Artykuł o diagramach promieniowych dla soczewek rozpraszających (wklęsłych)
Jeśli obiekt znajduje się po jednej stronie soczewki wklęsłej, soczewka wklęsła może utworzyć obraz obiektu. Jeśli znane jest położenie obiektu po jednej stronie soczewki wklęsłej, jak narysować obraz obiektu? Załóżmy, że obiekt znajduje się po lewej stronie soczewki wklęsłej, jak pokazano na poniższym rysunku.
Linia pomarańczowa = soczewka wklęsła
Niebieska linia = oś główna
Strzałka (zielona) = obiekt
F1 = ogniskowa 1 i F2 = ogniskowa 2
Obraz obiektu uzyskuje się poprzez narysowanie wszystkich wiązek światła przechodzących przez obiekt, ale jest to mniej praktyczne, ponieważ występuje wiele linii reprezentujących wiązki światła. Dla uproszczenia, wybiera się tylko kilka wiązek światła, aby przedstawić wszystkie wiązki światła przechodzące przez obiekt. Ponieważ zjawisko to wiąże się z załamaniem światła, podczas rysowania obrazu należy przestrzegać prawa załamania światła.
Trzy wiązki światła lub trzy promienie
Ray Wilson 1:
Promień 1, który dociera do soczewki wklęsłej, jest poprowadzony równolegle do osi głównej i dotyka górnej krawędzi obiektu,
Następnie załamywane przez soczewkę wklęsłą, gdzie wiązka światła załamuje się, jakby wychodziła z ogniska. Promienie padające i promienie załamane muszą spełniać prawo załamania światła.
Ray Wilson 2:
Promień 2, który pada na soczewkę wklęsłą, jest rysowany tak, jakby biegł do punktu ogniskowego i dotykał górnego końca obiektu,
Następnie załamywane przez soczewkę wklęsłą, gdzie załamana wiązka światła musi być równoległa do osi głównej. Promienie padające i załamane, które są rysowane, muszą spełniać prawo załamania światła.
Ray Wilson 3:
Promień 3, padający na soczewkę wklęsłą, przebiega przez punkt przecięcia się soczewki wklęsłej z osią główną.
Tworzenie obrazu (dwa promienie)
Formację obrazu można narysować za pomocą tylko dwóch promieni, jak pokazano poniżej. Przy użyciu dwóch promieni możliwe są trzy figury formacji obrazu.
Promień 1 i 2
Promień 1 i 3
Promień 2 i 3
Narysuj formację obrazu za pomocą tylko dwóch promieni, które należy dopasować do odległości obiektu od soczewki wklęsłej. Jeśli odległość obiektu od soczewki wklęsłej jest taka jak na powyższym rysunku, istnieją trzy sposoby narysowania formacji obrazu za pomocą tylko dwóch promieni. Jeśli odległość obiektu od soczewki wklęsłej jest inna niż na powyższym rysunku,
na przykład, obiekt znajduje się pomiędzy ogniskiem a soczewką, wtedy nie ma potrzeby stosowania trzech sposobów rysowania formacji obrazu, być może są tylko dwa sposoby rysowania.
Jeśli narysujesz obraz powstający za pomocą soczewki wklęsłej, możesz wybrać jedną metodę i nie musisz używać dwóch lub trzech sposobów.
Tworzenie obrazu (trzy promienie)
Obraz można utworzyć za pomocą trzech promieni, jak pokazano na poniższym rysunku.
Jeżeli odległość obiektu od soczewki wklęsłej nie jest taka, jak na powyższym rysunku, np. obiekt znajduje się pomiędzy soczewką wklęsłą a punktem ogniskowym,
Jeśli obiekt znajduje się między ogniskiem a środkiem krzywizny soczewki wklęsłej, nie jest konieczne narysowanie obrazu trzema sposobami, jak na powyższym rysunku. Istnieją tylko dwa sposoby narysowania obrazu.
Proszę zwrócić uwagę na przykładowy obraz powstawania obrazu w soczewce wklęsłej, gdzie odległość obiektu od soczewki wklęsłej zmienia się, biorąc pod uwagę powstawanie obrazu w soczewce wklęsłej.
10 pytań i odpowiedzi koncepcyjnych na temat diagramów promieni soczewki rozpraszającej (wklęsłej).
