Лінза — це прозоре оптичне тіло, обмежене двома сферичними поверхнями або однією сферичною і однією плоскою, яке заломлює світлові промені. Лінзи використовуються для отримання зображень предметів у різних оптичних приладах.
Існує два основних типи лінз:
- збиральна (опукла) лінза, яка збирає паралельні промені в одну точку;
- розсіювальна (увігнута) лінза, яка розсіює паралельні промені.
Основними елементами лінзи є:
- оптична вісь — пряма лінія, що проходить через центри кривизни поверхонь лінзи;
- оптичний центр лінзи — точка, через яку промінь проходить без заломлення;
- фокус лінзи — точка, у якій після заломлення збираються паралельні промені (для збиральної лінзи) або з якої вони уявно виходять (для розсіювальної лінзи);
- фокусна відстань — відстань від оптичного центра лінзи до її фокуса.
Для побудови зображення в лінзі використовують головні промені:
- промінь, паралельний до оптичної осі, після проходження через збиральну лінзу проходить через фокус;
- промінь, що проходить через фокус до лінзи, після лінзи йде паралельно оптичній осі;
- промінь, що проходить через оптичний центр, не заломлюється.
У точці перетину заломлених променів утворюється зображення точки предмета.
Зображення, утворені лінзами, можуть бути:
- дійсні — якщо промені реально перетинаються;
- уявні — якщо перетинаються продовження променів.
Також зображення можуть бути:
- прямі або обернені;
- збільшені, зменшені або однакового розміру з предметом.
Для збиральної лінзи характерні такі випадки:
- якщо предмет розташований далі ніж 2f, зображення дійсне, обернене, зменшене;
- якщо предмет у точці 2f, зображення дійсне, обернене, однакового розміру;
- якщо предмет між f і 2f, зображення дійсне, обернене, збільшене;
- якщо предмет у фокусі, зображення утворюється на нескінченності;
- якщо предмет між лінзою і фокусом, зображення уявне, пряме, збільшене.
Розсіювальна лінза завжди утворює уявне, пряме та зменшене зображення.
Між відстанями до предмета, зображення і фокусною відстанню існує співвідношення, яке називається формулою тонкої лінзи:
1/f = 1/a + 1/b
де:
f — фокусна відстань лінзи,
a — відстань від предмета до лінзи,
b — відстань від зображення до лінзи.
Лінійне збільшення лінзи визначається формулою:
Г = b / a
де:
Г — збільшення,
b — відстань до зображення,
a — відстань до предмета.
На основі лінз працюють різні оптичні прилади.
Лупа — це одна збиральна лінза з малою фокусною відстанню. Вона дає уявне, пряме і збільшене зображення предмета, якщо предмет розташований ближче до лінзи, ніж її фокус.
Окуляри використовуються для корекції зору. При короткозорості застосовують розсіювальні лінзи, а при далекозорості — збиральні. Вони змінюють хід променів так, щоб зображення утворювалося на сітківці ока.
Фотоапарат містить систему збиральних лінз, які створюють дійсне, обернене і зазвичай зменшене зображення на плівці або світлочутливій матриці.
Мікроскоп складається з об’єктива і окуляра. Об’єктив утворює дійсне збільшене зображення, а окуляр діє як лупа, додатково його збільшуючи.
Телескоп призначений для спостереження далеких небесних тіл. Його об’єктив створює дійсне зображення об’єкта, а окуляр збільшує це зображення для спостерігача.
Лінзи та оптичні прилади мають велике значення в науці, техніці, медицині та повсякденному житті, оскільки дозволяють досліджувати як дуже малі, так і дуже далекі об’єкти.