Multimédiás segédanyag Nyitókép OPTIKAI LENCSÉK Készítette: Kobilácsik Györgyné Multimédiás segédanyag a fizika tanításához

Témakörök A lencsék fogalma, fajtái Jellegzetes sugármenetek A lencsék képalkotása A leképezési törvény A lencsék alkalmazásai Tudománytörténeti arcképek Tudáspróba

A lencsék fogalma, fajtái Az optikai lencsék a legegyszerűbb fénytörésen alapuló leképezési eszközök. Fajtái: a domború és a homorú lencse. optikai középpont optikai tengely A továbbiakban vékony lencsékkel foglalkozunk.

A domború lencse F fókuszpont (F) A párhuzamos nyaláb a domború lencsén való áthaladás után összetartó nyaláb lesz, ezért nevezik a domború lencsét gyűjtőlencsének.

A homorú lencse fókuszpont (F) F A párhuzamos nyaláb a homorú lencsén való áthaladás után széttartó nyaláb lesz, ezért a homorú lencsét szórólencsének nevezik.

Jellegzetes sugármenetek gyűjtőlencse esetén szórólencse esetén

Jellegzetes sugármenetek gyűjtőlencse esetén 1. Az optikai tengellyel párhuzamosan beeső fénysugár 2. A fókuszponton át beeső fénysugár 3. Az optikai középponton át beeső fénysugár

A megtört fénysugár a fókuszponton halad keresztül. 1. Az optikai tengellyel párhuzamosan beeső fénysugár gyűjtőlencse esetén 2F F O A megtört fénysugár a fókuszponton halad keresztül.

2. A fókuszponton át beeső fénysugár gyűjtőlencse esetén A megtört fénysugár az optikai tengellyel párhuzamosan halad tovább.

3. Az optikai középponton át beeső fénysugár gyűjtőlencse esetén A fénysugár irányváltoztatás nélkül halad át a lencsén.

Jellegzetes sugármenetek szórólencse esetén 1. Az optikai tengellyel párhuzamosan beeső fénysugár 2. A fókuszpont irányába beeső fénysugár 3. Az optikai középponton át beeső fénysugár

1. Az optikai tengellyel párhuzamosan beeső fénysugár szórólencse esetén A megtört fénysugár úgy halad tovább, mintha a lencse előtti fókuszból indult volna ki.

2. A fókuszpont irányába beeső fénysugár szórólencse esetén A megtört fénysugár az optikai tengellyel párhuzamosan halad tovább.

3. Az optikai középponton át beeső fénysugár szórólencse esetén A fénysugár irányváltoztatás nélkül halad át a lencsén.

A lencsék képalkotása A kép keletkezése: gyűjtőlencse esetén szórólencse esetén

A gyűjtőlencse képalkotása a fókusztávolságon belüli tárgyról a fókuszpontban elhelyezett tárgyról az egyszeres és kétszeres fókusztávolság közé elhelyezett tárgyról a kétszeres fókusztávolságban elhelyezett tárgyról a kétszeres fókusztávolságon kívül elhelyezett tárgyról

A gyűjtőlencse képalkotása a fókusztávolságon belüli tárgyról A keletkezett kép: egyenes állású nagyított látszólagos

A gyűjtőlencse képalkotása a fókuszpontban elhelyezett tárgyról 2. Sugármenet nincs! 2F F O F 2F A megtört sugarak és azok meghosszabbításai sem találkoznak, ezért a fókuszpontban elhelyezett tárgyról nem keletkezik kép.

