Obrazy w soczewkach

Playlista:Optyka

Ten materiał posiada napisy w języku ukraińskim


Ten materiał posiada napisy w języku ukraińskim


Facebook YouTube

Z tego filmu dowiesz się:

  • jak powstają obrazy w soczewkach i jakie mają cechy,
  • jakie są zastosowania soczewek.

Podstawa programowa

Autorzy i materiały

Wiedza niezbędna do zrozumienia tematu

Aby w pełni zrozumieć materiał zawarty w tej playliście, upewnij się, że masz opanowane poniższe zagadnienia.

Udostępnianie w zewnętrznych narzędziach

Korzystając z poniższych funkcjonalności możesz dodać ten zasób do swoich narzędzi.

Kliknij w ikonkę, aby udostępnić ten zasób

Kliknij w ikonkę, aby skopiować link do tego zasobu

Transkrypcja

Kliknij na zdanie, aby przewinąć wideo do tego miejsca.
Na pewno znasz kogoś, kto nosi okulary. Dziś to codzienność dla coraz większej liczby osób. Mówi się nawet, że dodają inteligencji dlatego niektórzy noszą je z tak zwanymi zerowymi szkłami choć wzrok mają sokoli. Jednak jeszcze do połowy ubiegłego wieku mało kto nosił szkła optyczne cały dzień jeśli miał dużą wadę wzroku. Powodem był fakt, że były ciężkie i że ostro było w nich widać tylko to co znajdowało się bezpośrednio na linii wzroku. Noszenie denek od butelek znacznie zawężało więc pole widzenia i obciążało nos. Dopiero wyprodukowanie szkieł z akrylu w latach 40 XX wieku sprawiło, że nosy okularników odetchnęły. Ale ich oczom perspektywa znacząco się poszerzyła dopiero wraz z wynalezieniem materiałów o takiej przejrzystości jak szkło lecz bardziej załamujących światło. Dzisiejsze soczewki okularowe są wykonane z tworzyw których współczynnik załamania światła jest znacząco wyższy od szkła. Mogą więc być znacznie cieńsze. Na przykład te o współczynniku 1,66 (szkło ma 1) są o połowę cieńsze i aż 80% lżejsze niż szklane o tej samej mocy. W tym filmie opowiem Ci więcej o skupianiu ogniskach i ogniskowych. Skup się zatem. Zaczynamy. Nie wiem, jak Ty, ale ja uwielbiałam w dzieciństwie bawić się szkłem powiększającym. Zresztą i dzisiaj, kiedy wpadnie mi w ręce nie mogę się powstrzymać żeby nie przyjrzeć się w dużym powiększeniu fakturom tkanin, własnej skórze czy liściom. Jeśli i Ty podzielasz mój entuzjazm do takich prostych fizycznych eksperymentów, to pewnie wiesz że aby uzyskać wyraźny powiększony obraz szkło trzeba trzymać dość blisko obserwowanego przedmiotu. Kiedy będziemy je oddalać obraz stanie się coraz mniej wyraźny a potem zobaczymy coś dziwnego. Ten sam obraz ale maleńki i do góry nogami. Jeśli znasz już nasz film o obrazach w zwierciadłach to wiesz, że podobnie zmienia się obraz powstały w zwierciadle wklęsłym. W tym filmie wytłumaczę Ci jak powstają obrazy w soczewkach i jak zmieniają się, gdy zmieniamy płynnie odległość obserwowanego przedmiotu od szkła powiększającego które jest właśnie soczewką. Zacznijmy od tego, co już widzieliśmy. Sytuacji, w której nasze szkło powiększa. Ustawmy więc przedmiot np. liść w niewielkiej odległości od szkła. Fizycy wiedzą że aby obraz był przez soczewkę skupiającą powiększany przedmiot musi znajdować się w odległości mniejszej niż ogniskowa soczewki. Jeśli nie pamiętasz, czym jest ogniskowa zajrzyj do filmu o soczewkach i zwierciadłach. Prześledźmy teraz na schemacie jak powstaje obraz jakiegoś przedmiotu na przykład strzałki. Jest to prosty kształt który jednak dzięki zwrotowi umożliwi nam zauważenie momentu kiedy nasz obraz stanie na głowie. Jeden koniec strzałki umieszczamy na osi optycznej co ułatwi nam konstrukcję. Ułatwi, bo będziemy musieli znaleźć już tylko jeden charakterystyczny punkt obrazu. Wierzchołek strzałki. Soczewki skupiające oznaczamy na rysunkach w ten sposób. Łatwo to zapamiętać, bo gdybyśmy połączyli groty strzałek łukami otrzymalibyśmy właśnie kształt soczewki wypukłej. Ogniskową oznaczamy małą literą f. A odległość strzałki od środka soczewki małą literą x. Strzałka jest pomiędzy soczewką a jej ogniskiem a więc x jest mniejszy od F. Do konstrukcji obrazu naszego wierzchołka oznaczmy go literą A za pomocą soczewki wystarczą nam dwa promienie. Dlaczego dwa? Bo musimy znaleźć punkt ich przecięcia a aby promienie się przecięły 2 to minimum. My zrobimy to dla precyzji za pomocą trzech promieni. Pierwszy najłatwiej przeprowadzić równolegle do osi optycznej zwierciadła. Taki promień po przejściu przez soczewkę załamie się tak że przejdzie przez ognisko po drugiej stronie. Kolejny promień najłatwiej narysować dokładnie przez środek soczewki. Taki promień załamuje się także, ale w końcowym efekcie nie zmieni kierunku. Na naszym schematycznym rysunku możemy więc taki promień narysować jako prostą. Trzeci promieni warto przeprowadzić tak aby przechodził przez ognisko soczewki znajdujące się po stronie przedmiotu. W naszym przypadku przedmiot znajduje się jednak między ogniskiem, a soczewką więc to się nie uda. Można jednak nasz promień narysować jako przedłużenie prostej przechodzącej przez ognisko. Taki promień po przejściu przez soczewkę będzie równoległy do jej osi optycznej. Widzimy, że promienie po przejściu przez soczewkę stały się wiązką rozbieżną a więc się nie przecinają. Przetną się za to ich przedłużenia. W punkcie przecięcia powstanie obraz punktu A. Oznaczmy go jako