Тонкие линзы и трассировка лучей

Физика > Тонкие линзы и трассировка лучей

 

Изучите свойства и характеристики тонкой линзы и процесс трассировки лучей. Узнайте, фокусное расстояние тонкой линзы, формулу, схему строения и изображение.

Трассировка лучей – способ вычисления лучевых маршрутов.

Задача обучения

• Охарактеризовать свойства тонкой линзы и цель трассировки.

Основные пункты

• Если свет контактирует с объектами, превышающими длину волны, то смещается по прямым линиями и функционирует как луч.
• Трассировка лучей – способ вычисления световых лучей, проходящих сквозь оптические системы.
• Толщина тонкой линзы позволяет лучам преломляться, но не допускает дисперсии и аберрации.
• Есть 5 главных правил для отслеживания лучей в объективе.

Термины

• Трассировка лучей – метод анализа оптических систем.
• Фокальной именуют точку, где сходятся световые лучи.
• Тонкая линза – толщина позволяет лучам преломляться, но не допускает дисперсии или аберрации.

Тонкие линзы и трассировка лучей

При помощи трассировки лучей отслеживают маршрут движения световых лучей. Эксперименты показывают, что при контакте света с объектами, которые превышают длину волны, поток перемещается по прямой и становится лучом. В подобных ситуациях волновые характеристики не проявляются. Если длина волны света меньше микрона, то свет функционирует как луч во многих ситуациях.

Чтобы проследить путь прошедших сквозь вещество лучей, используют закон преломления. Речь идет о трассировке, которая помогает определить действие линз в разнообразных ситуациях. Если сталкиваемся со сложной системой, то прибегаем к помощи компьютера. Однако есть набор из простых правил, которые упрощают механизм отслеживания.

Тонкая линза позволяет лучам преломляться, но не допускает дисперсии и аберрации. Идеальный вариант обладает двумя преломляющимися поверхностями. У тонкой симметричной линзы есть две фокальные точки. Световые лучи в центре отклоняются.

Лучи света, попадающие в сходящую линзу, объединяются в фокусе. Дистанция от центра объектива к фокусу – фокусное расстояние (f). Мы видим перпендикуляры, углы падения и преломления на обеих поверхностях

У тонких линз наблюдается единая фокусная дистанция с обеих сторон. (а) – Параллельные световые лучи, попадающие в сходящую линзу в фокусе слева. (b) – Параллельные световых лучи, попадающие в расходящуюся линзу из фокуса справа

Правила трассировки лучей

При помощи простого карандаша и бумаги можно точно описать траекторию лучей, если не забывать придерживаться простых правил трассировки:

• Попавший в сходящую линзу луч, параллельную оси, проходит сквозь фокус объектива с другой стороны.
• Попавший в расходящуюся линзу луч, параллельную оси, выходит из фокуса.
• Прошедший сквозь центр любого типа линзы луч не меняет направленность.
• Попавший в сходящую линзу луч выходит параллельно оси.
• Попавший в расходящуюся линзу луч движется к фокусу на противоположной стороне и выходит параллельно оси.

Попадающие в расходящуюся линзу световые лучи расходятся и появляются в фокальной точке. Пунктирные линии указывают направления, из которых появляются лучи. Фокусная дистанция – отрицательная. Можно отметить перпендикуляры, углы падения и преломления с обеих сторон

---