Переломлення на границі роздягнула середовищ
Промінь світла, переходячи з однієї прозорого середовища в іншу, змінює свій напрямок, або, як кажуть, заломлюється. При цьому якщо промінь світла переходить із середовища, слабкіше заломлюючої, в середу, сильніше заломлюючої, то він наближається до перпендикуляру, опущеного на кордон середовища в точці перетину її променем.
Вода переломлює світло сильніше, ніж повітря; Тим же то кожен предмет, що знаходиться у воді, здається розташованим вище, ніж він є насправді. Луч АБ, виходячи з води, відхиляється від перпендикуляра ДБ. Якщо людина хоче потрапити в рибу, що знаходиться під водою, він повинен прицілитися не в рибу, а нижче неї (рис. Нижче).
При нагріванні щільність повітря змінюється, а разом з нею змінюється і його заломлююча сила; тому при прицілюванні з рушниці з нагрітим стволом стрілок зауважує, як контури мішені починають коливатися. Потоки піднімається нагрітого повітря весь час змінюють його щільність і здатність заломлення силу. Така ж картина спостерігається в жарку погоду при стрільбі низько над землею на далекі дистанції.
На властивості світла змінювати свій напрямок при переході з одного середовища в іншу побудований ряд оптичних приладів, в тому числі і рушничний оптичний приціл.
Якщо скло плоске і сторони його паралельні (рис. Вище), промінь світла АБ, входячи в скло, заломлюється і наближається до перпендикуляру ДБ. Напрямок променя в склі буде БВ. Виходячи зі скла, промінь світла відхилиться від перпендикуляра на ту ж величину, на яку він відхилився, входячи в скло, але в протилежну сторону і таким чином візьме своє колишнє напрямок ВГ. Якщо сторони скла не паралельні, як це буває в призмі. то промінь світла, входячи в скло і виходячи з нього, відхилиться обидва рази в одну і ту ж сторону і змінить свій напрямок, наблизившись до основи призми (рис. нижче). І чим більше заломлює кут призми, тим більше відхилиться проходить через неї промінь.
У рушничних оптичні приціли вживаються зазвичай не призми, а лінзи. Лінзи називається скло, обмежене двома сферичними поверхнями. Іноді одна сторона лінзи робиться плоскою. Хід променів в лінзі легко зрозуміти, якщо уявити собі лінзу складається з великої кількості призм (рис. Нижче: зліва - двоопуклої лінзи, праворуч - Двояковогнутая). Чим ближче до країв, тим більше заломлює кут у призм, що становлять лінзу. Внаслідок цього по краях лінзи промені заломлюються сильніше; чим ближче до середини, тим переломлення стає слабкішим, і, нарешті, в середині лінзи, на її оптичної осі, є така точка, що зовсім не заломлює проходять через неї промені. Точка ця називається оптичним центром лінзи.
Зрозуміло також, що чим більше опуклість лінзи, тим сильніше вона переломлює проходять через неї промені світла. Залежно від поєднання сферичних поверхонь виходить шість пологів лінз - двоопуклої, плосковипуклая, вигнутовипуклая, Двояковогнутая, плосковогнутим і випукловогнутая (рис. Нижче).
Пряма, перпендикулярна до поверхонь, які обмежують лінзу, називається її оптичної віссю.
Перші три роду лінз можна розглядати так, ніби вони складаються з ряду призм, повернутих підставою до оптичної осі. Падаючі на них промені будуть зближатися, відхиляючись до оптичної осі. Такі лінзи називаються колективними. Краї їх завжди тонший, ніж середина. Решта три роду лінз можна також розглядати так, ніби вони складаються з ряду призм, але повернутих підставою від оптичної осі. Зрозуміло, що падають на ці лінзи промені будуть розходитися, віддаляючись від оптичної осі. Такі лінзи називаються розсіюючими. Їх краю завжди товщі середини.
дія лінз
Якщо на збиральну лінзу направити пучок світлових променів, паралельних її оптичної осі, то вони, поламав у обох поверхонь лінзи, зберуться за нею в одній точці. Точка ця лежить на оптичній осі і називається фокусом лінзи, а відстань від фокуса до лінзи називається фокусною відстанню.
У будь-якої лінзи є два фокуси. розташованих на рівній відстані по обидві її сторони.
Площина, проведена через фокус перпендикулярно до оптичної осі, називається фокусною (фокальній) площиною. Пучок світлових променів, що виходять з фокуса, пройшовши через лінзу, стає паралельним її оптичної осі. Пучок паралельних променів світла, що становлять з оптичною віссю невеликий кут, сходиться після заломлення в одній точці, що лежить в фокусної площині.
