Článek o paprskových diagramech pro rozptylující (konkávní) čočky
Pokud se objekt nachází na jedné straně konkávní čočky, může konkávní čočka vytvořit jeho obraz. Pokud je známa poloha objektu na jedné straně konkávní čočky, jak nakreslit útvar obrazu objektu? Předpokládejme, že se objekt nachází na levé straně konkávní čočky, jak je znázorněno na obrázku níže.
Oranžová čára = konkávní čočka
Modrá čára = hlavní osa
Šipka (zelená) = objekt
F1 = ohnisková vzdálenost 1 a F2 = ohnisková vzdálenost 2
Obrázek objektu se získá nakreslením všech paprsků světla procházejících objektem, ale to je méně praktické, protože bude mnoho čar představujících světelné paprsky. Pro jednoduchost se vybere pouze několik paprsků světla, které reprezentují všechny paprsky světla procházející objektem. Protože tento děj zahrnuje lom světla, je nutné při kreslení obrazu dodržovat zákon lomu světla.
Tři paprsky světla nebo tři paprsky
Paprsek 1:
Paprsek 1, který dopadá na konkávní čočku, je nakreslen rovnoběžně s hlavní osou a dotýká se horního okraje objektu.
poté lámá konkávní čočkou, kde se paprsek světla láme, jako by vycházel z ohniska. Přicházející paprsky a lámavé paprsky musí splňovat zákon lomu světla.
Paprsek 2:
Paprsek 2, který přichází směrem k konkávní čočce, je vykreslen, jako by směřoval do ohniska a dotýkal se horního konce objektu,
poté lámá konkávní čočkou, kde lomený paprsek světla musí být rovnoběžný s hlavní osou. Připadající paprsky a přitahované paprsky musí splňovat zákon lomu světla.
Paprsek 3:
Paprsek 3 dopadající na konkávní čočku je nakreslen za průsečík konkávní čočky a hlavní osy.
Tvorba obrazu (dva paprsky)
Obrazový útvar lze nakreslit pouze pomocí dvou paprsků, jak je znázorněno níže. Pokud použijeme dva paprsky, existují tři možné tvary obrazu.
Paprsek 1 a 2
Paprsek 1 a 3
Paprsek 2 a 3
Nakreslení obrazového útvaru pomocí pouze dvou paprsků je třeba upravit podle vzdálenosti objektu od konkávní čočky. Pokud je vzdálenost objektu od konkávní čočky jako na obrázku výše, existují tři způsoby, jak nakreslit obrazový útvar pomocí pouze dvou paprsků. Pokud se vzdálenost objektu od konkávní čočky liší od obrázku výše,
Například, pokud se objekt nachází mezi ohniskem a čočkou, pak není potřeba tří způsobů, jak nakreslit obrazový útvar, možná existují pouze dva způsoby, jak nakreslit.
Pokud kreslíte obraz pomocí konkávní čočky, můžete si zvolit jednu metodu a nemusíte používat dva nebo tři způsoby.
Tvorba obrazu (tři paprsky)
Obraz lze nakreslit pomocí tří paprsků, jak je znázorněno na obrázku níže.
Pokud vzdálenost objektu od konkávní čočky není taková, jako na obrázku výše, například objekt se nachází mezi konkávní čočkou a ohniskem,
nebo se objekt nachází mezi ohniskem a středem zakřivení konkávní čočky, pak není nutné, aby obraz mohl být nakreslen třemi způsoby, jako je na obrázku výše. Obraz lze nakreslit pouze dvěma způsoby.
Prohlédněte si prosím příklad tvorby obrazu konkávní čočkou, kde se vzdálenost objektu od konkávních čoček mění v závislosti na tvorbě obrazu konkávní čočkou.
10 koncepčních otázek a odpovědí o paprskových diagramech pro rozptylnou (konkávní) čočku.