A gyűjtőlencse képalkotása az egyszeres és kétszeres fókusztávolság között levő tárgyról A keletkezett kép: fordított nagyított valódi

A gyűjtőlencse képalkotása a kétszeres fókusztávolságban elhelyezett tárgyról A keletkezett kép: fordított állású azonos nagyságú valódi

A gyűjtőlencse képalkotása a kétszeres fókusztávolságon kívül elhelyezett tárgyról A keletkezett kép: fordított állású kicsinyített valódi

A szórólencse képalkotása 2F F O F 2F A keletkezett kép mindig: egyenes állású kicsinyített látszólagos

A vékonylencsék leképezési törvénye, a nagyítás képtávolság (k) tárgy (T) 2F F O F 2F kép (K) tárgytávolság (t) fókusztávolság (f) A leképezési törvény: A nagyítás: t 1 k f + = T K t k N =

A dioptria A lencse jellemzője a fénytörő képessége, a dioptria: f 1 D = A fókusztávolságot méterben kell mérni.

A lencsék alkalmazásai a lupe a vetítő a távcső a fényképezőgép az emberi szem a mikroszkóp

A lupe Az egyszerű nagyító, vagy lupe egy domború lencse, a legegyszerűbb látószögnövelő eszköz. A fókuszponton belüli tárgyról nagyított képet ad. 2F F O

A vetítő A vetítő egy megvilágított tárgyról gyűjtőlencse (rendszer) segítségével valódi, nagyított, fordított állású képet állít elő. fényforrás kondenzor diakép ernyő objektív

A vetítő képalkotása A tárgyat az egyszeres és kétszeres fókusztávolság közé kell tenni, mert ekkor keletkezik nagyított, fordított, valódi kép. 2F F O k+t

Az emberi szem A retinán keletkezett kép: fordított állású retina pupilla látóideg szemlencse A retinán keletkezett kép: fordított állású kicsinyített valódi

Az emberi szem képalkotása A tárgynak a szemlencse kétszeres fókusztávolságán kívül kell lenni, mert ekkor keletkezik kicsinyített, valódi kép. A túl közeli tárgyakat ezért nem láthatjuk élesen. 2F F O k+t

A leggyakoribb szembetegségek a távollátás a rövidlátás Az optikai lencsék legősibb felhasználása az emberi látást segítő optikai eszközök alkalmazása.

A távollátás Távollátáskor a kép a retina mögött keletkezik. Javítása gyűjtőlencsével.

A rövidlátás Rövidlátáskor a kép a retina előtt keletkezik. Javítása szórólencsével.

A fényképezőgép A fényérzékeny filmen fordított állású, kicsinyített, valódi kép keletkezik. pillanatzár blende film objektív kondenzor

A fényképezőgép képalkotása A filmet a lencse kétszeres fókusztávolságán kívülre kell tenni, mert ekkor keletkezik kicsinyített, valódi kép. A túl közeli tárgyakról nem lehet éles képet készíteni 2F F O k+t

Az emberi szem és a fényképezőgép összehasonlítása blende - pupilla film - retina objektív - szemlencse

A fényképezőgép beállításai távolságállítás exponálási idő beállítása fényrekesz állítása

A távolságállítás A tárgy- és képtávolság összege rögzített, így a különböző távolságban levő tárgyakról az objektív lencse mozgatásával, vagyis a megfelelő kép- és tárgytávolság beállításával kapunk éles képet a filmen. A távolság megállapítása történhet: becsléssel, a távolság lemérésével, automatikusan.

Az exponálási idő beállítása Az exponálási idő a fényrekesz (blende) nyitvatartási idejét határozza meg. Beállításakor figyelembe kell venni: a fény erősségét, a blende nagyságát, a film érzékenységét. Beállítási értékek: 30, 60, 125, 250, 500

A fényrekesz (blende) állítása A fényrekesz (blende) nagysága a bejutó fény mennyiségét és a mélységélességet határozza meg. A fényrekesz szűkítésével a mélységélesség nő. Beállítható értékek: 3,5; 5,6; 8; 11; 16 Célszerű beállítások: tájkép álló tárgy mozgó tárgy

A fényrekesz nagysága és a mélységélesség A fényrekesz nagy, a környezet homályos. A fényrekesz szűk, a környezet is éles. Fotóalbum