1. Jaki jest cel diagramu promieni w kontekście soczewki rozpraszającej?
Diagram promieni to schematyczny obraz pokazujący, jak promienie światła zmieniają kierunek po przejściu przez soczewkę. W kontekście soczewki rozpraszającej ilustruje on, jak padające promienie światła rozchodzą się po przejściu przez soczewkę i jak zdają się wychodzić z jednego punktu po tej samej stronie soczewki, co światło padające (ogniska).
2. Jakie standardowe promienie stosuje się do rysowania diagramu promieni soczewki rozpraszającej?
Stosowane są trzy standardowe promienie:
- Pierwszy promień biegnie równolegle do osi głównej, a następnie po załamaniu wydaje się wychodzić z punktu ogniskowego.
- Drugi promień przechodzi prosto przez środek soczewki i nie ulega załamaniu.
- Trzeci promień skierowany jest do ogniska po przeciwnej stronie soczewki i wychodzi równolegle do osi głównej.
3. Jak obraz utworzony przez soczewkę rozpraszającą różni się na diagramach promieni od obrazu utworzonego przez soczewkę skupiającą?
Na diagramach promieniowych soczewka rozpraszająca zawsze tworzy pozorny, prosty i pomniejszony obraz znajdujący się po tej samej stronie soczewki co obiekt. Z drugiej strony, soczewka skupiająca może tworzyć obrazy rzeczywiste, odwrócone (jeśli obiekt znajduje się poza ogniskiem) lub pozorne, proste obrazy (jeśli obiekt znajduje się bliżej niż ognisko).
4. Dlaczego obraz powstający w soczewce rozpraszającej jest zawsze pozorny, jak widać na diagramach promieni?
Na diagramach promieni soczewek rozpraszających, załamane promienie rozchodzą się i w rzeczywistości nie spotykają się po drugiej stronie soczewki. Zamiast tego wydają się wychodzić z punktu po tej samej stronie soczewki co obiekt, co daje w efekcie obraz pozorny.
5. W jaki sposób można określić powiększenie obrazu na podstawie diagramu promieni soczewki rozpraszającej?
Powiększenie obrazu można określić na podstawie diagramu promieni, porównując wysokość obrazu (liczoną od osi głównej do górnej krawędzi obrazu) z wysokością obiektu. W przypadku soczewki rozpraszającej obraz zawsze będzie mniejszy od obiektu, co oznacza powiększenie mniejsze niż 1.
6. Jaką rolę odgrywa oś główna na diagramie promieniowym soczewki rozpraszającej?
Oś główna na diagramie promieni to linia przechodząca przez środek soczewki i prostopadła do niej. Służy ona jako linia odniesienia do śledzenia toru promieni świetlnych oraz lokalizacji obiektu, obrazu i punktów ogniskowych.
7. Jak przedstawia się ognisko na diagramie promieniowym soczewki rozpraszającej?
Na diagramie promieniowym ognisko soczewki rozpraszającej jest przedstawione jako punkt, od którego promienie światła równoległe do osi głównej zdają się rozchodzić po przejściu przez soczewkę. Punkt ten znajduje się po tej samej stronie soczewki, co światło padające.
8. W diagramie promieni soczewki rozpraszającej, w jaki sposób odległość między soczewką a obrazem jest związana z odległością od obiektu i ogniskową?
Zależność tę opisuje wzór soczewki: 1/f = 1/v – 1/u, gdzie f to ogniskowa, v to odległość obrazu, a u to odległość obiektu. Ponieważ soczewka rozpraszająca ma ujemną ogniskową, odległość obrazu również jest ujemna, co oznacza, że obraz powstaje po tej samej stronie soczewki co obiekt.
9. W jaki sposób można przewidzieć położenie obrazu za pomocą diagramu promieni soczewki rozpraszającej?
Położenie obrazu można przewidzieć, przedłużając załamane promienie do tyłu, po stronie obiektu, aż się spotkają. Punkt, w którym przecięcia tych przedłużeń promieni, to położenie obrazu.
10. Co dzieje się z obrazem na diagramie promieni, gdy obiekt zbliża się do soczewki rozpraszającej?
W miarę jak obiekt zbliża się do soczewki rozpraszającej, obraz również zbliża się do soczewki, ale pozostaje po tej samej stronie. Co więcej, rozmiar obrazu zmniejsza się w miarę zbliżania się obiektu do soczewki.
