ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 30.10.2023
Просмотров: 226
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ
Қ.И. Сәтбаев атындағы Қазақ ұлттық техникалық зерттеу университеті
Жалпы физика кафедрасы
№18 ЗЕРТХАНАЛЫҚ ЖҰМЫС
ЦЕНТРЛЕНГЕН ОПТИКАЛЫҚ ЖҮЙЕЛЕРДІ ЗЕРТТЕУ
Зертханалық сабаққа арналған әдістемелік нұсқау
Алматы
ЦЕНТРЛЕНГЕН ОПТИКАЛЫҚ ЖҮЙЕЛЕРДІ ЗЕРТТЕУ
Жұмыстың мақсаты: жұқа линзалардың фокус аралықтарын өлшеу әдістерімен танысу.
1. ТЕОРИЯЛЫҚ КІРІСПЕ
1.1 Жұқа линзалар.
Екі сфералық қисық беттермен шектелген мөлдір денені линза деп атайды. Қисық бетінің пішініне байланысты линзалар жинағыш (1а сур.) және шашыратқыш (1б сур.) болып бөлінеді. Жинағыш линза арқылы өткеннен кейін жарық шоғының алшақтау бұрышы азаяды. Шашыратқыш линзалардан өткеннен кейін жарық сәулелері шоғының алшақтауы артады. Бұл анықтамаларды сыну көрсеткіші сыртқы ортаның сыну көрсеткішімен салыстырғанда үлкен болатын линзалар үшін қолдануға болады. Жинағыш линзалар тобына ортасы жиектеріне қарағанда қалың линзаларды жатқызады (1а сур.), шашыратқыш линзалар тобына жиектері ортасынан қалың линзалар жатады (1б сур.). Осы айтылғандар линза материалының сыну көрсеткіші қоршаған ортаның сыну көрсеткішінен үлкен болғанда ғана орынды болатындығын қайталап ескертеміз.
Егер линзаның сыну көрсеткіші қоршаған ортаның сыну көрсеткішінен аз болғанда, жағдай керісінше өзгереді. Мысалы судағы ауа көпіршігі – қос дөңес шашыратқыш линза болып табылады.
Линзалар үшін: көрінетін аймақта – әртүрлі маркалы әйнектер; ультракүлгін аймақта – кварц, флюорит; инфрақызыл аймақта – кварц, тас тұз, сильвин және т.б. материалдар алынады..
 1 2 3 |  4 |  1 2 3 |  4 |
| 1а сурет. Жинағыш линзалар түрлері: 1 – қос дөңес, 2– жазық-дөңес, 3 – ойыс-дөңес, 4–жинағыш линзалардың белгіленуі. | 1б сурет. Шашыратқыш линзалар түрлері: 1 – қос ойыс, 2 – жазық-ойыс, 3 – дөңес-ойыс, 4– шашыратқыш линзалардың белгіленуі. | ||
Линзаның қалыңдығы оның беттерін шектейтін қисықтық радиустарымен салыстырғанда көп кіші болса, ондай линзалар жұқа деп аталады (2 сур.).
 2 сурет. Жұқалинзалар О1О2< | Жұқалинзаларда О1 және О2 нүктелері жақын болатындығы соншалық, линза ішіндегі сәуле жүретін жол шексіз аз болады және сәуленің кеңістіктік ығысуы болмайды. Сондықтан сәулелер екі емес, орталық О нүкте арқылы өтетін жазықтықта бір рет қана сынады деп есептеуге болады. |
Линза арқылы өтетін сәулелердің жолын сипаттау үшін қолданылатын негізгі түсініктер:
1. Бас оптикалық ось – линзаның оптикалық және қисықтық центрлері С1және С2 арқылы өтетін түзу (3 сур.).
2. Линзаның оптикалық центрі – сәулелер таралу бағытын өзгертпей өтетін орталық нүкте О (3 сур.). Оптикалық центр арқылы өтетін барлық түзулерді линзаның қосалқы оптикалық осі дейді (3 сур.).
3. Линза фокусы (F) – линзаның бас оптикалық осіне параллель түскен барлық сәулелер, линзадан өткеннен кейін түйісетін бас оптикалық осьтегі нүкте. Жинағыш линза үшін фокустар нақты, себебі онда сәулелердің өздері қиылысады (3а сур.). Шашыратқыш линза үшін фокустар жалған, себебі онда шашыраған сәулелердің кері бағыттағы жалғасы жинақталады (3б сур.).
