Оптична сила лінзи

Світло – це електромагнітна хвиля, що складається з коливань електричного та магнітного полів. Коли світло проходить через прозоре середовище, таке як повітря, вода або скло, воно заломлюється. Це явище відбувається через те, що швидкість світла в різних середовищах різна.

Закон заломлення Снелліуса описує, як світло заломлюється при переході з одного середовища в інше: n1 * sin(θ1) = n2 * sin(θ2)

У ній:

• n1 – показник заломлення першого середовища
• n2 – показник заломлення другого середовища
• θ1 – кут падіння (кут між променем світла, що падає та нормаллю до поверхні)
• θ2 – кут заломлення (кут між заломленим променем світла та нормаллю до поверхні)

Що таке лінза

Лінза – це оптичний елемент, виготовлений з прозорого матеріалу, який заломлює світло. Лінзи можуть мати різні форми, найпоширеніші з яких – це сферичні та циліндричні. Сферичні лінзи мають дві сферичні поверхні, а циліндричні – одну сферичну та одну плоску.

Як працюють лінзи

Лінзи працюють, заломлюючи світло, яке проходить через них. Збиральні лінзи збирають паралельні промені світла в одній точці, яка називається фокусом. Розсіювальні лінзи розсіюють паралельні промені світла, ніби ті виходять з однієї точки (фокуса).

Типи лінз

Існує два основних типи лінз:

• Збиральні лінзи. Мають позитивну фокусну відстань і збирають паралельні промені світла в одній точці.
• Розсіювальні лінзи. Мають негативну фокусну відстань і розсіюють паралельні промені світла, ніби ті виходять з однієї точки.

Застосування лінз

Лінзи використовуються в багатьох оптичних системах. І не лише в професійному обладнанні, а й в повсякденних, звичних для нас предметах. Наприклад:

• Окуляри. Лінзи з різною оптичною силою використовуються для корекції короткозорості, далекозорості та астигматизму.
• Мікроскопи. Лінзи з великою оптичною силою використовуються для збільшення зображення дрібних об’єктів.
• Телескопи. Лінзи з великою фокусною відстанню використовуються для збору світла з далеких об’єктів.
• Фотоапарати. Лінзи з різною фокусною відстанню використовуються для фокусування зображення на матрицю фотоапарата.

Оптична сила лінзи – це ключовий параметр при проєктуванні оптичних систем. Знання оптичної сили лінз дозволяє розрахувати фокусну відстань, розмір та розташування зображення, яке утворює оптична система.

Формула для обчислення оптичної сили лінзи

Формула для обчислення оптичної сили лінзи, згадана вище, може бути записана в декількох варіантах:

• D = 1/F
• D = n/F (де n – показник заломлення середовища, в якому знаходиться лінза)
• D = (n1 – n2)/R1 + (n1 – n2)/R2 (де n1 і n2 – показники заломлення середовищ по обидві сторони лінзи, R1 і R2 – радіуси кривизни поверхонь лінзи)

Додаткова інформація

Оптична сила лінзи вимірюється в діоптріях (дптр). Одна діоптрія (1 дптр) дорівнює оптичній силі лінзи, фокусна відстань якої становить 1 метр. Оптична сила лінзи позначається буквою D. Збиральні лінзи мають позитивну оптичну силу (D > 0). Розсіювальні лінзи мають негативну оптичну силу (D < 0). Оптична сила лінзи залежить не тільки від її радіусів кривизни, але й від товщини. Товсті лінзи мають трохи більшу оптичну силу, ніж тонкі лінзи з тими ж радіусами кривизни.

При комбінуванні двох лінз, що розташовані в безпосередній близькості одна до одної, їх оптичні сили складаються. Оптична сила лінзи – це важлива характеристика, яка визначає її здатність заломлювати світло.