:
- Qualsevol raig que passi paral·lel a l'eix principal es refracta de manera que o bé passa pel focus (en el cas d'una lent convergent), o bé la seva continuació imaginària passa pel focus (en el cas d'una lent convergent). divergent).
- El feix que travessa el focus es refracta perquè continuï el seu moviment paral·lel a l'eix principal. Tingueu en compte que en el cas d'una lent divergent, aquesta regla és vàlida si la continuació del feix que hi incideix passa pel focus situat a l' altre costat de l'objecte òptic.
- Qualsevol raig de llum que travessa el centre de la lent no experimenta cap refracció i no canvia de direcció.
Característiques de la creació d'imatges en lents primes
Tot i que recollint i dispersant òpticales ulleres tenen propietats similars, la construcció d'imatges en cadascuna d'elles té les seves pròpies característiques.
Quan es construeixen imatges, la fórmula de la lent fina és:
1/f=1/do+1/di, on do i di és la distància del centre òptic a l'objecte i a la seva imatge.
Tingueu en compte que la distància focal (f) és positiva per a les lents convergents i negativa per a les divergents.
L'aplicació de les propietats anteriors dels raigs que travessen un vidre òptic col·lector condueix als resultats següents:
- Si l'objecte es troba a una distància de més de 2f, s'obté una imatge real, que té una mida més petita que l'objecte. Ho veiem al revés.
- Un objecte col·locat a una distància de 2f de la lent dóna com a resultat una imatge real invertida de la mateixa mida que l'objecte en si.
- Si l'objecte es troba a una distància de més de f, però inferior a 2f, s'obté una imatge real invertida i ampliada.
- Si l'objecte es troba al punt focal, els raigs que travessen el vidre òptic es tornen paral·lels, la qual cosa significa que no hi ha imatge.
- Si un objecte està més a prop d'una distància focal, la seva imatge serà imaginària, directa i més gran que l'objecte en si.
Com que les propietats dels raigs que passen per una lent convergent i divergent són semblants, la construcció d'imatges donades per una lent prima d'aquest tipus es realitza seguint unes regles semblants.
Dibuixosimatges per a diverses ocasions
Als dibuixos, una lent convergent s'indica amb una línia als extrems de la qual hi ha fletxes que apunten cap a fora, i una lent divergent s'indica amb una línia amb fletxes als extrems dirigides cap a dins, és a dir, l'un a l' altre.
A la figura següent es mostren diferents variants dels dibuixos per a la construcció d'imatges en lents primes, que s'han comentat al paràgraf anterior.
Com es pot veure a la figura, totes les imatges (per a qualsevol tipus de vidre òptic i la ubicació de l'objecte respecte a elles) estan construïdes sobre dos feixos. Un està dirigit paral·lel a l'eix principal i l' altre passa pel centre òptic. L'ús d'aquests feixos és convenient perquè es coneix el seu comportament després de passar per la lent. Tingueu en compte també que la vora inferior de l'objecte (fletxa vermella en aquest cas) es troba a l'eix òptic principal, de manera que n'hi ha prou amb construir només la imatge del punt superior de l'objecte. Si l'objecte (fletxa vermella) es troba arbitràriament respecte al vidre òptic, cal crear una imatge de les seves parts superior i inferior de manera independent.
Dos feixos són suficients per crear qualsevol imatge. Si hi ha incertesa sobre el resultat, es pot comprovar amb el tercer raig. S'ha de dirigir a través del focus (davant de la lent convergent i darrere de la lent divergent), després de passar pel vidre òptic i la refracció en ell, el feix serà paral·lel a l'eix òptic principal. Si es resol el problema de construir una imatge en una lent finadreta, després passarà pel punt on es tallen les dues bigues principals.
El procés de fabricació d'objectes òptics
La majoria de les lents estan fetes de tipus especials de vidre anomenats lents òptiques. No hi ha tensions internes, bombolles d'aire i altres imperfeccions en aquest vidre.
El procés de fabricació de lents té lloc en diverses etapes. En primer lloc, es talla un objecte còncau o convex de la forma desitjada d'un bloc de vidre òptic utilitzant eines metàl·liques adequades. Després es polia amb quitrà. En l'etapa final, el vidre òptic es redimensiona amb eines abrasives perquè el centre de gravetat coincideixi exactament amb el centre òptic.
A causa del desenvolupament de tecnologies per a l'obtenció i el processament de diferents tipus de plàstic, les lents es fabriquen cada cop més amb tipus de plàstic transparent, que són més barats, lleugers i menys fràgils que els seus homòlegs de vidre.
Àrees d'aplicació
Les ulleres òptiques s'utilitzen per resoldre diversos problemes de visió. Per a això, s'utilitzen tant lents de contacte de plàstic com de vidre (amb ulleres).
A més, les ulleres òptiques s'utilitzen en càmeres fotogràfiques, microscopis, telescopis i altres instruments òptics. Utilitzen tot un sistema de lents. Per exemple, en el cas del microscopi més senzill, format per dos vidres òptics, el primer forma una imatge real de l'objecte, iel segon s'utilitza per ampliar la seva imatge. Per tant, el segon vidre es troba a una distància adequada del primer, d'acord amb les regles de construcció d'imatges en una lent fina.
