ኦፕቲካል ሌንሶች (ፊዚክስ)፡- ትርጉም፣ መግለጫ፣ ቀመር እና መፍትሄ

2024 ደራሲ ደራሲ: Angel Austin | [email protected]. ለመጨረሻ ጊዜ የተሻሻለው: 2023-12-17 05:15

በእነሱ ላይ የሚወርደውን የኤሌክትሮማግኔቲክ ጨረራ ፍሰቱን ጥግግት መቀየር የሚችሉ፣ ማለትም በአንድ ነጥብ ላይ በመሰብሰብ በመጨመር ወይም በመበተን የሚቀንሱ ነገሮች አሉ። እነዚህ ነገሮች በፊዚክስ ውስጥ ሌንሶች ይባላሉ. ይህንን ጉዳይ ጠለቅ ብለን እንመልከተው።

ሌንስ በፊዚክስ ምንድናቸው?

ይህ ጽንሰ-ሀሳብ የኤሌክትሮማግኔቲክ ጨረሮችን ስርጭት አቅጣጫ መቀየር የሚችል ማንኛውንም ነገር በፍጹም ማለት ነው። ይህ የፊዚክስ አጠቃላይ የሌንስ ፍቺ ሲሆን እሱም የጨረር መነፅርን፣ መግነጢሳዊ እና የስበት ሌንሶችን ይጨምራል።

በዚህ ጽሁፍ ላይ ትኩረቱ በጨረር መነፅር ላይ ይሆናል እነዚህም ግልጽ ከሆኑ ነገሮች የተሰሩ እና በሁለት ወለል የተገደቡ እቃዎች ናቸው። ከነዚህ ንጣፎች ውስጥ አንዱ የግድ ኩርባ ሊኖረው ይገባል (ማለትም የውሱን ራዲየስ ሉል አካል መሆን) አለበለዚያ ነገሩ የብርሃን ጨረሮችን ስርጭት አቅጣጫ የመቀየር ባህሪ አይኖረውም።

የሌንስ መርህ

የዚህ ያልተወሳሰበ ስራ ፍሬ ነገርኦፕቲካል ቁስ የፀሐይ ጨረሮችን የማጣራት ክስተት ነው። በ 17 ኛው ክፍለ ዘመን መጀመሪያ ላይ ታዋቂው የደች የፊዚክስ ሊቅ እና የሥነ ፈለክ ሊቅ ዊሌብሮርድ ስኔል ቫን ሩየን የማመሳከሪያ ህግን አሳተመ, እሱም በአሁኑ ጊዜ የመጨረሻ ስሙን ይይዛል. የዚህ ሕግ አጻጻፍ እንደሚከተለው ነው-የፀሐይ ብርሃን በሁለት ኦፕቲካል ግልጽ ሚዲያዎች መካከል ባለው በይነገጽ በኩል ሲያልፍ, ከዚያም በጨረር እና በተለመደው መካከል ያለው የሳይን የመነጨው አንግል ምርት በጨረር እና በተለመደው መካከል ያለው ክስተት እና የመካከለኛው አንጸባራቂ ኢንዴክስ ነው. ያሰራጫል ቋሚ እሴት ነው።

ከላይ ያለውን ለማብራራት አንድ ምሳሌ እንስጥ፡መብራቱ በውሃው ላይ ይውደቅ፣በተለመደው ወደ ላይኛው እና በጨረሩ መካከል ያለው አንግል θ₁ ነው።. ከዚያ የብርሃኑ ጨረሩ ይሰባበር እና በውሃ ውስጥ መሰራጨቱን የሚጀምረው ቀድሞውኑ በ θ₂ ወደ መደበኛው ወለል ላይ ነው። በስኔል ህግ መሰረት፡ ኃጢአት(θ₁)n₁=sin(θ₂) n₂፣በዚህም n₁ እና n₂ የአየር እና የውሃ ጠቋሚዎች ናቸው።, በቅደም ተከተል. የማጣቀሻ ኢንዴክስ ምንድን ነው? ይህ በቫኩም ውስጥ የኤሌክትሮማግኔቲክ ሞገዶች ስርጭት ፍጥነት ምን ያህል ጊዜ እንደሚበልጥ የሚያሳይ እሴት ነው ለጨረር ግልፅ ሚዲያ ማለትም n=c/v፣ ሐ እና v በቫኩም ውስጥ ያሉ የብርሃን ፍጥነቶች እና በ መካከለኛ፣ በቅደም ተከተል።

