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 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

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

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 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.

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.

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.

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.

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.

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.