Вода как линза собирающая или рассеивающая
СКВОЗЬ КАПЛЮ ВОДЫ
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение
средняя общеобразовательная школа №16
Сквозь каплю воды
6Б класс, МАОУ СОШ №16
Веретенникова Ирина Валерьевна,
учитель физики МАОУ СОШ №16
г. Карпинск2017 год
Глава I «Капля как линза»
Глава II «Практическая»
Проблема исследования:в сети «Интернет» я увидела фотоработы немецкого фотографа Маркуса Ройгельса, и мне стало интересно, как же получаются такие удивительные снимки, почему изображение переворачивается? (приложение №1)
Актуальность темы:тему считаю актуальной, потому что я не знаю, почему сквозь капли воды изображение переворачивается.
Предмет исследования: капля воды.
Цель: изучить увеличительные свойства воды, создать фотографии сквозь капли воды.
Гипотеза: каплю воды можно использовать как линзу.
Задачи: 1) изучить литературу по проблеме исследования; 2) провести опыты, объясняющие, почему капля действует как линза; 3) создать фотографии.
Методы исследования: анализ, сравнение, эксперимент, беседы.
Глава I «Капля как линза»
Наверное, каждый из нас держал в руках увеличительное стекло. В солнечный день ребята часто пользуются им для выжигания по дереву, а герои «Таинственного острова» Жюля Верна сами сделали увеличительное стекло, чтобы добыть огонь. Если поместить такое стекло на некотором расстоянии от книги, то буквы увеличатся.
Основная деталь многих оптических приборов — линза. Она обычно представляет собой стеклянное тело, ограниченное с двух сторон сферическими поверхностями. В некоторых случаях одна из поверхностей линзы может быть плоской. Поверхности линз могут иметь и более сложную форму, например цилиндрическую, параболическую и т. д. Однако такие линзы применяются сравнительно редко.
Линзы могут быть изготовлены не только из стекла, но, вообще говоря, из любого прозрачного вещества. Так, например, в некоторых приборах применяются линзы из кварца, каменной соли, пластика и других материалов.
Различают рассеивающие и собирающие линзы. Если центральная часть линзы тоньше, чем ее края, то падающие на линзу параллельные световые лучи при выходе из нее расходятся. Если же центральная часть линзы толще, чем ее края, то падающие на линзу параллельные лучи света при выходе из нее сходятся.
Если параллельные лучи после прохождения через линзу сходятся, пересекаясь в некоторой точке, лежащей по другую сторону линзы, то линза называется собирающей. А точка пересечения преломленных лучей называется точкой фокуса.
Если же параллельные лучи после прохождения через линзу становятся расходящимися,то линза называется рассеивающей.
Но собирающее или рассеивающее действие линзы зависит не только от ее формы, но и от того, из чего она сделана и в какой среде действует. Обычно материал, из которого изготовлены линзы, преломляет свет сильнее, чем окружающая среда. В этом случае собирающими линзами являются линзы, утолщающиеся от краев к середине — двояковыпуклая и плосковыпуклая линзы, а также вогнуто-выпуклая линза.Рассеивающими линзами являются линзы, становящиеся тоньше к середине — двояковогнутая и плосковогнутая линзы.
Для изготовления линз используется оптическое стекло, оно прозрачно и может быть очень однородным. Весьма важно, что стекло обладает большой стойкостью по отношению и к механическим и к химическим воздействиям. Поэтому детали из стекла могут быть обработаны с большой точностью, и приданная им в результате обработки форма остается впоследствии неизменной.
Основной составной частью стекол является кремнезем. Но оптические свойства стекла могут заметно изменяться в зависимости от рода примесей и их количества.
Глава II «Практическая»
Проведем опыт и убедимся, что капля воды может служить линзой. Капля воды на стекле представляет собой выпуклую линзу, которая дает увеличенное изображение. Маленькая капля имеет округлую форму. Я перенесла эту водяную «лупу» на текст, отпечатанный мелким шрифтом, и увидела, что буквы увеличились.
Оказывается, что при прохождении сквозь каплю воды солнечные лучи преломляются. Лучи света, попадающие в такую водяную линзу, отклоняются. Это отклонение и создает увеличенное или растянутое изображение букв. Но действие лупы сильно зависит от расстояния. Если смотреть через лупу на какой-нибудь предмет, постепенно отодвигаясь от него, то вначале изображение увеличивается, затем начнет раздуваться, как мыльный пузырь, заполнит собой всю лупу и, наконец, расплывется и пропадет. Но почему изображение переворачивается?
