Hi ha objectes que són capaços de canviar la densitat del flux de radiació electromagnètica que cau sobre ells, és a dir, augmentant-lo recollint-lo en un punt, o bé disminuint-lo dispersant-lo. Aquests objectes s'anomenen lents en física. Fem una ullada més de prop a aquest problema.
Què són les lents en física?
Aquest concepte significa absolutament qualsevol objecte que sigui capaç de canviar la direcció de propagació de la radiació electromagnètica. Aquesta és la definició general de lents en física, que inclou ulleres òptiques, magnètiques i gravitatòries.
En aquest article, el focus es centrarà en les ulleres òptiques, que són objectes fets d'un material transparent i limitats per dues superfícies. Una d'aquestes superfícies ha de tenir necessàriament curvatura (és a dir, formar part d'una esfera de radi finit), en cas contrari l'objecte no tindrà la propietat de canviar la direcció de propagació dels raigs de llum.
El principi de la lent
L'essència del treball d'aquest senzillL'objecte òptic és el fenomen de refracció dels raigs solars. A principis del segle XVII, el famós físic i astrònom holandès Willebrord Snell van Rooyen va publicar la llei de la refracció, que actualment porta el seu cognom. La formulació d'aquesta llei és la següent: quan la llum solar travessa la interfície entre dos medis òpticament transparents, el producte del sinus de l'angle d'incidència entre el feix i la normal a la superfície i l'índex de refracció del medi en el qual es propaga és un valor constant.
Per aclarir l'anterior, posem un exemple: deixeu caure la llum sobre la superfície de l'aigua, mentre que l'angle entre la normal a la superfície i el feix és θ1. Aleshores, el feix de llum es refracta i comença la seva propagació a l'aigua ja en un angle θ2 a la normal a la superfície. Segons la llei de Snell, obtenim: sin(θ1)n1=sin(θ2) n2, on n1 i n2 són els índexs de refracció de l'aire i l'aigua, respectivament. Què és l'índex de refracció? Aquest és un valor que mostra quantes vegades la velocitat de propagació de les ones electromagnètiques en el buit és més gran que la d'un medi òpticament transparent, és a dir, n=c/v, on c i v són les velocitats de la llum en el buit i en el mitjà, respectivament.
La física de l'aparició de la refracció rau en la implementació del principi de Fermat, segons el qual la llum es mou de manera que supera la distància d'un punt a un altre de l'espai en el menor temps possible.
Tipus de lents
El tipus de lent òptica en física està determinat únicament per la forma de les superfícies que la formen. La direcció de refracció del feix que incideix sobre ells depèn d'aquesta forma. Per tant, si la curvatura de la superfície és positiva (convexa), aleshores, en sortir de la lent, el feix de llum es propagarà més a prop del seu eix òptic (vegeu més avall). Per contra, si la curvatura de la superfície és negativa (còncava), aleshores, passant pel vidre òptic, el feix s'allunyarà del seu eix central.
Tingueu en compte de nou que una superfície de qualsevol curvatura refracta els raigs de la mateixa manera (segons la llei de Stella), però les normals a ells tenen un pendent diferent respecte a l'eix òptic, donant lloc a un comportament diferent del raig refractat.
Una lent limitada per dues superfícies convexes s'anomena lent convergent. Al seu torn, si està format per dues superfícies amb curvatura negativa, s'anomena dispersió. Tots els altres tipus de vidres òptiques s'associen a una combinació d'aquestes superfícies, a la qual també s'afegeix un pla. Quina propietat tindrà la lent combinada (divergent o convergent) depèn de la curvatura total dels radis de les seves superfícies.
Elements de la lent i propietats del raig
Per incorporar lents a la física de la imatge, cal que us familiaritzeu amb els elements d'aquest objecte. S'enumeren a continuació:
- Eix òptic principal i centre. En el primer cas, signifiquen una línia recta que passa perpendicularment a la lent pel seu centre òptic. Aquest últim, al seu torn, és un punt dins de la lent, que passa pel qual el feix no experimenta refracció.
