Kuna vitu vyenye uwezo wa kubadilisha msongamano wa mionzi ya sumakuumeme inayoangukia juu yao, yaani, ama kuiongeza kwa kuikusanya katika hatua moja, au kuipunguza kwa kuitawanya. Vitu hivi huitwa lenzi katika fizikia. Hebu tuangalie suala hili kwa undani zaidi.
Lenzi katika fizikia ni nini?
Dhana hii inamaanisha kabisa kitu chochote chenye uwezo wa kubadilisha mwelekeo wa uenezaji wa mionzi ya sumakuumeme. Huu ndio ufafanuzi wa jumla wa lenzi katika fizikia, ambayo inajumuisha miwani ya macho, lenzi za sumaku na mvuto.
Katika makala haya, mkazo utakuwa kwenye miwani ya macho, ambayo ni vitu vilivyotengenezwa kwa nyenzo inayoangazia na kuzuiwa na nyuso mbili. Mojawapo ya nyuso hizi lazima lazima ziwe na mzingo (yaani, ziwe sehemu ya duara ya radius yenye mwisho), vinginevyo kitu hakitakuwa na sifa ya kubadilisha mwelekeo wa uenezi wa miale ya mwanga.
Kanuni ya lenzi
Kiini cha kazi hii isiyokuwa ngumukitu macho ni jambo la refraction ya mionzi ya jua. Mwanzoni mwa karne ya 17, mwanafizikia na mwanaanga maarufu wa Uholanzi Willebrord Snell van Rooyen alichapisha sheria ya kukataa, ambayo kwa sasa ina jina lake la mwisho. Uundaji wa sheria hii ni kama ifuatavyo: wakati mwanga wa jua unapita kupitia kiolesura kati ya vyombo vya habari viwili vya uwazi wa macho, basi bidhaa ya sine ya pembe ya tukio kati ya boriti na ya kawaida kwa uso na faharisi ya refractive ya kati ambayo inaeneza ni thamani isiyobadilika.
Ili kufafanua hayo hapo juu, hebu tutoe mfano: acha mwanga uanguke juu ya uso wa maji, huku pembe kati ya ile ya kawaida hadi uso na boriti ni θ1. Kisha, mwangaza unarudishwa nyuma na huanza uenezi wake ndani ya maji tayari kwa pembe θ2 hadi kawaida kwa uso. Kulingana na sheria ya Snell, tunapata: dhambi(θ1)n1=dhambi(θ2) n2, ambapo n1 na n2 ni fahirisi za kuakisi hewa na maji., kwa mtiririko huo. Fahirisi ya refractive ni nini? Hii ni thamani inayoonyesha ni mara ngapi kasi ya uenezaji wa mawimbi ya sumakuumeme kwenye utupu ni kubwa zaidi kuliko ile ya chombo cha kati kioptically, yaani, n=c/v, ambapo c na v ni kasi ya mwanga katika utupu na katika kati, mtawalia.
Fizikia ya mwonekano wa kinzani iko katika utekelezaji wa kanuni ya Fermat, kulingana na ambayo mwanga husogea kwa namna ya kushinda umbali kutoka sehemu moja hadi nyingine angani kwa muda mfupi zaidi.
Aina za lenzi
Aina ya lenzi ya macho katika fizikia hubainishwa pekee na umbo la nyuso zinazoiunda. Mwelekeo wa kukataa kwa tukio la boriti juu yao inategemea sura hii. Kwa hivyo, ikiwa curvature ya uso ni chanya (convex), basi, baada ya kuondoka kwenye lens, boriti ya mwanga itaenea karibu na mhimili wake wa macho (tazama hapa chini). Kinyume chake, ikiwa mzingo wa uso ni hasi (concave), kisha kupita kwenye glasi ya macho, boriti itaondoka kwenye mhimili wake wa kati.
Kumbuka tena kwamba sehemu ya kipinda chochote hugeuza miale kwa njia ile ile (kulingana na sheria ya Stella), lakini kanuni zake za kawaida zina mteremko tofauti unaohusiana na mhimili wa macho, hivyo kusababisha tabia tofauti ya miale iliyoangaziwa.
Lenzi inayopakana na nyuso mbili za mbonyeo inaitwa lenzi inayozunguka. Kwa upande wake, ikiwa imeundwa na nyuso mbili na curvature mbaya, basi inaitwa kutawanyika. Aina nyingine zote za glasi za macho zinahusishwa na mchanganyiko wa nyuso hizi, ambazo ndege pia huongezwa. Je, lenzi iliyounganishwa itakuwa na sifa gani (inayotofautiana au inayopindana) inategemea mpindano wa jumla wa radi ya nyuso zake.
Vipengee vya lenzi na sifa za miale
Ili kuunda lenzi katika fizikia ya picha, unahitaji kufahamiana na vipengele vya kifaa hiki. Zimeorodheshwa hapa chini:
- Mhimili mkuu wa macho na kituo. Katika kesi ya kwanza, wanamaanisha mstari wa moja kwa moja unaopita perpendicular kwa lens kupitia kituo chake cha macho. Mwisho, kwa upande wake, ni sehemu iliyo ndani ya lenzi, ikipita ambayo boriti haipati mwonekano.
