Tròng kính là vật trong suốt, có thể khúc xạ ánh sáng mặt trời. Chúng chủ yếu được làm từ thủy tinh. Các từ "khúc xạ ánh sáng" đề cập đến khả năng thay đổi hướng truyền của tia sáng tới. Hãy xem xét cách hình ảnh được tạo ra trong một thấu kính mỏng.
Bối cảnh lịch sử
Những thấu kính đầu tiên được người Hy Lạp và La Mã cổ đại biết đến là những bình thủy tinh hình cầu chứa đầy nước. Những nguyên mẫu của kính quang học hiện đại này được sử dụng để đốt cháy.
Chỉ vào cuối thế kỷ 13, ống kính thủy tinh đầu tiên được sản xuất ở Châu Âu. Kể từ đó, quá trình sản xuất của họ không có nhiều thay đổi. Cải tiến duy nhất là việc Isaac Newton sử dụng nhựa đường vào thế kỷ 17 để đánh bóng bề mặt của các vật thể quang học.
Kính thu và tán quang
Để dễ hiểu hơn về cấu tạo của hình ảnh trong một thấu kính mỏng, hãy xem xétcâu hỏi là, kính quang học là gì. Nói chung, chỉ có hai loại thấu kính khác nhau về hình dạng và khả năng khúc xạ thông lượng ánh sáng. Các loại sau được phân biệt:
- Tròng kính hội tụ. Loại này có độ dày của phần trung tâm của nó lớn hơn độ dày của các cạnh. Ảnh thu được trong thấu kính hội tụ được tạo thành ở phía bên kia của ánh sáng chiếu vào nó. Loại này có khả năng thu ánh sáng vào một điểm duy nhất (tiêu điểm tích cực).
- Thấu kính phân kỳ. Phần trung tâm của chúng mỏng hơn các cạnh. Do hình dạng của chúng, những kính quang học này sẽ phân tán ánh sáng tới chúng, dẫn đến sự hình thành ảnh ở cùng một phía của thấu kính khi các tia từ một vật thể rơi vào nó. Hình ảnh được tạo nhỏ hơn nhiều so với mặt hàng thực tế. Nếu các tia phân tán bởi kính quang học này được tiếp tục theo cách để xác định nguồn gốc của chúng, thì có vẻ như chúng sẽ ló ra từ một điểm phía trước nó. Điểm này được gọi là tiêu điểm, là tiêu điểm hoặc là tiêu điểm đối với thấu kính phân kỳ.
Các hình dạng khác nhau của kính quang học
Hai loại thấu kính hiện có có thể được chế tạo theo nhiều cách. 6 dạng sau được phân biệt:
- Mặt lồi.
- Plano-lồi.
- Với mặt khum lồi (lõm-lồi).
- Vết lõm.
- Plano-lõm.
- Có mặt khum lõm (lồi-lõm).
Phần tử kính lồi
Để hiểu vật lý của thấu kính và cấu tạo trongthấu kính ảnh mỏng, cần phải biết các yếu tố cơ bản của vật thể quang học này. Hãy liệt kê chúng:
- Quang tâm (O) là điểm mà ánh sáng đi qua mà không bị khúc xạ.
- Trục chính là đường thẳng đi qua điểm của quang tâm và tiêu điểm chính.
- Tiêu điểm chính hoặc tiêu điểm chính (F) là điểm mà tia sáng hoặc phần kéo dài của chúng truyền qua nếu chúng rơi trên kính quang học song song với trục chính của nó.
- Trục phụ - bất kỳ đường thẳng nào đi qua tâm quang học.
- Bán kính cong là hai bán kính, R1và R2, của các mặt cầu tạo thành thấu kính.
- Tâm cong - hai tâm của hình cầu, C1và C2, tạo nên bề mặt của thủy tinh quang học.
- Độ dài tiêu cự (f) - khoảng cách giữa tiêu điểm và quang tâm. Có một định nghĩa khác về giá trị (f): đây là khoảng cách từ tâm của thấu kính quang học đến hình ảnh, cho một vật thể ở rất xa.