A távcső A távcső (teleszkóp) a távoli tárgyak megfigyelésére szolgál, mert megnöveli a tárgyak látószögét. Fajtái: a Kepler-távcső a földi távcső a Galilei-távcső a binokuláris távcső

A Kepler-távcső A Kepler-távcső vagy csillagászati távcső látószögnövelő eszköz, mely a távoli tárgyakról fordított képet ad. okulár távoli csillagok objektív a csillagok képei

A földi távcső A Kepler-távcsőhöz hasonló, de van benne egy fordító lencse, mely az egyenes állású képet biztosítja. Ilyenek az endoszkópok, célzótávcsövek. objektív képfordító lencse okulár

A Galilei-távcső Hollandiai mintára Galilei távcsövet épített, mely lehetővé tette az égbolt soha nem látott jelenségeinek észlelését, így a Hold felszínének, a Tejútrendszer szerkezetének vizsgálatát. A távcső objektívje gyűjtő-, okulárja szórólencse, a kelet-kezett kép egyenes állású. A távcső megnöveli a tárgy látószögét hasonlóan, mint a Kepler-távcső . Galilei távcsövei

A binokuláris távcső A binokuláris távcső két egymás mellé szerelt távcső, s így egyszerre mindkét szemmel való nézésre alkalmas. Ha a képfordítást két 45°-os prizmával oldják meg, így csökkenthető a távcső hosszúsága. objektív képfordító prizmák okulár

A mikroszkóp A mikroszkóp egy összetett nagyító. okulár Az objektív lencse által létrehozott valódi képet az okulár lencsével, mint egyszerű nagyí-tóval nézzük, és így látjuk még nagyobbnak a tárgy képét. objektív tárgy kép

Tudománytörténeti arcképek Néhány tudós azok közül, akik a lencsék törvényszerűségeinek felismerésén és a lencsék alkalmazásainak kidolgozásán munkálkodtak. Alhazen Roger Bacon Louis Mande Daguerre René Descartes Galileo Galilei Johannes Kepler Petzvál József Claudius Ptolemaiosz Christoph Scheiner Willebrord Snellius

Claudius Ptolemaiosz (kb. 100-170) alexandriai tudós, ki a matematika és a csillagászat mellett, jelentős felismerésre jutott az optika területén is. Megfigyelte a fény törésének a közeg sűrűségétől való függését, vagyis a beesési merőlegestől és beesési merőlegeshez való törést. Ez a felismerés lett a későbbi Snellius törvény alapja.

Alhazen (965-1039) alias Ibn al-Haitham, arab tudós, aki elsőként használt gömbhéj alakú lencséket nagyítóként. Elsőnek mondta ki, hogy a szem nem fényforrás, csupán a tárgyakról kiinduló sugarakat észleli. Alhazen tanítványai körében

Roger Bacon (1214-1294) ferences szerzetes Angliában. Alapvető felismerése, hogy a lencsék alkalmasak a szem látóképességének javítására. Az ún. olvasókövek segítettek az idős szerzeteseknek az olvasásban, illetve segítették a kódexmásolók, iniciáléfestők munkáját.

Galileo Galilei (1564-1642) olasz természettudós, kinek fő érdeme a tudományos megismerés új módszerének kidolgozása. A kopernikuszi heliocentrikus elmélet követője. Legfontosabb eredményeit a mechanikában és a csillagászatban érte el. Kifejlesztett holland mintára egy olyan távcsövet, melynek segítségével egy sor jelentős felfedezést tett, így a Hold felszínére, illetve a Tejút szerkezetére vonatkozóan. Tanai miatt szembekerül az egyházzal, a szent inkvizíció perbe fogja és elítéli.

Johannes Kepler (1571-1630) német csillagász, a bolygótörvények megalkotója. Megfigyeléseihez kifej-lesztette a csillagászati távcsövet (Kepler-távcsövet), mely erősebb nagyítású és nagyobb fényerejű volt, mint a korábbiak. Az optikát is új felfedezésekkel bővítette. Ő írta le először a teljes visszaverődés jelenségét, vezette be a fókusz fogalmát és az elnevezés is tőle származik; vizsgálta a szemlencse szerepét.