Ми вже знаємо, що промені, що проходять через оптичний центр, не заломлюються. Властивість оптичного центру пропускати промені без заломлення дозволяє отримати зображення будь-якої крапки, що світиться за допомогою побудови ходу тільки двох променів. Нехай F крапка, що світиться. Промінь, що йде від неї паралельно оптичної осі, після заломлення пройде через фокус. Луч, що йде через оптичний центр, не переломив. У місці перетину цих двох променів і буде знаходитися зображення точки (рис. Нижче)
Зорове сприйняття будь-якого предмета можливо тому, що з усіх його точок виходять світлові промені. Предмет як би складається з безлічі крапок, що світяться, кожна з яких залишає свій слід в оці. Із сукупності точок створюється образ предмета. Зображення кожної точки може бути отримано так, як вказано на малюнках, і тоді вийде зображення всього предмета.
Побудова зображення світиться точки за допомогою ходу двох променів:
- S - крапка, що світиться
- S '- зображення світиться точки
- F - фокус лінзи
- O - оптичний центр лінзи
Вплив розташування предметів щодо лінзи
В оптиці розрізняють три основні положення предмета по відношенню до двоопуклою збиральної лінзи.
Предмет АБ знаходиться між лінзою і фокусом (рис. Нижче). Промінь, що йде від точки А паралельно оптичної осі, після заломлення пройде через фокус. Луч, що йде через оптичний центр лінзи, не змінить свого напрямку. За лінзою виходять два розбіжних променя. Уявне пряме зображення предмета
Око, поміщений на шляху променів, що розходяться, побачить точку А в місці уявного перетину променів, т. Е. В А '. Точно так же може бути знайдено зображення точки Б. Око побачить пряме і збільшене зображення предмета. Перебувати воно буде з тієї ж сторони лінзи, де і предмет. Це зображення називається уявним, так як тільки уявне перетин променів дає зображення предмета. Отримати його на екрані не можна.
Чим ближче до фокусу знаходиться предмет, тим більше його зображення. На здатності збиральної двоопуклої лінзи розсіювати промені, які падають від предметів, що знаходяться в межах фокусної відстані, засноване застосування збільшувального скла, або лупи.
Якщо предмет АБ знаходиться далі фокусу. але ближче подвійного фокусної відстані (рис. нижче), то промінь, що йде від точки А паралельно оптичної осі, після заломлення пройде через фокус. Луч, що йде через оптичний центр лінзи, не змінить свого напрямку. За лінзою вийдуть два сходяться променя, що перетинаються за подвійним фокусною відстанню. Точка зустрічі променів - А 'дасть зображення точки А. Так само може бути знайдено зображення точки В. Зображення предмета вийде з протилежного боку лінзи, за подвійним фокусною відстанню. Зображення це дійсне - воно утворено дійсно пересічними променями, але зворотне (так як верхня частина предмета знаходиться внизу) і збільшене. Чим далі предмет від фокуса, тим менше його зображення.
Якщо предмет АБ знаходиться за подвійним фокусною відстанню (рис. Нижче), то, зробивши побудова так само, як і в попередньому випадку, отримаємо дійсне, зворотне і зменшене зображення предмета. Перебувати воно будете протилежного боку лінзи, між фокусною і подвійним фокусною відстанню. Причому чим далі предмет, тим ближче до фокусної площині буде виходити його зображення. Якщо предмет знаходиться на досить великій відстані, то від кожної точки його на лінзу будуть падати промені практично паралельні; а паралельні промені після заломлення перетинаються в фокусної площині. Отже, і всі зображення предмета, віддаленого на велику відстань, вийде в фокальній (фокусної) площині.
Таким чином, в залежності від віддаленості предмета зображення його буде виходити на різних відстанях від лінзи. Звичайно, положення зображення предмета залежить не тільки від віддаленості самого предмета, а й від опуклості лінзи. Чим більше ця опуклість, тим сильніше переломлюються проходять через неї промені, тим коротше її фокусна відстань і ближче зображення предмета.
Лінзи з різною кривизною
Замінюючи лінзи з більшою або меншою кривизною, можна від одного і того ж предмета отримати зображення, віддалені на різні відстані від лінзи (рис. Нижче: верхня схема - при меншій кривизни сфери лінз; нижня схема - при більшій кривизни сфери лінз).
