Разница между действительным и мнимым изображением

Какая линза какое изображение дает: примеры

Чтобы разобраться, какая линза какое изображение дает, нужно в первую очередь вспомнить, что такое линза.

Основное физическое явление, которое используется при создании линзы, – это преломление света, проходящего через среду.

Именно это явление позволило создать такой прибор, который может управлять направлением световых потоков. Принципы такого управления объясняют детям еще в школе, в курсе физики восьмого класса.

Определение слова линза и материал, который используется для её изготовления

Линзы используют для того, чтобы человек смог увидеть увеличенное или уменьшенное изображение некоторого предмета. Например, с помощью телескопа или микроскопа. Поэтому данный прибор является прозрачным.

Сделано это с целью, чтобы видеть предметы такими, какие мы есть на самом деле, лишь измененными в размере. Она не будет цветной, искаженной, если этого не требуется. То есть линза – это прозрачное тело. Далее переходим к ее составляющим.

Материалом для изготовления линз в широком быту служат стекло или пластик. Далее будем говорить именно о стеклянных линзах для общего понимания.

Разделение на выпуклые и вогнутые линзы

Данное разделение зависит от того, какая у линзы форма. Если линза имеет середину шире, чем края, ее называют выпуклой. Если наоборот – середина тоньше, чем края, что такой прибор называется вогнутым. Что важно еще? Важно то, в какой среде находится прозрачное тело.

Ведь то, какая линза какое изображение дает, зависит от преломления в двух средах – в самой линзе и в окружающей ее материи.

Далее будем рассматривать только воздушное пространство, так как показатель преломления линзы со стекла или с пластика выше, чем установленный показатель окружающей среды.

Возьмем выпуклую линзу и пропустим через нее поток света (параллельные лучи). После прохождения через плоскость поверхности поток собирается в одной точке, потому линза и называется собирающей.

Чтобы понять, какое изображение дает собирающая линза, да и любая другая, нужно вспомнить об основных ее параметрах.

Важные параметры для понимания свойств данного стеклянного тела

Если линза ограничена двумя сферическими поверхностями, то ее сферы, само собой, имеют определенный радиус. Эти радиусы называются радиусами кривизны, которые выходят из центров сфер. Прямая, которая соединяет оба центра, называется оптической осью.

У тонкой линзы есть точка, через которую луч проходит без особых отклонений от предыдущего своего направления. Ее называют оптическим центром линзы. Через данный центр, перпендикулярно к оптической оси можно провести перпендикулярную плоскость.

При разборе вопроса, какое изображение дает собирающая линза, важно помнить, что ее фокус находится с обратной стороны от вхождения лучей. У рассеивающей линзы фокус является мнимым.

Какое изображение предмета дает собирающая линза

Это напрямую зависит от того, на каком расстоянии размещен предмет относительно линзы. Не будет никакого действительного изображения, если поместить предмет между фокусом линзы и самой линзой.

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. Как видно по рисунку выше, если разместить предмет как раз на месте фокуса линзы, линии, пересечение которых дает верхнюю точку предмета, идут параллельно.

Соответственно, о пересечении не может быть и речи, потому изображение сможет получиться только лишь где-то в бесконечности. Также интересен случай, когда помещают предмет на месте двойного фокуса.

В этом случае изображение получается перевернутым, действительным, но по размеру идентично исходному предмету.

На рисунках данную линзу схематически изображают как отрезок со стрелочками на концах, направленными наружу.

Рассеивающая линза

По логике, вогнутая линза является рассеивающей. Ее отличие в том, что она дает мнимое изображение. Лучи света после ее прохождения рассеиваются в разные стороны, потому действительного изображения нет. Ответ на вопрос о том, какое изображение дает рассеивающая линза, всегда один. В любом случае изображение будет не перевернутым, то есть прямым, оно будет мнимым и уменьшенным.