1. Jaký je účel paprskového diagramu v kontextu rozptylky?
Paprskový diagram je schematické znázornění, které ukazuje, jak světelné paprsky mění směr při průchodu čočkou. V kontextu rozptylky ilustruje, jak se dopadající světelné paprsky po průchodu čočkou rozbíhají a jak se zdá, že vycházejí z jednoho bodu na stejné straně čočky jako přicházející světlo (ohnisko).
2. Jaké standardní paprsky se používají k nakreslení paprskového diagramu rozptylky?
Používají se tři standardní paprsky:
- První paprsek se pohybuje rovnoběžně s hlavní osou a po lomu se zdá, že vychází z ohniska.
- Druhý paprsek prochází přímo středem čočky bez lomu.
- Třetí paprsek směřuje do ohniska na opačné straně čočky a vychází rovnoběžně s hlavní osou.
3. Jak se liší obraz vytvořený rozptylnou čočkou v paprskových diagramech ve srovnání se spojnou čočkou?
V paprskových diagramech rozptylná čočka vždy vytváří virtuální, svislý a zmenšený obraz umístěný na stejné straně čočky jako objekt. Na druhou stranu spojná čočka může vytvářet skutečné, invertované obrazy (pokud je objekt za ohniskem) nebo virtuální, svislé obrazy (pokud je objekt blíže než ohnisko).
4. Proč je obraz vytvořený rozptylnou čočkou vždy virtuální, jak je vidět na paprskových diagramech?
V paprskových diagramech pro rozptylky se lomené paprsky rozbíhají a ve skutečnosti se na druhé straně čočky nesetkají. Místo toho se zdá, že vycházejí z bodu na stejné straně čočky jako objekt, což vede k virtuálnímu obrazu.
5. Jak lze z paprskového diagramu rozptylky určit zvětšení obrazu?
Zvětšení obrazu lze určit z paprskového diagramu porovnáním výšky obrazu (měřené od hlavní osy k hornímu okraji obrazu) s výškou objektu. V případě rozptylky bude obraz vždy menší než objekt, což naznačuje zvětšení menší než 1.
6. Jaká je role hlavní osy v paprskovém diagramu rozptylky?
Hlavní osa v paprskovém diagramu je čára, která prochází středem čočky a je kolmá k čočce. Slouží jako referenční čára pro sledování dráhy světelných paprsků a lokalizaci objektu, obrazu a ohnisek.
7. Jak je znázorněno ohnisko v paprskovém diagramu rozptylky?
V paprskovém diagramu je ohnisko rozptylky znázorněno jako bod, ze kterého se světelné paprsky rovnoběžné s hlavní osou po průchodu čočkou jeví jako rozbíhající. Tento bod se nachází na stejné straně čočky jako dopadající světlo.
8. Jaký je vztah mezi vzdáleností mezi čočkou a obrazem v paprskovém diagramu rozptylové čočky ke vzdálenosti objektu a ohniskové vzdálenosti?
Vztah je dán vzorcem pro čočku 1/f = 1/v – 1/u, kde f je ohnisková vzdálenost, v je obrazová vzdálenost a u je vzdálenost objektu. Protože rozptylná čočka má zápornou ohniskovou vzdálenost, je záporná i obrazová vzdálenost, což naznačuje, že obraz se vytváří na stejné straně čočky jako objekt.
9. Jak lze předpovědět polohu obrazu pomocí paprskového diagramu pro rozptylnou čočku?
Polohu obrazu lze předpovědět prodloužením lomených paprsků dozadu na stranu objektu, dokud se nesetkají. Bod, kde se prodloužení těchto paprsků protínají, je umístění obrazu.
10. Co se děje s obrazem v paprskovém diagramu, když se objekt přibližuje k rozptylné čočce?
Jak se objekt přibližuje k rozptylové čočce, obraz se také přibližuje k čočce, ale zůstává na stejné straně. Navíc se velikost obrazu zmenšuje s přibližováním objektu k čočce.
