Artikel over straaldiagrammen voor convergerende (bolle) lenzen
Als een object zich aan één kant van de bolle lens bevindt, kan de bolle lens een beeld van het object vormen. Als de positie van het object aan één kant van de bolle lens bekend is, hoe kan dan de beeldvorming van het object worden getekend? Stel dat een object zich aan de linkerkant van de bolle lens bevindt, zoals hieronder weergegeven.
Oranje lijn = bolle lens
Blauwe lijn = hoofdas
Pijl (groen) = object
F 1 = brandpuntsafstand 1 en F 2 = brandpuntsafstand 2
De afbeelding van een object wordt verkregen door alle lichtstralen die door het object gaan te tekenen, maar dit is minder praktisch omdat er dan veel lijnen nodig zijn om de lichtstralen voor te stellen. Voor de eenvoud worden daarom slechts enkele lichtstralen gekozen om alle lichtstralen die door het object gaan weer te geven. Omdat er bij dit proces lichtbreking optreedt, moet bij het tekenen van de beeldvorming rekening worden gehouden met de wet van de lichtbreking.
Drie lichtstralen of drie stralen
Straal 1:
De lichtstraal 1, ofwel de lichtbundel 1 die op de bolle lens afkomt, wordt evenwijdig aan de hoofdas van de lens getrokken en raakt het bovenste uiteinde van het object.
Vervolgens wordt het licht gebroken door de bolle lens, waarbij de gebroken lichtbundel door het brandpunt 2 moet gaan. De invallende stralen en de gebroken stralen die worden getekend, moeten voldoen aan de wet van de lichtbreking.
Straal 2:
De lichtstraal 2 die op de bolle lens valt, wordt zo getrokken dat hij door het brandpunt 1 gaat en het bovenste uiteinde van het object raakt.
Vervolgens wordt het licht gebroken door de bolle lens, waarbij de gebroken lichtbundel evenwijdig moet zijn aan de hoofdas. De invallende stralen en de gebroken stralen die worden getrokken, moeten voldoen aan de wet van de lichtbreking.
Straal 3:
De lichtstraal 3 of de lichtbundel 2 die op de bolle lens valt, wordt zo getrokken dat deze door het snijpunt van de bolle lens met de hoofdas gaat en het bovenste uiteinde van het object raakt; vervolgens wordt de lichtbundel doorgestuurd.
De beeldvorming (twee stralen)
De beeldvorming kan worden getekend met slechts twee stralen, zoals hieronder weergegeven. Bij gebruik van twee stralen zijn er drie mogelijke beeldvormingen.
Straal 1 en 2
Straal 1 en 3
Straal 2 en 3
De manier waarop een beeld wordt gevormd met slechts twee lichtbundels moet ook worden aangepast aan de afstand van het object tot de bolle lens. Als de afstand van het object tot de bolle lens is zoals in de bovenstaande afbeelding, zijn er drie manieren om het beeld te tekenen met slechts twee lichtbundels. Als de afstand van het object tot de bolle lens anders is dan in de bovenstaande afbeelding, bijvoorbeeld als het object zich tussen het brandpunt en het krommingsmiddelpunt bevindt,
Dan zijn er geen drie manieren nodig om de beeldvorming weer te geven, misschien zijn er maar twee nodig.
Als je een beeldvorming door een bolle lens tekent, kun je één methode kiezen.
De beeldvorming (drie stralen)
De objectvorming kan worden getekend met behulp van drie stralen, zoals hieronder weergegeven.
Als de afstand van het object tot de bolle lens niet overeenkomt met de afbeelding hierboven, bijvoorbeeld als het object zich tussen de bolle lens en het brandpunt bevindt, of tussen het brandpunt en het middelpunt van de kromming van de bolle lens, dan is het niet nodig om de beeldvorming op drie manieren te tekenen zoals in de afbeelding hierboven. Er zijn dan slechts twee manieren om de beeldvorming te tekenen.