На рисунках данную линзу схематически изображают как отрезок со стрелочками на концах, которые смотрят внутрь.

Каков принцип построения изображения

Шагов построения для собирательной линзы несколько. Предмет, изображение которого будет строиться, имеет вершину. Из нее нужно провести две линии: одну – через оптический центр линзы, другую – паралельно к оптической оси до линзы, а затем через фокус.

Пересечение этих линий даст вершину изображения. Все что нужно далее – это соединить оптическую ось и полученную точку, паралельно до исходного предмета.

Мы помним, какое изображение дает рассеивающая линза, потому ведем построение изображения для вогнутой линзы, по тому же принципу, только с одной разницей. Фокус линзы, используемый для построения, находится в той же стороне, что и предмет, изображение которого необходимо строить.

Выводы

Подытожим вышеупомянутые материалы, для того чтобы понять, какая линза какое изображение дает. Ясно, что линза может увеличивать и уменьшать, но вопросы состоят в другом.

Вопрос номер один: какие линзы дают действительное изображение? Ответ – только собирательные. Именно вогнутая собирательная линза может дать действительное изображение.

Вопрос номер два: какая линза дает мнимое изображение? Ответ – рассеивающая, и в отдельных случаях, когда предмет находится между фокусом и линзой, – собирательная.

Оптическое изображение

Построение действительных изображений в случае линзы (вверху) и вогнутого зеркала (внизу)

Опти́ческое изображе́ние — картина, получаемая в результате прохождения через оптическую систему световых лучей, отражённых от объекта, или излучённых им[1]. Оптическое изображение воспроизводит контуры и детали этого объекта в виде распределения освещённости[2].

На практике часто меняют масштаб изображения предметов и проецируют его на какую-либо поверхность.

Свойства[ | ]

Соответствие объекту достигается, когда каждая его точка изображается точкой, хотя бы приблизительно. При этом различают два случая: действительное изображение и мнимое изображение.

• Действительное изображение любой точки создаётся сходящимися лучами в местах их пересечения. Такое изображение можно наблюдать на экране или зарегистрировать на фотоэмульсии или фотоматрице, расположив их в плоскости пересечения лучей[3].Действительное изображение создаётся такими оптическими системами, как объектив (например, кинопроектора или фотоаппарата) или одна положительная линза. Действительные изображения создаются собирающими линзами и вогнутыми зеркалами.

• Мнимое изображение получается, когда лучи от какой-либо точки после прохождения оптической системы образуют расходящийся пучок. Если их продолжить в противоположную сторону, они пересекутся в одной точке. Совокупность таких точек образует мнимое изображение[3]. Такое изображение невозможно наблюдать на экране или зарегистрировать на светочувствительной поверхности, однако можно преобразовать в действительное с помощью другой оптической системы.Мнимое изображение создаётся такими оптическими приборами, как бинокль, микроскоп, отрицательная или положительная линза (лупа), а также плоское зеркало.

Во всякой реальной оптической системе неизбежно присутствуют аберрации, в результате чего лучи (или их продолжения) не сходятся идеально в одной точке, и кроме того, максимально близко сходятся не совсем там, где нужно. Изображение получается несколько размытым и геометрически не полностью подобным предмету; возможны и другие дефекты.

Пучок лучей, который расходится из одной точки или сходится в ней, называется гомоцентрическим. Ему соответствует сферическая световая волна. Задача большинства оптических систем —- преобразовывать расходящиеся гомоцентрические пучки в гомоцентрические же, тем самым создавая мнимое или действительное изображение, чаще всего, в другом масштабе по отношению к предмету.

Стигматическое изображение (от др.-греч. στίγμα — укол, рубец) — оптическое изображение, каждая точка которого соответствует одной точке изображаемого оптической системой объекта.

Стигматическое изображение не обязательно геометрически подобно изображаемому объекту, но если оно подобно, такое изображение называется идеальным.