A'. A gdzie powstanie punkt B'? Pamiętamy, że postawiliśmy punkt B na osi optycznej więc promienie przechodzące przez środek soczewki padają na jej powierzchnię pod zerowym kątem a więc nie ulegają załamaniu. Obraz punktu B powstanie więc również na osi optycznej dokładnie pod punktem A'. Fizycy wyróżniają 3 cechy każdego obrazu. Pierwsza jest związana z wielkością w stosunku do oryginału. Nasz obraz jest powiększony. Jest też ustawiony zgodnie z oryginałem. Nie stanął na głowie. Taki obraz fizycy nazywają prostym. Obraz powstał na przecięciu przedłużeń promieni a nie rzeczywistych promieni. Taki obraz to obraz pozorny. Dlaczego mówimy na niego pozorny? Nasze oko widzi wiązkę promieni rozbieżnych, a że jest przyzwyczajone do promieni prostoliniowych to tak je właśnie interpretuje. Dla oka sytuacja wygląda tak jakby wiązka wyszła z punktu A'. Widzi więc obraz w miejscu gdzie w rzeczywistości nie biegną żadne promienie. Obrazu wcale tam nie ma. To tylko pozory. I właśnie dlatego taki obraz nazywamy pozornym. Właśnie taki obraz naszej roślinki widzimy, gdy umieścimy szkło powiększające w odległości od liścia nieprzekraczającej ogniskowej. Co się stanie gdy zaczniemy odsuwać przedmiot od lupy? Obraz powiększa się i w pewnym momencie się zamazuje. Na schemacie widzimy tego przyczynę. Nasza pozorna strzałka rośnie aż do momentu kiedy oryginał stanie na ogniskowej soczewki. W tym momencie promienie po przejściu przez soczewkę biegną równolegle. Nie przetną się ani one ani ich przedłużenia. Nie ma przecięcia promieni nie ma więc i obrazu. Obraz nie powstaje więc kiedy odległość przedmiotu od soczewki jest równa ogniskowej x równa się f. Dalsze zwiększanie odległości od soczewki spowoduje, że obraz wróci ale już nie prosty, a odwrócony. Widzimy roślinkę do góry nogami. Dlaczego? Kiedy przedmiot znajduje się za ogniskiem promienie po drugiej stronie soczewki tworzą wiązkę zbieżną a więc to tam się przecinają. Wiemy już, że obraz jest teraz odwrócony. A co z pozostałymi cechami? Obraz strzałki nadal jest większy od oryginału a więc nadal jest powiększony. W tym przypadku jednak powstał w miejscu przecięcia rzeczywistych promieni, a nie jak wcześniej ich przedłużeń. Tym razem nasze oko prawidłowo interpretuje to, co widzi. Wiązka promieni docierających do niego biegnie prostoliniowo z punktu w którym przecięły się promienie. Jeśli obraz powstaje w miejscu przecięcia rzeczywistych promieni nazywamy go rzeczywistym. Taki obraz odwrócony, powiększony i rzeczywisty powstaje, kiedy odległość x jest większa od ogniskowej f ale mniejsza od dwóch ogniskowych. Dalsze odsuwanie przedmiotu od soczewki niewiele już zmienia. Obraz cały czas jest odwrócony i rzeczywisty. Zmienia się tylko jego wielkość. Kiedy strzałka dotrze do środka sfery która jest częścią jednej z płaszczyzn soczewki czyli kiedy x równa się 2f jej obraz powstanie w tej samej odległości po drugiej stronie soczewki. Oryginał i obraz będą dokładnie tej samej wielkości. Po przekroczeniu tego punktu obraz będzie się dalej zmniejszać. A więc jeśli przedmiot będzie w odległości większej niż promień sfery wyznaczającej płaszczyznę soczewki obraz będzie pomniejszony względem oryginału. Czyli w tym przypadku x jest większe od 2f. Soczewka skupiająca daje obrazowi wiele możliwości. Może on być powiększony, prosty i pozorny jeśli oryginał znajduje się w małej odległości lub odwrócony i rzeczywisty gdy odległość będzie większa niż ogniskowa. Dodatkowo w tym drugim przypadku może być od oryginału większy, mniejszy lub mu równy. Czy da się za pomocą soczewki uzyskać obraz prosty i pomniejszony? Tak, ale potrzebna nam będzie do tego soczewka o innym kształcie. Rozpraszająca. Jeśli spojrzymy na świat przez taką soczewkę, to niezależnie od odległości obraz będzie mniejszy niż oryginalny przedmiot. Będzie też prosty. Zobaczmy to na schemacie. Soczewkę wklęsłą przedstawiamy w ten sposób. Groty strzałek skierowane są do środka co obrazuje zwężanie się soczewki. Po raz kolejny wykorzystamy naszą zapracowaną strzałkę. Ustawmy jej początek na osi optycznej i poprowadźmy z jej wierzchołka promienie tak jak poprzednio. Tym razem pokażę Ci, że do konstrukcji rzeczywiście wystarczą dwa. Pierwszy poprowadzimy równolegle do osi optycznej. Po załamaniu w soczewce jego przedłużenie przejdzie przez ognisko pozorne soczewki po stronie przedmiotu. Drugi przeprowadzimy przez środek soczewki. Tak jak w przypadku soczewki wypukłej możemy go narysować jako linię prostą. Widzisz, że promienie po przejściu przez soczewkę tworzą wiązkę rozbieżną. Jaki obraz uzyskamy w takim przypadku? Tak. Pozorny. Promienie się nie przecinają jednak przetną się ich przedłużenia. Otrzymujemy pomniejszony prosty i pozorny obraz naszej strzałki. Taki obraz powstanie zawsze niezależnie od tego gdzie ustawimy nasz przedmiot względem soczewki rozpraszającej. Za pomocą soczewki rozpraszającej obraz zawsze powstaje prosty pozorny i pomniejszony. Rodzaj obrazu otrzymanego za pomocą soczewki skupiającej zależy od odległości przedmiotu od soczewki. Mam nadzieję, że nasz film Ci się podobał a Twoje myśli były cały czas zogniskowane na temacie. Jeśli tak, to koniecznie polub ten film i zasubskrybuj nasz kanał.

