Fizyka - Konstrukcja obrazów powstających przy użyciu soczewek

Wiesz już, że soczewki są ciałami przezroczystymi skupiającymi lub rozpraszającymi światło. Jakie są jednak cechy obrazów powstających przy użyciu soczewek i czy podobnie jak dzieje się to w przypadku zwierciadeł, potrafisz je konstruować?

 

1. Parametry układu optycznego soczewki

 

Podstawowym zadaniem soczewek w układach optycznych jest symetryczne względem ich osi optycznej skupianie bądź też rozpraszanie padających na nie promieni światła. W przypadku soczewki dwuwypukłej lub dwuwklęsłej oś optyczna to linia łącząca środki sfer ograniczających soczewkę. Oś ta stanowi jednocześnie oś symetrii soczewki.

 

2. Jak powstaje obraz przy użyciu soczewek skupiających?

Podobnie jak w przypadku zwierciadeł, w odpowiedzi na pytanie postawione w podsumowaniu doświadczenia pomocne okażą się konstrukcje geometryczne obrazów wykorzystujące charakterystyczne dla soczewek promienie.

 

Ogniskiem (F) soczewki skupiającej nazywamy punkt,którym przecinają się wszystkie promienie wiązki światła po przejściu przez soczewkę, które przed wejściem do niej biegłyrównoległe  do jej osi optyczne.

Ogniskową (f) soczewki nazywamy odległość ogniska (F) od środkasoczewki (S)

W przypadku gdy musimy skonstruować obraz powstający przy użyciu soczewek skupiających, zwykle wybieramy dwa z trzech wymienionych poniżej promieni: promień równoległy do osi optycznej – po przejściu przez soczewkę przechodzi przez ognisko; promień przechodzący przez ognisko – po przejściu przez soczewkę wychodzi równoległy do osi optycznej; promień przechodzący przez środek soczewki – po przejściu przez soczewkę jego kierunek (tor) nie ulega zmianie.

To ostatnie zdanie jest prawdziwe w odniesieniu do soczewek cienkich, a takich będziemy używać w naszych doświadczeniach. Pomijamy wtedy grubość soczewki i rysujemy ją w postaci odcinka zakończonego strzałkami. Obraz punktu powstaje na przecięciu się co najmniej dwóch promieni lub ich przedłużeń.

 

 

 

3. Jak powstaje obraz przy użyciu soczewki rozpraszającej?

 

Ognisko pozorne W przypadku soczewki rozpraszającej konstrukcja obrazu wygląda nieco inaczej. Wiązka promieni równolegle padających na soczewkę po jej opuszczeniu jest rozbieżna. Jak już wspominaliśmy, przecięciu ulegają wówczas jedynie przedłużenia promieni załamanych w tzw. ognisku pozornym.

W celu przeprowadzenia konstrukcji obrazu w soczewce rozpraszającej (tak samo jak w skupiającej) wystarczą dwa promienie: promień padający równolegle do osi optycznej – po przejściu przez soczewkę biegnie tak, że jego przedłużenie przechodzi przez ognisko pozorne; promień przechodzący przez środek soczewki – po przejściu przez soczewkę nie zmienia kierunku biegu. Zapamiętaj! W soczewkach rozpraszających powstający obraz jest zawsze prosty, pomniejszony i pozorny.

 

 

 

Podsumowanie

 

 

Ogniskiem (F) soczewki skupiającej nazywamy punkt, w którym przecinają się promienie światła po przejściu przez soczewkę, które przed wejściem do niej były równoległe do osi optycznej.

Ogniskową (f) soczewki nazywamy odległość ogniska (F) od środka soczewki (S).

W przypadku gdy musimy skonstruować obraz w soczewkach skupiających, zwykle wybieramy dwa z trzech wymienionych poniżej promieni: promień równoległy do osi optycznej – po przejściu przez soczewkę przechodzi przez ognisko; promień przechodzący przez ognisko – po przejściu przez soczewkę wychodzi równoległy do osi optycznej; promień przechodzący przez środek soczewki – po przejściu przez soczewkę nie ulega odchyleniu (charakterystyczne dla cienkich soczewek).

Cechy obrazu powstałego w soczewkach skupiających zależą od odległości przedmiotu od soczewki.

Obrazy rzeczywiste powstają w miejscu przecięcia się promieni załamanych. Często jednak dzieje się tak, że promienie załamane są rozbieżne. Wtedy jednak przecinają się ich przedłużenia, powstaje wówczas obraz pozorny.

W przypadku gdy promienie po wyjściu z soczewki są w stosunku do siebie równoległe, obraz w ogóle nie powstanie. W przypadku soczewki rozpraszającej konstrukcja obrazu wygląda inaczej w porównaniu z soczewkami skupiającymi. Wiązka promieni biegnących równolegle do osi optycznej po przejściu przez soczewkę jest zawsze rozbieżna. Przecięciu ulegają wówczas przedłużenia promieni załamanych w punkcie leżącym na osi optycznej, nazywanym ogniskiem pozornym.

Aby dokonać konstrukcji obrazu w soczewce rozpraszającej wystarczą dwa promienie:

• promień padający równolegle do osi optycznej – po przejściu przez soczewkę jego przedłużenie przechodzi przez ognisko pozorne;
• promień przechodzący przez środek soczewki – po przejściu przez soczewkę promień nie ulega odchyleniu.

W soczewkach rozpraszających obraz, który powstaje, jest zawsze prosty, pomniejszony i pozorny.

 

 

Polecenie 

 

Narysuj na kartce A4 oś optyczną, a na niej schematycznie soczewkę skupiającą. Zaznacz po obu jej stronach ogniska pozorne (w jednakowej odległości od soczewki). Wykonaj konstrukcje obrazu dla odległości przedmiotu: x > 2f , x = 2f. Zapisz cechy obrazów powstających za każdym razem.

 

Zadanie dodatkowe dla chętnych

 

Narysuj na kartce A4 oś optyczną, a na niej schematycznie soczewkę rozpraszającą. Zaznacz po obu jej stronach ogniska pozorne (w jednakowej odległości od soczewki). Wykonaj konstrukcje obrazu dla odległości przedmiotu: x > 2f. Zapisz cechy powstałego  obrazu.

 

 

Obraz utworzony w soczewce rozpraszającej jest zawsze:

pozorny

pomniejszony

prosty

 

 

Przykład