Это возможно лишь при условии, что в оптической системе отсутствуют или устранены все аберрации, и что возможно пренебречь волновыми свойствами света. Оптическую систему, которая создаёт идеальное изображение, называют идеальной оптической системой.

Идеальными можно приближённо считать центрированные системы, в которых изображение получается с помощью монохроматических и параксиальных пучков света.

Хотя глазом человека действительные и мнимые изображения воспринимаются одинаково, при формировании действительного изображения пересечение лучей реальное, и эти реальные лучи могут подействовать, например, на фотоплёнку, вызвав в ней химические преобразования, или быть зафиксированы фотоэлементом.

• Мнимое изображение натурального размера, создаваемое зеркалом
• Уменьшенное мнимое изображение, даваемое рассеивающей линзой
• Увеличенное мнимое изображение, даваемое собирающей линзой

Литература[ | ]

• Е. А. Иофис. Фотокинотехника / И. Ю. Шебалин. — М.,: «Советская энциклопедия», 1981. — С. 222, 223. — 447 с.

• Физическая энциклопедия, Т. II. М., «Советская энциклопедия», 1990. (Статья «Изображение оптическое».)

• Яворский Б. М., Детлаф А. А. Справочник по физике. — М.: «Наука», Изд. фирма «Физ.-мат. лит.», 1996.

• Сивухин Д.В. Общий курс физики. Оптика. М., «Наука», 1985.

• Борн. Вольф Основы оптики М., «Наука», 1971.

См. также[ | ]

урок: изображение в собирающей линзе

• Изображение
• Абсолютная оптическая система

КС. Линзы

Пусть падающие на оптическую систему лучи после преломления выходят сходящимся пучком лучей, пересекающихся в точке S1 (рис. 1 а, оптическая система изображена прямоугольником). В этом случае S1 – это действительное изображение.

Если из оптической системы вышел расходящийся пучок лучей и продолжения этих лучей пересекаются в точке S1 (рис. 1 б), то S1 – это мнимое изображение.

• а

• б

Рис. 1

Линза

• Линза будет собирающей, если луч, преломляясь, отклоняется от первоначального направления к главной оптической оси, и рассеивающей, если луч отклоняется от оси.
• для получения изображения необходимо не менее двух лучей.

При решении задач с системой линз задача разбивается на несколько частей (по числу линз):

1 часть – рассматривается только первая к предмету линза (все остальные линзы не рассматриваются и никак не влияют на решение); 2 часть – рассматривается только вторая линза, а предметом для нее служит изображение от первой линзы и т.д.

Построение в линзах

При построении изображения точек выбирают любые два из трех стандартных лучей.

Для собирающей линзы (рис.

2)

1. луч, параллельный главной оптической оси, после преломления проходит через главный фокус;
2. луч, совпадающий с побочной оптической осью, проходит без преломления через центр линзы;
3. луч, проходящий через главный фокус перед линзой, после преломления идет параллельно главной оптической оси.

Рис. 2

Для рассеивающей линзы (рис.

3)

1. луч, параллельный главной оптической оси, после преломления направлен так, что его продолжение проходит через главный фокус перед линзой;
2. луч, совпадающий с побочной оптической осью, проходит без преломления через центр линзы;
3. луч, направленный на главный фокус за линзой, после преломления идет параллельно главной оптической оси.

Рис. 3

• Для построения изображения отрезка АВ необходимо построить изображения А1 и В1. Полученный отрезок А1В1 и будет изображением отрезка АВ.

Виды изображения

Виды изображения:

1) действительное или мнимое;

2) прямое или перевернутое;

3) увеличенное или уменьшенное.

Некоторые свойства изображений:

• если предмет перпендикулярен главной оптической оси, то его изображение также будет перпендикулярным этой оси;
• если точка лежит на главной оптической оси, то ее изображение также будет лежать на этой оси;
• мнимое изображение получается в рассеивающих линзах во всех случаях, и в собирающей линзе, если расстояние от предмета до линзы меньше фокусного.