የማንጸባረቅ መልክ ፊዚክስ በፌርማት መርህ ትግበራ ላይ ነው፣ በዚህ መሰረት ብርሃን በአጭር ጊዜ ውስጥ ከአንድ ነጥብ ወደ ሌላው ህዋ ያለውን ርቀት ለማሸነፍ በሚያስችል መንገድ ይንቀሳቀሳል።

የሌንስ ዓይነቶች

የፊዚክስ ኦፕቲካል ሌንስ አይነት የሚወሰነው በሚፈጥሩት የንጣፎች ቅርፅ ብቻ ነው። በእነሱ ላይ ያለው የጨረር ክስተት የንፅፅር አቅጣጫ በዚህ ቅርፅ ላይ የተመሰረተ ነው. ስለዚህ የመሬቱ ኩርባ አዎንታዊ (ኮንቬክስ) ከሆነ ሌንሱን ሲወጣ የብርሃን ጨረሩ ወደ ኦፕቲካል ዘንግ ይጠጋል (ከዚህ በታች ይመልከቱ)። በተቃራኒው የላይኛው ኩርባው አሉታዊ ከሆነ (ኮንካቭ)፣ ከዚያም በኦፕቲካል መስታወት ውስጥ ማለፍ፣ ጨረሩ ከማዕከላዊ ዘንግ ይርቃል።

እንደገና አስተውል የማንኛውንም ጠመዝማዛ ገጽ በተመሳሳይ መንገድ (በስቴላ ህግ መሰረት) ጨረሮችን እንደሚያንሰራራ ነው፣ ነገር ግን መደበኛው ለነሱ ከኦፕቲካል ዘንግ አንፃር የተለየ ቁልቁል ስላላቸው የተገለበጠው ጨረሩ የተለያየ ባህሪ ይኖረዋል።

በሁለት ሾጣጣ ንጣፎች የታሰረ ሌንስ ኮንቨርጂንግ ሌንስ ይባላል። በምላሹ, በአሉታዊ ኩርባዎች በሁለት ንጣፎች ከተሰራ, ከዚያም መበታተን ይባላል. ሁሉም ሌሎች የኦፕቲካል መነጽሮች ከእነዚህ ንጣፎች ጥምረት ጋር የተቆራኙ ናቸው, አውሮፕላንም ይጨምራል. ጥምር ሌንሱ ምን አይነት ንብረት ይኖረዋል (ተለዋዋጭ ወይም ተሰብስቦ) የሚወሰነው በቦታዎቹ ራዲየስ አጠቃላይ ኩርባ ላይ ነው።