Оказывается, меняя расстояние между предметом и линзой можно получить разные изображения предмета. Я задалась вопросом: какое изображение предмета дает собирающая линза? Оказывается, это напрямую зависит от того, на каком расстоянии размещен предмет относительно линзы. Если поместить предмет между фокусом линзы и самой линзой, то изображение получается мнимым, прямым, и значительно увеличенным. Элементарный пример такого изображения — это лупа. Если размещать предметы за фокусом, то тогда возможны два варианта, но в обоих случаях изображение в первую очередь будет перевернутым и действительным. Разница только в размере. Если разместить предметы между фокусом и двойным фокусом, изображение получается увеличенное. Если же разместить за двойным фокусом, оно станет уменьшенным. В отдельных случаях может произойти так, что вообще не будет получено изображение.
Например в кино на экране мы видим перевернутое увеличенное изображение. Ведь объектив кинопроекционного аппарата — это несколько оптических стекол, с помощью которых маленькая картинка на пленке отбрасывается в увеличенном виде на экран!
Для того, чтобы выяснить как это происходит, я провела эксперименты:
Налила в стакан воду.
Подготовила фон из 2-х цветов.
Наблюдала следующую картину:
Налила в стакан воду.
Нарисовала на бумаге стрелки, использовала как фон.
Наблюдала следующую картину:
Сквозь пустой стакан изображение не меняется, а сквозь стакан, наполненный водой, изображение переворачивается слева направо.
Целью моего проекта было создание фотографий, сквозь каплю воды. К сожалению, мне не удалось запечатлеть каплю на фото, так как она слишком маленькая. Но эксперимент я провела и также увидела, что сквозь каплю, изображение переворачивается ничуть не хуже, чем сквозь стакан с водой. А различия всё же имеются. Сквозь стакан с водой изображение переворачивается слева направо или справа налево, а сквозь каплю – сверху вниз или снизу вверх.
В результате работы было выяснено, что:
Сквозь стакан с водой изображение переворачивается, горизонтально отражаясь.
Сквозь каплю воды изображение переворачивается, вертикально отражаясь.
Капля воды действует как линза.
Моя гипотеза подтвердилась.
В результате работы
были созданы фотографии, подтверждающие то, что капля работает как линза.
Вопрос прохождения света в воде показался очень занимательным, хотелось бы изучить его на более глубоком научном уровне с применением полных знаний по оптике.
Васильев А.Э., «Курс общей физики. Оптика»
Фотоработы Маркуса Ройгельса, www.bigpicture.ru
Чуянов В.А., «Энциклопедический словарь юного физика», 1984 г.
Источник
Линза. Виды линз. Фокусное расстояние.
теория по физике 🧲 оптика
Мы уже познакомились с явлением преломления света на границе двух плоских сред. Но на практике особый интерес представляет явление преломления света на сферических поверхностях линз.
Линза — прозрачное тело, ограниченное сферическими поверхностями.
Какими бывают линзы?
По форме различают следующие виды линз:
- Выпуклые — линзы, которые посередине толще, чем у краев.
- Вогнутые — линзы, которые посередине тоньше, чем у краев.
Выпуклые линзы тоже имеют разновидности:
- Двояковыпуклая — линза, ограниченная с обеих сторон выпуклыми сферическими поверхностями (СП). Такая линза изображена ниже на рисунке 1.
- Плосковыпуклая — линза, ограниченная выпуклой СП с одной стороны и плоской поверхностью с другой (рис. 2)
- Вогнуто-выпуклая — линза, ограниченной с одной стороны вогнутой СП, а с другой — выпуклой СП (рис. 3).
Разновидности вогнутых линз:
- Двояковогнутая — линза, ограниченная с обеих сторон вогнутыми СП (рис. 4).
- Плосковогнутая — линза, ограниченная вогнутой СП с одной стороны и плоской поверхностью с другой (рис. 5)
- Выпукло-вогнутая — линза, ограниченной с одной стороны выпуклой СП, а с другой — вогнутой СП (рис. 6).
Тонкая линза
Мы будем говорить о линзах, у которых толщина l = AB намного меньше радиусов сферических поверхностей этой линзы R1 и R2. Такие линзы называют тонкими.
Тонкая линза — линза, толщина которой пренебрежимо мала по сравнению с радиусами сферических поверхностей, которыми она ограничена.
Главная оптическая ось тонкой — прямая, проходящая через центры сферических поверхностей линзы (на рисунке она соответствует прямой O1O2).
Оптический центр линзы — точка, расположенная в центре линзы на ее главной оптической оси (на рисунке ей соответствует точка О). При прохождении через оптический центр линзы лучи света не преломляются.
Побочная оптическая ось — любая другая прямая, проходящая через оптический центр линзы.
Изображение в линзе
Подобно плоскому зеркалу, линза создает изображения источников света. Это значит, что свет, исходящий из какой-либо точки предмета (источника), после преломления в линзе снова собирается в точку (изображение) независимо от того, какую часть линзы прошли лучи.
