Du möter linser varje dag. Oavsett om det är objektivet på din mobiltelefonkamera, linserna på glasögonen eller kontaktlinser du använder för att se tydligt, förstoringsglas, mikroskop, teleskop eller något helt annat, förklarar linsens fysik hur en enkel glasbit kan användas för att förstora, minimera eller sätta bilder i fokus för alla ändamål.
I huvudsak fungerar linser genom att böja ljusstrålar som passerar genom dem genom brytning, men denna grundläggande punkt kan implementeras på olika sätt som varierar beroende på linsens typ . Lyckligtvis är grunderna i sådana linser lätta att förstå när du lär dig lite mer om hur de fungerar.
Vad är ett objektiv?
En lins är ett stycke transparent material som är utformat så att få ljusstrålar att böjas på ett specifikt sätt när de passerar genom det, oavsett om det betyder att strålarna konvergerar till en specifik punkt eller att avvika som från en specifik punkt. Det använda materialet kan vara ett glas eller plast, och linsens form bestämmer om det får ljusstrålar att konvergera eller divergera. Ordet "lins" kommer från det latinska ordet för "lins", på grund av likheten i formen mellan en konvergerande lins och baljväxten.
Den faktiska böjningen av ljusstrålar som produceras av en lins uppstår eftersom linsmaterialet har ett annat brytningsindex än den omgivande luften. Detta beteende beskrivs av Snells lag för brytning, som hänför sig till olika vinklar mellan händelsen och brytad ljusstråle till brytningsindex för de två materialen.
Kort sagt säger lagen att om du går från ett lägre brytningsindexämne till ett högre ämne (t.ex. från luft till glas), avböjs ljusstrålen mot det "normala" till ytan (dvs. mot riktningen vinkelrätt mot ytan vid den punkten) och att motsatt gäller för ljusstrålar som går från ett högre brytningsindexmaterial till ett lägre.
Definitioner
Det finns en hel del unika termer som används i optik, och att förstå dessa är avgörande om du studerar linsens fysik.
Ray-diagram är ett extremt användbart verktyg inom optik, och de används för att hitta platsen där en bild kommer att bildas baserat på objektets placering och objektivet. Genom att rita lite nyckelljus som kommer ut från ett objekt och markera deras väg när de passerar genom linsen är punkten där de möts var bilden kommer att bildas.
Denna process kan göras med hjälp av Snells refraktionslag, men några trick kan förenkla processen också. Till exempel är en stråle som passerar genom linsens mitt knappast avböjd alls, och en som slår linsen vinkelrätt mot den optiska axeln bryts för att passera genom linsens fokuspunkt.
Bilden som produceras av linsen kan vara verklig eller virtuell. För en riktig bild konvergeras ljusstrålarna för att bilda en bild på en specifik plats, och du kan se den bilden om du placerade en skärm på den platsen. I det mänskliga ögat och området bakom en kameralins används fotokänsliga celler eller material för att ta upp den här bilden.
En virtuell bild är annorlunda: när strålarna avviker från en lins gör deras riktning det ser ut som om de kom från platsen för den virtuella bilden. Med andra ord, om du följer de brytade strålarna bakåt men bara följer raka linjer, kommer de alla att konvergera på platsen för den virtuella bilden. Ljusstrålar konvergerar emellertid inte fysiskt på den här platsen, och om du placerade en skärm där skulle du inte se en bild. Ett kameralins är ett av de mest kända typer av linser du möter dagligen, och dessa finns i många olika typer, även om de alla har samma grundläggande funktionsprinciper som beskrivits tidigare. En förstklassig lins är en grundlins med en fast brännvidd och ett zoomobjektiv har en varierande brännvidd, så du behöver inte fysiskt ändra din plats för att få något i fokus. Ett vidvinkelobjektiv är en typ av lins med en mycket liten brännvidd som dramatiskt ökar synfältet, och en fisheye-lins är i huvudsak en extrem version av en vidvinkellins. Andra exempel är teleobjektiv , som har mycket långa brännvidd och är avsedda att fånga motiv som är långt borta, och makrolinser som är avsedda att fokusera på mycket nära intervall och antingen producera livstorlek eller förstorade versioner av objekt. Annan vanligt typer av linser är glasögonlinser eller kontaktlinsen, och båda dessa arbetar för att korrigera problemen med din syn. Om du är "närsynt" betyder det att dina ögonlinser skapar bilder framför den ljuskänsliga näthinnan i ögat, och så du behöver divergerande (konkava) linser för att flytta bilden längre bakåt. Om du är "långsynt", linserna i dina ögon skulle ge en bild längre bak än dina näthinnor, så du behöver konvergerande linser för att korrigera det här problemet. Både kontaktlinser och glasögon korrigerar detta på samma sätt - genom att lägga till en ytterligare korrigerande lins för att få den effektiva brännvidden för ditt öga att matcha avståndet till näthinnan - men det finns skillnader eftersom kontaktlinser sitter direkt på dina ögon. I en kontaktlins behöver inte linsen täcka så mycket utrymme (det behöver bara vara tillräckligt stort för din elev vid sin maximala utvidgning) och kan uppnå detta med mindre material. För glasögonlinser måste linsen täcka ett mycket större område och är tjockare som ett resultat.
Typer av linser och hur de fungerar -
