Terdapat objek yang mampu mengubah ketumpatan fluks sinaran elektromagnet yang jatuh ke atasnya, iaitu, sama ada meningkatkannya dengan mengumpulnya pada satu titik, atau mengurangkannya dengan menyerakkannya. Objek ini dipanggil kanta dalam fizik. Mari kita lihat lebih dekat isu ini.
Apakah kanta dalam fizik?
Konsep ini sama sekali bermaksud sebarang objek yang mampu mengubah arah perambatan sinaran elektromagnet. Ini ialah takrifan umum kanta dalam fizik, yang merangkumi cermin mata optik, kanta magnet dan graviti.
Dalam artikel ini, tumpuan akan diberikan pada cermin mata optik, iaitu objek yang diperbuat daripada bahan lutsinar dan dihadkan oleh dua permukaan. Salah satu permukaan ini semestinya mempunyai kelengkungan (iaitu, menjadi sebahagian daripada sfera jejari terhingga), jika tidak, objek tidak akan mempunyai sifat untuk menukar arah perambatan sinar cahaya.
Prinsip kanta
Intipati kerja yang tidak rumit iniobjek optik ialah fenomena pembiasan sinaran matahari. Pada awal abad ke-17, ahli fizik dan astronomi Belanda yang terkenal Willebrord Snell van Rooyen menerbitkan undang-undang pembiasan, yang kini menggunakan nama terakhirnya. Perumusan undang-undang ini adalah seperti berikut: apabila cahaya matahari melalui antara muka antara dua media telus optik, maka hasil darab sinus sudut tuju antara rasuk dan normal ke permukaan dan indeks biasan medium di mana ia merambat ialah nilai malar.
Untuk menjelaskan perkara di atas, mari berikan contoh: biarkan cahaya jatuh di permukaan air, manakala sudut antara normal ke permukaan dan rasuk ialah θ1. Kemudian, pancaran cahaya dibiaskan dan memulakan perambatannya di dalam air yang sudah berada pada sudut θ2 kepada normal ke permukaan. Menurut hukum Snell, kita mendapat: dosa(θ1)n1=dosa(θ2) n2, dengan n1 dan n2 ialah indeks biasan untuk udara dan air, masing-masing. Apakah indeks biasan? Ini ialah nilai yang menunjukkan berapa kali kelajuan perambatan gelombang elektromagnet dalam vakum adalah lebih besar daripada untuk medium telus optik, iaitu, n=c/v, di mana c dan v ialah kelajuan cahaya dalam vakum dan dalam sederhana, masing-masing.
Fizik penampilan biasan terletak pada pelaksanaan prinsip Fermat, mengikut mana cahaya bergerak sedemikian rupa untuk mengatasi jarak dari satu titik ke titik lain dalam ruang dalam masa yang paling singkat.
Jenis kanta
Jenis kanta optik dalam fizik ditentukan semata-mata oleh bentuk permukaan yang membentuknya. Arah pembiasan kejadian rasuk pada mereka bergantung pada bentuk ini. Jadi, jika kelengkungan permukaan adalah positif (cembung), maka, apabila keluar dari kanta, pancaran cahaya akan merambat lebih dekat kepada paksi optiknya (lihat di bawah). Sebaliknya, jika kelengkungan permukaan adalah negatif (cekung), kemudian melalui kaca optik, rasuk akan bergerak menjauhi paksi tengahnya.
Perhatikan sekali lagi bahawa permukaan mana-mana kelengkungan membiaskan sinar dengan cara yang sama (mengikut hukum Stella), tetapi normal bagi mereka mempunyai cerun yang berbeza berbanding paksi optik, menyebabkan kelakuan sinar terbias yang berbeza.
Kanta yang dibatasi oleh dua permukaan cembung dipanggil kanta penumpuan. Sebaliknya, jika ia dibentuk oleh dua permukaan dengan kelengkungan negatif, maka ia dipanggil hamburan. Semua jenis cermin mata optik yang lain dikaitkan dengan gabungan permukaan ini, yang mana satah turut ditambah. Sifat yang akan dimiliki oleh kanta gabungan (mencapah atau menumpu) bergantung pada jumlah kelengkungan jejari permukaannya.
Unsur kanta dan sifat sinar
Untuk membina kanta dalam fizik imej, anda perlu membiasakan diri dengan unsur-unsur objek ini. Mereka disenaraikan di bawah:
- Paksi dan pusat optik utama. Dalam kes pertama, ia bermaksud garis lurus yang melalui serenjang dengan kanta melalui pusat optiknya. Yang terakhir, seterusnya, ialah titik di dalam kanta, yang melaluinya rasuk tidak mengalami pembiasan.
