Ka objekte që janë të afta të ndryshojnë densitetin e fluksit të rrezatimit elektromagnetik që bie mbi to, domethënë ose ta rrisin atë duke e mbledhur në një pikë, ose ta zvogëlojnë duke e shpërndarë. Këto objekte në fizikë quhen lente. Le t'i hedhim një vështrim më të afërt kësaj çështjeje.
Çfarë janë lentet në fizikë?
Ky koncept nënkupton absolutisht çdo objekt që është në gjendje të ndryshojë drejtimin e përhapjes së rrezatimit elektromagnetik. Ky është përkufizimi i përgjithshëm i thjerrëzave në fizikë, i cili përfshin syzet optike, lentet magnetike dhe gravitacionale.
Në këtë artikull, fokusi do të jetë te gotat optike, të cilat janë objekte të bëra nga një material transparent dhe të kufizuar nga dy sipërfaqe. Njëra nga këto sipërfaqe duhet të ketë domosdoshmërisht lakim (d.m.th., të jetë pjesë e një sfere me rreze të fundme), përndryshe objekti nuk do të ketë vetinë të ndryshojë drejtimin e përhapjes së rrezeve të dritës.
Parimi i lenteve
Thelbi i punës së kësaj të pakomplikuarobjekt optik është dukuria e përthyerjes së rrezeve të diellit. Në fillim të shekullit të 17-të, fizikani dhe astronomi i famshëm holandez Willebrord Snell van Rooyen publikoi ligjin e thyerjes, i cili aktualisht mban mbiemrin e tij. Formulimi i këtij ligji është si vijon: kur rrezet e diellit kalojnë përmes ndërfaqes ndërmjet dy mediave optikisht transparente, atëherë produkti i sinusit të këndit të rënies ndërmjet rrezes dhe normales në sipërfaqe dhe indeksi i thyerjes së mjedisit në të cilin ajo përhapet është një vlerë konstante.
Për të sqaruar sa më sipër, le të japim një shembull: le të bjerë drita në sipërfaqen e ujit, ndërsa këndi midis normales me sipërfaqen dhe rrezes është θ1. Më pas, rrezja e dritës thyhet dhe fillon përhapjen e saj në ujë tashmë në një kënd θ2 me normalen në sipërfaqe. Sipas ligjit të Snell-it, marrim: sin(θ1)n1=mëkat(θ2) n2, ku n1 dhe n2 janë indekset refraktive për ajrin dhe ujin, respektivisht. Cili është indeksi i thyerjes? Kjo është një vlerë që tregon se sa herë shpejtësia e përhapjes së valëve elektromagnetike në vakum është më e madhe se ajo për një mjedis optikisht transparent, domethënë n=c/v, ku c dhe v janë shpejtësitë e dritës në vakum dhe në mesatare, respektivisht.
Fizika e shfaqjes së përthyerjes qëndron në zbatimin e parimit të Fermatit, sipas të cilit drita lëviz në atë mënyrë që të kapërcejë distancën nga një pikë në tjetrën në hapësirë në kohën më të shkurtër.
Llojet e lenteve
Lloji i lenteve optike në fizikë përcaktohet vetëm nga forma e sipërfaqeve që e formojnë atë. Drejtimi i thyerjes së rrezes që bie mbi to varet nga kjo formë. Pra, nëse lakimi i sipërfaqes është pozitive (konveks), atëherë, me daljen nga thjerrëza, rrezja e dritës do të përhapet më afër boshtit të saj optik (shih më poshtë). Anasjelltas, nëse lakimi i sipërfaqes është negative (konkave), atëherë duke kaluar nëpër xhamin optik, rrezja do të largohet nga boshti i saj qendror.
Vini re përsëri se një sipërfaqe e çdo lakimi thyen rrezet në të njëjtën mënyrë (sipas ligjit të Stellës), por normalet ndaj tyre kanë një pjerrësi të ndryshme në lidhje me boshtin optik, duke rezultuar në sjellje të ndryshme të rrezes së thyer.
Një lente e kufizuar nga dy sipërfaqe konvekse quhet lente konvergjente. Nga ana tjetër, nëse formohet nga dy sipërfaqe me lakim negativ, atëherë quhet shpërhapje. Të gjitha llojet e tjera të syzeve optike shoqërohen me një kombinim të këtyre sipërfaqeve, të cilave u shtohet edhe një plan. Çfarë vetie do të ketë thjerrëza e kombinuar (divergjente ose konvergjente) varet nga lakimi total i rrezeve të sipërfaqeve të saj.
Elementet e lenteve dhe vetitë e rrezeve
Për të ndërtuar lente në fizikën e imazhit, duhet të njiheni me elementët e këtij objekti. Ato janë renditur më poshtë:
- Aksi dhe qendra kryesore optike. Në rastin e parë, ato nënkuptojnë një vijë të drejtë që kalon pingul me thjerrëzën përmes qendrës së saj optike. Kjo e fundit, nga ana tjetër, është një pikë brenda thjerrëzës, që kalon nëpër të cilën rrezja nuk përjeton thyerje.
