§ 21. заломлення променів в лінзі
Паралельні промені, проходячи через тонку збирає лінзу, перетинаються в одній точці на фокальній площині. Розсіюючої лінза перетворює паралельні промені в розходиться пучок променів, продовження яких перетинаються в її фокальній площині.
Лінзою називають прозоре тіло, обмежене двома сферичними поверхнями. Опуклими називають лінзи, які в середині товщі, ніж по краях, а ті лінзи, у яких середина тонше, ніж краю, називають увігнутими. На рис. 21а показана опукла лінза, обмежена сферичними поверхнями з радіусами R1 і R2. товщиною, яка дорівнює відстані АВ між вершинами відповідних сферичних сегментів. Лінзу, товщина якої набагато менше радіусів поверхонь, її обмежують, називають тонкою. Далі ми будемо розглядати тільки тонкі лінзи.
Головною оптичною віссю називають пряму, що проходить через центри сферичних поверхонь, що обмежують лінзу (див. О1О2 на рис. 21а). Вершини сферичних сегментів тонкої лінзи знаходяться дуже близько, і тому їх положення позначають однією точкою, званої оптичним центром лінзи (див. Про на рис. 21а). Головна оптична вісь проходить через оптичний центр тонкої лінзи. Решта прямі, що проходять через оптичний центр називають побічними оптичними осями (див. P1P2 на рис. 21а).
Розглянемо заломлення променів в опуклою лінзи, представивши її як сукупність призм (ріс.21б) і вважаючи, що відносний показник заломлення матеріалу лінзи n> 1. У цьому випадку кожна з призм відхиляє промені до свого основи, і всі промені, проходячи через лінзу, будуть відхилятися до її головної оптичної осі. Якщо на тонку лінзу падають промені, паралельні головній оптичній осі, то, виходячи з лінзи, вони перетинаються в одній точці F. знаходиться на головній оптичній осі і званої головним фокусом лінзи. Відстань між оптичним центром і головним фокусом лінзи називають фокусною відстанню.
Очевидно, що якщо промені світла, паралельні головній оптичній осі, падають на лінзу не зліва, як зображено на рис. 21б. а праворуч, то всі вони, пройшовши лінзу, теж зберуться, в точці, яка є іншим головним фокусом лінзи. Таким чином, лінзи мають два головних фокусу. Опуклі лінзи, виготовлені з матеріалу з відносним показником заломлення n> 1 і збирають паралельні промені світла в одну точку, називають збирають.
Збирають лінзи збирають в одну точку не тільки промені, паралельні головній оптичній осі, але і будь-які паралельні промені (рис. 21в). При цьому точка перетину променів, паралельних будь-якої побічної оптичної осі, знаходиться на фокальній площині - площині, перпендикулярній головній оптичній осі і проходить через головний фокус лінзи. Луч, що йде уздовж побічної оптичної осі, проходячи через тонку лінзу, не змінює свого напрямку. Тому точка перетину променів, паралельних побічної оптичної осі, знаходиться в тій точці, де ця побічна оптична вісь перетинає фокальну площину. З рис. 21б-в слід, що, якщо в головному фокусі або в будь-якій точці фокальної площини помістити точковий джерело світла, то йдуть від цього джерела розходяться промені світла, пройшовши через лінзу, перетворюються в паралельний пучок променів.
Паралельні промені, пройшовши через увігнуту лінзу, виготовлену з матеріалу з відносним показником заломлення n> 1, розсіюються, перетворюючись в розходиться пучок світла. Тому такі лінзи називають розсіюючими. Якщо продовжити промені, розсіяні лінзою, в сторону, протилежну поширенню світла, то виявиться, що їх продовження перетнуться на головній оптичній осі в одній точці, який називають уявним головним фокусом розсіює лінзи (рис. 21г). Як і збирає лінза, що розсіює лінза має два головних фокусу і дві фокальні площині, де перетинаються промені, паралельні побічної оптичної осі.
Питання для повторення:
· Що називають тонкою лінзою і її оптичним центром?
· Які бувають лінзи?
· Що називають головною метою та побічної оптичної віссю?
· Що таке головний фокус, фокусна відстань і фокальна площина?
Мал. 21. (а) - геометричні характеристики лінзи; (Б) - до визначення головного фокуса лінзи; (В) - до визначення фокальній площині лінзи; (Г) - заломлення променів в розсіює лінзі.