የሌንስ አካላት እና የጨረር ባህሪያት

በምስሎች ፊዚክስ ውስጥ ሌንሶችን ለመገንባት፣ከዚህ ነገር አካላት ጋር መተዋወቅ አለብዎት። ከታች ተዘርዝረዋል፡

ዋና ኦፕቲካል ዘንግ እና መሃል። በመጀመርያው ሁኔታ እነሱ ማለት በኦፕቲካል ማእከሉ በኩል ወደ ሌንሱ ቀጥ ብሎ የሚያልፍ ቀጥታ መስመር ማለት ነው።የኋለኛው ፣ በተራው ፣ በሌንስ ውስጥ ያለ ነጥብ ነው ፣ ይህም የሚያልፍበት ጨረሩ መፈራረስ አያጋጥመውም።
የትኩረት ርዝመት እና ትኩረት - በመሃሉ መካከል ያለው ርቀት እና በኦፕቲካል ዘንግ ላይ ባለው ነጥብ መካከል ያለው ርቀት ፣ ይህም በሌንስ ላይ የሚከሰቱትን የጨረር ክስተቶች ከዚህ ዘንግ ጋር ትይዩ ይሰበስባል። ይህ ትርጉም የእይታ መነጽር ለመሰብሰብ እውነት ነው. የተለያዩ ሌንሶችን በተመለከተ፣ ወደ አንድ ነጥብ የሚሰበሰቡት ጨረሮቹ እራሳቸው አይደሉም፣ ግን ምናባዊ ቀጣይነታቸው። ይህ ነጥብ ዋና ትኩረት ይባላል።
የጨረር ኃይል። ይህ የትኩረት ርዝመት ተገላቢጦሽ ስም ነው ፣ ማለትም ፣ D \u003d 1 / f. የሚለካው በዲፕተሮች (ዳይፕተሮች) ማለትም 1 ዳይፕተር ነው.=1 ሜትር^-1.

በሌንስ ውስጥ የሚያልፉ የጨረሮች ዋና ዋና ባህሪያት የሚከተሉት ናቸው፡

በጨረር በኦፕቲካል ማእከል በኩል የሚያልፍ የእንቅስቃሴ አቅጣጫ አይለውጥም፤
ከዋናው የጨረር ዘንግ ጋር ትይዩ የሆነ ክስተት አቅጣጫቸውን በመቀየር በዋናው ትኩረት እንዲያልፉ፤
ጨረሮች በማንኛውም ማዕዘን ላይ በኦፕቲካል መስታወት ላይ ይወድቃሉ ነገር ግን ትኩረቱን በማለፍ የስርጭት አቅጣጫቸውን ከዋናው የኦፕቲካል ዘንግ ጋር ትይዩ ይሆናሉ።

ከላይ ያሉት የጨረራ ባህሪያት ለቀጫጭን ሌንሶች ፊዚክስ (የሚባሉት ምንም አይነት ሉል ቢፈጠር እና ምን ያህል ውፍረት ቢኖራቸውም የቁስ አካልን የጨረር ባህሪ ብቻ ነው) በውስጣቸው ምስሎችን ለመስራት ይጠቅማሉ።.

ምስሎች በኦፕቲካል መነጽሮች፡እንዴት መገንባት ይቻላል?

ከዚህ በታች ምስሎችን በኮንቬክስ እና ሾጣጣ ሌንሶች ውስጥ የመገንባት እቅዶችን የሚገልጽ ምስል አለ።(ቀይ ቀስት) እንደ ቦታው ይለያያል።

በሥዕሉ ላይ ካለው የወረዳዎች ትንተና ጠቃሚ መደምደሚያዎች ይከተላሉ፡

ማንኛውም ምስል የተገነባው በ2 ጨረሮች ብቻ ነው (በማእከል በኩል በማለፍ እና ከዋናው ኦፕቲካል ዘንግ ጋር ትይዩ)።
የመለዋወጫ ሌንሶች (ወደ ውጭ በሚያመለክቱ ጫፎቻቸው ላይ ባሉ ቀስቶች የተገለጹ) ሁለቱንም የሰፋ እና የተቀነሰ ምስል ሊሰጡ ይችላሉ፣ ይህ ደግሞ እውነተኛ (እውነተኛ) ወይም ምናባዊ ይሆናል።
ነገሩ ትኩረት ላይ ከሆነ ሌንሱ ምስሉን አይፈጥርም (በሥዕሉ ላይ በግራ በኩል ያለውን የታችኛውን ሥዕል ይመልከቱ)።
የሚበታትኑ የጨረር መነጽሮች (በጫፎቻቸው ወደ ውስጥ በሚያመለክቱ ቀስቶች ይገለጻል) የእቃው አቀማመጥ ምንም ይሁን ምን ሁልጊዜ የተቀነሰ እና ምናባዊ ምስል ይሰጣሉ።