- Distància focal i focus: la distància entre el centre i un punt de l'eix òptic, que recull tots els raigs incidents a la lent paral·lel a aquest eix. Aquesta definició és certa per a la recollida d'ulleres òptiques. En el cas de les lents divergents, no són els propis raigs els que convergiran cap a un punt, sinó la seva continuació imaginària. Aquest punt s'anomena focus principal.
- Potència òptica. Aquest és el nom del recíproc de la distància focal, és a dir, D \u003d 1 / f. Es mesura en diòptries (diòptries), és a dir, 1 diòptria.=1 m-1.
Les següents són les principals propietats dels raigs que travessen la lent:
- el feix que passa pel centre òptic no canvia la seva direcció de moviment;
- raigs incidents paral·lels a l'eix òptic principal canvien la seva direcció de manera que passen pel focus principal;
- raigs que cauen sobre el vidre òptic en qualsevol angle, però que passen pel seu focus, canvien la seva direcció de propagació de manera que es tornen paral·lels a l'eix òptic principal.
Els
Les propietats anteriors dels raigs per a lents primes en física (com s'anomenen perquè no importa quines esferes es formen i el gruix que siguin, només les propietats òptiques de l'objecte són importants) per construir-hi imatges..
Imatges amb ulleres òptiques: com es construeixen?
A continuació hi ha una figura que detalla els esquemes per construir imatges a les lents convexes i còncaves d'un objecte(fletxa vermella) segons la seva posició.
De l'anàlisi dels circuits de la figura es dedueixen conclusions importants:
- Qualsevol imatge es construeix amb només 2 raigs (que passen pel centre i paral·lels a l'eix òptic principal).
- Les lents convergents (indicades amb fletxes als extrems que apunten cap a fora) poden donar tant una imatge ampliada com una reduïda, que al seu torn pot ser real (real) o imaginària.
- Si l'objecte està enfocat, aleshores la lent no forma la seva imatge (vegeu el diagrama inferior a l'esquerra de la figura).
- Les ulleres òptiques de dispersió (indicades per fletxes als seus extrems apuntant cap a dins) sempre donen una imatge reduïda i virtual, independentment de la posició de l'objecte.
Trobant la distància a una imatge
Per determinar a quina distància apareixerà la imatge, coneixent la posició del propi objecte, donem la fórmula de la lent en física: 1/f=1/do + 1 /d i, on do i di són la distància a l'objecte i a la seva imatge des de l'òptica centre, respectivament, f és el focus principal. Si estem parlant d'un vidre òptic col·lector, el nombre f serà positiu. Per contra, per a una lent divergent, f és negativa.
Utilitzem aquesta fórmula i resolem un problema senzill: deixem que l'objecte estigui a una distància do=2f del centre del vidre òptic col·lector. On apareixerà la seva imatge?
De la condició del problema tenim: 1/f=1/(2f)+1/di. Des de: 1/di=1/f - 1/(2f)=1/(2f), és a dir, di=2 f. Així, la imatge apareixerà a una distància de dos focus de la lent, però a l' altre costat de l'objecte en si (això s'indica amb el signe positiu del valor di).
Una breu història
És curiós donar l'etimologia de la paraula "lent". Prové de les paraules llatines lens i lentis, que significa "llentia", ja que els objectes òptics en la seva forma semblen realment el fruit d'aquesta planta.
El poder refractiu dels cossos transparents esfèrics era conegut pels antics romans. Per a això, van utilitzar recipients de vidre rodons plens d'aigua. Les lents de vidre es van començar a fabricar només al segle XIII a Europa. S'utilitzaven com a eina de lectura (ulleres modernes o lupa).
L'ús actiu d'objectes òptics en la fabricació de telescopis i microscopis es remunta al segle XVII (a principis d'aquest segle, Galileu va inventar el primer telescopi). Tingueu en compte que la formulació matemàtica de la llei de refracció de Stella, sense coneixement de la qual és impossible fabricar lents amb les propietats desitjades, va ser publicada per un científic holandès a principis del mateix segle XVII.
Altres lents
Com s'ha indicat anteriorment, a més dels objectes refractius òptics, també hi ha objectes magnètics i gravitatoris. Un exemple del primer són les lents magnètiques en un microscopi electrònic, un exemple viu del segon és la distorsió de la direcció del flux de llum,quan passa prop de cossos espacials massius (estrelles, planetes).
