Линзами называют прозрачные тела, ограниченные двумя гладкими выпуклыми или вогнутыми поверхностями (одна из них может быть плоской).

Вопрос 5. Линзы. Фокусное расстояние линзы.

Важнейшая деталь всех оптических приборов – линза (от нем. слова «Линзе» - чечевица).

Несмотря на многочисленные исследования в течение многих веков, до сих пор нельзя сказать ни времени, ни места открытия линз. Удалось лишь установить, что линзы применялись как для увеличения, так и для коррекции дальнозоркости.

Одно из первых исторических свидетельств рассмотрения линз в науке – это отрывок Р. Бэкона: «Если человек будет рассматривать буквы или другие мелкие предметы с помощью кристалла или стекла, или другого прозрачного тела, расположенного над буквами, и если это тело будет шаровым сегментом, выпуклость которого обращена к глазу, находящемуся в воздухе, то буквы видны лучше и кажутся больше…. И потому это приспособление полезно людям старым и со слабым зрением, потому что они могут видеть даже маленькую букву достаточно большой».

Роджер Бэкон – французский монах, родился приблизительно в 1214г. в Ильчестере, в графстве Самерсет. Умер в 1292г.

Известно что Бэкон использовал линзы во многих опытах и даже преподнес одну папе Клименту IV, прося его попробовать применить её.

К середине 14 века очки уже получили довольно широкое распространение. На фреске 1352г. изображен монах в очках.

Различают линзы выпуклые и вогнутые (рис. 7)

Рис. 7

Выпуклые линзы:

а) двояковыпуклая,

б) плосковыпуклая,

в) вогнутовыпуклая.

Вогнутые линзы:

г) двояковогнутая,

д) плосковогнутая,

е) выпукловогнутая,

Выпуклую линзу можно представить в виде совокупности плоскопараллельной пластинки (в середине) и усеченных призм, расширяющихся к середине призмы (рис. 8)

Рис. 8

Вогнутую – как совокупность плоскопараллельной пластинки и усеченных призм, расширяющихся к краям (рис. 9)

Рис. 9

Если призма сделана из материала оптически более плотного, чем окружающая среда, то она отклоняет лучи к основанию.

По этому параллельный пучок после преломления в выпуклой (вогнутой) линзе станет сходящимся (расходящимся). Такие линзы называются собирающими (рассеивающими).

Двояковыпуклую линзу можно представить как тело, получившееся из двух пересекающихся шаров (рис. 10)

Рис. 10

R₁, R₂ и R₃ – радиусы шаров.

О₁ и О₂, О₂и О₃ – у тонких линз сливаются в одну О, которая называется оптическим центром линзы.

Оптический центр линзы – точка, через которую лучи идут, не преломляясь.

Любая прямая, проходящая через оптический центр О, называется оптической осью.

Оптическая ось, проходящая через центры сфер R₁ и R₂ называется – главной оптической осью, все остальные – побочными оптическими осями.

Лучи, параллельные главной оптической оси, после преломления пересекаются в одной точке F, лежащей на главной оптической оси. Эта точка F – называется главным фокусом (или просто фокусом). У линзы 2 фокуса – передний и задний (рис. 11)

Рис. 11

Вогнутая линза, сделанная из материала оптически более плотного, чем окружающая среда, рассеивает свет. Условно такая линза показана на рис. 12.

Рис. 12

У такой призмы фокус F_м – мнимый.

Мнимым фокус называется потому, что в нем пересекаются не сами параллельные лучи, а их продолжения. Расстояние OF от оптического центра до фокуса называется фокусным расстоянием F.