4. Фокус қашықтығы f –линзаның оптикалық центрінен (О нүктесі) бас фокусына дейінгі F қашықтық. Жинағыш линза үшін фокус аралығы оң f > 0, ал шашыратқыш линза үшін теріс – f < 0 шама болып табылады.
5. Тоғыстық жазықтық Ф – бас оптикалық оське перпендикуляр және линзаның бас фокусы арқылы өтетін жазықтық (3 сур.). Қосалқы ось тоғыстық жазықтықпен қосалқы фокуста қиылысады.
 |
| 3 сурет. Параллель сәулелер шоғының жинағыш (a) және шашыратқыш (b) линзалардағы сынуы. С1 және С2 нүктелері – сфералық беттердің центрлері, С1 С2 – бас оптикалық ось, O – оптикалық центр, F – бас фокус, F′– қосалқы фокус, ОF′- қосалқы оптикалық ось, Ф – тоғыстық жазықтық. |
6. Линзаның сәулені қалай сындыратынын анықтау үшін линзаның оптикалық күші деп аталатын шама енгізіледі. Линзаның оптикалық күші D – линзаның фокус қашықтығына кері шама:
. (1)Жинағыш линзаның оптикалық күші оң D > 0, шашыратқыш линзаның оптикалық күші теріс D < 0. Линзаның оптикалық күшінің өлшем бірлігі – диоптрия. 1 диоптрия - фокус аралығы 1 метрге тең болатын линзаның оптикалық күші. 1 дптр = 1м-1.
1.2 Жұқа линзалардағы кескіндерді тұрғызу үшін қолданылатын сәулелер.
Линзаға шексіз көп сәулелер түседі. Параксиаль сәулелерді, яғни бас оптикалық осьпен аз бұрыштар құрайтын сәулелерді қарастырайық. Тек параксиаль сәулелерді қолданған кезде ғана стигматикалық кескін алынады: нәрселер кеңістігіндегі әрбір нүкте кескіндер кеңістігіндегі онымен түйіндес бір ғана нүктемен кескінделеді. Линзадағы кескін тұрғызу үшін әдетте келесі сәулелерді қолданады.
 4 сурет. Линзаның оптикалық центрі арқылы өтетін сәуле жолы. |
|
2. Линзаның бас оптикалық осіне параллель түсетін сәуле, линза арқылы өткеннен кейін келесі түрде таралады:
 5 сурет. Бас оптикалық оське параллель түсетін сәуле жолы. | а) жинағыш линза үшін – линзаның келесі жақ бетінде орналасқан фокусы арқылы (5а сур.); б) шашыратқыш линза үшін – сәуленің жалғасы линзаның сәуле түскен жақтағы орналасқан фокусы арқылы өтеді (5б сур.). |
3. Сәуле линза арқылы өткеннен кейін бас оптикалық оське параллель бағытта таралады, егер ол линза бетіне:
 6 сурет. Линзадан өткеннен кейін бас оптикалық оське параллель бағытта таралатын сәуле жолы. | а) жинағыш линза үшін "жақын" фокусы арқылы өтсе (6а сур.), б) шашыратқыш линза үшін оның жалғасы "қашық" фокусы арқылы өтсе (6б сур.). |
Линзаның негізгі қасиеті – нәрселердің кескіндерін беру қабілеті. Кескіндер тура немесе
төңкерілген, нақты немесе жалған, үлкейтілген немесе кішірейтілген болады.
Егер линза арқылы өткен сәулелер жинақты шоқ құрайтын болса және бір нүктеде қиылысатын болса, онда экранда алынған кескін нақты (немесе шын) болады, мұндай кескін нақты кескін (немесе шын кескін) деп аталады. Егер нәрсенің кескіні сәулелердің өзінен емес, олардың (сәулелердің) кері бағыттағы созындыларының қиылысынан пайда болса, кескін жалған деп аталады, (жалған кескін экранда алынбайды).
1.3 Жинағыш линзада кескінді тұрғызу.
1. Егер нәрсе линзадан шексіз қашық аралықта орналасса, онда оның кескіні линзаның фокусында F алынады. Кескін нақты, төңкерілген және нүктеге ұқсас кішірейтілген болады (7 сур.).
7 сурет. Нәрсе линзадан шексіз алыс қашықтықта орналасқанда, жинағыш линзада
кескінді тұрғызу.
