Συνδυασμός φακού και καθρέφτη

Στα περισσότερα οπτικά όργανα, δύο ή περισσότεροι φακοί χρησιμοποιούνται στη σειρά. Ο τύπος του φακού ή το διάγραμμα ακτίνων μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό της θέσης, του μεγέθους και της φύσης της τελικής εικόνας. Σε κάθε περίπτωση, η εικόνα που δημιουργείται από τον πρώτο φακό βρίσκεται πρώτη. Η τελική εικόνα που δημιουργείται από τον δεύτερο φακό μπορεί να εντοπιστεί χρησιμοποιώντας αυτήν την εικόνα ως αντικείμενο για τον δεύτερο φακό. Η εικόνα ενός αντικειμένου μπορεί να αποδοθεί όρθια και να ενισχυθεί σημαντικά εάν υπάρχουν περισσότεροι από δύο φακοί. Ως αποτέλεσμα, ένας σωστός συνδυασμός φακών χρησιμοποιείται σε οπτικό εξοπλισμό υψηλής ισχύος. Αυτός είναι ο λόγος που ο συνδυασμός καθρέφτη και φακού χρησιμοποιείται στο μικροσκόπιο. Ας μελετήσουμε τη διαδικασία λεπτομερώς και από τα βασικά.

Διάθλαση κατάστασης

Όταν μια δέσμη φωτός συγκρούεται με ένα άλλο διαφανές μέσο, ​​ένα μέρος του αντανακλάται στο αρχικό μέσο ενώ το υπόλοιπο περνά μέσα από αυτό. Ας αναπαραστήσουμε μια δέσμη με μια ακτίνα φωτός.

Στη διεπαφή των δύο μέσων, μια λοξά προσπίπτουσα ακτίνα φωτός που εισέρχεται στο άλλο μέσο αλλάζει. Η διάθλαση του φωτός είναι ο όρος για αυτό το φαινόμενο. Ο Willebrord Snell ανακάλυψε τους ακόλουθους κανόνες διάθλασης μέσω πειραματισμού:

(I) Πειραματικά, στο σημείο πρόσπτωσης, η προσπίπτουσα ακτίνα, η διαθλασμένη ακτίνα και η κανονική στη διεπαφή θα βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο.

(ii) Παρατηρήθηκε ότι το ημίτονο της γωνίας πρόσπτωσης είναι ανάλογο με το ημίτονο της γωνίας διάθλασης.

Θυμηθείτε ότι οι γωνίες πρόσπτωσης I και διάθλασης (r) σχηματίζονται από τις προσπίπτουσες και διαθλασμένες ακτίνες σε σχέση με την κανονική.

Έχουμε (sin i/sin r)=n21, όπου το n21 είναι μια σταθερά που αναφέρεται ως δείκτης διάθλασης του δεύτερου μέσου σε σχέση με το πρώτο μέσο. Θα πρέπει να παρατηρήσουμε ότι το n21 είναι μια ιδιότητα του ζεύγους μέσων (και επηρεάζεται επίσης από το μήκος κύματος του φωτός), αλλά δεν επηρεάζεται από τη γωνία πρόσπτωσης.

Εάν n21> 1 η διαθλασμένη ακτίνα κάμπτεται προς την κανονική. Το μέσο 2 είναι οπτικά πιο πυκνό (ή πιο πυκνό, εν συντομία) από το μέσο 1 σε αυτό το σενάριο. Εάν n21>1, r> i, από την άλλη πλευρά, η διαθλασμένη δέσμη κάμπτεται μακριά από την κανονική. Όταν μια προσπίπτουσα ακτίνα σε ένα πυκνότερο μέσο διαθλάται σε ένα πιο σπάνιο μέσο, ​​αυτό συμβαίνει.

Κατάσταση συνολικής εσωτερικής αντανάκλασης

Αυτό είναι το φαινόμενο όπου το φως ανακλάται εν μέρει στο ίδιο μέσο όταν μεταβαίνει από ένα οπτικά πυκνότερο μέσο σε ένα πιο σπάνιο μέσο στη διεπαφή.

Το δεύτερο μέσο διαθλάστηκε μερικώς. Εσωτερική αντανάκλαση είναι το όνομα που δίνεται σε αυτόν τον τύπο ανάκλασης. Με ένα μεγεθυντικό φακό, τα οπτικά φαινόμενα μπορούν εύκολα να εμφανιστούν.

Σήμερα, ένας φακός λέιζερ ή ένας δείκτης είναι άμεσα διαθέσιμος. Στη συνέχεια, πάρτε ένα ποτήρι και γεμίστε το με καθαρό νερό. Χρησιμοποιώντας ένα κομμάτι σαπούνι, ανακατέψτε το νερό μερικές φορές, προκαλώντας το να γίνει ελαφρώς σκοτεινό. Πάρτε έναν δείκτη λέιζερ και γυαλίστε τον σε όλο το δωμάτιο. Το φως λάμπει μέσα από το αδιαφανές νερό. Θα παρατηρήσετε ότι η διαδρομή της δοκού δεν είναι ευθεία. Το νερό μέσα λάμπει υπέροχα. Η ολική εσωτερική αντανάκλαση παράγει φωτεινότερες εικόνες από τους καθρέφτες ή τους φακούς ή έναν συνδυασμό φακού και καθρέφτη επειδή το 100 τοις εκατό του προσπίπτοντος φωτός αντανακλάται στο ίδιο μέσο χωρίς απώλεια έντασης. Αντίθετα, η αντανάκλαση από τους καθρέφτες και τους φακούς οδηγεί πάντα σε κάποια απώλεια της έντασης.

