В предыдущих параграфах мы рассматривали законы распространения света: прямолинейное распространение, отражение и преломление. На основе этих законов работают различные оптические приборы, важнейшей частью которых являются линзы.

Что такое линза?

В повседневной жизни мы часто сталкиваемся с предметами, которые могут изменять направление световых лучей. Например, стеклянная банка с водой, очки, фотоаппарат. Общим для всех этих предметов является наличие прозрачного тела, ограниченного криволинейными поверхностями.

Линза — это прозрачное тело, ограниченное с двух сторон сферическими поверхностями.

Линзы бывают выпуклыми и вогнутыми. Выпуклая линза толще в середине, чем по краям, а вогнутая — наоборот, тоньше в середине и толще по краям.

На практике чаще всего используются сферические линзы, то есть линзы, поверхности которых являются частями сфер. Выпуклые линзы также называют собирающими, а вогнутые — рассеивающими. Это связано с их свойством: выпуклая линза собирает параллельный пучок лучей в одну точку, а вогнутая — рассеивает его.

Основные характеристики линзы

Для описания свойств линзы используют несколько ключевых точек и линий.

• Оптический центр линзы (O) — точка, находящаяся в центре линзы. Луч, проходящий через нее, не преломляется.
• Главная оптическая ось — прямая, проходящая через оптический центр линзы и центры ограничивающих ее сферических поверхностей.
• Главный фокус линзы (F) — точка, в которой после преломления собираются лучи, падающие на линзу параллельно главной оптической оси.
• Фокусное расстояние (F) — расстояние от оптического центра линзы до ее главного фокуса. Обозначается той же буквой F.

У собирающей линзы фокус действительный — в этой точке действительно пересекаются лучи. У рассеивающей линзы фокус мнимый, так как в этой точке пересекаются не сами преломленные лучи, а их продолжения.

Оптическая сила линзы

Для характеристики собирающего или рассеивающего действия линзы вводят физическую величину — оптическую силу.

Оптическая сила линзы (D) — это физическая величина, обратная ее фокусному расстоянию. Она характеризует преломляющую способность линзы.

Чем меньше фокусное расстояние линзы, тем сильнее она преломляет свет, и тем больше ее оптическая сила.

За единицу оптической силы в СИ принята диоптрия (дптр).

1 диоптрия — это оптическая сила линзы, фокусное расстояние которой равно 1 метру.

1 дптр = 1 / 1 м = 1 м⁻¹

Оптическая сила собирающей линзы — величина положительная (D > 0), так как ее фокус действительный. Оптическая сила рассеивающей линзы — величина отрицательная (D < 0), потому что ее фокус мнимый.

Пример решения задачи

Задача: Определите оптическую силу собирающей линзы, если ее фокусное расстояние равно 20 см.

Дано:
F = 20 см = 0,2 м
D — ?

Решение:
Оптическая сила линзы рассчитывается по формуле:
D = 1 / F
Подставим значение фокусного расстояния в метрах:
D = 1 / 0,2 м = 5 дптр.

Ответ: D = 5 дптр.