Christoph Scheiner (1573-1650) német csillagász, jezsuita tanár. Értékes vizsgálatokat végzett az optika területén, különösen a szem szerkezetére és így a látásra vonatkozóan. Megállapította, hogy a szemben a kép a retinán keletkezik. Descartes is értékelte Scheiner eredményeit és többször hivatkozott rá. Művének címe: Oculus, hoc est: fundamentum opticum (A szem, azaz az optika alapjai,1619)

Willebrord Snellius (1591-1626) leideni professzor, aki felfedezte az összefüggést a fénysugarak beesési és törési szöge között. (Descartes-Snellius törvény) Snellius így fogalmazta meg a törvényt: nCA = CB

René Descartes (1596-1650) francia természettudós és filozófus. Egy új világszemléletet alkotott, a tekintélyelvet elvetve a racionalizmust tette a gondolkodás alapjává. Számos optikai felismerés fűződik nevéhez. Így a szivárvány létrejöttének magyarázata, a töréstörvény. Vizsgálta a látás folyamatát, lencsékkel kísérletezve meghatározta a közel- és távollátó ember számára szükséges szemüveg pontos adatait.

Louis Mande Daguerre (1787-1851) tehetséges francia díszletfestő, de emellett Niepce-szel együtt a fémlemezre való képrögzítés feltalálójának tekinthető. Az így készített képet nevezik dagerrotípiának. Az első dagerrotípia

A fémlemezre történő képrögzítés 1839-ben vált ismertté, s nyomban fényképezkedési láz tört ki világ-szerte, így Magyarországon is. Ezzel a módszerrel örökítették meg Petőfi Sándor arcvonásait. Petőfi Sándor arcképe Petőfi Sándor egyetlen hiteles arcképe, mely 1847-ben készült.

Petzvál József (1807-1891) egyetemi tanár, kinek fő kutatási területe az elméleti és gyakorlati fénytan. Olyan fotóobjektívet konstruált, mely kiválóan alkalmas vetítésre és arcfényképezésre, ezért a Petzvál objektívet u.n. portré-objektívnek nevezik. A készüléket egy bécsi optikus készítette el 1841-ben, és tette világhírűvé.

Tudáspróba 15 kérdés megválaszolásával teheted próbára tudásodat. A jó válasz jutalma egy újabb kérdés, a rossz választ pedig a következő hang jelzi: Kezdhetjük? Kattints az indítógombra! Indítás

A lencsék fajtái domború lencse A domború lencse középen vastagabb, mint a szélén. homorú lencse A homorú lencse középen vékonyabb, mint a szélén. vékony lencse Azt a lencsét, melynek vastagsága nagyon kicsiny a határfelületek görbületi sugarához képest vékony lencsének nevezzük.

A domború lencse fókuszpontja fókuszpont Vékony domború lencse esetén az optikai tengellyel párhuzamosan beeső fénysugarak a lencsén megtörve a tengely meghatározott pontjában metszik egymást, ez a lencse fókuszpontja. A lencsének két fókuszpontja van, melyek a lencsére szimmetrikusan helyezkednek el. A domború lencse csak akkor gyűjtőlencse, ha a lencse anyaga optikailag sűrűbb, mint a közegé.

A homorú lencse fókuszpontja fókuszpont Vékony homorú lencse esetén az optikai tengellyel párhuzamosan beeső fénysugarak a lencsén megtörve olyan széttartó nyalábot alkotnak, melyek az optikai tengely lencse előtti egyik pontjából látszanak kiindulni. Ez a pont a homorú lencse fókuszpontja. A lencsének két fókuszpontja van, melyek a lencsére szimmetrikusan helyezkednek el. A homorú lencse csak akkor szórólencse, ha a lencse anyaga optikailag sűrűbb, mint a közegé.

