Лещи
28. Лещи
В пети и шести клас сте наблюдавали увеличени образи на клетки и други обекти с микроскоп. Тези образи се получават с помощта на лещи. Какво представляват лещите?
Видове лещи
Оптичните лещи се изготвят от прозрачен материал – стъкло или пластмаса (фиг. 1). На повечето лещи двете повърхности са части от сфери (фиг. 2). Линията, която преминава през центровете на двете сфери, се нарича оптична ос на лещата. Изпъкналите лещи са по-дебели в средата и по-тънки в краищата (фиг. 2 и 3). Вдлъбнатите лещи са по-тънки в средата и по-дебели в краищата (фиг. 2 и 4).
Събирателни лещи
Опит. Насочваме към изпъкнала стъклена леща светлинен сноп, който е успореден на оптичната ос на лещата (фиг. 5а). Лъчите се пречупват два пъти: на границата въздух – стъкло при влизане в лещата и на границата стъкло – въздух при излизане от нея. В резултат на пречупването успоредният сноп става сходящ – наблюдаваме как лъчите се събират в една точка, лежаща върху оптичната ос. Тази точка се нарича фокус F на лещата (фиг. 5б). Разстоянието от лещата до фокуса F се нарича фокусно разстояние на лещата. Изпъкналите лещи имат свойството да преобразуват успоредните светлинни снопове в сходящи снопове, които преминават през една точка. Затова изпъкналите лещи се наричат още събирателни лещи.
Разсейвателни лещи
Опит. Насочваме към вдлъбната леща сноп от лъчи, които са успоредни на оптичната ос. Наблюдаваме как след пречупване от лещата снопът става разходящ (фиг. 6а). Ако построим мислените продължения на излизащите от лещата лъчи, ще установим, че те преминават през една точка, лежаща на оптичната ос (фиг. 6б). Тази точка се нарича фокус F на лещата. Вдлъбнатите лещи имат свойството да преобразуват успоредните светлинни снопове в разходящи снопове. Затова те се наричат още разсейвателни лещи.
Оптична сила на леща
На фиг. 7 е показан ходът на лъчите през две събирателни лещи с различни фокусни разстояния. Вижда се, че лещата с по-малко фокусно разстояние пречупва светлината по-силно. Пречупващата способност на лещите се характеризира количествено с величината оптична сила [latex]P_0[/latex]. Оптичната сила [latex]P_0[/latex] на лещата зависи от нейното фокусно разстояние [latex]f[/latex] и се определя по формулата:
[latex]P_0\ =\ \dfrac{1}{f}.[/latex] оптична сила на събирателна леща
Единицата за оптична сила се нарича диоптър (D). Един диоптър ([latex]P_0\ =\ 1\text{ D}[/latex]) е оптичната сила на леща с фокусно разстояние един метър ([latex]f\ =\ 1\text{ m}[/latex]).
Приложение на лещите
Лещите са основна съставна част на редица оптични уреди: микроскопи, фотоапарати, кинокамери, бинокли, телескопи и други. Лещи се поставят на очилата за коригиране на зрението. Някои хора носят контактни лещи вместо очила (фиг. 8).
Проверете какво сте научили
Колко диоптъра е оптичната сила на събирателна леща с фокусно разстояние
50 cm?
Решете задачата самостоятелно. Може да направите проверка, като кликнете върху картата.
Решение. Преди да направим числените пресмятания, трябва да изразим фокусното разстояние на лещата в метри:
[latex]f\ =\ 50\operatorname{cm}\ =\ 0,5\text{ m}.[/latex]
Оптичната сила на лещата е
[latex]P_0\ =\ \dfrac{1}{f}\ =\ \dfrac{1}{0,5\text{ m}}\ =\ 2\text{ D}.[/latex]
Сумата от фокусните разстояния на две събирателни лещи е 1 m. Оптичната сила на едната леща е 5 D. Колко е оптичната сила на втората леща?
Решете задачата самостоятелно. Може да направите проверка, като кликнете върху картата.
Решение
Дадено: [latex]f\ =\ 1\text{ m}[/latex], [latex]P_{01}\ =\ 5\text{ D}[/latex].
Търси се: [latex]P_{02}\ = ?[/latex]
Определяме фокусното разстояние на първата леща
[latex]f_1\ =\ \dfrac{1}{P_{01}}\ =\ \dfrac{1}{5\text{ D}}\ =\ 0,2\text{ m}[/latex].
[latex]f\ =\ f_1\ +\ f_2[/latex], откъдето определяме
[latex]f_2\ =\ f-f_1={1\text{ m}}-{0,2\text{ m}}\ =\ 0,8\text{ m}[/latex].
Оптичната сила на втората леща е
[latex]P_{02}\ =\ \dfrac{1}{f_2}\ =\ \dfrac{1}{0,8\text{ m}}\ =\ 1,25\text{ D}[/latex].