- Gjatësia fokale dhe fokusi - distanca midis qendrës dhe një pike në boshtin optik, e cila mbledh të gjitha rrezet që bien në thjerrëza paralelisht me këtë bosht. Ky përkufizim është i vërtetë për mbledhjen e syzeve optike. Në rastin e lenteve divergjente, nuk janë vetë rrezet ato që do të konvergojnë në një pikë, por vazhdimi i tyre imagjinar. Kjo pikë quhet fokusi kryesor.
- Fuqia optike. Ky është emri i reciprocit të gjatësisë fokale, domethënë D \u003d 1 / f. Ajo matet me dioptri (dioptri), pra 1 dioptri.=1 m-1.
Këto janë vetitë kryesore të rrezeve që kalojnë nëpër thjerrëza:
- rrezja që kalon nëpër qendrën optike nuk e ndryshon drejtimin e saj të lëvizjes;
- rrezet që bien paralel me boshtin kryesor optik ndryshojnë drejtimin e tyre në mënyrë që të kalojnë nëpër fokusin kryesor;
- rrezet që bien mbi xhamin optik në çdo kënd, por duke kaluar nëpër fokusin e tij, ndryshojnë drejtimin e tyre të përhapjes në atë mënyrë që ato bëhen paralele me boshtin kryesor optik.
Vetitë e mësipërme të rrezeve për thjerrëzat e holla në fizikë (siç quhen sepse pavarësisht se çfarë sferash formohen dhe sa të trasha janë, vetëm vetitë optike të objektit kanë rëndësi) përdoren për të ndërtuar imazhe në to..
Imazhet në syze optike: si të ndërtoni?
Më poshtë është një figurë që detajon skemat për ndërtimin e imazheve në thjerrëzat konvekse dhe konkave të një objekti(shigjeta e kuqe) në varësi të pozicionit të saj.
Përfundime të rëndësishme rrjedhin nga analiza e qarqeve në figurë:
- Çdo imazh është ndërtuar mbi vetëm 2 rreze (që kalojnë nëpër qendër dhe paralel me boshtin kryesor optik).
- Lentet konvergjente (të shënuara me shigjeta në skajet e drejtuara nga jashtë) mund të japin një imazh të zmadhuar dhe të reduktuar, i cili nga ana tjetër mund të jetë real (real) ose imagjinar.
- Nëse objekti është në fokus, atëherë thjerrëza nuk e formon imazhin e saj (shih diagramin e poshtëm majtas në figurë).
- Shpërndarja e syzeve optike (të shënuara me shigjeta në skajet e tyre të drejtuara nga brenda) japin gjithmonë një imazh të reduktuar dhe virtual, pavarësisht nga pozicioni i objektit.
Gjetja e distancës nga një imazh
Për të përcaktuar se në cilën distancë do të shfaqet imazhi, duke ditur pozicionin e vetë objektit, japim formulën e thjerrëzës në fizikë: 1/f=1/do + 1 /d i, ku do dhe di janë distanca nga objekti dhe imazhi i tij nga optike qendra, përkatësisht, f është fokusi kryesor. Nëse po flasim për një gotë optike grumbulluese, atëherë numri f do të jetë pozitiv. Anasjelltas, për një lente divergjente, f është negative.
Le të përdorim këtë formulë dhe të zgjidhim një problem të thjeshtë: le të jetë objekti në një distancë do=2f nga qendra e xhamit optik grumbullues. Ku do të shfaqet imazhi i tij?
Nga kushti i problemës kemi: 1/f=1/(2f)+1/di. Nga: 1/di=1/f - 1/(2f)=1/(2f), d.m.th. di=2 f. Kështu, imazhi do të shfaqet në një distancë prej dy fokusesh nga lentet, por në anën tjetër sesa vetë objekti (kjo tregohet nga shenja pozitive e vlerës di).
Një histori e shkurtër
Është kurioze të japim etimologjinë e fjalës "thjerrëza". Vjen nga fjalët latine lens dhe lentis, që do të thotë "thjerrëz", pasi objektet optike në formën e tyre duken vërtet si fryti i kësaj bime.
Fuqia thyerëse e trupave transparentë sferikë ishte e njohur për romakët e lashtë. Për këtë qëllim përdorën enë qelqi të rrumbullakëta të mbushura me ujë. Vetë lentet e qelqit filluan të bëhen vetëm në shekullin e 13-të në Evropë. Ato u përdorën si mjet leximi (syze moderne ose xham zmadhues).
Përdorimi aktiv i objekteve optike në prodhimin e teleskopëve dhe mikroskopëve daton në shekullin e 17-të (në fillim të këtij shekulli, Galileo shpiku teleskopin e parë). Vini re se formulimi matematikor i ligjit të përthyerjes së Stellës, pa njohuri për të cilin është e pamundur të prodhohen lente me vetitë e dëshiruara, u botua nga një shkencëtar holandez në fillim të të njëjtit shekull të 17-të.
Lente të tjera
Siç u përmend më lart, përveç objekteve refraktive optike, ka edhe objekte magnetike dhe gravitacionale. Një shembull i të parës janë thjerrëzat magnetike në një mikroskop elektronik, një shembull i gjallë i këtij të fundit është shtrembërimi i drejtimit të fluksit të dritës,kur kalon pranë trupave masive hapësinore (yje, planetë).