A fókusztávolság, a képtávolság, a tárgytávolság képtávolság A képtávolság az optikai középpont és a kép távolsága. tárgytávolság A tárgytávolság az optikai középpont és a tárgy távolsága. fókusztávolság A fókusztávolság az optikai középpont és a fókuszpont távolsága. Fontos! Szórólencse esetén a fókusz-távolságot, virtuális kép illetve tárgy esetén a kép- illetve tárgytávolságot negatív előjellel kell figyelembe venni.

A kép keletkezése valódi kép Egy tárgypont képe ott keletkezik, ahol a tárgypontból induló sugarak a lencsén való áthaladás után ismét találkoznak. Ekkor a képet valódi képnek nevezzük, mely ernyőn felfogható. virtuális kép Amennyiben a megtört sugaraknak csak a meghosszabbításai találkoznak, a keletkezett képet látszólagos (virtuális) képnek nevezzük, mely ernyőn nem fogható fel.

Látószög, felbontási határ látószög A látószög a látott tárgy két szélső pontjáról a szembe érkező sugarak által bezárt szög. felbontási határ Az emberi szem felbontási határa 1 szögperc, ez azt jeleni, hogy különbözőnek látunk két pontot, ha látószögük 1 szögpercnél nagyobb.

A kondenzor kondenzor A kondenzor a megvilágításhoz szükséges fényt összpontosítja a diaképre, mely egy gyűjtőlencse (-rendszer).

A vetítő beállítása k+t A kép- és tárgytávolság összege rögzített, a lencse mozgatásával érhető el, hogy a vetítővásznon keletkezzen az éles kép. fordított kép A vetítő fordított képet hoz létre, ezért a tárgyat (diaképet) fordítva kell behelyezni a vetítőbe.

A pupilla pupilla A pupilla a szivárványhártya (írisz) nyílása, átmérője 4-8 mm között változik. Méretváltozása a szembe jutó fény mennyiségét szabályozza. A fényviszonyoknak megfelelően izmok segítségével változtatható a pupilla nagysága.

retina. A retina másképpen ideghártya kb retina A retina másképpen ideghártya kb. 125 millió fényérzékelő sejtet tartalmaz, melyek kétfélék: csapok és pálcikák. sárga folt A sárga folt a retina legérzékenyebb része kb. 1,5 mm átmérőjű, itt vannak legsűrűbben az érzékelő sejtek. látógödör A látógödör a sárga folt közepén helyezkedik el, kb. 0,3 mm átmérőjű. Itt van a színérzékelő csapocskák nagy része. látóideg Az érzékelő sejtekben a fény hatására létrejövő ingerület idegszálakon jut el az agyba. Ezek az idegpályák útjuk során keresztezik egymást. Az agy látóközpontja számos előzetes tapasztalás alapján a tárgyakat valóságos térbeli elhelyezkedésüknek megfelelően hozza tudomásunkra. vakfolt Ahol a látóideg elhagyja a retinát nincsenek idegvégződések, ez a vakfolt. A retina

A szemlencse szemlencse A szemlencse egy domború lencse, mely izmok segítségével képes domborúságát, s ezzel fókusztávolságát változtatni. k+t A szem esetén a képtávolság (a szem mérete) rögzített, így a szemlencse domborúsága változik a tárgytávolságnak megfelelően. A szemnek ez a képessége az akkomodáció. A tárgynak a kétszeres fókusztávolságon kívül kell lennie, ezért a nagyon közeli tárgyakat nem látjuk élesnek.

A fókusztávolság előjele fókusztávolság A fókusztávolság előjele domború lencse esetén pozitív, homorú lencse esetén negatív. Innen adódik a pluszos, illetve mínuszos szemüveg elnevezés, ami természetesen domború illetve homorú lencsét jelent.

