Линза
ЛИНЗА До сих пор мы рассматривали преломление ^ета на плоской границе двух сред. На практике широко используете преломление на сферических поверхностях. Прозрачное тело, ограниченное сферическими поверхностями, называют линзой. Виды линз. Линза может быть ограничена двумя выпуклыми сферическими поверхностями (двояковыпуклая линза — рис. 172, а), выпуклой сферической поверхностью и плоскостью (плосковыпуклая линза — рис. 172, б), выпуклой и вогнутой сферическими поверхностями (вогнуто-выпуклая линза — рис. 172, в). Эти линзы посредине толще, чем у краев, и все они называются выпуклыми. Линзы, которые посредине тоньше, чем у краев, называются вогнутыми. На рисунке 173 изображены три вида вогнутых линз: двояковогнутая — а, плосковогнутая — б и выпукло-вогнутая — в. Тонкая линза. Мы рассмотрим наиболее простой случай, когда толщина линзы 1=АВ пренебрежимо мала по сравнению с радиусами Rx и R2 поверхностей линзы (рис. 174) и расстоянием предмета от линзы. Такую линзу называют тонкой линзой. В дальнейшем, говоря о линзе, мы всегда будем подразумевать тонкую линзу. Точки А и В — вершины сферических а б в сегментов — в тонкой линзе расположены рис. J72 столь близко друг от друга, что их можно принять за одну точку, которую называют оптическим центром линзы и обозначают Y 7 \ Г7 буквой О. Луч света, который проходит через ^ ' * ' оптический центр линзы, практически не преломляется. Прямую 0[02, проходящую через центры сферических поверхностей, которые ог-. , .. раничивают линзу, называют ее главной on -I \ / \\ тической осью. Главная оптическая ось тонкой линзы проходит через оптическии центр. Любую другую прямую, проходящую через оптический центр, называют побочной оптической осью (рис. 175). Изображение в линзе. Подобно плоскому зеркалу, линза создает изображения источников света. Это означает, что свет, исходящий из какой-либо точки предмета (источника), после преломления в линзе снова собирается в одну точку (изображение) независимо от того, через какую часть линзы прошли лучи. Если по выходе из линзы лучи сходятся, они образуют действительное изображение. В случае же, когда прошедшие через линзу лучи расходятся, то пересекаются в одной точке не сами эти лучи, а лишь их продолжения. Изображение тогда мнимое. Его можно наблюдать глазом непосредственно или с помощью оптических приборов'. Собирающая линза. Обычно линзы делают из стекла. Выпуклые линзы являются собирающими. Любую из них схематично можно себе представить как совокупность стеклянных призм (рис. 176). Рис. 178 Рис. 179 1 Лучи или их продолжения будут пересекаться практически в одной точке, если они образуют малые углы с главной оптической осью. В воздухе каждая призма отклоняет лучи к основанию. Все лучи, идущие через линзу, отклоняются в сторону ее главной оптической оси. Преломление лучей в собирающей линзе можно наблюдать на опыте. Линзу укрепляют на диске. Сначала направляют узкий пучок вертикально вдоль главной оптической оси и убеждаются в том, что он проходит через линзу без преломления (рис. 177). Затем направляют пучок вдоль побочной оси (т. е. тоже через оптический центр) и наблюдают лишь небольшой параллельный сдвиг преломленного пучка (рис. 178). После этого направляют от осветителя на линзу три параллельных пучка вертикально. Преломившись, они после выхода из линзы пересе-ис' каются в одной точке (рис. 179). Точка, в которой пересекаются после преломления в собирающей линзе лучи, падающие на линзу параллельно главной оптической оси, называется главным фокусом линзы. Эту точку обозначают буквой F (рис. 180). Пучки, параллельные главной оптической оси, можно направить на линзу и с противоположной стороны. Точка, в которой они сойдутся, пройдя линзу, будет другим главным фокусом (рис. 181). Таким образом, у линзы два главных фокуса. В однородной среде они располагаются по обе стороны линзы на одном и том же расстоянии от нее. Это расстояние называется фокусным расстоянием линзы, его обозначают буквой F (той же буквой, что и фокусы). Направим три узких параллельных пучка от осветителя под углом к главной оптической оси. Мы увидим тогда, что пересечение произойдет не в главном фокусе, а в другой точке (рис. 182, а). Но примечательно то, что точки пересечения независимо от углов, образуемых этими пучками с главной отпической осью, располагаются в плоскости, перпендикулярной главной оптической оси и проходящей через главный фокус (рис. 182, б). Ее называют фокальной плоскостью. Поместив светящуюся точку в фокусе линзы (или в любой точке фокальной плоскости), получим после преломления параллельные лучи (рис. 183). Если сместить источник дальше от линзы, лучи за линзой становятся сходящимися и дают действительное изображение (рис. 184, а). Когда же источник находится ближе фокуса, преломленные лучи расходятся и изображение получается мнимым (рис. 184, б). Рассеивающая линза. Вогнутые линзы являются рассеивающими. Укрепив линзу на диске, направим на нее лучи, параллельные главной оптической оси. Преломленные лучи будут расходящимися (рис. 185), а их продолжения пересекаются в главном фокусе рассеивающей линзы. В этом случае главный фокус является мнимым (рис. 186) и расположен на расстоянии F от линзы. Другой мнимый главный фокус находится по другую сторону линзы на таком же расстоянии, если среда по обе стороны линзы одна и та же (рис. 187). Оптическая сила линзы. Величину, обратную фокусному расстоянию, называют оптической силой линзы. Ее обозначают буквой D: D=± Рис. 183 Чем ближе к линзе лежат ее фокусы, тем сильнее линза преломляет лучи, собирая или рассеивая их, и тем больше по абсолютному значению оптическая сила линзы. Оптическую силу D линз выражают в диоптриях (дптр). Оптической силой в 1 дптр обладает линза с фокусным расстоянием 1 м.