Дополнительные лучи при построении

При построении можно воспользоваться следующим свойством:

все лучи света, направленные параллельно побочной оптической оси, после преломления собираются в побочном фокусе (рис. 4).

• Все побочные фокусы лежат на фокальной плоскости, проходящей перпендикулярно главной оптической оси.
• В собирающей линзе пересекаются в фокальной плоскости преломленные лучи (поэтому рассматривают фокальную плоскость, лежащую за линзой).
• В рассеивающей линзе пересекаются в фокальной плоскости продолжения преломленных лучей (фокальная плоскость, лежащей перед линзой).

• а

• б

Рис. 4

Оптическая сила линзы

\(~D = \frac{1}{F}\) ,

где F – фокус линзы (м); D – оптическая сила линзы (дптр).ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ, что в некоторой физической литературе учитывают знаки в величинах, тогда:

• если линза собирающая, то F > 0, D > 0;
• если линза рассеивающая, то F< 0, D< 0.

В данном пособии знаки будем учитывать в формулах при помощи правила знаков. Тогда в условиях будем учитывать только значения величин.

\(~D_0 = \pm D_1 \pm D_2 \pm \ldots \pm D_N\) ,

где D0 – оптическая сила системы вплотную сложенных N тонких линз (дптр); D1, D2, …, DN – оптические силы тонких линз системы (дптр).

Правило знаков:

• знак «+» ставится, если линза собирающая;
• знак «–» – линза рассеивающая.

Формула тонкой линзы

\(~\pm \frac{1}{F} = \pm \frac{1}{d} \pm \frac{1}{f}\) ,где

Правило знаков:

F – фокусное расстояние линзы (м).

• знак «+» ставится, если линза собирающая;
• знак «–» – линза рассеивающая;

d – расстояние от предмета до линзы (м),

• знак «+» ставится, если предмет действительный (лучи, падающие на линзу, расходящиеся);
• знак «–» – предмет мнимый (лучи сходящиеся);

f – расстояние от изображения до линзы (м),

• знак «+» ставится, если изображение действительное;
• знак «–» – изображение мнимое (изображение получатся пересечением продолжения лучей).

Пусть на оптическую систему падает расходящийся пучок лучей, пересекающихся в точке S (рис. 5 а, оптическая система изображена прямоугольником). В этом случае S – это действительный источник (предмет).

Если на оптическую систему падает сходящийся пучок лучей и продолжения этих лучей пересекаются в точке S (рис. 5 б), то S – это мнимый источник (предмет).

• а

• б

Рис. 5

Увеличение линзы

\(~\Gamma = \frac{H}{h}\) ,

где Г – увеличение линзы; H – высота изображения (м); h – высота предмета (м).

\(~\Gamma = \frac{f}{d}\) ,

где Г – увеличение линзы; f – расстояние от изображения до линзы (м); d – расстояние от предмета до линзы (м).

Лупа

\(~\Gamma_l = \frac{d_0}{F}\) ,

где Гl – увеличение лупы; d0 – расстояние наилучшего зрения (для нормального глаза), равное 0,25 м; F – фокусное расстояние лупы (м).

• Лупа – собирающая линза и дает мнимое изображение.
• Изображение предмета в линзе получается на расстоянии наилучшего зрения от оптического центра лупы, т.е. f = d0 = 25 см.
• Эта формула верна, если предмет помещают в фокальную плоскость, т.е. d = F. В этом случае лучи из любой точки предмета после выхода из линзы образуют параллельные лучи, которые пересекаются на хрусталике глаза. Тогда изображение на сетчатке получается без напряжения глаза (аккомодация на бесконечность).

Глаз

Для нормального (здорового) глаза расстояние наилучшего зрения равно d0 = 25 см.

Ближний предел аккомодации – это наименьшее расстояние, на которое можно рассматривать предметы, максимально напрягая мышцы глаз.