- VraagWat zijn de drie belangrijkste stralen die gebruikt worden bij het tekenen van straaldiagrammen voor een convergerende lens? AntwoordDe drie belangrijkste lichtstralen zijn: (1) de parallelle straal die parallel aan de hoofdas binnenkomt en na breking door het verre brandpunt gaat; (2) de centrale straal die recht door het midden van de lens gaat zonder afbuiging; (3) de brandpuntsstraal die de lens nadert, door het nabije brandpunt gaat en de lens parallel aan de hoofdas verlaat.
- VraagHoe gedraagt de lichtstraal die door het optische middelpunt van de lens gaat zich in een straaldiagram voor een convergerende lens? AntwoordDe lichtstralen die door het optische middelpunt van de lens gaan, blijven in dezelfde richting bewegen zonder af te buigen. Dit komt doordat de twee lensoppervlakken in het optische middelpunt parallel aan elkaar zijn en er dus geen netto afwijking optreedt.
- VraagIn een stralingsdiagram voor een convergerende lens, waar breekt de straal die aanvankelijk parallel aan de hoofdas loopt naartoe? AntwoordDe lichtstraal die aanvankelijk parallel aan de hoofdas loopt, breekt door de lens en gaat door het brandpunt aan de andere kant van de lens.
- VraagHoe gedraagt de lichtstraal die door het nabije brandpunt gaat zich in een straaldiagram voor een convergerende lens? AntwoordDe lichtstraal die door het dichtstbijzijnde brandpunt gaat, zal na breking de lens verlaten en parallel aan de hoofdas bewegen.
- VraagIn een stralingsdiagram voor een convergerende lens, waar snijden de gebroken stralen elkaar als het object zich buiten het brandpunt bevindt? AntwoordWanneer het object zich buiten het brandpunt bevindt, kruisen de gebroken stralen elkaar aan de tegenoverliggende kant van de lens, waardoor een reëel en omgekeerd beeld ontstaat.
- VraagWat stelt het snijpunt van de gebroken stralen voor in een stralendiagram voor een convergerende lens? AntwoordHet snijpunt van de gebroken stralen geeft de locatie aan van het beeld dat door de lens wordt gevormd. Dit kan een reëel of een virtueel beeld zijn, afhankelijk van de positie van het object.
- VraagHoe verandert de positie van het beeld in een stralendiagram als het object van oneindigheid naar de lens beweegt? AntwoordNaarmate het object zich van oneindigheid naar de lens beweegt, beweegt het beeld zich van het brandpunt aan de tegenoverliggende kant van de lens naar oneindigheid. Als het object het brandpunt passeert en erbinnen komt, wordt het beeld virtueel, rechtopstaand en vergroot, en lijkt het zich aan dezelfde kant als het object te bevinden.
- VraagIn een straaldiagram voor een convergerende lens, waar lijken de gebroken stralen vandaan te divergeren wanneer het object zich in het brandpunt bevindt? AntwoordWanneer het object zich binnen het brandpunt bevindt, lijken de gebroken stralen te divergeren vanuit een punt aan dezelfde kant van de lens als het object, wat de locatie van het virtuele, rechtopstaande en vergrote beeld aangeeft.
- VraagWat betekent het als de gebroken stralen in een stralendiagram voor een convergerende lens elkaar niet snijden? AntwoordAls de gebroken stralen elkaar niet kruisen, betekent dit dat het gevormde beeld virtueel is. Dit gebeurt wanneer het object zich binnen de brandpuntsafstand van de lens bevindt. In dat geval lijken de stralen te divergeren vanuit een punt achter de lens aan de kant van het object.
-
Vraag : Hoe beïnvloedt het materiaal van de lens het stralingsdiagram van een convergerende lens? Antwoord : Het materiaal van de lens beïnvloedt de brekingsindex. Een hogere brekingsindex zorgt ervoor dat lichtstralen meer afbuigen bij het binnenkomen van de lens, waardoor de posities van de brandpunten veranderen en dus het resulterende stralingsdiagram wordt beïnvloed. De basisregels voor het tekenen van het stralingsdiagram blijven echter hetzelfde.