Tính chất quang học
Dù là kính lồi đơn giản hay hệ thống quang học phức tạp, là tập hợp các thấu kính riêng lẻ, đặc tính quang học của chúng phụ thuộc vào hai thông số: tiêu cự và mối quan hệ giữa tiêu cự và đường kính của thấu kính.
Độ dài tiêu cự được đo bằng hai cách:
- Theo đơn vị khoảng cách thông thường, chẳng hạn như 10cm, 1m, v.v.
- Tính theo diop, đây là giá trị tỷ lệ nghịch với độ dài tiêu cự, được đo bằng mét.
Ví dụ, một kính quang học có công suất 1 đi-ốp có tiêu cự 1 m, trong khi thấu kính có công suất 2 đi-ốp có tiêu cự chỉ 0,5 m.
Đường kính của thấu kính và mối quan hệ của nó với độ dài tiêu cự xác định khả năng thu ánh sáng hoặc khả năng phát sáng của kính quang học.
Tính chất của tia đi qua thấu kính
Trong các trường học ở lớp 8, dựng ảnh trong thấu kính mỏng là một trong những chủ đề quan trọng trong vật lý. Để học cách xây dựng những hình ảnh này, người ta không chỉ nên biết các khái niệm và yếu tố cơ bản mà còn biết các thuộc tính của một số tia đi qua một vật thể hoạt động quang học:
- Bất kỳ tia nào đi qua song song với trục chính đều bị khúc xạ theo cách mà nó đi qua tiêu điểm (trong trường hợp thấu kính hội tụ), hoặc tia liên tục ảo của nó đi qua tiêu điểm (trong trường hợp phân kỳ một).
- Chùm tia đi qua tiêu điểm bị khúc xạ để nó tiếp tục chuyển động song song với trục chính. Lưu ý rằng trong trường hợp thấu kính phân kỳ, quy tắc này có hiệu lực nếu sự tiếp tục của chùm tia tới trên nó đi qua tiêu điểm nằm ở phía bên kia của đối tượng quang học.
- Bất kỳ tia sáng nào đi qua tâm thấu kính đều không bị khúc xạ và không đổi hướng.
Tính năng xây dựng hình ảnh trong thấu kính mỏng
Dù thu và tán xạ quangkính có tính chất tương tự, cấu tạo của hình ảnh trong mỗi loại kính có đặc điểm riêng.
Khi xây dựng hình ảnh, công thức thấu kính mỏng là:
1 / f=1 / do+ 1 / di, trong đó dovà dilà khoảng cách từ quang tâm đến vật thể và đến ảnh của nó.
Lưu ý rằng tiêu cự (f) dương đối với thấu kính hội tụ và âm đối với thấu kính phân kỳ.
Ứng dụng của các tính chất trên của tia đi qua kính quang học dẫn đến các kết quả sau:
- Nếu đặt vật ở khoảng cách lớn hơn 2f thì thu được ảnh thật, có kích thước nhỏ hơn vật. Chúng tôi thấy nó lộn ngược.
- Vật thể được đặt ở khoảng cách 2f so với thấu kính sẽ tạo ra ảnh ngược thực có cùng kích thước với chính vật thể đó.
- Nếu đối tượng ở khoảng cách lớn hơn f, nhưng nhỏ hơn 2f, thì sẽ thu được hình ảnh được phóng to và đảo ngược thực sự của nó.
- Nếu vật ở tiêu điểm thì các tia đi qua thấu kính trở nên song song, nghĩa là không có ảnh.
- Nếu một vật thể gần hơn một tiêu cự, thì hình ảnh của nó sẽ trở nên ảo, trực tiếp và lớn hơn chính vật thể đó.
Vì tính chất của tia đi qua thấu kính hội tụ và phân kì là tương tự nhau, nên việc tạo ảnh của thấu kính mỏng thuộc loại này được thực hiện theo các quy tắc tương tự.
