Lensler, güneş ışığını kırabilen saydam nesnelerdir. Esas olarak camdan yapılırlar. "Işığı kırma" kelimeleri, gelen ışık ışınlarının yayılma yönünü değiştirme yeteneğini ifade eder. Görüntülerin ince bir mercekte nasıl oluşturulduğunu düşünelim.
Tarihsel arka plan
Eski Yunanlılar ve Romalılar tarafından bilinen ilk lensler, suyla dolu küresel cam kaplardı. Modern optik gözlüklerin bu prototipleri, ateş yakmak için kullanıldı.
İlk cam merceğin Avrupa'da yapılması ancak 13. yüzyılın sonunda oldu. O zamandan beri, üretim süreci pek değişmedi. Tek yenilik, optik nesnelerin yüzeylerini cilalamak için 17. yüzyılda Isaac Newton tarafından katran kullanılmasıydı.
Optik gözlükleri toplama ve dağıtma
İnce bir mercekteki görüntülerin yapısını anlamayı kolaylaştırmak içinSoru, optik gözlüklerin ne olduğudur. Genel olarak, şekilleri ve ışık akısını kırma yetenekleri bakımından farklılık gösteren yalnızca iki tür mercek vardır. Aşağıdaki türler ayırt edilir:
- Yakınlaşan lensler. Bu tip, orta kısmının kalınlığı, kenarların kalınlığından daha fazladır. Yakınsak bir mercekte ortaya çıkan görüntü, üzerine düşen ışığın diğer tarafında oluşur. Bu tip, ışığı tek bir noktada toplama özelliğine sahiptir (pozitif odak).
- Iraksak lensler. Orta kısımları kenarlardan daha incedir. Bu optik camlar şekilleri nedeniyle üzerlerine gelen ışığı dağıtır ve bu da bir nesneden gelen ışınlar üzerine düşerken merceğin aynı tarafında bir görüntü oluşmasına neden olur. Oluşturulan görüntü, gerçek öğeden çok daha küçüktür. Bu optik cam tarafından saçılan ışınlar, kökenlerini belirleyecek şekilde devam ettirilirse, önündeki bir noktadan çıkıyormuş gibi görünecektir. Uzaklaşan bir mercek için negatif veya hayali olan bu noktaya odak denir.
Farklı şekillerde optik gözlük
Mevcut iki lens türü çeşitli şekillerde yapılabilir. Aşağıdaki 6 form ayırt edilir:
- Bikonveks.
- Plano-dışbükey.
- Dışbükey menisküs ile (içbükey-dışbükey).
- Biconcave.
- Plano-içbükey.
- İçbükey menisküs ile (dışbükey-içbükey).
Dışbükey cam elemanlar
Lensin fiziğini anlamak veince görüntüleme lensleri, bu optik nesnenin temel unsurlarını bilmek gerekir. Bunları sıralayalım:
- Optik merkez (O), ışığın kırılmadan geçtiği noktadır.
- Ana eksen, optik merkez ve ana odak noktasından geçen düz bir çizgidir.
- Ana veya ana odak (F), ışık ışınlarının veya bunların uzantılarının, ana eksenine paralel optik cam üzerine düşerse geçtiği noktadır.
- Yardımcı eksen - optik merkezden geçen herhangi bir düz çizgi.
- Eğrilik yarıçapları, merceği oluşturan kürelerin iki yarıçapıdır, R1 ve R2.
- Eğrilik Merkezleri - optik camın yüzeylerini oluşturan iki küre merkezi, C1 ve C2.
- Odak uzaklığı (f) - odak noktası ile optik merkez arasındaki mesafe. (f) değerinin başka bir tanımı daha vardır: Bu, optik merceğin merkezinden görüntüye olan mesafedir ve bu, sonsuz uzaklıkta bulunan bir nesneyi verir.
Optik özellikler
İster tek tek merceklerin bir koleksiyonu olan basit bir dışbükey cam ister karmaşık optik sistemler olsun, optik özellikleri iki parametreye bağlıdır: odak uzaklığı ve odak uzaklığı ile merceğin çapı arasındaki ilişki.
Odak uzaklığı iki şekilde ölçülür:
- 10cm, 1m vb. gibi normal mesafe birimlerinde.
- Diyopterlerde bu, metre cinsinden ölçülen odak uzaklığı ile ters orantılı bir değerdir.
Örneğin, 1 diyoptri gücündeki bir optik camın odak uzunluğu 1 m iken, 2 diyoptri gücü olan bir lensin odak uzunluğu yalnızca 0,5 m'dir.
Bir merceğin çapı ve odak uzunluğuyla ilişkisi, optik camın ışık toplama yeteneğini veya ışık çıkışını belirler.
Mercekten geçen ışınların özellikleri
8. sınıftaki okullarda ince lenslerde görüntü oluşturmak fizikte önemli konulardan biridir. Bu görüntülerin nasıl oluşturulacağını öğrenmek için, yalnızca temel kavramları ve öğeleri değil, aynı zamanda optik olarak aktif bir nesneden geçen bazı ışınların özelliklerini de bilmek gerekir:
- Ana eksene paralel geçen herhangi bir ışın, ya odaktan geçecek (yakınsayan mercek durumunda) ya da hayali devamı odaktan geçecek (bir farklı olan).
- Odaktan geçen ışın kırılarak ana eksene paralel hareketine devam eder. Uzaklaşan bir mercek durumunda, üzerine gelen ışının devamı optik nesnenin diğer tarafında bulunan odaktan geçerse bu kuralın geçerli olduğunu unutmayın.
