В. Сарафанников - Такая многоликая дрель. Сантехнические работы. Водоснабжение...(Сделай сам №1•2008)

— луч света 1 , параллельный главной оптической оси, преломляясь в линзе, проходит через ее задний фокус F 1;

— луч света 2 , направляемый через оптический центр линзы, проходит через нее не преломляясь;

— луч света 3 , проходящий через передний фокус F , после преломления в линзе идет параллельно главной оптической оси согласно принципу обратимости прохождения лучей в линзе.

На рис. 7 показано изображение точки А , получаемое характерными лучами. Аналогично можно выполнить и для точки В и, соединяя их, получают изображение A 1 B 1отрезка прямой АВ .

Рассматриваемый предмет может находиться на любом расстоянии а слева от линзы в пространстве предметов, в котором выделяют пять характерных участков (рис. 8); оо > а > 2 f, а = 2 f , 2f > а > f, а = f и а < f .

Рис. 8. Изображения, даваемые собирающей линзой

На рисунке в пространстве предметов линзы расположены буквы А, Б, В, Г, Е и Т в качестве изучаемых предметов и там же показаны их изображения, для примера приведено изображение буквы В , пользуясь характерными лучами. Рассмотрим характерные участки пространства предметов:

— оо> а> 2f(буква А ). Если рассматриваемый предмет перемещается к линзе из бесконечности, то его изображение, даваемое линзой, также перемещается от задней фокальной плоскости (от фокуса F 1), удаляясь от линзы и увеличиваясь в размере. При этом изображение действительное, перевернутое и уменьшенное. Изображение буквы А выполнено пунктирными линиями:

— а = 2f(буква Б ). Когда предмет попадает в переднюю главную плоскость Н , то его изображение оказывается в задней главной плоскости Н 1, оно действительное, перевернутое и имеет тот же размер, что и предмет ( Б = Б 1);

— 2f > а > f(буква В ). Когда предмет находится в промежутке между фокусным и двойным фокусным расстояниями, то его изображение находится за задней главной плоскостью Н 1и оно действительное, перевернутое и увеличенное. С приближением предмета к передней фокальной плоскости (к точке переднего фокуса) его изображение все далее удаляется от задней главной плоскости и увеличивается в размере;

— а = f(буква Г ). Изображение предмета, оказавшегося в передней фокальной плоскости (в точке переднего фокуса), находится в бесконечности и неопределенности;

— а < f(буквы Е и Т ). Как только предмет переходит переднюю фокальную плоскость (фокус F ), то его изображение скачком переходит из пространства изображений в пространство предметов и оно становится прямым, мнимым и увеличенным, то есть изображение предмета на экране не образовывается. Глядя сквозь линзы на предмет, мы видим его изображение в увеличенном и прямом виде. По мере приближения предмета к линзе его изображение по величине уменьшается, как видно из рис. 8, высота изображения буквы Т меньше высоты изображения буквы Е . Свойство линзы изображать предметы, находящиеся возле передней фокальной плоскости ( а ~= f ), в прямом и увеличенном виде широко используется в лупах.

Часто предмет, наблюдаемый невооруженным глазом, рассматривается под малым углом зрения и образует на сетчатке глаза столь малое изображение, что подробности предмета не могут восприниматься с необходимой отчетливостью (рис. 9, а ). Казалось бы, в этом случае выходом из затруднительного положения является приближение предмета к глазу, которое увеличивало бы угол его зрения до необходимой степени.

Рис. 9. Рассматривание небольшого предмета невооруженным глазом ( а) и через лупу ( б):

1— глаз; 2— лупа; АВ— рассматриваемый предмет и A I B I и А II, В II — его изображение, даваемое линзой и на сетчатке глаза; fи f1 — фокусные расстояния линзы; L— удобное расстояние зрения; a1 и a2 — рассматриваемые узлы зрения

Однако способности глаза ограничены, они не позволяют приближаться предметам к глазу сколь угодно близко из-за ограничения его аккомодации, то есть свойства хрусталика изменять свою выпуклость и давать отчетливые изображения предметов на сетчатке при рассматривании их на различных расстояниях. Выпуклость хрусталика, соответственно его фокусное расстояние в зависимости от удаленности рассматриваемого предмета от глаза изменяется благодаря растягиванию и сжатию мышечных волокон. У нормального глаза задний фокус хрусталика совпадает с сетчаткой, поэтому глаз в спокойном состоянии резко видит удаленные предметы, то есть он аккомодирован на бесконечность. Для того чтобы резко изобразить на сетчатке предметы, находящиеся на близком расстоянии от глаза, аккомодационные мускулы напрягаются, что сильно утомляет нормальный глаз. В молодом возрасте человек в состоянии аккомодировать на предметы, находящиеся на расстоянии ~ 7 см от глаза. Без особого утомления нормальный глаз может наблюдать предметы, расположенные на расстоянии ~ 250 мм от него, которое называется расстоянием наилучшего зрения. Это расстояние играет особую роль в оптических приборах (лупы, оптические трубы, микроскопы), используемых для вооружения глаза.