Ćwiczenia

Interaktywne ćwiczenia związane z tą wideolekcją.

Materiały dodatkowe

Inne zasoby do wykorzystania podczas zajęć z tego tematu.

Lista wszystkich autorów


Scenariusz: Dobrawa Szlachcikowska

Lektor: Dobrawa Szlachcikowska

Konsultacja: Anna Soliwocka, Małgorzata Załoga, Andrzej Pieńkowski

Grafika podsumowania: Patrycja Ostrowska

Kontrola jakości: Małgorzata Załoga

Montaż: Patrycja Ostrowska

Doświadczenia: Anna Soliwocka, Anna Bednarek

Animacja: Patrycja Ostrowska

Opracowanie dźwięku: Aleksander Margasiński


Produkcja

Katalyst Education

Lista materiałów wykorzystanych w filmie


Freepik (Licencja Flaticon)
cottonbro (Licencja Pexels)
Ekrulila (Licencja Pexels)
Blaze123 (Licencja Pixabay)
Hospicio de las Mercedes, Buenos Aires (CC BY 1.0)
Anna Nekrashevich (Licencja Pexels)
eeedeeee (Domena Publiczna)
Tommaso da Modena (Domena Publiczna)
Conrad von Soest (Domena Publiczna)
Katalyst Education (CC BY)