Na lekcjach biologii prawdopodobnie pracowałeś z mikroskopem. Widziałeś lornetkę, lunetę, teleskop, umiesz korzystać z aparatu fotograficznego. Niektórzy z was noszą okulary. Wszystkie te urządzenia łączy wspólna część podstawowa - soczewka. O znaczeniu tych urządzeń w życiu człowieka możesz opowiedzieć samodzielnie. O tym, czym jest soczewka, jakie istnieją rodzaje soczewek i jakie są ich właściwości dowiesz się z tego paragrafu.
Soczewki
Soczewka jest to bryła przezroczysta ograniczona dwiema powierzchniami sferycznymi*.
Soczewki dzielimy na skupiające (rys. 14.1) i rozpraszające (rys. 14.2).
Gdy grubość soczewki d, liczona wzdłuż kierunku głównej osi optycznej, jest znacznie mniejsza od promieni krzywizn sfer ograniczających soczewkę, to taką soczewkę nazywamy soczewką cienką. Dalej będziemy mówić wyłącznie o soczewkach cienkich.
Prostą, łączącą środki powierzchni sferycznych, ograniczających soczewkę, nazywamy główną osią optyczną soczewki (rys. 14.3).
Gdy na soczewkę skierujemy wiązkę promieni świetlnych, to będą one w niej załamywać się, czyli zmieniać swój kierunek. Oprócz tego na głównej osi optycznej soczewki jest punkt, przez który promień świetlny przechodzi nie załamując się. Ten punkt nazywamy środkiem optycznym soczewki (patrz rys. 14.3).
Rys. 14.3. Soczewka cienka: 0:02 - główna oś optyczna soczewki; d - grubość soczewki, Ry R2 - promienie powierzchni sferycznych; 0 - środek optyczny soczewki
Skierujmy wiązkę promieni równoległych do jej osi optycznej. Jeżeli promienie przechodząc przez soczewkę skupiają się, taką soczewkę nazywamy skupiającą. Punkt F, w którym przecinają się
promienie załamane, nazywamy głównym rzeczywistym ogniskiem soczewki (rys. 14.4).
Soczewka rozpraszająca jest to soczewka, w której równoległa do głównej osi optycznej wiązka światła po przejściu przez nią rozchodzi się w ten sposób, że przedłużenia załamanych promieni przecinają się w jednym punkcie. Punkt F przecięcia się przedłużeń promieni nosi nazwę ogniska pozornego soczewki (rys. 14.5).
Zwróć uwagą-, dowolna wiązka równoległych promieni, jeżeli nawet te promienie nie są równoległe do głównej osi optycznej, po przejściu przez soczewkę skupiającą zawsze przecina się w jednym punkcie (rys. 1443) (jeżeli soczewka rozpraszająca, to w jednym punkcie przecinają się przedłużenia promieni załamanych).
Jeżeli gęstość optyczna materiału, z którego sporządzono soczewkę, jest większa od optycznej gęstości środowiska (ns>?iś), wypukła soczewka będzie zbierała promienie (czyli stanie się skupiającą), natomiast wklęsła soczewka będzie rozpraszała promienie (czyli będzie rozpraszającą).
Jeżeli gęstość optyczna materiału, z którego sporządzono soczewkę jest mniejsza od optycznej gęstości środowiska (ns>nś), wypukła soczewka będzie rozpraszającą (rys. 14.7, o), wklęsła soczewka - skupiającą (rys. 14.7, b).
Jak uważasz, skupiającą czy rozpraszającą będzie wypukła szklana soczewka w powietrzu? wypukła powietrzna soczewka w szkle?
Podajemy definicję zdolności skupiającej soczewki
Niezależnie od kształtu każda soczewka posiada dwa główne ogniska”, znajdujące się w jednakowej odległości od środka optycznego soczewki (patrz rys. 14.8).
Odległość od optycznego środka soczewki do ogniska głównego nazywamy ogniskową soczewki.
Ogniskową soczewki (podobnie jak ognisko) oznaczamy symbolem F. Jednostką ogniskowej w SI jest metr:
Ogniskową soczewki skupiającej uważamy za dodatnią, a rozpraszającej - ujemną. Prawdopodobnie, im więcej załamuje soczewka, tym mniejsza jest jej ogniskowa (rys. 14.8).
Zdolnością skupiającą soczewki nazywamy odwrotność ogniskowej soczewki wyrażonej w metrach.
Zdolność skupiającą soczewki oznaczamy D i obliczamy według wzoru:
gdzie F - ogniskowa.
