Собирающая линза: что нам о ней известно?

В детстве многие из нас играли с лупой. Довольно интересно было наблюдать, как с ее помощью можно прожигать газету, дерево и прочие предметы. В более зрелом возрасте мы часто используем увеличение линзы для того, чтобы рассмотреть подробнее детали изображения или мелкий текст. А вот как, собственно, она работает, почему в одних случаях изображения получаются крупными, а в других перевернутыми, знают далеко не все. Давайте разберемся, как действует собирающая линза, что означают ее параметры, и какую роль играет расстояние до рассматриваемого предмета.

Основные определения и свойства

Любую теорию лучше всего разбирать, начиная с ключевых понятий. Итак, начнем с того, что виды линз напрямую зависят от их форм. В качестве основы для их изготовления могут применять как стекло, так и другие прозрачные материалы с высоким показателем коэффициента преломления. Если середина линзы будет толще, чем ее края, то получится собирающая линза, а в противном случае – рассеивающая. Прямая, которая проходит через центры кривизны ее двух поверхностей, представляет собой главную оптическую ось. Рассеивающая или собирающая линза называется тонкой, если радиусы ее сторон существенно больше ее толщины в любом месте. Если луч света проходит сквозь центр линзы, он своего направления не меняет.

Это свойство часто используется для того, чтобы определить, каким получится конечное изображение. А вот если на поверхность линзы попадает пучок лучей, идущих параллельно ее главной оптической оси, то после того как они пересекут ее оптический центр и пройдут фокусное расстояние, их пути пересекутся в общей точке, которая называется фокусом. Чем фокусное расстояние меньше, тем большую оптическую силу имеет данная оптика. Последний параметр принято измерять в диоптриях.

Как определить, какое изображение даст собирающая линза?

Все, что нужно для этого - выяснить, чему равно ее фокусное расстояние и расстояние до самого предмета. Далее мы просто сравниваем их и руководствуемся следующими правилами:

1. Если предмет находится очень и очень далеко от линзы, можно считать, что все лучи света, которые от него отражаются, идут параллельно главной оптической оси, а значит, все они пересекутся в фокусе, и мы данный предмет попросту не увидим.
2. Если объект наблюдения расположен за двойной точкой фокуса, то есть за двойным фокусным расстоянием, то изображение окажется перевернутым вверх ногами. Причем его размеры будут меньше размеров самого объекта.
3. Когда предмет будет в точке двойного фокуса, его изображение тоже получится обратным. Но на этот раз его размеры будут соответствовать размерам рассматриваемого объекта.
   
4. Если еще немного приблизить лупу так, чтобы предмет получился посередине между фокусом и двойным фокусом, изображение останется перевернутым, но теперь оно будет увеличенным.
5. Любопытный эффект получается, когда собирающая линза находится точно на фокусном расстоянии от предмета. В этом случае после преломления лучи пойдут параллельно друг другу и изображения мы не увидим.
6. И лишь когда объект окажется между оптическим центром и фокусом, можно будет воспользоваться лупой так, как мы обычно это делаем. Полученное изображение будет прямым и увеличенным, что позволит подробно рассмотреть все мельчайшие его детали.