Ditt liv skulle inte vara detsamma utan linser. Oavsett om du behöver bära korrigerande glasögon eller inte, kan du inte se en klar bild av någonting utan någon slags linser för att böja ljusstrålarna som passerar genom dem till en enda kontaktpunkt.

Forskare är beroende av mikroskop och teleskop för att tillåta dem att se mycket små eller avlägsna objekt, förutom förstorade till den punkt där de kan extrahera användbar data eller observationer från bilderna. Och exakt samma principer används för att se till att du har en kamera som kan hjälpa dig att ta den perfekta selfien.

Från förstoringsglaset till det mänskliga ögat fungerar alla linser med samma grundprinciper. Även om det finns viktiga skillnader mellan konvergerande linser (konvexa linser) och divergerande linser (konkava linser), så snart du lär dig några av de grundläggande detaljerna, kommer du att märka många likheter.
Definitioner att veta |

Innan du börjar på denna resa för att förstå konvexa och konkava linser är det viktigt att ha en grundare på några av nyckelbegreppen inom optik. Fokuspunkten är den punkt vid vilken parallella strålar konvergerar (dvs. möts) efter att ha passerat genom en lins, och där en tydlig bild bildas.

Linsens brännvidd är avståndet från linsens centrum till kontaktpunkten, med en mindre brännvidd som indikerar en lins som böjer ljusstrålar starkare.

En lins optiska axel är symmetriinjen som går genom linsens centrum, som löper horisontellt om du föreställer dig att en lins stod vertikalt upprätt.

En ljusstråle är ett användbart sätt att representera banan för en ljusstråle, som används i stråldiagram för att ge en visuell tolkning av hur närvaron av en lins påverkar banan av ljusstrålen.

I praktiken kommer varje objekt att ha ljusstrålar som lämnar det i alla riktningar, men inte alla av dessa erbjuder användbar information när det gäller att analysera vad linsen faktiskt gör. När du ritar stråldiagram är det vanligtvis tillräckligt med att välja några viktiga ljusstrålar för att förklara utbredningen av ljusvågor och bildbildningsprocessen.
Stråldiagram |

Stråldiagram och strålspårning gör att du kan bestämma plats för bildbildning baserat på objektets placering och objektivets placering.

Processen att rita ljusstrålarna och deras avböjning när de passerar genom linsen kan slutföras med hjälp av Snells refraktionslag, som relaterar vinkeln av strålen innan den når linsen till vinkeln på den andra sidan av linsen, baserat på brytningsindex för luft (eller annat medium genom vilket strålen rör sig) och glasstycket eller annat material som används för linsen.

Men det kan vara tidskrävande, och det finns några knep som kan hjälpa dig att göra stråldiagram lättare. Kom ihåg att ljusstrålar som passerar genom linsens centrum inte bryts i någon märkbar grad och att parallella strålar avböjs mot kontaktpunkten.

Det finns två huvudtyper av bildbildning som kan uppstår med linser och att du kan använda stråldiagram för att fastställa. Den första av dessa är en "riktig bild", som hänvisar till en punkt där ljusstrålar konvergerar för att producera en bild. Om du placerade en skärm på den här platsen skulle ljusstrålarna skapa en in-fokusbild på skärmen. En riktig bild produceras av en konvergerande lins, som annars kallas en konvex lins.

En virtuell bild är helt annorlunda och skapas av en divergerande lins. Eftersom dessa linser böjer ljusstrålar bort från varandra (dvs gör att de avviker), bildas "bilden" faktiskt på den sida av linsen där de infallande ljusstrålarna kom från.

Trattningen från strålarna på motsatt sida gör att det ser ut som om strålarna producerades av ett objekt på samma sida av linsen som de infallande strålarna, som om du spårade strålarna tillbaka på en rak linje till punkten där de skulle konvergera. Detta är dock inte bokstavligen sant, och om du placerade en skärm på den här platsen skulle det inte finnas någon bild.
The Thin Lens Equation

Den tunna linsekvationen är en av de viktigaste ekvationerna i optik , och det relaterar avståndet till objektet d
_{o, avståndet till bilden d
i och brännvidden för linsen f
. Ekvationen är ganska enkel, men det är lite svårare att använda än vissa andra ekvationer i fysik eftersom nyckeltermerna är i nämnderna för fraktioner, enligt följande:
\\ frac {1} {d_o} + \\ frac {1 } {d_i} \u003d \\ frac {1} {f}}

Konventionen är att en virtuell bild har ett negativt avstånd och att verkliga bilder har ett positivt bildavstånd. Linsens brännvidd följer också samma konvention, så positiva brännvidd representerar konvergerande linser och negativa brännvidd representerar divergerande linser.

Konvexa och konkava linser är de två huvudtyperna linser som diskuteras i introduktionsfysikklasser. , så länge du förstår hur dessa beter sig, kommer du att kunna svara på alla frågor.

Det är viktigt att notera att denna ekvation är för en "tunn" lins. Detta innebär att linsen kan behandlas som avböjning av en ljusstråls väg från en och en plats, linsens centrum.