Bản vẽchụp ảnh cho nhiều dịp khác nhau
Trong hình vẽ, thấu kính hội tụ được biểu thị bằng một đường ở hai đầu có các mũi tên hướng ra ngoài và thấu kính phân kỳ được biểu thị bằng một đường có các mũi tên ở hai đầu hướng vào trong, nghĩa là, tại nhau.
Các biến thể khác nhau của bản vẽ để dựng hình ảnh trong thấu kính mỏng, đã được thảo luận trong đoạn trước, được hiển thị trong hình bên dưới.
Có thể thấy trong hình, tất cả các hình ảnh (đối với bất kỳ loại kính quang học nào và vị trí của vật thể so với chúng) đều được xây dựng trên hai chùm tia. Một hướng song song với trục chính và một hướng đi qua quang tâm. Việc sử dụng các chùm tia này rất tiện lợi vì chúng đã biết được hành vi của chúng sau khi đi qua thấu kính. Cũng lưu ý rằng cạnh dưới của đối tượng (mũi tên màu đỏ trong trường hợp này) nằm trên trục quang học chính, vì vậy chỉ cần xây dựng hình ảnh của điểm trên cùng của đối tượng là đủ. Nếu đối tượng (mũi tên màu đỏ) được đặt tùy ý so với kính quang học, thì cần phải xây dựng hình ảnh của cả phần trên và phần dưới của nó một cách độc lập.
Hai chùm tia là đủ để xây dựng bất kỳ hình ảnh nào. Nếu không chắc chắn về kết quả, thì có thể kiểm tra kết quả bằng tia thứ ba. Cần hướng qua tiêu điểm (phía trước thấu kính hội tụ và phía sau thấu kính phân kỳ) thì sau khi đi qua thấu kính và khúc xạ trong đó, chùm tia sẽ song song với trục chính. Nếu vấn đề xây dựng hình ảnh trong một thấu kính mỏng được giải quyếtphải, sau đó nó sẽ đi qua điểm mà hai chùm chính giao nhau.
Quy trình sản xuất vật thể quang học
Hầu hết các thấu kính đều được làm từ loại thủy tinh đặc biệt gọi là thấu kính quang học. Không có ứng suất bên trong, bọt khí và các khuyết tật khác trong kính như vậy.
Quá trình chế tạo thấu kính diễn ra trong nhiều giai đoạn. Đầu tiên, một vật thể lồi hoặc lõm có hình dạng mong muốn được cắt ra khỏi một khối thủy tinh quang học bằng các dụng cụ kim loại thích hợp. Sau đó, nó được đánh bóng bằng cách sử dụng hắc ín. Ở giai đoạn cuối cùng, kính quang học được thay đổi kích thước bằng cách sử dụng các công cụ mài mòn để trọng tâm trùng khớp chính xác với tâm quang học.
Do sự phát triển của công nghệ thu nhận và xử lý nhiều loại nhựa khác nhau, ống kính ngày càng được làm từ các loại nhựa trong suốt, rẻ hơn, nhẹ hơn và ít dễ vỡ hơn so với các loại thủy tinh của chúng.
Khu vực ứng dụng
Kínhquang học được sử dụng để giải quyết các vấn đề về thị lực khác nhau. Đối với điều này, cả kính áp tròng bằng nhựa và kính (có kính) đều được sử dụng.
Ngoài ra, kính quang học được sử dụng trong máy ảnh chụp ảnh, kính hiển vi, kính thiên văn và các dụng cụ quang học khác. Họ sử dụng cả một hệ thống thấu kính. Ví dụ, trong trường hợp kính hiển vi đơn giản nhất, bao gồm hai kính quang học, kính thứ nhất tạo nên hình ảnh thực của vật thể, vàthứ hai được sử dụng để phóng to hình ảnh của nó. Do đó, kính thứ hai nằm cách kính thứ nhất một khoảng thích hợp, theo các quy tắc cấu tạo ảnh trong thấu kính mỏng.
