Дисперсия света

Разложение белого света на его цветные компоненты называется дисперсией света. Набор цветных компонент называется спектром. Спектр видимого света состоит из 7 цветов: красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего, фиолетового. Дисперсия имеет место, когда показатель преломления зависит от длины волны падающего света (рис.6).

Рис.6. Разложение белого света в спектр

Наиболее ярко проявляется дисперсия при использовании призмы. Призма представляет собой стеклянный фрагмент вырезанный в форме пирамиды рис.7.

Рис.7. Разложение белого света в спектр с помощью призмы

Свет и линзы

Оптическая линза – это фрагмент из прозрачного материала (стекло или пластик).

Сама линза формируется из толстой пластины стекла. Этой пластине стекла придается форма двух сферических поверхностей с радиусами кривизны R₁ и R₂, как показано на рис.8.

Рис.8. Формирование собирающей линзы

Линия, которая проходит через центр линзы называется главной осью.

При прохождении лучей света через линзу, они преломляются поверхностью линзы, изменяют свое направление и затем пересекают оптическую ось.

Точка, где лучи пересекают оптическую ось называется главным фокусом и обозначается буквой F рис.9.

Рис. 9. Ход лучей через линзу

Расстояние от центра линзы до главного фокуса называется фокусным расстоянием f.

Уравнение, которое связывает фокусное расстояние линзы, показатель преломления n, и радиусы кривизны R₁ и R₂ называется формулой линзы:

. (4)

Линзы, толщиной которых пренебрегают по сравнению с фокусным расстоянием и расстоянием до объекта или его изображения называют тонкими линзами.

Характеристики линзы

1. Показатель преломления линзы

2. Оптическая сила D=n / f, где n – показатель преломления среды, в которой расположена линза, f – фокусное расстояние линзы

3. Угловое увеличение M_A линзы определяется, как отношение угла , под которым виден предмет, если используется линза, к углу , под которым виден предмет, если линзы нет рис.10:

h₀

Рис.10. Определение углового увеличения линзы М_А

. (5)

Типы линз

1. Собирающие линзы преломляют световые лучи, которые проходят через линзу к главному фокусу

Лучи света, которые проходят вблизи оптической оси параллельно, преломляются линзой и собираются в фокусе линзы, как показано на рис.11.

Рис. 11. Преломление лучей собирающей линзой

Собирающие линзы всегда толще в центре, чем на краях.

2. Рассеивающие линзы преломляют световые лучи в сторону от оптической оси

Рассеивающая линза, после преломления, падающих на нее лучей, направляет преломленные лучи в сторону от оптической оси, как показано на рис.12.

Рис.12. Преломление световых лучей рассеивающей линзой

Рассеивающая линза в центре тоньше, чем по краям.

Особенности формирования изображения собирающей линзой

1. Объект помещен между фокусом и двойным фокусом собирающей линзы (рис.13).

Рис.13. Построение изображения собирающей линзой

2. Объект помещен в фокусе линзы (рис.14).

Рис.14. Построение изображения собирающей линзой

Лучи (1) и (2) становятся параллельными и не пересекаются, поэтому действительное изображение не может быть сформировано на конечном расстоянии от линзы. Только на бесконечности параллельные лучи пересекаются, в этом случае формируется действительное изображение.

3. Объект расположен между фокусом и линзой (рис.15).

Рис.15. Построение изображения собирающей линзой

В этом случае после прохождения линзы лучи расходятся и действительного изображения сформировать невозможно, однако на мысленном продолжении лучей в обратном направлении можно сформировать мнимое изображение.

Рассмотрим комбинации линз (рис.16).

L2

Рис.16. Построение изображения системой собирающих линз

Увеличение данной оптической системы равно произведению увеличений отдельных составляющих элементов:

, (6)

где М₁ – увеличение линзы L₁, М₂ – увеличение линзы L₂.