- Panjang fokus dan fokus - jarak antara pusat dan titik pada paksi optik, yang mengumpulkan semua kejadian sinar pada kanta selari dengan paksi ini. Takrifan ini adalah benar untuk mengumpul cermin mata optik. Dalam kes kanta mencapah, bukan sinar itu sendiri yang akan menumpu ke satu titik, tetapi kesinambungan khayalan mereka. Titik ini dipanggil fokus utama.
- Kuasa optik. Ini adalah nama salingan panjang fokus, iaitu, D \u003d 1 / f. Ia diukur dalam diopter (diopter), iaitu, 1 diopter.=1 m-1.
Berikut ialah sifat utama sinar yang melalui kanta:
- rasuk yang melalui pusat optik tidak mengubah arah gerakannya;
- insiden sinar selari dengan paksi optik utama menukar arahnya supaya ia melalui fokus utama;
- sinar yang jatuh pada kaca optik pada sebarang sudut, tetapi melalui fokusnya, ubah arah perambatannya sedemikian rupa sehingga ia menjadi selari dengan paksi optik utama.
Sifat sinar di atas untuk kanta nipis dalam fizik (seperti yang dipanggil kerana tidak kira apa sfera ia terbentuk dan betapa tebalnya ia, hanya sifat optik bahan objek) digunakan untuk membina imej di dalamnya.
Imej dalam cermin mata optik: bagaimana untuk membina?
Di bawah ialah rajah yang memperincikan skema untuk membina imej dalam kanta cembung dan cekung sesuatu objek(anak panah merah) bergantung pada kedudukannya.
Kesimpulan penting berikutan daripada analisis litar dalam rajah:
- Sebarang imej dibina pada 2 sinar sahaja (melepasi tengah dan selari dengan paksi optik utama).
- Kanta penumpu (ditandakan dengan anak panah di hujung menghala ke luar) boleh memberikan kedua-dua imej yang dibesarkan dan dikecilkan, yang seterusnya boleh menjadi nyata (nyata) atau khayalan.
- Jika objek berada dalam fokus, maka kanta tidak membentuk imejnya (lihat rajah bawah di sebelah kiri dalam rajah).
- Gelas optik berselerak (ditandakan dengan anak panah di hujungnya menghala ke dalam) sentiasa memberikan imej yang berkurangan dan maya tanpa mengira kedudukan objek.
Mencari jarak ke imej
Untuk menentukan pada jarak mana imej akan muncul, mengetahui kedudukan objek itu sendiri, kami memberikan formula kanta dalam fizik: 1/f=1/do + 1 /d i, dengan do dan di ialah jarak ke objek dan imejnya dari optik pusat, masing-masing, f ialah fokus utama. Jika kita bercakap tentang kaca optik yang mengumpul, maka nombor-f akan menjadi positif. Sebaliknya, untuk kanta mencapah, f ialah negatif.
Mari kita gunakan formula ini dan selesaikan masalah mudah: biarkan objek berada pada jarak do=2f dari pusat kaca optik yang mengumpul. Di manakah imejnya akan muncul?
Dari keadaan masalah yang kita ada: 1/f=1/(2f)+1/di. Daripada: 1/di=1/f - 1/(2f)=1/(2f), iaitu di=2 f. Oleh itu, imej akan muncul pada jarak dua fokus dari kanta, tetapi di sisi lain daripada objek itu sendiri (ini ditunjukkan oleh tanda positif nilai di).
Sejarah Ringkas
Adalah ingin tahu untuk memberikan etimologi perkataan "lensa". Ia berasal daripada perkataan Latin lens dan lentis, yang bermaksud "lentil", kerana objek optik dalam bentuknya benar-benar kelihatan seperti buah tumbuhan ini.
Kuasa biasan badan lutsinar sfera diketahui oleh orang Rom purba. Untuk tujuan ini, mereka menggunakan bekas kaca bulat yang diisi dengan air. Kanta kaca sendiri mula dibuat hanya pada abad ke-13 di Eropah. Ia digunakan sebagai alat membaca (cermin mata moden atau kaca pembesar).
Penggunaan aktif objek optik dalam pembuatan teleskop dan mikroskop bermula sejak abad ke-17 (pada awal abad ini, Galileo mencipta teleskop pertama). Ambil perhatian bahawa rumusan matematik bagi hukum pembiasan Stella, tanpa pengetahuan tentangnya adalah mustahil untuk mengeluarkan kanta dengan sifat yang diingini, telah diterbitkan oleh seorang saintis Belanda pada awal abad ke-17 yang sama.
Kanta lain
Seperti yang dinyatakan di atas, selain objek biasan optik, terdapat juga objek magnet dan graviti. Contoh yang pertama adalah kanta magnet dalam mikroskop elektron, contoh yang jelas bagi yang terakhir ialah herotan arah fluks cahaya,apabila ia melintas berhampiran badan angkasa besar (bintang, planet).