የምስል ርቀትን በማግኘት ላይ

ምስሉ በምን ያህል ርቀት ላይ እንደሚታይ ለማወቅ የእቃውን አቀማመጥ በማወቅ የሌንስ ቀመሩን በፊዚክስ እንሰጣለን-1/f=1/d_o + 1 /d _i፣ d_o እና d_i ለዕቃው እና ለዕቃው ያለው ርቀት ከኦፕቲካል እይታ ነው። መሃል, በቅደም, ረ ዋና ትኩረት ነው. ስለ መሰብሰቢያ ኦፕቲካል መስታወት እየተነጋገርን ከሆነ, የ f-ቁጥር አዎንታዊ ይሆናል. በተቃራኒው፣ ለተለየ ሌንስ f አሉታዊ ነው።

ይህን ቀመር እንጠቀም እና ቀላል ችግርን እንፍታ፡ እቃው በርቀት ይሁን d_o=2f ከሚሰበስበው የጨረር መስታወት መሃል። ምስሉ የት ይታያል?

ከችግሩ ሁኔታ: 1/f=1/(2f)+1/d_i። ከ፡ 1/d_i=1/f - 1/(2f)=1/(2f)፣ ማለትም d_i=2ረ. ስለዚህም ምስሉ ከሌንስ በሁለት ፎሲዎች ርቀት ላይ ይታያል ነገር ግን በሌላ በኩል ከዕቃው እራሱ (ይህ በ d_i ዋጋ ባለው አዎንታዊ ምልክት ይገለጻል)።

አጭር ታሪክ

የ "ሌንስ" የሚለውን ቃል ሥርወ ቃል ለመስጠት ጉጉ ነው። እሱ የመጣው ከላቲን ቃላቶች ሌንስ እና ሌንስ ሲሆን ትርጉሙም "ምስስር" ማለት ነው, ምክንያቱም በቅርጻቸው ውስጥ ያሉ የዓይነ-ቁሳቁሶች በትክክል የዚህን ተክል ፍሬ ስለሚመስሉ.

የሉል ገላጭ አካላት አንጸባራቂ ሃይል በጥንቶቹ ሮማውያን ይታወቅ ነበር። ለዚሁ ዓላማ በውሃ የተሞሉ ክብ ቅርጽ ያላቸው የመስታወት ዕቃዎችን ይጠቀሙ ነበር. የብርጭቆ ሌንሶች እራሳቸው በአውሮፓ በ 13 ኛው ክፍለ ዘመን ብቻ መሥራት ጀመሩ. እንደ ንባብ መሳሪያ (ዘመናዊ መነጽሮች ወይም አጉሊ መነጽር) ያገለግሉ ነበር።

በቴሌስኮፖች እና በአጉሊ መነጽር ማምረቻ የኦፕቲካል ቁሶችን በንቃት መጠቀም የተጀመረው በ17ኛው ክፍለ ዘመን ነው (በዚህ ክፍለ ዘመን መጀመሪያ ላይ ጋሊልዮ የመጀመሪያውን ቴሌስኮፕ ፈጠረ)። ልብ በሉ የስቴላ የሐሰት ህግ ሒሳባዊ አጻጻፍ፣ ያለ ዕውቀት፣ ሌንሶችን በተፈለጉ ንብረቶች ለመሥራት የማይቻል፣ በኔዘርላንድስ ሳይንቲስት የታተመው በዚሁ በ17ኛው ክፍለ ዘመን መጀመሪያ ላይ ነው።

ሌሎች ሌንሶች

ከላይ እንደተገለፀው ከኦፕቲካል ሪፍራክቲቭ ነገሮች በተጨማሪ መግነጢሳዊ እና የስበት ቁሶችም አሉ። የቀደሙት ምሳሌ በኤሌክትሮን ማይክሮስኮፕ ውስጥ ያሉ ማግኔቲክ ሌንሶች ናቸው ፣ የኋለኛው ግልፅ ምሳሌ የብርሃን ፍሰት አቅጣጫን ማዛባት ነው ፣ከግዙፉ የጠፈር አካላት (ከዋክብት፣ ፕላኔቶች) አጠገብ ሲያልፍ።