Оптическое изображение — картина, получаемая в результате действия оптической системы на лучи, испускаемые объектом, и воспроизводящая контуры и детали объекта.
Практическое использование изображений часто связано с изменением масштаба изображений предметов и их проектированием на поверхность (киноэкран, фотоплёнку, фотокатод и т. д.). Основой зрительного восприятия предмета является его изображение, спроектированное на сетчатку глаза.
Изображения разделяют на действительные и мнимые. Действительные изображения создаются сходящимися пучками лучей в точках их пересечения (см. рисунок а). Поместив в плоскости пересечения лучей экран или фотоплёнку, можно наблюдать на них действительное изображение.
Если лучи, выходящие из оптической системы, расходятся, но если их мысленно продолжить в противоположную сторону, они пересекутся в одной точке (см. рисунок б). Эту точку называют мнимым изображением точки-объекта. Она не соответствует пересечению реальных лучей, поэтому мнимое изображение невозможно получить на экране или зафиксировать на фотоплёнке. Однако мнимое изображение способно играть роль объекта по отношению к другой оптической системе (например, глазу или собирающей линзе), которая преобразует его в действительное.
Собирающая линза
Обычно линзы изготавливают из стекла. Все выпуклые линзы являются собирающими, поскольку они собирают лучи в одной точке. Любую из таких линз условно можно принять за совокупность стеклянных призм. В воздухе каждая призма отклоняет лучи к основанию. Все лучи, идущие через линзу, отклоняются в сторону ее главной оптической оси.
Если на линзу падают световые лучи, параллельные главной оптической оси, то при прохождении через нее они собираются на одной точке, лежащей на оптической оси. Ее называют главным фокусом линзы. У выпуклой линзы их два — второй главный фокус находится с противоположной стороны линзы. В нем будут собираться лучи, которые будут падать с обратной стороны линзы.
Главный фокус линзы обозначают буквой F.
Фокусное расстояние — расстояние от главного фокуса линзы до их оптического центра. Оно обозначается такой же букой F и измеряется в метрах (м).
В однородных средах главные фокусы собирающих линз находятся на одинаковом расстоянии от оптического центра.
Пример №1. Что произойдет с фокусным расстоянием линзы, если ее поместить в воду?
Вода — оптически более плотная среда, поэтому преломленные лучи будут располагаться ближе к перпендикуляру, восстановленному к разделу двух сред. Следовательно, фокусное расстояние увеличится. На рисунке лучам, выходящим из линзы в воздухе, соответствуют красные линии. Лучам, выходящим из линзы в воде — зеленые. Видно, что зеленые линии больше приближены к перпендикуляру, восстановленному к разделу двух сред, что соответствует закону преломления света.
Направим три узких параллельных пучка лучей от осветителя под углом к главной оптической оси собирающей линзы. Мы увидим, что пересечение лучей произойдет не в главном фокусе, а в другой точке (рисунок а). Но точки пересечения независимо от углов, образуемых этими пучками с главной оптической осью, будут располагаются в плоскости, перпендикулярной главной оптической оси линзы и проходящей через главный фокус (рисунок б). Эту плоскость называют фокальной плоскостью.
Поместив светящуюся точку в фокусе линзы (или в любой точке ее фокальной плоскости), получим после преломления параллельные лучи.
Если сместить источник дальше от фокуса линзы, лучи за линзой становятся сходящимися и дают действительное изображение.
Когда же источник света находится ближе фокуса, преломленные лучи расходятся и изображение получается мнимым.
Рассеивающая линза
Вогнутые линзы обычно являются рассеивающими (лучи, выходя из них, не собираются, а рассеиваются). Это бывает если, поместить вогнутую линзу в оптически менее плотную среду по сравнению с материалом, из которого изготовлена линза. Так, стеклянная линза в воздухе является рассеивающей.
Если направить на вогнутую линзы световые лучи, являющиеся параллельными главной оптической оси, то образуется расходящийся пучок лучей. Если провести их продолжения, то они пересекутся в главном фокусе линзы. В этом случае фокус (и изображение в нем) является мнимым. Этот фокус располагается на фокусном расстоянии, равном F.
Другой мнимый фокус находится по другую сторону линзы на таком же расстоянии при условии, что среда по обе стороны линзы одинаковая.
Оптическая сила линзы
Оптическая сила линзы — величина, характеризующая преломляющую способность симметричных относительно оси линз и центрированных оптических систем, состоящих из таких линз.
Обозначается оптическая сила линзы буквой D. Единица измерения — диоптрий (дптр). Оптической силой в 1 дптр обладает линза с фокусным расстоянием 1 м.
Оптическая сила линзы равна величине, обратной ее фокусному расстоянию:
D > 0, если линза собирающая, D D = − 1 | F | . .
| F | = − 1 D . . = − 1 − 5 . . = 0 , 2 ( м )
Источник
