На уроках біології ви, напевно, працювали з мікроскопом. Скоріш за все, ви знайомі з біноклем, підзорною трубою, телескопом, користувалися фотоапаратом. Дехто з вас носить окуляри. Усі ці пристрої мають спільне — їхньою основною частиною є лінза. Про те, яке значення мають ці пристрої в житті людини, ви можете розповісти й самі, а от про те, що таке лінза, які існують види лінз та які їхні властивості, дізнаєтесь із матеріала на цій сторінці.
Лінза — прозоре тіло, обмежене з двох боків сферичними поверхнями*.
* Одна з поверхонь лінзи може бути площиною, бо площину можна розглядати як сферу нескінченного радіуса. Лінзи також бувають циліндричними, але зустрічаються такі лінзи рідко.
За формою лінзи поділяють на опуклі й увігнуті.
Якщо товщина d лінзи в багато разів менша від радіусів сферичних поверхонь, що обмежують лінзу, таку лінзу називають тонкою. Далі розглядатимемо тільки тонкі лінзи.
Пряму, яка проходить через центри сферичних поверхонь, що обмежують лінзу, називають головною оптичною віссю лінзи.
Якщо на лінзу спрямувати пучок світлових променів, вони заломляться в ній, тобто змінять свій напрямок. Разом із тим на головній оптичній осі лінзи є точка, яку промінь світла проходить не заломлюючись. Цю точку називають оптичним центром лінзи.
Спрямуємо на лінзу пучок променів, паралельних Ті головній оптичній осі. Якщо ці промені, пройшовши крізь лінзу, йдуть збіжним пучком, то така лінза є збиральною. Точку F, у якій при цьому перетинаються заломлені промені, називають дійсним головним фокусом лінзи.
Лінза є розсіювальною, якщо промені, паралельні її головній оптичній осі, пройшовши крізь лінзу, йдуть розбіжним пучком. Точку F, у якій перетинаються продовження заломлених променів, називають уявним головним фокусом лінзи.
Будь-який пучок паралельних променів, навіть якщо ці промені не є паралельними головній оптичній осі, після заломлення у збиральній лінзі завжди перетинаються в одній точці (якщо лінза розсіювальна, в одній точці перетинаються продовження заломлених променів).
Якщо оптична густина матеріалу, з якого виготовлена лінза, більша за оптичну густину середовища (nл > nc), то опукла лінза збиратиме промені (тобто буде збиральною), а ввігнута лінза розсіюватиме промені (тобто буде розсіювальною).
Якщо оптична густина матеріалу, з якого виготовлена лінза, менша за оптичну густину середовища (nл < nc), то опукла лінза буде розсіювальною, а ввігнута лінза — збиральною.
Незалежно від форми кожна лінза має два головні фокуси*, розташовані на однаковій відстані від оптичного центра лінзи.
* Надалі головний фокус лінзи зазвичай називатимемо фокусом лінзи.
Відстань від оптичного центра лінзи до головного фокуса називають фокусною відстанню лінзи.
Фокусну відстань (як і фокус) позначають символом F Одиниця фокусної відстані в СІ — метр:
Фокусну відстань збиральної лінзи домовилися вважати додатною, а розсіювальної — від’ємною. Очевидно, що чим сильніші заломлювальні властивості має лінза, тим меншою за модулем є її фокусна відстань.
Фізичну величину, яка характеризує лінзу та є оберненою до фокусної відстані лінзи, називають оптичною силою лінзи.
Оптичну силу лінзи позначають символом D і обчислюють за формулою:
де F — фокусна відстань.
Одиниця оптичної сили — діоптрія:
1 діоптрія — це оптична сила лінзи, фокусна відстань якої дорівнює 1 м.
Оптична сила збиральної лінзи є додатною, а розсіювальної лінзи від’ємною.
Інтерактивна симуляція "Фізика в школі" (Лінза)