- Urefu na umakinifu - umbali kati ya kituo na ncha kwenye mhimili wa macho, ambao unakusanya matukio yote ya miale kwenye lenzi sambamba na mhimili huu. Ufafanuzi huu ni kweli kwa kukusanya glasi za macho. Kwa upande wa lenzi zinazotofautiana, sio miale yenyewe ambayo itaungana kwa uhakika, lakini mwendelezo wao wa kufikiria. Jambo hili linaitwa lengo kuu.
- Nguvu ya macho. Hili ndilo jina la usawa wa urefu wa kuzingatia, yaani, D \u003d 1 / f. Inapimwa kwa diopta (diopters), yaani, diopta 1.=1 m-1.
Zifuatazo ndizo sifa kuu za miale inayopita kwenye lenzi:
- boriti inayopita katikati ya macho haibadilishi mwelekeo wake wa mwendo;
- tukio la miale sambamba na mhimili mkuu wa macho hubadilisha mwelekeo wake ili kupita kwenye lengo kuu;
- miale inayoangukia kwenye glasi ya macho kwa pembe yoyote, lakini ikipita kwenye mwelekeo wake, hubadilisha mwelekeo wao wa uenezi kwa njia ambayo inakuwa sambamba na mhimili mkuu wa macho.
Sifa zilizo hapo juu za miale ya lenzi nyembamba katika fizikia (kama zinavyoitwa kwa sababu haijalishi ni nyanja gani zimeundwa na ni nene kiasi gani, ni sifa za macho tu za kitu) hutumika kuunda picha ndani yake..
Picha katika miwani ya macho: jinsi ya kuunda?
Hapa chini kuna mchoro unaofafanua miundo ya kuunda picha katika lenzi mbonyeo na mbonyeo za kitu.(mshale mwekundu) kulingana na nafasi yake.
Hitimisho muhimu hufuata kutokana na uchanganuzi wa saketi kwenye takwimu:
- Picha yoyote imeundwa kwa miale 2 pekee (inayopita katikati na sambamba na mhimili mkuu wa macho).
- Lenzi zinazobadilika (zinazoonyeshwa kwa mishale kwenye ncha zinazoelekeza nje) zinaweza kutoa picha iliyopanuliwa na iliyopunguzwa, ambayo kwa upande wake inaweza kuwa halisi (halisi) au ya kufikirika.
- Ikiwa kitu kimeangaziwa, basi lenzi haifanyi taswira yake (angalia mchoro wa chini upande wa kushoto kwenye takwimu).
- Kutawanya miwani ya macho (inayoashiria kwa mishale kwenye ncha zake zinazoelekeza ndani) kila wakati hutoa picha iliyopunguzwa na ya mtandaoni bila kujali nafasi ya kitu.
Kutafuta umbali wa picha
Kuamua ni umbali gani picha itaonekana, tukijua nafasi ya kitu chenyewe, tunatoa formula ya lenzi katika fizikia: 1/f=1/do + 1 /d i, ambapo do na di ni umbali wa kitu na kwa taswira yake kutoka kwa macho. kituo, kwa mtiririko huo, f ni lengo kuu. Ikiwa tunazungumza juu ya glasi ya macho ya kukusanya, basi nambari ya f itakuwa chanya. Kinyume chake, kwa lenzi tofauti, f ni hasi.
Hebu tutumie fomula hii na kutatua tatizo rahisi: acha kipengee kiwe mbali do=2f kutoka katikati ya mkusanyiko wa kioo cha macho. Picha yake itaonekana wapi?
Kutokana na hali ya tatizo tuliyo nayo: 1/f=1/(2f)+1/di. Kutoka: 1/di=1/f - 1/(2f)=1/(2f), yaani di=2 f. Kwa hivyo, picha itaonekana kwa umbali wa foci mbili kutoka kwa lens, lakini kwa upande mwingine kuliko kitu yenyewe (hii inaonyeshwa na ishara nzuri ya thamani di).
Historia Fupi
Inavutia kutoa etimolojia ya neno "lenzi". Linatokana na maneno ya Kilatini lens na lentis, ambayo inamaanisha "dengu", kwa kuwa vitu vya macho katika umbo lao hufanana kabisa na tunda la mmea huu.
Nguvu ya kuakisi ya miili yenye uwazi ya duara ilijulikana kwa Warumi wa kale. Kwa kusudi hili, walitumia vyombo vya kioo vya mviringo vilivyojaa maji. Lensi za glasi zenyewe zilianza kufanywa tu katika karne ya 13 huko Uropa. Zilitumika kama zana ya kusoma (miwani ya kisasa au kioo cha kukuza).
Matumizi hai ya vitu vya macho katika utengenezaji wa darubini na darubini yalianza karne ya 17 (mwanzoni mwa karne hii, Galileo alivumbua darubini ya kwanza). Kumbuka kwamba uundaji wa hisabati wa sheria ya Stella ya kukataa, bila ujuzi ambao haiwezekani kutengeneza lenses na mali inayotakiwa, ilichapishwa na mwanasayansi wa Uholanzi mwanzoni mwa karne hiyo ya 17.
Lenzi zingine
Kama ilivyobainishwa hapo juu, pamoja na vitu vya kuakisi macho, pia kuna vitu vya sumaku na mvuto. Mfano wa zamani ni lenzi za sumaku kwenye darubini ya elektroni, mfano wazi wa mwisho ni upotovu wa mwelekeo wa flux ya mwanga.inapopita karibu na miili mikubwa ya anga (nyota, sayari).