I praktiken är det en böjning på båda sidor om linsen - den ena vid gränssnittet mellan luften och linsmaterialet, och den andra vid gränssnittet mellan linsmaterialet och luften på andra sidan - men detta antagande gör beräkningen mycket enklare.
Konka linser

En konkav lins kallas också en divergerande lins, och dessa är krökta så att linsens "skål" vetter mot objektet i fråga. Som nämnts ovan är konventionen att linser som denna tilldelas en negativ brännvidd, och den virtuella bilden de producerar är på samma sida som det ursprungliga objektet.

För att slutföra strålspårningsprocessen för en konkav lins Observera att varje ljusstråle från objektet som rör sig parallellt med linsens optiska axel kommer att avböjas, så det verkar ha sitt ursprung i närheten av linsens fokuspunkt, på samma sida av linsen som själva objektet.

Som nämnts ovan kommer alla strålar som passerar genom linsens centrum att fortsätta utan att avböjas. Slutligen kommer alla strålar som rör sig mot brännpunkten på linsens motsatta sida att avböjas, så att den dyker upp parallellt med den optiska axeln.

Rita några sådana strålar baserade på en enda punkt på objektet kommer vanligtvis att vara tillräckligt för att hitta platsen för bilden som produceras.
Konvexa linser

En konvex lins är också känd som ett konvergerande objektiv och fungerar i huvudsak på motsatt sätt som en konkav lins. Det är krökt så att den yttre böjningen av "skål" -formen är närmast objektet och brännvidden tilldelas ett positivt värde.

Processen för strålspårning för en konvergerande lins är mycket lik som för en divergerande lins, med ett par viktiga skillnader. Som alltid är inte ljusstrålar som passerar genom linsens mitt avböjda.

Om en infallande stråle rör sig parallellt med den optiska axeln kommer den att avböjas genom kontaktpunkten på motsatt sida av linsen. Omvänt kommer varje ljusstråle som kommer från föremålet och passerar genom den nära kontaktpunkten på sin resa mot linsen att avböjas, så att den dyker upp parallellt med den optiska axeln.

Återigen, genom att dra två eller tre strålar för en punkt på objektet baserat på dessa enkla principer, kommer du att kunna hitta platsen för bilden. Detta är den punkt där alla ljusstrålar konvergerar på motsatt sida av linsen till själva objektet.
Förstoringskoncept

Förstoring är ett viktigt begrepp inom optiken, och det hänvisar till förhållandet mellan storleken på bilden som produceras av en lins och storleken på det ursprungliga objektet. Det här är ganska mycket hur du skulle förstå förstoring som ett koncept från vardagen - om bilden är dubbelt så stor som objektet har den förstorats med en faktor av två. Men den exakta definitionen är:
M \u003d - \\ frac {i} {o}

Där M
är förstoringen, i
hänvisar till bildens storlek och o
avser storleken på objektet. En negativ förstoring indikerar en inverterad bild, där positiv förstoring är upprätt.
Likheter och skillnader

Det finns likheter mellan konvexa och konkava linser i grundläggande termer, men det finns fler skillnader än likheter när du tittar på dem mer detaljerat.

Den största likheten är att de båda arbetar med samma grundprincip, där skillnaden i brytningsindex mellan linsen och det omgivande mediet gör att de kan böja ljusstrålar och skapa en kontaktpunkt. Divergerande linser skapar emellertid alltid virtuella bilder, medan konvergerande linser kan skapa verkliga eller virtuella bilder.

När linsens krökning minskar blir konvergerande och divergerande linser alltmer lika varandra, eftersom ytornas geometri blir också mer lik. Eftersom de båda arbetar baserat på samma princip, eftersom geometrien blir mer lik, blir effekten de har på en ljusstråle också likare.
Applications and Exemplar

Konkava och konvexa linser har många praktiska tillämpningar , men det vanligaste i vardagen är användningen av korrigerande linser (glasögon) för närsynthet eller närsynthet, eller verkligen hyperopi eller framsynthet.

I båda dessa tillstånd är fokuspunkten för linsen på linsen ögat passar inte riktigt med positionen för den ljuskänsliga näthinnan på baksidan av ögat, eftersom det är framför myopi och bakom det för hyperopi. Glasögon för närsynthet divergerar, så att fokuspunkten flyttas bakåt, medan för hyperopi används konvergerande linser.

Förstoringsglas och mikroskop fungerar på samma grundläggande sätt och använder bikonvexa linser (linser med två konvexa sidor) för att producera en förstorad version av bilderna. Ett förstoringsglas är den enklare optiska enheten, med en enda lins som tjänar till att producera en större bildstorlek än du annars kunde få. Mikroskop är lite mer komplicerade (eftersom de vanligtvis har flera linser), men de producerar förstorade bilder på i princip samma sätt.

Refraktorteleskop fungerar precis som mikroskop och förstoringsglas, med en bikonvex lins som ger en brännpunkt i teleskopets kropp, men ljuset fortsätter att nå okularet.

Liksom på mikroskop har dessa en annan lins i okularet för att se till att det fångade ljuset är i fokus när det når ditt öga. Den andra huvudtypen av teleskop är ett reflektorteleskop, som använder speglar istället för linser för att samla ljuset och skicka det till ögat. Spegeln är konkav, så den fokuserar ljuset till en riktig bild på samma sida av spegeln som objektet.