2. Егер нәрсе линзаның екі еселенген фокус қашықтығынан артық қашықта орналасса (8 сур.), онда оның кескіні нақты, төңкерілген және кішірейтілген болады және бас фокустан кейін, бас фокусы мен екі еселенген фокус қашықтығында орналасады.
8 сурет. Нәрсе екі еселенген фокус аралығынан артық қашықтықта орналасқанда, жинағыш линзада кескінді тұрғызу.
9 сурет. Нәрсе екі еселенген фокус аралығына тең қашықтықта орналасқанда, жинағыш линзада кескінді тұрғызу.
3. Егер нәрсе линзадан екі еселенген фокус қашықтығына тең қашықтықта орналасса (9 сур.), онда алынған кескін линзаның екінші бетінде, одан екі еселенген фокус қашықтығына тең қашықтықта орналасады. Кескін нақты, төңкерілген және өлшемі нәрсенің өлшеміндей болады.
4. Егер нәрсе фокус пен екі еселенген фокус қашықтығында орналасса (10 сур.), онда кескін екі еселенген фокус қашықтығынан тыс қашықтықта алынады және нақты, төңкерілген және үлкейтілген болады. Сәулелердің осындай жолы проекциялық аппараттар үшін сипатты.
10 сурет. Нәрсе фокус пен екі еселенген фокус қашықтығының аралығында орналасқанда, жинағыш линзада кескінді тұрғызу.
5. Егер нәрсе линзаның алдыңғы бас фокусының жазықтығында орналасса (11 сур.), онда сәулелер линза арқылы өткеннен кейін параллель таралады және кескін шексіздікте ғана алынуы мүмкін.
11 сурет. Нәрсе линзаның алдыңғы бас фокус жазықтығында орналасқанда, жинағыш линзада кескін тұрғызу.
6. Егер нәрсені бас фокус қашықтығынан кіші қашықтыққа орналастырсақ (12 сур.), онда сәулелер линзадан еш жерде қиылыспай, жинақсыз шоқ болып шығады. Кескін жалған, тура және үлкейтілген болады, яғни бұл жағдайда жинағыш линзаны лупа ретінде қолдануға болады.
12 сурет. Нәрсе бас фокус қашықтығынан кіші қашықтықта орналасқанда, жинағыш линзада кескін тұрғызу.
-
Шашыратқыш линзада кескін тұрғызу.
Шашыратқыш линзалар нәрсенің кез-келген орналасу жағдайында әрдайым тура, кішірейтілген және жорамал кескін береді
13 суретте кескінді тұрғызу үшін қолданылған стандартты сәулелердің кейбіреулері линза арқылы өтпейтіндігіне көңіл аудару керек. Бұл сәулелер кескіннің құралуында нақты қатынаспайды, бірақ-та олар кескін тұрғызу үшін қолданылуы мүмкін.
13 сурет. Шашыратқыш линзада кескін тұрғызу.
1.5 Жұқа линзаның формуласы.
Кескінді жұқа линза формуласы көмегімен есептеуге болады. Егер нәрседен линзаға дейінгі қашықтықты а арқылы, линзадан кескінге дейінгі қашықтықты b арқылы, ал линзаның фокус қашықтығын f арқылы белгілесек (14 сур.), онда жұқа линза формуласын келесі түрде жазуға болады D:
. (2)(2) формулада а, b, f шамаларына белгілі – біртаңбалар қойылады. Жинағыш линзалардың фокус аралықтары f > 0, шашыратқыш линзалардың фокус аралықтары f < 0. a және b шамалары да белгілі – біртаңбалар ережесіне бағынады: a > 0 және b > 0 – нақты нәрселер (яғни, линзадан өткеннен кейін жинақты сәулелердің жалғасынан емес, нақты жарық көздері үшін) мен нақты кескіндер үшін; a < 0 және b < 0 – жорамал (немесе жалған) жарық көздері мен жалған кескіндер үшін. Нәрсенің линзаға қатысты орналасу орнына байланысты кескіннің сызықтық өлшемдері өзгереді. Линзаның сызықтық ұлғаюы Γ деп кескін h' пен нәрсенің h сызықтық өлшемдерінің қатынасын айтады. h' шамасына кескін тура немесе төңкерілген болуына байланысты плюс немесе минус таңбасы қойылады. h шамасы барлық уақытта оң деп есептелінеді. Сондықтан тура кескіндер үшін Γ > 0, ал төңкерілген кескіндер үшін Γ < 0.