A fényképezőgép részei kondenzor A kondenzor egy gyűjtőlencse (-rendszer ), mely a megvilágításhoz szükséges fényt összpontosítja a diaképre. pillanatzár A pillanatzár egy redőny, mely az exponálás idejére kinyílik, ekkor éri fény a filmet. blende A blende, másképpen fényrekesz az a nyílás, melyen keresztül a fény behatol a fényképezőgépbe. Mérete változtatható a fényviszonyoknak és a film érzékenységének megfelelően.

Az objektív mozgatása k+t A kép- és tárgytávolság összege rögzített, a lencse mozgatásával érhető el, hogy a filmen éles kép keletkezzen.

A mélységélesség mélységélesség A mélységélesség az első és hátsó élességi határ közti távolság.

Az exponálási idő értékei exponálási idő értékei A 30, 60, 125, 250, 500 azt fejezik ki, hogy a másodperc hányad részéig van nyitva a fényrekesz.

Descartes - Snellius törvény Adott közegek esetén a beesési és törési szög szinuszának hányadosa a két közegre jellemző állandó, melynek neve törésmutató. 1 ; 2 n sin = b a a a beesési szög, b pedig a törési szög nagysága, n2;1 a második közeg elsőre vonatkozó törésmutatója.

Heliocentrikus világkép heliocentrikus A heliocentrikus világkép szerint, a Naprendszer középpontjában a Nap áll és körülötte keringenek a bolygók, így a Föld is. Első hirdetője Kopernikusz volt.

Galilei mechanikai eredményei Galilei nevéhez fűződik a szabadesés vizsgálata, melynek tapasztalatait matematikai képletben összegezte. Ez nagyon fontos lépés volt a mechanika fejlődésében. Megalapozta a tehetetlenség törvényét, melyet később Newton épített be rendszerébe.

„Gondolkodom. tehát vagyok.” A racionalizmus racionalizmus A racionalizmus az emberi ész feltétlen tekintélyét, a vallásos gondolkodással szembeni felsőbbrendűségét hirdető felfogás. Descartes híres mondása: „Cogito, ergo sum.” „Gondolkodom. tehát vagyok.”

Kepler bolygótörvényei 1.) A bolygók ellipszis pályán keringenek a Nap körül, melynek egyik fókuszpontjában van a Nap. 2.) A Naptól a bolygóhoz húzott rádiuszvektor egyenlő időközök alatt egyenlő területeket súrol. 3.) A bolygópályák félnagytengelyeinek köbei úgy aránylanak egymáshoz, mint a keringési idők négyzetei.

A szivárvány szivárvány A szivárvány úgy jön létre, hogy a Naptól érkező fény-sugárban levő különböző hullámhosszú összetevők különböző irányokban törnek meg az esőcseppeken, ezért a megfigyelő a különböző hullámhosszúságú (színű) fényeket kissé eltérő irányokból láthatja. Az így kialakuló szivárvány színei: vörös, narancs, sárga, zöld, kék, ibolya.

A teljes visszaverődés teljes visszaverődés Teljes visszaverődés akkor jön létre, ha a fény optikailag sűrűbb közegből ritkábba megy. Ekkor létezik egy olyan beesési szög, az ún. határszög, melyhez tartozó törési szög 90 lenne. Ha a fény ennél nagyobb szögben érkezik a határfelületre nem törik meg, hanem ún. teljes (100%-os) visszaverődés jön létre. Gyakorlati alkalmazása például az optikai üvegszál, melynek falán a fény nem jut át, hanem teljes visszaverődés jön létre, s így alkalmas a fény továbbítására.

A fémlemezes képrögzítés fémlemezes A fémlemezes képrögzítés lényege: jódgőzzel kezelt ezüst lemezre készült a felvétel, amelyet higanygőzzel hívtak elő. Az exponálási idő 15-20 perc volt.

Zárókép VÉGE Újra Kilépés Készítette: Kobilárcsik Györgyné