- Lensin merkezinden geçen hiçbir ışık ışını kırılmaya uğramaz ve yön değiştirmez.
İnce lenslerde görüntü oluşturma özellikleri
Optik toplama ve saçılma olmasına rağmengözlük benzer özelliklere sahiptir, her birinin içindeki görüntülerin yapısı kendine has özelliklere sahiptir.
Görüntüler oluşturulurken ince lens formülü şu şekildedir:
1/f=1/do+1/di, where do ve di optik merkezden nesneye ve onun görüntüsüne olan mesafedir.
Odak uzaklığının (f) yakınsak lensler için pozitif ve uzaklaşan lensler için negatif olduğuna dikkat edin.
Toplayıcı bir optik camdan geçen ışınların yukarıdaki özelliklerinin uygulanması aşağıdaki sonuçlara yol açar:
- Nesne 2f'den daha uzak bir mesafede bulunuyorsa, nesneden daha küçük boyutlu gerçek bir görüntü elde edilir. Baş aşağı görüyoruz.
- Mercekten 2f mesafeye yerleştirilen bir nesne, nesnenin kendisiyle aynı boyutta gerçek bir ters çevrilmiş görüntü ile sonuçlanır.
- Cismin uzaklığı f'den büyük, ancak 2f'den küçükse, o zaman onun gerçek bir ters çevrilmiş ve büyütülmüş görüntüsü elde edilir.
- Eğer nesne odak noktasındaysa, optik camdan geçen ışınlar paralel hale gelir, yani görüntü yoktur.
- Bir nesne bir odak uzunluğundan daha yakınsa, görüntüsü hayali, doğrudan ve nesnenin kendisinden daha büyük olacaktır.
Yakınlaşan ve uzaklaşan bir mercekten geçen ışınların özellikleri benzer olduğundan, bu tür ince bir mercek tarafından verilen görüntülerin oluşturulması benzer kurallara göre yapılır.
Çizimlerçeşitli durumlar için görüntüleme
Çizimlerde, yakınsayan bir mercek, uçlarında dışarıyı gösteren okların bulunduğu bir çizgi ile gösterilir ve ıraksayan bir mercek, uçlarında içe dönük okların bulunduğu bir çizgi ile gösterilir, yani, birbirimize.
Bir önceki paragrafta tartışılan ince lenslerde görüntü oluşturmaya yönelik çizimlerin farklı varyantları aşağıdaki şekilde gösterilmektedir.
Şekilden de anlaşılacağı gibi, tüm görüntüler (her türlü optik cam ve nesnenin bunlara göre konumu için) iki ışın üzerine inşa edilmiştir. Biri ana eksene paralel yönlendirilir, diğeri optik merkezden geçer. Bu ışınların kullanımı uygundur çünkü lensten geçtikten sonraki davranışları bilinmektedir. Ayrıca, nesnenin alt kenarının (bu durumda kırmızı ok) ana optik eksende bulunduğuna dikkat edin, bu nedenle yalnızca nesnenin üst noktasının görüntüsünü oluşturmak yeterlidir. Nesne (kırmızı ok) optik cama göre keyfi olarak yerleştirilmişse, hem üst hem de alt kısımlarının bir görüntüsünü bağımsız olarak oluşturmak gerekir.
Herhangi bir görüntü oluşturmak için iki ışın yeterlidir. Sonuç hakkında bir belirsizlik varsa, üçüncü ışın kullanılarak kontrol edilebilir. Odak yoluyla yönlendirilmelidir (yakınsayan merceğin önünde ve uzaklaşan merceğin arkasında), daha sonra optik camdan geçtikten ve içindeki kırılmadan sonra, ışın ana optik eksene paralel olacaktır. İnce bir lenste görüntü oluşturma sorunu çözülürsedoğru, o zaman iki ana kirişin kesiştiği noktadan geçecek.
Optik nesnelerin üretim süreci
Çoğu lens, optik lens adı verilen özel cam türlerinden yapılır. Bu camda iç gerilimler, hava kabarcıkları ve diğer kusurlar yoktur.
Lens yapma süreci birkaç aşamada gerçekleşir. İlk olarak, istenen şekle sahip içbükey veya dışbükey bir nesne, uygun metal aletler kullanılarak bir optik cam bloğundan kesilir. Daha sonra katran ile parlatılır. Son aşamada, optik cam, ağırlık merkezi tam olarak optik merkezle çakışacak şekilde aşındırıcı aletler kullanılarak yeniden boyutlandırılır.
Çeşitli plastik türlerinin elde edilmesi ve işlenmesine yönelik teknolojilerin gelişmesi nedeniyle, lensler artık cam muadillerinden daha ucuz, daha hafif ve daha az kırılgan olan şeffaf plastik türlerinden yapılmaktadır.
Uygulama alanları
Optik gözlükler çeşitli görme problemlerini çözmek için kullanılır. Bunun için hem plastik kontakt lensler hem de cam olan (gözlüklü) kullanılmaktadır.
Ayrıca optik camlar fotoğraf kameralarında, mikroskoplarda, teleskoplarda ve diğer optik aletlerde kullanılır. Bütün bir lens sistemi kullanıyorlar. Örneğin, iki optik camdan oluşan en basit mikroskop durumunda, ilki nesnenin gerçek bir görüntüsünü oluşturur veikincisi ise imajını büyütmek için kullanılır. Bu nedenle, ikinci cam, ince bir mercekte görüntü oluşturma kurallarına göre, birinci camdan uygun bir mesafeye yerleştirilmiştir.