Δηλώστε τον συνδυασμό λεπτών φακών

Εξετάστε έναν συνδυασμό λεπτών φακών επαφής, Α και Β, με εστιακές αποστάσεις f1 και f2, αντίστοιχα, σε επαφή.

Στον κοινό πρωτεύοντα άξονα, ένα αντικείμενο τοποθετείται στο O. Ο πρώτος φακός A δημιουργεί μια εικόνα στο I1, η οποία χρησιμεύει ως θέμα για τον δεύτερο φακό B. Στο I, δημιουργείται η τελική εικόνα.

Έστω ένα σημειακό αντικείμενο O τοποθετημένο σε απόσταση p από τον φακό L1 του οποίου η πραγματική εικόνα σχηματίζεται σε απόσταση q1. Από τον τύπο φακού,

I/p + 1/q1 =1/f1 ……(1)

Όπου f1 σημαίνει την εστιακή απόσταση του φακού L1.

Αυτή η εικόνα χρησιμεύει τώρα ως εικονικό αντικείμενο για τον δεύτερο φακό L2 εστιακού μήκους f2 αν παραμελήσουμε τον μικρό διαχωρισμό μεταξύ των φακών. Η απόσταση αυτού του εικονικού αντικειμένου από τον φακό L2 θα είναι ίδια με την απόστασή του από τον φακό L1, π.χ.

-1/q1 + 1/q =1/f2……..(2)

Προσθέτοντας την εξίσωση (1) και (2) παίρνουμε,

1/p + 1/q1 – 1/q1 + 1/q =1/f1 + 1 /f2

Ή,

1/p + 1/q =1/f1 + 1/f2

Τώρα, ας υποθέσουμε ότι αντικαθιστούμε τον συνδυασμό λεπτών φακών εστιακών αποστάσεων f1 και f2 με τον απλό φακό εστιακής απόστασης f έτσι ώστε να σχηματίζει μια εικόνα σε απόσταση q ενός αντικειμένου που βρίσκεται στο p από αυτόν. Σε αυτήν την περίπτωση, ένας τέτοιος φακός ονομάζεται ισοδύναμος φακός και η εστιακή του απόσταση είναι γνωστή ως ισοδύναμη εστιακή απόσταση.

Δηλώστε τον συνδυασμό φακών και καθρεφτών

Η πιο προφανής διαφορά μεταξύ των καθρεπτών και των φακών είναι ότι οι καθρέφτες αντανακλούν τις δέσμες φωτός (το φως αναπηδά προς τα πίσω), ενώ οι ακτίνες φωτός διαθλώνται (διέλευσης) από μια οπτική γωνία. Ένας καθρέφτης θα έχει μόνο ένα σημείο σύγκλισης, το οποίο θα είναι ακριβώς μπροστά από τον καθρέφτη. Και στις δύο πλευρές ενός φακού, υπάρχουν δύο κεντρικές εστίες.

Η ομοιότητα μεταξύ ενός κοίλου καθρέφτη και ενός κυρτού φακού είναι ότι το φως συγκλίνει στο σημείο σύγκλισης και σε έναν κοίλο και σε έναν υπερυψωμένο φακό. Ωστόσο, στο σημείο σύγκλισης, ο υπερυψωμένος καθρέφτης και ο εσωτερικός φακός διαιρούν αποτελεσματικά το φως.

Όταν συνδυάζουμε πολλούς φακούς ή καθρέφτες σε ομοαξονική κατεύθυνση, η εικόνα που σχηματίζεται από τον φακό χρησιμεύει ως αντικείμενο για τον επόμενο φακό ή καθρέφτη και η εικόνα που σχηματίζεται από αυτή τη ρύθμιση θα χρησιμεύσει ως εικόνα για τον τρίτο φακό. Η συνολική μεγέθυνση που λαμβάνουμε για τον συνδυασμό φακού και καθρέφτη είναι :

M =m1*m2*m3*……..

συμπέρασμα

Στην οπτική και την τεχνολογία, η διάθλαση έχει πολλές εφαρμογές. Οι παρακάτω είναι μια χούφτα από τις πιο γνωστές εφαρμογές:Για πολλούς σκοπούς, όπως η μεγέθυνση, ένας φακός χρησιμοποιεί διάθλαση για να δημιουργήσει μια εικόνα ενός αντικειμένου.

Η θεωρία της διάθλασης χρησιμοποιείται σε γυαλιά που φορούν άτομα με κακή όραση.

Τα ματάκια σε πόρτες σπιτιού, κάμερες, προβολείς ταινιών και τηλεσκόπια χρησιμοποιούν διάθλαση. Επιπλέον, τα οπτικά χαρακτηριστικά χρησιμοποιούνται σε διάφορους τομείς της φυσικής. Για παράδειγμα, στην περίπτωση των φακών (κυρτών και κοίλων), τα φαινόμενα διάθλασης χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία εικόνας του αντικειμένου.

Η γεωμετρική οπτική είναι ένας κλάδος που διερευνά πώς σχηματίζονται οι εικόνες στα οπτικά συστήματα. Χρησιμοποιείται στην οπτική διάγνωση των μυστικών του ανθρώπινου σώματος σε ιατρικές εφαρμογές. Χρησιμοποιείται επίσης στη θεραπεία και χειρουργικές επεμβάσεις ανθρώπινων ιστών.