Jednostką zdolności ogniskowej jest dioptria:
1 dioptria - jest to zdolność skupiająca soczewki o ogniskowej 1 m.
Zdolność skupiająca soczewki skupiającej jest dodatnia, a rozpraszającej -ujemna.
Podsumowanie
Soczewka jest to bryła przezroczysta ograniczona dwiema powierzchniami sferycznymi.
Soczewka skupiająca skupia w jednym punkcie wszystkie promienie biegnące równolegle do głównej osi optycznej. Punkt skupienia promieni nosi nazwę ogniska, a jego odległość do środka soczewki nazywa się ogniskową. Soczewka rozpraszająca rozprasza wszystkie promienie biegnące do głównej osi optycznej, a przedłużenia promieni załamanych przecinają się w pozornym ognisku soczewki.
Zdolnością skupiającą soczewki nazywamy odwrotność ogniskowej soczewki
wyrażonej w metrach:
Zdolność skupiającą soczewki mierzymy w diop
triach: 1 dptr = 1 m 1.
Pytania kontrolne
11. Podaj definicję soczewki. 2. Jakie rodzaje soczewek znasz? 3. Czym różni się soczewka rozpraszająca od skupiającej? 4. Co nazywamy rzeczywistym ogniskiem soczewki? 5. Dlaczego ognisko soczewki rozpraszającej nazywamy pozornym?
6. Co nazywamy ogniskową soczewki? 7. Podaj definicję zdolności skupiającej soczewki. W jakich jednostkach ją mierzymy? 8. Zdolność skupiająca jakiej soczewki jest przyjęta za jedność?
Ćwiczenie nr 14
1. Zdolność skupiająca jednej soczewki wynosi —2 dptr, a drugiej - +2 dptr. Czym różnią się te soczewki?
2. Ogniskowa jednej soczewki równa się +0,5 m, a drugiej — +1 m. Jaka soczewka ma większą zdolność skupiającą?
3. Zdolność skupiająca soczewki równa się —1,6 dptr. Ile wynosi ogniskowa tej soczewki?
Jaka to soczewka - skupiająca czy rozpraszająca?
4. Dwie skupiające soczewki sporządzono z jednakowego szkła. Jak przez dotyk można określić, która z soczewek ma większą zdolność skupiającą?
5. Na soczewkę skierowano równoległą wiązkę światła (rys. 1). Określ, rodzaj tej soczewki.
Oznacz środek optyczny i ognisko soczewki.
Zmierz ogniskową i wyznacz zdolność skupiającą soczewki.
6. Lód ma pustkę w postaci soczewki wklęsłej. Będzie ta soczewka skupiać czy rozpraszać światło? Uzasadnij odpowiedź.
7. Które z przedstawionych na rys. 2 trójkątów są podobne? Oblicz długość odcinków SJAj i OF, jeżeli AO= 10 cm, SA= 2 cm, OA1 = 6 cm.
Doświadczenie
Zaproponuj metodę pomiaru ogniskowej i zdolności skupiającej soczewki skupiającej za pomocą linijki. Wykonaj pomiary. Podpowiedz-, promienie, biegnące od przedmiotu znajdującego się na dużej odległości, są równoległe.
Fizyka i technika na Ukrainie
Instytut fizyki PAN Ukrainy (Kijów) - to czołowa naukowa instytucja rozwiązująca fundamentalne problemy fizyki eksperymentalnej i teoretycznej.
Osiągnięcia uczonych instytutu w dziedzinie fizyki ciała stałego i kryształów ciekłych, optyki, elektroniki fizycznej i kwantowej, energetyki jądrowej, nanofizyki są znane na światową skalę.
W instytucie pracowali tacy wybitni naukowcy: W. Łynnyk, G. Pfejffer, W. Łaszkariow, S. Pekar, M. Pasicznyk, A. Łejpuński, M. Morgulis, G. Łatyszew, A. Dawydow, A. Prychodko, M. Szpak i in.
Na bazie Instytutu fizyki stworzono Instytut metalofizyki, Instytut półprzewodników, Instytut fizyki teoretycznej, Instytut badań jądrowych, Instytut optyki stosowanej PAN Ukrainy. Obecnie w Instytucie fizyki pracują wybitni uczeni, akademicy PAN Ukrainy: A. Naumowec (elektronika fizyczna) - wiceprezydent PAN Ukrainy, M. Brodyn (nieliniowa optyka) - dyrektor honorowy instytutu, L. Jacenko (optyka koherentna i kwantowa) - dyrektor instytutu od 2008 r.
Źródło: Fizyka podręcznik dla klasy 9 Barjachtar