Artikel over straaldiagrammen voor divergerende (concave) lenzen
Als een object zich aan één kant van een concave lens bevindt, kan de concave lens een beeld van het object vormen. Als de positie van het object aan één kant van de concave lens bekend is, hoe kan dan de beeldvorming van het object worden getekend? Stel dat een object zich aan de linkerkant van de concave lens bevindt, zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding.
Oranje lijn = de concave lens
Blauwe lijn = de hoofdas
Pijl (groen) = object
F 1 = de brandpuntsafstand 1 en F 2 = de 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:
Straal 1 die op de concave lens valt, wordt parallel aan de hoofdas getrokken en raakt de bovenrand van het object.
Vervolgens wordt het licht gebroken door de concave lens, waar de lichtbundel breekt alsof deze vanuit het brandpunt komt. De invallende stralen en de gebroken stralen moeten voldoen aan de wet van de lichtbreking.
straal 2:
Straal 2, die naar de concave lens toekomt, wordt getekend alsof hij naar het brandpunt gaat en de bovenkant van het object raakt.
Vervolgens wordt het licht gebroken door de concave 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:
Straal 3 die op de concave lens valt, wordt langs het snijpunt van de concave lens en de hoofdas getrokken.
Beeldvorming (twee stralen)
De beeldvorming kan met slechts twee stralen worden getekend, zoals hieronder weergegeven. Bij gebruik van twee stralen zijn er drie mogelijke vormen voor de beeldvorming.
Straal 1 en 2
Straal 1 en 3
Straal 2 en 3
Het tekenen van de beeldvorming met slechts twee lichtstralen moet worden aangepast aan de afstand van het object tot de concave lens. Als de afstand van het object tot de concave lens gelijk is aan die in de bovenstaande afbeelding, zijn er drie manieren om de beeldvorming met slechts twee lichtstralen te tekenen. Als de afstand van het object tot de concave lens afwijkt van de afbeelding hierboven,
Als het object zich bijvoorbeeld tussen het brandpunt en de lens bevindt, zijn er geen drie manieren nodig om de beeldvorming te tekenen; misschien volstaan er slechts twee.
Als je de beeldvorming door de concave lens tekent, kun je één methode gebruiken en hoef je er niet twee of drie te gebruiken.
Beeldvorming (drie stralen)
De beeldvorming kan worden weergegeven met behulp van drie stralen, zoals te zien is in de onderstaande afbeelding.
Als de afstand van het object tot de concave lens niet is zoals in de bovenstaande afbeelding, bijvoorbeeld als het object zich tussen de concave lens en het brandpunt bevindt,
Als het object zich tussen het brandpunt en het middelpunt van de kromming van de concave lens bevindt, is het niet nodig dat de beeldvorming op drie manieren kan worden weergegeven zoals in de bovenstaande afbeelding. Er zijn slechts twee manieren om de beeldvorming weer te geven.
Bekijk de voorbeeldafbeelding van de beeldvorming door de concave lens, waarbij de afstand van het object tot de concave lens varieert met betrekking tot de beeldvorming door de concave lens.
10 conceptuele vragen en antwoorden over straaldiagrammen voor een divergerende (concave) lens.
1. Wat is het doel van een straaldiagram in de context van een divergerende lens?
Een straaldiagram is een schematische weergave die laat zien hoe lichtstralen van richting veranderen wanneer ze door een lens gaan. In het geval van een divergerende lens illustreert het hoe invallende lichtstralen divergeren nadat ze door de lens zijn gegaan en hoe ze lijken te ontstaan vanuit één punt aan dezelfde kant van de lens als het invallende licht (het brandpunt).
2. Welke standaardstralen worden gebruikt om een stralendiagram voor een divergerende lens te tekenen?
Er worden drie standaardstralen gebruikt:
- De eerste lichtstraal beweegt parallel aan de hoofdas en lijkt na breking vanuit het brandpunt te komen.
- De tweede lichtstraal gaat recht door het midden van de lens zonder te worden gebroken.
- De derde lichtstraal is gericht naar het brandpunt aan de tegenoverliggende zijde van de lens en komt er parallel aan de hoofdas uit.
3. Hoe verschilt het beeld dat door een divergerende lens wordt gevormd in straaldiagrammen van dat van een convergerende lens?
In straaldiagrammen vormt een divergerende lens altijd een virtueel, rechtopstaand en verkleind beeld aan dezelfde kant van de lens als het object. Een convergerende lens daarentegen kan reële, omgekeerde beelden vormen (als het object zich voorbij het brandpunt bevindt) of virtuele, rechtopstaande beelden (als het object dichterbij is dan het brandpunt).
4. Waarom is het beeld dat door een divergerende lens wordt gevormd altijd virtueel, zoals te zien is in straaldiagrammen?
In straaldiagrammen voor divergerende lenzen divergeren de gebroken stralen en komen ze niet daadwerkelijk samen aan de andere kant van de lens. In plaats daarvan lijken ze afkomstig te zijn van een punt aan dezelfde kant van de lens als het object, wat resulteert in een virtueel beeld.
5. Hoe kan de vergroting van een beeld worden bepaald aan de hand van een stralendiagram van een divergerende lens?
De vergroting van een beeld kan worden bepaald aan de hand van een stralingsdiagram door de hoogte van het beeld (gemeten vanaf de hoofdas tot de bovenkant van het beeld) te vergelijken met de hoogte van het object. Bij een divergerende lens zal het beeld altijd kleiner zijn dan het object, wat duidt op een vergroting kleiner dan 1.
6. Wat is de rol van de hoofdas in een straaldiagram van een divergerende lens?
De hoofdas in een stralendiagram is de lijn die door het midden van de lens loopt en loodrecht op de lens staat. Deze as dient als referentielijn om het pad van lichtstralen te volgen en het object, het beeld en de brandpunten te lokaliseren.
7. Hoe wordt het brandpunt weergegeven in een stralendiagram van een divergerende lens?
In een stralendiagram wordt het brandpunt van een divergerende lens weergegeven als het punt van waaruit lichtstralen die evenwijdig zijn aan de hoofdas lijken te divergeren nadat ze door de lens zijn gegaan. Dit punt bevindt zich aan dezelfde kant van de lens als het invallende licht.
8. Hoe verhoudt de afstand tussen de lens en het beeld zich in een straaldiagram voor een divergerende lens tot de objectafstand en de brandpuntsafstand?
De relatie wordt gegeven door de lensformule 1/f = 1/v – 1/u, waarbij f de brandpuntsafstand is, v de beeldafstand en u de objectafstand. Omdat een divergerende lens een negatieve brandpuntsafstand heeft, is de beeldafstand ook negatief, wat aangeeft dat het beeld aan dezelfde kant van de lens wordt gevormd als het object.
9. Hoe kan de locatie van het beeld worden voorspeld met behulp van een straaldiagram voor een divergerende lens?
De locatie van het beeld kan worden voorspeld door de gebroken stralen aan de kant van het object naar achteren te verlengen totdat ze elkaar kruisen. Het punt waar de verlengingen van deze stralen elkaar snijden, is de locatie van het beeld.
10. Wat gebeurt er met het beeld in het stralendiagram als het object dichter bij een divergerende lens komt?
Naarmate het object dichter bij de divergerende lens komt, beweegt het beeld ook dichter naar de lens, maar blijft aan dezelfde kant. Bovendien wordt de beeldgrootte kleiner naarmate het object dichter bij de lens komt.
